Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Наиболее простая конструкция гидравлической турбины БНА с каналами соплового аппарата, выполненными в виде отдельных цилиндрических сопл и установленными под углом а = 15 ...20' к плоскости вращения. Для компактности рабочую решетку гидравлической турбины иногда выполняют заодно целое с колесом бустера, вынося лопатки турбины на возможно больший диаметр. Для снижения гидравлических потерь, связанных с закруткой жидкости, на выходе нз турбины при смешении с основным потоком, по тракту БНА устанавливают направляющие лопатки для изменения направления потока и преобразования части кинетической энергии в энергию давления. Бустерный насосный агрегат ЖРД БАМЕ, представленный на рис. 10.25, обеспечивает увеличение давления при подаче жидкого водорода в основной ТНА.
Он выполнен в виде единого блока н состоит иэ двухступенчатой гидравлической турбины и осевого (шнекового) колеса. Рабочее тело турбины — водород высокого давления — отбирается с выхода насоса ТНА и подается из коллектора 6 через сопловой аппарат 7 на рабочую решетку турбины.
Крутящий момент от диска турбины передается на вал через шли- 8 1758 225 Рнс. 10.25. БНА горючего (водорода) ЖРд Збмрл 1 — корпус насоса; 2 — осевое колесо; 3 — подшипники; 4 — направляющий аппарат; 5 — отводящий патрубок; 6 — коллектор подвода рабочего тела турбины; 7 — сопле. вой аппарат турбины; 8 — направляющий аппарат турбины; 9 — диск турбины цевое соединение. Ротор БНА установлен на двух шариковых подшипниках 3, один из которых воспринимает осевую нагрузку. Подшипники работают в среде жидкого водорода, который подводится к ним в виде дозиро. ванного расхода протечек рабочего тела по внутреннему диаметру осевого колеса, а также через колиброванное отверстие из отводящего патрубка 5 с последующим отводом компонента на вход в насос через отверстие в ступице осевого колеса 2.
Угловая скорость пшравлической турбины ограничена антикавита. ционными свойствами бустерного насоса и поэтому невелика. В условиях большого перепада давлений на сопловом аппарате скорость жишсостн сг на входе в рабочую решетку турбины высокая, поэтому турбины БНА работают при малом отношении и/сг, имея низкий КПД. Для повышения КПД ее выполняют многоступенчатой, а венец рабочей решетки распола. гают на большем дгйгметре (см.
рис. 1025). Однако, дри малом расходе рабочего тела высокого давления (8...15 % расхода основного насоса) число сопел соплового аппарата получается не более двух и степень пар" циальности турбины мала. В итоге гидравлические турбины БНА часто 22б рпиальны с коэффициентом быстроходности л, ( 15. При изменении яар сте епени парциальностн е от 0,02 до 0,5 КПД гидравлической турбины для опт птнмального отношения скоростей и/с, изменяется от 6,2 до 0,4.
10.7. КОНСТРУКЦИИ УПЛОТНЕНИЙ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ Работоспособность, ресурс, надежность и экономичность ТНА в сущестенной степени зависят от совершенства уплотнительных устройств полостея с рабочими средами различных физико-химических свойств, Уплотнеяяя в ТНА выполняют разнообразные функции: герметизируют газовые полости турбины от насосов, разделяют полости насосов, предотвращая утечки компонентов или барботаж газа в проточную часть насоса, уплотяяют полости подшипников, повышают расходный КПД и общий энергетический баланс ТНА, На валу ТНА размещается, как правило, несколько насосов, обеспечивающих подачу с разными параметрами высокоагрессивных и токсичных рабочих тел, которые при соединении могут вступать в химическую реакцию, Физико-химические свойства рабочих тел, подаваемых насосами ТНА,и в тракте газовой турбины сильно различаются.
Например, в кислородно-водородном ЖРД горючее имеет температуры 20 К, а температура рабочего тела турбины для привода этого насоса более 1000 К. Согласно статистике около 60 % выхода из строя узлов современных ЖРД связано с нарушением работы только уплотннтельных систем, Неотработанность уплотнений проявляется при первых же испьпаниях ТНА в составе двигателя, приводя к пожарам и аварийным последствиям.
Уплотнения неподвижных соединений герметизнруют различные полости при широком диапазоне изменения температуры и давления уплотняемой среды, что определяет выбор их материалов. Как правило, эластичные уплотнения, помещенные в канавках и сжатые усилием в стыке, обеспечивают требуемую герметичность, но ресурс их работы ограничивается сроком хранения и стойкостью в рабочей среде, поэтому в ТНА наиболее целесообразно применять неразъемные сварные соединения. При обработке ТНА основная проблема заключается в надежной гернетнззции подвижных соединений, а также вращающихся относительно яруг друга поверхностей. Разнообразие конкретных условий работы уплотаений подвижных соединений в ТНА обусловливают создание различных конструкций уплотнительных узлов, которые предварительно отрабаты, ваются при автономных нспьпаннях на имитаторах.
