Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 94
Текст из файла (страница 94)
Введя в уравнение (1Х. 141),величину и) и разрешая его относительно ширины зубчатых колес 5, получим 0 10 60 3 а 10 (1Х.144) 2лгтлхп лгтзтп Если ширина зубьев выходит за пределы допустимой, насос разбивается на ряд секций меньшей ширины. ПРимер 24. Определить размеры шестеренчатого насоса для подачи в ПГГ перекиси водорода (т = 1,350 кг/л) в количестве 4 кг/сек, Число оборотов турбнны составляет 16 000 об/мнн.
Решение. Принимаем следуюшне данные насоса: а=12, т=з, и=! б 000 об/мнн, Ч =0,7. Секундный расход перекиси О составит 4 0= — =2,96 10 з мз/еек. 1350 По формуле (!Х, 144) определяем ширину колеса насоса 30.10!е 3.2,96.10 — з !огг Ь вЂ” ' 23,5 мм. ллт'пп л 12 Зз 0,7 16000 Прнннмаем ширину зубчатых колес равной 24 мм. Такой насос может быть выполнен односекпнонным.
Проверяем величину окружной скорости лРл лтеп з л 3 12 16000 10.,З и 10-з 10-з ' ' ' ' =30 м/еек. 60 60 60 Окружная скорость находится в допустимых пределах. 494 й 62. ТУРБИНЫ, ТУРБОНАСОСНЫЕ АГРЕГАТЫ И НАРОГАЗОГЕНЕРАТОРЫ ЖРД В настоящем параграфе работа и расчет турбин подробно не рассматриваются, так как эти вопросы излагаются в соответствующих пособиях.
Рассмотрим только особенности, связанные с работой турбины в турбонасосном агрегате ЖРД. Турбина, используемая для привода насосов ЖРД, работает и получает необходимую мощность за счет усилия Р, возникающего на окружности рабочего колеса. Это усилие является реактивной силой, вызванной поворотом и ускорением потока рабочего тела между лопатками рабочего колеса Рабочее тело турбины (например, па рог аз) под высоким давлением входит в неподвижную сопловую коробку 1 (фиг. 188), где так же как и 2 в сопле ЖРД за счет уменьшения давления получает большую скорость. Попадая на лопатки рабочего с, колеса 2, парогаз изменяет свое направление, в связи с чем изменяется ог ы изг реактивная сила, вызывающая вращение колеса.
Если усилие на ободе колеса возникает только за счет поворота потока парогаза без дальнейшего его фиг, 1за схема движения пара- ускорения в каналах, образованных газа в турбина. лопатками рабочего колеса турби- ! — сопловая коообка, р — лопатка рабо- НЫ, ТО таинс турбННЫ НаЗЫВаЮТСя чего колеса, с' — абсолютнаа ско1юсть выхода парогаза из сопел, се †абсол Йктйвньуми. Характерным признаком ная скорсезе, выхода парогаза из колеса турбины, юг-направление относитель. активной тУРбнны Явлиетси то что нов скорости паоогаза на выходе ие статичЕсКОе давлЕНИЕ на вхОдЕ в ра- и а. «,— окоуыная скооосгь колеса..
Р— реактивная сила, вращающая колесо. бочее колесо и на выходе из него ве изменяется, вследствие чего и не происходит дальнейшего разгона газа. Активная турбина является простейшей по конструкции турбиной; она имеет минимальный вес на единицу мощности, по крайней мере,. для мощностей до 800 л. с. По этой причине активньщ турбины получили наибольшее распространение в ЖРД. Одноступенчатая активная турбина Рассмотрим основные особенности работы одноступенчатой актив- ной турбины.
Весь перепад давления парогаза, сработанный в турбине, расходуется на создание скорости газа на выходе из неподвижных сопел. Так же как и в сопле Жрд, скорость истечения из сопла турбины 49Ь при адиабатическом расширении парогаза по уравнению закона со- хранения энергии составит 22'-- ~ (1Х.147) Как видно из выражения (1Х. 147), скорость с, увеличивается с увеличением теплосодержания парогаза на входе и перепада давления до и после турбины, т.
