Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 44
Текст из файла (страница 44)
К основным характеристикам качества конструкции ТНА относят: степень отработки конструкции; технологичность и себестоимость; осевые и радиальные габаритные размеры и масса; условия работы опор на заданный ресурс; степень герметизации и условия работы уплотнений; антикавитационные характеристики насосов; гидро- и газодинамические характеристики трактов ТНА. 206 'ь,„в ~ч о мо чи мч ~ъ кй ууа ряду в лаглг рве.
10 9. Оима ЗНА Ирд малов тягл мелорявгаяаного травсгюртвого корабля: 1 — насос горнмего; 2 — насос окислителя; 3 — ротор; 4 — корпус тракта оялакления заектродвкгателя; 5 — подгпнпники; 6 — импеллерм; 7 — уплотнения; 8 — корпус; 9 — статор электродвигателя Если какая-либо нз перечисленных характерисппс качества является главной, то ее берут за основу при выборе конструктивной схемы ТНА и его компоновки.
Наилучшие гидравлические характеристики присущи ТНА, которые имеют нанменьшие значения суммарных гидравлических потерь по проточной части тракта газовой турбины и насосов от входа до выхода нз ТНА, позволяющие получить наибольшие значения его КПД. Лучшнмн антнкавнтационными характеристиками обладают ТНА, в которых все насосы обеспечивают работу ДУ с минимально возможным значением давления наддува топливных баков. Наилучшую герметичность имеют ТНА с наименьшим числом стыков и узлов уплотнений, простых по конструкции н имеющих высокую стабильность характеристик ло герметичности как при хранении, так и во время работы. Например, герметизации корпусов насосов сваркой следует отдать предпочтение, чем уплотнению стыка прокладкой и тл. Наилучшая работоспособность опор принимается в ТНА, где минимальны значения осевых и радиальнмх нагрузок на роторе. При оценке габаритных размеров (осевых, радиальных) н массы ТНА оптимальной считается схема; обеспечивающая наименьшие значения анализируемой величины.
Стоимостные работы оцениваются исходя нз величины удельных затрат, приходящихся на ТНА в составе ДУ, с учетом технологичности конструкции и характера производства (единичного, мелкосерийного, серийного) . Возможна ситуация, когда необходимо учитывать одновременно несколько характеристик качества, так как онн имеют первостепенное значе- ние и являются важными. Иногда следует вводить новые характеристюсй или, наоборот, не учитывать какую-либо, если она не играет существенней роли.
Например, при учете всех названных характеристик качества конев рукции дпя ТНА двигателя, работающего по схеме с дожиганием, можай быль целесообразна конструкция ТНА, выполненного по многороторнсй схеме с редуктором. Однако в составе ДУ могут быть различньсе условий работы ТНА: если учесть, что двигатель будет располагаться в баке с кои. понентом (утопленный ЖРД), для которого как осевме, так и радиальнна габаритные размеры не играют существенной роли, то более приемлеил конструкция ТНА, выполненного с консольным положением турбины па олнороторной схеме.
10.4. КОНСТРУК11ИЯ ШНЕКОБЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА И ЕГО ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ В ТНА ЖРД широко применяются различные лопаточные насосы, отличающиеся направлением потока жидкости в рабочем колесе. В центро. бежных насосах поток жидкости перемещается в радиальном направлении, в осевых — по оси вращения вала, в диагональных — смешанное направло ние (рис.
1ОЛО). Основными элементами проточной части шнекоцентробежного насоса (рис. 10.11) являются: рабочее колесо 1, корпус насоса, который включает Рнс. 10.10. Схемы рабочих колес нонаточных насосов а — центробежное; б — диагональное; а — осевое 6545 Рнс. ! О. 11. Конструктив над схема щнекоцентробежного насоса: ) — центробежное колесо; 2 — спиральный канал; 3 — направляющий конус; 4 — ссо вой прсднасос (щпск); 5 — подвод насоса; б — струйный насос (эжсктор); 7 — оэаод 208 вод 5, служащий дпя направления потока жидкости на вход в колесо воп данными параметрами и спиральный канал 2, обеспечивающий сбор ест абнлиэацию паРаметРов потока жидкости до входа в отвод 7.
Подаваемый насосом компонент приобретает кинетическую и потенльную энергию. Значения этой энергии, отнесенной к массе перекачнвае„в жидкости, называют напором насоса Н. Напор насоса представляет злость удельной энергии жидкости на выходе и входе в насос: е' — с* ВЫХ ВХ Н= Р (10.4) В случае сжимаемой жидкости, например жидкого водорода, когда плотность р изменяется по тракту насоса, напор Р в' вых Р е вых вх 3 3 Н= 1 2 Рвх (105) В расчетах расход через насос принимается объемный 5' или массовый » =р~. (10.6) Полезная мощность насоса Н=рин, (10.7) Мощность, потребляемая насосом, запишется с учетом КПД насоса: РиН И Ф в чв чв (10.8) Чем больше КПД насоса 71„, тем меньше потребляемая мощность.
Обычно Л„= 0,5 ...0,8. КПД насоса учитывает потери энергии в насосе из-за: перетекания жидкости из полости высокого (выход из колеса) в полость низкого давления на входе в насос; трения жидкости при течении о стенки каналов колеса насоса и внутреннее трение жидкости вследствие ее вязкости; трения в уплотнениях, подшипниках н боковых (нерабочих) поверхностях колеса насоса о жидкость.
