Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Подвод будет осевым, а диаметр втулка шнека будет минимальным, так как вал шнека не передает значительных крутящих моментов и его диаметр определяется из конструктивных соображений. Если невозможно расположить насос окислителя консольно (например, при консольно расположенной предкамерной турбине, работающей на окислительном газо), то радиальный подвод жидкости к насосу окислителя следует осуществлять со стороны насоса гор»очсго (рис. 5 28). В этом случае вал шнека насоса окислителя передает только крутящий момент, соответствующий мощности насоса горючего. Если бы подвод осуществлялся со стороны турбяны, то момент, передаваемый валом шнека насоса окислителя, увеличился бы на величину момента, соответствующего мощности насоса окислителя.
Обе рассмотренные схемы расположении насоса окислителя в ТНА (см. рис. 5.27 и 5.28) являются наиболее характерпымн. В зависимости от принятой схемы изменяется порядок определения угловой скорости вала насоса. Естественно, что в случае консольного расположения насоса окислителя возможнаи угловая скорость будет больше. Остановимся на определении угловой скорости вала насоса окислителя при его консольном расположении.
В этол» случае диаметр втулки шнека определяется 337 Рис. 5.27. Схема ТНА с консольным расположением насоса окислителя: ! — насос окислителя; т — насос горючего; 3 — турбина Рис. 5.28. Схема ТНА с консатьным расположением насоса горючего: ! — насос окислителя; т — насос горючего; 3 — турбина конструктивными соображениями и обычно т( †. !(„ (В!я .= 0,25 ... 0,45. Задаваясь значением т( „ в этих пределах, по графику, приведенному на рис. 3.59, для осевого подвода определяют максимально возможное значение кавитационного коэффициента быстроходности Серию,„ шнекоцентробежного насоса окислителя.
Тогда угловая скорость вала насоса окислителя определяется на основании формулы (3.146): в = С,, бдя!4 l(298 1' Р). Зд~с~ Айова =- (роих ю!и — Р п))р — Айрен соответствует минимальному давлению на входе в насос и максилтальной температуре окислителя (Лд ео — величина кавитационного резерва).
Одновременно с в по выбранному значению г(е определяют значения Кпм Клит, Кпш с помощью графика, приведенного на рнс. 3.59. По этим значениям Ко,, Кош и по в вычисляют геометрические размеры шнека Ва- —. 0,47Кпе)ь 27в; Вш = 0 47Кош )у )у!в; т(ит = т(итВш Рассмотрим случай неконсольного расположения насоса окислителя (см. рис. 5.28). Здесь диаметр втулки шнека насоса окислителя определяется с достаточной точностью мощностью, передаваемой валом шнека, равной мощности насоса горючего Лг. Мощность утг обычно известна из расчета баланса мощностей ТНА (см.
равд. 5.10.2). Для определения угловой скорости вала насоса окислителя требуется значение коэффициента диаметра втулки шнека насоса Кб =- 2,13 еУ )7)в Обычно !(аг = (1 ° ° 1 2) т(в (5.84) Диаметр вала определяется по мощности А!г. г(а = эг 5 1)(гг)(втдоп) (5.85) где гнои — допустимое напряжение на кручение. Для легированных сталей тдои— = (1О'... 20) !О" Н!ма. Подставляя выражение (5.85) в формулу (5.83), получим Клит=-(2,13. 2 56) ) 5 1МгЛ)тдоп (5.86) Зная значение Кл, по графику, приведенному на рис. 3.59, определяем 'вт' Ссра юач для отучая неосевого подвода, а затем по формуле (5.82) находим угчовую скорость вала насоса окислителя в.
Одновременно с определением в по значению Кл~, определяем значение Кр (см. рис. 3.59), а затем, зная в, находим Р„ с(и и Вш. Числа входов насоса. По формуле (5.82) определяется угловая скорость одновального ТНА, По этой скорости следует оценить массу ТНА (см. равд, 5.7). Если масса ТНА окажется недопустимой, то для ее уменьшения следует увеличить угловую 338 скорость вала ТНЛ. С этой целью следует оценить целесообразность применения колеса с двусторонним входом в насосе окислителя (см, рис, 3.64). В насосе окислителя с двусторонним входом (рис. 5 29 и 5.30) наибольший диаметр втулки должен иметь шнек, расположенный ближе к турбние. Если насосы окислителя и горючего расположены по одну сторону от турбины (см.
рис. 5.29), то вал шнека передает мощность, равную суммарной мощности насосов (мощность турбины). Если же насосы расположены па разные стороны от турбины (см. рис. 5 30), то через вал шнека передается мощность насоса окислителя. Подвод к шнеку радиальный. Значение Сс „ю,„насоса окислителя с двусторонним входом определяют по значению Кл„с подстановкой в формулу (5.86) соответствующих мощности и объемного расхода, равного половине расхода окислителя через насос.
Угловую скорость ю находят по формуле (5.82), в которой объемный расход Р равен половине расхода через насос. Как правило, диаметры втулок обоих шнеков делают одинаковыми. Целесообразность применения бустерного пасоса. Если применение насоса с двусторонним входолг не дает желаемого снижения массы ТНЛ, необходимо применить бустерный насос в системе питания ЖРД окнслителем. Тогда угловая скорость основного вала ТНА определяется из выражения (3. !92). При этом кавитационный коэффициент быстроходности системы питания Сс н выбнраетсн в зависимости от типа бустерного насоса (см.
