Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Требонания мннимуею осевых или радиальных размеров могут предъявляться отдельно. Габаритные размеры ТНА иногда не оговариваются, напРимер в случае проектирования двигателя, расположенного в баке с одним из компонентов топлива (двигатель, утопленный в баке) и тл. Тре- 191 бования по степени герметичности ТНА различны и предъявляются к от. дельным его узлам и полостям, если допускаемая протечка не отражаетса на работоспособности двигателя и служит только показателем его эконо. мичности. Для ТНА двигателя, расположенного в баке с компонентом, аы. полнение этого условия обязательно, так как малейшая негерметнчность приведет к аварии.
Технологичность и себестоимость ТНА обычно оцени. вается в совокупности с ДУ нли всего ЛА. Отдельные требования к наса. сам и их приводу зависят от параметров ДУ, физико-химических свойств компонентов топлива и его состоянием в подводящих к насосам мь гистралях. Насосы должны обладать; надежностью при работе с агрессивными жидкостями, какими являют. ся топлива ЖРД; рабочей характеристикой, обеспечивающей стабильность значения тяги двигателя на всех режимах его работы; высокой аитикавнтационной устойчивостью, обусловливающей работу двигателя в условиях максимального уменьшения массы всего ЛА вслед. стане низкого давления в баках при заданной угловой скорости рого.
ра ТНА; стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам. Конструктивное совершенство и минимизация массы ТНА связаны с параметрами газовой турбины, применяемой в качестве основного привода насосов. С ростом угловой скорости ротора ТНА повышается его экономичность. Часто турбина компонуется с насосами на общем валу без слож. ных дополнительных агрегатов н узлов. В качестве рабочего тела турбины широко используются основные компоненты топлива ЖРД. 10.2. КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ Компоновкой ТНА в составе двигателя обеспечиваются наилучшие гнцрогазодинамические характеристики магистралей: от баков к насосам, в ЖГГ, камеру сгорания, подвода рабочего тела к турбине и тл. Газовод после турбины двигателя без дожигания оканчивается соплом или системой сопл, дающих дополнительный импульс тяги. На конструкцию ТНА в существенной степени влияет его компоновка, тип применяемых насосов и привода.
Выбор наилучшей компоновки ТНА наряду с обеспечением высоких тактико-технических характеристик сни. жает сроки его доводки. За основу классификации компоновочных схем ТНА принимают кинематнческую связь привода с насосами, которая осуществляется по однороторной (безредукторной) и многороторной схемам (редукторной) (рис. 10.1), Наибольшее распространение получила однороторная схема в которой насосы окислителя и горючего расположены на одной оси с га- 192 ряс. 1ВЛ.
Компоновочные схемы однороторного (а, б, а) н мнотороторных (г) ТНА: Но — насос окислителя; Нà — насос горючего; Т вЂ” турбина зоной турбиной, что предопределяет простую конструкцию агрегата с высокой степенью надежности. В однороторном ТНА газовая турбина располагается консольно по отношению к насосам (см. рис. 10.1, а) или между ними (см. рис. 10.1, б, в) . Угловая скорость ротора такого ТНА ограннчи.
аается антикавитационными свойствами насосов (обычно окислителя). Насос же горючего и турбина работают с пониженной (неоптимальной) угловой скоростью. Число валов, объединяемых в ротор ТНА, может быть несколько, и прн однороторной схеме они соединяются муфтами или рессорами. В многороторных ТНА крутящий момент от турбины к насосам передается через зубчатую передачу, объединяемую в редуктор (редукторный ТНА, см.
рис. 10.1, г) . Каждая из схем имеет различные варианты конструктивного исполнения подводящих устройств насосов (радиальный нли осевой), их относительного положения, число опор, систему смазки, уплотнения и т.п. Взаимная ориентация насосов и турбины, а также их расположение (рис. 10.2) зависят от многих факторов, основными из которых являются физико-химические свойства подаваемых насосами компонентов топлива, рабочего тела турбины и их параметров.
При этом насос горючего и окислителя располагаются около турбины (см. рис. 10.2, а, б, в, г, д) или один нз них относится подальше (см. рис. 10.2, е, ж, з) . Таким образом, все многообразие компоновочных схем ТНА классифицируется по следующим признакам или их сочетаниям. 1. Кинематическая связь насосов и турбины: однороторный или многороторный ТНА. 2. Тип ротора: одновальный ТНА (с одним валом) и многовальный (с двумя и более валами) . 3. Расположение турбины относительно насосов; консольно или между ними (в центре).
7- 1тзв 193 4. По числу опор вала; двухопорная или трехопорная схема, которал допускается в тех редких случаях, когда в схеме с двухопорным валом увеличенное расстояние между опорами приводит к недопустимо большому снижению изгибной жесткости вала (см. рис. 102, к, л), При такой схем~ ТНА система вал — опоры является статически неопределимой, Это затруд. няет сборку ТНА из-за сложности точной посадки вала в корпусе по треь, поверхностям и, следовательно, не обеспечивает надежного распределения нагрузок по всем трем опорам.
На практике зто приводит к необходимости введения упругой связи в радиальном направлении между корпусом л одной из опор (введение упругой опоры) или установкой одной из опор в корпусе с увеличенным радиальным зазором. Такая опора обеспечивает в пределах радиального зазора только ограничение прогиба вала ТНА Конструктивно безредукторный однороторный ТНА наиболее прост, Он выполняется двух-, трех- и четырехопорным (см. рис. 10.2, и).
Прп двух- и трехопорном роторе реализуется одновальная схема ТНА. В одновальных ТНА с центральным положением турбины возможен вариант осевого подвода компонентов в оба насоса, что улучшает их анти. кавитационные свойства, технологичность сборки и разборки агрегата, В зтом случае полости высокого давления насосов обращены к турбине, что ухудшает условия работы опор и системы уплотнений, особенно со стороны насоса, с недостатком компонента которого подается рабочее тело на привод турбины. Наблюдается различная степень износа ходовой части насосов, что приводит к несоосности, перекосам и поломкам агрегата. Улучшить условия работы уплотнений между полостями турбины и насосов и разгрузить ротор от осевых сил можно радиальным подводом компо.
пента топлива в насос со стороны турбины (см. рис. 10.2, в, г, д), хотя такие подводящие устройства ухудшают антикавитационные характеристи. ки насоса и увеличивают длину агрегата. Компромиссом, например, будет ~ ф-: 4ЩВ4$ф Вф 5$$ б рис. 10.2. Компоновочные схемм олиороториых ТНА: А — центральное положение турбины; Б,  — консольное; (А, Б — пвухопорныа:  — многоолорныа); Т вЂ” турбина основная; ТП вЂ” турбина пусковая „ема (см.
рис. 10.2, б), в которой обеспечивается осевой подвод у одного „асоса (чаще окислителя), хотя и усложняются условия работы опор егора. При этом сокращается длина вала ТНА, улучшаются условия подда компонентов в один насос и компоновка его предвключенной ступени. Центральное положение турбины всегда обеспечивает надежное разделение полостей насоса друг от друга, симметрично распределяется крутящий момент от диска турбины, и легко реализуется осевой подвод в оба „асоса. Однако условия работы такого ТНА крайне сложны из-за больших градиентов температуры, вызывающих деформации статора и ротора, и обязательно требуется термокомпенсация.
Увеличение угловой скорости ротора ТНА и давлений на выходе насосов, применение криогенных компонентов топлива (жидкие кислород, водород и др.), выполнение двигателей с дожиганием приводят к необходимости располагать турбину ТНА на консоли (см. Рис. 10.2, е, ж, э, и, к, л). Консольная компоновка ТНА уменьшает массу конструкции под. вода и отвода рабочего тела турбины. Такая схема целесообразна, если один из насосов выполняется с двухсторонним входом. Для осевого входа в один из насосов (что обеспечивает его высокие антнкавитационные свойства) приемлемы схемы ТНА, представленные на рис. 10.2, е, з. Их отличие заключается в способах разгрузки ротора ТНА от осевой силы.
В двигателях с дожиганием и при использовании в ТНА реактивной центростремительной турбины ее консольное расположение становится единственно возможным вариантом. В ТНА двигателей с дожиганием основная турбина (Т) — реактивная осевая (см.рис. 10.2,к) нли центростремительная (см, рис. 102, л) — располагается на консоли, а пусковая (ТП) — активная — между насосами. Это упрощает конструкцию газовода Рабочего тела высокого давления после предкамерной турбины и компоновку двигателя.
Рядом с основной турбиной помещается насос компонента топлива, на избьпке которого она работает. Например, рядом с турбиной, работающей на газе с избытком окислителя, располагается насос окислителя. В противном случае у самовоспламеняющихся компонентов при незначительных протечках в полости турбины образуется локальное повышение температуры с последующим аварийным исходом.
Надежное Разделение полостей насосов гарантируется уплотнениями по валу у пусковой турбины. Наиболее простая компоновка у агрегатов раздельной подачи. К ним прежде всего относятся бустерные насосные агрегаты с газовой или гидравлической турбиной. Последняя широко применяется в ДУ с криогенными компонентами топлива, Конструктивно такие агрегаты просты, так как Рабочим телом турбины служит компонент, подаваемый самим бустерным насосом. Схемы с раздельными ТНА применяются в двигателях с дожиганием по схеме "газ — газ", когда рабочее тело в камеру двигателя поступает газообразным, При этом одна иэ турбин работает на газе с избытком горючего, друшя — с избытком окислителя.
Наличие отдельного привода обеспечивает каждому насосу высокие энергетические параметры и наилуч- 195 шие антикавитационные свойства. Применение раздельных ТНА улучшает массовые характеристики и упрощает конструкцию ДУ большой тяг» (сотни килоньютонов и более) путем осевого подвода в насосы, простой системы уплотнений между турбиной и насосом. В ряде случаев такие одно. роторные ТНА выполняются в едином блоке с ЖГГ. В целях повышений. компактности агрегата, объединяющего ЖГГ и ТНА, применяется компо,. новка с петлевым течением газа от ЖГГ к турбине ТНА и далее в камеру.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
