Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Назовем независимой системой питания турбины систему, при которой подача компонентов в газогенератор турбины осуществляется независимо от насосов, подающих компоненты в камеру сгорания. К этим системам относятся вытеснительные системы подачи унитарного топлива 1О» 295 йгдгл втя и' Рис. 63. Зависимости потребной мощ- ности для привода насосов и мощности турбины от угловои скорости для неза- висимой системы питания турбины Рис, бти Зависимости потребной мощ- ности для привода насосов и мощности турбины от угловой скорости для зави- симой системы питания турбины в газогенератор турбины и системы питания турбины от твердо- топливного генератора или от газогенератора.
На рис 5,1 представлена типичная зависимость мощности турбины от угловой скорости прн постоянном расходе рабочего тела турбины т,. Так как обычно рабочая точка по угловой скорости лежит на левой ветви характеристики Л'„=- 1 (го) при тт -= сопз( (см рис. 4.71), то кривая мощности на рис.
5.1 изобразится линией Мт. График изменения потребной мощности насосов является кубической параболой, так как Л'и =- о.гоа, см. формулу (3.113). Установившаяся скорость вращения определяется пересечением кривых потребной мощности для привода насосов и располагаемой мощности турбины. Чем больше равнина йУ,, — Мнв, тем меньше время выхода на режим, см. формулу (5.1). Для уменьшения времени выхода на режим надо увеличивать избыточную мощность.
Для этой цели применяют дополнительные средства, повышающие мощность турбины, например при жидкостном газогенераторе — твердотопливные газогенераторы, питаю1цие турбины в начальный период запуска. На рис. 5.1 пунктирная линия соответствует мощности турбины во время питания ее продуктами сгорания твердого топлива до некоторой угловой скорости го, „„. Возможно использование в ТНА дополнительной пусковой турбины. Под зависимой системой питания турбины будем понимать систему, прн которой насосы, приводимые турбиной, подают компоненты топлива в газогенератор турбины. В этом случае при запуске ТНА, как правило, проходные сечения магистрали от насоса до газогенератора максимально открыты. Поэтому напор насоса растет пропорционально квадрату угловой скорости, а расход газа, поступающего в газогенератор, увеличивается линейно угловой скорости (см. рис 3.42).
Последнее приводит к тому, что мощность турбины возрастает по мере роста угловой скорости медленнее, чем прн т, =- = сопя(. На рис. 5,2 показана типичная зависимость мощности 996 Рис. 5.3. Зависимость потребной мощности для привода насосов от угловой скорости и возможный характер изменения мощности турбины для зависимой системы питания турби- ны турбины от угловой скорости для зависимой системы питания турбины. Разность мош; ности турбины и мощности для привода насосов невелика, и время выхода на режим увели- аха азлуат а~в ™ чпвается. Для таких систем характерно применение твердотопливных газогенераторов для уменыпения времени выхода на режим.
Характер нарастания мощности при увеличении угловой скорости может быть такой, как показано на рис. 5.3. До некоторого значения угловой скорости мощность турбины меиыпе потребной мощности насосов, При таких характеристиках ТНА не может раскрутиться и выйти на режим, В этом случае обязательно применение пусковых устройств, например, твердотопливного газогенератора, подающего газ на основную турбину или питающего пусковую турбину, которая раскручивает ТНА.
Насосы и турбины, работая в одном агрегате, должны обладать запасом устойчивости, т. е. случайные малые отклонения их параметров не должны менять режим работы. ТНА должен работать на заданной угловой скорости, поэтому проанализируем устойчивость ТНА при изменении угловой скорости, для чего рассмотрим характер изменения мощности насосов и турбины прп изменении угловой скорости, При зависимой и независимой подаче рабочего тела турбины режим совместной работы насосов и турбины характеризуется точкой А на рис. 5.1, 5.2.
В области точки А случайное малое отклонение угловой скорости от озр не нарушает равновесного состояния системы насосы — турбина. Малое увеличение угловой скорости (малое возбуждение) приведет к тому, что потребная мо~цность для привода насосов будет больше располагаемой мощности турбины и система вернется в прежнее равновесное состояние. Малое уменьшение угловой скорости приведет к превышению располагаемой мощности турбины и увеличению угловой скорости до равновесной, т, е. в области точки А система будет обладать свойством самовыравнивания.
