Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 117
Текст из файла (страница 117)
КПД Ч,р должен отличаться от принятого в начале расчета необходимого КПД 71, не более чем на 5%. Если он отличается более чем на 5%, то весь расчет необходимо повторить, задавшись иными геометрическими параметрами. Некоторые особенности расчета и профилирования турбин малой мощности (5(е ~ 10 кВт). Эти турбины иногда называют микротурбинами. Как правило, их выполняют парциальными с газовыми каналами малого поперечного сечения. Так, сопла подобных турбин, обычно прямоугольной формы, могут иметь в узком сечении размеры /„р — — 1 —: 3 мм', а рабочее колесо Р! ( 100 мм.
Считается, что сопла круглого и квадратного сечения равнозначны по коэффициенту потерь !р при условии г, = /т/2, т. е. если круг вписывается в квадрат. Специальное меридиональное профилирование сопл нецелесообразно. Большая доля всех потерь в маломощных турбинах связана с парциальностью в области зл ~ 0,2. В табл. 14.1 приведены зависимости изменения КПД т1, для некоторых осевых, активных, сверхзвуковых турбин с рЪзличными еп. Оптимальной величиной густоты решетки рабочего колеса турбины (отношение ширины к шагу) можно считать ЬН =- 1,8 —: 2,2.
В мало о,си ол от оа 0,125 0,22 0,375 0,48 0,53 0,12 0,2! 0,36 0,44 0,46 0,1! 0,19 0,32 0,36 0,27 О,! 0,17 0,28 0,25 габаритных высокооборотных турбинах целесообразно применять бан- дажирование рабочего колеса, так как это обеспечивает повышение КПД до 8 — 12е,н й 14.5. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НАСОСОВ С ТУРБИНАМИ Гидравлический тракт компонентов топлива ЖРД. Изменение режима работы ЖРД обычно связано с изменением расхода )/' на 1/".
При этом давление в камере сгорания р„меняется прямо пропорционально расходу топлива, т. е. р„/р, = )7"/))', а величина гидравлических сопротивлений тракта Лр,,„пропорциональна квадрату раСХОда, т. Е. /!/т,рн„/Л/т„,„ = ()Ь'/)/')Н. СЛЕдОВатЕЛЬНО, Прн ИЗ- менении расхода с )/' на )/" напор насоса где ро — давление подпора в баке с учетом высоты столба жидкости. На гидравлической характеристике насоса (см. рис. 14.31) всегда можно найти точку, соответствующую режимам )7' и Н' или У" и Н" насоса при определенной частоте вращения.
Л еьалааа Если по (14.174) при различных )7" определить Н" и нанести полученные значения в виде графика 3 Н" = /()7") на гидравлическую характеристику насоса (рис. 14.60), то получим дроссельную характеристику 1 гидросистемы — зависимость необходимого напора насоса при изменении расхода компонента топлива.
Точка пересечения кривой 1 с напорной характеристикой насоса 3 при со =- сопз1 является расчетной точкой Нр и ((р. Дроссельная характеристика 1 гидросистемы двигателя отличается от дроссельной характеристики 2 насоса, выражаемой зависимостью Н()та = сопз(. б) л а) и Л,к и,' Ф и, р уй Рис. 14.61. Способы изменения режима работы насоса Способы изменения режима работы насоса.
Основные способы изменения режима работы насоса: дросселирование давления компонента на выходе из насоса, перепуск части расхода компонента из выходннй во входную полость насоса, изменение частоты вращения вала насоса. Способ изменения режима работы насоса дросселированием давления (рис. 14.61, а) состоит в изменении сопротивления гидромагистрали на выходе из насоса при постоянной частоте вращения, например изменение (увеличение) перепада давления на регуляторе от Арии до значения Арр,„. При этом расчетная точка дроссельной характеристики гидросистемы двигателя переместится из положения 1 в положение 2 и насос будет работать при измененных параметрах Г и Н'. Этот способ изменения режима работы насоса прост, Р Р' но неэкономичен, так как увеличивается гидравлическое сопротивление магистрали.
