Для данной схемы применим два вида наддува:

Первый - в начальный момент времени, перед запуском ДУ, осуществляется с земли с помощью азота (нейтральный газ для данных компонентов), для создания избыточного давления в баках;

Второй вид наддува осуществляется уже непосредственно во время работы двигателя, с помощью отбора компонента из газогенератора в смеситель (окислительный газ после основного газогенератора + жидкий окислитель, для охлаждения) на наддув бака окислителя и отбор компонента до основного газогенератора, в газогенератор наддува (восстановительный газ) на наддув бака горючего. То есть наддув боков на основном режиме работы двигателя осуществляется путём генерации основных компонентов в смесителе и газогенераторе наддува. Такая система называется газогенераторной схемой наддува. Особенность таких газогенераторов наддува и смесителей - более низкие температуры газа, расходу и давления, по сравнению с ЖГГ привода турбины. Хотя нужно отметить, что давление всё таки получается достаточно большим (порядка 35 атм.) по сравнению с требуемым в баке (max 5 атм.), поэтому понижение давления осуществляется за счёт редуктора давления и рядом дроссельных шайб.



14. Газогенератор, газогенератор наддува и смеситель. Газогенератор

Газогенератор предназначен для создания рабочего тела - газа, необходимого для привода турбины ТНА и наддува бака «О» ракеты через смеситель.

Двухзонный газогенератор представляет собой неразъемную сварную конструкцию, состоящую из плоской форсуночной головки, пояса разбавления и наружной рубашки. Детали наружной рубашки образуют сферическую поверхность.

Соединение деталей и узлов газогенератора осуществлено путем сварки и пайки.

Газогенератор устроен так, что протекание процесса образования окислительного газа в газогенераторе обеспечивает в двух зонах. Около форсуночной головки происходит смешение и сгорание компонентов топлива с образованием газа повышенной температуры (первая зона). В зоне распылителей продукты сгорания, поступившие из первой зоны, разбавляются окислителем для снижения температуры их до требуемого уровня (вторая зона). С целью улучшения условий охлаждения стенок ГГ расходы через расположенные в периферийной зоне форсунки окислителя и форсунки горючего подобраны таким образом, чтобы температура пристеночного слоя была ниже, чем температура «ядра».

Основные технические данные

Давление газов	26 МПа
Температура газов	780 К
Соотношение весовых расходов компонентов топлива	21.42



15. Газогенератор наддува

Газогенератор наддува предназначен для создания рабочего тела - газа наддува бака горючего при полете ракеты.

Газогенератор представляет собой неразъемную сварную конструкцию, состоящую из шатровой форсуночной головки и охлаждаемой горючим нижней части с форсункой - разбавителем.

К выходному фланцу газогенератора присоединяется трубопровод наддува бака. Между газогенератором и трубопроводом установлен мембранный узел для разделения внутренних полостей двигателя и бака.

Компоненты топлива подводятся в газогенератор через штуцер (горючее) и штуцер корпуса (окислитель). Номинальные расходы окислителя и горючего обеспечиваются проходными сечениями жиклеров, установленных на магистралях подвода компонентов топлива.

Для обеспечения устойчивого режима работы газогенератор имеет двухзонное смешение компонентов. В зону сгорания через форсуночную головку подается весь расход окислителя и треть расхода горючего. Остальная часть горючего подается в зону разбавления через форсунку - разбавитель, благодаря чему происходит снижение температуры газа до заданного значения.

Охлаждение газогенератора обеспечивается протоком горючего по межрубашечному пространству к форсунке-разбавителю.

Основные технические данные

Давление газов в газогенераторе	7 МПа
Давление газов на выходе из ГГ	3.5 МПа
Температура газов на выходе из ГГ	520 К
Соотношение компонентов	0.0612



16. Смеситель

В смесителе образуется газ с избытком окислителя, для наддува бака изделия.

Смеситель представляет собой сварную конструкцию, состоящую из трубы и кожуха. В пяти поперечных сечениях трубы имеется по четыре равнорасположенных по окружности отверстия. К кожуху приварена труба, соединяющаяся с полостью окислителя газогенератора.

Газ от коллектора турбины через жиклер поступает в трубу. Для понижения температуры газа до требуемой, из газогенератора через жиклер по трубе подводится окислитель, который через отверстия в трубе впрыскивается в газовый поток.

Номинальные расходы газа и окислителя обеспечиваются жиклерами.

Основные технические данные

Давление газа на выходе	3.5 МПа
Температура газа на выходе	520 К

17. Турбонасосный агрегат. Общие сведения и основные технические данные

Турбонасосный агрегат обеспечивает подачу компонентов топлива в камеру сгорания, газогенератор, смеситель и рулевую машинку. Турбонасосный агрегат включает в себя одноступенчатую газовую турбину реактивного типа, насосы окислителя и горючего центробежного типа. Насос горючего - двухступенчатый.

