Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Подставим полученные выраже- 2 2 пня в (14.14), тогда Н, = Н н„+ Н„. Выражение 0,5 (ил — и~») определяет работу центробежных сил /,, для единичной массы т =1: »» о 2 о 2» Ел, = ~ о»'г»/г = м'0,5 ( го~ — г») = 0,5 ( ид — и,), Г» (14.17) »онол = Но»/Н»1 для турбины Гнол = Еот/Ет. (14, 18) Выражение для рн,л можно преобразовать, подставив в ходные выражения удельных работ и учитывая, что с' = Для упрощения принимаем с, = с,, а также с»„= 0 для с,„= 0 для турбины.
При этих условиях следует, что у насоса Н,=с„и,; Н н„=0,5с,'; него ис- 2 2 с,„+ с„. насоса и у турбины Е, = с,„и,; Е„= 0,5с',„. Преобразуем (14.17) и (14.18), тогда ~»нол 1 — сли/(2ил) для турбины рн, = 1 — с„/(2и,). (14.
1.9 (14.20 500 где »ьлг — центростремительное ускорение. 2 о В осевом насосе Н, = 0,5(п»» — и»») + 0,5(с, — с',); Нол = 0,5(и»~~— — и»») . По аналогии с (14.15) в радиальной турбине Е„= 0,5 (и»д — и»») + 0,5 ( и» вЂ” йд); (14. 16) о 2 в осевой турбине Е„= 0,5(и»д — и»»). Отношение статической удельной работы к полной удельной работе называют степенью реакции (реактивнссти) колеса. Для насоса Отношение с,„/и, у насосов и с,„/и, у турбин называютксв~бфициен- тсло нагружи. Рассмотрим работу колес с различной степенью реактивности.
Полностью реактивное колесо рн, =1. Из (14.19) следует, что с,„=- О, так как и, Фоо. Следовательно, Н, = = Нот = Нл,о» '= О~ Ет = Ео» = Ел = 0; с, = с, . Если построить треугольник скоростей, то входной угол лопаток колеса насоса = агс1я(сд /и,) будет значительно меныпе 90', т. е. р„, » «90 (для турбины это будет угол входа 1)»,). В ступени с реактивностью р„, = 1 преобразование всей потен- циальной энергии происходит в рабочем колесе. В статоре происхо- дит только поворот потока. Активное колесо рн„=О. При этом с, =2и;, Н 2.
= Н „„= 2ио, Н„= 0; аналогично Е, = Е, =- 2и',; Е„= О. Сле- довательно, весь напор является динамическим; в машине происходит преобразование только кинетической энергии. Тогда выходной угол лопаток колеса насоса ))д„= 180 — агс(д(сл„/ил) будет значительно больше 90', т. е. р,, >) 90(аналогично определяется угол р»„турби- ны).
В активной ступени преобразование всей потенциальной энергии происходит в статоре. При степени реактивности колеса р 2, нол = 0,5. В этом случае ело= ио', Н: им Н: Нд„„-— — ит/2; Рдл»=-0,5 = паточной машине часть (половина) потенциальной энергии преобра- зуется в рабочем колесе, другая часть — в статоре. Полученные зависимости дают возможность построить график вли- яния степени реактивности колеса рн„, а следовательно, коэффициента нагрузки -со и и углов установки лопаток 8 на работу колеса (рис.
14.7). Рассмотрим целесообразность применения в ТНА колес с различ- ными р„,л. Из графика видно, что малым значениям рн„соответст- вуют большие величины полной и динамической работ Й,; Е;, Нд Е „„, но очень малые статические напоры Н„; Е„. Поэтому в ТНА широко применяют активные (или с малой реактивностью) турбины, которые могут непосредственно использовать большую кинетическую энергию газа. Применение активных насосов невыгодно, так как пре- образование динамического напора в статический, что необходимо в насосе, связано со значительными гидравлическими потерями.
С увеличением рно уменьшаются угол р„и величина полной ра- боты колеса Н, и Е,. Следовательно, применение колес с большим Р„„(очень малым р„) нецелесообразно, В ТНА принято применять центробежные колеса насосов с углом установки лопаток 20 — 90'. Некоторые элементы теории подобия в лопаточных машинах. Тео- рия подобия в лопаточных машинах используется для расчета режимов Работы, создания новых образцов машин по имеющемуся прототипу (моделирование машин), проведения испытаний машин на рабочем теле, отличном от натурального, и др. Для пересчета полученных при Из теории подобия известно, что подобные процессы в сходственных точках лопаточной машины характеризуются геометрическим, кинематическим и динамическим подобиями.