Способ изменения режима работы насоса за счет перепуска части расхода компонента у'„н из выходного трубопровода на вход в насос или в бак (рис, 14.61, б) состоит в том, что насос работает на постоянном режиме по,. частоте вращения, но с затратой дополнительной мощности, использованной для обеспечения перепуска компонента. Расчетная точка 1 переместится в положение 2 при несколько меньшем напоре Нр, но большем расходе )У,. ' Способ изменения режима работы насоса путем изменения его частоты вращения с от' на оз" (рис. 14.61, в) состоит в переходе работы насоса на другую характеристику. Это наиболее экономичный способ регулирования.
Изменение режима работы турбины. При изменении работы турбины могут меняться параметры газа р„„;, Т,„ о, р„ частота вращения от и расход газа т,. Изменение давления газа р,„о на входе в турбину при постоянной геометрии ее ступени связано с изменением расхода газа т„что непосредственно прямо влияет на мощность турбины Л', =- т,1.
т1,. Изменение Т,„л и р, влияет на работоспособность газа ~„, что также прямо влияет на Л(,. Изменение частоты вращения ТНА сказывается на КПД турбины Ч„ так как при этом меняется отношение и!сы и возможно изменение коэффициентов ср и тр. Изменения т, достигают с помощью перепуска части газа из входной в выходную полость турбины, минуя рабочее колесо, или отключением нескольких сопл.
Особенно часто применяют способ смены режима работы турбины путем изменения расхода газа т„ поступающего из газогенератора при изменении режимов его работы. Каждому режиму работы ТНА соответствует определенная зависимость изменения мощности турбины по частоте вращения. Для определения параметров режима работы турбины можно воспользоваться опытными зависимостями ~р и ф при изменении скоростных параметров газа и экспериментальной зависимостью т), = 1(и(с„) (см.
рис. 14.50). Обычно в сужающихся соплах р мало зависит от режима работы турбины, в расширяющихся соплах ср меняется значительно на не- расчетных режимах. Совместная работа насосов с турбиной. При совместной работе турбины с насосами необходимое условие — равенство мощности Л(„ развиваемой турбиной, и мощности Л(„, необходимой для привода насосов. Для изменения режима работы турбонасосного агрегата необходимо изменить режим работы турбины так, чтобы на иовом режиме обеспечивалось равенство Х„= ЛГ,'.
Мощность насосов на любом режиме определяется по их гидравлической характеристике (см. рис. 14.31). С изменением частоты вращения мощность насосов изменяется по зависимости Л(ж Асоа, где А — постоянный коэффициент; со — частота вращения (в пределах автомодельных режимов). Изменение параметров турбины прн изменении режима работы ТНА во многом за- ')М т Мр тв трау а(апа Ссауск б>раа Рнс.
14.62. Характеристики изменения сопместной работы турбины н насосон 689 краб трао = !) ('/!о/(Л'т Л н)1 с" ~ о В схемах с подачей компонентов в газогенератор от насосов ТНА по мере роста частоты вращения увеличиваются давление р, о и расход газа гпт, при этом считается Т,„, = сопз(. Кривая роста Л!, по частоте вращения (рис. 14.62, б) вплоть до о>раб будет располагаться значительно ниже кривой Л', =/(о»), нежели в схеме с независимым газогенератосе рОМ, Л!ывб,т будЕт НЕВЕЛИКа, а На НЕКОтОрОМ участке (в начале кривой до ы м) может даже иметь отрицательное значение.
Поэтому в подобных схемах для ускорения выхода турбины на рабочий режим начальный момент запуска ТНА до режима ы „,„, несколько превышающего оьп!„, осуществляется с помощью какого-либо постороннего источника энергии, например пускового независимого газогенератора (порохового, газового и др.) Обычно сап»си = (1*1: 1~2)о»~! ° Л'нтск ~ Лт на участке от о» = 0 до со т,к. Время выхода ТНА на режим ы в'пуск тпхск = ~ (/"/(Л'нтск — Л!нН с(". о Полный КПД ТНА на рабочем режиме Рис.
