Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Технологически шнек переменного шага сложнее шнека постоянного шага. Для повышения 1гПД насоса может оказаться целесообразным применение шнека переменного шага для создания оптимальной закрутки на входе в центРобежное колесо (см. Равд. 3.1.1.6), особенно пРи Рт,гРт ) 0,5, 3.3.6.4. Определение густоты решетки шнека, числа лопаток н других конструктивных параметров шнека Густота решетки и число лопаток.
Определенным выбором конструктивных параметров шнека можгю обеспечить его высокие антикавитационные качества. В равд. 3.3.2 отмечалось, что к улуч- 207 шению антикавитационных качеств шнека приводит уменьшение толщины входной кромки лопаток б,г и угла клинообразного участка профиля лопатки. Остановимся на выборе густоты решетки шнека и числа лопаток. Режим кавитационного срыва насоса характеризуется предсуперкавитационным течением в решетке шнека, при котором каверна со следом занимают большую часть лопатки (см. рис. 3.56), Если длина лопатки недостаточна, то след не исчезает в межлопаточном канале, а распространяется за его пределами. Это приводит к кавитационному срыву при более высоких входных давлениях. Поэтому необходима определенная длина лопатки, обеспечивающая разрушение следа в межлопаточном канале.
Опытные данные 19) показывают, что такая длина Ь,,р ~ 2,30„р. (3. 184) Густота решетки шнека связана с длиной лопатки: (3.185) или (3.186) После подстановки в формулу (3.186) соотношения (3.184) получим тсг ) 2,3з~/и. (3.187) Отсюда следует, что густота решетки связана с числом лопаток шнека. Увеличение г„, приводит к ухудшению антикавитационных качеств шнека, см, формулу (3,134). Обычно выбирают гя, -- 2.
Тогда из соотношения (3.187) получим, что т,р тв 1,46. Как правило, выбирают большие значения густоты решетки: т,р — — 1,6 ... 2 (при г„, — 2), так как увеличение т,р уменьшает паденйе напора между критическим и срывным режимом шнекоцентробежного насоса (см.
рис. 3.50). Углы конусностн шнека и форма входных кромок его лопаток. Для улучшения антикавитационных качеств шнек выполняется с углом копчености на входе 8, (рис. 3 63, а), который составляет 90,, !20=. При наличии угла конусности на входе в результате действия центробежных сил потока, закрученного корневыми сечениями, давление на входе в периферийные сечения решетки шнека возрастает. Это облегчает условия работы в периферийных сечениях при кавитационных режимах, Иногда для увеличения стойкости лопатки шнека к колебаниям вводится угол конусности на выходе О, =- 140 ... 160'.
Меньшие значения О, и 8, соответствуют меньшим диаметрам 0 Благоприятное влияние на антикавитационные качества шнека оказывает подрезка входной части лопатки. При этом радиус входной кромки лопатки определяется формулой 1г === 0,35 (Т1,„ — г(вт) (см. рис. 3.63, б).
Толщина и профиль лопаток. Профиль лопатки шнека выполняется в виде прямой (при 8 = сопз() или изогнутой (при 5 -= чаг) пластины с заостренными (клинообразными) входнзй и выходной кромками (см. рис. 3.63, в). Треугольный профиль выполи яется 208 Рис. 3.63. Схемы, используемые при профилировании шнека по форме, близкой к форме каверны и следа, возникающих на пластине на предсуперкавитационном режиме. Использование треугольного профиля уменьшает кавитационную эрозию шнека [21. Толщину лопатки 8„, нужно выбирать минимальной для уменьшения загромождения сечения. Из соображений прочности корневыс сечения должны иметь большую толщину, чем периферийные. Обычно б„равно 0,015 ...
0,02 от длины лопатки в корневом сечении, а б„равно 0,005 ... 0,01 от длины лопатки в периферийном сечении, Длина заострения входной и выходной кромок должна составлять 35 ... 50 с4 от диаметра. Для улучшения антикавитационных качеств поверхность лопатки надо выполнять с )с < 10 мкм. Радиальный зазор шнека.
Для уменьшения перетекания жидкости с одной стороны лопатки на другу1о радиальный зазор Л (см. рнс, 3.60) надо выдерживать минимально возможным из конструктивных и технологических соображений. Однако при этом возрастают пульсации, связанные со щелевой кавитацией. Обычно Л вЂ” — (0,03 ... 0,05) (Т9ш --- с(„,), Осевая длина шнека. Она определяется значениями 0ш, с(„, ам эш 9„0„т,р, г, рекомендации по выбору которых были приведены в данном разделе.
Остановимся на определении осевой длины шнека постоянного шага. Представленная на рис. 2.49 решетка шнека является разверткой цилиндрического сечения шнека по среднему диаметру О,р. Осевая длина на этом диаметре определяется из выражения 1г ср = бл. ср гйп снл. ср. (3. 188) Выразим Ьл,р через густоту решетки т,р из формулы (3.186), а Угол Р „, чеРез шаг шнека з = пВ„(д 1)л,р. ПолУчим (3.189) аш п1Хср Из рис. 3.63 легко установить следующую связь между длиной шнека 1, н (3.
