Турбонасосный агрегат жрд



Турбонасосный агрегат жрд
Турбонасосный агрегат жрд
Турбонасосный агрегат жрд
Турбонасосный агрегат жрд

 


Владельцы патента RU 2526996:

Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" (RU)

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в ракетостроении, в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных и ядерных ракетных двигателей. ТНА содержит насос 1, турбину 2, опирающийся на подшипники 4, 5 вал 3 с установленными на нем рабочим колесом 6 турбины 2 и крыльчаткой 7, корпус 8, разделительную полость 9 с уплотнениями 10, 11 вала 3, полость 12 за уплотнением 11, расположенным между разделительной полостью 9 и насосом 1, полость 13 за крыльчаткой 7. Уплотнения 10, 11 отделяют полость турбины 2 от полости насоса 1. Разделительная полость 9 соединена с полостью 13 высокого давления каналом 14. Полость 12 за уплотнением 11, расположенным между разделительной полостью 9 и насосом 1, объединена с полостью 13 за крыльчаткой 7. Изобретение направлено на повышение надежности запуска ЖРД за счет улучшения кавитационных качеств насоса, обусловленных снижением «горячих» утечек криогенной жидкости во входную часть крыльчатки в случае запуска без предварительного захолаживания конструкции. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к области лопаточных машин, и может быть использовано в области ракетостроения, в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и ядерных ракетных двигателей (ЯРД).

При создании ТНА ЖРД одним из ключевых моментов создания агрегата является обеспечение его запуска, особенно для двигателей, работающих на криогенных жидкостях (компонентах топлива). Для обеспечения запуска часто используется предварительное захолаживание конструкции, что ведет к потере криогенных компонентов топлива. Этот способ обеспечивает надежный запуск, но обладает определенными недостатками, основными из которых являются: значительные потери криогенных жидкостей, которые невозможно компенсировать от внешнего источника, например при запуске второй или третьей ступени ракеты или разгонного блока; усложнение схемы ЖРД и рост его массы из-за необходимости применения специальной системы обеспечения захолаживания; усложнение конструкции ТНА из-за необходимости введения в его состав стояночных уплотнений; усложнение процедуры подготовки двигателя к запуску. При запуске без предварительного захолаживания криогенные жидкости, непосредственно соприкасающиеся с теплой (неохлажденной до температуры криогенного компонента) конструкцией газифицируются (вскипают и переходят в парообразное состояние) в проточной части, что ведет к кавитационному срыву насоса при попадании значительного объема газифицированной жидкости во входную часть крыльчатки. Кроме того, возможно заклинивание подшипника из-за разности скорости захолаживания внутреннего и наружного колец и тел качения.

Известна конструкция турбонасосного агрегата, состоящего из насоса и турбины, вала, опирающегося на шарикоподшипники, установленные на валу рабочее колесо турбины и крыльчатку, корпус и разделительную полость с уплотнениями вала, отделяющими полость турбины от полости насоса, полость за крыльчаткой, полость за уплотнением, расположенным со стороны насоса, которая через разгрузочные отверстия соединена с входной полостью крыльчатки (Дмитренко А.И. Развитие конструкции турбонасосных агрегатов ЖРД, разработанных в КБХА // Научно-технический юбилейный сборник. КБ химавтоматики - ИПФ. Воронеж, 2001. - С.308-314 - прототип).

Указанная конструкция турбонасосного агрегата является типовой для ТНА ЖРД с дожиганием. Недостатком такой конструкции является наличие повышенных утечек «горячей» рабочей жидкости во входную часть крыльчатки насоса при запуске, что ведет к тепловому кавитационному срыву на запуске, ухудшает антикавитационные качества насоса, ведет к снижению суммарной экономичности турбонасосного агрегата.

Настоящее изобретение направлено на повышение надежности запуска ТНА ЖРД, работающих на криогенных компонентах, коэффициента полезного действия турбонасосного агрегата и улучшение антикавитационных качеств насоса.

