Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 57
Текст из файла (страница 57)
300 Основы теории струйных насосов ' Процессы, протекщощие в струйных аппаратах, описываются тремя законами: — уравнением сохранения энергии; — — уравнением импульсов (уравнен«ем коли'гества яви!кон!ги); — уравнение!! сохранения массы, согла:но когорому расход на выходе из насоса равен расходу жнлкосы!, вхотящер! в насос. В рсальном насосе рабочий процесс связан с рядом потерь, которые учнтывазотся коэффициентами, определяемыми эксперпмснгяльно, Вводятся: гр! — коэффициент скорости сопля, учитывающий иотерз! энергии в процессе движгния рабочего гста гю соплу; грз — - коэффицнсит скоргзсти камеры сз!сн!ения; гр, — коэффпнпсмг скорости дпффузора; :р! —.
коэффициент, учитыва!оицггг! потери '- нергнн при входе я насос пижектирусмого потока. Все эти коэффициенты учитывают гидравлические потери в различных элементах насоса, т, е, потери пя трение, па завихрения и т. п. Струйные насосы, применяемые в ЖРД, в отличие от других струйных аппаратов имеют следующие ссобснности: — оба потока образованы негжиз!асмым раоочим телом; — оба потока ооразованы одной и той же жидкостью. Следовательно, в любом месте проточного тракта насоса плотность потока остается одной и той же, С учетом этого уравнения связывающие параметры потоков в различных сечениях записываются в следующем виде: /а, Оп 1 ар+ аа тезр = 'Р! 1 —., (Рр — Рн) ' 2е .=-,1 — '; гг.-ы: Б' 0а =Ран!„т; 0е Ре пзг5 0 0 Ор (1 + и) * Излагается по 14бй (6.61) 301 дрр + ЗР» — д» )' дрн + др» й»~ ДР„+ ЬР, — й,[» ар„ (6.62) (» Р' ДРр + ДР. + йа ) ЗР.)' дРк - э, — ирк, (6,63) дз ([ + и]» тде Д '-' 'р 'т"р ' ~з ' та[зоб йа = — $"р ~ [ -[ — ' ',,„ (6.64) Р» — Р Р» Рк (6.65) аР» =Рн --Рк~ тдРр = Рр Р 1 дРн = Рс Рн.
Уравнение (6,62) или (6.63) позволяет установить оптимальное распределение давления по длине камеры смешения и диффузора. Это распределение давления определяет величину р, а следовательно, и величину коэффициента »»а(р). Из зависимости (6.62) следует, что коэффициент инжекции тем больше, чем меньше )еа. Выше уже отмечалось, что увеличение коэффициента инжекпии улучшает характеристики насоса.
Следовательно, наилучшими характеристиками будут те, которые отвечают условию )ее=таамия Исследуя завися* чо:ть (6.64), устанавливаем, по э гИ» тз — = О отвечает р„„, = пр , »пт Отсюда следует, что оптимальное значение р связано с потерями в диффузоре, т. е. с коэффициентом ра. Если потерь " Вывод уравнений, поаволяюших определить параметры струйных аппаратов, приводится в [46]. 302 тде шр и шп — скорости поступления в камеру смея~сипя пнжсктирукицей и инжектируемой жидкостей; Р, —.- сечение камеры смешения; Рп н Гн - се ~ения потоков инжсктирующей и индсектир]емои ьидкпсы й; ш„скорость потока в се ~енин е — е.
Нн приво::я преойрз» наний ', запишем решение си. темы [6.6[1 в вп,»е в диффУзоРе нет 1Ра —— 1), то Р„,=1. Это означает, что все восстановление давления целесообразно осушествлять в диффузоре. По опытным данным для хорошо выполненных насосов р, = 0,95; м.,=-0,975; фа = 0,9; ~04 —— 0,295. Прн этом рвот=0,67, (си=0,98; Ф~ =-0,834; (99=-0,812. Уравнением 16.62) нли 16.63) прн (та=-(тамии устанавливается связь между параметрами струйного насоса ни опгимальном режиме, На рис.
6.39 приведены отношения пере. падов давления в насосе для оптимального режима при значениях коэффициентов потерь, указанных выше. Используя графики рис, 6.39, можно определить параметры насоса. арр 0,09 ЪОО," 0,05 Ока 0,05 0,09 0,05 0 'Р 0,05 Р,ОЗ О 0 0,05 а,ою 0,09 О ! 9 9 а 9 0 т В 9 10 и Рнс.
