Турбонасосный агрегат



Турбонасосный агрегат
Турбонасосный агрегат

 


Владельцы патента RU 2533595:

Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" (RU)

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.

 

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).

В ТНА двигателей с дожиганием давление газа в полости турбины существенно выше давления в полости разгрузочных отверстий крыльчатки насоса, что требует подвода в полость между насосом и турбиной жидкости с давлением, превышающим давление в смежной полости турбины. Прорыв газа высокого давления из полости турбины в полость насоса приводит к повреждению и потере работоспособного состояния подшипников из-за их недостаточного охлаждения, а попадание газа в проточную часть насоса приводит к его кавитационному срыву. Это служит причиной аварийного прекращения работы жидкостного ракетного двигателя. Таким образом, при разработке и эксплуатации ЖРД особого внимания заслуживает система разделения полостей насоса и турбины ТНА, основной задачей которого является исключение возможности прорыва газа из турбины в насос при минимальном снижении экономичности ТНА, то есть обеспечивать минимальные утечки рабочей жидкости из полости насоса в полость турбины.

Известен турбонасосный агрегат, содержащий насос, турбину, уплотнения, отделяющие насос и турбину, подшипник насосной опоры, подшипник турбинной опоры. (Дмитренко А.И., Иванов А.В., Кравченко А.Г., Момотов В.И., Савин А.А., Глебов В.А. Разработка турбонасосных агрегатов для современных кислородно-керосиновых двигателей с дожиганием окислительного генераторного газа // Международный научный журнал «Космонавтика». №1-2, 2012. - С.42-49, рис.1, 3; Иванов А.В., Белоусов А.И., Дмитренко А.И. Турбонасосные агрегаты кислородно-водородных ЖРД. Воронеж: ГОУВПО ВГТУ, 2011. 283 с, рис.162 (стр.188) - прототип.)

Такой турбонасосный агрегат применительно к жидкостному ракетному двигателю обладает следующими недостатками.

Отбор жидкости из-за насоса приводит к существенному снижению экономичности насоса, а конструкция такого отбора сложна. Если разность давления между полостями насоса и турбины более 30%, подвод жидкости выполняется после рабочего колеса насоса через отверстия в корпусе, выполненные параллельно оси насоса. Однако такой отбор может не обеспечивать надежного разделения на запуске, останове и режимах регулирования.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Технический эффект достигается тем, что в турбонасосном агрегате, состоящем 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. На входе в профилированные каналы может быть выполнен кольцевой коллектор. После профилированных каналов могут быть выполнены перепускные отверстия или каналы. На входе в профилированные каналы может быть выполнен кольцевой коллектор, а после профилированных каналов - перепускные отверстия или каналы. После профилированных каналов могут быть выполнены перепускные отверстия или каналы, а между профилированными каналами и перепускными отверстиями - кольцевой коллектор. На входе в профилированные каналы может быть выполнен кольцевой коллектор, после профилированных каналов - перепускные отверстия или каналы, а между профилированными каналами и перепускными отверстиями - кольцевой коллектор.

Предлагаемый турбонасосный агрегат жидкостного ракетного двигателя представлен на фиг.1; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, где 1 - турбина; 2 - насос; 3 - рабочее колесо турбины; 4 - крыльчатка насоса; 5 - вал; 6, 7 - подшипник; 8 - полость подшипника; 9 - уплотнение между полостью подшипника и турбиной; 10 - уплотнение между полостью подшипника и насосом; 11 - полость выхода из крыльчатки насоса; 12 - профилированные каналы; 13 - угол входа в профилированный канал; 14 - окружная скорость рабочего тела; 15 - перепускные отверстия; 16, 17 - кольцевой коллектор.

Турбонасосный агрегат (фиг.1) состоит из турбины 1 и насоса 2, рабочего колеса турбины 3, крыльчатки насоса 4, вала 5, подшипников 6, 7, системы уплотнений между насосом и турбиной. Система уплотнений состоит из уплотнения 9, отделяющего полость подшипника от турбины, полости подшипника 8, уплотнения 10 между подшипником и насосом. Полость подшипника 8 соединена с полостью выхода из крыльчатки насоса 11 с помощью профилированных каналов 12. На входе в профилированные каналы может быть выполнен кольцевой коллектор 16. После профилированных каналов могут быть выполнены перепускные отверстия 15 или каналы. После профилированных каналов 12 могут быть выполнены перепускные отверстия 15 или каналы, а между профилированными каналами и перепускными отверстиями - кольцевой коллектор 17.