Технический эффект достигается тем, что в турбонасосном агрегате ЖРД, содержащем насос и турбину, вал, опирающийся на шарикоподшипники, установленные на валу рабочее колесо турбины и крыльчатку, корпус и разделительную полость с уплотнениями вала, отделяющими полость турбины от полости насоса, полость за уплотнением, расположенным между разделительной полостью и насосом, полость за крыльчаткой, согласно изобретению разделительная полость соединена с полостью высокого давления каналом, а полость за уплотнением, расположенным между разделительной полостью и насосом, объединена с полостью за крыльчаткой. Разделительная полость может быть соединена с полостью высокого давления каналом и внешним подводящим трубопроводом. Подшипник, расположенный между насосом и турбиной, может быть установлен в разделительной полости. При этом диаметры уплотнений, расположенных между разделительной полостью и насосом, между разделительной полостью и турбиной, могут быть различными.

В другом варианте технический эффект достигается тем, что в турбонасосном агрегате ЖРД, содержащем насос и турбину, вал, опирающийся на шарикоподшипники, установленные на валу рабочее колесо турбины и крыльчатку, корпус и уплотнение, отделяющие полость турбины от полости насоса, полость перед уплотнением, полость за крыльчаткой, согласно изобретению полость перед уплотнением объединена с полостью за крыльчаткой. Подшипник, расположенный между насосом и турбиной, может быть установлен в полости перед уплотнением.

Использование изобретения обеспечивает повышение надежности запуска ЖРД за счет улучшения кавитационных качеств насоса, обусловленных снижением «горячих» утечек криогенной жидкости во входную часть крыльчатки в случае запуска без предварительного захолаживания конструкции. Улучшаются условия работы подшипника за счет того, что рабочей жидкостью высокого давления происходит интенсивное вытеснение газифицированной (кипящей) жидкости из полости подшипника в полости турбины и насоса, выравнивание температуры наружного и внутреннего колец подшипника, тел качения идет быстрее, что минимизирует возможность заклинивания подшипника. Повышение экономичности ТНА достигается уменьшением утечек рабочей жидкости во входную часть крыльчатки насоса, так как полость между основным диском крыльчатки и корпусом не соединена с входной частью крыльчатки.

Подача рабочей жидкости высокого давления может осуществляться как с выхода крыльчатки насоса, так и из выходного трубопровода насоса. Для минимизации влияния турбины, особенно тепловых деформаций, вызванных разностью температур между полостями насоса и турбины, шарикоподшипник может устанавливаться в отдельный корпус.

Турбонасосный агрегат ЖРД, созданный с использованием предлагаемого изобретения, имеет более высокую экономичность и надежность за счет исключения утечек рабочей жидкости с повышенной температурой во входную часть крыльчатки при запуске, улучшения условий работы подшипника. Кроме турбонасосных агрегатов ЖРД изобретение может использоваться в агрегатах общепромышленного назначения, работающих на криогенных компонентах.

На фиг.1 показан общий вид, на фиг.2, 3, 4 - варианты предлагаемого турбонасосного агрегата, где 1 - насос; 2 - турбина; 3 - вал; 4, 5 - подшипники; 6 - колесо турбины; 7 - крыльчатка; 8 - корпус; 9 - разделительная полость; 10 - уплотнение, расположенное между разделительной полостью и турбиной; 11 - уплотнение, расположенное между разделительной полостью и насосом; 12 - полость за уплотнением со стороны насоса; 13 - полость за крыльчаткой; 14 - канал подвода рабочей жидкости высокого давления из-за крыльчатки; 15 - канал подвода рабочей жидкости высокого давления из магистрали за насосом; 16 - корпус подшипника; 17 - входная полость крыльчатки; 18 - уплотнение между турбиной и насосом; 19 - полость перед уплотнением со стороны насоса.