Конструктивно ТНА состоит из двух узлов: насоса окислителя с турбиной и насоса горючего. Корпусы насосов и турбины в сборе образуют общий жесткий корпус ТНА. В корпусах насосов установлены штуцеры, к которым подсоединяются магистрали слива и дренажа компонентов. На корпусе насоса горючего имеется проушина для размещения опоры.

ТНА имеет два вала: вал насоса окислителя и турбины и вал насоса горючего. Валы между собой соединены рессорой, обеспечивающей надежную передачу крутящего момента с вала насоса окислителя на вал насоса горючего при возможных взаимных смещениях и перекосах осей валов. Каждый вал установлен на двух шариковых подшипниках, один из которых имеет осевую фиксацию.

Охлаждение и смазка двух подшипников (по одному в насосах окислителя и горючего) осуществляется компонентами, двух других - консистентной смазкой.

Насос окислителя и первая ступень насоса горючего имеют крыльчатки закрытого типа с двухсторонним подводом компонентов топлива, а вторая ступень насоса горючего - крыльчатку закрытого типа с односторонним подводом горючего.

Для обеспечения бескавитационной работы насосов перед входом в крыльчатки установлены осевые преднасосы - шнеки.

Осевое усилие, возникающее на рабочем колесе турбины разгружается при помощи авторазгрузочного устройства.

Использование в двигателе самовоспламеняющихся компонентов топлива потребовало введения в конструкцию ТНА надежной системы уплотнений. Герметичность полостей насосов и турбины обеспечивается применением уплотнении манжетного и сильфонного типа и гидрозатворов. В случае просачивания компонентов через уплотнения, они отводятся из специально предусмотренных дренажных полостей через соответствующие дренажные трубопроводы.



18. Турбина

Турбина - реактивного типа, дозвуковая, осевая. Рабочее тело - окислительный газ, образующийся в газогенераторе.

Турбина состоит из ротора, статора с сопловым аппаратом и коллектором с патрубками.

Ротор турбины состоит из рабочего колеса турбины и вала. Рабочее колесо соединено с валом посредством фланцевого соединения винтами. Передача крутящего момента, от рабочего колеся к валу, осуществляется с помощью штифтов.

Лопатки и диск, из которых состоит рабочее колесо турбины, отлиты из жаропрочного сплава как одно целое. Лопатки по высоте имеют постоянный профиль.

Вал ротора выполнен из легированной стали. На поверхности вала выфрезерованы прямоугольные шлицы для посадки крыльчатки и шнеков насоса окислителя. Внутри вала выполнены эвольвентные шлицы для соединения вала с рессорой.

Статор турбины представляет собой сварную конструкцию, в которой расположен сопловой аппарат. Все детали статора и коллектора выполнены из жаропрочного сплава.

19. Насос окислителя

Насос предназначен для подачи окислителя в газогенераторы и струйный преднасос.

Основным рабочим элементом насоса является крыльчатка закрытого типа с двухсторонним входом. Крыльчатка отлита из высокопрочного алюминиевого сплава и для защиты от коррозии фосфатируется.

На входе в крыльчатку установлены шнеки, изготовленные из нержавеющей стали. Для предотвращения местного нагрева и возгорания материала из-за возможного появления надиров и наклепов посадочные места и торцы шнеков омеднены, а между шнеками и крыльчаткой введены медные кольца.

Корпус насоса выполнен в виде отливки из высокопрочного алюминиевого сплава и для защиты от коррозии анодирован.

Полости высокого и низкого давления насоса разделяются посредством установки на бурты крыльчаток плавающих лабиринтных уплотнений. Полости турбины и насоса окислителя разделяются гидрозатвором лабиринтного типа, также выполняющего роль авторазгрузочного устройства компенсирующего осевое усилие от турбины. Уплотнение по валу со стороны крышки состоит из гидрозатвора, сильфонного и манжетного уплотнений.

Для обеспечения компенсации тепловых расширений корпуса насоса и вала внешняя обойма подшипника в корпусе не зафиксирована. Для исключения проворота вала относительно подшипника внутренняя обойма последнего устанавливается на вал с гарантированным натягом.

20. Насос горючего

Насос предназначен для подачи горючего в камеру сгорания, газогенераторы и рулевую машинку. Насос горючего центробежного типа, двухступенчатый. Основными рабочими элементами насоса являются крыльчатки первой и второй ступени. Крыльчатка первой ступени насоса горючего закрытого типа с двухсторонним входом отлита из высокопрочною алюминиевого сплава и по конструкции мало отличается от крыльчатки насоса окислителя. Для улучшения всасывающей способности насоса на входах в крыльчатку установлены шнеки 5. Шнеки изготовлены из нержавеющей стали.

