Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 51
Текст из файла (страница 51)
10.34) в сочетании с ~раннем жидкости между поверхностями длиной й, образующими зазор, препятствует ее утечкам. Степень совершенства такого уплотнения характеризуется коэффициентом расхода д. С ростом эффективности уплотнения величина д уменьшается, что характеризует увеличение гидравлического сопротивления в г Рис. 10.33. Схемы статических пабиринтных уплотнений: а - ступенчатое; 6 — ступенчатое со встречным барьером; а — аксиапьно-ступенча-~ тое; г — радиально-ступенчатое Рнс.
1О. 34, Схемы бгсионтактных уплотнений колеса центробежного насоса н виде: а — гладкой щели; б - многоярусная ступенчатой щели 236 щели. Наиболее широко используется зависимость, которая для гладкой щели высотой б и длиной й (рис. 10.34,а) имеет вид Д= ( — +5'т) лт — 0,5 25 (10.17) Здесь г . — сумма коэффициентов местных сопротивлений входа и выхода в щели. Лля гладкой щели Т „+ 5' „„= 1„.1,5. При полностью закрученном на входе в щель потоке 1т = Т „+ ( „,„= 1. Поток без закрутки— = 1,5.
Значение коэффициента трения для автомодельной области течения жидкости в щели (Ке ) 1 ° 10') составляет Л = 0,03...0,04. Так как утечки жидкости через ушштнение уменьшаются с увеличением сопротивления, то необходимо увеличить гидравлические потери в щели, искусственно создавая сопротивление введением острых кромок, внезапных расширений, поворотов и т.п. На рис. 10.34, б представлено уплотнение с тремя последовательно расположенными щелями и пятью поворощми между ними. Сопротивление всего тракта уплотнения обусловливается суммой потерь на выходе из первого канала, при входе во второй и тд. Коэффициент расхода дли такого уплотнения ле — 0,5 д= (3 — „+~их '5~пои ('ных) (10.18) 237 В насосах ТНА для щелевого упло~нения, представленного на рис. 10,34, б, д = 0,25...0,35.
Существенного уменьшения д (до 0,15...0,2) можно достичь винтовой нарезкой на вращающейся охватываемой корпусом поверхности ротора. Во всех случаях утечки жидкости через бесконтактные статические уплотнения достаточно велики и увеличиваются с ростом величины радиального зазора в уплотнении, который зависит от биения вала, его деформации в процессе р аботы, износа опоры, допусками на изготовления и наличием гарантированного радиального зазора б. Из конструктивных и технологических условий, с учетом возможной деформации элементов щели и обес.
печения надежной работа) агрегата радиальный зазор изменяется в пре. делах; б = 0,1...0,2 мм. Большие значения 5 соответствуют более высоким па аметрам насоса (ьз, Н, 1') и его ресурса. Значение 6 рассчитывается построением размерной цепи для наиболее напряженных условий работы аг егата, что часто приводит к необоснованно большому расчепюму агрегата, Уменьшить его до минимальной величины можно при использовании шалевого уплотнения с длаваюшим кольцом (рис. 10.35), По существу уплотнение р е и едставляет собой комбинацию бесконтактного щелевого и контактного с кольцом. Рекомендации по выбору размеров уплотнения приведены в табл 10.1 Лршееронз з ебличл 10.1 Параметр уплотнения Ь В Б 6 3 6,1 8 4 8,3 Зб 7,2 10 14 20 5 7 1О 10,4 145 20,6 238 239 Рн . 1О.
с. 0.35. Конструктнвные схемы щелевого уплотнелня н зпюра снл давления на плавающем кольце: е, е — прлжатого по гладкому торцу; б — нрнжатого по сфсрнческой поверхности; 1 — опорное кольцо; 2 плавающее кольцо; 3 — гайка; 4 — центробежное колесо В период запуска агрегата осевое перемещение плавающего кольца 2 в сторону колеса 4 ограничено опорной поверхностью, фиксирующей гайки 3. При работе плавающее кольцо 2 горцем прижимается давлением жидкости (см.
эпюру давления) к поверхности опорного кольца 1. Наличие пленки жидкости в зоне контакта поверхностей колец 1 и 2 улучшает их работоспособность и зависит от параметров рабочей жидкости и соотношения сил давлений на поверхностях кольца 2 Для нормальной работы уплотнения плавающее кольцо разгружаюг от сил давления, выполняя в нем отверстия, скосы, про~очки и т.п. Изменяя форму плавающего кольца, уплотняющую щель, можно выполнить по его наружной поверхности (рис. 10.35,0). Рекомендацнн по выбору размеров уплотненнй ДнаметР Уппотненна гзупл, мм 18...27 27...40 40..60 60...90 90...135 135...200 Работа щелевого уплотнения на установившемся режиме и в период перехода ротором через резонансные частоты сопряжена с контактом плавающего и опорного колец по линии окружности, что недопустимо.