Турбонасосный агрегат (фиг.1) состоит из насоса 1, турбины 2, вала 3. Вал установлен на подшипниках 4, 5. На валу установлены рабочее колесо турбины 6 и крыльчатка 7. Полость турбины отделена от насоса разделительной полостью 9 с уплотнениями 10 и 11. Каналом 14 разделительная полость соединена с полостью выхода из крыльчатки. Полость подшипника может быть соединена с магистралью выхода из насоса 15 (фиг.2). Полость за уплотнением со стороны насоса 12 объединена с полостью за крыльчаткой 13, при этом исключено попадание утечки из уплотнения во входную полость крыльчатки 17. В варианте, приведенном на фиг.3, один из подшипников расположен в разделительной полости. Кроме того, подшипник, расположенный вблизи турбины, может быть установлен в отдельный корпус, исключающий или минимизирующий влияние высокотемпературной турбины на работоспособность подшипника.

В другом варианте турбонасосный агрегат (фиг.4) состоит из насоса 1, турбины 2, вала 3. Вал установлен на подшипниках 4, 5. На валу установлены рабочее колесо турбины 6 и крыльчатка 7. Полость турбины отделена от насоса уплотнением 18. Полость перед уплотнением 19 объединена с полостью за крыльчаткой 13, при этом исключено попадание утечки из уплотнения во входную полость крыльчатки 17.

Один из подшипников может быть расположен в полости перед уплотнением 18. Кроме того, подшипник, расположенный вблизи турбины, может быть установлен в отдельный корпус 16, исключающий или минимизирующий влияние высокотемпературной турбины на работоспособность подшипника.

При начале работы турбонасосного агрегата, выполненного согласно фиг.1-4, криогенная рабочая жидкость попадает в проточную часть насоса и частично газифицируется. Рабочая жидкость высокого давления поступает в полость подшипника, вытесняя газифицированные компоненты, которые через уплотнения поступают в полости турбины и насоса, причем газифицированная жидкость, поступившая в полость насоса, не попадает во входную часть крыльчатки, то есть не ухудшает ее кавитационные характеристики. В случае поступления «горячих» утечек рабочей жидкости во входную часть крыльчатки их поток, имеющий более высокую температуру, попадая в основной более холодный поток, не успевает с ним перемешиваться, в результате повышается локальная температура рабочего тела, что вызывает локальное повышение температуры насыщенных паров и раннее зарождение кавитационной каверны. Так как в предлагаемом турбонасосном агрегате исключено попадание утечек с повышенной температурой во входную часть крыльчатки, кавитационные характеристики насоса улучшатся, что ведет к повышению общей эффективности турбонасосного агрегата.

1. Турбонасосный агрегат ЖРД, содержащий насос и турбину, вал, опирающийся на шарикоподшипники, установленные на валу рабочее колесо турбины и крыльчатку, корпус и разделительную полость с уплотнениями вала, отделяющими полость турбины от полости насоса, полость за уплотнением, расположенным между разделительной полостью и насосом, полость за крыльчаткой, отличающийся тем, что разделительная полость соединена с полостью высокого давления каналом, а полость за уплотнением, расположенным между разделительной полостью и насосом, объединена с полостью за крыльчаткой.

2. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что разделительная полость соединена с полостью высокого давления каналом и внешним подводящим трубопроводом.

3. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что в разделительной полости расположен подшипник.

4. Турбонасосный агрегат по п.2, отличающийся тем, что в разделительной полости расположен подшипник.

5. Турбонасосный агрегат ЖРД, содержащий насос и турбину, вал, опирающийся на шарикоподшипники, установленные на валу рабочее колесо турбины и крыльчатку, корпус и уплотнение, отделяющее полость турбины от полости насоса, полость перед уплотнением, полость за крыльчаткой, отличающийся тем, что полость перед уплотнением объединена с полостью за крыльчаткой.

6. Турбонасосный агрегат по п.5, отличающийся тем, что в полости перед уплотнением расположен подшипник.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам магнитного подвеса (СМП) роторных машин, и может найти применение в компрессорах, турбодетандерах и других установках.

