Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Поэтому в одновальных турбонасосных агрегатах число оборотов ТНА определяется из расчета на кавитацию насоса окислителя. Формула (!Х. 120) может быть также использована для определения необходимого напора Н,„„а. или давления р,„ „„4, на входе в насос, обеспечивающего бескавитационную работу насоса при заданном числе оборотов и.
И „,,-Н,+1О~"'~~~ (1Х.121) (л.~ 01 Рак.необх 7ивж.необх =Рз+ '( / Т плгп~ 4'кр где 7 выражено в кг/л. Давление жидкости на входе в центробежный насос и определение необходимого давления в баке Давление жидкости на входе в насос р или напор на входе Н = «'"складывается из давления столба жидкости р и абсолютвм ного давления в баке над свободной поверхностью жидкости ра. Учитывая потери давления Ьр.
в трубопроводах и арматуре, расположенной на пути от бака до насоса, получим р -р+р ьр; и„= — '+н — ~ «б а« Для неподвижной ракеты р„=!и„где Н,— начальная высоте столба жидкости в метрах. Для двигателей ракет характерно такое взаимное расположение баков и насосов (фиг. 179,а), когда баки компонентов топлива расположены выше двигателя. для самолетных ЖРд баки могут быть расположены и ниже насоса. В этом случае величина р, будет отрицательной.
Для различных компонентов величина столба жидкости получается различной, При полете ракеты с действующим двигателем давление столба жидкости будет переменным. С одной стороны за счет выработки компонентов из баков уменьшается высота столба Н, с другой стороны ракета при работающем двигателе всегда движется с осевым ускорением 1. При этом ось ракеты может быть наклонена к горизонту под углом в (фиг. 179,б). 473 Фиг. 180. Изменение давления столба жидкости во время полета ракеты и определение необходимого давления в баке.
Фиг. 179. Определение давления столба жидкости на входе в ТНА в период полета ракеты. наклона осн ракеты р, то закон изменения р„ будет иметь вид, показанный на графике фиг. 180. Минимальное давление столба жидкости будет иметь место после запуска двигателя; оно оказывается мень,шим, чем давление в момент старта ракеты. Для определения р„ надо иметь данные о законе движения ракеты по траектории. Если при расчете насоса по кавитации определена ~величина р б то потребное давление в баке ря должно быть таким, чтобы при минимальном давлении столба жидкости было обеспечено необходимое .давление р, т.
е. Ра =Рви неона Рст енв+ оРв (1Х.122) ,Цавление в баках ЖРД с насосной подачей создают за счет наддува их газом (см. гл. Х). Увеличением давления наддува бака можно достигать более высоких чисел оборотов насоса. Однако с уве.личением давления наддува возрастает вес затрачиваемого для этой цели газа и вес всей системы наддува, аналогичной баллонной системе подачи. Поэтому, стремясь увеличивать число оборотов насоса, Тогда общая сила, действующая на основание столба жидкости вцсотой Н, будет равна р =Нр/+НТз1п<р; подставив р= —, получим т й Р„=НТ~ — +з(пср) =НТ(й+з1п р).
I / К где величина Й равна отношению — и носит название осевой перел' К ерузки ракеты. Во время полета ракеты величины Н и й меняются примерно~так, иак показано на фиг. 180. Если еще учесть изменение по времени угла нельзя слишком злоупотреблять увеличением давления в баках. Во всяком случае давление наддува не должно быть настолько велико, чтобы из-за этого приходилось увеличивать толщину стенок бака и тем самым общий вес ракетного двигателя.
Пользуясь тем, что высота столба жидкости для различных компонентов различна (см. фнг. 179), можно располагать баки так, чтобы компонент, требующий большего давления на входе в насос 1обычно это бьпвает окислитель), располагался в переднем баке. Определение потерь давления в магистрали от бака до насоса проводится на основе обычных формул гидравлического сопротивления (см. и 64). При расчете насоса на кавитацию необходимо знать давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости, так как чем выше это давление, тем легче возникает кавитация. Давление насыщенных паров и ск зависит от рода жидкости и от тем- ~— пературы ее, С увеличением температуры давлени~в насыщенных паров резко возрастает, что следует учитывать в расчетах на кавитацию.
