Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Рабов опоры в условиях вакуума усложняется из-за влияния разрежения, низкой теплоотдачи и изменения свойств материалов, применяемых для изготовления узлов. Прн высокой степени разрежения р ( 0,14 Па конструкция узла начинает активно обезгаживаться и наступает критичес. кое давление ркр = 14 * 10 Па, при котором работоспособность подшип— 5 ника резко ухудшается, а при р ( 14 ° 10 Па возможна местная диффузионная сварка поцшипника. Работа опор в таких условиях обеспечивается применением твердых смазок на основе графита, фторопласта, дисульфита молибдена и их комбинаций с использованием покрытий из металлов с тяжелыми молекулами (золото, серебро, свинец, никель и т.п.) .
Дорожки качения стальных колец шарикоподшипников покрываются серебром (2...5 мкм), никелем и мецью. В реальных конструкциях покрытие на кольцах подшипника наносят кругом, так как сложно изолировать остальные поверхности. Каждая из применяемых твердых смазок имеет свой оптимальный диапазон работоспособности. Графитовые обеспечивают низкий коэффициент трения подшипника (Су = 0,1...0,15) при работе в зоне до предель.
ного значения давления и наносятся напылением по беговой дорожке. Дальнейшее понижение цавления приводит к испарению смазки и возрастанию С- до 0,5. Смазка на основе цисульфита молибдена имеет С = 0,1...0,16, который не изменяется при глубоком разрежении, но при выу сокой контактной температуре (Т > 350 С) возможно ее окисление, в результате чего образуется тверцый порошок (абразив), нарушающий работу опоры. Наилучшие условия эксплуатации опор ТНА, работающего в космосе, обеспечиваются герметизацией от вакуума всех полостей, размещение ТНА в контейнере с микроклиматом, не зависящим от окружающей среды.
10.11. КОНСТРУКПИЯ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ Соединения, применяемые при сборке ТНА, можно условно разделить на цоцвижные и неподвижные. К подвижным соединениям относятся подшнпниковые опоры уплотнения, зубчатые передачи редукторов. В ТНА широко применяются неподвижные соединения, выполняемые разъемными и неразъемными. Конструкция узлов неразъемных соединений определяется степенью их нагруженности и требуемой герметичностью соединении. Они выполняются сваркой, пайкой, склеиванием, завальцовкой, зачеканкой и другими механическими способами, Наиболее простой и надежный способ соецинения при помощи сварки обеспечивает высокую степень герметичности стыка.
Однако из-за неразъемности она не всегда применима. Для крепления разъемных стыков широко применяются шпильки, винты, различные пазовые соединения шпонками, шпицами, соединения напрессовкой и т.п. Весь спектр разновицностей соединений элементов ТНА сложно полностью изложить даже в отдельном учебнике.
Необходимо использовать специальную литературу по конструированию элементов цеталей и узлов двигателей ЛА. Соединение валов насосов между собой и передача крутящего момента обеспечивается различными элементами (рис. 10.49), выбор конструкции которых зависит от значения перецаваемого крутящего момента, условиями сборки и разборки насосов и ТНА, температурными режимами их работы, наличием осевых сил и изгибающих моментов. Наиболее широко применяется шлицевое соединение рессорой (рис. 10.49, а) или муфтой (рис. 10.49, б). Рессора 1 обеспечивает упругое соединение соосных валов, Рис.
10.49. Соединения валов ТНА: а — рессорой; б — муфтой; в, г — фасоииыми цапфами; ! — авп; 2 — рессора; 3— цвпфа вала; 4 — пружина; 5 — сухарь", 6 — пяпфа ротора; 7 — втулка; 8 — винт регупировочиый; 9 — муфта; 10 -- кольцо 9 — 1758 257 г у Е у Рис. 10.50. Соеяииеиие корпусов через шоовкв: 1 — корпус васоев; 2 — шпилька„з — шпоика; б 4 — корпус турбины; 5 — шайба; 6 — гайка входящих в ТНА агрегатов и является демпфером крутильных колебаний. Кроме того, рессора расширяет допуск на возможные не. соосность и перекос всех соединенных валов насосов ТНА без нарушения его нормальной работы.
