Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 102
Текст из файла (страница 102)
Между ступенями многоступенчатых насосов обычно последовательно располагаются: кольцевой сборник, лопаточный диффузор, поворотный безлопаточный канал и направляющий аппарат. В кольцевом сборнике и поворотном безлопаточном канале движение жидкости осуществляется по закону с„)с =- сопз(. Лопаточный диффузор имеет от 6 до 12 лопаток шириной Ь = 1,1 —; 1,2 Ь,. Диаметр входа вдиффузорР,„д — — 1,05 —: 1,15Р,, а диаметр выхода Р, д =- 1,35 —; — 1,5Р,„„. Лопатки диффузора устанавливают так, чтобы обеспечивался безударный вход потока и выходной угол лопаток был бы на 12 — 15' больше входного. Направляющий аппарат состоит из 5 — 1О лопаток, устанавливаемых на входе без угла атаки, а на выходе— под углом 90'.
Обычно входной диаметр направляющего аппарата равен Р,„з „а диаметр выхода равен — 1,2 — 1,25Р, колеса. Спиральный сборник, или улитку, зачастую применяют в комбинации с коническим диффузором. В спиральном сборнике течение жидкости подчинено закону свободного инерционного кругового движения сцН =- сопз1. Спираль сборника может иметь произвольное поперечное сечение, определяемое расходом жидкости и законом изменения скорости. Скорость потока в спирали может быть постоянной, например с,„=- 0,65 —: 0,85 с,ц.
(14. 40) В одноступенчатых насосах ТНА, как правило, применяют конические днффузоры, в многоступенчатых — лопаточные, где они совмещаются с поворотными устройствами между ступенями. Конические диффузоры — это расширяющиеся патрубки с поперечным сечением различной формы и углом раскрытия за — — 8 —: 12', величина которого ограничена условием безотрывного течения жидкости. У диффузора прямоугольного сечения с расширением в одной плоскости угол раскрытия р ( 12', у диффузора прямоугольного сечения В10 У„„=Нт = НУ с. Отношение полезной мощности насоса ко всей мощности, затраченной на привод насоса, называют полным коэффициентом полезного действия (КНД) насоса нас А'нас(Наатр (14.
41) где Ф,„, = НУр«з)н„, Полный КПД насоса учитывает все потери в насосе, которые можно разделить на гидравлические, объемные и механические: тнас = аз Нсб Ниах' а В ЖРД «1„,с = 0,4 —: 0,85 при а, — 30 —: 250 соответственно (значение аа поясняется далее). Гидравлические потери. Гидравлические потери— это энергия в виде напора Н„, затраченная на преодоление гидравлических сопротивлений при движении потока внутри насоса.
На эту величину действительный напор Н отличается от теоретического напора Н„ развиваемого колесом насоса с конечным числом лопаток. Отношение действительного напора к теоретическому называют гидравлическим КЦД насоса: «1„= Н/Н, =- 1 — Н„)Н„ гДе Н, =- РУр,б(Н, — Н). К гидравлическим потерям относятся потери давления в отводящих и подводящих устройствах, потери трения и вихреобразованпя при выходе потока из рабочего колеса и т. д, Обычно в ЖРД «1„= = 0,7 —: 0,9. Гидравлические потери трудно поддаются расчету, ориен- тировочно (14. 42) — О, 2(1!ЯРсцр — 0,172)', (14. 43) где Р„,„— в мм. Достаточно точным методом определения «1„является пересчет его с модельного образца.
С некоторой долей точности гидравлические потери можно подсчи- 511 с раси:ирением в двух плоскостях и у диффузора круглого сечения угол р ( 8'. Для уменьшения длины конических диффузоров их часто делают ступенчатыми, с внезапным расширением патрубка на расстоянии 2,5--4,4 калибра от входа в диффузор, т. е. на расстоянии (д =. 2,5 —: — 4,5д, где «1„— диаметр узкого сечения диффузора. На выходе из диффузора скорость потока обычно составляет 8 — 15 м/с.
У кольцевого лопаточного диффузора угол раскрытия лопаток за = 8 —: 1О'. Мощность, коэффициент полезного действия и потери в насосе. Произведение действительного напора, полученного на выходе из колеса, на массовый расход жидкости является полезной мощностью насоса (Вт): тать как сумму потерь по всем элементам насоса: во входном устройстве, в рабочем колесе и выходном устройстве (в сборнике и диффузоре). В осевых прямых и поворотных патрубках потери давления рассчитывают так же, как и в гладких трубах. Потери давления в спиральных патрубках можно оценить по формуле Лр, /р =1сл /2, где 1 =- 0,25 —: 0,35 — коэффициент потерь.