Крыльчатка второй ступени насоса закрытого типа с односторонним входом и отлита из высокопрочного алюминиевого сплава. Вал насоса изготовлен из легированной стали. На валу выфрезерованы прямоугольные шлицы для посадки крыльчатки и шнеков и две шпоночные канавки для посадки крыльчатки. Со стороны насоса окислителя вал имеет внутренние эвольвентные шлицы для рессоры.

Корпус насоса, являющийся общим для обеих ступеней, крышки корпусов и уплотнений изготовлены из алюминиевого сплава. В крышках имеются места для установки подшипников и уплотнений.

Подшипник кроме радиальных нагрузок воспринимает осевые усилия, возникающие при работе насоса.

Для обеспечения компенсации тепловых расширений корпуса насоса и вала внешняя обойма второго подшипника не зафиксирована относительно корпуса. Подшипник смазывается и охлаждается горючим, поступающим через зазор лабиринтного уплотнения. От подшипника компонент по каналу в корпусе и крышке насоса поступает в полость низкого давления первой ступени насоса.

Входные полости первой и второй ступеней насоса, а также полости высокого и низкого давления в каждой ступени, разделены плавающими лабиринтными уплотнениями.

Уплотнение насоса со стороны крышки состоит из гидрозатвора и манжетного уплотнения.

Основные технические данные

Число оборотов	12 580 об/мин
Мощность турбины	22.5 МВт
Мощность насоса окислителя	14 МВт
Мощность насоса горючего (обе ступени)	8.5 МВт
Расход «0» через ТНА (с учетом отбора на преднасос)	457.8 кг/с
Расход «Г» через ТНА	161.7 кг/с
Давление на выходе из насоса «0»	28 МПа
Давление на выходе из насоса «Г» первой ступени второй ступени	24.7МПа 29.0 МПа
Расход газа через турбину	420.8 кг/с
Перепад давление на турбиной	1.556
Температура газа перед турбиной	780 К

21. Работа турбонасосного агрегата

После срабатывания пиромембранных клапанов на входных магистралях двигателя, под действием гидростатического давления столба жидкости и давления наддува баков компоненты топлива поступают в полости насосов. Из насоса окислителя и второй ступени насоса горючего компоненты поступают и основной газогенератор, а горючее из первой ступени насоса «Г» в камеру сгорания

Газ, полученный при сгорании компонентов топлива в ГГ, поступает к лопаточному сопловому аппарату турбины. Откуда поступает на рабочее колесо, приводя его во вращение. Отработанный газ, выходя с лопаток турбины, поступает в коллектор, откуда по газоводам проходит в ФГ (форсуночная головка) камеры сгорания.

Принцип работы обоих насосов одинаков. Через входной патрубок компонент топлива поступает в заборники насоса, по которым он подводится к шнекам. Из шнеков компонент поступает в крыльчатку. В каналах крыльчатки жидкость подхватывается лопатками и отбрасывается с большой скоростью к периферии. При этом происходит увеличение давления жидкости. Из крыльчатки жидкость поступает в улитку.

При движении жидкости по диффузору скорость ее движения уменьшается, а давление возрастает. При выключении двигателя происходит отсечка линий питания газогенератора окислителем и горючим. Поступление рабочего тела от газогенератора к турбине прекращается и турбонасосный агрегат останавливается.



22. Расчёт шнеко-центробежного насоса окислителя. Исходные данные

1. Массовый расход компонента через насос (кг/с): , - полный расход через весь насос.

Для расчёта принимаем , так как данный двигатель обладает большой мощностью и большими расходами компонентов через насосы, поэтому необходимо и целесообразно применение колеса с двойным входом в насос, и следовательно расчёт параметров ведётся по половине расхода, исключением является расчёт выхода и КПД насоса.

2. Полное давление на выходе насоса: Па

3. Минимальное полное давление на входе в насос: Па

4. Максимальная температура компонента на входе: К

5. Плотность компонента: кг/м³

6. Давление паров при температуре 320 К: Па

7. Коэффициент кинематической вязкости компонента: м²/с

23. Рассчитываемые и выбираемые величины

a) Определение выходных параметров насоса

8. Объемный расход компонента: м³/с

9. Потребный напор (Дж/кг): Дж/кг

б) Определение частоты вращения

10. Кавитационный резерв, задаёмся: Дж/кг

Резерв давления учитывает несовершенство способов определения необходимого запаса полного давления и антикавитационных качест насоса.

11. Допустимый срывной кавитационный запас насоса:

Дж/кг

12. Мощность турбины: Вт

Так как насос окислителя и горючего в данной схеме расположены по одну сторону от турбины, и насос окислителя расположен рядам с турбинной, так как её работа осуществляется на окислительном газе, то вал шнека передаёт мощность равную суммарной мощности насосав (мощность турбины), и следовательно наибольший диаметр втулки должен иметь шнек расположенный ближе к турбине и следовательно расчёт ведётся по мощности турбины. (конструктивно вторая половина насоса и шнек выполняются аналогично первой)

13 Коэффициент диаметра втулки

Н/м² - допустимое напряжение на кручение, для легированных сталей

14. Максимальное значение кавитационного коэффициента быстроходности насоса:

15. Оптимальный коэффициент диаметра шнека:

16. Оптимальный коэффициент эквивалентного диаметра шнека:

17. Относительный диаметр втулки шнека: (п. 14-17 определяется из графика [3.59, [2]], как функция от относительного диаметра втулки найденному по оптимальному значению коэффициента диаметра втулки (подвод осевой).)