равд. 3.3.7) в пределах 8000 ... !5000. Для основного насоса окислителя Ссре ю,„и соответствующие елеу значения Ко и Кл „, определяются так же, как при отсутствии бустерного насоса (см ранее). Надо только иметь в виду, что если в качестве бустерного насоса используется струйный насос (см. рис. 3.66), то расход через насос окислителя возрастает иа величину расхода активной жидкости на эжектор (обычно на 8 ...
12 %). По значениям ю, Ко и Кл, определяются размеры шнека: Оз, г(вт Ош' По величине Сор„ юл„ определяетсн необходимое давление на входе в основной насос, см. формулы (3.!46) и (3.!40), а затем по формуле (3.196) необходимый иапо бустерного насоса. случае применения бустерного насоса с целью упрощения конструкции и уменьшения массы ТНА основной насос можно выполнить с односторонним входом. Шнек. Зная угловую скорость вала насоса окислителя ю, наружный диаметр шнека Ош н диаметр втулки шнекаг(нт, выисним, следует ли делать шнек выставным.
Выставной шнек (Ош ) Ою см. рис. 3.60) целесообразен, когда при невыставном шнеке отношенйе диаметров центробежного колеса О,7Оз превышает 0,60 и Ко, ) 7,2. Применение выставного шнека позволяет снизить отношение Ог/От и Код центробежного колеса и, таким образом, дает возможность повмсить КПД насоса (см. разд. 3. !. !.6 и рнс. 3.27) Определим отношение Ог7Оз с помощью формулы (3.86) и формул разд. 3.!.
!.6 (первое приближение). Коэффициент быстроходности насоса л, найдем по формуле (2.164). Значение О, можно принять равным (0,9 ° ° ! 1) О бр ш! то = 0 ... 0,2. Если получим Ох/Оз > 0,60 и Кон ~) 7,2, то остановимся на выставном пгнеке. Рис. 5.29. Схема ТНЛ с насосом окислителя двустороннего входа (насосы окислителя и горючего расположены по одну сторону от турбины): ! — насос окислителя; à — насос горючего; 3 — турбина Рис.
5.30. Схема ТНЛ с насосом окислителя двустороннего входа (насосы окислителя и горючего расположены по разные стороны от турбины). ! — насос окислителя; 3 — насос горючего; 3 — турбина 339 Ь! — — О, н!40!х, (5.87) где О, „.= Оа — ов — эквивалентный диаметр входа в центробежное колесо.
По формуле (3.!70) определим коэффициент кавитации ьс ц центробежного колеса, затем из условия (3.173) работы центробежного колеса без кавитацнонного срыва найдем шаг шнека на выходе, после чего определим шаг шпека на входе (см. равд. 3.3.6,3). После определения шагов шнека необходичо проверить, имеет ли рассчитанный шнек необходимые антикавитационные качества, т. е. надо убедиться в том, что обеспечиваемое шнеком значение кавитацнонного коэффициента быстроходности Ссра не меньше значения Ссра мах, заложенного в расчет угловой скорости вала насоса, С этой целью надо провести расчеты с использованием соотношений равд.
3.3.2. После определения шагов шнека з, и з, выбирается число лопаток и определяется осевая длина шнека. При этом углами конусности шнека Ог и йз задаются в пределах, указанных в равд. 3.3.6.4. Профилирование входной кромки лопатки шнека и профилирование поперечного сечения лопатки проводится па рекомендациям, изложенным в равд. 3.3.6.4. Центробежное колесо. Размеры колеса Рз, Р, и Ьг определены прн расчете шнека.
Угол лопаток колеса на входе ()хд ц можно определить по углу потока ()гц, см. формулу (3.6): ()гл, ц = ()гц + (ц (5.88) где !ц — угол атаки на входе в колесо на диаметре Ры Определим наружный диаметр колеса Оз. Потребный напор насоса Н определяется по формуле (1.9). В зависимости от требуемого вида напорной и мощностнай характеристик насоса (см. рис 3.39) выберем значение расходного параметра насоса др. Выбрав др, определим коэффициент напора Й по формуле (3.10) принимая /г, =- 0,75 ... 0,85; з)г = 0,75 ... 0,85. После этого найдем окружную скорость колеса и его наружный диаметр: и,=Ъ Н!Й; (5.89) Оз = 2из/ы.
(5.90) При найденном значении Оа можно приступить к определению угла лопаток колеса на выходе 5,л и ширины колеса Ь,. Следует принить отношение площадей Ех1рз —— пОхЬ, з!п Ял, 7(пОэЬз з1п Взд) = 0,9... 1,2. (5.91) Конфузорный канал колеса (Егьдз ) !) предпочтительнее, так как уменьшаются потери и пульсации за счет уменьшення неравномерности потока н колесе. Однако при увеличении Ег!га может возрасти наружный диаметр колеса в связи с уменьшением угла ()эд (при Ьз = сопз1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
