Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Если в системе питания предусмотрены бустерные насосы, то насосы ТНА целесообразно выполнять с односторонним входом, так как, хотя применение двустороннего входа и уменьшает потребный напор бустерных насосов, сложность и масса конструкции ТНА возрастают. По этой же причине нет необходимости значительно перерасширять входы в насосы ТНА — можно ограничиться значением Ко~ -- — — 6,5 ... 5,5.
Давление в газогенераторе р и температуру 7'„в других схемах питания с предкамерной турбиной (схемы с восстановительным газогенератором, с двумя газогенераторами и т. п.) определяют аналогично тому, как их определяют в схеме с окислительным газогенератором, — на основании уравнения баланса мощностей. Для схемы с восстановительным газогенератором, используя равенство (5.73), можно записать т„„Н,„,'1),„+ пг„Н,, Ч„= т„(1 — а) (! + К„„) 7.„„т1„(5.79) где а — коэффициент, учитывающий расход горючего на внутреннее охлаждение камеры сгорания.
Обычно а =- 0,02 ... 0,06. Напоры насосов Н„и Н,, определяются по формулам (5.77) и (5.78), а КПД определяется по п„см. формулу (5.75). 334 В связи с тем что расход газа через турбину в схеме с восстановительным газогенератором меньше, чем в схеме с окислительным газогенератором, восстановительная турбина может оказаться парциальной (е ( 1). Это наблюдается (см. равд.
4.5,4.2) прп коэффициенте быстроходности турбины и„< 60. Тогда Ч, можно оценить с помощью зависимостей, приведенных в равд. 4.5.4.2. Парциальные предкамерные воссгановительные турбины получаются при больших давлениях в газогенераторе (больших плотностях газа, малых объемных расходах, см. формулу (2.171) для п,т)„которые соответствуют большим давлениям в камере сгорания (р„) 20 МПа), и при использовании в качестве горючего жидкого водорода. В последнем случае увеличивается скорость истечения газа из соплового аппарата, что приводит к необходимости уменьшать длину лопатки турбины.
Для того чтобы турбина не была парциальной, ее следует выполнять многоступенчатой (например, двухступенчатой) реактивной или активной со ступенями давления. Это повышает КПД турбины, но усложняет конструкцию. Баланс мощностей для схемы с отдельным малорасходным насосом газогенератора, например для схемы с окислительным газогенератором (см. рис, 1.15), записывается в виде (5.80) где й( — мощность газогенераторного насоса горюче~о. В развернутом виде выражение (5.80) принимает вид гьо»Лак кгггаг 1 ого»наг ° 1 ~ Кгг Г (5 81) Чак Чг ггЧгг гг + м Шок м' о влЧт Гдс Оок = (Ргг+ ЛРмаг.
ок Рв», ок) Рок аа г =.' (Рк+ ЛРмаг. г Рв». г)1Р»1» Гугг = [(Ргг т- й»Рмаг, г) (Рк Г Рмаг, г)1~рг. Здесь Лр„"„, — потеря давления в магистрали от выхода из газогенераторного насоса до входа в газогенератор, КПД насосов определяют, как и в других схемах, по коэффициенту быстроходности па. Подобным же образом можно записать уравнения баланса и для других схем системы питания с предкамерной турбиной. Г!ри выборе схем системы питания необходимо их сравнивать по потребному давлению в газогенераторе при выбранных температурах перед турбиной (или по потребной температуре Т„„при выоранном давлении Рг,).
Схеме, обеспечивающей меньшие Рг„и Т„, следует отдать предпочтение, так как такая схема позволяет получить меньшую массу ЖРД. Какой из схем — с окислительным или с восстановительным газогенеРатоРом — соответствУет меньшее давление Ргг, ответить сРазУ затруднительно. Расход через окислительную турбину больше, чем через восстановительную, так как гп,„)гп„. Но работоспособность к у восстановительного газа — РТоо, определяющая адиабатную к †! работу турбины Г.„л, выше, чем у окислительного газа. Как пра3о5 вило, произведение т,„„1 ЯТ00 тоже больше у восстановительл ного газа. Но вместе с тем меньшее значение показателя адиабаты й, свойственное обычно восстановительному газу, уменьшает адиабатную работу турбины в результате уменыпения комплекса !в — 1~бы-ны, см, формулу (4.3).
