Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Потери в соплах и на лопатках турбины зависят от степени совершенства ее проточной часты, а потери с выходной скоростью представляют неиспользованную в турбине кинетическую энергию газа, которая соответствует его скорости на выходе из турбины, Применение двухступенчатой турбины обеспечивает снижение потерь с выходной скоростью и повышеяие КПД турбины. В уравнении (10.13) рз/роо — перепаддавлений рабочеготеланатурбыне в виде отношения давлений в газогенераторе ров н на выходе из турбины рэ.
Величина (роо/р,) называется степенью понижении давления, которая для турбин ЖРД без дожигания составляет 20 ... 50. При этом расход газа 217 относительно мал,.и в соплах СА турбин таких ТНА срабатывается сверх- критический перепад давлений газа, Значение ра зависит от схемы двигателя, способа регулирования перепада давлений на турбнне в полете и возможности использования газа после выхода из турбины для получения дополнительной тяги от выхлопа. В автономных турбинах давление р, следует выбирать больше максимального давления окружающей среды на 10...30%.
, Турбина ТНА двигателя с дожнганнем имеет ра > рк н степень понижения давления составляет 1,2...1,8. При дозвуковых скоростях течения газового потока турбина получается высокорасходной, В этом случае один нз компонентов топлива полностью проходит тракт турбины с некоторой частью расхода другого компонента. Работоспособность газа А Тре прн заданных компонентах топлива определяется его температурой перед сопловым аппаратом. В зависимости от материала лопаток и диска газовой турбины, их стойкости в среде рабочего тела, режимов и ресурса работы двигателя температура принимается в пределах 700...800 К для окислительного газа н 1000...1200 К для восстановительного газа.
Высокоперепадные турбины имеют парциальный подвод газа по площади венца соплового аппарата, что связано с увеличенной высотой лопаток турбины при относительно малых расходах рабочего тела, а низкое значение параметра и 7сг обусловливает применение в ТНА активных турбин, одно- нли двухступенчатых со ступенями скорости. Активная газовая турбина (рис. 10.17) состоит из ротора, статора, направляющего аппарата, выхлопного коллектора и узла уплотнения. Ротор турбины имеет два диска 11 с лопатками первой ступени 4 и второй ступени 2, соединяемых с дисками сваркой, Лиски межцу собой и фланцем вала 10 крепятся винтамн 9 н штифтами 12. Штифты запрессованы в отвер. стня фланца вала и дисков турбины и служат для передачи крутящего момента.
Статор турбины является теплонапряженным узлом н выполняется сваркой. Статор состоит нз соплового аппарата 5, приваренного к коллектору 6, стенки статора 7 в виде тонкостенной диафрагмы, корпуса уплотнения, узлов крепления к соседнему насосу, ребер жесткости и выхлопного кшшектора 1. К сопловому аппарату 5 приварен фланец дпя крепления направляющего аппарата 3, состоящего нз сегментного кольца и приваренных к нему лопаток 4, которые по внутреннему диаметру имеют бандаж. Все лопатки турбины, в том числе н направляющего аппарата, изготавливаются из жаропрочной стали. Такие элементы корпуса турбины, как стенка статора 7 и выхлопной коллектор 1, обычно изготавливаются штамповкой из тонкого листового материала. Лля повышения их жесткости и обеспечения возможности иш менять линейные размеры под воздействием высокой температуры без разрушения им придают спецнальнуго форму.
Например, на плоской стенке статора 7 выполняются "зигн", а выхлопной коллектор 1 делают эллипти- 218 г 2 У Ф Х рис. 1О 17. Конструкция диухстукенчатой осевой активной турбины: 1 — выхлопной коллектор; 2 — лопатки второй ступени; 3 — направляюшнй аппарат; 4 -лопатки первой ступени; 5 — сопловой аппарат; б — коллектор; 7 — стенка статора; 8 — кольцо уплотнения; 9 — винт; 1Π— вал; 11 — диски турбины; 12 — штифт Рис. 10.18.
Конструкция реактивной осевой турбины 1 — гатовод; 2 — корпус; 3 — лопатки рабочей решетки; 4 — бандаж; 5 — сояловая решетка; б — диск турбины; 7 — вал; 8 — гайка ческой формы. Сопловой аппарат с коллектором подвода являются тепло- напряженными узлами н их выполняют из жаропрочных нержавеющих сталей. Выбор материала соплового аппарата зависит от параметров и свойств газа (восстановительный илн окнслнтельный), а также его температуры. При вращении ротора в диске турбины возникают высокие напряжения, в основном от действия центробежных сил.
Особенно велики центробежные силы на периферии утолщенного обода у диска двухступенчатой турбины, Прочность одинарного диска двухступенчатой турбины часто недостаточна и поэтому применяется конструкция двухдисковой турбины. Конструктивно в корпусе 2 реактивной осевой турбины (рис. 10.18) крепится солповая решетка 5. Газовый поток после лопаток 3 диска 6 напранляется в газовод 1 и далее на дожнгание в камеру двигателя.
Гребешки лабиринтного уплотнения на бандаже 4 рабочего колеса уменьшают перетекание газа по радиальному зазору, что повышает КПЛ турбины. Реактивная центростремительная турбина (рис. 10.19) состоит иэ корпуса, выхлопного патрубка, рабочего колеса н узла уплотнения. Стальной корпус 2 турбины выполняется, как правило, литьем заодно с коллек.
