2065

УДК 621.454.2.018.(075.8)

Демьяненко Ю.В., Коробченко В.А., Батищев С.И., Бережинский Р.А. Расчет параметров проточной части высокооборотных оседиагональных насосов бустерных агрегатов: Учеб. Пособие / Под ред. С.В.Фалеева. Воронеж:

ВГТУ, 2000. 86 с.

Приведены основные сведения о методе расчета основных геометрических и гидравлических параметров высокооборотных оседиагональных насосов с высокими антикавитационными и энергетическими качествами. Метод основан на принципе существования оптимальной с точки зрения экономичности топологии проточной части насосов с заданными гидравлическими характеристиками и позволяет представить все основные безразмерные параметры в виде функциональных зависимостей от теоретического коэффициента быстроходности.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 130400 «Ракетные двигатели» для использования в рамках курсов «Теория и расчет ТНА» и «Проектирование ЖРД».

Ил. 17. Библиогр.: 2 назв.

Рецензенты: кафедра гидравлики, водоснабжения и водоотведения Воронежской государственной архитектурно-строительной академии;

д-р техн. наук И.А.Дободейч

©Демьяненко Ю.В., Коробченко В.А, Батищев С.И., Бережинский Р.А.

©Оформление. Издательство ВГТУ, 2000

- 3 -

Введение.

Бустерные насосные агрегаты (БНА) широко применяются в системах питания двигательных установок летательных аппаратов. Их применение обусловлено необходимостью получения высоких энерговесовых характеристик системы питания в целом при низких давлениях топлива в баках. Указанное достигается в первую очередь повышением частоты вращения основных насосов. Однако это приводит к значительному увеличению давления срыва основных насосов. Таким образом, БНА должны быть работоспособными при низких давлениях на входе и обеспечивать напор достаточный для бескавитационной работы основных насосов.

В качестве привода БНА типичным является применение гидравлической турбины. Рабочей жидкостью для турбины является компонент топлива поступающий из выходной магистрали насоса высокого давления.

Принципиальная схема системы подачи с БНА показана на рис.1.

Бак

Гидротурбина БНА

К потребителю

Привод

БНА

Основной насос

Рис. 1. Схема системы подачи с бустерным насосным агрегатом (БНА)

Следует отметить, что оседиагональные насосы могут применяться не только в составе БНА, но и в качестве автономных насосов.

Областями применения оседиагональных насосов являются судостроение (двигатели для быстроходных судов), авиация, энергетика, химическая, атомная промышленность и д.р.

Вразделе 1 рассмотрена принципиальная схема оседиагонального насоса

всоставе БНА. Приведены исходные данные для проектирования насоса.

- 4 -

Вразделе 2 определяются основные геометрические и гидравлические параметры оседиагонального колеса. Проектирование колес представляет собой сложнуюмногопараметрическую задачу. Решение этой задачи упрощается если воспользоваться экспериментально подтверждѐнным оптимальным, с точки зрения экономичности, сочетанием некоторых геометрических и гидравлических параметров. Исследования показали, что можно получить почти однозначную взаимосвязь топологии проточной части колеса от коэффициента быстроходности.

Вэтом случае проектирование оседиагонального колеса сводится практически к определению основных параметров с помощью предварительно согласованных графических зависимостей. Однако полное решение этой задачи, особенно части определения метрических параметров поверхностей лопаток, невозможно выполнить без применения ЭВМ.

Вразделе 3 рассмотрены вопросы проектирования отводящих устройств оседиагональных насосов. Отводящие устройства в зависимости от требований технического задания могут выполняться лопаточными, спиральными, или комбинированными т.е. состоящими из лопаточного венца и спирального сборника.

Оценка экономичности оседиагональных насосов приведена в разделе 4.

Вразделе 5 приведен пример расчета основных параметров оседиагонального насоса.

1.Устройство насоса. Исходные данные для проектирования.

Схема проточной части оседиагонального насоса показана на рис.2. Насос состоит из подвода 1, корпуса 2, рабочего колеса 3, отводящего устройства

4.