При работе турбонасосного агрегата турбина 1 приводит во вращение насос 2, при этом рабочее колесо турбины 3 и крыльчатка насоса 4 вращаются с одинаковой угловой скоростью, так как установлены на одном валу 5, опирающемся на подшипники 6, 7. Жидкость из полости выхода из крыльчатки насоса 11 через профилированные каналы 12 поступает в полость подшипника 8, ограниченную уплотнениями со стороны турбины 9 и насоса 10. Угол входа жидкости в профилированные каналы 13 расположен под острым углом к окружной скорости рабочего тела 14. При этом обеспечивается надежное разделение полостей насоса и турбины, так как выбором угла входа 13 и профилированием каналов 12 можно добиться использования не только статической составляющей давления за крыльчаткой насоса, но и частично преобразовать динамический напор в статическое давление, что особенно важно на переходных режимах работы; а за счет использования уплотнений - минимальное влияние утечек на экономичность агрегата. Для обеспечения более равномерного подвода жидкости к профилированным каналам на воде в них может быть выполнен кольцевой коллектор 16. Для более удобного подвода жидкости в полость подшипника после профилированных каналов 12 или кольцевого коллектора 16 могут быть выполнены перепускные отверстия 15 или каналы, а между профилированными каналами и перепускными отверстиями для выравнивания потока - кольцевой коллектор 17. Для обеспечения более равномерного подвода жидкости к подшипнику после перепускных каналов может быть выполнен коллектор с перепускными отверстиями или каналами.

Таким образом, в турбонасосном агрегате обеспечивается надежное разделение насоса и турбины на всех режимах работы при высокой экономичности агрегата, что обеспечивает надежность работы ТНА в составе жидкостного ракетного двигателя.

1. Турбонасосный агрегат, состоящий из турбины и насоса, рабочие колеса которых установлены на одном валу, опирающемся на подшипники, уплотнений, отделяющих полость одного из подшипников от насоса и турбины, отличающийся тем, что 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.

2. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что на входе в профилированные каналы выполнен кольцевой коллектор.

3. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что после профилированных каналов выполнены перепускные отверстия или каналы.

4. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что на входе в профилированные каналы выполнен кольцевой коллектор, а после профилированных каналов выполнены перепускные отверстия или каналы.

5. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что после профилированных каналов выполнены перепускные отверстия или каналы, а между профилированными каналами и перепускными отверстиями выполнен кольцевой коллектор.

6. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что на входе в профилированные каналы выполнен кольцевой коллектор, после профилированных каналов выполнены перепускные отверстия или каналы, а между профилированными каналами и перепускными отверстиями выполнен кольцевой коллектор.

7. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что на входе в профилированные каналы выполнен кольцевой коллектор, после профилированных каналов выполнены перепускные отверстия или каналы, между профилированными каналами и перепускными отверстиями выполнен кольцевой коллектор, на выходе из перепускных каналов выполнен коллектор с перепускными отверстиями или каналами.



 

Похожие патенты:

Узел (10) турбокомпрессора разделен вдоль оси (12) ротора (11) на три секции (13, 18, 22): опорную (13), (18) двигателя и (22) компрессора. Опорная секция (13) имеет по меньшей мере один активный магнитный подшипник (14) для опоры ротора (11).

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано в теплоэнергетике, газоперекачивающих станциях, наземных и судовых транспортных средствах в стационарных газотурбинных установках, имеющих в своем составе осевой многоступенчатый компрессор.

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 способу управления комбинированным устройством и комбинированному устройству, в котором может быть применен данный способ. Способ управления устройством 1, которое содержит, по меньшей мере, компрессорную установку 2 и/или устройство для сушки с одной стороны и систему 3 регенерации тепла с другой стороны.

Изобретение относится к коллектору вентилятора и способу его изготовлении. С помощью лазера осуществляют раскрой обечаек, фланцев в виде сегмента окружности, соединительных фланцев и стоек в виде ребер жесткости.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в погружном электродвигателе с защищенным статором. Техническим результатом является повышение прочности и коэффициента полезного действия.

Способ рекуперации энергии при сжатии газа компрессорной установкой (1), имеющей две или более ступеней сжатия. Каждая из ступеней образована компрессором (2, 3).

Изобретение относится к насосам для перекачки расплавленных металлов и горячих сред, в частности для формирования струй жидкого металла, служащих в качестве жидкометаллического электрода в мощных источниках рентгеновского или экстремального ультрафиолетового излучения.

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано при добыче нефти из скважин. .

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в ракетостроении, в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных и ядерных ракетных двигателей.

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 машиностроения и может быть использовано в области ракетостроения, в турбонасосных агрегатах жидкостных и ядерных ракетных двигателей. Агрегат содержит два насоса, соединенные валами с применением шлицевого соединения. На первом валу закреплено колесо турбины. На валу второго насоса установлен разгрузочный поршень автоматического устройства разгрузки осевой силы, ограниченный радиальным уплотнением в периферийной части и имеющий по обе стороны полости высокого и низкого давления. Вал одного насоса опорным торцом опирается на опорный торец вала второго насоса. Второй насос содержит шнек, установленный перед его центробежным рабочим колесом. Полость высокого давления соединена с выходом этого насоса через регулятор давления, имеющий дроссель и управляющий шток, контактирующий с торцом вала этого насоса. Полость низкого давления соединена с полостью между шнеком и рабочим колесом этого насоса. Изобретение направлено на улучшение кавитационных характеристик одного из насосов. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх