Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Это относится к точности соблюдения параметров двигательной установки, ее экономичности и надежности. Используются более совершенные топлива, резко возросли тяги, создаваемые отдельными камерами и двигательной установкой в целом. Несмотря иа это имеется тенденция к упрощению двигательных установок в их элементов. Упрощение двигательных установок происходит как за счет применения более простых и рациональных схем, так и за счет совершенствования конструкций отдельных агрегатов. Можно отметить несколько основных направлений упрощения элементов двигательной установки, прежде всего относящихся к запуску установки.
Сложные электропневмосистемы (например, в двигательной установке А-4, подробно рассмотренной в работе [251) заменяются более простыми и надежными системами. Совершенствование конструкции топливных клапанов позволяет упростить систему управления ими. Например, в двигательной установке Н-! клапаны открываются в определенной последовательности автоматически, без специальной электропневматической системы управления. Запуск двигательной установки упрощается также применением для раскрутки ТНА порохового аккумулятора давле. ння или подпора в топливных баках.
Упрощаются различного рода регулирующие сервосистемы за счет объединения нескольких функций в ддной сервосистеме. 265 В ряде случаев большое упрощение достигается за счет использования для привода ТНА основных компонентов. Это позволяет избавить установку от третьего компонента (например, перекиси водорода), со всеми системами, обеспечивающими его хранение и подачу.
Кроме того, к упрощению элементов конструкции двигательной установки ведут более рациональная схема расположения трубопроводов и клапанов, применение гибких шлангов, паяных узлов, более совершенных способов крепления двигателей и способов зажигания в камере сгорания ЖРД. ТУРБОНАСОСНЫЕ АГРЕГАТЫ Основным агрегатом системы насосной подачи компонентов является тур бои асосный а грег ат (ТНА). Главными элементами ТНА являются насосы, подающие компоненты с заданным давлением; турбина, служащая для привода насосов, и газогенератор (ЖГГ или ПГГ), в котором получают рабочее тело турбины. Проектирование ТНА включает проектирование этих элементов, а также вспомогательных устройств (пусковые устройства, патрубки и т.
д.), общую компоновку их и определение характеристик совместной работы. Методика проектирования насосов и турбин ТНА в принципе не отличается от общепринятых методик проектирования центробежных насосов н авиационных турбин, но должна учитывать особенности условий работы и компоновки двигательной установки ЖРД. Воггросы теории и проектирования агрегатов и узлов ТНА подробно из.ложены в работах 11321, 11341, 11361, [1371, 11381, 11391, поэтому рассмотрим только основные вопросы и специфические особенности выбора основных параметров при проектировании отдельных агрегатов и ТНА в целом, а также некоторые характеристики ТНА.
7. 1. НАСОСЫ ДЛЯ ПОДАЧИ КОМПОНЕНТОВ В ЖРД Насосы разделяют на следующие принципиально разные типы: объемные, лопастные и струйные. О б ъ е м н ы е н а с о с ы подают жидкость, вытесняя ее каким-либо другим твердым телом, как например, насосы плунжерные, поршневые, шестеренчатые и коловратные. Р~ Рг В лопастных насосах энергия, необходимая для повышения давления жидкости, сообщается лопатками вращающегося колеса.
К числу лопастных относятся центробежные и осевые на- вг н нгг сосы. Схема с т р у й н о г о (инжскторного) рнс. 7 1. Схема струйного насоса: н а с о с а показана на рис. 7.!. Здесь компонент поступает в насадок 2. Из сопла 1 вытекает газ (или жидкость) высокой энергии, который увлекает компонент и прокачивает через насадок в полость повышенного давления.
Повышение давления определяется энергией струи, вытекающей из центрального сопла. Достоинство струйных насосов в их конструктивной простоте и отсутствии вращающихся частей. Однако КПД этих насосов 267 невысок и для обеспечения подачи они требуют на привод большего количества газа, чем ТНА. Струйные цасосы пока не нашли применения в ЖРД в качестве основных насосов, хотя в последнее время рассматривается возможность их использования [13]. В ТНА ЖРД обычно в качестве основных применяются центроб е ж н ы е насосы. В неиоторых случаях для предотвращения кавитации в ТНА устанавливаются дополнительные о с е в ы е (ш н е к о в ы е) или с т р у й н ы е преднасосы.
При больших объемных расходах возможно применение осевых насосов в качестве основных. Основными достоинствами, определяющими преимущественное использование этих видов насосов в ЖРД, являются: — обеспечение высоких давлений подачи и производительности при малых габаритах и массе; — возможность работы на агрессивных и низкокипящих компонентах; — возможность работы с большим числом оборотов и удобство использования турбины для их привода. Схемы центробежных насосов На рис. 7.
2 показана схема одноступенчатого центробежного насоса. Жидкость по входному патрубку 1 подается на вращающееся колесо 2. В колесе насоса жидкость движется по каналу, образованному стенками колеса и лопатками 3. Усилие, действующее со стороны лопаток колеса на жидкость, заставляет ее двигаться так, что запас энергии в единице массы жидкости увеличивается. При этом происходит прирост как по- Рнс. 7.2.
