Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 104
Текст из файла (страница 104)
Из этих условий выбирают частоту вращения (р и окружную скорость и на наружном диаметре. (Рабочее колесо дисковой конструкции допускает и =- 400 —: 420 мlс, а барабанной конструкции до и = 200 м/с на поверхности барабана.) Часто для улучшения антикавитациоиных свойств многоступенчатого осевого насоса его первую ступень выполняют в виде шнекового колеса с направляющим аппаратом, причем площадь входной части шнека зачастую бывает в 1,5 — 2 раза больше выходной за счет уменьшения размера (1„. Обычно у осевых насосов (1„= 0,6 —: 0,85. Вообще для водородных насосов часто применяют лопатки с небольшой высотой: й„= 10 —: 20 мм.
Из условия с, /и = 0,2 —: 0,4 принимают с, и по эмпирической зависимости (по опыту расчета компрессорных решеток газотурбинных двигателей) определяют напор ступени: Н=и,'[871(с, /и,)' — 70 7(с, /и,) „.. 16,6]. вых насосах об Проточную часть ступени осевого насоса рассчитывают по нескольким сечениям, например по Р, Р,р и д„,. Условимся к параметрам рабочего колеса на входе и выходе добавлять индексы «1» и «2» соответственно, а к параметрам направляющего аппарата — индексы «3» и «4». Окружная составляющая скорость потока на входе в колесо с(„= = с, /1яа(.
Окружную составляющую с„определяют из (14.4), считая Н, = = Н/«1„, где Ч„= 0,7 —: 0,85; коэффициенты загромождения проходного сечения колеса лопатками осевого насоса й, = 0,98 —: 0,87 и й, = 0,95 —: 0,83 на Р,р, направление течения потока на входе р, = агс1я(с, /(и — с„)1 и на выходе р« = агс18[с» /(и — с,„)). Треугольники 'скоростей на входе и выходе колеса показаны на рис. 14.20. Густота решетки выбирается так, чтобы обеспечить необходимый по- 519 УО Л! Уа 1г„гРа (14.60) Рис. 14.22. Профилирование средней линии лопатки дугой окружности Рис. 14.21.
Зависимость угла поворота потока от выходного угла при различных т„ 52! 520 воРот потока ()з — Рг. КРоме того, на Выхоле из Решетки У втУлки необходимо газ ( 90'. Значения т„в зависимости от Ра — Рг и угла ра, по опыту применения компрессорных решеток, приведены на рис.
14.21. Этой зависимостью можно пользоваться и для определения густоты решетки направляю- Са ° цгг щего аппарата. Зачастую в У!гг маа ьа 1Ма с~ Сап направляющем аппарате аа= = 90'. и Задаваясь длиной хорды логьзтки (рабочего колеса н дм д, ~г „направляющего аппарата) Е )га Ь. „= 0,6 —: 0,8 й„опредеи ляют шаг решетки 1,р = Ьа ер/та ер И ЧИСЛО ЛОПатон Рис. 14.20. План (треугольники! скорое- г Р )1 ( кратными). Поскольку г должно быть целым числом, то возможно повторное уточнение значения шага. Углы атаки Лба и Лес, на входе в решетки и углы отставания потока Лбз и Лаа на выходе могут определяться по эмпирическим зависимостям: Лдга = та.ор((йгаер(30) + 1'5! 5ркол.ср + 11 ЛЦ = (0,4 — 0,002 ~з) (Р „— Ра ) )/11Ь Для определения Лаа и Лаа необходимо в уравнении подставить соответствующие параметры направляющего аппарата.
Обычно при- нимают Лба(Ла,) = 0 —: — 2'для перра-роград вых и 0 —: 2' — для последних сту- пеней, Лрз(Лаа) = 2 —: 5'. 5О Определяют углы установок ло- паток: ргл = йа + Лба; йз„=ба+ Лбз; ал — ~а + Л~а аа — — аа + Лаа, используя значения которых, строят профили лопаток (среднюю линию и профиль). Среднюю линию (рис. 14.22) обычно строят дугой окружности й = Ьа) !аз)п( '" '' )~. Лопатки направляющего аппарата и короткие лопатки рабочего колеса с й„( 20 мм можно делать постоянной толщины. При й ) ) 20 мм лопатка должна иметь переменную толщину, рассчитанйую из условий прочности. Длинные лопатки (Рергйл.С 10) выполняют витыми по высоте и расчет ведут по нескольким сечениям обычно с соблюдением закона постоянства циркуляции по высоте лопатки, когДа Саа Г = СОПЗ1, Сваг = СОПБ1, Са, и = СОПБ1.
Хорошие результаты дает применение в качестве лопаток аэродинамических профилей, изогнутых по дуге окружности ас, у которых максимальная толщина профиля (0,04 —: 0,10)Ь размещается на расстоянии (0,4 —: 0,5)Ь„от входа. Выходные кромки делают тонкими— до 0,3 — 0,6 мм, а входные скругляют радиусом, равным 0,1 — 0,15 от максимальной толщины лопатки. Ш н е к о в ы й н а с о с. Шнековые насосы обычно применяют в качестве преднасосов ТНА. Рабочим колесом шнекового насоса служит шнек — осевая лопаточная решетка, состоящая из небольшого числа лопаток (см. рис.
