Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 44
Текст из файла (страница 44)
3.65. Вустерный лопнтонный насос в системе питания: 1 — бзк с компонентом таллинн; 1 — бустер- ный нвсас; д — турбина бустерного насоса Рис. З.бб. Бустерный струйный насос в системе питания: 1 — бвк с компонентом топлива; 7 — бустериый струйный насос: 3 — сопло бустерного нвсоса; 4 — основной нвсос; б — мвгнстрвль пойвойл «омпоиентл высокого Навленни к соплу 3; б, 7, Л вЂ” соответственно конфузор, камера смеойепин и диффузор струйного насосе н гнй Для получения связи между угловой скоростью оу вала основного насоса ТНЛ и срывным кавитационным запасом бустерного насоса (системы питания) в расчетах формально применяют кавитационный коэффициент быстроходности системы питания Се п — 298от! 17!(Лй,рв)б'.н, (3.192) где )7 — объемный расход через основной насос.
Здесь и далее индексом иб. нв обозначены параметры бустерного насоса. Гз качестве бустерных насосов можно использовать насосы осевые (шнеки) с конусной втулкой, диагональные, центробежные и шнскоцеитробежные. Также в качестве бустерных насосов можно использовать струйные насосы (рис. 3.66).
При использовании лопаточных бустерных насосов С „=- 10000 ... 15000 а при использовании струйных бустерных насосов — 8000... !0000. Активная жидкость для струйного насоса отбирается на выходе из основного насоса и подается через одно или несколько сопл.
Привод лопаточных бустервых насосов может осуществляться от газовой турбины (рис. 3.67), газ для которой вырабатывается в специальном газогенераторе, а может также отбираться из основного газогенератора или на выходе из основной турбины. Если компонент криагенный, то турбина может работать на парах этого компонента. Газификация компонента происходит в теплообменнике, обогреваемом газом, выходящим из основной турбины, или в рубашке охлаждения камеры сгорания. Газовая турбина применяется для привода бустерного насоса, переиачивающего тот компонент, с избытком которого работает газогенератор или пары которого исполь- 2!2 Рнс. 3.67.
Бустерный насосный агрегат с прнводоы от газовой турбины: ! — корпус насоса, т — рабочее колесо насоса; 3 — оодшипннки; а — спряиляюыий аппарат насоса; а — спиральный сборник насоса; 6 — подводящий коллектор турбины; 7— сопловой аппарат турбины; б — праиеыут юный направляющий аппарат турбины; р — «арпус турбины; 70 — рабочее колесо сурбины зуются как рабочее тело турбины (это позволяет избежать возго- Ь ды атс валик можно использование гийпавл~~ческой 'турбины (рис. 3.68).
Жидкость под высоким давлением для турбины поступает от основного насоса. Лопаточные бустерные насосы применяются в ЖРД как с пред- камерной турбиной, так и с автономной. Струйные насосы конструктивно более просты, мало чувствительны к содержанию в жидкости газов (это важно для верхних ступеней ракет), но имеют значительно меньший КПД. Поэтому в ЖРД с автономнои турбиной их целесообРазно применять при отсутствии высоких требований к удельной тяге.
Обычно их используют в ЖРД с предкамерной турбиной. В таком ЖРД увеличение мощности основной турбины в результате отбора рабочего тела для привода бустерных насосов не дает уменьшения удельной тяги, а только требует повышения температуры и давления в газогенераторе. Последнее обстоятельство вызывает необходимость проектировать струйные и лопаточные насосы и ~урбины для их привода с высоким КПД. Давление на входе в бустерный насос, необходимое для его работы без кавитационного срыва, можно определить из выражения Ро срв. б и = 298рбтб'. нУ 7Сб. н + Рп (3. 193) гце Сб „вЂ” кавитационный коэффициент быстроходности бустерного насоса. 213 Рнс.
3.68. Бустерный насосный агрегат с приводом от) гндравлнческой турбины: à — корпус насоса; У вЂ” рабочее ьолссо насоса; а — подшипники; " 4 — сопловые лопатки первой 1 ступеан турбины. б — рабочас лопаткн первой ступенн турбо ны; б — спраылаюшнй аппара насоса; 7 . — подводащнй реса вер гндротурбнны; л — канал, подвода жндкостн к турбннг а — спнральный сборннь насос. После подстановки выражения (3.193) в формулу (3.!92) запишем Сс. к = Сб. нтог Отб. н. (3.
194 ! Увеличение Сб н и умсныпение угловой скорости вала бустер- ного насоса гпб „ведут к понижению необходимого давления на входе в систему питания (см. формулу (3.!93)1 и к улучшению ее анти- кавитационных качеств (см. формулу (3.!94)). Осевой шнековый и шнскоцснтробежный насосы имеют большие значения кавитационного коэффициента быстроходности, чем цент- рооеж1~ые насосы, поэтому применение их в качестве вспомогательк Потребный напор бустерного насоса !тб определяется из ус- ловия бессрывной работы основного насоса при ускорении ракеты, равном нулю; (Ро ср)б. н --,' р%б.