18. Угловая скорость:

рад/сек

об/мин

19. Коэффициент быстроходности насоса

в) Расчёт шнека и входа в центробежное колесо.

20. Наружный диаметр шнека:

м

21. Диаметр втулки:

м



сразу определим диаметр вала:

м

22. Эквивалентный диаметр шнека:

м

23. Средний диаметр шнека:

м

24. Окружная скорость шнека на среднем диаметре:

м/с

25. Осевая составляющая скорость на входе в шнек:

м/с

26. Отношение скоростей:



27. Диаметр входа в колесо:

м

принимаем, что шнек вставной.

28. Средний диаметр входа в колесо: м

29. Отношение диаметров центробежного колеса (в первом приближении):

м

где отношение среднего диметров входа:

число входов в колесо:

расходный параметр:

коэффициент диаметра входа:

произведение коэффициента числа лопаток и гидравлического кпд задаётся с учётом того, что D1/D2<0.7:

30. Ширина колеса на входе:



м

эквивалентный диаметр входа в ЦБК:

м

отношение площадей выхода из шнека и входа в колесо:

31. Относительная окружная составляющая абсолютной скорости потока на выходе шнека:

относительный срывной напор:

Дж/кг

гидравлический кпд:

уменьшение напора шнека из-за кавитации:

абсолютная скорость на входе в колесо:

м/с

меридиональная скорость на входе в колесо: м/с

относительная осевая скорость на входе в шнек:



мера эффективности - заострение лопаток, это отношение толщины входных кромок и числа лопаток к диаметру входа в колесо, задаётся из соображений прочности и технологичности, для улучшения антикавитационных свойств:

коэффициент кавитации центробежного колеса:

относительная окружная составляющая на выходе из шнека определяется из формулы:



точки пересечения дали нам два корня, следует выбрать минимальное значение, так как при этом шнек будет мене напорным, и будет обладать большим кпд и лучшими антикавитационными свойствами.

,

отсюда следует окружная составляющая абсолютной скорости потока на выходе шнека:

м/с

32. Эквивалентный шаг шнека:

33. Угол потока на входе в шнек:

34. Угол лопаток шнека на входе при s=s₁=s₂



35. Угол атаки на входе в шнек:

так как i_ср<10⁰, то принимаем шнек с постоянным шагом.

36. Число лопаток шнека:

37. Густота шнека:

это вполне оптимально, так увеличение уменьшает падение напора между критическим и срывным режимом шнекоцентробежного насоса.

38. Осевая длина шнека (м)

угол конусности на входе шнека, для улучшения антикавитационных свойств:

угол конусности на выходе шнека, для увеличения стойкости лопатки к колебаниям:

м

39. Длина лопатки шнека:

м

г) Проверочный кавитационный расчёт

40. Поправка:

где

относительная длинна профиля:

угол входного клинообразного участка:

относительная толщина входной кромки:

отношение углов принимаем:

41. Коэффициент кавитации шнека поправка В.И. Петрова и В.Ф. Чебаевского для различных шнеков:

42. Коэффициент потерь в подводе:

задаем отношение площадей:



43. Срывной кавитационный запас насоса

Дж/кг

44. Кавитационный коэффициент быстроходности насоса

д) Определение размеров ЦБК

45. Угол потока на входе в колесо:

радиус входа в колесо: м

средний радиус колеса: м

окружная составляющая скорости на входе в колесо:

м/с



46. Угол лопаток на входе в колесо:

задаём угол атаки:

47. Коэффициент напора:

48 Окружная скорость колеса на наружном диаметре:

м/с

49. Наружный диаметр колеса:

м

50. Угол лопаток на выходе колеса:

отношение площадей, для конфузорного канала:



51. Ширина колеса на выходе:

м

52. Отношение диаметров колеса (второе приближение):

53. Число лопаток колеса:

относительный диаметр колеса: м

принимаем равное:

54. Гидравлический КПД насоса:

принимаем, из условия D1/D2<0.7

55. Теоретический напор:

Дж/кг

56. Коэффициент, учитывающий конечное число лопаток (определяем по графику 3.8. [2]):

57. Теоретический напор при бесконечном числе лопаток:

Дж/кг

58. Окружная скорость колеса на наружном диаметре:

м/с

59. Наружный диаметр колеса:

м

60. Отношение диаметров колеса:

61. Окружная составляющая абсолютной скорости потока на выходе колеса

м/с

е) Расчёт подвода

62. Площадь сечения выхода из подвода:

м²



63. Площадь сечения входа в подвод:

м²

64. Диаметр входа:

м

65. Скорость на входе (задаём): м/с

66. Геометрические соотношения подвода.