Изобретение относится к звукоизолированному диагонально-центробежному вентилятору, содержащему диагонально-центробежную крыльчатку, соединенную с электродвигателем, расположенным в кожухе.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к насосам центробежного типа с рабочим осерадиальным колесом тоннельного тина с односторонним осевым входом. Центробежный насос содержит корпус с входным патрубком, переходящим в центральную часть корпуса.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при сборке и балансировке гибких роторов компрессоров, турбоагрегатов и валопроводов газоперекачивающих агрегатов.

Изобретение относится к рабочему колесу уентробежного насоса, имеющему лопасти. .

Изобретение относится к высокооборотным шнекоцентробежным насосам для подачи различных жидкостей, в частности топлива, и может быть использовано, например, в ракетной технике.

Изобретение относится к области испытания центробежных, осевых и других насосов и предназначено для снятия энергетических, виброшумовых, кавитационных характеристик насосов, ресурсных испытаний, в том числе на горячей воде.

Изобретение относится к области двухконтурных турбореактивных двигателей и предназначено для снижения шума, производимого двигателем, в частности шума, производимого компрессором.

Изобретение относится к радиальным вентиляторам. .

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано для перекачки жидкостей. .

Группа изобретений относится к области насосостроения и может быть использована в ракетостроении, в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и ядерных ракетных двигателей (ЯРД).

Изобретение относится к центробежному турбонасосу для нагнетания двух различных текучих сред и может использоваться для получения смеси двух различных сред, для отделения дисперсных частиц от газов после их смешивания с жидкостью с последующим отделением ее от последних и т.п.

Изобретение относится к турбонасосостроению. Турбонасосный агрегат содержит турбинный узел, включающий корпус подвода пара, сопловый аппарат с наклонными конфузорно-диффузорными соплами, турбину, имеющую вал с рабочим колесом, и расположенный за турбиной по потоку корпус отвода отработанного пара.

Группа изобретений относится к турбонасосостроению. Корпус насоса включает корпусы входа и отвода перекачиваемой среды и уступообразный тыльный кольцевой элемент, образующие совместно проточную полость для размещения шнекоцентробежного рабочего колеса закрытого типа и автомата осевой разгрузки ротора.

Изобретение относится к турбонасосостроению. Турбонасосный агрегат содержит турбинный узел, включающий корпуса подвода и отвода пара, сопловый аппарат и турбину.

Группа изобретений относится к турбонасосостроению. Турбонасосный агрегат содержит турбинный, опорный и насосный узлы.

Изобретение относится к турбонасосостроению. Турбинный узел агрегата включает корпус подвода рабочего тела - пара, сопловый аппарат с наклонными соплами, турбину, имеющую вал с рабочим колесом, и расположенный за турбиной по потоку пара корпус отвода отработанного пара.

Изобретение относится к турбонасосостроению. Турбонасосный агрегат содержит турбинный узел c корпусами подвода и отвода рабочего тела, сопловым аппаратом, одноступенчатой турбиной.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к области лопаточных машин, и может быть использовано в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей и ядерных ракетных двигателей.

Изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии и может найти применение в системах и установках водоснабжения, орошения, осушки, увеличения напора на микро- и мини-ГЭС, накопления воды в судовых шлюзах.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к высокооборотным высоконапорным центробежным насосам, и может быть использовано в области ракетостроения, в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). ТНА состоит из турбины и насоса, рабочие колеса которых установлены на одном валу, опирающемся на подшипники, уплотнений, отделяющих полость одного из подшипников от насоса и турбины. Полость подшипника соединена с полостью выхода из рабочего колеса с помощью профилированных каналов, вход в которые расположен под острым углом к окружной скорости рабочего тела. Изобретение направлено на обеспечение надежной работы ТНА в составе ЖРД за счет надежного разделения насоса и турбины на всех режимах работы при высокой экономичности ТНА. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх