Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 27
Текст из файла (страница 27)
На рис. 3.4 приведена схема колеса шнекоцентробежного насоса и указаны характерные сечения: 1 — 1 — выход в шнек; 2ш — 2ш — выход из шнека; 1ц — !ц — вход в центробежное колесо; 2 — 2 — выход из центробежного колеса. В дальнейшем обозначения сечений будут использоваться в качестве индекса параметров.
Индекс «ш» в ряде случаев опускается. Если параметры на выходе из шнека рассматриваются иа периферии, применяется индекс «п», на расчетном диаметре (в равд. 2.10.1.3 было показано, что средний диаметр может быть принят за расчетный) — «ср» и у втулки шнека «вт». Индекс «ц» опускается в тех разделах, где рассматривается только центробежное колесо. 132 сом ои» Рис. 3.4. меридианальное сечение шнека и центробежного колеса и треугольники скоростей на выходе иа шнека и на входе в центробежное колесо При заданном режиме работы насоса, т.
е. при известных расходе )г и угловой скорости ш, можно построить треугольник скоростей на входе в шнек для любого радиуса 1см. рис. 2.49 и 2.50). Угол межд нап авлением относительной ско ости направлением к , т.е. угол потока на входе в шне „пределяется режимом работы, т. е. угловой скоростью и рас ом жидко Обычно этот угол в шнеках ЖРД на среднем диаметре не превышае 10' Шнек должен цовыснть„давлвнле перед центробежным коле что~зы оГеспе с тационн ю поэтому он является свата аие гудвин .лОаиаа, у б р распространение в насосах ЖРД.
Шнеки просты в производстве. , Характер изменения их параметров благоприятен для центробежного колеса (см. равд. 2.10.1.4). Центробежное колесо. Определим у г л ы л о п а т о к к ол е с а. Поток, выйдя из шнека, поступает в центробежное колесо. Пренебрегая потерями, принимают, что течение в пространстве между шнеком и лопатками центробежного колеса осуществляется по закону сиг = сопз1.
При этом допущении и предположении о тсм, что струйки текут, не перемешиваясь, по известной окружной составляющей абсолютной скорости на выходе из преднассса можно найти окружную составляющую скорости на входе в центробежное колесо. Для среднего радиуса центробежного колеса получим с,„д — — са„ аргер/гт. (3.5) Меридиональная составляющая абсолютной скорости остается неизменной или уменьшается. На рнс.
3.4 построены треугольники 133 скоростей — на выходе из шнека (для среднего диаметра) и на входе в центробежное колесо (для среднего диаметра входной кромки), Для шнека, работающего с центробежным колесом, средний диаметр может быть принят за расчетный (см. равд. 2.10.1.3), По треугольнику скоростей находится угол потока при входе в центробежное колесо: ррч — агс1д иш — срррр (3.6) Угол ~бч Определяет входной угоЛ лопаток: 1л.п = 11,+1, (3.7) Й = Н7и, =т1„Н, = йц,Нр (3.8) 134 0б р Р =б...бб' У р б р Юч р .р но его увеличение может привести к росту пульсаций и вибраций. Входной угол лопаток целесообразно иметь достаточно большим Я,, = 15,30"), так как при этом уменьшается загромождение входного сечения кромками лопаток и уменыпается диффузорность межлопаточного канала центробежного колеса.
Лопатки на выходе могут иметь различные углы рм, в плоскости вращения. Колеса, вообще говоря, могут иметь лопатки трех основных типов: а) с 5,, ( 90'; б) р„= 90'; в) 1), ) 90' (см. равд, 2.8). Рассмотрим, какие колеса, имеющие различные 1)м„больше удовлетворяют требованиям, предъявляемым к насосам ЖРД: 1. Исходя из требования получения минимальных гидравлических потерь насоса: а) целесообразно иметь большую долю статического напора в общем напоре, развиваемом центробежным колесом, так как потери в процессе преобразования большой кинетической энергии в энергию давления в отводящих устройствах велики.
Следовательно, предпочтительнее иметь 1),„~ 90' и р„= 0,5 (9м. рис. 2.40). б) необходимо выбирать оптимальную форму межлопаточного канала в плоскости вращения. На рис. 3.5 показаны формы канала в плоскости вращения при выпрямлении оси (эквивалентный диффузор). При сравнительно малых рр„меньше угол конусности канала, а следовательно, меньше возможность отрыва потока и меньше возможность появления обратных токов, особенно при больших отношениях О,,'О,. При 1)м, ( (),„решетка станет конфузорной. При слишком малых углах (1„, канал может получиться (особенно при малых отношениях О,!О,) очень узким и длинным, что, в свою очередь, приведет к увеличению гидравлических потерь. Для получения наиболее благоприятной формы канала в плоскости вращения целесообразно выбирать углы ф~~ в пределах(70 ...40;р 2. Следует помнить, что угол лопаток нейосредственно влияет на коэффициент напора насоса.
Коэффициент напора й,„; и,ттд ггм/иг ВВ ,Вм< дд' ,г) д,адд ,1 ~х=гг Вд~ Рис. 3.5. Формы развернутого межлопаточного канала колеса при различных углах !!тл 4В В,г Ю Рис. 3.5. Зависимости Н,, И, и И от рал 1д дд дд Ю ВВ 11д 1ддудажградуа где й, — -- Н,!Н, " — коэффициент, учитывающий конечное число лопаток, Так как при с„= — 0 Й, = ~ = (1 — — — с16Р „) =(1 — г)), (3.9) то с помощью уравнения (3.8) найдем Н = я,ч„(1 — — ' с1я р„) = й,ть (1 — д).