!4.63. Баланс ра боты ТНА с односту пенчатой активной тур бнной висит от схемы турбонасосной системы подачи компонентов в газогенератор и способа регулирования ТНА. Не разбирая подробно всевозможные схемы и способы регулирования турбонасосных систем подачи, остановимся на распространенных схемах: с автономным газогенератором, независимым от ТНА, и с подачей компонентов в газогенератор от насосов ТНА.
В схеме с автономным газогенератором выход турбины на рабочий Режим о»раб осУЩествлЯетсЯ пРи постоЯнном Режиме Работы газогенератора, т. е. при постоянных значениях Твы,с, 'рвы,о и !и Для наглядности и удобства расчета характеристики изменения по частоте вращения мощности турбины Л', и суммарной мощности насосов Л/„наносят на совмещенный график Л/ — со, изображенный на рис. 14.62, а. Вначале, до о»р,б, между кривыми Л', и Лг, находитСя ОбЛаетЬ (ЗащтрИХОВаииая), ИЗбЫтОЧНОй МОщНОСтя турбИНЫ Л!„б,г = = Л/, — Л/„.
Если известны моменты инерции / вращающихся масс ТНА (и присоединенных масс жидкости) и частоты вращения ротора турбины ы, то в период запуска ТНА до момента его выхода на рабочий режим сор<о избыточная мощность Л/ивб-т '/'е (с(~/!вт) Л т Л/н Отсюда время выхода ТНА на режим рабочей частоты вращения Оо гпо+Огп!г '/ы.о й'ы.г ~тнА 1, т!ы,о + в!ы.г т!ег в<в !"т Ат й'т где индекс <о» для напора, расхода и мощности обозначает окислитель, индекс <㻠— горючее. Обычно т1тнА = 0,2 — . "0,4.
Баланс работ ТНА приведен на рис. 14.63 без учета возвращенной работы из-за потерь в решетках. Некоторые удельные параметры ТНА. Качество ТНА зависит от экономичности турбины и насосов, кавнтационных свойств насосов, массы ТНА, его габаритов и др. По имеющимся некоторым статическим данным величина удельной массы ТНА (конструкции ТНА в кг), приходящихся на 1 кВт мощности турбины, составляет 0,08 —; 0,013 кг/кВт. В настоящее время намечается уменьшение удельной массы ТНА до 0,034 — 0,011кг/кВт.
Необходимо учитывать, что ТНА с малой мощностью турбины имеет большую удельную массу. В ТНА с микротурбинами удельная масса может достигать 0,55 кг/кВт. Показатель экономичности — удельный расход газа привода ТНА (расход массы газа в граммах, приходящийся на 1 кВт мощности турбины) ориентировочно составляет 3,2 — 1,1 г/кВт, причем с ростом мощности ТНА удельный расход газа уменьшается.
Сейчас имеется тенденция к снижению удельного расхода до 1,9 — 1,1 кВт. У микро- турбин эта величина еще значительней и достигает 2,7 — 5,5 г/кВт. 1 й 15.1. ТОПЛИВНЫЕ БАКИ Мо ™т.о + Мв.о М,=М,„+М„.„. (15.1) (15.2) 592 ГЛАВА 15. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК Классификация топливных баков. Топливные баки, используемые в жидкостных ракетных двигательных установках (ДУ), в общих случаях могут быть предназначены для: а) хранения основного запаса жидкого ракетного топлива, т. е. топлива, предназначенного для получения всей или основной доли тяги двигателя. Эти емкости называют основными топливными баками ДУ; б) хранения вспомогательного жидкого ракетного топлива, предназначенного для работы вспомогательных систем и агрегатов ДУ; в) выполнения роли промежуточных (буферных) емкостей, предназначенных для периодического накопления и расходования топлива в процессе работы двигателя (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