ж) Расчёт отвода

67. Ширина колеса с дисками: м

0.0025 - ширина каждого из дисков на выходе.

68. Ширина спирального сборника: м

0.003 - зазору между дисками на периферии.

69. Отношение скоростей (задаёмся):

70. Скорость потока в горле отвода: м/с

Далее расчёт ведётся по полному расходу через насос, так как у него один выход:

м³/с



71. Площадь сечения горла (площадь входа в конический диффузор):

м²

72. Эквивалентный диаметр горла:

м

73. Площадь сечения выхода из конического диффузора:

скорость выхода: м/с

м²

74. Диаметр выхода из насоса (из конического диффузора):

м

75. Эквивалентный угол конического диффузора (задаём):

76. Длина конического диффузора:

м

з) Расчёт потерь, мощности и КПД насоса

77. Коэффициент потерь в центробежном колесе (без учета влияния шнека):

78. Коэффициент потерь в коническом диффузоре:

где отношение площадей:

79. Коэффициент потерь в отводе:

80. Гидравлический КПД насоса (без учета влияния шнека):

81. Гидравлический КПД насоса с учетом влияния шнека:

где оптимальное значение закрутки:



82. Гидравлический КПД отвода:

потери в отводе:

Дж/кг

83. Гидравлический КПД колеса:

84. Коэффициент расхода через уплотнения колеса:

принимаем:

ширина уплотнения: м

коэффициент сопротивления:

зазор между колесом и корпусом: м

85. Диаметр переднего уплотнения:

м



0.0025 - ширина диска колеса над шнеком

86. Удельная работа, затрачиваемая жидкостью при перетекании через уплотнение:

Дж/кг

где

радиус выхода: м

радиус уплотнения: м

статический напор: Дж/кг

87. Расход жидкости через переднее уплотнение:

м³/с

88. Расход через зазоры в насосе: м³/с

89. Расходный КПД насоса:

* 2 перед Q_у, так как двух сторонний подвод

90. Число Рейнольдса дисков колеса:



91. Коэффициент трения дисков:

92. Мощность дискового трения:

Вт

93. Дисковый КПД насоса:

94. Внутренний мощностной КПД насоса:

95. Механический КПД насоса: - так как используем импеллер

96. Полный КПД насоса:

97. Мощность, потребляемая насосом:

Вт

24. Расчёт шнеко-центробежного насоса горючего первой ступени

Исходные данные

1. Массовый расход компонента через насос (кг/с): , - полный расход через весь насос.

Для расчёта принимаем , так как данный двигатель обладает большой мощностью и большими расходами компонентов через насосы, поэтому необходимо и целесообразно применение колеса с двойным входом в насос, и следовательно расчёт параметров ведётся по половине расхода, исключением является расчёт выхода и КПД насоса.

2. Полное давление на выходе насоса: Па

3. Минимальное полное давление на входе в насос: Па

4. Максимальная температура компонента на входе: К

5. Плотность компонента: кг/м³

6. Давление паров при температуре 320 К: Па

7. Коэффициент кинематической вязкости компонента: м²/с

РАССЧИТЫВАЕМЫЕ и выбираемые величины:

a) Определение выходных параметров насоса

8. Объемный расход компонента:

м³/с

9. Потребный напор (Дж/кг):

Дж/кг



б) Определение частоты вращения

10. Кавитационный резерв, задаёмся: Дж/кг

Резерв давления учитывает несовершенство способов определения необходимого запаса полного давления и антикавитационных качест насоса.

11. Допустимый срывной кавитационный запас насоса:

Дж/кг

12. Мощность турбины: Вт

Вал шнека горючего первой ступени передаёт мощность равную суммарной мощности насосов горючего, следовательно расчёт ведётся по суммарной мощности насосов горючего (конструктивно вторая половина насоса и шнек выполняются аналогично первой).

13. Угловая скорость:

В данном случае угловая скорость насоса известна, так как насосы горючего расположены на одной оси с турбиной и насосом окислителя. Насосы горючего и окислитель с турбиной имеют разные валы, но соединены между собой жестко с помощью рессоры:

рад/сек

об/мин

14. Потребное значение кавитационного коэффициента быстроходности насоса:



, поэтому применять бусторного насоса или эжектора не нужно, и двухсторонний вход в насос выбран верно, так как, как можно будет убедиться, подставив в формулу полный объёмный расход , коэффициент .

15. Диаметр вала и диаметр втулки:

Н/м² - допустимое напряжение на кручение, для легированных сталей

м

м

16. Коэффициент диаметра втулки:

17. Относительный диаметр втулки шнека:

Определяется из условия равенства потребное значение кавитационного коэффициента быстроходности насоса и его значения при определённом .