6.39. Зависимость изменения давления в насосе от коэф- фициента иижекции при оптимальных режимах работы Так, назначив перепад давления инжектирующей жидкости Лрр н коэффициент инжекцнн и, по рис. 6,39 можно уста. навить повышение давления нпжектируемой жидкости, Предположим, например, что Лр =100 кГ(см', и=4,0. Тогда, определяя по рис. 6.39 Рв =--0,05, находим Лр = арр =0,05 ° 100=5 кГ(см'. Следовательно, в данном случае насос может повысить давление инжектируемой жидкости на 5 кГ(см'„ Характеристика струйного насоса т"е В+ и] 1/ ДРР зри сь ар,' <6.66) Отсюда следует, что оптимальный режим характеризуется определенным соотношением между изменением давления, сарр и Рис. 6МО. Характеристика струйного насоса коэффициентом ипжекции и геометрическими пропорциями насоса.
Если при тех же изменениях давления и коэффициентсс те и изменить —,.', режим перестанет бьмь оптимальным, в насосе увеличатся потери н снизится повышение давления ипжектируемой жидкости. Каждое отношение —, т, е. опредед ленные геометрические пропорции насоса, является оптимальным лишь для одного режима работы. Поэтому, нспыты. вая насос в разных режимах работы, получа1от зависимость 304 Характеристикой струйного насоса называют зависимость степени повышения данления в насосе — от коэффициента ора Аор ипжекции и. Эта характеристика соответствует основной характеристике центробежного пасоса, устанавливающей связь его напора с расходом жидкости. В случае когда насос работает па оптимальном режиме, повышение давления ннжектируемой жидкости в нем максимально.
Если же режим работы отличаетса1 от оптимального, то повьпнение давления будет нрн том же коэффициенте инжекцни меньше, Это объясняется тем, что увеличиваются потери в элементах насоса. Оптимальный режим насоса и его характеристика на этом режиме устанавливались из уравпений (6.62), (6.63). Используя эти уравнения, найдем, что для оптимального режима — (1-- — — — (1+ и)р~. 1 трт ~р 2 т, 7 Р„ (6.67) Если здесь принять, что —.' = ( — '), то, как частный гр гр опт случай, получится характеристика, соответствующая изображенной на рис.
6.39. 11 †25 РР=7'(и), совпадающую с той, которая отвечает рис,639, аРр зрр только в одной точке. На рис. 6.40 приведен вид зксперименгальной характеристики — = ) (и) прн различных †.' . Верхняя кривая от- 5Р ге зрр Рр ' вечает случаю, когда —. является оптимальным для кажР~ дого режима. Уравнение характеристики насоса при произвольном — — может быть установлено из законов импульсов Р„ !р и сохранения массы в виде глава ии ТУРБИНЫ ЖРД й тл. о ищи в с индии ия Схема и рабочий процесс турбины Выбор двигателя, который целесообразно применять для приводя в действие топливных насосов >КРД, определяется характеристиками самих насосов и общими требованиями к агрегатам ракетных двигателей (малые вес и габариты, экономичность работы, надежность и т.
п.). Как было установлено в предыдущей г.>аве, в качестве топливных насосов 7КРД применяются центробежные насосы, рабочий процесс которых происходит таким образом, что двигатель должен сооб>пать двпжупшмся деталям насоса вращательное движение. Для насосов характерны: значительные мощности — до тысяч л. с, и более, высокие обороты — до нескольких десятков тысяч об/ипн, малое время работы. измеряемое минутами. В такой области параметров и с учетом особенностей работы центробежных насосов и требований, предъявляемых к ЖРД, наиболее подходят для привода насосов в действие газовые турбины. Газовые турбины имеют при указанных параметрах наименьщш вес н габариты и очень хорошо компонуются с цснтробе>кными насосами, так как их рабочий процесс связан, как и у центробежного пасоса, с вращением вала. Турбины просты по устройству, не имеют в конструкции частей, движущихся возвратно-поступательно, и, следовательно, не вь>зываюг вибраций двигателя, обладают относительно высоким КПД и удовлетворите:>ьно )>егулн)>уются.
Газовая турбина относится к тепловым двигателям. Рабочим телом турбины служит газ, поступающий в турбину с высокой температурой и под высоким давлением. В турбине часть тепловой энергии гази используется для соверп>еппя работы па валу, соединенном с насосом. Раб>очес тело ныхо- 306 дит пз турбины с существенно мсцыпими, чем па входе, температуроп и давлением. Зля рабочего процесса турбин характерно то, что тепловая потенциальная энергия рабочего тела, преясде чем опа будет превращеиа в механическую работ), преобразуется в кипетичсскую эрергию.
1забочий процесс турбип спязап с движением потоков газа. Разовые турбины оче~п, разнообразны. 1'ассмотрпм схему и особсццости рабочего процесса одной из самых простых т)рбкп — олцоступспчатой актпвиой т)1тбцны ' (рис. 7.!). Турбина включает корпус Г, вал 2, рабочее колесо, представляюгцсс собой диск о, на котором размещецы лопат- Рис. 7.1. Схема одиоступенчатой турбины Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
