Бустерный турбонасосный агрегат с осевым насосом

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД). Бустерный турбонасосный агрегат состоит из корпуса 1, в котором установлено закрепленное на валу 2 осевое колесо насоса 3 и колесо гидротурбины 4. Колесо гидротурбины 4 соединено с осевым колесом насоса 3 по его наружному диаметру пайкой. Вал 2 опирается на зафиксированный подшипник 5 и подвижный подшипник 6. Осевые упоры 7 и 8 корпуса 1 исключают возможность осевого перемещения относительно корпуса 1 зафиксированного подшипника 5, а следовательно, и вала 2. Подвижный подшипник 6 может смещаться в осевом направлении относительно корпуса 1 из-за разницы осевых силовых и термических деформаций корпуса 1 и вала 2. Со стороны осевого подвода в корпусе выполнен осевой упор 9. Между осевым упором корпуса 1 и подвижным подшипником 6 установлена осевая пружина 10. Между осевой пружиной 10 и подвижным подшипником 6 установлено опорное кольцо 11. Осевая пружина 10 выполнена в виде упругого конического кольца. Изобретение обеспечивает повышение долговечности зафиксированного подшипника 5 и ресурс всего агрегата в целом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД).

В ЖРД находят применение бустерные турбонасосные агрегаты с осевым насосом, состоящим из осевого рабочего колеса насоса с закрепленным на его периферийной части рабочим колесом гидротурбины. Такие бустерные турбонасосные агрегаты вследствие простоты конструкции обладают высокой надежностью.

Известен бустерный турбонасосный агрегат для ЖРД с осевым насосом, содержащий корпус, помещенный в нем вал, на который с одной стороны установлено осевое колесо насоса и закрепленное на его периферии колесо гидротурбины, а с другой стороны установлены зафиксированный в корпусе осевыми упорами корпуса подшипник и подвижный в осевом направлении относительно корпуса подшипник.

(Патент Российской Федерации №2135811, МПК F02K 9/95, 1997 г. - прототип).

Такой бустерный турбонасосный агрегат обладает следующим недостатком.

При работе бустерного турбонасосного агрегата на его рабочее колесо действует осевое усилие, обусловленное создаваемым им перепадом давлений. Это осевое усилие действует в направлении от выхода ко входу в насос и воспринимается зафиксированным в осевом направлении относительно корпуса подшипником. Чем выше перепад давлений, создаваемый насосом, тем больше осевое усилие, действующее на этот подшипник.

Вследствие этого зафиксированный подшипник имеет ограниченный ресурс, который может быть недостаточен для современных ЖРД с многократным включением и длительным временем работы.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка бустерного турбонасосного агрегата с осевым насосом и повышение его ресурса за счет снижения осевой нагрузки, действующей на зафиксированный подшипник.

Поставленная задача достигается тем, что в бустерном турбонасосном агрегате с осевым насосом, содержащем корпус и вал, на который с одной стороны установлено осевое колесо насоса, а с другой стороны - зафиксированный и подвижный подшипники, при этом зафиксированный подшипник размещен между осевыми упорами корпуса, согласно изобретению, в корпусе со стороны подвижного подшипника, обращенной к осевому колесу насоса, выполнен осевой упор, а между указанным упором и подвижным подшипником установлена осевая пружина.

Для установки и центрирования пружины между пружиной и подвижным подшипником установлено опорное кольцо.

Для обеспечения минимальных осевых размеров агрегата осевая пружина выполнена в виде упругого кольца.

Предлагаемый бустерный турбонасосный агрегат представлен на чертеже, где

1 - корпус,

2 - вал,

3 - осевое колесо насоса,

4 - колесо гидротурбины,

5 - зафиксированный подшипник,

6 - подвижный подшипник,

7, 8 - осевой упор неподвижного подшипника,

9 - осевой упор подвижного подшипника,

10 - осевая пружина,

11 - опорное кольцо,

12 - полость подвода насоса,

13 - полость, отвода насоса,

14 - сопло гидротурбины,

15 - лопатки колеса гидротурбины.