Кроме ',того, восстановительная турбина может оказаться парциальной, что снизит ее КПД. Обычно до давления в камере сгорания, не превышающего 15 МПа, меныпие давления в газогенераторе получаются в схеме с окислительным газогенератором, а при больших давлениях в камере сгорания преимущества на стороне схемы с восстановительным газогенератором. При выборе схемы надо иметь в виду, что окислительный газ неблагоприятно влияет на металлические элементы турбины, Случайные касания ротора о статор турбины в окислительной среде могут привести к возгоранию металла. Для исключения этого в месгах возможного касания целесообразно устанавливать «мягкие» металлокерамические вставки.
Такие вставки к тому же позволяют повысить КПД турбины за счет уменыпения радиального зазора между бандажом турбины и стартом (см. разд. 4.5.1). Возгоранию металла в окислительпой среде способствует попадание в турбину металлических часжгц из трубопроводов или из баков ДУ. В восстановительном газе возгорание металла исключено, однако возможно образование сажи, отлагающейся в турбине. В водородных ЖРД в связи с большой работоспособностью восстановительного газа целесообразно применять схему питания с восстановительным газогенератором.
При использовании схемы с двумя газогенераторами и с двумя турбинами — восстановительной и окислительной (см. рис, 1.16) благодаря большой создаваемой мощности можно работать при меньших давлениях в газогенераторах, чем при использовании схемы с одним газогенератором. Схема с двумя газогенераторами конструктивно сложнее, и ей соответствует большая суммарная масса газогенераторов и ТНЛ. Поэтому схему с двумя газогенераторами целесообразно применять для ЖРД с большими тягой и давлением в камере сгорания, когда заданное давление р„не может быть обеспечено в схеме с одним газогенератором или когда в схеме с одним газогенератором получаются неприемлемые по соображениям прочности Ргг и Тою. Схеме питания с отдельным малорасходпым газогенераторным насосом (см.
рис, 1.15) соответствуют меньшие р и Т„, чем схеме без такого насоса. Это получается потому, что мощность насосов в случае применения газогенераторного насоса уменьшается, так как при окислительном газогенераторе, например, давление не всего горючего повышасгся до давления в газогенераторе, а только малой его части, поступающей в газогенератор. ч Применение малорасходного газогенераторного пасоса снижает давя нне в газогенераторе на 1 ... 1,5 МПа при р„ = 1О ... 15 МПа. При больших давлениях р„(р„)25 МПа) это снижение может составить 4 МПа и более. Поэтому целесообразно идти на некоторое 336 усложнение конструкции ТНА, добиваясь уменьшения давления н температуры в газогенераторе.
Вопрос о выборе той или иной схемы системы питания с пред- камерной турбиной решается при проектировании конкретного ЖРД путем сравнительных расчетов различных схем с учетом возможности сажеобразования в восстановительном газе, сложности конструкции, ее массы и вибронагруженности. При сравнении схем по массе и вибронагруженности ТНЛ можно использовать соотношения, приведенные в равд.
5.7, ..., 5.9. 5.!0.3. Расчет насоса окислителя Исходные данные. Исходными данными для расчета насоса являются: а) основные харантернстикн компонента топлива, перекачиваемаго насосом,- его плотность, давление паров н т д. Эти характеристики пряведены в соответствующих справочниках и книгах, б) минимальное давление и максимальная температура компонента на входе в систему питания (в ЖРД); в) объемный расход комйонента; г) потребное давление на выходе из насоса. Объемный расход определяется по тяге, удельному импульсу и массовому соотношению компонентов ЖРД с помощью формул, приведенных в равд.
1.1. Необходимое давление насоса определяется в зависимости от выбранной схемы системы питания (см. равд. 5. 10.2). Целью расчета являетсн определение угловой скорости вала, размеров основных элементов (подвода, п»нека, центробежного колеса и отвода), необходимых для проектирования насоса, параметров потока, энергетических характеристик, осевых и радиальных сил. Угловая скорость. Насосу ок»»сангели, как правило, соответствует значительно больший объемный расход рабочего тела, чем насосу горючего. Поэтому, см, формулу (ЗД46), прн прочих равных условиях (одинаковые значения Се»ш и Айова) насос охнслителя способен работать без кавитационного срыва при меньшей угловой скорости, чем насос горючего.
Отсюда следует, что угловая скорость одновального ТНА должна определяться насосом окислителя. Для повышения угловой скорости вала ТНА от насоса окислителя требуются более высокие антихавнтационные качества, чеч от насоса горючего. Поэтому при расчете насоса окислителн стремятся обеспечить возможно более высоное зна. ченне Ссра. Для увеличения Сс „надо стремиться к применению осевого подвода и к уменьшению диаметра втулки шнека. С этой точки зрения целесообразно в ТНА располагать насос окислителя консольно (рис. 5.27).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