В этом случае целесообразно выполнять опорное кольцо состоящим из двух частей и с контактом между ними по сферической поверхности (рис. 10.35, б) радиусом А с центром на оси вращения ротора ТНА в месте расположения ближайшей опоры. Поскольку работа уплотнения с плавающим кольцом происходит при негюсредственном контакте его основных элементов, то следует помнить, что при их соприкосновении возможны взаимные деформации деталей, а в некоторых рабочих компонентах и особенно в активной окислитель. ной среде — возгорание с аварийным исходом.
Выбор материалов контактирующих пар уплотнения, их твердость и термообработка в существенной степени определяются рабочей средой. Для большинства компонентов ~оплив ЖРД хорошо себя зарекомендовала при изготовлении опорного копыта и колеса насоса сталь 20Х13 твердостью НКС 42...49, а плавающего кольца твердостью НВ 207...428. Возможны комбинации различных материалов, например, при подаче жидкого кислорода колесо насоса выполняют из алюминиевого сплава АЛ4 с покры.
гнем хрома толщиной 30...70 мкм, опорное кольцо из стали 20Х13 или 95Х18 твердостью НКС 46...54, а плавающее кольцо из бронзы ВРАЖМц-10-3-1,5 или БРОС5-25. В ТНА широко применяются бесконтактные гндродинамические уплотнения, осевые (винтоканавочные и лабиринтно-винтовые) и радиальные (им пепл еры) . Основной элемент винтоканавочного уплотнения — винтовая нарезка на валу или на корпусе, которая при значительном перепаде давлений получается большой длины. Для винтоканавочного уплотнения существенна зависимость создаваемого перепада давлений от величины радиального зазора между валом н корпусом, выполняемого минимальным.
Для лабиринтно-винтовых уплотнений характерны винтовые нарезки на валу н корпусе, выполненные в противоположных направлениях. В гидродинамическом радиальном уплотнении основным элементом служит диск (импеплер), заключенный в полос~ь (рис. 10.36). Импеллер а Ркс. 10.36. Схемы гндродннамнческого раднельного уплотнения: е — нмпеллер с бандажом н пазами; б — нмпеллер открытый с лопатками с одной стороны гла кий, ной 8 или д, а на другой имеет радиальные лопатки или пазы шириной Ь, выполненные высотой Ь. Импеллер на вал устанавливается гладкой поверхностью в ния.
Ж ос в сторону полости высокого давле- ния. идкость движется по валу ротора в сторону низкого цавления и заполняет полость с импелле ом. П р . ри вращении импеллера жидкость по цействием лопаток тоже б ет а уце вращаться. При этом на каждую частицу д жидкости, заполнившей каналы импеллера, а, действует сила давления, направленная к цент у, и ент об ру, ц ро ежная — противоположного направле- ния. В случае их равенства перетекание жидкости в радиальн нии к цент ру прекратится. Величина перепада давлений, е ж р иальном направле- импеллером, определит ф ся по формуле ав еннй, уцерживаемого иж"' и Рим Рг = (Р— Рэ) 4 им (1О.! 9) где ри — давление на диаметре Р— авл (дренажа).
р„— давление в газовой полости а; р — коэффициент напора цля существующих конст к и режимов работы авен 0,83...0,9; ующих конструкций р ен, ...,; р — плотность жидкости. Максимальное давление, которо граниши жидкости на диаметре (Р— 41 ) е удержит импелле, и поло р, пр женин г вт) иж'" и Ри = (Рэ гз 4 им вт (10.20) Уплотнение об и ес ечивает герметичность при условии, когца минимальный диаметр жидкостного кольца.Р ) 47 . В противном случае жидкость из уплотняемой полости пе т еретекает через нмпеллер по валу, что недопустимо На лопаточной сто о о нов р не импеллера при нормальной работе у шо д ременно образуются газовая полость раэме ом гР— 41 ) тнений ная — (Р— Р ).
Таким о аз ером (, — „т) ижидкост— и — „). аким образом, роль герметизатора обеспечивает вращающееся жидкостное кольцо толщиной (Р— Р ), ко о о пе епад авл ни й и —,), которое удерживает соседней полости е а р ц е1 й на уплотнении и препятствует проник р новению газа из й полости (цренажной) или из полости турбины в насос. П оник овение газа (ба ботаж) ч ( р ) через вращающееся кольцо жидкости (Р— Р т связано с вихревым отйос им г) сительным течением жидкости и газа импелле а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