190) 209 После подстановки выражения (3.189) в формулу (3.190) получим 2лтср зш агсГД— (3.191) Для уменьшения 1„, выбирают г = 3, несколько ухудшая при этом антикавитационные качества шнека (3.134). По формуле (3.191) с достаточной степенью точности можно определить 1„„для шнека переменного шага, используя эквивалентный шаг шнека 3, =- (3, + ~)(2. 3.3.6.6. Определение взаимного расположении лопаток шнека н центробежного колеса. Установка конусов перед шнеком н центробежным колесом Опыт показывает (2), что значение осевого расстояния между лопатками шнека и центробежного колеса („не влияет на антикавитационные качества насоса, если (ес ( 0,1Оо.
Однако значительное уменьшение („ может увеличить кавитационную эрозию лопаток центробежного колеса, так как паровые пузырьки, выходя из шнека, будут захлопываться не в пространстве между шнеком и колесом, а на лопатках колеса. Угловое расположение выходных кромок лопаток шнека относительно входных кромок лопаток центробежного колеса может также сказаться на кавитационной эрозии колеса. Благоприятным является расположение выходных кромок шнека посредине межлопаточного канала центробежного колеса. При этом паровые пузырьки, покидающие лопатки шнека, будут захлопываться не на лопатках колеса, а в его межлопаточном канале (2].
Положительное воздействие на антикавитационные качества шнекоцентробежного насоса оказывает установка неподвижных жмпм ' 'Р' """" "Р "'"" " '"им~" '" (см. рис. 3.60). Благоприятное влияние конусов можно объяснить тем, что они отсекают б атные токи, вы ящие из шнека и центробежцаго колеса и ослабляют их вредное влияние на основной поток (2). При установке конусов уменьшается затрата энергии основного потока, поступающего в колесо, на поворот обратных токов и направление их в колесо. Кроме того, конус, расположенный перед центробежным колесом, направляет по потоку утечки, проходящие через переднее уплотнение.
В этом случае утечки не нарушагот поток, выходящий из шнека, что благоприятно сказывается на антикавитационных качествах насоса. Установка конуса перед центробежным колесом приводит также к уменьшению падения напора между кригическим и срывным режимами насоса (см.
рис. 3.50). 3.3,6.6. Использование двустороннего входа Улучшение антикавитационных качеств шнекоцентробежного насоса может быть получено при применении двустороннего входа (рис. 3.64). Через каждый вход поступает половина воей 210 рнс. 3.64. Схема шнекоцентробежного насоса с двусторонннм входом жидкости, подаваемой насосом. Скорость на входе в шнек с„уменьшается, что приводит к уменьшению кавитационного запаса Л)т,р, (см. формулу (3.139)1. Если необходимости в уменьшении Л(г,р, нет или если эта величина задана, то при двустороннем входе (см.
формулу (3.145)1 можно увеличить угловую скорость от в 1 2 раза (при неизменном значении С,,), так как расход через шнек уменьшается в два раза. В действительности увеличение угловой скорости будет несколько меньше, так как для насоса с двусторонним входом Сер, будет меньше, чем для насоса с односторонним входом. Это происходит как из-за увеличения коэффициента К„ = 2,13с(„г'г'(У!ео (уменьшения расхода через шнек), см.
рис. 3.59, так и из-за того, что в насосе с двусторонним входом по конструктивным соображениям нельзя использовать осевой подвод, а в насосе с односторонним входом это сделать можно. Отметим, что применение двустороннего входа позволяет не только улучшить антикавитационные качества насоса, но и несколько увеличить его КПД при больших па и Ко„(см. рис. 3.27).
Вместе с тем, двусторонний вход усложняет конструкцию насоса и увеличивает его массу, поэтому вопрос о целесообразности применения двустороннего входа должен рассматриваться отдельно в каждом случае. 3.3.7. Применение бустерных насосов в системах питания Для ггоиышамми антккаввтацпонных качеств системы жад т (ер асаааага Бустерный насос устанавливается перед основным шнекоцентробежным насосом ТНА двигателя.
Для ЖРД нижних ступеней ракет бустерный насос располагают рядом с основным насосом для использования больших инерционных подпоров и выработки остатков компонента в длинной трубе, соединяющей бак с двигателем. Для ЖРД верхних ступеней длина труб и инерционные подпоры невелики, поэтому насосы устанавливаются у бака (рис. 3.55). Бустерный насос поддерживает давление, необходимое для бессрывной работы основного насоса. Дустерный насос ввиду меньшей„ ю г и ° н ю, ~ мага~ай жаЛЯ а срывной работы меньшее давление на входа. поэтому его установка позволяет умсныпить давление на входе в систему питания и, следовательно, давление в баке. Частота вращения вала основного насоса при наличии бустсрного может быть выбрана значительно большей. 211 Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