н -(- Ы1 — р~-сопр ~ Ро срв,' (3.193' 1!о. и ~ )Ро сгвггр (Ро срв)б. и!р !. Ьс пр л1, (3 1901 где рЕс„„р — потери полного давления в магистрали от выхода и: бустерного насоса до входа в основной насос; р,ср, — срывное дав- ление основного насоса; 1 — разность уровней расположения бу- стерного и основного насосов, г При больших потребных напорах бустерного насоса требуются большие углы атаки на входе в шнек постоянного шага, что уху, шает антикавитационные качества шнека. В связи с этим при боль- ших потребных напорах (обычно больших !500 Дж1кг) вспомога.( тельный насос следует выполйять в виде шнека переменного шага, а при напорах, превышающих 3000 Дж!кг, — диагональным или шнекоцентробежным.
2!4 Расчет геометрических размеров и характеристик бустерных шнекоцентробежных насосов производится так же, как и расчет основного шнекоцентробежного насоса. Расчет бустерных шнсковых и осевых насосов проводится с использованием соотношений, приведенных в равд. 2.10.1 и 3.2. 3.3.8. Применение преднасосов с меньшей угловой скоростью, чем у центробежного насоса Р"с 3.69. Схема насосного агрегата со "стРоенным диагональным п[зеднасосом (преднасосом, приводимым во вращене через шестереннуш передачу): с предпасос; 2 — ОснОВнОЙ шнека!сентРобеа~ный насос; 3 — щестерснная переда ц Рис. 3.70. Схема привода осевого пред- насоса осевой гидротурбиной (прямо- точный турбопреднасос): а — осееай преднасос; б — осевой насос: е — осевая гидротурбине; а — пентробемный насос;! пр, 2 кр, ! н, 2 и, ! т, 2 т.— характерные сечения соотаетстеенно пред- насоса, насоса н турбины Для повышения антикавитационных качеств насосного агрегата целесообразно иметь у преднасоса меньшие угловые скорости, чем у центробежного колеса.
Па существу, преднасос с меньшей угловой скоростью выполняет роль бустерного насоса, встроенного в насосный агрегат. Наличие сопротивления магистрали от бака до входа в насосный агрегат приводит к снижению давления, следовательно, при том же давлении в баке давление па входе во встроенный преднасос будет ниже, чем у бустерного насоса, расположенного у бака, что снизит и антикавитационные качества системы.
Это обстоятельство ограничивает применение встроенных преднасосов. Другим обстоятельством, ограничивающим применение этих преднасосов, является усложнение конструкции. Для систем питания, требующих особо высоких антикавитационных качеств, можно применять бустерные насосы и насосные агрегаты со встроенными шнековыми преднасосамн.
1-!а рис. 3.69 приведена схема насосного агрегата со встроенным преднасосом, привод которого с меньшими угловыми скоростями обеспечивается шестеренной передачей. Наличие шестеренной передачи снижает надежность этого агрегата, что.ограничивает его применение. Большие возможности имеют насосные агрегаты, у которых привод предпасоса осуществляется с использованием лопаточных венцов, работающих на рабочем компоненте. Осевой шнековый предпасос при работе с меньшими угловыми Рис. 3.7П Линии изменения параметров и треугольники скоростей для проточной части прямоточного турбопред. насоса ш„с ш Рис. 3,72.
Схема турбопреднасоса с приводом преднасоса от радиальной гидротурбины: ! — шнековый иреднесос; 2— центробежный насос; З вЂ” радивньнвн гидротурбине скоростями должен обладать большим коэффициентом теоретического напора. Как правило, при повышении коэффициента теоретического напора (увеличении угла атаки) ухудшаются собственные антикавитационные качества преднасоса. Выигрыш от применения преднасоса с пониженной угловой скоростью будет только в том случае, если понижение угловой скорости окажется более существенным для Рис.
3.73. Треугольники скоростей и профили лопаток для приводящей пред4 насос радиальной турбины, устанавливаемой на ныхаде из центробежного нзсо 21б повышения антикавитационных качеств, чем ухудшение антикавитационных качеств преднасоса с ростом коэффициента теоретического напора и увеличением нагрузки на его лопатки.
Если анти- кавитационные качества преднасоса достаточно высоки, то в результате применения этой схемы можно значительно поднять угловую скорость основной напорной ступени. Угловая скорость ступени, установленной за преднасосом, может быль найдена по формуле (арп рапп!Р) ' Ссрв <э мэпр— 298 1 где 1 — передаточное отношение от основной насосной ступени к осевому преднасосу; Лрорасп = Ровх,п + рН вЂ” рп, Здесь и далсе индексом «пр» обозначены параметры прсднасоса. На рис. 3.70 приведена схема привода осевого преднасоса осевой гидротурбиной, стоящей за осевым насосным колесом, обеспечивающим колесо гидротурбины необходимым напором.
По существу, осевое колесо и турбина являются элементами гидромуфты, включенной в основной поток прокачиваемого компонента. Сочетание осевого преднасоса, осевого колеса и гидротурбины назовем турбопрсднасосом. Такой турбопреднасос может стоять как перед центробежным, так и перед осевым многоступенчатым насосом. На рис. 3.71 нанесены линии изменения давления, а также абсолютной и относительной скоростей по длине проточной части турбопреднасоса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
