Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 42
Текст из файла (страница 42)
двигателя. В раздельных ТНА с объединением их в единый корпус турбищ. может быть биротатив ной со своими опорами. Из всех однороторных ТНА наиболее простой конструкцией и как следствие, более высокой надежностью обладают одновальные (см. рис. 10.2, е, з) с активной газовой турбиной на консоли. Такая ком. поповка упрощает уплотнения насоса горючего, что важно при самовоспла. меняющихся компонентах, а осевой подвод в насосе окислителя способ. ствует его высоким антикавнтационным характеристикам. Однако из-за равенства угловых скоростей турбины и насосов условия их работы неоптимальны, и зто является недостатком схем, Значение угловой око. рости ротора такого ТНА принимают исходя из максимально допустимой для насоса окислителя: С ьь 0,75 кр кр «'гитах 298 5г З (10.1) где Ск — кавитационный козффициент быстроходности насоса, характе- ризующий его конструктивное совершенство; Ь' — расход, м /с; тьл „ напор на входе, Дж/кг, соответствующий критическому давлению рк„, ег ркр рп е вх Ьй = + —, кр 2 (10.2) где р„— давление насыщенных паров компонента; с „— скорость компо.
пента на входе в насос. Для насоса горючего расчетное значение ш „всегда больше, чем насоса окислителя. На рис. 10.3 приведена завйсимость га = шг/соек шг га гаек Рме. 10.3. Зависимость опюшенмл наибольших угловых скоростей насосов горючего ш и окнелнтелм ю, т, при рвт личмой плотности компонентов топлив а 5)г до ра —, р. рал „ошения наиболее возможных угловых скоростей ротора насоса горюетн чег „о щ„и окислителя ьэ „из-за разницы плотностей компонентов при лозин равенства величин ЬЬ „и С„у обоих насосов. Например, в ТНА „яслородно-водородных двигателей го„„и оэг отличаются почти в шесть В одновальных ТНА двигателей без дожигания такая разница в угло1х скоростях недопустима, так как ввиду низкой угловой скорости, „нсущей насосу окислителя, газовая турбина будет работать с низким КДД из-за малого значениЯ и/сап.
В таком слУчае пРи высоких энеРгети„скнх параметрах насосов н турбины наименьшие габаритные размеры и масса будут у многороторного ТНА с передачей крутящего момента между валами через зубчатую переДачу (редукторная схема) (см. Рис. 10.1, г). Для оценки массы ТНА можно применять зависимость, связывающую массу ТНА с гидродинамйческнми параметрами системы питания. Для безредукторной схемы формула имеет вид Ктпя (10.3) гдер „, Дг — плотность окнслителЯ и гоРючего; 1ок, *гг — объемные расходы насосов; Н „, ̈́— напоры насосов; оз — скорость вращения Ротора; Ктня — конструктивный коэффициент, зависящий от схемы ТНА, Ктня = (0,3...0,35) 10 с рад/м . Для насосов с двухсторонним входом значения Ктня следует принимать на 10...15 % большими.
Задачу выбора компоновочной схемы ТНА можно сформулировать как целевую функцию определения для конкретных исходных данных такой совокупности значений признаков схемы, при которой наилучшим образом реализуются требования к конструкции ТНА и всей ДУ. К основным факторам, определяющим выбор той или иной компоновочной схемы, относятся уровень температуры компонентов, подаваемых насосами, и рабочего тела турбины, а именно; высококнпящая жидкость али низкокипящая (криогенная), склонность ее к термическому разложению, а также к возгоранию или взрыву при контакте компонентов между собой или с газом турбины.
Факторы этой группы влияют на выбор взаимного расположения и взаимной ориентации насосов и турбины. Например, насос с криогенной Рабочей жидкостью нецелесообразно располагать рядом с турбиной, так как тепловой поток от турбины передается через корпусные детали и вал в рабочую жидкость и подогревает ее, что может привести к кавитагши Яа входе в насос и срыву его работы. В тех случаях, когда установка такого ~асоса рядом с турбиной все же необходима, следует ориентировать насос ~~носительно турбины так, чтобы вход в него был удален от турбины. Вместе с тем такой вариант компоновки требует надежной теплоизоляции корпусов турбины и насоса, а в ряде случаев интенсивного охлаждения рабочей жидкостью промежуточных корпусных деталей и вала. Из таких же 197 соображений нежелательна установка рядом с турбиной насоса с комле. нентом, склонным к термическому разложению.
Часто компоненты ракет. ных топлив — горючее и окислитель — при соприкосновении самовоспла. меняются, и даже контакт их паров в какой-либо полости ТНА приводит к взрыву. Для предотвращения этого необходимо в конструкции прелув матривать сложную систему уплотнений, исключающих контакт комле, нентов. Такой же несовместимостью часто обладает генераторный газ являющийся рабочим телом турбины, и рабочая жидкость одного нз наса сов (например, восстановительный генераторный газ н окислитель) . Таким образом, необходимо герметизировать полости ТНА и не допуо кать контакта несовместимой пары "газ — жидкость" в полостях насосов подшипников и уплотнений.