14.19). Поверхность лопатки шнека представляет собой винтовую поверхность н описывается уравнением г1иб„= сопз1. Преднасос служит для борьбы с кавитацией на входе в основной насос ТНА. На входе в шнек, как правило, не бывает подкрутки потока, поэтому окружная составляющая скорости с,„=- О. Следовательно, основное уравнение для шнека — уравнение Эйлера (14.3).
Лопатки у шнека выполнены по винтовой поверхности и постоянство теоретического напора по высоте лопаток не соблюдается. Основное уравнение — теоретический напор — для элементарной струйки жидкости, по аналогии с (14.3), Н„=- и,с„а. У шнека имеется такой расчетный диаметр Рр, при движении вдоль которого элементарная струйка создает напор Й,,р, равный осредненному теоретическому напору ", т. е. Нт)= Н, =- и сз (14.59) Экспериментальные исследования показали, что у автономного шнека Р,=0,5 р' 3Р'„+Н'„. У шнека, встроенного в центробежное колесо, Рр =051 Р,+ е Лалее все параметры на диаметре Вр будут обозначаться с индексом срм Разные значения Рр объясняются влиянием центробежного колеса на поток за шнеком, из-за чего уменьшаются теоретический напор шнека и, следовательно, расчетный диаметр.
Некоторые параметры шнека рассчитывают по среднему диаметру Р,р —— 0,5(Рн+с(„). Большое значение у шнеков имеет густота решетки, которую рекомендуют выбирать в пределах т„=1,8 —:2,2. Вообще тл(1,5 иметь нежелательно, так как поток к моменту схода с лопаток не успеет отклониться на величину выходного угла лопатки, и шнек будет работать в нерасчетных условиях. При тл>1,5 можно считать, что конечное число лопаток не влияет иа величину теоретического напора, т. е.
Нт- Нт . Шаг лопаток (р — — нРр/г. (14.61) Шнеки бывают с постоянным и переменным шагами. Решетка шнека с постоянным шагом состоит из прямых пластин, число лопаток а=2 —:4. Шаг винтовой линии 3 нР 1р(3 ш (14. 62) где б,,р — расчетный угол установки лопаток в шнеке. Осевая длина шнека /ш сл (р з!п г' р (14.63) Скорость потока перед входом в шнек с, = с, . На диаметре Рр осевая составляющая абсолютной скорости на входе в шнек йс, ",=~с,„/й „ где йр, — — 0,97 —: 0,87 — коэффициент загромождения проходного сечения лопатками на входе. У шнека с(,,/Р„= 0,2 —; 0,5.
Шнек может производить полезную работу только при условии установки его лопаток под положительным углом атаки ЛР, р. Таким образом, р1, р — — Ргр + Лр, р, обычно Лр, р — — — 3 —: 10'. Если шнек имеет постоянный шаг, то бтл р = Величина угла атаки лопатки колеса шнека переменна по радиусу; в (а Рл — (а ч1 5/(2 г) — с1,/(вг) 1+(К Рл(х)1 ! + Бс„/(2выго) так как 1я р, = с,„/и = с,„/(~г); 1аР,=3/(2 ).
(14.66) '') Входные кромки лопаток шнека необходимо делать заостренными, клинообразными на длине 1 0,5Р, при этом желательно иметь толщины лопаток (на расстоянии 0,02 Р,р от входа) 6, = 0,015Р,р. „, Ф У шнека с переменным шагом начальный участок на 0,3 — 0,5 длины шнека необходимо выполнять прямым. 522 г/ = )г / )го —— сг,л/с о — — 16 йг/(Я 1 = 2нсг /(ооз) = = 8)г/' [сзго(Рт — с(а )). (14.69) При режимах г/ ( 0,6 на входе в шнек появляются обратные токи, которые, распространяясь вдоль стенок входного патрубка, оттесняют основной поток к оси и закручивают его, ухудшая экономичность и уменьшая напор шнека.
Преобразуем уравнение (14.59). На днам тре Рр окружная скорость (14.70) 523 ир Ррго/2 Осевая абсолютная скорость потока после схода со шнека согни = 41' роо /! !! н ~1 !(г(вт/!Рн) ~ Ран ) ' (1467) Осевая составляющая абсолютной скорости на диаметре Рр со~в = со р/Йрм (14.68) где йро — — 0,95 —: 0,83— коэффициент загроможде- гвр С ния проходного сечения гор лопатками на выходе.
Треугольники скорос- и глл тей на входе и выходе из шнека изображены на сто рис. 14.23. В теории насосов, особенно шнековых, часто з„ применяют безразмерный ло расход г/ =))/)го, где )го — Оыр г л с, р Сгл предельный расход для данного колеса, при котором угол атаки лопаток гр будет равен нулю (без уче- а,р та загоомождения входа Рис. !4.23.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