Муфта 9 (см. рис, 10.49, б) фиксируется относительно соединяемых валов с помощью пружинящего кольца 10, изготовленного из проволоки. Кольцо в канавке утопает более чем на половину диаметра проволоки, что предотвращает его вьюкатие из канавки при осевых усилиях на муфте. В ТНА с малыми значениями передаваемых крутящих моментов применяются специальные шаровые или фигурные цапфы (рис. 10.49, в, г), входящие в гнезда валов стыкуемых насосов. Папфы 6 ротора турбины (см. Рис. 10.49, г) имеют сферические окончания, на которых выполнены в цвух взаимно перпенцикуляриых плоскостях пазы для соединения с сухарями 5.
Сферические соединения обеспечивают соосиость ротора относительно валов насосов, а осевое поджатие сухарей 5 достигается пружиной 4. Боковые поверхности цчпф, передающие крутящий момент, полируются, а сферические — хромируются. Более простая форма поверхностей для передачи крутящего момента приведена на рис. 10.49, в, где цапфа ротора представлена в виде цилиндрического хвостовика с двумя фасон- ными пазами, соответствующими профилю отверстий в валах 1 насосов (см. вид А).
Необходимое значение осевого поджатия ротора обеспечивается пружиной 4, расположенной во втулке 7 вала 1 насоса и регулировочным винтом 8. Насосы между собой при малой разнице температур соединяются шпильками со стыком по плоскости. При большом перепаде температур, например при стыковке корпусов турбины и насоса, предусматриваются три или четыре кронштейна, в которых соединяемые корпуса крепятся друг к другу шпильками 2 (рис. 10.50) через шпонки 3, допускающие радиальные деформации соединяемых корпусов без нарушения соосности валов насосов. Наиболее полно вопросы соединения цеталей и элементов роторных машин изложены в учебниках и учебных пособиях применительно к авиационным газотурбинным двигателям, которые широко используют в ТНА.
10.12. РЕДУКТОРЫ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ Окружную скорость ротора ~азовой турбины целесообразно увеличивать цля повышения ее КПД, а наибольшая величина КПД насосов наряду с высокими антикавитационными качествами соответствуют меньшей угловой скорости их ротора. Кроме того, догшчтимая угловая скорость ротора насоса горючего всегда больше, чем окислителя.
Еще больше разница угловых скоростей бустерных насосов и газовой турбины. Все зто предопределяет применение редукторных '!'НА, в которых зубчатая передача снижает угловую скорость ротора насоса по сравнению с турбиной и кажцый из них работает при о~ггимальной угловой скорости, что повышает энергетические характеристики турбины, насосов и всего ТНА в целом. Оцнако рецукторные ТНА сложны в изготовлении, а в конструкции редуктора необхоцимо иметь специальную систему смазки и охлажцения зубчатых передач.
Передаточное число редуктора ТНА как отношение угловых скоростей насоса или бустера к скорости турбины изменяется в пределах 1 = 0,6 ...0,2 и обеспечивается одной (1 > 0,6) или цвумя парами зубчатых колес В ре. дукторах ТНА в основном применяются прямозубые цили1шрические зубчатые колеса с малым коэффициентом перекрытия (1,5...1,7). Снижение угловой скорости оценивается по зиачепшо передаточного отношения. Например, для схемы (см. рис.
10.1, г) перецаточное отношение редуктора насоса окислителя шт '"НО Расчет зубьев колес редуктора ТНА является в известной мере условным, а его результаты используются как ориентировочнооравнительные с подобными имеющимися данными для зубчатых передач в авиационных газотурбинных двигателях. При расчете очень сложно учесть комплексное влияние деформаций от вала и корпуса, подаваемой смазки и цругих элементов, определяющих значение усилия, возникающего при работе зубьев. С целью снижения контактных напряжений угол зацепления принимается не менее 20' (лучше 25'), что приводит к повышению изгибной прочности зуба, а также снижает скорость относительно~о скольжения, при этом повышается стойкость зуба против зациров. В высокоскоростных передачах (до 100 м/с) для повышения работоспособности зубьев целесообразно применять серебряное покрытие толщиной 5 ...10 мкм. Зубчатые колеса редуктора балансируются динамически с допускаемым значением дисбаланса не более 1 г, см.