тором подвода газа высокого давления н сопловым аппаратом. На пат. рубке корпуса имеется переходник для крепления ГГ. В патрубок вваривается конус-решетка нлн другое устройство, выравнивающее поток газа 219 Ряс. 10.19. Конструкцня реактивной центростремнтелыюй турбины: 1 — выхлопной патрубок; 2 — корпус турбвяы; 3 — корпус уплотнения; 4 — кольцо уплотнвтельнос; 5 гайка; 6 — вал; 7 — вмпеллер; 8— перегородка; 9 — рабочее колесо; 10 — кольцо; 11 — шайба; 12 — гайка перед сопловым аппаратом. Стальной выхлопной патрубок 1 стыкуется, с корпусом турбины после окончательной сборки ТНА, С другой стороны патрубок 1 72 уу йу р в у д приваривается через переходник к газоводу камеры сгорания.
Рабочее колесо 9 турбины закрьпого типа изготавливают методом точного литья по выплавляемым моделям с последующей механической обработкой посадочных мест. Крутящий момент от колеса 9 к валу 6 передается через звольвентные шпицы. Установка колеса на валу осуществляется по двум цилиндрическим поверхностям, одну иэ которых образует запрессованное в колесо кольцо 10. Гайка 12 затягивается моментным ключом, стягивая весь собираемый пакет ротора, и фиксирует колесо 9 от осевого перемещения относительно вала 6. Со стороны выхлопного патрубка 1 расположен уплотнительный узел, состоящий из корпуса 3 и закрепленного гайкой 5 кольца 4, который после окончательной сборки крепится в корпусе 2 с помощью сварки. С другой стороны газовую полость герметизирует узел гидродинамического уплотнения, включаюуций перегородку 8 и импеллер 7, расположенный на валу 6 турбины, В полость между перегородкой 8 и импеллером 7 подается компонент с давлением, большим давления газа на 0,5...1 МПа, что обеспечивает герметизацию турбины и предотвращает барботаж газа в проточную часть насоса, Для соединения диска турбины с валом (рис.
10.20) и передачи крутящего момента широко применяются штифты, шлицевое соединение, призонные болты, сварки. Штифты для передачи большого значения крутящего момента желательно располагать на фланце подальше от центра вращения вала (рис. 10.20, в), Часто вал выполняют с диском иэ одного материала. Однако с целью экономии дорогостоящих жаропрочных сталей целесообразно вал делать из другого, более дешевого материала и приваривать его к диску турбины (рис. 10.20, д, е) . Лопатки рабочего колеса осевой турбины могу~ выполняться отдельно механической обработкой с последующим шлифованием профиля по копиру и пакетной обработкой их замковой нли привариваемой части (см.
рис. 10.17) либо литьем пакетов (секторов) лопаток с последующей приваркой к диску или литьем вместе с диском (см. рис. 10.18), 220 Рнс. 10.20. Типы соедлненнй диска турбнны с налом: а — штифтовое; б — прнзоннымв болтамн; е — фланцевое; г — шлнцевое; д, е— сваркой; 1 - диск; 2 - штифт; 3 — вал; 4 — боя~; 5 — гайка; б — шайба стопорная; 7 — винт Лопатка (рис.
1021, а) состоит из ножки, профильной части пера и бандажа. Лопатки рабочего колеса активной турбины имеют малую высоту и вследствие незначительного изменения параметров газа по высоте их выполняют постоянного профиля. При большом расходе газа в реактивных турбинах перо лопатки "закручено*' из-за существенного изменения параметров газа по радиусу. Однако и в этом случае стремятся изготовить лопатки более простой формы (без закрутки) Наиболее простое 5 Рнс. 10.21, Некоторые типы соединений лопаток с днском турбины: а — сваркой; б — Т.образным замком; е — замком типа "елочка"; г — литьем; 1 — ножка; 2 — перо; 3 — бандаж; 4- гребешки уплотнения; 5 — замок 221 соединение лопаток с диском обеспечивает сварка.
Сварочный шов накладывают в несколько проходов, попеременно с обеих сторон, с полировкой и последующим рентген-контролем. При соединении лопаток с диском сва(ь кой трением набор лопаток прижимается к ободу вращающегося диска, и при резком останове создается высокое удельное давление в месте соединения. Часто диск турбины с лопатками изготавливают отливкой по выплавляемым моделюи. При электроэрозионном способе межлопаточные каналы выполняют радиальным подведением электродов с последующей пайкой бандажа, а при осевом движении электродов бандаж от заготовки сохраняется для получения окончательных его размеров после изготовления лопаток. Замковое соединение лопаток с диском обеспечивает передачу окружного усилия на диск и фиксирует лопатку при действии на нее осевых, центробежных сил и изгибающих моментов.
Наиболее простое соединение получается с Т-образным замком (рис. 10.21, б), Однако соединение замком типа "елочка" (рис. 10.21, в) позволяет увеличить поверхность, воспринимающую нагрузку, что необходимо для достижения требуемой прочности соединения. Для установки пакета лопаток в ободе диска выполняется вырез трапециевидной формы. По окончании установки и полного набора лопаток вырез закрывается замком, который фиксируется в осевом направлении штифтами. Замок типа "елочка" конструктивно и технологически сложен, но обладает высокими прочностными характеристиками и применяется в ТНА двигателей больших тяг.
10Б. БУСТЕРНЫЕ НАСОСНЫЕ АГРЕГАТЫ Давление в баках, необходимое для бессрывной работы шнекоцентробежного насоса часто недопустимо велико, что приводит к заметному увеличению толщины стенок и массы баков. Поэтому установка после бака отдельного подкачиваюшего бустерного насосного агрегата (БНА), обеспечивающего ритмичную работу основного насоса ТНА, позволяе~ существенно снизить величину надцува баков и, следовательно, их массу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
