Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Выполняются они обычно из лопаток, не высокопрочной стали, ой стали, чем обеспечивается работоспособность подкрепленных по торц м, о торцам, В насосах с открытым илн полуоткрытым коле- сом по торцевой поверхности, где отсутствуют диски, осевые зазоры вы- 0,2...0,6 мм в целях стабильного поддержания заданной величи- полняют, ..., мм в ц ами зак ы- ны КПД, в то время кзк осевые зазоры между корпусом и диск ми р того центро ежног б о колеса можно выполнять большей величины без су- щественного влияния на энергетические характеристики насоса.
с, 10.12) или обо ными Закрытые колеса выполняются литыми (см. рис, . ) р (рис. 10.14, а) . Литые колеса часто имеют лопатки двоякой кривизны и из- готавливаются из алюминие ю иниевых и стальных сплавов. Они, как правило, массивны, так как диск колеса и лопатки имеют толщину не менее 4...5 мм, что определяется технологией изготовления и нх прочностью. Сборные закрытые колеса (см, рис. 10.14, а) обычно состоят из основ- ного (ведушего) диска ( ) 3 с лопатками 2, выполняемых фрезерованнем А-А Рцс.
10:.15. Схема шцекоцецтробежцого колеса с двухстороцццм входом: 1 — шнеки; 2 — центробежное колесо 213 212 Рис. 10.13. Схемы ввода утечек со стороны цокрывцого диска колеса насоса. Ввод утечек: а, б — перец шнеком; в после шнека Рцс. 10.14. Колеса центробежных насосов с односторонним входом: а — закрытое; б — полуоткрытое; в открытое; 1 — покрывной диск; 2— лопатка; 3 — основной диск; 4 — бурт колеса 1сгуцица) (реже штамповкой), и отдельно покрывного диска 1 В таких колесах диски и лопатки выполняют минимзльной толщины и состзвляют 2...3 мм. Крепление покрывного диска по всем торцевым поверхностям лопаток, обращенных в его сторону, производится пайкой в вакууме твердыми припоями, чем достигается высокая прочность соединения, Существующие ранее способы крепления к лопаткам при помощи клепки или зачеканки в настоящее время практически не применяются и могут быть использо.
ваны только в условиях единичного илн опьпного производства. В высокорасходных насосах двигателей больших тяг широко применяется двухсторонний вход (рис. 10.15), н тогда центробежное колесо выполняется симметричным, состоящим как бы нз двух колес с односторонним входом.
В качестве предвключенной ступени шнекоцентробежных насосов широко используются осевые насосы (шнекн) (рис. ! 0.16) различных конструктивных форм: с двумя-тремя лопатками (заходами) в виде винтовой линии, которая может быть с постоянной величиной шагал (рис. 10.16, а) илн переменной (рис. 10.16,б) с углом подъема винтовой линии 3, .7 .
Напомним, что напор шнека постоянного шага обеспечивается углом атаки, н поток жидкости в решетке шнека изменяет направление на его величину. Шнек переменного шага создает больший напор, кото ый б спечивается углом атаки и дополнительной изогнутостью профиля. р гй Осевое расстояние между лопатками шнека и центробежного колеса с целью повышения антикавитационных свойств шнекоцентробежного насоса и сокращения его осевых габаритных размеров выполняют минимально возможным, что приводит к конструкции ступенчатого шнека Рве.
10.16. Осевые колеса (шнека): л — постоянного шага; в — переменного шага; в — ступенчатый; г — конусный 214 (рис. 10,16, в) . По существу получается как бы два шнека, выполненные заодно целое: первый диаметром 11 юг — на входе, за пределами центробежного колеса, втоРой диаметРом !)шшш — внУтРи центРобежного колеса на длине, перекрывающей половину ширины его лопатки. На рис. 10.16, г приведен шнек конусной формы входной части с углом р и с дизметром втулки на входе г7вт,, меньшем, чем на выходе г! . Шнек такой конструкции обладает высокой всасывающей способвтэ' пастью и широко применяется в качестве основного рабочего колеса бустерного насоса и предвключенной ступени шнекоцентробежного.
По возможности шнеки с валом изготавливают заодно целое, что сокращает число контактирующих с валом по точной посадке деталей, уменьшает габаритные размеры и повышает антикавитационные свойства насоса. Шероховатость поверхностей межлопаточных каналов центробежного колеса и шнека Ал = 2,5 ... 1,25 мкм,что достигается чистовым фрезерованием с последующей, в случае необходимости, зачисткой и полированием. После механической обработки колеса, выполненные, например, из алюминиевых сплавов, подвергаются анодному оксицировапию (анодированию) для предохранения от коррозии и механических повреждений.
Анодированная поверхность становится менее шероховатой, что уменьшает ' потери иа трение. Для передачи крутящего момента от вала к колесу широко применяется шлнцевое соединение с прямобочными нли эвольвентными шпицами. Иногда возможно использование шпонок, а в маломощных ТНА — резьбовое соединение с направлением нарезки обратным вращению. При этом для центрирования колеса на взлу предусматривается поясок, обеспечивающий плотную посадку, Валы ТНА выполняются из коррозионноштойких сталей, работоспособных в заданной среде. Например, участок вала в области ротора турбины испытывает воздействие высокой температуры, а другие участки могут быть в зоне криогенной жидкости (водород, кислород, азот и тл.), где происходят структурные изменения в металле (рост зерен). Все зто необходимо учитывать при выборе матернзла вала и его технологии получения от заготовки до готовой продукции.
