Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 63
Текст из файла (страница 63)
При изменении расхода через систему меняется ее потребный напор Рассмотрим, как зависят от расхода отдельные члены уравнения (5.5), составляющие потребный напор системы. Давление в камере сгорания меняется прямо пропорционально расходу компонента (рис. 5.4), Имеется в виду, что массовое соотношение компонентов сохраняется постоянным. Перепад давлений на форсунках Лрф определяет при данной площади проходного сечения форсунок )ф расход через них: (г = прав $'2 Ьр~(р, где л — число форсунок; р — коэффициент расхода форсунок. Графически квадратичная зависимость Лрф от (р показана иа рис. 5.4 (коэффициент расхода р принят на всех режимах постоянным). Гидравлическое сопротивление трубопроводов Лр„р пропорционально квадрату скорости движения жидкости: Лрсопр = р' слг2 Скорость движения в трубопроводе данного сечения пропорциональна расходу жидкости, следовательно, принимая в = сопз1, получим ЛР„в(Р = сопз1 )гв.
Давление в баках, энергия положения, определяемая разностью гравитационных уровней, и инерционный напор непосредственно не связаны с расходом на данном режиме. Зависимость потребного напора системы подачи компонентов, схема которой приведена на рис. 1.2, от объемного расхода показана на рис, 5.5. Эту зависимость назовем характеристикой системы.
Для системы ЯРД характерны избыточное давление в баках и положительное значение гравитационного и инерциониовн напоров, следовательно, кривая потребных приращений энергии системы пересекает ось ординат ниже нуля. Это означает, что расход от нуля до )У, обеспечивается за счет энергии на входе без участия насоса. Расходы, превышающие У,, можно получить в данной системе только при установке насоса. Для стационарных откачивающих насосных установок кривая потребной энергии пересекает ось ординат выше нуля. Это означает, что в подобных установках никакой расход не может быть получен без насоса. Напорная характеристика насоса Н вЂ” 1 (Р), также приведенная на рис.
5.5, показывает зависимость напора насоса от расхода при постоянной угловой скорости вала насоса. Точка пересечения кривых Н, = 1 (1') и Н вЂ” 1 (1') при рз == сопз1 определяет расход Ур, который установится в системе при данной угловой скорости вала насоса, При заданном расходе 1' по потребному напору насоса можно найти необходимую частоту вращения для обеспечения заданного режима. Для изменения тяги и массового соотношения компонентов ЖРД необходимо менять расход через систему. Изменение расхода топлива является одной из главных задач регулирования ЖРД. Оно может осуществляться различными способами.
Под регулированием системы питания ЖРД с ТНА по расходу будем понимать изменение характеристики системы или характеристики насоса, обеспечивающее переход на новый расход через систему. 5.2.2. Способы регулирования по расходу системы подачи компонентов На рис, 5 6 характеристика насоса обозначена Н, исходная характеристика системы Н;. Точка 1 характеризует расчетный режим Рр при Н„, = Н,. Изменение характеристики системы наиболее просто осуществляется дросселированием напорной магистрали. Пусть расход на новом режиме равен 1'„Потребный напор Н,,„ который должен обеспечить насос, в этом случае определяется потребным напором системы Нье при расходе гз и добавочным сопротивлением дросселя 1.др.' Н„= Н.з + Едр.
Новая характеристика системы Н," = 1' ((У) с учетом сопротивления дросселя пройдет круче, и новый установившийся режим (точка 2) будет иметь место при меньшем значении расхода 1',. 300 и;и, л Глерелугна Рис. о,7. Схема насоса с перепускной магистралью Рис. о.б. Характеристика насоса и систе- мы при регулироаании подачи компопен- тон дросселиронанием при ю =- сопп Введение сопротивления дросселя требует большего напора насоса для заданного меньшего расхода и поэтому большей мощности (по сравнению с мощностью в системе беэ дросселя при том же расходе).
Дополнительная затрата мощности может быть вызвана не только тем, что напор насоса на иэном режиме больше потребного для системы без дросселя, н» и тем, что на новом (нерасчетном) режиме насос обычно работает с меньшим КПД. Непроизводительная затрата мощности насоса при сохранении прежней угловой скорости сопровождается дополнительным расходом газа через турбину. Наиболее существенный недостаток данного способа регулирования состоит в непроизводительной затрате мощности.
