Диссертация (Разработка трубчатых направляющих аппаратов в отводах высокооборотных центробежных насосов с целью снижения виброактивности и увеличения ресурса работы)

Специальность 05.07.05«Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановкилетательных аппаратов»Научный руководительдоктор технических наук Сергей Федорович ТимушевСодержаниеУсловные обозначения ..................................................................................... 5В В Е Д Е Н И Е................................................................................................. 7Глава 1. Аналитический обзор направляющих аппаратов, применяемых вотводах высокооборотных центробежных насосов, обоснование актуальностиих разработки ...........................................................................................................

141.1. Особенности влияния конструктивных элементов проточной частина потери энергии потока в отводах центробежных насосов ......................... 141.2. Движение потока в отводе насоса с лопаточным направляющимаппаратом, имеющим каналы прямоугольного поперечного сечения .......... 161.3. Исследования отвода центробежного насоса с лопаточнымнаправляющим аппаратом..................................................................................

201.4. Исследование отвода насоса, имеющего трубчатый направляющийаппарат с каналами круглого сечения…………………………………………28Глава 2. Проектирование геометрических параметров, определяющихснижение потерь потока после рабочего колеса, в отводе центробежногонасоса ........................................................................................................................ 362.1. Выбор оптимальных геометрических параметров в отводахцентробежных насосов .......................................................................................

362.2.Конструированиепроточнойчастиотводавпроцессепроектирования центробежного насоса по заданным параметрам ................ 372.3. Анализ потока после рабочего колеса в отводе центробежногонасоса при проектировании проточной части.................................................. 44Глава 3. Расчет геометрических параметров и профилирование каналовнаправляющего аппарата и спиральной камеры проточной части отводацентробежного насоса ............................................................................................ 463.1. Связь параметров отвода с расчетными параметрами насоса ирабочего колеса. .................................................................................................. 463.2.Проектированиегеометрическихпараметровотвода2центробежного насоса. .......................................................................................

483.3. Влияние кольцевого диффузора на потери энергии и пульсациидавления в отводе центробежного насоса. ....................................................... 523.4. Определение осевой длины каналов НА, влияющей на потериэнергии в отводе центробежного насоса .......................................................... 543.5. Определение геометрических параметров и профилированиеспиральнойкамерывотводепослепрофилированияканаловнаправляющего аппарата.................................................................................... 62Глава 4. Численный анализ гидравлических потерь и геометриипроточной части в отводах центробежных насосов разного конструктивногоисполнения ............................................................................................................... 704.1.Численныйанализкакметодисследованиявлияниягеометрических параметров проточной части отводов в центробежныхнасосах на стадии эскизного проектирования.

................................................ 704.2. Взаимосвязь пульсаций давления, вибрации и деформацийконструкции центробежного насоса ................................................................. 784.3. Определение геометрических параметров НА методом численногоанализа .................................................................................................................. 794.4. Исследование пульсаций давления потока в отводах методомчисленного анализа .............................................................................................

84Глава 5. Анализ статистики быстро меняющихся параметров насосовокислителя в отводах которых, установлены направляющие аппараты разногоконструктивного исполнения................................................................................. 865.1.ПорядокобработкистатистикиБМПпотокавотводецентробежного насоса. ....................................................................................... 865.2. Анализ статистики амплитуд пульсаций давления на выходе изцентробежного насоса.

....................................................................................... 875.3.Анализстатистикиамплитудвибрациинавыходеизцентробежного насоса. ....................................................................................... 915.4. Выявление зависимости амплитуд пульсаций давления 1ой и 2ой3гармоник частоты следования лопаток от частоты вращения вала.

.............. 945.5. Результаты быстроменяющихся параметров по продольнойвибрации насоса окислителя, полученные измерительной аппаратурой настенде в лаборатории огневых испытаний. .................................................... 100Глава 6. Оценка экономической эффективности внедрения направляющего аппарата с каналами круглого сечения в отводах насосов ТНА.

............. 1036.1. Экономическая эффективность и ее объективность. ..................... 1036.2. Экономическая эффективность, полученная в результатеснижения трудоемкости технологической операции в нормо часах. .............. 104З А К Л Ю Ч Е Н И Е .................................................................................... 109ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ ............................... 110С п и с о к л и т е р а т у р ы ........................................................................ 1124Условные обозначенияЛНА – лопаточный направляющий аппарат;КПД – коэффициент полезного действия;ЧСЛ – частота следования лопаток, (f = (n/60) z1 k);z1 – число лопаток рабочего колеса;z2 – число каналов НА;k – номер гармоники;ТНА – турбонасосный агрегат;БМП – быстро меняющиеся параметры;ЦБН – центробежные насосы;НА – направляющий аппарат;РК – рабочее колесо;d – диаметр канала НА;b2 – ширина канала рабочего колеса;b3 – ширина канала кольцевого диффузора;D2 – наружный диаметр рабочего колеса;D3 – внутренний диаметр направляющего аппарата;D4 – внутренний диаметр входных кромок лопаточногонаправляющего аппарата;D 4– внутренний диаметр входных кромок направляющегоаппарата с круглыми каналами;δr – зазор между наружным диаметром РК (D2) и внутреннимдиаметром НА (D3);n – частота вращения;ns – коэффициент быстроходности;3 – коэффициентстеснения потока;Lк – осевая длина канала направляющего аппарата;Lд – длина диффузора спиральной камеры отвода насоса;Ссп – скорость потока в спиральной камере;5СU3 – окружная составляющая абсолютной скорости на выходе потока изканала НА в спиральной камере;Fг.

– произвольная площадь сечения;Fг. расч. – расчетная площадь спиральной камеры перед диффузором;Q – расход потока через насос;– угловая координата площади поперечного сечения спиральнойкамеры в отводе центробежного насоса;3– угол натекания потока на входные кромки каналов НА;4– угол потока на выходных кромках каналов лопаточного НА;3л– угол установки входных кромок каналов лопаточного НА;4л– угол установки входных кромок каналов на входе трубчатого НА;5л– угол установки выходных кромок каналов на выходе трубчатогоНА.6ВВЕДЕНИЕАктуальность темы диссертации.Развитие ракетной техники и жидкостных ракетных двигателей связаносо снижением затрат на выведение полезной нагрузки и повышениемнадежности пилотируемых полетов.

Оно характеризуется увеличениеммощности и коэффициента полезного действия двигательных установок,повышением давлений, форсированием рабочего процесса и выдвижением всеболее высоких требований к надежности работы системы питания на базетурбонасосных агрегатов (ТНА) жидкостного ракетного двигателя (ЖРД).Оптимизация траектории полета ракеты-носителя требует от двигателяобеспечения возможности постоянного регулирования тяги в процессе всегополета путем изменения в широком диапазоне соотношения компонентовтоплива. В рамках создания многорежимных ЖРД нового поколения одна изважных проблем – это обеспечение высокой точности их управления,регулирования и надежности. Вместо одно- или двухрежимных двигательныхустановок (ДУ), все более актуальным на данном этапе является создание ипроизводство энергоемких и многорежимных ДУ, где проблема снижениягидродинамической вибрации и повышения надежности ТНА выходит напервый план.