Для уменьшения массы ТНА взлы выполняют пустотелыми. Конструкция корпуса насоса зависит От материала и способа иэготовле. ния. Сам корпус включает в себя подводящие каналы насоса и сборники жидкости спиральный, иногда лопаточный диффузоры и отводящий конический патрубок, обеспечивающие преобразования кинетической энергии в потенциальную. Сложные формы названных каналов получаются литьем из алюминиевых, реже стальных сплавов. Отводящие элементы корпуса насоса находятся под воздействием высокого давления жидкости, и их стенки выполняют большей толщины, чем у подводящих каналов.
Крышку насоса стыкуют с корпусом по цилиндрической поверхности разъема и крепят с помощью шпилек с гайками, уплотняя стык, круглой прокладкой (см. рис. 10.12, поз. 4) . При больших давлениях и расходах компонента возникают значительные усилия в месте стыка крышки с корпусом, что 215 приводит к большому числу шпилек, а следовательно, увеличивается толщина стенок в месте их постановки. Корпуса насосов с высоким давлением целесообразно выполнять стальными или из титановых сплавов. Широко применяются сборно-сварные корпуса, прочность и жесткость стенок которых достигается постановкой ребер жесткости.
Соединение крышки с корпусом при помощи сварки существенно снижает толщину стенок в месте стыка, выполняемого с отбортовкой, которая позволяет свести к минимуму температурные деформации корпуса при сварке. Недостаток сварных корпусов — деформации при сварке, разогрев, сложность ремонта при доработке илн переработке агрегата.
Форма корпуса насоса зависит в основном от выбраннойсхемы компоновки ТНА и наиболее проста при осевом подводе жидкости (см. Рис. 10.11) . В радиальное подводящее устройство ставится спрямляющая перегородка до перехода патрубка подвода в кольцевую камеру перед рабочим колесом насоса. 10.5. КОНСТРУКЦИИ ГАЗОВЫХ ТУРБИН И ИХ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ В качестве привода насосов в ТНА применяются преимущественно газовые турбины, обладающие малыми габаритными размерами и массой при высоком значении располагаемой удельной мощности. По направлению двнжения рабочего тела газовые турбины разделяются на осевые и радиальные; последние применяются только центростремительные.
Широкое применение в ТНА ЖРД без дожигания и с дожиганием получили осевые трубины, которые в первом случае высокоперепацные и выполняются активными, одно- и двухступенчатыми, во втором случае— обычно низкоперепадные и одноступенчатые. Предкамерные турбины, как осевая, так и радиальная центростремительная, как правило, реактивные.
В сопловом аппарате турбины потенциальная энергия рабочего тела преобразуется в кинетическую. Газовый поток поступает на рабочую решетку турбины со скоростью с, и совершает работу, вращая ротор ТНА с угловой скоростью щ. Макснмальный КПД турбины соответствует соотношению и своа, (1030) $ где г. — число ступеней турбины; и — окружная скорость' на среднем диаметре диска турбины, равная оз/2 /2; а, — угол между фронтом решетки соплового аппарата и направлением вектора скорости; с~ — абсолютная скорость газового потока на входе в решетку турбины, (10.11) 216 где Р— коэффициент скорости дпя сопл соплового аппарата,д = 0,9...0,95; и — показатель адиабаты; А То, — работоспособность газа.
Обычно турбины ТНА работают в области малых значений параметров и/с,, а следовательно, при высокой нагруженностн ступени, что определяет ее низкий КПД. Скорость ротора ТНА ограничивается условием бескавнтационной работы насосов,и для увеличения окружной скорости на лопатках турбины можно повысить ее диаметр, но из соображений прочности и~,х < 400 м/с, что соответствует угловой скорости и ротора до 10 000 1/с, особенно если турбина малоразмерная и устанавливается на отдельном валу с насосом горючего. В активных турбинах ТНА угол а, = 15...20' и с, = 900...1500 м/с.
Для повышения КПД целесообразно увеличить ее угловую скорость ш либо применить двухступенчатую турбину. Последнее приводит к услож. нению конструкций, увеличению габаритных размеров и массы ТНА. Полезная (располагаемая) мощность турбины складывается из суммы мощностей, потребных для привода всех насосов: основных — шнекоцентробежных (горючего и окыслителя), бустерных, а при необходимости и вспомогательных (подача третьего компонента, рабочего тела наддува баков и ты ) . Дпя схемы, приведенной на рис. 1О.1, в, (10.12) Гт = Ьг/Н =А'НО+/УНГ1 АНГ2' Значение располагаемой (адиабатной) работы турбины Ь вЂ” 1 т.ад = оТоо11 — ( ) ) Рою (10.13) и мощность (10.14) Ат ~ацглт17 где т — расход газа, кг/с; пт — КПД турбины. КПД турбины определяется потерями пры течении газа по соплам, при обтекании лопаток диска турбины, потерями энергии с выходной скоростью, а также потерями на трение диска о газ, вентиляционными и механическими на трение в уплотнениях и подшипниках.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
