Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 43
Текст из файла (страница 43)
В настоящее время для охлаждения и смазки быстроходных подшипников ТНА чаще всего используется компонент, подаваемый насосом. Нз 'рис. 10.6. Схемы смазки и охлвждеилл иодшилииков: компонентом топлива; б — коислстеитиой смазкой; 1 — уплотнение; 2 — лодшилиик; 3 — центробежное колесо; 4 — шнек рис.
10.6, а изображены две основные принципиальные схемы организации проточного охлаждения подшипника, По первой схеме рабочая жидкость перетекает через внутреннее уплотнение насоса из полости высокого давления в разгрузочную полость А и далее частично в полость подшипника, откуда затем направляется на вход в насос по специальному трубопроводу. По второй схеме рабочая жидкость подводится к полости Б подшипника лз зоны высокого давления насоса с дальнейшим направлением ее во входпую полость насоса.
Эту схему целесообразно применять в случае расположения подшипника около предкамерной турбины, работающей на газе, который совместим с компонентом, подаваемым насосом. Способ раскрутки ротора определяет время выхода ТНА на режим н оказывает влияние на выбор компоновочной схемы. Различают раскрутку без применения и с применением пусковой турбины (см. рис. 102, к, л). За короткое время работы (0,5 ...2 с) пусковая турбина раскручивает ротор ТНА до угловой скорости, обеспечивающей выход ТНА, а следовательно, и ДУ на расчетный режим работы. Применение пусковой турбины значительно увеличивает длину вала н расстояние между подшипниками, что требует увеличения числа опор ротора нли перехода от одновального ротора к двухвальному, Следует отметить, что многие из имеющих место в практике факторов, влюнощих на выбор компоновочной схемы ТНА, являются противоречивыми.
Поэтому недопустимо при выборе схемы учитывать лишь какой- либо одни пз них. Хороших результатов следует ожидать при комплексном учете влияющих факторов на компоновочную схему ТНА, принимая, что основными критериями должны быль простота конструкции, технологичность, надежность работы, наименьшая масса как самого ТНА, так и ПУ в целом.
201 103. УСТРОЙСТВО ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИИ Увеличение удельных параметров ЖРД связано с повышением давлениа в камере двигателя. С учетом перепада давлений в ЖГГ и в тракте газовой турбины получается, что насосы ТНА должны быть высоконапорныма При создании ТНА с высокими окружными скоростями и КПД, с малыши размерами и массой в качестве основных используются цеитробежнна насосы с приводом от газовой турбины.
В ЖРД применяются и другие типы насосов — осевые (шнеки), стру» ные (эжекторы), дисковые, вихревые и тл. Они выполняют вспомогатель ные функции, как подкачиваюшие устройства, хотя в бустерных насосных агрегатах могут служить основнымн. Газовые турбины для привода насосов — малогабаритные с осевьш или радиальным направлением рабочего тела, в качестве которого ислень зуются продукты сгорания основных компонентов топлива в ЖГГ. Во» можно использование спепиальных, однокомпонентных топлив, отбора газа из камеры сгорания, нагрев отдельно рабочего тела турбины в тракте охлаждения камеры двигателя и др. Для привода насосов в двигателях бю дожигания применяются активные турбины, в двигателях с дожиганиемодноступенчатые реактивные.
Повышение угловой скорости ротора насев ного агрегата ограничивается в основном аитикавитационными характе ристикамн насосов, реже работоспособностью уплотнительной системы и опор ротора. Размещение на общем валу с газовой турбиной насоса нли нескольких насосов для подачи высокоагрессивных и токсичных рабочих тел, которые при соединении могут вступить в химическую реакцию со взрывом, приводит к необходимости тщательного анализа при выборе компоновочной схемы. Следует учитывать, что физико-химические свойства рабочих тел, подаваемых насосами, изменяются в широких пределах. Экстремально условия работы агрегата будут при расположении газовой турбины, рабочее тело которой имеет температуру более тысячи градусов, рядом с насосом криогенного компонента. При больших перепадах температур и давлений между соседними полостями ТНА сложно создать конструкцию надежного уплотнения на валу.
В таких условиях от системы уплотнения завнсш не только экономичность, но и работоспособность ТНА в целом. Схемы ТНА при различной компоновке турбины и двух шнекоцентро. бежных насосов, приведены на рис. 10.4. Перекрещенными прямоугольии. камы отмечены места возможного расположения уплотнительных устройств мехщу полостями с пешнями, имеющими относительное перемещение. В конструкции ТНА с пентральным положением турбины (см.
рис. 10 4,а) обеспечивается симметричное нагруженне опор ротора, более рационально распределяется крутящий момент и надежно герметизируются жидкостные полости насосов, что важно, когда компоненты топлива способны вступать в химическую реакцию. Оба насоса при такой компоновке имеют осевой под „вод и, следовательно, повышенные антикавитационные характеристики. 0 пако в этом слу ие усложняется система уплотнений со стороны насоса, .омпонент которого вступает в химическую реакцию с рабочим телом бины. Эти недостатки при необходимости решаются конструктивно, н такая схема ТНА применяется в двигателях без дожигания с малым зна- чением тяги.
