Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 47
Текст из файла (страница 47)
С другой стороны газовую ло. лость герметизирует узел пщродинамического уплотнения, включающий перегородку 8 и имлеллер 7, расположенный на валу 6 турбины. В полость между перегородкой 8 и имнеллером 7 подается компонент с давлением, большим давления газа на 0,5...1 МПа, что обеспечивает герметизацию турбины и предотвращает барботаж газа в проточную часть насоса. Для соединения диска турбины с валом (рис. 1020) и передачи кру.
тяшего момента широко применяются штифты, шлицевое соединение, лризонные болты, сварки. Штифты для передачи большого значения кру. тящего момента желательно раслолагать на фланце подальше от центра вращения вала (рис. 10.20, в) . Часто вал выполняют с диском из одного материала. Однако с целью зкономии дорогостоящих жаропрочных сталей целесообразно вал делать из другого, более дешевого материала и приваривать его к диску турбины (рис.
10.20,д, е). Лопатки рабочего колеса осевой турбины могут выполняться отдельно механической обработкой с последующим шлифованием профиля но копиру и пакетной обработкой их замковой или лривариваемой части (см. рнс. 10.17) либо литьем пакетов (секторов) лопаток с последующей лриваркой к диску или литьем вместе с диском (см. рис. 10.18) . 220 Рнс. !0.20. Типы соединений диска турбины с взлом' а — штифтовое; б — прнзоииымн болтами; е — фпанцевое", г — шпнцевое; д, е— сваркой; 1 — диск; 2 — штифт; 3 — вап; 4 — болт; 5 — гайка; 6 — шайба стопорнаа; 7 — винт Лопатка (рис. 1021, а) состоит из ножки, профильной части пера и бандажа.
Лопатки рабочего колеса активной турбины имеют малую высоту н вследствие незначительного изменения параметров газа по высоте их выполняют постоянного профиля. При большом расходе газа в реакпшных турбинах перо лопатки "закручено" из-за существенного изменения параметров газа по радиусу. Однако и в этом случае стремится изготовить лопатки более простой формы (без закрутки). Наиболее простое д рвс. 10,21. Некоторые типы соединений лопаток с диском турбины: 1 г- сваркой; б — Т образным замком; е — замком типа "елочка"; г — литаем; - ножка; 2 — перо; 3 — бандаж; 4 — гребешки уплотнение; 5 — замок 221 соединение лопаток с диском обеспечивает сварка.
Сварочный шов пакль дывают в несколько проходов, попеременно с обеих сторон, с полировкой и последующим рентген контролем. При соединении лопаток с диском свар кой трением набор лопаток прижимается к ободу вращающегося диска, ° при резком останове создается высокое удельное давление в месте соещ. пения, Часто диск турбины с лопатками изготавливают отливкой по вып. лавляемым моделям.
При электроэрозионном способе межлопаточные каналы выполняют радиальным подведением электродов с последующей пайкой бандажа, а при осевом движении электродов бандаж от заготовив сохраняется для получения окончательных его размеров после иэгогов. пения лопаток. Замковое соединение лопаток с диском обеспечивает передачу окрухь ного усилия на диск и фиксирует лопатку при действии на нее осевых, центробежных сил и изгибающих моментов. Наиболее простое соединение получается с Т-образным замком (рис. 10.21, б) .
Однако соединение зам. ком типа "елочка" (рис. 10.21, в) позволяет увеличить поверхность, вес. принимающую нагрузку, что необходимо для достижения требуемой проч. ности соединения, Для установки пакета лопаток в ободе диска выпол. няется вырез трапециевидной формы, По окончапии установки и полного набора лопаток вырез закрывается замком, который фиксируется в осевом направлении штифтами. Замок типа "елочка" конструктивно и технолог чески сложен, но обладает высокими прочностными характеристиками я применяется в ТНА двигателей больших тяг. 103. БУСТЕРНЫЕ НАСОСНЫЕ АГРЕГАТЫ Давление в баках, необходимое для бессрывной работы шнекоцептро. бежного насоса часто недопустимо велико, что приводит к заметному увь личению толщины стенок и массы баков.
Поэтому установка после бака отдельного подкачивающего бустерного насосного агрегата (БНА), обес. печивающего ритмичную работу основного насоса ТНА, позволяет суше. отвеяно снизить величину наддува баков и, следовательно, их массу. Конструкция современного ТНА немыслима без последовательного использования различных насосов, скомпонованных по многоступенчатой схеме, например, шнекоцеитробежного насоса (см. рис. 10.11), в котором роль бустеров осуществляют струйный насос (эжектор) и лопаточный осевой (шпек).
Такие бустериые насосы принято называть преднасосамя и конструктивно их компонуют в ТНА. Подкачиваюшие бустерные насосные агрегаты располагают в непосредственной близости от бака с компонентом (рис. 10.22), тем самым исклю ая гидравлические потери при подаче компонента от бака до входа в насос БНА. Гидравлическая турбина БНАЗ приводится в действие жидкостью высокого давления, отбираемой от насоса ТНА5. После сра. батывания на турбине жидкость возвращается в наяориую магистраль 222 гоТНА ~ од Скр.с.п 0,75 кр БНА (10.15) где 3г — объемный расход насоса, мз/с; щ— угловая скорость ротора ТНА, 1/с. уис.