18. Оптимальный коэффициент диаметра шнека:

следует из п. 17.

19. Оптимальный коэффициент эквивалентного диаметра шнека:

20. Коэффициент быстроходности насоса

в) Расчёт шнека и входа в центробежное колесо.

21. Наружный диаметр шнека:

м

22. Эквивалентный диаметр шнека:

м

23. Средний диаметр шнека:

м

24. Окружная скорость шнека на среднем диаметре:

м/с



25. Осевая составляющая скорость на входе в шнек:

м/с

26. Отношение скоростей:

27. Диаметр входа в колесо:

м

принимаем, что шнек вставной.

28. Средний диаметр входа в колесо:

м

29. Отношение диаметров центробежного колеса (в первом приближении):

м

где,отношение среднего диметров входа:



число входов в колесо:

расходный параметр:

коэффициент диаметра входа:

произведение коэффициента числа лопаток и гидравлического кпд задаётся с учётом того, что D1/D2<0.7:

30. Ширина колеса на входе:

м

эквивалентный диаметр входа в ЦБК:

м

отношение площадей выхода из шнека и входа в колесо:

31. Относительная окружная составляющая абсолютной скорости потока на выходе шнека:

относительный срывной напор:

Дж/кг



гидравлический кпд:

уменьшение напора шнека из-за кавитации:

абсолютная скорость на входе в колесо:

м/с

меридиональная скорость на входе в колесо:

м/с

относительная осевая скорость на входе в шнек:

мера эффективности - заострение лопаток, это отношение толщины входных кромок и числа лопаток к диаметру входа в колесо, задаётся из соображений прочности и технологичности, для улучшения антикавитационных свойств:



коэффициент кавитации центробежного колеса:

относительная окружная составляющая на выходе из шнека определяется из формулы:

точки пересечения дали нам два корня, следует выбрать минимальное значение, так как при этом шнек будет мене напорным, и будет обладать большим кпд и лучшими антикавитационными свойствами.

,

отсюда следует окружная составляющая абсолютной скорости потока на выходе шнека:



м/с

32. Эквивалентный шаг шнека:

33. Угол потока на входе в шнек:

34. Угол лопаток шнека на входе при s=s₁=s₂

35. Угол атаки на входе в шнек:

так как i_ср<10⁰, то принимаем шнек с постоянным шагом.

36. Число лопаток шнека:

37. Густота шнека:

это вполне оптимально, так увеличение уменьшает падение напора между критическим и срывным режимом шнекоцентробежного насоса.

38. Осевая длина шнека.

угол конусности на входе шнека, для улучшения антикавитационных свойств:

угол конусности на выходе шнека, для увеличения стойкости лопатки к колебаниям:

м

39. Длина лопатки шнека:

м

г) Проверочный кавитационный расчёт

40. Поправка:

где



относительная длинна профиля:

угол входного клинообразного участка:

относительная толщина входной кромки:

отношение углов принимаем:

41. Коэффициент кавитации шнека.

поправка В.И. Петрова и В.Ф. Чебаевского для различных шнеков:

42. Коэффициент потерь в подводе:

задаем отношение площадей:

43. Срывной кавитационный запас насоса

Дж/кг

44. Кавитационный коэффициент быстроходности насоса:



д) Определение размеров ЦБК

45. Угол потока на входе в колесо:

радиус входа в колесо:

м

средний радиус колеса:

м

окружная составляющая скорости на входе в колесо:

м/с

46. Угол лопаток на входе в колесо:

задаём угол атаки:



47. Коэффициент напора:

48 Окружная скорость колеса на наружном диаметре:

м/с

49. Наружный диаметр колеса:

м

50. Угол лопаток на выходе колеса:

отношение площадей, для конфузорного канала:

51. Ширина колеса на выходе:

м



52. Отношение диаметров колеса (второе приближение):

53. Число лопаток колеса:

относительный диаметр колеса:

м

принимаем равное:

54. Гидравлический КПД насоса:

принимаем, из условия D1/D2<0.7

55. Теоретический напор:

Дж/кг

56. Коэффициент, учитывающий конечное число лопаток (определяем по графику 3.8. [2]):

57. Теоретический напор при бесконечном числе лопаток:

Дж/кг



58. Окружная скорость колеса на наружном диаметре:

м/с

59. Наружный диаметр колеса:

м

60. Отношение диаметров колеса:

61. Окружная составляющая абсолютной скорости потока на выходе колеса

м/с

е) Расчёт подвода

62. Площадь сечения выхода из подвода:

м²

63. Площадь сечения входа в подвод:

м²



64. Диаметр входа:

м

65. Скорость на входе (задаём):

м/с

66. Геометрические соотношения подвода (чертёж)

ж) Расчёт отвода

67. Ширина колеса с дисками:

