Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 58
Текст из файла (страница 58)
7.13). Рассмотрим характер изменения т1„=1(41) (рис. 7.15,а). Согласно условиям проектирования наибольший КПД имеет место при расчетном режиме (точка С). При расходе, равном нулю (точка А), и при напоре, равном нулю (точка В), очевидно, КПД равен нулю. Из графика т)„=1(Я) мы видим, что всегда есть два режима (точки а и 6), когда КПД одинаковый (при расходах больше и меньше расчетного). Зависимость Ф„=1(Я) при известных характеристиках Н=)(Я) и т) =1(Я) можно получить по формуле (7.10).
При Я=О на привод насоса затрачивается значительная мощность. а)нглгйгн Ухи г7р а а а) т)и 1н Рис. 7. )З. Характеристики насосов Ч=((Я); Ни=)Я); Н=Щ): а — при и=сопла; б — при раиных числах оборотоа Рассмотренные выше характеристики получены при постоянном числе оборотов.
В практике применения насосов необходимо иметь ха- рактеристики при различных числах оборотов. Они представляют собой семейство кривых (рис. 7. 15,б). Наиболее надежно это семейство кривых получается опытным путем, однако, имея зависимость Н чвн Н=1(Я) при одном каком-то числе оборотов, можно пере- а.
чьи7ц ~ считать ее на другие числа обо- н, l ~ 'ь)ьпн ротов на основании теории подобия, согласно которой для нь режимов с подобными треугольниками скоростей (подобн,>и,>н, ные режимы) l на ')ьн > ь)ьп > т),„=т)„ь)о=соне(; (7. 38) /, Исключая из формул (7.
39) п, рис, 7, )к сетка напорных характеристик получим для подобных режи- и линий равного КПД мов прн т)„=сова) >н„ пи ь) ьн Н, Н Н вЂ” = — = — =сопз1. г') е ~') ~~ (72 (7. 40) В координатах Н вЂ” ~ линии подобных режимов выражаются параболами (рис. 7. 16). Перемещаясь по линии подобных режимов, можно по формулам (7.39) посчитать напорную характеристику при любом числе оборотов. Линии подобных режимов являются лин'и я ми постоянногоого внутреннего КПД т),„. Как показывают опыты, линии постоянного полного КПД не всегда совпадают с линиями постоянного внутреннего КПД.
Из-за наличия механических потерь при малых числах оборотов, когда доля механических потерь растет и, следовательно, уменьшается, происходит более быстрое падение полного КПД т)п. 283 Графически это означает пересечение при малых Я и Н кривых постоянного внутреннего КПД линиями постоянного полного КПД. В области больших Я и Н в результате снижения КПД из-за возникновения кавитационных явлений также происходит замыкание линий постоянного КПД. В итоге, линии постоянного КПД т1„имеют вид замкнутых кривых (сплошные линии на рис.
7. 16). В практике для характеристики работы'насоса при разных числах оборотов иногда пользуются не сеткой характеристик, а универсальной характеристикой. Для подобных режимов в соответствии с выражением (7. 39) О, От 17 И, И, И вЂ” =- — = — =сопз1; —, = — „-=- — = сопз1. (7. 41) и, ле л и', л; лт Зависимость Н(ик=)Я(и) дает связь между Н и Я для всех чисел оборотов и поэтому называется универсальной х ар актер ист ик ой (рис.
7.!7). а Л Рис Х 18. Определение рабочей точки насоса Рис. 7. 1'7. Универсальная характеристика Совместная работа насоса и системы подачи ЖРД 284 Рабочая точка А насоса (рис. 7.18) находится как точка пересечения напорной характеристики с гидравлической характеристикой системы Н=1Я), определяемой уравнением (6.33). Как видно, в точке А обеспечивается устойчивая работа насоса, так как при случайном увеличении расхода до Я' мощность насоса будет недостаточна и, наоборот, при случайном уменьшении расхода до Яи избыток мощности насоса опять обеспечит увеличение расхода до 1,1р. Рассмотрим изменение работы насоса при основных способах регулирования расхода: а) дросселированием, б) закольцовкой, в) изменением числа оборотов.
При уменьшении расхода с ь)р до Я', дроссели рован нем (рис. 7.19,а) потребный напор определится как сумма сопротивления системы (кривая 1) и добавочного сопротивления дросселя и рабочая точка переместится в точку А' (кривая 2). Введение сопротивления дросселя потребует увеличения напора и тем самым увеличения мощности насоса 77п. Потребная мощность увеличится еще потому, что при работе насоса на нерасчетном режиме его КПД ухудшится.
