Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Факторы этой группы влияют на выбор взаимного расположения и взаимной ориентации насосов и турбины, Например, насос с криогенной рабочей жидкостью нецелесообразно располагать рядом с турбиной, так как тепловой поток от турбины передается через корпусные детали и вал в рабочую жидкость и подогревает ее, что может привести к кавитации на входе в насос и срыву его работы, В тех случаях, когда установка такого насоса рядом с турбиной все же необходима, следует ориентировать насос относительно турбины так, чтобы вход в него был уцапен от турбины. Вместе с тем такой вариант компоновки требует надежной теплоизоляции корпусов турбины и насоса, а в ряде случаев интенсивного охлажцения рабочей жидкостью промежуточных корпусных деталей и вала. Из таких же 197 соображений нежелательна установка рядом с турбиной насоса с компонентом, склонным к термическому разложению.
Часто компоненты ракетных топлив — горючее и окислитель — при соприкосновении самовоспламеняются, и даже контакт их паров в какой-либо полости ТНА приводит к взрыву. Для предотвращения этого необходимо в конструкции предусматривать сложную систему уплотнений, исключающих контакт компонентов. Такой же несовместимостью часто обладает генераторный газ, являющийся рабочим телом турбины, и рабочвн жидкость одного из насосов (например, восстановительный генераторный газ и окислитель) . Таким образом, необходимо герметизировать полости ТНА и не допускать контакта несовместимой пары "газ — жидкость'* в полостях насосов, подшипников и уплотнений.
В ряде случаев их контакт в газовой полости турбины допускаешься. При этом рекомендуется выхлопную полость турбины располагать со стороны насоса окислителя (рис. 10.4, а), что обеспечи- рис. 10.4. Схемы ТНА: 1 — насос горючею; 2 5 — насос окислителя; 6 нос уллачненис 198 турбина; 3, 4 — внутренние увлотненил насоса и турбины; гинронинамическое коннсвое ушютнение; 7 — лромежуточ- вает сброс протечек из насоса окислителя потоком генераторного газа за пределы ТНА. Однако это может привести к локальному дожиганию генераторного газа, вследствие чего его температура повысится. В противном случае попадание окислителя в газовую полость на входе в рабочую ступень турбины и его дожигание там может привести к разрушению рабочих лопаток из-за недопустимого повышения температуры генераторного газа.
По кратности запуска ТНА различают однократного и многократного (два или более раз) включения. В отличие от ТНА однократного (разового) включения, режим многократного запуска обусловлен тем, что в паузах между включениями компоненты топлива могут находиться в полостях насосов, что накладывает дополнительные требования к надежному разделению полостей насосов при невращающемся роторе ТНА. По использованию рабочего тела турбины выделяют ТНА с автономной нли предкамерной турбиной, каждая из которых имеет характерные конструктивные особенности, что предопределяет выбор компоновочной схемы ТНА. Так, автономная турбина малорасходная (те = 2...5 % тх), поэтому проблема подвода и отвода газа от нее решается достаточно просто и практически не оказывает влияния на выбор компоновочной схемы.
Кроме того, автономные турбины выполняются, как правило, активными с относительно малым давлением газа на выходе — (2...5) ° 10а Па, что упрощает систему уплотнений самой газовой полостью турбины. И наоборот, для предкамерной турбины характерны большие расходы рабочего тела (т = 30,70 % тх и более) и высокие значения давлений на входе и выходе турбины, Как правило, давление газа на выходе предкамерной турбины всегда больше давления рк в камере двигателя на 10...30 %, а давление на входе в турбину составляет (1 5 ...2) р . У такой турбины для подвода и отвода больших расходов газа с высоким давлением газоводы получаются толстостенными со сложной конфигурацией.
Кроме того, конструкция уплотнительного узла, обеспечивающего надежную герметизацию полостей с высоким давлением газа турбины и жидкостной насоса, получается сложной. На выбор компоновочной схемы ТНА оказывают влияние конструкция и компоновка самого насоса. В ТНА ЖРД обычно применяется шнеко. центробежный насос, в котором перед основной центробежной ступенью для повышения антикавитационных качеств всего насоса установлено осевое колесо (шнек), При высоком давлении в подводящей магистрали целесообразно применять насос только с центробежным рабочим колесом.
Ло числу входов в рабочее колесо применяются насосы как с односторонним входом (см. рис. 10.4), так и с двухсторонним (см. рис. 10 2, и) . Подвод в насос может быть: осевой (рис. 105,а); кольцевой (см. рис. 10.5, б), радиальный (коленообразный) (см. рис. 105, в); и полуспиральный подвод (см. рис. 10.5, г) . По числу ступеней давнения насосы разделяют на одноступенчатые и многоступенчатые (две и более ступеней), Наличие встроенного преднасоса, переход на многоступенчатый насос 199 Рнс. 10.6. Схемы смазки и охлаждения подшипников: а — компонентом топлива; б — консистентной смазкой; 1 — уплотнение; 2 — под- шипник; 3 — центробежное колесо; 4 — шнек Рис.
10.5. Типы подводов: а — осевой; б — кольцевой; в — радиальный (коленообрззный); г — полуспирапь- ный или насос с двухсторонним входом увеличивают осевые габаритные размеры ТНА, что может повлиять на изменение компоновочной схемы по числу опор вала или числу валов в роторе ТНА. Заданный тип подвода в насос может предопределить взаимное расположение насосов и турбины. Очевидно, например, что насос с осевым входом может занимать лишь крайнее положение в ТНА.
Охлаждение и смазка подшипников, как правило, обеспечивается компонентом, подаваемым насосом (рис, 10.6„а). В случае консистентной смазки подшипника (рис. 10.6, б) специальную, так называемую *'пластичную" смазку закладывают в полость подшипника при сборке, Для удержания смазки полость подшипника изолируется контактными уплотнениями, например малжетиыми, Таким образом, подшипник вместе с уплотнениями становится хорошим разделителем полостей насоса или насоса и турбины, что предоставляет большие возможности при выборе взаимного расположения и взаимной ориентации насосов и турбины.
Следует, однако, иметь в виду, что работа подшипника сопровождается выделением большого количества тепла, в результате чего возникает проблема его интенсивного охлаждения. Поэтому применение консистентной смазки в подшипниках ТНА ограничено. В настоящее время для охлаждения и смазки быстроходных подшинников ТНА чаще всего используется компонент, подаваемый насосом. На 200 рис.
10.6, а изображены две основные принципиальные схемы организации проточного охлаждения подшипника. По первой схеме рабочая жидкость перетекает через внутреннее уплотнение насоса из полости высокого давления в разгрузочную полость А и далее частично в полость подшипника, откуда затем направляется на вход в насос по специальному трубопроводу По второй схеме рабочая жидкость подводится к полости Б подшипника из зоны высокого давления насоса с дальнейшим направлением ее во входную полость насоса.
Эту схему целесообразно применять в случае расположения подшипника около предкамерной турбины, работающей на газе, который совместим с компонентом, подаваемым насосом. Способ раскрутки ротора определяет время выхода ТНА на режим и оказывает влияние на выбор компоновочной схемы. Различают раскрутку без применения и с применением пусковой турбины (см. рис.
10.2, к, л), За короткое время работы (0,5...2 с) пусковая турбина раскручивает ротор ТНА до угловой скорости, обеспечивающей выход ТНА, а следовательно, и ДУ на расчетный режим работы. Применение пусковой турбины значительно увеличивает длину вала и расстояние между подшипниками, что требует увеличения числа опор ротора или перехода от одновального ротора к двухвапьному. Следует отметить, что многие из имезоптих место в практике факторов, влияющих на выбор компоновочной схемы ТНА, являются противоречивыми. Поэтому недопустимо при выборе схемы учитывать лишь какой- либо один из них.
Хороших резулыатов следует ожидать при комплексном учете влияющих факторов на компоновочную схему ТНА, принимая, что основными критериями должны быть простота конструкции, технологичность, надежность работы, наименьшая масса как самого ТНА, так и ДУ в целом. 201 10.3.
УСТРОЙСТВО ТУРВОНАСОСНОГО АГРЕГАТА И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИИ Увеличение удельных параметров ЖРД связано с повышением давления в камере двигателя. С учетом перепада давлений в ЖГГ и в тракте газовой турбины получается, что насосы ТНА должны быть высоконапорными. При создании ТНА с высокими окружными скоростями и КТЩ, с малыми размерами и массой в качестве основных используются центробежные насосы с приводом от газовой турбины, В ЖРД применяются и другие типы насосов — осевые (шнекн), струйные (эжекторы), дисковые, вихревые и тл. Онн выполняют вспомогательные функции, как подкачивающие устройства, хотя в бустерных насосных агрегатах могут служить основными. Газовые турбины для привода насосов — малогабаритные с осевым или радиальным направлением рабочего тела, в качестве которого используются продукты сгорания основных компонентов топлива в ЖГГ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
