Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании и отработке камеры двигателя. 3 3. НАДДУВ БАКОВ 11ентробежные насосы ТНА для нормальной работы без кавитации требуют создания определенного давления на входе в насос; аС' р,„> рО+ — Ф ьр,. Это давление определяется давлением насыщенных паров жидкости р, зависшцим от вида жидкости и ее температуры, и скоростным напором потока рСа/2 на входе в крыльчатку насоса. Этот напор зависит от параметров и особенностей конструкции насоса — чем больше частота вращения, т.е. давление подачи, и меньше габаритньае размеры насоса, тем выше будет скоростной напор на входе в колесо. Наоборот, тихоходный н крупногабаритный насос будет иметь меньший скоростной напор на входе. Составляющая орз — конструктивный запас. Таким образом, если учесть гидравлическое сопротивление входной магистрали 'зра„, то для бескавнтационной работы насосов ТНА давление на выходе из баков должно быть в соотношении рь > Рвх+срях.
Это давление создается специальной вытеснительиой подачей, называемой системой наддува баков. Следовательно, при насосной подаче топлива ДУ имеет н вьпеснительную подачу. Основное отличке системы наддува от вьпеснительной подачи топлива — небольшое давление в баках, которое редко превышает значение рб < 10,2...0,5) МПа. При проектировании системы надпува 'баков большое вниманйе уделяется снижению ее массы. Поэтому важное значение придается всем техническим путям усовершенствования системы наддува, направленным на снижение ее массы. Схемы наддува баков можно классифицировать по способу получения вытесняющего газа — рабочего тела системы наддува.
1. Газовый аккумулятор давления. Вытесняющий газ получается 55 озоойаозоый от /геоийу' о» си ге Часть оо забегу »оожденоо л'о Юхойй оососы 57 56 редуцированием сжатого газа высокого давления, находящегося в баллоне — аккумуляторе давления (рис. 3.8, а) . Это наиболее простая, надежная и распространенная схема наддува баков.
Сжатым газом служит азот или гелий. В отдельных случаях может быть и осушенный воздух. На рис. 3.8, б показана усовершенствованная схема. Здесь бюьлон со сжатым газом, например азотом или гелием, помещен в бак с криогенным компонентом, например в бак жидкого кислорода. Редуцированный холодный газ перед поступлением на наддув бака проходит через тепнообменник. Последний установлен в выхлопной системе.турбины ТНА, где газ подогревается до 500 ...
600 К. Хранение сжатого газа при низкой температуре снижает необходимый объем аккумулятора давления, а подогрев в теплообменнике уменьшает расход, т.е. запас газа, Все это вместе взятое заметно уменьшает массу системы наддува баков, 2. Жидкостная испарительная схема наддува. Вытесняющий газ получают из жидкого компонента путем его испарения в тешсообменнике. На рис. 3.9, а показана схема, в которои для наддува служит жидкий азот. Последний хранится в специальном баке, откуда насосом, установленном на ТНА, подается в теппообменник', встроенный в выхлопной узел турбины. Из теплообменника газообразный и подогретый азот через обратные клапаны поступает на наддув баков с окислителем и горючим. На рис.
3.9, б показана схема, в которой вытесняющий газ получается иэ основного криогенного компонента — кислорода нли водорода, кото- Рис. 3.8. Схем ы иелдуие баков с газовым аккумулятором давления: л нем п о — простая вьпесннтельнвя схема; б — с хранением баллона со сжатым азотам (гсе ) рн низкой темлсретуре криогенного компоненте н с после ю ревом в теплообмсоникс тз н с последующим его лоцог- рые испаряются в теплообменнике, расположенном в газоотводе двигателя с дожиганием генераторного газа. На рис. 3.9, в показана схема, в которой вытесняющий газ — водород, используемый для наддува водородного бака, получается газификацией водорода в охлаждающем тракте камеры. 3. Газогенераторная схема наддува. Вьпесняющий газ получается в специальных "наддувных" ЖГГ из основных компонентов топлива двигателя.
Наддув бака с окислителем требует получения окислительного генераторного газа, а наддув бака с горючим — восстановительного. На рис. 3.10, а показана схема, в которой наддувный газогенератор является обычным ЖГГ. Особенность налдувных ЖГà — более низкие температура газа н расход по сравнению с ЖГГ привода турбины двигателя без дожигания. Это создает определенные трудности в организации рабочего процесса (рис. 3.10, б) . На рис. 3.10, в показана схема, в которой наддувный гаэ получается в газогенераторе.смесителе. В качестве одного компонента исполь- Рис.
3.9. Испврительиые схемы наддуве баков: а — получение вытесняющего газа из жидкого азота; б — получение вытесняющего газа из криогенных основных компонентов; о — получение гезообрвзносо водорода лля нвллуве — бака с волоролом: НА — иесос азота (весельные обо»печения см, нв рис. 3.4) дпосниаепьньа дредбариаепьнснн иидддд спин иозноаеппероадрньа аннсниаепьныд еенероаориыи сну ни иаддуд дивт бн аг — в» т-и гоно горении 2-н зона снешенип ду ооюдиото доссаоно диаеиьиао РСГГ Ииэиоагппероаурный досстоиобнаепьиыд ггнероторпыд гоо пипидддд дио Г 58 зуется генераторный газ, отбираемый из основного ЖГГ.
Другим компонентом служит жидсое горючее, если основной генераторный газ — восстановительный. При смешении жидкого компонента с основным газообразным дополнительный жидкий компонент частично сгорает, а частично испаряется. В результате температура ндддувного газа снижается до требуемой. 4.
Безгазогеле)загорная схема наЫувд. При самовоспламеняющихся основных компонентах топлива вьпесняющий газ наддува может получаться непосредственно в самих баках, Для зтого на поверхности жидкости в баке одного компонента распыливается небольшое количество другого компонента. В результате химических реакций непосредствен- Рнс.
ЗЛВ. Газогеиераторные схемы наддува баков: а — типнчнаа НГС двигательной установки с газогеиераторной схемой наддува! 6— схема двухкомпонентпого налдувиою ЖГГ; е — схема газогенератора — смесителя наддува но в баке образуется необходимое количество газообразных продуктов, создающих заданное давление наддува. Несмотря на кажущуюся простоту схемы, здесь имеются свои трудности. Во-первых, конструктивное решение системы распыли противоположного компонента должно обеспечивать постоянство ее расположения относительно поверхности расходуемого компонента.
Во.вторых, жидкий компонент в баке, особенно к концу работы, загрязняется продуктами химических реакций, которые могут отрицательно повлиять на работу двигателя. 5. Схема наддува на основе твердоюлпивного газогенератора (ЛТ), Вытесняющим газом служат продукты сгорания твердого топлива, находящегося в ТГГ. Естественно, продукты сгорания для наддува бака окислителя должны иметь окислительную, а для наддува бака с горючим — восстановительную природу.
Кроме того, их температура должна быть сравнительно низкой, приемлемой как для конструктивных элементов баков, так и для жидких компонентов. Такая схема наддува приведена на рис. 3.11. Несмотря на простоту конструкции и очень хорошие массовые характеристики, зта схема наддува пока не получила большого распрост. ранения. Основная трудность — разработка рецептур твердых топлив, которые бы удовлетворяли всем требуемым характеристикам. б. Схема наддуви совместно с бустерным насосом. В последнее время стремление еще больше снизить массу двигательной установки при- Рис.
3.11. Наддув баков продуктамн сгорания, получаемыми в твердотопливных газо. генераторах (ГГГ): ! — ТГГ с окислительным генераторным газом; 2 — ТГГ с восстановительным генераторным газом; 3 — клапан, поддерживающий давление в баке не свыше рб б шах Рис. 3.12. Бустерный ТНА, установленный иепосредствеияо на днище бака: ! — заборное устройство; 2 — входной клапан; 3 — осевой насос; 4 — выход из БТНА жидкого компонента; 5 — подвод жидкого компонента высокого давления к гидро. турбине; 6 — гидротурбина вело к большому распространению схемы наддува баков совместно с бустерными насосами, приводимых в движение турбиной и называемых бустерными турбонасосными агрегатами БТНА. БТНА могут размешнться как непосредственно на днище бака (рис.
3. 12), так и непосредственно на входе в основной ТНА (рис. 3.13). Бустерные насосы создают повышенное давление на входе в основной ТНА— до 1,5 ... 3,0 МПа. При таком давлении значительно улучшаются условия бескавитационной работы основного насоса — можно существенно увеличивать скорость потока, уменьшая сечения подводящих трубопроводов и повышая частоту вращения крыльчатки. Благодаря зтому современный ТНА становится быстроходной и малогабаритной машиной.
Вместе с зтим сам бустерный насос, будучи тихоходной машиной (давление подачи у него сравнительно небольшое), для бескавитационной работы требует незначительного давления наддува, часто едва превышающее давление насыщенных паров жидкости, что также, как показывает практика, позволяет заметно улучшить массовые показатели Ду по сравнению с ДУ без БТНА. Турбины БТНА могут иметь привод: а) жидким компонентом, забираемым за основным насосом ТНА и после срабатывания на гидротурбине привода, сбрасываемым на вход в основной насос ТНА, например, БТНА окислителя двигателя ВВМЕ (см.
рис. 3.12) . б) газообразным компонентом, например водородом, который после срабатывания на турбине привода, направляется в систему газифицированного основного расхода водорода, например, БТНА горючего двигателя ВВМЕ; в) генераторным газом, отбираемым ог основного ЖГГ. После сра. батывания иа турбине привода газ может направляться в камеру иа дожигание либо использоваться для надпува бака и привода рулевых сопел, например, управления креном (см. рис. ЗЛЗ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