По те р и н а т р е н и е. Потери на трение в межлопаточном канале рабочего колеса ЛН,р „—— 11лш,' /(2Р„,р). Здесь Х вЂ” коэффициент трения (для гладких стенок Х = 0,31641(ео м; для шероховатых Х = 1/11,74 + 2!д(П„,р0,5/К))', К = 0,01 —: — 0,05 мм — величина абсолютной шероховатости; 1 — длина лопатки; т℠— средняя относительная скорость потока по межлопаточному каналу; й„.,р — — 4Р„/П,„ — гидравлический диаметр в .реднем сечении; Р,„ — площадь сечения; П„ — периметр канала в этом сечении.
Гидравлический диаметр в среднем сечении межлопаточного канала 0т,ар = 2(/ор — о, )/тз)П ~ „ /1(1, — о,р)/сз)п~ ар + /2). Потери на вихреобрзование в рабочем кол е с е. Вихреобразование потока возможно у выходных кромок лопаток, торцовых обводов колеса, на входных кромках лопаток при больших углах атаки (положительных и отрицательных), внутри межлопаточного канала при работе колеса на нерасчетном режиме, при возникновении парного вихря в канале колеса, вызванного влиянием боковых стенок: Нвихр.кол 0 5 вохр и'! где с„и„р — — 0,3 —: 0,4.
Потери давления в сборнике (улитке). Это потери на трение и изменение скорости потока после схода с колеса. Потери на трение ЛНтр о — — Мо ст /(4П т,ар), где 1, — длина сборника по осевой линии; со — средняя скорость течения потока по улитке. Коэффициент трения Х определяется так же, как у колес насосов. Потери давления на изменение скорости потока после схода с колеса /аНг,а = <р 0,5(сак еа)х* где <р = 0,2 —: 0,4. 42 Потери давления в диффузоре. Они складыва-;=' ются из потерь на трение в плавно расширяющей части ЛН,р и по.
512 Объем н ы е п отер и. Объемные потери связаны с бесполезными перетеканиями жидкости внутри насоса или утечками жидкости из него. Обычно это перетекание жидкости из полости высокого в полость низкого давления через уплотнения 4 по колесу и утечки из насоса вдоль по валу 5 (см. рис. 14.9). Таким образом, рабочий расход компонента Урво, перекачнваемый колесом, больше требуемого для двигателя расхода У на величину Ут„т. е. Ур,б = У+ У .
На перекачку такого расхода жидкости затрачивается мощность /т/аб = УрвбНр ОТНОШЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОщиОСтй НаСОСа й/каа К МОщНОСтИ Фоб Называется объемным КПД тюб — — /)/као/Лоб=УНР' (" рвбНР) =1 / 1 раб = 1 1 Ут/ Рвб ( ) Уплотнение колеса представляет собой различного типа лабиринты, располагаемые на радиусе г и работающие под перепадом давления '1Ртп = Руо Рвх. Чтобы определить р, рассмотрим элемент жидкости высотой с(г иа радиусе г между вращающимся колесом 2 и неподвижной стен- кой корпуса насоса 1, находящейся в радиальном равновесии от дей- ствия центробежной силы рот гс(/!(г, возникающей при вржцении жид- кости, и разности давления с(р по высоте с(г (рис.
14.14), Принято считать, что в среднем угловая скорость вращения жид- кости вт в два раза меньше угло- 2 вой скорости вращения колеса ю, т. е. со = ю/2. В условиях равновесия с(р = р = рю~ гс(г. Если это уравнение проинтегрировать от г до г, и Р подставить ю = юх/4, то' пслу- 2 чим Рвс. 14.14. Силы, действующие ва жидкость в лахоре между колесом в корпусом пасоса 1 Рв Рто — Рю (гх — г „)/8 !? †!442 513 терь при внезапном расширении зНт; последние возможны только у ступенчатых диффузоров (см. рис.
14.38). Полное сопротивление ступенчатого диффузора ЛНа = ЛНтр+ ЬН = сРл05(с, — с,)'+ 0,5(са — со)х, (14.44) где с,, св, с, — скорость потока на входе в диффузор в месте внезапного расширения и на выходе из диффузора; !ра — коэффициент потерь в диффузоре (для круглого сечения тра =- 0,15; для квадратного <р = 0,17; для плоского ~ра = 0,2). Суммарные гидравлические потери по насосу Н, = йРвх/Р+ йНтр.кол+ ЛНвихр.кол+ ЛНтр.с+ ЛНт о+ ЛНл (14 45) или (14. 47) р = р — риз [1 — (Р и/О,)')/8, где О = 2гт . Обычно в )КРД 0 = /70 + (12 —: 20) мм.
Расчет по (14.47) дает несколько завышенное значение давления в осевом зазоре, что ведет к завышению величины утечек. В области г ~ 0,85г, можно принять линейную зависимость давления от радиуса Р = рт — 5,87 (рз — Рг 0 м г ) (1 — (г/гй. Расход через лабиринт = рг )г' 2Лоу,/р . где р,„= иРупБ,„— пло) щадь щели; ߄— зазор щели (рис. 14.15); )в— коэффициент истечения, зависящий от типа уплотнения. В общем случае р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