Схема центробежного насоса: ! — входной патрубск; 2 — «оаесо насоса; 8 — лопатки; а — днФфуаор В— лопатки дифФуаора; 8 — сборник нли улитка; 2 — переднее уплотнение; 8 — подшипник вала 9 — уплотнение подшипника тенциальной энергии (статического давления), так и кинетической энергии жидкости (абсолютной скорости ее). По выходе из колеса жидкость поступает в диффузор 4, где уменьшается ее абсолютная скорость и дополнительно возрастает давление. Простейший диффузор состоит из гладких дисков, составляющих его стенки, и называется безлопаточным.
Лопаточный диффузор имеет неподвижные лопатки 5 (на рис. 7. 2 показаны пунктиром), которые способствуют более быстрому гашению скорости потока. Пройдя диффузор, жидкость поступает в спиральный канал (улитку) б, назначение которого состоит в том, чтобы собирать жидкость, выходящую из колеса, а также уменьшать ее скорость. По нагнетающему патрубку жидкость подается в сеть. 288 Чтобы уменьшить перетекание жидкости из полости высокого давления (диффузора, улитки) в область низкого давления, в насосе делаются уплотнения 7.
а7 ф лу' ф~ Рнс. 7. 3. Схеыы центробежных насосов а-с осевым входом; б — со спнраланым входом; а — с двухстороннем входом; г — многоступенчатые насос Основные величины, характеризующие работу насоса Для расчета насоса и оценки его основных свойств наиболее важными являются следующие величины. !. Объемный расход жидкости через насос Я. Определяется из найденного в тепловом расчете расхода компонента (6, или бо) по соотношению (7. 1) где у в плотность компонента.
2. Н а пор н а соса. Напор, создаваемый насосом, определяется необходимым давлением подачи Р,д по формуле (6. 12). Из этого давления необходимо вычесть давление жидкости на входе в насос. Таким образом, перепад давлений, создаваемый насосом, (7. 2) ~аРн = Р под Рвт. Напор насоса Н обычно выражается в метрах столба подаваемой жидкости; О ЛР» Равд Рах (7. 3) т У 3.
КПД н а соса. Потери в насосе и полный его КПД т1, характеризуются тремя КПД вЂ” объемным т)„гидравлическим т1, и механическим т1вн Объем н ы й КПД т1, определяет количество жидкости, перетекающей из полости высокого давления обратно в полость низкого давления, н утечек жидкости из полости высокого давления через уплотнения. Таким образом, ,„С~ о (7. 4) где Я,— объемный расход жидкости через колесо насоса. Величина т1о зависит от конструкции насоса и давлений подачи.
Для насосов ЖРД т1,=0,9 —:0,95. 26" Центробежные насосы выполняют с осевым, спиральным и двойным входом, одно-и многоступенчатые. Выбор осевого или спирального входа (рис. 7. З,а, б) определяется в первую очередь условиями компоновки ТНА и двигательной установки. Двойной вход (рис. 7. 3, в) выполняют при больших расходах для уменьшения скорости на входе и тем самым для улучшения антикавитационных свойств насоса.
Многоступенчатые насосы (рис. 7. 3, г) применяют при необходимости получения особенно больших напоров. Гидр а вл и ческий КПД 71г характеризует величину гидравлических потерь в насосе. Эти потери складываются из потерь, связанных со срывом и ударом потока на входе в колесо, диффузор, улитку и выходной патрубок,Ллтд, и потерь на трение жидкости о стенки каналовЛЬтр, т. е. Ьл„=ай~,+5Ь, . (7. 5) Гидравлический КПД т1, представляет собой отношение действительного напора Н, создаваемого насосом, к теоретическому напору Н„т, е. и 71 = —. г И (7. 6) Для насосов ЖРД т1г=0,7 —:0,9. Произведение т1г т1о=т1нгг называют внутренним КПД.
Мех а н и ч е с к и й КПД т1„характеризует потери мошности натрение в подшипниках, уплотнениях, а также потери на трение, возникающие при вращении колеса насоса в жидкости (дисковое трение), Величина механических потерь сильно различается в зависимости от х, „конструктивного выполнения насоса, нд Для насосов ЖРД т1 =0,85-:-0,98. Полныи КПД насоса Пх=ас-гЮ Пд=гхс-,тир ДаР, г,О 21,Р,-(а-(э П =9ЧЧ ногм (7. 7) р) в) Полный КПД определяет долю полезной затраты мощности Н„на создание напора Н от всей затраченной мошности У„, т. е. и (7. 8) н Рис. 7.4. Форма колеса насоса в дави симости от л,: о †тихоходн колесо; б †нормальн колесо е — быстроходное колесо Для насосов ЖРД т1,=0,5 —:0,85.
4. Полезная мощность Л' =~ тл.с. 75 (7. 9) ./т рЯ 75 и'" (7. 11) Если эталонный насос работает на воде то, и =-3 65п —. Уч г Ихе. Величина п, характеризует форму колеса насоса (рис. 7.4). Действительно, при данном числе оборотов и большее значение и, ссответст- 270 Потребная мощность, затраченная на привод насоса У„из-за потерь будет больше полезной мощности и в соответствии с формулой (7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