Бустерный турбонасосный агрегат состоит из корпуса 1, в котором установлено закрепленное на валу 2 осевое колесо насоса 3 и колесо гидротурбины 4. Колесо гидротурбины 4 соединено с осевым колесом насоса 3 по его наружному диаметру пайкой. Вал 2 опирается на зафиксированный подшипник 5 и подвижный подшипник 6. Осевые упоры 7 и 8 корпуса 1 исключают возможность осевого перемещения относительно корпуса 1 зафиксированного подшипника 5, а следовательно, и вала 2. Подвижный подшипник 6 может смещаться в осевом направлении относительно корпуса 1 из-за разницы осевых силовых и термических деформаций корпуса 1 и вала 2. Со стороны осевого подвода в корпусе 1 выполнен осевой упор 9. Между осевым упором 9 и подвижным подшипником 6 установлена осевая пружина 10.

Между осевой пружиной 10 и подвижным подшипником 6 установлено опорное кольцо 11.

Осевая пружина 10 выполнена в виде упругого конического кольца. Насос бустерного турбонасосного агрегата имеет полость осевого подвода 12 и полость осевого отвода 13. В корпусе 1 выполнено сопло гидротурбины 14. В колесе гидротурбины 4 выполнены рабочие лопатки 15.

До начала работы на подвижный подшипник 6 действует осевое усилие осевой пружины 10. Это усилие направлено в сторону осевого отвода 13. На зафиксированный подшипник 5 действует осевое усилие обратного знака, в результате чего вал 2 совместно с осевым колесом насоса 3 и колесом гидротурбины 4 находится в равновесном положении.

При работе бустерного турбонасосного агрегата рабочая жидкость поступает в осевой подвод 12 насоса и далее в осевое колесо насоса 3 и отводится по осевому отводу 13. К соплу гидротурбины 14 подводится рабочая жидкость высокого давления, которая затем поступает на рабочие лопатки 15 колеса гидротурбины 4. После рабочих лопаток рабочая жидкость перемешивается с жидкостью, вытекающей из осевого колеса насоса 3.

Во время работы на подвижный подшипник 6 действует осевое усилие осевой пружины 10, направленное в сторону осевого отвода 13 насоса.

В результате воздействия на осевое колесо насоса 3 со стороны осевого отвода 13 повышенного давления, создаваемого насосом, на осевое колесо действует осевое усилие, направленное в сторону осевого подвода 12. Величина этого усилия может составлять до нескольких тысяч килоньютон.

Осевое усилие от осевого колеса насоса 3, действующее на вал 2, и осевое усилие от осевой пружины 10, передаваемое на вал 2 через опорное кольцо 11 и подвижный подшипник 6, направлены противоположно. Зафиксированный подшипник 5 воспринимает разность осевого усилия, действующего на осевое колесо насоса 3, и осевого усилия от осевой пружины 10. Так как на подвижный подшипник 6 действует повышенное радиальное усилие по отношению к зафиксированному подшипнику 5, усилие осевой пружины выбрано меньше половины осевого усилия, действующего на осевое колесо насоса 3. Этим достигается выравнивание нагруженности зафиксированного и подвижного подшипников осевыми и радиальными усилиями. Таким образом, использование осевой пружины 10, установленной со стороны осевого колеса насоса 3 между осевым упором 9 корпуса 1 и подвижным подшипником 6, обеспечивает снижение осевого усилия, действующего на зафиксированный подшипник 5. Благодаря этому повышается долговечность зафиксированного подшипника 5 и ресурс всего бустерного турбонасосного агрегата.

1. Бустерный турбонасосный агрегат с осевым насосом, содержащий корпус и вал, на который с одной стороны установлено осевое колесо насоса, а с другой стороны - зафиксированный и подвижный подшипники, при этом зафиксированный подшипник размещен между осевыми упорами корпуса, отличающийся тем, что в корпусе со стороны подвижного подшипника, обращенной к осевому колесу насоса, выполнен осевой упор, а между указанным упором и подвижным подшипником установлена осевая пружина.

2. Бустерный турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что между пружиной и подвижным подшипником установлено опорное кольцо.

3. Бустерный турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что осевая пружина выполнена в виде упругого кольца.