е. отношения Р2 . Р1 Работа расширения газа в турбине ь' в механических единицах составит С, 612 ! т 2я А (1Х.148) В уравнении (1Х. 148) записана работа идеальной турбины. Однако в тублине возникает ряд потерь. Одной из основных потерь в турбине является потеря с выходной скоростью. Она представляет собой кинетическую энергию выходящего из турбины парогаза, равную 22 Е„=— 2 ВЫХ (1Х.
149) которая не использована в турбине. Для получения хорошего использования энергии парогаза в турбине, т. е. для получения высокого к. п. д. ее, необходимо уменьшать абсолютную скорость газа на выходе нз колеса. Абсолютная скорость на выходе из колеса зависит от отношеи ния —, где с,— скорость выхода парогаза из сопла, а и — окружная 21 скорость колеса ~Ю22 И= —. 60 (1Х.180) 496 622 и†А где Ь72 — уменьшение теплосодержания парогаза в турбине (так называемый теплоперепад) в ккал7кг. Этот теплоперепад может быть выражен в виде 612 = с„(Т, — ТВ) = с Т, (1 — — '1.
(1Х. 146) т11 Так как с„Т, представляет собой теплосодержание парогаза  — 1 на входе в турбину !,„, а — =~ — ~, то Тг 1Р21 2 т,=~р,1 Кроме того, скорость св зависит также от конструкции сопла и ;юпаток колеса турбины. Однако наибольшее влияние на величину выходной скорости и и потери в турбине имеет именно птношение — . с1 График изменения к. п. д.
турбины я1, в зависимости от отношения — для простейшей одноступенчатой активной турбины приведен с| на фиг. 189, Максимальное значение к. п. д. для одноступенчатой турбины и будет при — =0,5, с, В активных турбинах ЖРД с, имеет большую величину: около 1000 м7сек. При этом повышение температуры парогаза и увеличе- 7' ние перепада давления на тур- йв . йод ступееио бине приводят к увеличению ско- СЕЕЕОСЛ7Е рости цсь 0,0 Скорость ц зависит от диамет- ' ра колеса турбины и числа оборотов его.
Для достижения высокого 0сс к.'п. д. одноступенчатой активной турбины необходимо иметь высокие окружные скорости и (поряд- ОЗ ка 500 мУсек2. Увеличение и за счет увеличения диаметра колеса О является невыгодной мерой, 0 02 сз,сс 00 00 т0 и так как это приводит к возрастанию габаритов а следовательно, Ф"'. 189. Изми»'""с ".".д.
туРб~ям и и веса турбины. Возрастание веса я зависимости от отношения —. турбины может увеличить началь- с1 ный вес заправленного турбонасосного агрегата, несмотря на меньший расход парогаза, а следовательно, и на уменьшение общего веса расходуемого парогаза. Именно поэтому увеличение числа оборотов ТНА является наиболее желательной мерой для повышения к, п. д.
турбины. Однако, как известно, при одновальной схеме ТНА увеличение этого числа оборотов ограничивается кавитацией в насосе окислителя. Применение зубчатой передачи для увеличения числа оборо"гов турбины чаще всего приводиг к неоправданному увеличению веса ТНА. По этой же причине не всегда целесообразно повышать начальную температуру парогаза, хотя при этом теоретически должен уменьшаться расход его на единицу мощности.
Увеличение с, без соответственного увеличения и приводит к снижению к. п. д, турбины и потере ожидаемой экономии в расходе парогаза, Стремление получить при указанных условиях минимальные га- м бариты н вес турбины приводит к тому, что отношение — для вы- с, 32 Г В. Свиясов и М. В. Лобровоивсиия 497 полненных турбин ЖРД невелико; во многих случаях оно составляет величину порядка 0,1.
Прн этом значении — одноступенчатая активная турбина имее, ла бы очень низкий к. п. д.: порядка 0,25. Поэтому в ЖРД чаще используются активные турбины с двумя ступенями скорости. Активная турбина с двумя ступенями скорости В этих турбинах осущеспвляется двукратный поворот парогаза, вследствие чего при малых отношениях — достигается меньшая абеу солютная скорость выхода парогаза сй.
Кривая П на фиг. 189 описывает завн! Я симость т1, от — для такой конструке1 и ции турбины. При отношении — = — 0,1 е, к. п.д. такой турбины составляет 0,45, т. е. он значительно выше, чем для 3 одноступенчатой, а при отношении и г — =0,23 имеет максимум порядка е, еу,=0,65. Конструктивное выполнение актив- нои турбины с двумя ступенями око рости может 'быть осуществлено раз лично. В турбине ракеты А-4 проточная часть выполнена так, как показано на схеме фиг. 190. Парогаз высокого давления расширяется в неподвижных соплах 1.
Затем 'он проходит через ло- патки колеса турбины 2 и попадает на неподвижные лопатки направляющего аппарата 3, в котором изменяет свое направление так, что, попадая затем на второй ряд лопаток колеса 4, снова создает на них реактивную силу в направлении вращения колеса. Второй вариант турбины со ступенями скорости применен на двигателе «Вальтер» 1фиг.
194). Пар после выхода.из сопла 7 поступает на лопатки колеса турбины, а затем поворачивается в поворотной камере 8, имеющей направляющие лопатки 10, и снова попадает на колесо турбины. Турбина выполненная по такой схеме, получается более простой, но поворот парогаза Фиг 190.
Схема проточной части турбины А-4. У вЂ” сопло турбины, У вЂ” первый рял ло. латок колеса турбины, У вЂ” лопатки направляющего аппарата, и — второй ряп лопаток колеса. 498 в корпусе возможен только тогда, когда расход парогаза через турбину невелик и сопла расположены редко. Данные о турбинах ЖРД и описание их приведены ниже.
Следует отметить, что возрастание мощности турбЬнасосиых агрегатов, которое ожидается в связи с развитием дальних ракет, повысит относительную роль запаса рабочего тела в начальном весе ТНА. Это заставит более внимательно относиться к проектированию турбины и использовать такие типы их, которые при условиях работы в ЖРД дадут наибольший к. п. д. Турбонасосный агрегат двигателя ракеты А-4 Турбонасосный агрегат двигателя ракеты А-4 показан иа фиг. 191 *.
Он представляет собой одновальный агрегат с турбиной, расположенной между насосами. Парогаз поступает в сопловые коробки 20 (всего их четыре) по трубопроводу свежего парогаза 13. Получив большую скорость в соплах, он поступает на колесо со ступенями скорости, описанное выше, и выходит в коллектор 3 отработанного парогаза, составляющий одновременно корпус турбины. Размеры турбины выбраны а соответствии с размерами насосов, и и в связи с чем отношение — для этой турбины составляет — =0,09.
ег е, Лопатки обеих ступеней колеса турбины 11 выполнены из алюминиевого сплава и устанавливаи)тся на ободе колеса с помощью креплений типа ласточкина хвоста. Неподвижные лопатки 21 направляющего аппарата набраны в три секции и укреплены на корпусе турбины винтами. Диск турбины выполнен из алюминиевого сплава и скреплен заклепками со стальной втулкой, которая посажена на вал.
Уплотнения О, препятствующие утечке парогаза вдоль вала турбины, расположены по Обеим сторонам колеса и выполнены в виде обычных манжетных уплотнений. Просочившийся через уплотнения парогаз по отверстиям в корпусе турбины отводится в атмосферу. Насос подачи спирта 10 расположен в общем с турбиной корпусе. Он имеет коэффициент быстроходности п,=64.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