м

0.0025 - ширина каждого из дисков на выходе:

68. Ширина спирального сборника:

м

0.003 - зазору между дисками на периферии

69. Отношение скоростей (задаёмся):

70. Скорость потока в горле отвода:

м/с



Далее расчёт ведётся по полному расходу через насос, так как у него один выход:

м³/с

71. Площадь сечения горла (площадь входа в конический диффузор):

м²

72. Эквивалентный диаметр горла:

м

73. Площадь сечения выхода из конического диффузора:

скорость выхода: м/с

м²

74. Диаметр выхода из насоса (из конического диффузора):

м

75. Эквивалентный угол конического диффузора (задаём):

76. Длина конического диффузора:



м

з) Расчёт потерь, мощности и КПД насоса

77. Коэффициент потерь в центробежном колесе (без учета влияния шнека):

78. Коэффициент потерь в коническом диффузоре:

где отношение площадей:

79. Коэффициент потерь в отводе:

80. Гидравлический КПД насоса (без учета влияния шнека):

81. Гидравлический КПД насоса с учетом влияния шнека:



где оптимальное значение закрутки:

82. Гидравлический КПД отвода:

потери в отводе:

Дж/кг

83. Гидравлический КПД колеса:

84. Коэффициент расхода через уплотнения колеса:

принимаем:

ширина уплотнения: м

коэффициент сопротивления:

зазор между колесом и корпусом: м



85. Диаметр переднего уплотнения:

м

0.0025 - ширина диска колеса над шнеком

86. Удельная работа, затрачиваемая жидкостью при перетекании через уплотнение:

Дж/кг

где

радиус выхода: м

радиус уплотнения: м

статический напор: Дж/кг

87. Расход жидкости через переднее уплотнение:

м³/с

88. Расход через зазоры в насосе:

м³/с



89. Расходный КПД насоса:

* 2 перед Q_у, так как двух сторонний подвод

90. Число Рейнольдса дисков колеса:

91. Коэффициент трения дисков:

92. Мощность дискового трения

Вт

93. Дисковый КПД насоса

94. Внутренний мощностной КПД насоса



95. Механический КПД насоса

- так как используем импеллер

96. Полный КПД насоса

97. Мощность, потребляемая насосом:

Вт

Геометрические параметры

		Окислитель	Горючее1	Горючее 2
Диаметр вала	dв	60	55	50	мм
Параметра шнека
Диаметр втулки	dвт	72	60	60	мм
Наружный диаметр шнека	Dш	169	159	-	мм
Средний диаметр шнека	Dср	118	109	-	мм
Угол лопатки шнека на входе	Я1л ср	9?	7?	-
Число лопаток шнека	zш	2	2	-
Осевая длинна шнека	lz ш	79	63	-	мм
Длинна лопатки шнека	bл ср	375	344	-	мм
Угол конусности на входе в шнек	И1	120	120	-
Угол конусности на выходе из шнека	И2	160	160	-
Эквивалентный шаг шнека	sэ	62	45	-	мм
Параметра колеса
Диаметр входа в колесо	D0	169	135	80	мм
Средний диаметр входа в колесо	D1	131	120	80	мм
Наружный диаметр колеса	D2	268	352	150	мм
Ширина колеса на входе	b1	58	60	20	мм
Ширина колеса на выходе	b2	13	6	6	мм
Ширина колеса с дисками	bд	18	11	11	мм
Толщина диска колеса над шнеком	Д	2.5	2.5	2.5	мм
Угол лопаток на входе в колесо	Я1л ц	15	8	20
Угол лопаток на выходе из колеса	Я2л ц	27	25	30
Число лопаток	z	10	16	6	мм
Подвод
Число подводов	-	2	2	1
Диаметр входа	Dвх	162	157	86	мм
Отвод
Ширина спирального сборника	bз	24	18	17	мм
Диаметр выхода из насоса (из конического диффузора)	Dвых	127	102	39	мм
Эквивалентный диаметр горла	dэ г	73	51	28	мм
Эквивалентный угол конического диффузора	бэ	16	16	10
Длина конического диффузора	lк д	197	182	63	мм
Уплотнения
Диаметр переднего уплотнения	Dу	172	164	85	мм
Ширина уплотнения	lу	15	15	10	мм
Зазор между колесом и корпусом	ду	0.4	0.4	0.3	мм

Параметры турбины

Параметр		Сопловой аппарат	Рабочие колесо	-
Степень парциалльности	е	1
Степень реактивности	ст	0.2
Геометрические параметры
Средний диаметр	Dср	309	309	мм
Диаметр диска	D2	-	277	мм
Диаметр с бандажом	Dб	-	341	мм
Высота лопатки	h	29	32	мм
Ширина лопатки	b	15	15	мм
Хорда лопатки	hл	21	16.5	мм
Шаг	t	17	10.7	мм
Число лопаток	z	58	90	мм
Углы
Угол установки лопатки	ч	45	66	o
Угла потока
Угол потока на входе и выход в относительном движении	в	63	33	o
Угол потока на входе и выход в абсолютном движении	б	24	88	o
Скорости
Окружная скорость	u	203	203	м/с
Относительная скорость	c	341	128	м/с
Абсолютная скорость	w	176	236	м/с

