Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Сопловое регулирование предусматривает изменение количества рабочего тела, проходящего через турбину, путем изменения степени парциальности, т. е. путем отключения или включения отдельных групп сопл. Конструктивно этот способ регулирования достаточно сложен — он требует самостоятельного подвода рабочего тела к отдельным группам сопл. В ТНА такой способ регулирования можно осуществить применением нескольких газогенераторов, работающих на отдельные группы сопл.
Изменение мощности, а при заданной нагрузке и частоты вращения турбины достигается выключением отдельных газогенераторов (рис. 5.10). Преимущество данного способа регулирования заключается в том, что параметры рабочего тела (давление, температура) при этом могут остаться расчетными. В паровых турбинах и в ТРД применяют такую разновидность соплового регулирования, как поворот сопловых лопаток.
Другим способом регулирования, при котором в основном изменяется количество рабочего тела, является перепуск части газа мимо турбины (рис. 5 11). Для автономных турбин ЖРД этот способ явно невыгоден, так как он приводит к снижению удельной тяги двигательной установки. В предкамерных турбинах этот способ регулирования в принципе может быть применен. Регулирование турбины изменением параметров газа на входе может достигаться изменением расхода газа через турбину при постоянной температуре и изменением температуры в газогенераторе, Регулирование турбины изменением расходов компонентов через газогенератор (турбину) осуществляется дросселями на магистралях, подводящих компоненты топлива к газогенератору При этом мас- 303 Рис.
5.11. Схема регулирования тур- бины перепуском: 1 — турбина; 2 — магистраль перепуска; 3 — дроссель Рис. 5.10. Схема турбины с питанием от нескольких газогенераторов: 1 — дроссель; 2 — газогенератор; 2— турбина Рис. 5.12. Графики изменения располагаемых адиабатных работ при регулировании турбины дросселированнем на входе 304 совое соотношение компонентов топлива поддерживается постоянным (постоянная температура в газогенераторе).
С изменением сопротивления магистралей меняется и давление в газогенераторе (перед турбиной). Поэтому мощность турбины изменяется как из-за изменения расхода, так и из-за изменения адиабатной работы. Этот способ регулирования применяется для автономных турбин. На рис. 5.12 показано изменение начальных давлений ро, р; И ра ГаЗа И раСПОЛаГаЕМЫХ аднабатНЫХ рабат 1'.ад, Л;д, 1ра Прн регулировании турбины дросселиров:нием на входе и постоянном ДаВЛЕНИИ На ЕЕ ВЫХОДЕ Рт ЛИНИЯ 1', = СОПЗ( СООтВЕтСтВУЕт ПРОЦЕССУ дросселирования. Регулирование турбины температурой газа на входе достигается путем изменения расхода компонснга топлива, с недостатком которого работает газогенератор. Расход меняется дросселем (регулируемым сопротивлением). Изменение температуры ведет к изменению адиабатной работы, вследствие чего меняется частота вращения турбины.
Например, с увеличением ~,ад (увеличением температуры) частота вращения возра/ рг стает, растут напор насосов и давление в газогенераторе. Это ведет к дальнейшему увеличению 7.сад и расхода через турбину (при постоянном давлении на выходе), и ТНА выходит на новый установившийся режим с повышенной частотой вращения. При повышенной частоте вращения расход компонентов топлива увеличивается и )КРД выходит !на режим большой тяги. Рассмотренный способ примсняется для регулирования предкамерных турбин.
Регулирование изменением режима газогенератора является наиболее эксн.мичным, так как режим работы турбины по и!с,д при этом меняется незначительно и КПД турбины остается практйчески постоянным. Этот метод регулирования часто применяется в ЯРД, 5.2.4. Подбор режимов при регулировании системы подачи компонентов При известных характеристиках насоса и турбины выбор их режимов при регулировании )КРД может быть произведен графически.
Задание расхода одного из компонентов на другом режиме позволяет выбрать новую угловую скорость ТНЛ. Для другого компонента потребная угловая скорость определяется таким же образом. Однако может получиться, что угловые скорости насосов окислителя и горючего, необходимые для обеспечения заданных расходов, будут различными в связи с тем, что массовое соотношение компонентов поддерживается постоянным. Предположим, что на рис. 5.9 изображены характеристики, относящиеся к регулированию системы подачи одного из компонентов. Графическое изображение процесса регулирования системы подачи для другого компонента представлено на рис.
