Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Настройка заданного цавления р на входе в полость с импеллером осуществляется с помощью шайбы 5. Рис. 1ОАО. Кон структнаная схема системы уплотнений для герметизации газовой полости высокого давления: ! — импслпср; 2 — стояночнос уплотнение; 3 - подшипник; 4 — плавающее кольцо; 5 - настроечное гидросопротивлсние (шайба) Рис. 1ОА1. Комбинированный узел с отходящим торцевым уплотнением: 1 — лопатки импсллера 2 . колыю торцового уплотнения; 3 — подвижная втулка; 4 — шарик; 5 — стакан; б — пружина; 7 — сильфон; 8 вал 244 Известно большое количество конструкций комбинированных уплотнений, в которых используется воздействие центробежных сил на элемент, отключающий илн включающий контактное уплотнение в работу.
На рис. 10.41 прецставлена конструкция с отходящим торцевым уплотнением, состоящим из установленного на валу 8 стакана 5 с выполненными по его периферии лопатками 1 импеллера. Подвижная втулка 3 с кольцом 2 торцевого уплотнения связана со стаканом 5 сильфоном 7 и поджимается пружиной 6. При невращаюшемся роторе или при малых его окружных скоростях герметичность обеспечивается торцевым уплотнением, Лопатки 1 импеллера работают эффективно при определенной (расчетной) угловой скорости ротора. Под действием центробежных снл шарики 4 перемещаются по лазам подвижной втулки 3 в радиальном направлении от оси вала 8.
Подвижная втулка 3 сдвигается вправо цо упора в бурт стакана 5, отключая тем самым торцевое уплотнение. Герметичность узла создается только лопатками 1 гицродинамического уплотнения. С уменьшением угловой скорости вала втулка под действием пружины 6 возвращается в исхоцное положение и тогда при малой угловой скорости и неподвижном роторе герметичность обеспечивается торцевым уплотнением. В комбинированном уплотнении, представленном на рис. 10,42, при неподвижном роторе надежно герметизирует манжета 3. Центробежные силы при вращении вала отжимают контактную поверхность манжеты и достаточный уплотняюший эффект созцает импеллер 2.
От чрезмерного раскрьпия губки манжеты ограничены охватывающим их кольцом 1, Применять такое уплотнение можно после тщательной отработки узла и с учетом цопустимой нагрузки на манжеты от центробежных сил. В случае чрезмерной перегрузки манжета после остановки вала не сразу восстановит нужное давление на контактной поверхности, и герметичность, по крайней мере временно, может быть нарушена. Рнс. 1ОА2.
Комбинированное уплотнение с отходящей манжетой: 1 — ограничительное кольцо; 2 — импеллер; 3 — манжота; 4 — вал; 5 — втулка Рис. 1ОАЗ. Комбинированное уплотнение насоса: 1 — плавающее кольцо", 2 — центробежное колесо; 3, 4 — импеллсры Высокий ресурс, сложная циклограмма работы ТНА зачастую не поз. воляет использовать контактные уплотнения.
В этом случае поступаются экономичностью агрегата и устанавливают только комбинации бесконтактных уплотнений. В уплотнительном узле насоса с центробежным колесом 2 ф .. ) щелевое уплотнение с плавающим кольцом 1 и гвдродинами(рис. 10.43) ческое уплотнение с двумя имлеллерами 3 и 4 установлены последовательно. При любом режиме работы насоса по напору и угловой скорости вала С в импеллеры обеспечивают разделение жидкостной и газовой поло стей. увеличением цавления полость с импеллером 3 заполнена жидкостью полностью, а граница раздела фаз устанавливается на лопатках импе ллера . ри уменьшении давления уплотняемой среды в основном работает импеллер 3, а в полости импеллера 4 жидкость отсутствует.
Выбор типов уплотнений, их конструкция и комбинация для ТНА многоразового пуска зависят от продолжительности паузы, длительности работы на режиме, свойств уплотняемой срецы и т п. Например, при небольшой паузе повторный запуск ЖРД бывает затруднен из-за высокой температуры неостывшей камеры двигателя и поэтому целесообразно после останова двигателя ее охладить. Для этого можно использовать оцин из компонентов топлива, заполнившего полость насоса. В данном случае конструкция уплотнительного узла упрощается, так как можно применить только бесконтактные угщотнения, 10.8. ОПОРЫ КАЧЕНИЯ РОТОРОВ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ В ТНА ЖР ЖРД применяются преимущественно подшипники качения, и, в основном, шариковые. Возможность применения других, по принципу работы, поцшипников (гицростатических, гидроцинамических, гидростатодинамических и т.п.) связана с ресурсом работы ТНА, конструкцией унлотнительных систем, допустимыми осевыми габаритными размерами и тл.