Узлы уплотнений

Полости высокого и низкого давления насосов разделяются посредством установки на бурты крыльчаток плавающих лабиринтных уплотнений. Обойма выполнена из алюминиевого сплава, опорное кольцо - из нержавеющей стали, лабиринт из высокопрочного алюминиевого сплава. С целью предотвращения надиров материала лабиринт подвергается твердому анодировнию. На торцевую поверхность опорного кольца наплавлен стеллит для уменьшения износа в месте контакта.

При работе насоса лабиринт прижимается давлением компонента к торцевой поверхности опорного кольца. Компонент может протекать только через малый диаметральный зазор (0,4 мм) между лабиринтом и крыльчаткой. Благодаря высокому гидравлическому сопротивлению зазора перетекание компонента сводится к минимуму.

Гидрозатвор лабиринтного типа, расположенный между турбиной и насосом окислителя во фланце коллектора турбины.

При работе насоса окислитель из полости высокого давления подводится по каналу в корпусе и втулке в кольцевую полость коллектора турбины, а затем через радиальные отверстия в стакане в полость гидрозатвора. Давление «О» и в полости гидрозатвора на любом режиме работы ТНА превышает давление газов в полости турбины. При работе насоса лабиринты и прижимаются давлением окислителя к торцевым поверхностям опорного кольца и опорного стакана. Окислитель может перетекать только через диаметральный зазор (0,3 мм) между лабиринтами и валом. Благодаря высокому гидравлическому сопротивлению щели перетекание окислителя в полость турбины сводится к минимуму.

Осевое усилие, возникающее на рабочем колесе турбины и в насосе при работе ТНА, разгружается автоматически при помощи авторазгрузочного устройства. В полость усторйства компонент подводится из полости высокого давления через канал в корпусе насоса и паз в кольце. Полость сообщается через шестнадцать отверстий, просверленных в крышке и корпусе, с полостью низкого давления насоса. Конический лабиринт плавающего типа упирается в торцевую поверхность неподвижной крышки, при этом зазор между коническими поверхностями диска и лабиринта является жиклирующим элементом. Расход окислителя через этот зазор смазывает и охлаждает подшипник.

Возникающая при работе ТНА разность между уравновешивающим осевым усилием, которое определяется перепадом давления на диске АРУ, и осевым усилием от турбины вызывает перемещение ротора, что влечет за собой изменение зазора между коническими поверхностями диска и лабиринта, а, следовательно, и соотношения давлений, действующих на диск, в результате, чего осевое усилие от турбины компенсируется уравновешивающим осевым усилием на диске.

Уплотнение по валу со стороны крышки состоит из гидрозатвора (импеллера), сильфонного и манжетного уплотнений.

Гидрозатвор (импеллер) работает подобно центробежному насосу: при вращении вала лопатки отражателя отбрасывают компонент к периферии. Благодаря работе гидрозатвора давление перед сильфонным уплотнением снижается.

Сильфонное уплотнение - уплотнение контактного типа. Окислитель, просочившийся между контактирующими между собой втулкой и кольцом во внутреннюю полость сильфона, поступает через четыре паза в дренажную полость, откуда отводится по дренажному трубопроводу.

В крышке размещаются три резиновых манжетных уплотнения, препятствующих попаданию окислителя в полость подшипника и вытеканию смазки из него.

В крышке уплотнений размещаются два манжетных уплотнения, предотвращающих попадание в полость подшипника посторонних частиц (пыли, грязи и т.п.) и вытекание смазки из него.

Список используемой литературы

1. «Теория и расчёт агрегатов питания ЖРД» Овсянников Б.В., Боровский Б.И. 1986

2. «Пневмогидравлические Системы ЖРД РН» Андреев В.В. 1994.

3. «Учебно-методическое пособие по изучению изделия РД-253» Мартемьянов Р.В. 1997

4. «Конструкция и проектирование ЖРД», Гахун Г.Г. 1989

5. «Расчёт газогенераторов», Березанская Е.Л.

6. «Топлива и рабочие тела в ЖРД», Штехер М.С. 1976

7. «Основы проектирования ДЛА», часть 1, Пинчук В.А. и Сиротко В.А. 1990

8. «Теория и расчёт ЖРД», Алемасов В.Е. и др. 1989

9. «Справочник термодинамических параметров топлив», Глушко, 7 томов

10. М/У по «Условнам обозначениям агрегатов ПГС» Темышев В.М.

11. Программа ПК MathCad Professional 2001

12. Программа ПК Compas 5.11 LT

Размещено на Allbest.ru