Обычно с целью уменьшения гидравлического напора на входе в насос применяют осевой тип подвода. Однако в ряде случаев конструктивная целесообразность применения радиальных подводов. Гидравлические потери в радиальных подводах выше чем в осевых..

Рабочее колесо насоса предназначено для передачи механической энергии жидкости в процессе и течения в межлопаточных каналах. Выбор оседиагонального типа рабочего колеса обусловлен необходимостью обеспечения высоких как антикавитационных, так и энергетических качеств бустерного насоса.

В отводящем устройстве происходит повышение статического давления жидкости за счет соответствующего уменьшения динамической составляющей напора.

Рис. 2. Схема БНА с гидравлическим приводом: а) БНА с лопаточным отводом; б) БНА сос спиральным отводом; в) БНА с комбинированным отводом.

- 6 -

Вобщем случае наружная поверхность оседиагональных колѐс может быть представлена в виде криволинейной поверхности вращения. Однако в системе подачи двигательных установок наиболее широкое распространение имеют насосы с колѐсами, в которых наружная поверхность является цилиндрической. В таких насосах отсутствует проблема обеспечения постоянства зазора между лопатками колеса и корпусом. Независимость зазора от осевого положения цилиндрического оседиагонального колеса значительно повышает надежность конструкции насоса, обеспечивает стабильность гидравлических характеристик.

Втехническом задании на проектирование насоса БНА обычно указывают следующие исходные параметры:

- подача рабочей жидкости (компонента топлива) через насос – m , кг/с;

- минимальное превышение давления на входе в БНА над давлением насыщенных паров жидкости, pвх. min , H m2 .

Эти параметры должны обеспечиваться при максимально допустимой частоте вращения ротора насоса. В этом случае реализуются необходимые условия для минимизации массы конструкции БНА.

Еще одним из наиболее важных требований к проектированию является достижение предельно высокой экономичности насоса, т.е. предельно высокого

- 7 -

Из опыта проектирования следует, что для надежной работы насосов необходимо, чтобы критический кавитационный запас составлял:

2. Расчёт основных параметров оседиагонального колеса.

Для разработки технических процессов изготовления материальной части необходима исчерпывающая информация проточной части насоса. Эта геометрическая информация должна быть включена в техническую документацию (чертежи) на изготовление насоса.

Процесс получения указанной информации можно условно разбить на два этапа.

На первом этапе определяются наиболее важные (основные) геометрические и гидравлические параметры проточной части. Основные параметры являются скалярными величинами, наиболее существенно влияющими на гидравлические характеристики насоса и турбины.

Формально для основных параметров насоса можно записать следующие функциональные зависимости:

i

Таким образом, для определения основных параметров насоса необходимо решение системы уравнений (5)…(9).

Во втором этапе основные геометрические параметры служат реперными точками для так называемого профилирования проточной части насосов и турбин. Полученная информация должна однозначно определять гидравлические

- 8 -

поверхности проточной части и на еѐ основе выпускается техническая документация.

Остановимся на определении основных геометрических и гидравлических параметров проточной части насоса, т.е. на конкретном рассмотрении уравнений в системе (5)…(9). Эти параметры должны обеспечиваться при максимально допустимой частоте вращения ротора насоса. В этом случае реализуются необходимые условия для минимизации конструкции БНА.

Напор насоса определяется по уравнению Эйлера:

где cus2 - окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса насоса;

леса;

-частота вращения ротора;

Гн - радиус наружной поверхности колеса;

Гв 2 - радиус втулки на выходе колеса;

мех - механический КПД; об - объѐмный КПД.

Рис. 3. План скоростей на среднем радиусе на выходе оседиагоального колеса

- 9 -

Геометрическая интерполяция параметров Cus2 и U s2 показана на рис.3

в виде плана скоростей на выходе колеса. На рис.3 также показаны и другие параметры, о которых будет сказано ниже.

Составляющую скорости Cus 2 можно выразить в виде:

или

тока в абсолютном и относительном движении на среднем радиусе на выходе колеса.

Параметр qs2 в формуле (12) называется коэффициентом режима или расходным параметром.

Сучѐтом формулы (12) выражение для расчѐта напора (10) преобразуется

квиду: