Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 45
Текст из файла (страница 45)
10.4.КОНСТРУКЦИЯ ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА И ЕГО ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ В ТНА ЖРД широко применяются различные лопаточные насосы, отличающиеся направлением потока жидкости в рабочем колесе, В центробежных насосах поток жидкости перемешается в радизльном направлении, в осевых — по оси вращения вала, в диагональных — смешанное направление (рис. 10.10) . Основными элементами проточной части шнекоцентробехпгого насоса (рис.
10.11) являются: рабочее колесо 1, корпус насоса, который включает Рис. 10.10. Схемы рабочих колес палаточных насосов: с — цсигробсжиас; б — диагональное; 'е — оссвос У 4 У Рис. 1ОЛ1. Конструктивная схема шискацситробсжиого Васоев: ) цситробсжиос колоса; 2 — слиральлый канал; 3 — направляющий конус; 4 — осевой лрсдласос (ласк); 5 . подвод насоса; 6 - струйный насос Южскгор); 7 — оявад 200 подвод 5, служащий для направления потока жидкости на вход в колесо с заданными параметрами и спиральный канзл 2, обеспечивающий сбор и стабилизацию параметров потока жидкости до входа в отвод 7.
Подаваемый насосом компонент приобретает кинетическую и потенциальную энергию. Значения этой энергии, отнесенной к массе перекачивае. мой жидкости, называют напором насоса Н, Напор насоса представляет разность удельной энергии жидкости на выходе и входе в насос: В случае сжимаемой жидкости, например жидкого водорода, когда плотность р изменяется по тракту насоса, напор В расчетах расход через насос принимается объемный )А или массовый пг' = р )), (10.6) Мощность, потребляемая насосом, запишется с учетом КПД насоса; Чем больше КПД насоса с)в, тем меньше потребляемаи мощность.
Обычно ли = 0,5 ...0,8. КПД насоса учитывает потери энергии в насосе иэ-за: перетекания жидкости из полости высокого (выход из колеса) в полость низкого давления на входе в насос; трения жидкости при течении о стенки каналов колеса насоса и внутреннее трение жидкости вследствие ее вязкости; трения в уплотнениях, подшипниках и боковых (нерабочих) поверхностях колеса насоса о жидкость. У овень совершенства антикавитационных свойств насоса характео рисуется туется значением кавитационного коэффициента быстроходн сти: где са — угловая скорость ротора насоса в зависимости от его антикавита;:! 209 ционных качеств, иможетизменяться от 1000до 100001 .В ческие показатели и ха акт истик 1/с. Все параметрии характеристики насоса определяются с учетом угповой Увеличение параметра С„приводит к ос о врюцения ротора ТНА, что к росту допустимой частоты ра, что уменьшает не только массу насоса, но и всей ДУ, так как позволяет снизить л дав ение наддува топливных баков и сущест но уменьшить их массу.
венВредные проявления кавнтацни заключаются в срыве насоса и эком па енин н в срыве режима работы то юч ре падении напора, а также в разрушающем действ па енин н, ня на про- чается в аз шенин лов чну асть насоса в виде кавитационной эрозии. М еханизм эрозии заклю- п и разрушении поверхности материала под воздействием гидро ри захлопывании кавитационных ка ( ), е ем гндроуда ов верн (пузырей), Поскольку такое в емец, разрушение относится к усталостному типу, треб типу, тр ующему определенного исчнсляе ремени, то для малоресурсных насосов ЖРД, в, время работы которых ется минутами, его можно не принимать во внимание. Для важны антикавита онны ть во внимание. Для насоса ци ые свойства не по эрознонному воздействию на его проточную часть, а нз-за срыва всех параметров, стабильность которых дик- туется задачами, выполняемьгми ДУ в целом.
От тлнчительная особенность проточнон части несосов ЖРД состоит в обеспечении высоких антнкавита- ционных и удельных энергетических показателей ТНА с некого ым бом для КПД и ресурса его работы, Степень г ав идр лического совершенства проточной части ент об насосов сов еменных Т1хь сти центро ежных Т)хь соответствует значению С„= 2000...2500. ьнейшее повышение антнкавитационных свой достигается йств насосного агрегата могательны ется применением подкачивающих устройств. Э то различные вспо- кн) и тл. Та ге и бустерные насосы — струйные (зж к ), екторы), осевые (шне- п ) и тл.
Такие насосы и устройства выполняют одкачивающах насосов, так и заодно с ент об как автономно в в е ид предвкл сту едвключенной ступени, с о с центро ежным насосом в виде ис. 10Л1 оставляя шнекоцентробежный насос. Н р ., представлена схема шнекоцентробежного насоса с эжекто м, с.
а включающего центробежное колесо 1, вхо в ко величен кон с 3 о у ия ширины лопатки и диаметра начала, На лопаток. лравляющий у обеспечивает направление утечек жидкости и отсекает расп ост пение в ости по основному потоку т распространение вихревой обратной зоны. Шнек 4 имеет собст- венные высокие антнкавнта входе в ционные качества и повышает давление центробежное колесо для обеспечения его аботы без кавита анна ного срыва. Струйный насос 6 ру с создаег дополнительное повышение давления на входе в шнек, исполь я эн зуя энергию утечек жидкости нэ полостей гидравли- ческого тракта насоса. Совершенство насосного агрегат тационным качествам п наело регата по его антикаврегат тикавнпривело к существенному конструктивному измене- нию проточной части самого насоса, комбинации различ действия насосов в единый бл и различных по и нн и различ р ципу лейиг д й блок н к введению дополнительных ма д и бл гистраидравлнческнх трактов, обеспечивающих раб ра отоспособность концин.
авитационный коэффициент быстроходности современных шнекоцентробежных насосов имеет значение С = 4500..5000. Кр 210 Все элементы конструкции насоса гндравлнческн связаны с проточной частью, что обеспечивает работоспособность уплотнений, опор ротора, заданные антнкавитационные свойства насоса прн высоких энергетических показателях ТНА. Кроме того, на конструкцию насосов наиболее существенно влияют свойства перекачнваемой среды, способ уравновешивания осевой н радиальной снл, параметры уплотннтельной системы и др.
На рис. 10.12 представлена конструкция кислородного шнекоцентробежного насоса. Корпус 3 насоса отлит нз алюминиевого сплава н включает конический диффузор, улитку н подводящий патрубок. Стык корпуса н крышки 1 уплотняется алюминиевым кольцом 4, расположенным в гнезде клиновидной формы. Крышка имеет кронштейн для крепления к корпусу насоса горючего.
Центробежное колесо с шестью цилиндрическими лопатками н шнек отлиты нз алюминиевого сплава. Колесо н шнек соединяются с валом 16 шлнцамн, обеспечивающими передачу крутящего момента. Радиальные шариковые подшипники 7 и 17 служат опорами вала. Подшндннки рабо. тают в среде компонента.
Окислитель к подшипнику 7 подводится нз полости высокого давления через жиклер 5 отверстия в крышке 1 н отводится на вход в насос. 76 77 Рис. 10.12. Шлекоцсдтробсхшый насос: 1 — крышка; 2 — шпилька; 3 — корпус; 4 — уллотллтсльнос кольцо; 5 — жлклср; 6, 13 — опорные кольца; 7, 17 — подшипники; 8, 11 — обоймы ллхлхюшлх колец; 9, 12 — плавающие кольца; 10 — центробежное колею; 14 — втулка; 15 — двухзхходный шлск; 16 — вхл; 18, 19, 21 — кольца; 20, 22 — манжеты 211 Полость высокого давлечия в насосе отделена от полости всасывания уплотнениями, установленными на буртах крыльчатки и состоящими иэ плавающих 9, 12 и опорных 6, 13 колец и обойм 8, 11.
Плавающие кольца изготовлены из бронзы, опорные — из стали, обоймы — иэ высокопрочного алюминиевого сплава. Бронзовая втулка 14, установленная в корпусе, исключает возможность возгорания при случайном касании шнека в процессе работы ТНА в окислительной среде. Герметизапия полостей насоса по валу осуществляется разрезными чугунными кольцами 18, 19, 21 и двумя фторопластовыми манжетами 20 и 22. Разрезные чугунные кольца состоят из трех сегментов, стянутых пружиной. Чугунные кольца не обеспечивают полную герметичность, но благодаря хорошей прирабатываемости рабочих поверхностей утечка жидкости через них незначительна, а наличие дренажа между манжетой 20 и кольцом 21 обеспечивает герметичность узла в целом.
Фторопластовые манжеты вьпшлняют функции стояночного уплотнения прн залитом компонентном насосе. Жидкость, прошедшая щелевое уплотнение со стороны ведомого (покрывного) диска центробежного колеса насоса, по конусу опорного кольца 13 поступает в область над шнеком и далее на вход в насос. Со стороны ведущего диска утечки жидкости на вход в насос поступают через отверстия в колесе. Конструкция и расположение устройства ввода утечек относительно входа в центробежное колесо существенно изменяют антикавитационные характеристики насоса.
Например, схемы ввода утечек жидкости со стороны покрывного диска (рис. 10.13) обладают большим разнообразием. Различное направление ввода утечек жидкости отражается на значении потерь давления при смешении и оказывает существенное влияние на кавитационные параметры насоса. Так, если изменять ввод утечек жидкости от перпендикулярного к направлению основного потока (рис. 10.13,а), то потери энергии при смешении уменьшатся н достигнут минимума при совпадении их значений скоростей и направлений течения. При встречном направлении утечек жидкости основному потоку (рис. 10.13, б) потери на смешение наибольшие н зависят от соотношения их расходов.
Лучший вариант конструкции, обеспечивающий высокие антикавитационные характеристики насоса, соответствует устройству ввода с козырьком (рис. 10.13, в) н направлению утечек жидкости по пути движения основного потока. Центробежные колеса насосов выполняются закрытого, полуоткры- того и открытого типов (рис.
( ис. 10.14) . В закрытых колесах межлопаточные каналы замкнуты со всех ст р е сторон; у полуоткрытых колес нз-за отсутствия пок ывного диска межлопаточный канал замкнут с трех сторон; у откры- покрывного д тых — межлопаточные каналы разомкнуты и открыты с т рц . р мый тип колеса опред еляется в основном режимными параметрами насоса. ой по ачи г' ьз) В ТНА с большой частотой вращения прн значении удельной подачи /ьз > 5 ° 10 ' м' выполняются закрьпые колеса, а при меньшем значении целесооб азно применять полуоткрытые либо открьгтые. Выбор типа коле- са зависит также от особенностей его изготовления. Например, открытое колесо просто в нэготовле и, отовлении, но требуется более высокая точность при а ощ, чем колес закрытого типа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