(3.10) Увеличение ()аа ведет к росту Н и, следовательно, к уменьшению наружного диаметра колеса и угловой скорости (уменьшению иа) при заданном напоре Н. Однако на коэффициент напора влияет отношение скоростей с,:и,. При этом изменение реа и отношения са !иа не сказывается на коэффициенте н если расходный параметр ется постоянным. Поэтому ыбор ()а" зависит от отношения с, /иа) а рис. 3.6 приведены зависимости Й,„, Н, и Н от угла бтл и отношения с, тиа. Из рисунка видно, что при низких значениях с, гиа неЦелесообРазно Увеличение Ре„ло значений, пРевышаюЩих 50', так как напор насоса при этом меняется мало. Для больших значений с, /иа следует выбирать большие углы (1„, вплоть до 90'.
Но в то же время оговорим, что для колес с большим отношением 0,1Оа превышающим 0,6, иногда применяются малые углы ()аз =.- = 15 ... 20* для увеличения густоты решетки. 3. Необходимо иметь в виду, что уменьшение !)т„, сопровождающееся уменьшением Й, требует увеличения угловой скорости или диаметра центробежного колеса для обеспечения заданного напора насоса Н. Уменьшение )!ал ведет к росту потерь на трение дисков колеса о жидкость. С уменьшением ()„возрастают также расходные потери, связанные с утечками жидкости из полостей высокого давления в полости низкого давления, так как увеличивается статический напор колеса из-за роста степени реактивности р„.
Увеличение ))асходных потерь и потерь на трение дисков приводит к уменьшению КПД насоса. 135 Рис. 3.7. Типы центробежных колес: а — закрытое; б — полуоткрытое; а — от- крытое 4. Для получения непрерывно падающей напорной характериш од стики насоса Н = 7" ()7), обеспечи- вающей статическую устойчивость насосной системы„ показано в дальнейшем, предпочтительнее иметь углы ,, ~ 30 . 5. В отношении цвочности адают существенными преимуществами лопатки с углом;рзп =- 90'.(радиальные на выходе лопатки). Такие лопатки не испытывают действия болыпих изгибающих моментов, возникающих при центробежных силах. Это особенно важно для водородных насосоВ. которым соответствуют высокие окружные скорости (400 — 500 м!с). Окружные скорости насосов, работающих на обычных жидкостях, не превышают 300 мыс. Эти насосы, как правило, педогружены в прочностном отношении, поэтому возможны углы ~з„( 90".
Учитывая сформулированные, положения, можно считать, что оптимальный усол лВдля насосов ЖРД лежит в пределах .2Я, 60; а значение рк — в преаелах 0,75 ... Од65. Применяются различные т и и ы к о л е с. В насосах ЖРД чаще всего встречаются закрытые рабочие колеса, имеющие ведомый и ведущий диски (переднюю и заднюю покрывные стенки), но могут встретиться полузакрытые и открытые колеса (рис.
3.7). Обычно КПД насоса с закрытым колесом больше, чем КПД насоса с полузакрытым нли открытым колесом. В открытых колесах возникают потери, связанные с перетеканием жидкости через осевой зазор Л с одной стороны лопаток на другую. Полуоткрытые и открытые колеса надо выполнять с малым осевым зазором, так как с увеличением зазора КПД насоса, имеющего такое колесо, уменьшается. Насосы с закрытыми колесами малочувствительны к осевому зазору. Это позволяет выдерживать зазор с меньшей точностью, что дает таким насосам конструктивные преимущества.
Открьпые колеса более просты в изготовлении. Помимо колес с односторонним входом (см. рис. 3.7), в ЖРД применяются колеса с дв сто онвим входом. Использование таких колес позволяет чшить антикавитационпые качества насоса вследствие уменьшения скорости потока на входе. При определенных условиях применение колес с двусторонним входом позволяет также улучшить энергетические параметры насоса (см. разд. 3,3.6.6). Рассмотрим способы п р о ф и л и р о в а н и я л о п а т о к к ол е с а. Возможно построение средней липин лопатки колеса в виде дт„-рт .„„,. Лдд,ддд,, аддкаако~о к а,зз. д °- рых основную роль в передаче энергии играют ориолисовь не циркуляционные силы (см.
равд. 2.6.3), выбор простои ормы лопатки вполне обоснован. Опыт показывает, что колеса с цилиндрическими 136 лопатками, как правило, равноценны пцэкономичцости и антикавитац «ым параметрам колесам с лопатками более еложной формы. В технологическбм-птппп1евйн цйлиндрические лопатки наиболее просты. Для центробежных колес с большими отношениями диаметров (О,/Е!2 ) 0,6) роль циркуляционных сил в передаче энергии возрастает.
Это требует применения аэродинамически более совершенных форм лопаток. Такие колеса могут быть выполнены с лопатками двоякой кривизны или в виде диагональных колес. Способы профилирования цилиндрических лопаток и лопаток двоякой кривизны приведены в соответствующих пособиях. Потери в центробежном колесе Е„пропорциональны кинетической энергии в относительном движении при входе в колесо: = Ь ааш/2.
(3, 1!) Коэ1!2фипиент потерь в колесе ь„снижается с уменыпением доли энергии, передаваемой жидкости в колесе циркуляционными си,тами. Обычно Ьц = 0,3 ... 0,5. Из треугольника скоростей (см, рис. 3.4) следует, что 2 2 2 шш = с~ми + (иш — с,„ц), (3.12) Тогда выражение (3.11) принимает вид 2 Е,„= ~„— '" [с< ц+(1 — ср)221, где с, ц=-с, ц/итц! <Р =с,„н/ипс При отсутствии закрутки потока на входе в колесо (с,„н = О) скорость шш близка к окружной скорости и~ц (с1ы,ц (( 1), поэтому последнее выражение можно записать в виде Ек = ьци~ц/2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