Таким образом, при дросселировании мы имеем непроизводительную затрату мощности. Меньшие непроизводительные затраты имеют место при изменении расхода «закольцовкой» части компонента (рис. 7.20). При этом рабочая точка остается неизменной и непроизводительная затрата мощ- нсстп имеет место только для подачи ненужного (перепускаемого) компонента.
Для изменения расхода часто пользуются изменением числа оборотов насоса. При этом рабочая точка перемещается по характеристике ар ар а ар а', а б! а) Рис 7. !З. Перемещение рабочей точки: а — прн просселировании; б — при уменьшении числа оборотов Рис. 7.20. Схема изменения расхода закольцов- кой Рис. 7. 2!. Зависимость й петр=((л) Определим зависимость изменения потребной мощности при изменении числа оборотов. Можно принять, что характеристика системы изменяется по параболе, т. е., что Н=сопз1 Яз.
Тогда согласно уравнению (7. 39) режимы работы насоса при изменении числа оборотов будут подобными. Если считать 71„=сопз1, то в соответствии с формулой (7. 38) т!и=у)~нт!м=сопзй Сопоставляя для подобных режимов выражения (7. 39) и (7.!О), можно выразить зависимость потребной мощности от числа оборотов в виде (7. 42) Л нотр где С вЂ” постоянный коэффициент.
Кривая зависимости Ф „р — — 1(п) показана на рис. 7.21. 285 системы. При увеличении числа оборотов от и, до пз рабочая точка переместится нз точки А в точку А' (см. рис. 7. 19, б). Соответственно увеличится напор насоса Н и потребная мощность. При этом нет непроизводительной затраты мощности, но необходима система, обеспечивающая уменьшение числа оборотов насоса (обычно увеличение или уменьшение числа оборотов достигается соответствующим увеличением или уменьшением количества рабочего тела, подаваемого на турбину). т. 3, туРБины тнА Классификация турбин Одним из основных элементов ТНА является газовая турбина. В турбине потенциальная энергия продуктов сгорания из газогенератора или паров охладителя преобразуется в механическую работу турбины.
Преобразование энергии газа происходит в неподвижном сопловом аппарапе турбины и на лопатках рабочего колеса турбины. Элементарная схема турбины представлена на рис. 7.22. При расширении газа в сопло- ба а) б) Рис. 7. 22. Элементарная схема и треугольники скоро. стев турбины: а — активной, б — реактивной вом аппарате скорость газа возрастает от скорости входа са до скорости выхода сь С этой скоростью с, газ попадает на лопатки рабочего колеса, имеющего окружную скорость и = — лс(гем. (7. 43) 60 Р = — (сы — гав).
й д (7. 44) 286 Относительная скорость входа на лопатки ш, складывается из абсолютной скорости с, и окружной скорости и в данной точке, взятой с обратным знаком. В межлопаточном канале газ меняет свое направление и выходит со скоростью ша. Вследствие поворота струи и в некоторых случаях (реактивная турбина) ее ускорения возникает сила действия на лопатки Р, вращающая турбину. Складывая относительную скорость ва с окружной и, найдем абсолютную скорость выхода газа с лопаток колеса са. Окружное усилие, действующее на лопатки Р, можем определить по теореме импульсов, проектируя векторы скоростей потока с~ и са и силу действия газа на лопатки Р на окружное направление: (7. 45) При анализе работы турбин используется понятие а д и а б а т и ч ее к о й с к о р о с т и (рис. 7.
23) с,„= ~ л„=91,5 ') / (7. 46) В активной ступени без учета потерь с„д — — сь Кинетическая энергия г,',/2у эквивалентна адиабатическому перепаду тепла в ступени. По различным признакам турбины разделяют на активные и реактивные, осевые, радиальные и тангенциальные, одноступенчатые и многоступенчатые. Кроме того, отличают турбины со ступенями скорости и ступенями давления, парциальные и непарциальные, одновальные и двухвальные. Разделение на активные и реактивные турбины производится по способу распределения перепадов давления в ступени турбины. В а к т и в н ы х турбинах весь перепад давления, приходящийся на ступень, срабатывается в сопловом аппарате, а на рабочих лопатках колеса турбины перепад давлений отсутствует.
В межлопаточном канале колеса поток поворачивается и на лопатки действует сила реакции. Таким образом, часть энергии газов передается ротору и абсолютная скорость газа уменьшается. Если пренебречь потерями, относительная скорость ш остается неизменной, т. е. ю1 — — шь В реактивных турбинах общий перепад давления разделяется на сопловой аппарат и рабочие лопатки. Вследствие расширения газа на рабочих лопатках относительная скорость в возрастает, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
