Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Расчет насоса проводится обы шо тогда, когда схема и основные парамстры двигателя уже определены. Это означает, что для расчста насоса известны: -- давлгипе па выходе из пасоса; — свой~та;! ис)мха~пи!!!вх!ой зкндкостн и возможпыв првдглы измснснш! га гамп! ратуры; рг!сход жидкости !врез насос. !аким образом, одним из основных парах!стров насоса, известным по характсрнстикам двигателя, явс!яется его производительность.
Чтобы определить второй параметр (напор), необходимо зппмь еще кроме указанного выше дав!!ение жидкости па входе и насос. В некоторых случаях это давление также задается для расчета, опо может быть, например, назначено пз условий прочности бака, из анализа характеристик спстех! наддува топливных баков и т. п. Если р,„ задано, то, предполо'кпв, что скорости входа жидкости в насос и выхода ес из пасоса равны, напор можно найти как т Задапныы давлением на входа в насос в значительной мере опредсляегся и число оборотов пасоса, так как эти два параметра вмсстс со свойствалп! жидкости н ее расходом характеризуют устойчивость насоса по огно!пению к капитании.
Действитсльно, пз формулы С. С. Руз!иена и иеравю!ства (6.29) получаем, что должно соблюдат!ся условие 2 (6.34) В этом уравнении, в случае если р,„ задано, будут известны все величины, кроме числа оборотов и (скорость входа в насос колеблется в узких предслах с„„=- 5 †: 12 з!/сск), Следовательно, при известном давлении на входе число оборотоз насоса пе может бь!ть пазначспо произвольно, его необходимо определять из уравнения (6.34). При этом должны быть выбраны наихудшие условия работы пасоса — минимальное нз заданных значение давления на входе (если р„, задается пеРеменным по врез!спи работы двигателя, например в связи с измепениех! перегрузки по траектории) п максимальное значение Р., что соответствует наибольшей пз возможных температур компонента, перекачиваеыого насосом. 1Π— 2854 Двигатель имеет, как правило, два и более насосов, приводимых в действие одной турбиной.
Выбор числа оборотов должен производиться с учетом его влияния иа характеристики всех насосов и турбины и с учетом схемы турбоцасосного агрегата (блока насосов и турбины). Если ТНА выполнен по безредукторной схеме, то число оборотов будет одинаковым для всех насосов и турбины, если же между тур. биной и насосами установлены редукторы, то число оборотов для каждого цасоса можно выбирать произвольно. Во второй схеме вопрос о выборе числа оборотов решается проще. При безредукторном ТНА необходимо найти числа оборотов, допускаемые но рэгги гу иа каин~ошно для о~и~их насосов, и назначать, очевидно, затем меньшее из них.
Если же давление иа входе в насос не задано, то выбору подлежат два параметра, связанные между собой условиями бескавитационной работы насоса: давление на входе и число оборотов. В этом случае следовало бы искать оптимальное соотношение между р„и и. Однако этого соотношения нельзя установить, анализируя характеристики только одного насоса, так как от числа оборотов зависят, как уже указывалось, характеристики всех элементов ТНА, а повышение давления на входе в насос связано с работой целого ряда других агрегатов ЖРД. Если бы не было необходимости учитывать эти обстоятельства, то число оборотов насоса следовало бы выбирать возможно большим, так как увеличение числа оборотов уменьшает габариты и вес насоса.
В действительности же приходится выбирать сочетание и„ и и, ориензируясь вначале на осуществленные образцы двигателей. Но, конечно, прн этом назначенные параметры должны удовлетворять условию (6,34). После того как будут известны производительность, напор и число оборотов пасоса, можно выбрать его схему и оценить рекомендуемую форму рабочего колеса. В случае когда напор и производительность невелики, насос имеет одно рабочее колесо.
Если же насос должен создать высокие напоры и производительность, применяются более сложные схемы насоса. Чтобы создать большие напоры, целесообразна схема с последовательным включением нескольких колес (рис. 6.22, а), при которой общий напор ца. соса будет равен сумме напоров отдельных колес, производительность же насоса равна производительности одного колеса. При больших производительностях колеса включаются параллельно, т, е. потоки жидкости поступают в пих из общего трубопровода, а затем после выхода из колес снова соединяются в общем отводящем устройстве. Частным случаем такой схемы является рассматривавшееся выше колесо с двойным входом.
Если применять параллельно включенные колеса, то напор насоса будет равен напору одного 274 колеса, а производительность определится как сумма производительностей (рпс. 6.22, б). К схеме колеса с двойным входом переходят, если скорость поступления жидкости в колесо, опредса<яех<ая по зависимости (6.31), будет больше 12 я(<гк. Колеса, нк„<юченные послеловагсльпо, примсняютгя, например, н насосе американ- скОГО лвиГлтел5< х(.Я-)15л.
Этот !<а<'Ос п)зедназнач<'и для по. дачи жидкого водорода, а так как удельный вес компонента очень мал, то его напор составляет несколько тысяч метров, что трудно обеспе шть одним колесом е. Последовательно включенные колеса называют также ступенями. Рис. 6.22. Схемы включения колес насосов Посче выбора схемы насоса для каждо~о колеса будут известны напор, производительность и число оборотов.