Геомет/хи«еское подобие — постоянство отношений геометрических размеров элементов лопаточной машины, например Д/„= ЙЮ„= Л = сопи!, (14.21) где Л вЂ” постоянная величина. Кинематическое подобие — параллельность и пропорциональность скоростей движущихся частиц в сходственных точках. Это подобие полей скоростей: г ду /гаса сн и „»уу' уо /ь„< ю' /ьл и с,=ун с,=н се/ы„= ш/ши = с/с = 1)гл/(Висл ) = Лы/ы„. (14.22) Динамическое подобие — пропорциональность всех сил, действующих на частицы рабочего тела в сходственных точках (силы инерции Яг, силы вязкости Я», силы давления Др): К/Кг = Д» / /Р = Й /1(р = сопз! ° Напомним, что отношение сил инерции к силам вязкости харак.теризует критерий Рейнольдса 14е = /с/р. Отношение сил давления к силам инерции характеризует критерий Эйлера Е, = р/(рс') или Ее = 1/(/«Ма), где й — показатель адиабаты расширения; М вЂ” число Маха.
В теории лопаточных машин безразмерная зависимая переменная, например КПД, является функцией определяющих критериев: т, = /(йе; /сМа; с/и; //Еь и др. ). (14.23) При работе в автомодельном режиме, что бывает достаточно часто, 14е исключается. Рис. !4/Л Влияние степени реактивности колеса на работу колеса: а — треусолькака скоростей; б — префкль лопатка колеса насоса; е — нрофаль леааткн колеса турбины испытаниях или имеющихся опытных данных на натурные режимы работы лопаточной машины используются критерии подобия определяющие и неопределяющие. При равенстве одноименных определяющих критериев подобия протекающие процессы в модельном и натурном образцах будут подобны, а одноименные неопределяющие критерии — одинаковы. Неопределяющие критерии могут быть выражены в виде функции от определяющих критериев.
Значения параметров определяющих критериев, в которые входят геометрические характеристики систем, физические постоянные, параметры граничных и начальных условий, гюдбираются (выбираются) при проведении ис-. пытаний или расчете. В дальнейшем к параметрам модельного образца будет добавляться индекс «м». 502 4 !4.2. НАСОСЫ ТНА Лопаточный насос. Лопаточный насос — разновидность лопа-точной машины. У лопаточного насоса имеется одно или несколько вращающихся лопаточных колес, находящихся внутри неподвижного корпуса насоса, и отводящее устройство с диффуыосос вором, преобразующее кинетическую энергию потока в энергию давления.
Лопаточное колесо с ойлостунсннбть й геннарстувеннотый отводящим устройством составляет ступень насоса, последние могут быть одно- тонгрнчнань ььентнн- йьненнчен и многоступенчатыми, Воз- ный еегнный йннсйый можная классификация лопаточных насосов представлена на рис. 14.8. Рнс. !4.8. Классификация лопаточных на сосов 503 По направлению двикения жидкости в области рабочего колеса лопаточные насосы подразделяются на центробежные, осевые и тангенциальные.
В центробежном насосе (рис. 14.9) жидкость движется в радиальном направлении, в осевом — вдоль оси вращения колеса, в тангенциальном — по диаметру наружной окружности колеса и насоса. поэтому диффузоры выполняют в виде расширяющихся каналов различной формы. Для предупреждения перетекания жидкости из полости высокого давления (выход из колеса 1) в полость низкого (вход в колесо), а также для предохранения вытекания жидкости из насоса вдоль по валу применяются различные уплотнения 4 и б (см. рис. 14.9). Т е ч е н и е ж и д к о с т и п о к о л е с у. На рис.
14.11 изображена схема центробежного колеса в поперечном и продольном или меридиональном сечениях. Рис. 14.9. Схема центробежного на соса 504 Рис 14 1О. Кольцевое отводящее Устройство с лоиатокным диффузором и направляющим аппаратом Большое распространение в ЖРД получили центробежные насосы, у которых на входе в центробежное лопатояное колесо устанавливается осевое колесо (шнек) для улучшения антикавитационногг» качества насоса. Такие насосы получили название шнекоцентробежных. Центробежные насосы. Устройство центробежных н а с о с о в.
Проточная часть центробежного насоса состоит из рабочего колеса 2, подводящего 1 и отводящего 3 устройств (рис. 14.9). Подводящее устройство насоса (иногда его называют входным патрубком) предназначено для равномерного, с определенной (выбраннойУ скоростью подвода компонента к колесу насоса. Подвод жидкости к колесу может быть осевым, осевым с предварительным поворотом и боковым. Соответственно форма патрубка бывает цилиндрической„ коленообразной или спиралевидной.
Колесо представляет собой втул- ''. ку с дисками и лопатками, поэтому его иногда называют ирыльиаткой При движении по каналу рабочего колеса жидкость приобретает большую кинетическую энергию. Для сбора жидкости после колеса, направления ее в топливную систему ЖРД и преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию давления служит отводящее устройство. В общем случае отводящее устройство состоит из сборника, диффузора и выходного патрубка (направляющего аппарата 4). Сборники бывают кольцевые 2 (канал постоянного сечения) и спиральные (канал переменного сечения).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