Зависимость давления насы~щенных пэров от температуры для индивидуальных химических веществ ! Ра Ра Р может быть получена нв только экс фиг. !зк зависимость отноше. периментально, но и теоретически в о„ является вполне определенной. В тех ния — для сложных жидкостей ож же случаях, когда компоненты топ- 1смесей жидкостей) при постоянлива являются смесями различных ной температуре. веществ (что чаще всего н имеет место в ЖРД) величина давлении насыщенных паров становится не столь определенной. Действительно, если при постоянной температуре Т уменьшать давление р, при котором находится смесь различных жипкостей, то над жидкостью будет образовываться некоторое количество пара. При этом характер изменения отношения объема, занимаемого паром, к объему, занимаемому жидкостью — ", будет ож изменяться так, как показано на графике фиг.
181. За давление насыщенных паров р, принимается обычно такое давление, при котоРом объем паров в 4 раза превосходит объем жидкости. Такое соотношение между объемами пара и жидкости в насосе приведет к развитию интенсивной кавитации и срыву подачи. Изучение явления капитании в насосе показывает, что интенсивность кавнтации является допустимой, если объем паров составляет не более 1ОЧе объема жидкости, т. е, отношение —" не превышает 1.1. ож Вели при определении давления насыщенных паров принять это условие, то величина Р,', которую необходимо использовать при расчете насоса на кавитацию, будет значительно больше тех значений, кото- 475 рые обычно приводятся в справочных таблицах и частично приведены на графиках фиг.
182. 00 0Ог -оо а и уоо ую гоо гю Геагггсралула Ф '0 Фнг. 182. Зависимость упругости пара ра неноторык компонентов топлив от температуры. Для улучшения работы насоса и повышения числа оборотов его без ненужного увеличения давления в баках применяются различные конструктивные меры. Так как максимальное число оборотов, допу- скаемое по условиям кавитации, обратно пропорционально у'ь/', то для увеличения допускаемого числа оборотов можно применять параллельное включение колес. При двух колесах максимально допустимое число оборотов !возрастает в 1,4 раза по сравнению с числом оборотов насоса, имеющего одно колесо.
Для уменьшения опасности кавитации применяются также следующие меры: — вынос лопаток колеса во входную часть. Такая конструкция колеса позволяет уменьшить относительную скорость входа; — включение шнекового или лопастного (осевого) насоса на входе в центробежный насос. Эта мера повышает давление жидкости на входе в насос, а также создает закрутку потока, уменьшающую относительную скорость. Так устроены насосы ТНА двигателя «Вальтер» (см. фиг.
194). Пример 23. Произвести проверочный расчет насоса жидкого кислорода двигателя ракеты А-4 на кавитацию при следующих условиях. Число оборотов насоса а=3800; давление наддува бака кислорода ра=2,5 ага; начальная высота уровня кислорода над входом в насос Н=3,5 м, Удельный вес жидкого кислорода т =1,!4 ° !оз кг/нз. Решение: Используем формулу (1Х.!20) для расчета максимального числа оборотов: з /Н,х — Нз) птах = с„р — ~ ' / об/мии.
УО '( Ро Принимаем для насоса с„а=900 (на насосе нет никаких специальных протнвокавитационных устройств). В ракете А-4 весовой расход жидкого кислорода составляет С=69,3 кз/сек, следовательно, объемный расход будет равен С 69,3 О = — = — ' = 0,060 мз/сек. т 1140 Принимаем, что минимальный действующий напор столба кислорода Н составляет 0,8 от первоначального, т.
е. Н,.=0,8.3,5=2,8 и. Определяем напор аа счет наддува бака р 2,5. Р34 Нз= —. = ' =21,9 м. т - 1,!4.10з Полный напор на входе Н,„ составит Нзх=Н и+Не=28+21,9=24,7 и. Лавление насыщенных паров жидкого кислорода при температуре кипечия составляет р,=! ага, следовательно р, И ' — '=88 1,14 10з Подставляем полученные данные в (!Х. 120) и определяем з 900 / 24,7 — 8 8 14 ама*= — — ~ ' ' /1 =5800 об/мин. Ргь,об ( 10 Как показывает расчет, максимально допустимое число оборотов больше чем то, котоРое имеет насос, следовательно, оно является по условиям кавитации допустимым.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