Степень точности изготовления зубьев по ГОСТ 1643 — 81 с допуском по шагу накопленной погрешности не более 0,02 мм, иногда 0,03 мм, Особое внимание уделяется организации смазки и снижению температу ы елуктора и, главное, зоны контакта зубьев. В качестве смазывающей жидкости необходимо использовать специальные сорта масел, поцаваемых на зубья колес, хотя для редуктора, объединенного в единый блок с ТНА это не всегца приемлемо, и приходится применять для смазки основные компоненты топлива.
Шестеренный редуктор ТНА ЖРД НМ-7, приво- 259 Г л а в а 11 ПРОЧНОСТЬ И КОЛЕБАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА 11.1.НАГРУЗКИ, ЛЕЙСТВУЮ1ЙИЕ НА ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ Рнс. 10.5 1. Конструктивные схемы устройства смазки зубчатой передача: а — одноструйное; б — даухструйное; 1 — корпус редуктора; 2 — распылитель; 3 — фильтр; 4 — эуб охпаждаемой зубчатой передачи дящий насос окислителя, смазывается путем распыла трибутилфосфата при помощи газообразного водорода, поступающего в начале запуска из шарового баллона, а затем их охлаждающего тракта камеры. Редукторы ТНА использовались в ряде ЖРЛ вЂ” КХ-2, НМ-4, КЬ-10 и др.
Для смазки и охлаждения зубьев шестерен жидкость впрыскивается непосредственно в зону контакта через калибровочные отверстия распылителя 2 (рис. 10.51) в область после выхода зубьев из зацепления. В случае подачи смазки на вход зацепления возможно расклинивание колес из-за малого зазора в зацеплении. Подаваемая для смазки и охлаждения жидкость должна быть чистой от случайных включений, что обеспечивается постановкой перед распылителем фильтра 3 (см. рис.
10.51) тонкой очистки, в канал выхода которого жидкость поступает по наружной кольцевой щели. Струйки смазывающей жидкости подаются перпендикулярно образующей зуба (см. рис. 10.51), реже — параллельно, Образование ванны из жидкости с нагретым компонентом в редукторе ТНА недопустимо, и он обязательно перекачивается на вход в насос. Вопросы для самопроверки 1. Перечислите основные типы компоновочных схем ТНА. Какие факторы влияют на выбор типа комноноаочной схемы? 2. Укажнге возможные способы соединения рабочих лопаток н дисков газовых турбин ТНА. Какие критерии лежат а основе выбора способа соединения? 3. Какие способы центрнрованяя корпусов насосов н турбины являются предпочтятепьнымн в случае существенного раэпнчня нх температур прн работе ТНА? 4.
Какие требования предъявляются к конструкции уплотнений роторов ТНА? Нарнсуйте эскизы основных тнпоа уплотнений. 260 Турбонасосный агрегат является одной из наиболее ответственных в прочностном отношении составных частей двигателя. При работе ТНА его узлы и отдельные детали подвержены широкому спектру нагрузок. Зти нагрузки можно разделить по характеру их изменения во времени на статические и динамические, а по физической природе на силовые и температурные. К статическим силовым нагрузкам относятся: силы давления жидкости и газа, приложенные к корпусам насосов и турбин и к деталям ротора; центробежные усилия, возникающие в деталях ротора при его вращении; газо- и гидродинамические силы и моменты, приложенные к элементам ротора; силы и моменты на элементах ротора, возникающие при отклонении траектории ЛА от прямолинейной„которое особенно велико у ракет класса *'земля — воздух", *'воздух — воздух"; моменты кручения, возникающие в элементах ротора при передаче крутящего момента, начиная с турбины и до рабочих колес насосов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