В ряде случаев их контакт в газовой полости турбины допускается. При этом рекомендуется выхлопную полость турбв ны располагать со стороны насоса окислителя (рис. 10.4, а), что обеспечв. Рис. 10.4. Схемы ТНА: 1 — насос горлжего; 2 — турбина; 3, 4 — внутренние уплотнении насоса и турбины; 5 — насос окислнтелл; 6 — гилролииамичсское концевое уплотнение; 7 — промежутоо нос уплотнение 190 ет сброс протечек из насоса окислителя потоком генераторного газа за деды ТНА. Однако зто может привести к локальному дожиганию генераного газа, вследствие чего его температура повысится.
В противном рве попадание окислителя в газовую полость на входе в рабочую ступень турбины и его дожигание там может привести к разрушению рабочих попаток из-за недопустимого повышения температуры генераторного газа. По кратности запуска ТНА различают однократного и многократного ( ва или более раз) включения. В отличие от ТНА однократного (разового) включения, режим многократного запуска обусловлен тем, что в паузах между включениями компоненты топпива могут находиться в полостях насосов, что накладывает дополнительные требования к надежному разделению полостей насосов при невращающемся роторе ТНА.
По использованюо рабочего тела турбины выделяют ТНА с автономной пян предкамерной турбиной, каждая из которых имеет характерные конструктивные особенности, что предопределяет выбор компоновочной схемы ТНА. Так, автономная турбина малорасходная (е = 2..5 % т х), позтому проблема подвода и отвода газа от нее решается достаточно просто п практически не оказывает влияния на выбор компоновочной схемы. Кроме того, автономные турбины выполняются, как правило, активными с относительно малым давлением газа на выходе — (2..5) ° 10' Па, что упрощает систему уплотнений самой газовой полостью турбины.
И наоборот, для предкамерной турбины характерны большие расходы рабочего тела (т = 30...70 % гпх и более) и высокие значения давлений на входе и выходе турбины. Как правило, давление газа на выходе предкамерной турбины всегда больше давления рк в камере двигателя на 10..30 %, а давление на входе в турбину составляет (15...2) р„. У такой турбины для подвода и отвода больших расходов газа с высоким давлением газоводы получаются толстостенными со сложной конфигурацией. Кроме того, конструкция уплотнительного узла, обеспечивающего надежную герметизацию полостей с высоким давлением газа турбины и жидкостной насоса, получается сложной. На выбор компоновочной схемы ТНА оказывают влияние конструкция и компоновка самого насоса.
В ТНА ЖРД обычно применяется шнекоцентробежный насос, в котором перед основной центробежной ступенью для повышения антикавитационных качеств всего насоса установлено осевое колесо (шнек). При высоком давлении в подводящей магистрали целесообразно применять насос только с центробежным рабочим колесом.
По числу входов в рабочее копесо применяются насосы как с односторонним входом (см. рис. 10.4), так и с двухсторонним (см, рис. 102,и). Подвод в насос может быть; осевой (рис. 105,а); кольцевой (см. рис. 105, б), радиальный (коленообразный) (см. рис. 105, в); и поп успирапьный подвод (см. рис. 105, г) . По числу ступеней давления насосы разделяют на одноступенчатые и многоступенчатые (две и более ступеней) . Наличие встроенного преднасоса, переход на многоступенчатый насос 199 Рвс.
10.5. Тяпы подводов: а — осевой; о — кольцевой; е — редделькый (колекообразкый); г — полуспкргль. пый нли насос с двухсторонним входом увеличивают осевые габаритные размеры ТНА, что может повлиять на изменение компоновочной схемы по числу опор вала или числу валов в роторе ТНА. Заданный тип подвода в насос может предопределить взаимное расположение насосов и турбины. Очевидно, например, что насос с осевым входом может занимать лишь крайнее положение в ТНА. Охлаждение и смазка подшипников, как правило, обеспечивается компонентом, подаваемым насосом (рнс.
10.6, а). В случае конснстентной смазки подшипника (рис. 10.6, б) специальную, так называемую "пластичную" смазку закладывают в полость подшипника при сборке. Для удер. жанна смазки полость подшипника изолируется контактными уплотнениями, например манжетными. Таким образом, подшипник вместе с уплотнениями становится хорошим разделителем полостей насоса или насоса и турбины, что предоставляет большие возможности при выборе взаимного расположения и взаимной ориентации насосов и турбины.
Следует, однако, иметь в виду, что работа подшипника сопровождается выделением большо. го количества тепла, в результате чего возникает проблема его интенсивного охлалсдения, Поэтому применение консистентной смазки в подшипниках ТНА ограничено.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
