Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Влияние частоты вращения на характеристики насоса. Уравненение (3.104) дает зависимость напора насоса от двух параметров— объемного расхода )У и угловой скорости ш. Если положить объемный расход постоянным, можно получить соотношение Н = Л,гот + + В;от + С;, где Л„В;, С; — константы, но опо не имеет практического смысла, так как обычно изменение частоты вращения приводит и к изменению объемного расхода.
При неизменном положении дросселя гидравлической системы объемный расход будет меняться пропорционально частоте вращения: )г = сопя( оь С учетом этого соотношения из уравнения (3.104) получим Н = Л;шз + + В~рта + С|таз или Н == Лзоэз, где А!, В|, С), Аз — константы. Соответственно мощность будет пропорциональна кубу частоты вращения: /(г = азшз, где аз — константа, Поле энергетических характеристик насоса.
В практике применения шнекоцентробежных насосов в системах питания )КРД тре- 176 //1б тДлг/кг 7б тб гб 7 9 б б 10 17 19 1б Р 1б, хг(/с Рис. 3.40 Г!еле энергетических характеристик насоса аах,'к' —. сим ~о ' п .сн -- — — — ра /ка = о аг4 х х ~г" пас' буется знать зависимость напора и полного КПД насоса от расхода в достаточно широком диапазоне изменения частоты вращения насоса. Поэтому насос следует характеризовать семейством кривых Н вЂ” - / (У) и т1„= / ()1), т. е, полем энергетических характеристик (рис. 3.41).
При изменении угловой скорости насоса оэ будет меняться значение числа Рейнольдса Ке.— —. оэ/7,/(4т). Числа Рейяольдса, большие 10т (см. равд. 2.12), не влияют на число Эйлера Еп: Н = = Н/и', (автомодельная область по Ке), а числа Рейнольдса, большие 10', практически не влияют на внутренний мощностной КПД т!анм и безразмерную внутреннюю мощность /т'„и = й/ан/(рсээВе). Если поле характеристик охватывает диапазон изменения ш, при котором Ке находится в автомодельной области, то на подобных режимах насоса будут сохраняться постоянными соотношения, см.
формулы (2.160), ..., (2.162): (г/ог = — сопз(; ///ота = сопз(; (3.1 1 1) (3.! 12) (3313) (3.114) /и'„к/оэа = сопз(; т1„„, сопз(. Для подобных режимов с помощью выражений (3.111) и (3.112) получим Н/'и" = сопз1, т. е. линии подобных режимов в координатах Н, )г будут определяться параболами. Параболы подобных режимов являются линиями постоянных /тг,и/ота и т!ни к (рис. 3.42). По параболе напор Н изменяется пропорционально оэа, а внутренняя мощность /тг,„— пропорционально <оа. Если известны Н и й/еи 177 Рис 3.42.
Знергсгические характеристики на*, соса ( ) и семейство парабол подобных режимов насосон ( — — — ): ач > м, > и, > а, 11олт' аг/ода: ')и ' 47/оа Рис. 3.43. Универсальные характеристики насосов при какой-либо одной о, то с помощью соотношений (3.112) и (3.113) можно получить напор и внутреннюю мощность, соответствующие другой оа.
При малых частотах вращения Ке становится меньше автомодельного для Л',„(т),„х), т. е. Ке ( 10". В этом случае уже нельзя пренебрегать влиянием Ке на Д(,„и т),и -; и считать, что на подобных режимах ()гГго:--- сопз1) мощность )У,и пропорциональна «га. Из-за влияния мощности дискового трения, т. е, влияния Ке на коэффициент трения диска С,р,а, см. формулы (2.187) и (3.77), внутренняя мощность будет уменьшаться с уменьшением са медленнее, чем го'. Поэтому КПД т)ивх не будет оставаться при изменении го постоянным на подобных режимах, а будет падать с ее уменьшением.
В связи с этим в области малых ы кривые постоянных т),„м не будут совпадать с параболами подобных режимов Н('))а =- сопз1. Несовпадение кривых постоянных полных КПД Чи = сопз( с параболами подобных режимов будет еще большим, так как зависимость механических потерь в насосе от го тоже отличается от кубической: с уменьшением го механические потери уменьшаются медленнее, чем гоа, см. выражение (3.79). Поэтому при уменыпении со на подобных режимах полный КПД ди, как и внутренний мощностной КПД т),„х, будет уменьшаться. Это будет приводить к тому, что в области малых ы кривые постоянных полных КПД будут пересекать параболы подобных режимов (см. рис. 3.41). Для насосов ЖРД, которым, как правило, соответствуют большие числа )(е и малая доля механических потерь в потребляемой мощности, можно считать, что кривые т)„= сопз1 ()((/гоа = сопз() совпадают с параболами подобных режимов Н()гв = сопз1 в области изменения угловой скорости го > 0,5ыр.