10.22. БНА в системе латания Дуг бак; 2 — насос БНА; 3 — гидравлическая турбина ВНА; 4 — газовая турбина ТНА; 5 — насос ТНА рис. 10.23. Схемм ТНА с разной передачей крутящм о момента яа вал бустераг е — через редуктор; б — пщравлнческой муфтой; и— стдеяьной ступенью газовой турбины; г — радиальной гидравлической турбиной; д — осевой гидравлической турбиной; 1 — насос БЙА; 2 — центробежный насос БНА; 3 — привод ТНА; 4 — привод БНА; 5 — шнек ТНА; 6 — пгдравлическая муфта; 7 — направляющий аппарат 223 , стерного насоса 2. Угловая скорость ротора БНА, обеспечивающая бесгвную работу его насосов, определяется по минимально необходимому пав вденню в баке ЛА.
При этом скорость вращения вала основного ТНА может быть выбрана максимально возможной, и уравнение для опреде. „ния кавитапионного коэффициента быстроходности системы подачи примет вид Перспективно применение конструкций многозальных (от двух а более) насосов с пониженной частотой вращения вала предвключе1шай ступени, Привод ротора такой предвключенной ступени обеспечиваете механической связью в виде зубчатой передачи (рис.
10.23, а), гидраалп. ческой муфтой (рис. 1023,б) и турбинами (рис. 10.23,в, г, д). Анализ конструктивных схем насосных агрегатов с раздельным вра. шепнем лопастных колес БНА и ротора основного ТНА показал, что выпь кое значение С„а = 5000...10 000 можно получить, выполнив ТНА пе схемам, приведенным на рис. 10.23, б, д. Причем наибольшие аптикавпта. ционные качества отмечаются только вблизи расчетного режима, т.е. а узком диапазоне подач. Причины этого заключаются в возникновенпа обратных токов при малых расходах и во взаимном влиянии параметров гидравлической турбины на антнкавптационные характеристики основ. ного насоса. Эти недостатки отсутствуют в насосе, выполненном по схеме, приведенной на рис. 1023, г, С„, „которого стабильна в широком диапазоне подач и достигает 10 000 единиц.
Большие значения С„ кр.с,а обеспечивают насосы, выполненные по схеме с приводом первой ступепп через зубчатую передачу (см. рис. 1023,а) илн с независимым приводом обеих ступеней насосов (см. рис. 10.23, в) . ! В качестве насосов БНА используются струйные (эжекторы) и чаще лопаточные (осевые, центробежные и шнекоцентробежные). Лопаточные БНА применяются в ЖРД большого суммарного импульса тяги. Привод ротора БНА может осуществляться от ТНА через зубчатую передачу (см. рнс. 1023, а), от отдельной ступени газовой турбины (см.
рис. 10.23,в) или от гидравлической турбины (см. рис. 10.23,г) . Активная жидкость струйного бустерного насоса отбирается с выхода основного насоса из полостей высокого давления (см. рис. 10.11), а также используются утечки компонента после щелевого уплотнения центробежного колеса, направляемые по магистрали перепуска на вход в основной насос через сопла инжектора. В соплах происходит преобразование энер гии давления жидкости в кинетическую энергию струи, которая в камере смешения передает свою энергию основному потоку. Струйные насосы из-за низкого КПД целесообразно применять в дви.
гателях с дожнганием, так как увеличение мощности турбины при подаче активной жидкости высокого давления на эжектор практически не снижаег энергетических характеристик ДУ. На рис. 10.24, а приведена конструкция эжектора с двенадцатью соплами, расположенными по окружности камерь смешения под углом а = 18'.
При соотношении расхода активной жидкости к зжектируемой до 25 % напор основного потока возрастает на 250 ... 280 Дж/кг. КПД такого устройства на оптимальном режиме достнга. ед не более 0,15. Малая напорная способность эжекторов ТНА (обычно не более 300 Дж/кг) при КПД от 0,08 до 0,2 ограничивает их применение как в современных БНА, так и в качестве предвключенной ступени ТНА. Рабочее колесо БНА выполняется в виде шнека постоянного шага нли увеличивающегося к выходу как с неизменным по длине наружным 224 рис. 10.24.
Коиструиили миогосопловосо эжеитора и осиовиме размеры сопяа: е — в виде ряда отверстий; б — с наборам сопл; е — основные размеры сопла диаметром лопаток, так и с переменным. Широко применяются шнеки с возрастающим от входа диаметром конической втулки (см. рис. 10.16, г) . Такое увеличение диаметра втулки (вплоть до с( = 0,85 Р э) устраняет обратные токи на выходе и повышает знергетйческие характеристики насоса. Лопатки шнека выполняются в виде винтовой поверхности переменного шага с углом изгиба профиля 8...10 .
При существенном возрастании диаметра втулки шнекового колеса для увеличения его напорных свойств рекомендуется установка на конце дополнительных (коротких) лопаток. В качестве привода БНА применяется гидравлическая турбина, на которую жидкость высокого давления поступает от основного насоса (см. рис. 1022) . Использование на гидравлической турбине рабочего тела, перекачиваемого бустерным насосом„позволяет компоновать БНА в общем корпусе. Такой БНА имеет малые габаритные размеры и массу, прост по конструкции, и его установка возможна в баке ДУ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