Изменение характеристики системы путем введения дополнительного сопротивления широко применяется при настройке ЖРД. Путем установки шайб на напорной магистрали трубопроводов добиваются такого изменения расхода, чтобы выдерживалось заданное массовое соотношение компонентов. Дроссельный кран (регулир)емое сопротивление) также широко применяется в системах регулирования для поддержания в камере сгорания заданных давления и массового соотношения компонентов.
Для изменения режима способ дросселирования используют в сочетании с другими способами регулирования. Чаще всего при регулировании систем питания >КРД способ дросселирования сочетается с регулированием путем изменения частоты вращения ТНА, Возможен и другой способ перевода системы на новый расход, который заключается в том, что часть жидкости, прошедшей че. рез насос, перепускается обратно в насос и не попадает в систему (рис. 5.7). И в этом случае затрачивается лишняя мощность, так как расход через насос возрастает и рабочая точка смещается в область меныпих КПД. В системе питания ЖРД перепуск часто применяют не только для регулирования, но и с целью избежания гидравлического удара при включении насоса. На рис. 5.8 приведены характеристики насоса О, основной системы Не и перепускной магистрали О„.
Для данного значения потребной энергии расходы через систему и магистраль перепуска 301 Рис. 5.8. Характеристики насоса н си- стемы при регулировании подачи ком- понентов перепуском и;н„н„,и, н,н Рис. 5 9. Характеристики насоса и системы при регулировании подачи компонентов изменением угловой скорости суммируются. Суммарная характеристика обозначена Нк. Если рабочий режим без перепуска изображается точкой А, то при применении перепуска рабочий режим перемещается в точку Б.
Расход через перепускную магистраль равен )га. Расход через систему уменьшается )га = 'его — ))и (К, ()гл), а расход через насос возРастает (ггл > 'т'л). ИзменЯЯ сопРотивление пеРепУскной магистрали установленным на ней дросселем, можно расширить диапазон регулирования. Третий способ перевода системы на новый расход состоит в изменении характеристики насоса.
При атом обеспечивается минимальная затрата мощности. Изменение характеристики насоса наиболее просто может быть достигнуто изменением угловой скорости (рис. 5.9). Расчетный режим го', (лп характеризуется точкой 1 (точкой пересечения характеристики йасоса Н' и характеристики системы Н,), угловая скорость от" находится по потребному напору системы при новом расходе )ле Если для насоса имеется поле характеристик, то новая угловая скорость легко находится графически по заданному расходу при известном напоре системы.
Если имеется только одна опытная характеристика насоса, то угловая скорость при переходе на новый режим может быть найдена аналитически. Проведем параболу подобных режимов через точку 2 на характеристике системы, соответствующую новому расходу Га (пунктирная линия на рис. 5 9). Она пересечет характеристику для расчетной угловой скорости в точке А.
Новое значение угловой скорости ы" находится по соотношению (3,112) и соответствующей характеристике насоса Н". Способ регулирования подачи насоса изменением угловой скорости в сочетании с перепуском или дросселированием чаще всего используется в системе питания ЖРД. Изменение угловой скорости вала насосов достигается регулированием турбины. В принципе изменение угла наклона лопаток и ширины колеса на выходе также может являться способом изменения характери- 302 стики насоса, Практически этим можно пользоваться лишь при проектировании насосов.
Этот способ воздействия на характеристику выполненного насоса сложно осуществить конструктивно. В промышленном насосостроении применяют поворотные рабочие лопатки для регулирования осевых насосов. Проще осуществить регулирование применением поворотных направляющих лопаток на входе в насос. При этом легко изменить окружную составляющую скорости иа входе в колесо с,„и, как это следует из уравнения Эйлера (2.33), изменить напор насоса. Но практически и этот способ неприменим для насоса ЖРД, так как поворотное устройство на входе в насос в силу дополнительного гидравлического сопротивления ухудшает аитикавитационные свойства насоса, Способ регулирования характеристик турбомашин применением поворотных лопаток на входе легко использовать для компрессорных машин и гидравлических турбин.
5.2.5. Регулирование турбины Под регулированием турбины будем понимать воздействие на ее характеристику с целью изменения мощности и частоты вращения. Возможны несколько способов регулирования турбины. Основными способами являются сопловое регулирование, регулирование перепуском, изменение давления и температуры рабочего тела на входе в турбину или давления на выходе из нее.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