При этом можно рассчитать поле энергетических характеристик Н =- 1 ()г), Н = р ((г) и т)„= ~( ((г) насосов ЖРД с помощью зависимостей (3.90), (3.!05) и (3.108), полагая полный КПД, не зависящим от угловой скорости. 173 Часто характеристики насосов ЖРД представляют в виде О/ббэ= —.= 7 (У1бб), !У!аб' =- бр ()7/ы) и б1„= Ч" ()7(аб) (рис. 3.43). Такие характеристики называют универсальными.
Они не зависят от угловой скорости. Универсальные характеристики рассчитывают по формулам (3.102), (3.107) и (3.!09). Иногда линии постоянных КПД и„= сопз1 на поле характеристик замыкаются в области больших ы и больших )). Снижение полного КПД на этих режимах (что графически означает замыкание линий постоянного КПД) следует объяснять возникновением на этих режимах кавитационных явлений в насосе.
В координатах Н!ы-', )б~ы кавитация проявляется резким изменением характера напорной характеристики и КПД-характеристики (пунктирные линии на рис. 3.43; см. также рис. 3.41). При кавитации в шнекоцентробежном колесе изменяется также и мощностная характеристика в связи с изменением характера обтекания лопаток. Кавитация в отводе не влияет на мощностную характеристику.
Обычно кавитация в спиральном отводе возникает при расходах, превышающих в 2 ... 2,5 раза расчетный расход; в лопаточном отводе— в 1,3 ... 1,5 раза. В наиболее общем виде характеристики насосов представляются в виде зависимостей критериев подобия — коэффициента напора Н от коэффициента расхода )7.
При неподобных насосах эти критерии используются как обобщающие комплексы. Наиболее надежно энергетические характеристики можно получить опытным путем. Обычно для получения характеристик проводят испытания на воде. Зпк ОСЕВЫЕ НАСОСЫ 3.2.1. Схема устройства. Рабочие органы Оптимальная область применения осевых насосов соответствует значениям пб ~ 600 (см. рис. 2.59). Однако и при меньших значениях и, насос можно выполнять осевым, если это определяется удобством его компоновки в ЖРД. Высокие значения и„ см. формулу (2.164), получаются при больших объемных расходах и малых напорах.
В равд. 3.! рассмотрено применение шнеков как предвключенных ступеней шнекоцентробежных насосов. Вместе с тем осевой насос можно использовать в ЖРД в виде насосного агрегата, имеющего автономный привод. Такой насос обычно устанавливается перед основным насосом ТНА. Тогда он выполняет роль бустерного насоса (см. разд. 3.3.7). оз ожно ьзование осевога ддааса,в .качестве осдпвцодо насоса ТН при применении в ЖРД водородного топлива (в связи с малой плотностью объемный расход водорода палу- б, ).
~б.. -. ° ° ббб ~У б А.М б . Для йолучения высоких антикавйтациоййых качеств осевых насосов в них, как и в шнекоцентробежных, используют предвключенную шнековую ступень (шнек). Насос со шнеком имеет кавита- !79 Рис. 3 44. Шнекоосевой многоступенча- тый насос: à — предвключенный шнек; 2 — осевые ступени; 3 — спиральный отвод ционный коэффициент быстроходности С,„, (см. равд. 3.3.3), равный 3000 ... 4000, а с осевой стуйенью, спроектированной по закону сй„г = сопз1 (см.
рис, 2,48), — 900 ... 1100. Однако осевой ступени соответствуют более высокие КПД и коэффициент напора. В шнекоосевом насосе (осевой насос с пред- включенным шнеком) используются положительные качества как шнека, так и осевой ступени. Отметим, что бустерный осевой насос из-за сравнительно малых потребных напоров может выполняться одноступенчатым шнековым. Для получения большего напора и КПД шнек (часто переменного шага) делают с конической втулкой (рис.
3.45). Подводы шнекоосевых насосов аналогичны подводам центробежных насосов (см. рис. 3.2). После шнека устанавливается спрямляющий лопаточный диффузорный аппарат. Он является направ- Р Ре Рцуае~тка рр 1-1 Рйзбедлгкй пи 1-1 'Д Се Рис. 3,46. Схема осевой ступени насоса н гра- фики изменения параметров потока жидкости но длине проточной части: а — направлнюгкий аппарат; б — рабочее колесо: е — спраилнющий аппарат Рнс. 3.43. Шнековый насос с кони- ческой втулкой 180 ляющим аппаратом последующей осевой ступени (рис. 3.46). В нем повышается давление за счет уменьшения окружной составляющей скорости потока до нуля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