В области точки Б (см, рис. 5.3) система насосы — турбина неустойчива. Малое увеличение угловой скорости приводит к тому, что располагаемая мощность турбины будет больше, чем мощность привода насосов, и ротор ТНА будет раскручиваться. При уменьшении угловой скорости потребная мощность для привода насосов становится меньше располагаемой мощности турбины и ротор ТНА должен замедлить вращение и остановиться. Исходя нз этого пуско- 29Т вое устройство при характеристике турбины типа приведенной на рис.
5.3 должно раскручивать ротор ТНА до угловой скорости, большей с»а. Математически условие устойчивой работы можно записать в виде с(А/вв/с(ь» ) дН,/дс». В области точки А это условие соблюдается. В области точки Б дй/„х/г(с» ( с)Н,/с(«с. Следовательно, в области точки Б условие устойчивой работы не соблюдается. Рабочие режимы ТНА обычно соответствуют точкам А, поэтому система насосы — турбина практически устойчива. 8.2. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАСОСОВ И ТУРБИНЫ ТНА 5.2.!. Потребный напор системы питания Назначение системы автоматики ЖРД вЂ” его регулирование, изменение тяги при определенном соотношении компонентов топлива.
Обычно изменение тяги достигается регулированием ТНА, изменением расхода компонентов топлива, подаваемых насосами в камеру сгорания. Изменение количества компонентов, подаваемых в камеру, может быть осуществлено изменением режима работы насосов ТНА. Наиболее выгодным является способ изменения частоты вращения вала насоса путем воздействия на турбину.
Таким образом, задача регулирования ЖРД по тяге сводится к изменению режима работы турбины. В этом случае регулятор ЖРД изменяет расход того компонента, с недостатком которого работает газогенератор, В этом разделе рассмотрены общие вопросы теории процесса регулирования; использование характеристик насосов и турбин для анализа работы системы питания, а также требования к характеристикам насосов и турбин, обусловленные задачами регулирования. На рис.
!.2 показана схема насосной системы питания ЖРД, Насосы должны обеспечивать подачу заданного количества горючего и окислителя в камеру сгорания. Потребный напор системы Н, для обеспечения заданного расхода )У через систему определяется потребным приращением удельной механической энергии для компенсации ее сопротивления. Для установившегося режима Нн —" Нс (5.2) ~н — 1с (5.3) где индекс «н» относится к параметрам насоса, а индекс «с» к параметрам системы (далее напор насоса будем записывать без индекса). Потребный напор системы Н, определяется сопротивлением системы, т. е.
давлением в камере р„, перепадом давлений на форсунках Арф, гидравлическим сопротивлением системы от пасоса до форсунок Ар„нр,„„ потребной скоростной энергией св „/2 и располагаемым полным давлением на входе р„х: Нс = (Рн/р+ Арфlр+ Арссвр. внх/р+ свих/2) — (Рвх/р+ свх/2) (5 4) 298 Рс лРР' рг р Рис. 5.4. Зависимости давления в каме- ре сгорания, перепада давления на фор- сунках и гидравлических потерь систе- мы питания от объемного расхода Рис. 5.5. Зависимость потребного на- пора системы подачи компонентов от объемного расхода и напорная харак- теристика насоса при со = сопн Члены в первых скобках уравнения (5.4) определяют потребную удельную энергию на выходе из насоса, члены во вторых скобках— располагаемую удельную энергию на входе в насос.
Давление нн входе в насос р„х определяется давлением в баках ро, превышением гравитационного уровня бака над уровнем насоса (энергпей положения), инерционным напором и гидравлическим сопротивлением магистрали от бака до входа в насос Лр„пр, „, см. формулу (1,12). Сопоставляя формулы (5.4) и (1,12), найдем Нс = Рп)р+ Лреур+ Лрсопр~р (- свих)2 -- Ре(Р— 11', (5.5) Гдс Лрсопр = Лрсопв. пых + Лрсопв. ах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