В зависимости от сочетания основных параметров ТНА формулируются требования к опорам его ротора: абсолютная нацежность в работе при высоких угловой скорости вала и темпе набора юстоты вращения ротора ТНА; высокая грузоподъемность по радиальным нагрузкам при восприятии значительных осевых; минимальные потери на трение во всем диапазоне режимов работы ТНА; стойкость материалов опор в соответствующих рабочих средах, в том числе и агрессивных, при оцновременной стойкости в воде. Наиболее полно поставленным требованиям уцовлетворяют опо ы с по дшипниками качения. По сравнению с подшипниками скольжения они просты в монтаже при одновременной стабильности конструктивных 246 ара строя обладают меньшим коэффициентом трения, достаточно высокой грузоподъемностью и малыми размерами.
По точности изготовления в соответствии с ГОСТ 520 — 71 установлен ряд из пяти классов точности шарикоподшипников: 2 — сверхвысокий; 4 — особовысокий; 5 — высокий; 7 — повышенный; 0 — нормальный, а по междунароцной системе (СТ СЭВ 774 — 77) соответственно — Р2, Р4, Р5, Рб„РО. Обозначение класса точности ставится перец номером подшипника, опрецеляющего его габаритные размеры. Перед классом точности в соответствии с таблицей отраслевой нормали отмечается номер ряда, характеризующий величины радиального зазора и осевого люфта подшипника. При нормальном изготовлении, без особых требований цо радиальному зазору и осевому люфту, дополнительное обозначение исключают.
Для роторов ТНА применяют шарикоподшипники (рис. 10А4) высокого и повышенного классов точности 3-го ряда с хорошо отбалансированными сепараторами, изготавливаемыми точением. Внутреннее разъемное кольцо (рис. 10.44, б) позволяет установить большее число шариков, что увеличивает работоспособность подшипника и возможность воспринимать большую, на 25...30 %, нагрузку. Их беговые цорожки выполняют более глубокими, обеспечивая касание шарика по трем точкам и повышенное значение угла контакта ().
Трехточечные шарикоподшипники применяют в опорах ротора повышенной грузоподъемности, а также для восприятия значительной осевой неуравновешенной силы, Наиболее слабым элементом высокоскоростного шарикоподшипника является сепаратор. Для стабилизации своего положения он центрируется по внутреннему (рис, 10.44,а) либо по наружному кольцу (см. рис. 10.44,б) . При центрировании сепаратора по внутреннему кольну действие центро. бежных сил не вызовет заедания сепаратора, так как зазор между сепаратором и кольцом с ростом частоты увеличивается, что важно при работе в криогенных компонентах.
Однако центрирование сепаратора по внешнему кольцу позволяет снизить сопротивление при течении компонента благодаря увеличенному внутреннему зазору. Жидкость в полости подшипника под действием центробежной силы увлекается к периферии, смазывает центрирующую наружную поверхность сепаратора и обеспечивает отвод тепла от сепаратора через более холодное наружное кольцо. Высокая работоспособность шарикоподшипников при центрировании сепаратора по внешнему кольцу возможна при хорошем отводе тепла тре- Рис.
10А4. Шариковые подшипники с двухточечным (а) н трехточечным (б) коигаитаыи: 1 — наружное кольцо; 2 — шарик; 3 — сапа. ратор; 4 — внутреннее кольцо ния, что обеспечивается протоком охлаждающего компонента и поддержанием заданного значения рабочей температуры в полости. В противном ! случае при нагреве сепаратора возможно его заклинивание в наружном кольце поцшипника и не исключена поломка. В процессе работы высокоскоростных подшипников происходят не усталостные явления в виде выкрашивания шариков и беговых дорожек, а износ шариков и сепараторов, который, начавшись, приобретает лавинообразный характер.
За короткий срок работы у сепаратора могут полностью износиться перемычки, при этом износ шариков достигает всего 20 мкм. На работоспособность подшипника влияет выбор материалов его деталей. Распространенными материалами для изготовления колец подшипников и тел качения являются хромистые стали марок: ШХ15, ШХ9, ШХ6, ШХ15СГ, имеющие после термообработки твердость колец НВС 62...65, шариков НВС 62...66.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