По этим параметрам рассчитывается коэффициент быстроходности л, и по его величине находится рекомендуемая форма ко- Оа леса, т, е, отношение диаметров входа и выхода — '. О уче- В, том значения коэффициента п, по статистическим данным назначаются гидравлический, объемный н механический коэффициенты полезного действия. Определяются полный КПД С<Н т).=т)ааа)ст)аех и мощность насоса Д7 = —. Расчет пРоточ- 75а ' ной части начинается с расчета колеса, который в свою очередь включает профилирование (расчет) меридпонального сечения и профилирование лопатки, после чего рассчитываются подводящие и отводящие устройства.
Расчет меридионального сечения колеса Меридиональным сечением колеса называется его сечение плоскостью, проходящей через ось (рис. 6.23). При расчете сечения должны быть определены все размеры, указанные на рис. 6.23. Расчет проводится исходя из того, чтобы колесом а Число ступеней в насосах американских водородных ЖРД доходит до семи. 10» были Обеспсчепь! заданные папой и пр01иаодптсльпость прп нозмоя.по 6!олен высоком КП,Ч и бескавптаппоппом рлкик1е работы пасоса.
В расчет меридиопальпого сечения входят расчет охота и колесо, в результате которого опрслелюот! я диаметры 0н О1, С(„с И ШПРИПа ЛОПа! КП ПН НЛОЛС ЬЬ Рае !С! НЫХО !а ПЗ КО- леса, прп котором с,танавлпваюгся диаметр 1)г и и!Прина ло. патки Ог, и ПРОфплийовапис капала, сосдипЯюп!его 1жолнос сечение колеса с его выход011. Попутно п этих расчетах находятся число лопаток колеса г и углы устнпонкп лопатки пн входе ~Ч! и выходе рг и строягЬг ся Охотной и Выхо.1нс)п треугольники скорое!сй.
Рис. 624. 1';ск!н! Па!неон она колса а насоса Рис. 6.23. Л1еснлнонллыюс. с.- нсние колеса а 4!с'с сот где !р хан со — скорость входа, определяемая уравпсппсм (6.3!). Колесо может быть консольным нлп со втулкой (рис. 6.24). В первом случае сразу жс находится диаметр входа ! 4иа 1.4а= ) — ', во втором — дли расчета 1)о необходимо устано.
ВИТЬ ВЕЛИЧППУ ДнаистРа ВТУЛКИ 1(ат. Принимают 42„= (1,1 —: 1,2) !та, Размеры входа в колесо определяются нз уравнения неразрывности. При этом размеры колеса должны рассчитываться из условия, что расход по каналу равен теоретической производительности. Сечение входа в соответствии с этим где д, — дпай|етр вала, определяемый в свою очередь нз рас- чета вала на кручение по известным моменту Мкр н допустп- МОМУ НаПРЯжЕНИЮ На КРУЧЕПИЕ окр1 М„р — — ?16,20 Расположение входной кромки лопатки, т. е. величина диаметра )у1, связывается с рекомендованной формой колеса. При малых пх. как уже указывалось, Выносить лопатку К с уу1 входу В ко:1есо нет нсОбходн- ссс мост~. В этом случае прини- гпл1 мают 01=-гуо Лопатки таког1 ф. колеса образуются цнлипдрн- 11,- Р ческими поверхностями и проектируются на план в виде ли- й1 нии. При больших п, (малые ГЭт '1 — лопатю1 обычно выполсэо няются как имею1цие двоя1кую кривизну и выносятся вперед.
ПРи этом 01<Ос, О,=-(0,7 —:0,9) УЭе, После того как назначен диаметр 01, определяется окружная скорость и1 Ркс. В.25. Треутольпкк скоростей пра входе колкости па лопатку егэ~п М1 = —. бо Меридиональная скорость потока перед входом его на лопатку принимается равной скорости входа в насос, т, е.
со =с„. После входа на лопатку эта составляющая скорости возрастет, так как сечение канала уменьшится вследствие наличия лопаток С1 =Се й„ где А1 — коэффициент стеснения потока лопатками, зависящий от числа лопаток и их толщины. В осуществленных насосах к1=1,! —:1,2, Полагают, что закрутки потока при входе в колесо нет, в этом случае меридио~альная составляющая скорость на входе совпадает с абсолютной скоростью. Таким образом, известны и1, со, с,, По ним строят треугольники скоростей перед входом на лопатку и после входа (рис. 6.25); из треугольника скоростей после входа на лопатку определяется угол р!, образованный окружной и относительной скоростями: Ма='— ' си Исследования насосов показали, что условия входа жидкости в колесо улучцшются, если поток поступает на лопагки, имея некоторый угол атаки а!, т. е.
если лопатки установлены не под углом р!, а под углом р!г!=-р!+а!. Угол атаки в большинстве случаев составляет а!=3 —:8'. ?1ри малых и, он может быть увеличен до а!--.=!2'. С учетом угла атаки у большинства насосов ;!!„.=:= 12 —: 22"', В том случае, если применяют лопатк~ двоякой кривизны, нход на лопатку делают уширеппь!м по сравнению с входом в колесо: !"'! = (1,2 —: 2,5) Р,. Ширина лопатки в любом сечении колеса, в том числе и на его входе, определяется иэ уравнения неразрывности а=Р,С,„,=ЮАСн„, отсюда !2» "О~ггт (6.35) Расчет выходного диаметра колеса производится из условия получения заданного напора.
При этом должны бьыь созданы наиболее благоприятные условия течения жидкости в канале колеса, для чего необходимо обеспечить определенные соотношения между составляющими скорости на входе и выходе. В частности, отношение — — должно быть близко к Ю! единице, так как значительное различие и!з н гэ! ухудшает течение н увеличивает потери.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