В классификации уплотнений подвижных соединений ТНА (рис. 10.26) ебшепринято деление по принципу действия на три собирательных класса: контактные — осуществляют герметизацию плотным прилеганием уплотааюпвгх деталей к соответствующим сопряженным поверхностям соедине- Н "ч; бесконтактные — работают без непосредственного контакта между Унновнения нодбихнне соединений Гио Ронбиниробоннве беснонтантнве /6втанвнм Родианьно Гвавичег- Гидродина- Гидроствьи ианьньв орое ь'е вораебве ниЕ ничесние чесное добив инвове Радиань- тое Щенебве Огебве й ,чь ф ~Ф й Ф ь ь й ч ф ь ь ь 1 ь 4 ч ,ьь чч Уоруеии оненевн 4 ь Рвс. 10.26. Каааеяфякацяя уяаотяьяяй аолвяаямх соеяялеияй ТНА деталями и, следовательно, не устраняют зазор мелсду уплотняюшими полостями, а лишь уменьшают его; комбинированные — представляют собой комбинацию одного или нескольких контактных уплотнений с бесконтактными.
Узел уплотнения в любой конструкции в условиях работы либо полностью герметизирует полость, что будет наилучшим вариантом, либо предусматриваются конструктнвные меропрнатия, обеспечивающие локальное (в пределах уплотнительного узла) уменьшение утечек, например ступенчатое снижение перепада давлений, уменьшение скорости на поверхности вала, охлаждение, введение промежуточных (уплотняюших нли бустерных) сред.
При создании конструкции ТНА конкретизируются основные требова. пня, предъявляемые к уплотнениям: герметичность, степень которой определяется условиями работы агрегата; малый износ контактных поверхностей при уплотнении подвижных соединений, что обеспечивается минимизацией потерь мощности на трение, и достаточный ресурс работы; срок службы, включающий срок хранения, исчисляемый годами, и ресурс работы в составе изделия; УПЛОТНЕНИЯ КОНТАКТНОГО ТИПА В контактном уплотнении поверхности деталей плотно прилегают друг к другу из-за предварительного поджатия и от воздействия рабочего давления уплотняемой среды. На структурной схеме контактного уплотнения (рис. 10.27) вьшеляют: неподвижный уплотняющий элемент 1, обеспечивающий плотность соединения между взаимно неподвижными деталями; скользящий уплотнительный элемент 4, находящийся в контакте с подвижной поверхностью и регулирующий необходимую плотность в месте контакта; эластичный уплотняющий элемент 2, предназначенный для сохранения плотности при перемещении скользящего элемента относительно подвижной поверхности и упругий элемент 3, создающий необходимое давление на контактирую- у г 3 2 Х б я б рис.
10.27. Структурная схема контактного уплотнения: 1 — неподвижный: 2 — эластичный; 3 — упругий; 4 — скользящий элемент уплот- нения рис. 10.2б. Элементы манжатного уплотнения: е — манжета армированная; б — манжета армированная с опорной шайбой; 1 — кор- "те; 2 — кольцо арматуры; 3 — мостик; 4 — губка; 5 — пружина; б — опорная шайба 229 простота технологии изготовления и сборки уплотнения при возможност ги контроля его работоспособности после сборки ТНА. В практике проектирования уплотнений валов ТНА часто встречается ситу ,алия, когда ни одно из уплотнений не удовлетворяет заданному комксу требований.
Тогда выделяется главное из них, чаще герметичность, и узел выполняется с некоторым нарушением всех остальных требований днбо существенно усложняется его конструкция. В связи с этим появ„,гются дополнительные конструктивные элементы, дренажи, перепуски, „хлаждающие системы, добавочные (страхуюпше) уплотнения и тл. В результате уплотнение приобретает значение одного из важнейших элементов конструкции ТНА, и проблема герметизации становится фактором, определяющим его компоновку. С этим связаны также постоянные поиски новых материалов, способов герметизации и конструктивных решений. щих поверхностях. В случае, когда роль упругого элемента выполняет рабочая среда, то назначение его сводится к созданию предварительного натяжения. Каждый из перечисленных элементов должен соответствовать общим требованиям, предъявляемым к уплотнениям и обеспечивать работосло.
собность на заданных параметрах и режимах работы агрегата. Исходя нз приведенной структурной схемы контактного уплотнения, можно уста. новнть взаимосвязь конструктивной схемы вплоть до конструкции кон. кретного уплотнения. Конструктивно представленная схема может быть выполнена с различными вариантамн отдельных узлов. Например, ман.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