Уровень совершенства антикавитационных свойств насоса характеРизуется значением кавнтационного коэффициента быстроходности: РОР С„= 298 аЛ о'75 кр (10.9) 209 ще со — угловая скорость ротора насоса в зависимости от его антикавита- ционных качеств, н может изменяться от 1000 до 10 000 Цс. Все параметр ческие показателн и характеристики насоса определяются с учетом угловай скорости.
Увеличение параметра С„приводит к росту допустимой частоэц вращения ротора ТНА, что умейьпюет не толысо массу насоса, но и всей Ду так как позволяет снизить давление наддува топливных баков и существен но уменьшить их массу. . Вредные проявления кавнтацни заключаются в срыве режима рабов, насоса и резком падении напора, а также в разрушающем действии на нрь точную часть насоса в виде кавитационной эрозия.
Механизм эрозии зашла чается в разрушении поверхности материала под воздействием гидроудареа при захлопывании кавитацнонных каверн (пузырей). Поскольку такач разрушение относится к усталостному типу, требующему определенноге времени, то для малоресурспых насосов ЖРД, время работы которьц ясчисляется минутами, его можно не принимать во внимание. Для насоса важны антикавитационные свойства не по эрозионпому воздействию на ете проточную юсть, а нэ-за срыва всех параметров, стабильность которых днх. туется задачами, вмполняемыми ДУ в целом.
Отличительная особенносэь проточной части несосов ЖРД состоит в обеспечении высоких антикавить цнопных и удельных энергетических показателей ТНА с некоторым ущер бом для КПД и ресурса его работы. Степень гидравлического совершенства проточной части цептробежньп насосов современных ТНА соответствует значению С„= 2000...2500. Дальнейшее повышение антнкавитационных свойств насосного агрегап достигается применением подкачивающих устройств. Это различные вене. могательные и бустерные насосы — струйные (эжекторы), осевые (шне.
ки) и тл. Такие насосы и устройства выполняют как автономно в виде подкачивающих насосов, так и заодно с центробежным насосом в виде предвключенной ступени, составляя шнекоцентробежный насос. На рис. 10.11 представлена схема шнекоцентробежного насоса с эжектором, включающего центробежное колесо 1, вход в который расширен за счеэ увеличения ширины лопатки и диаметра начала лопаток. Направляющий конус 3 обеспечивает направление утечек жидкости по основному потоку и отсекает распространение вихревой обратной зоны. Шнек 4 имеет собст. вениые высокие антикавитационные качества и повышает давление на входе в центробежное колесо для обеспечения его работы без кавитацнонного срыва. Струйный насос 6 создает дополнительное повышение давления на входе в шнек, используя энергию утечек жидкости из полостей гидраали.
ческого тракта насоса. Совершенство насосного агрегата по его антнкааи. тацнонным качествам привело к существенному конструктивному измене. нию проточной чисти самого насоса, комбшюции различных ло принципУ действия насосов в единый блок и к введению дополнительных магистра. лей н гидравлических трактов, обеспечивающих работоспособность кон. струкции. Кавитацнонный коэффициент быстроходности современных шнекоцентробежных насосов имеет значение С„= 4500..5000. 210 псе злементы конструкции насоса гидравлически связаны с проточной гью, что обеспечивает работоспособность уплотнений, опор ротора, ,„1анные антикавитационные свойства насоса при высоких энергетических „казателях ТНА.
Кроме того, на конструкцию насосов наиболее сущест- иио влияют свойства перекачиваемой среды, способ уравновешивания -евой и радиальной снл, параметры уплотнительной системы и др, На рис. 10.12 представлена конструкция кислородного шнекоцентробежного насоса.
Корпус 3 насоса отлит из алюминиевого сплава и включает конический диффузор, улитку и подводящий патрубок. Стык корпуса а крышки 1 уплотняется алюминиевым кольцом 4„расположенным в гнезде клиновидной формьс. Крышка имеет кронштейн для крепления к корпусу насоса горючего. Центробежное колесо с шестью цилиндрическими лопатками н шнек отлиты из алюминиевого сплава. Колесо и шнек соединяются с валом 16 шпицами, обеспечивающими передачу крутящего момента. Радиальные шариковые подшипники 7 и 17 служат опорами вала. Подшипники работают в среде компонента. Окислитель к подшипнику 7 подводится из полости высокого давления через жиклер 5 отверстия в крышке 1 и отводится на вход в насос.
Уб Уу рнс. 10.12. Шнекоцентробежный насос: 1 — крышка; 2 — шпильки; 3 — корпус; 4 — уплотиитсльное кольцо; 5 — жиклср; б, 13 — опорные кольца; 7, 17 — подшипники; 8, 11 — обоймы плавающих колец; 9, 12 — плавающие полым; 10 — центробежное колесо; 14 — втулка; 15 — двухзаходный шнек; 16 — вал; 18, 19, 21 — кольца; 20, 22 — манжеты 211 Полость высокого давления в насосе отделена от полости всасыванна уплотнениями, установленными на буртах крыльчатки и состоящими иэ плавающих 9, 12 и опорных б, 13 колец и обойм 8, 11. Плавающие кольца изготовлены ю бронзы, опорные — нз стали, обоймы — ю высокопроч. ного алюминиевого сплава. Бронзовая втулка 14, установленная в корпусе, исключает возможность возгорания при случайном касании шнека в про. цессе работы ТНА в окислительной среде.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