Прн консольном расположении турбины (см. рис. 10.4, б) исключает- „влияние температурных деформаций на работу подшипников ротора и ,ивовых потоков в один нз насосов„особенно, когда подается криогенны й компонент. Турбина при консольном расположении получается компакт- ной и легкой. Такая схема единственно приемлема в ТНА двигателей с дожиганием и при высоком уровне тяги двигателя без дожигания.
В конст- рукции ТНА удобно компонуются высокорасходные насосы, имеющие двухсторонний подвод. Однороторный ТНА ЖРД РД-119 (рпс. 10.7) состоит из двухступен- чатой газовой турбины активного типа и центробежных насосов окислите- ля (жидкий кислород) и горючего (НДМГ) . Конструктивно ТНА выполнен нз двух основных составных частей; турбины с насосом горючего и насоса окислителя с отдельными валами, каждьй из которых установлен на двух шарикоподшипниках.
Валы соединяются рессорой с эвольвентными шпицами, обеспечивающей передачу крутящего момента с вала турбины и насоса горючего на вал насоса окислителя. Корпуса турбины, насоса горючего и насоса окислителя соединены между собой шпильками через радиальные шпонки 5 и 13, позволяющие сохранить соосность соединяемых составных частей ТНА при температур- ных деформациях, возникающих в результате большой разницы темпера- тур рабочих тел турбины и насосов. Центробежные крыльчатки насосов разгружены от осевых усилий бла- годаря расположению по обе стороны уплотняющих буртов на разных уров- нях, а также наличию отверстий в дисках. Неуравновешенная часть осевой силы в каждом из насосов воспринимается одним из подшипников, закреп- ленном в осевом направлении по внутреннему и наружному кольпам.
Двухступенчатая турбина со ступенями скорости расположена кон- сольно на общем валу со шнекоцентробежным насосом горючего, подаю- п1им НДМГ. Крутящий момент от дисков 2 и 4 турбины передается на аал насоса горючего с расположенным на нем центробежным колесом 8. Крутящий момент от вала 10 насоса горючего передается через шлицевые соединения рессоры 12 на вал 17 насоса окислителя, расположенного на двух подшипниках 19 н 20, работающих в среде жидкого кислорода. Корпус 7 насоса горючего, объединяющий подводящее устройство и днффу- зор с улиткой, соединяется с крышкой б шпильками.
Для разделения по- лостей насоса и газовой турбины по валу расположены уплотнительные кольца и манжеты, Подшипники 11 и 21 насоса горючего работают в среде коисистентной смазки, Примером конструкции раздельных ТНА могут быль насосные агре- 203 й. » $ й х о и о > о Х 3 М~ р о 33 М сч ~8 ~ ю Й х 1 С6 3 ь х л й'3 шь гаты маршевого ЖРД 88МЕ многоразового транспортного космического корабля. ТНА подачи жидкого водорода (рнс.
10.8) имеет осевую газовуи турбину с двумя дисками 6, трехступенчатый насос с центробежньпин коле. сами 4, расположенными в корпусе 5 с крышкой 1. Опорами ротора яа. ляются сдвоенные радиальные шариковые подшипники 2, охлаждаемив водородом. Для восприятия высоких осевых нагрузок лри работе на номи. нальном режиме используется самоустанавливающийся балансировочный поршень, в качестве которого служит торцевая поверхность колеса третьей ступени насоса. Весь ротор ТНА стягивается болтом 3. В качестве привода лля насоса с малой частотой вращения и особенно бустеров применяются гидротурбины, что связано с рядом их достоинств, к основным из которых относятся: малые масса и габаритные размеры, взрыво- и пожаробезоласность, лростота конструкции уплотнитечьных узлов. Рабочее тело гидротурбины подается от специального насоса нлн ислользуется часть комлонента, отбираемого от высоконапорного насоса основного ТНА.
Часто гидравлическая турбина получается малорасходной с низкой быстроходностью, что обусловлено высоким перепадом давлений (5,0...8,0 МПа) рабочего тела, приводящего к нарциалъности рабочей ступени и низкому КПД. В ЖРД малой тяги в качестве привода насосов возможно применение электродвигателя, питаемого от аккумуляторных батарей, включенных в общую бортовую электрическую систему транспортного космического аппарата.
Схема ЭНА с двумя центробежными насосами подачи горючего! и окислителя 2 двигателя малой тяги с многократным включением малой продолжительности и с длительными перерывами между запусками, вред. назначенного для межорбнтального транспортного корабля, приведена аа рис. 10.9. ЭНА обеспечивает тягу ЖРД 4,45 кН нри давлении на выходе из насосов 13 МПа и расходах монометилгидразнна тг = 0,325 кг/с, азотного тетраксида т „= 0,68 кг/с. Привод насосов — электродвигатель — распо.
ложен между ними н обеспечивает надежное разделение самовоспламеняю шихся рабочих жидкостей. Двигатель выполнен с сухим статором и охлаждается одним из компонентов толлина, подаваемого насосом в тракт охлаждения корпуса 4. Смазка и охлаждение подшипников 5 в каждом насосе осуществляется компонентом. Надюкное отделение полости электродвигателя от перекачиваемой жидкости обеспечивается импеллерами 6 и контактными уплотнениями 7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