5.13. Характеристика системы подачи второго компонента обозначена Н,ц, характеристика насоса — Ип; расчетные величины — сз' и Ргц. При заданной характеристике системы Н,п нэвый расход )Узм обеспечивается при угловой скорости насоса сз'" меньшей, чем го". Так как при ы не обеспечивается напор первого компонента, то угловую скорость ТНА следует выбрать по большей угловой скорости ьз" и перевести систему подачи второго компонента на меньший расход дросселированием. На рис. 5.!3 показано потребное сопротивление дросселя !.„гы. Этот дроссель является регулятором массового соотношения компонентов, Характеристика системы при дросселировании обозначена Н;и.
Потребное изменение расхода газа через турбину для случая регулирования изменением давления на входе может быть найдено при рассмотрении совмещенных характеристик турбины и насоса (рис. 5.14). На графиках, приведенных на рис. 5,14, по оси ординат отложены мощность турбины при разных расходах рабочего тела и суммарная потребляемая мощность насосов, а по оси абсцисс— угловая скорость. Зависимость мощности насоса от угловой скорости при заданной гидравлической системе, которая определяет изменение расхода, может быть получена при использовании поля характеристик насоса.
Из рассмотрения совместной работы насоса и системы известны 1' и Н для каждого из насосов. По этим параметрам находят потребную мощность каждого насоса: й и = 1)НЕ,'тЪ„. (5.6) 305 и;и, ае Рис. 3.13. Характеристики насоса и си- стемы длн подбора режимов при регули- ровании подачи компонента Рис. 3.14. Зависимости мощности турбины и суммарной мощности насосов от угловой скорости 3.3. УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ НАСОСА В СИСТЕМЕ Работа насоса в системе питания ЖРД должна быть устойчивой на всех режимах работы ЖРД.
Это означает, что параметры насоса должны сохраняться постоянными для заданного 306 Значение т1п определяют по заданному полю КПД на характеристике насоса (см. рис, 3.44). Режим совместной работы насосов и турбины определяется равенством мощностей. Выбрав в соответствии с рис. 5.13 угловую скорость второго режима ТНА с меньшим расходом, находят потребный расход через турбину (точка 2 на рис.
5.14). Исходные характеристики турбины, полученные в результате обработки экспериментальных данных, были приведены ранее (см, рис. 4.70). Заметим, что эти характеристики могут быть получены и расчетом, Аналогичные построения можно выполнить при настройке )КРД на заданный режим. Различие в характеристиках насосов горючего и окислителя требует введения дополнительного регулирования массового соотношения компонентов при изменении режима работы ~КРД, как это следует из рис, 5 13 (йдрп). Характеристики сйстемы и насосов окислителя и горючего по расходу и по угловой скорости могут быть при необходимости подобраны так, что массовое соотношение компонентов при переходе на другой режим будет всегда поддерживаться постоянным без специального регулирования.
В этом случае сами насосы будут являться регуляторами массового соотношения компонентов. Проще всего добиться поддержания заданного массового соотношения компонентов без специального регулятора при пологих характеристиках Н 1'(Г). Пологие характеристики Н == )' (г) соответствуют большим углам лопаток на выходе колеса рт„и большей его ширине Ьа (меньшим др, см.
рис. 3.39). режима, несмотря на малые отклонения их значений, вызванные случайными воздействиями, Если насос имеет характеристику Π— ) (р) с явным максимумом, или перегибом (рис. 5.15), то принципиально возможна неустойчивость его работы. Неустойчивая работа насоса характери. зуется неустановившимися перемещениями жидкости в системе„которые приводят к периодическому изменению подачи и напора. Разберем условия, которые определяют устойчивость работы насоса на заданном режиме. Устойчивость такого рода называется статической. Устойчивость режима зависит от характеристик насоса и системы.
На рис. 5.15, а, б приведены характеристики насоса Н и системы ттс. Пусть в общем случае характсристика системы пересекает характеристику насоса в точках А и Б. Рассмотрим влияние малых отклонений параметров системы на устойчивость режима насоса в области этих точек. В области точки А любое небольшое случайное уменыпение расхода иа Л)т (например, вследствие временной закупорки отверстия одной из форсунок) приводит к тсму, что напор насоса будет превышать потребный напор системы. Вследствие этого поток жидкости в системе ускоряется и расход возрастает до прежнего значения. В области точки Б кратковременное уменьшение расхода на Л)7, возникающее по тем или иным причинам, вызывает увеличение потребного напора системы по отношению напора насоса и, как следствие этого, возникает торможение потока и дальнейшее снижение расхода. Аналогичные рассуждения можно провести и для кратковременного увеличения расхода на Л)т.
Таким образом, в области точки Б имеется неустойчивое равновесие — малое возмущение вызывает резкое отклонение параметров от номинальных, а в области точки А режим устойчив (обладает Рис. йлб. Графическая интерпретация устойчивости насосной системы: а с центробен ным насосом; б — с осевым насосом 307 свойством самовыравнивания), так как малое отклонение не выводиТ систему из равновесия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
