Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование турбонасосной системы подачи ЖРД. Учебное пособие
.pdf
Рис. 1.3. Физические константы жидкого водорода (⋅10
Н∗с
м
, ⋅10
Н
)
м
Рис. 1.4. Физические константы природного газа в жидком состоянии
(⋅10
Н∗с
,⋅10
м
Н
)
м
11
Рис. 1.5. Физические константы азотной кислоты (⋅10
Н∗с
м
, ⋅10
Н
)
м
Рис. 1.6. Физические константы несимметричного горючего (⋅10
Н
⋅10
)
м
12
Н∗с
,
м
Н∗с
Рис. 1.7. Физические константы жидкого кислорода (⋅10
Н
⋅10
).
м
,
м
Рис. 1.8. Зависимость коэффициента местных сопротивлений
от Рейнольдса:
1 – мембрана прорыва; 2 – фильтр фетровый; 3 – клапан; 4 – регулятор;
5 – кран отключений; 6 – обратный клапан
13
=
4
.
Рис. 1.9. Схема тройника проточного
Рис. 1.10. Зависимость коэффициента сопротивления тройника проточного
Fn = F
, =90
c
1.3.4.3. Уточняют значение скорости в трубе
ее диметра d
по формуле
б-В
по принятому значению
бВ
(1.17)
1.3.4.4. Определяют число Рейнольдса для течения в трубе
бв
.
14
1.3.4.5. В сечении «В» на входе в насос горючего определяют статическое
+
=+
+
2
+
тр,
давление (
вх.
давление насыщенных паров (P
) из условий отсутствия кавитации в насосе (1.8). При этом
) и значение кавитационного запаса (
S
) из
г
исходных данных для расчета.
1.3.4.6. Определяют потери напора ℎ
на входе в трубу из бака
горючего по формуле Вейсбаха (1.7). Коэффициент местного сопротивления
принимают равным ξвх=0,5, а значение скорости движения жидкости в
магистрали берется из пункта 1.3.4.3.
1.3.4.7. По формуле Вейсбаха (1.7) определяют потерю напора ℎ
на
мембране прорыва. Коэффициент местного сопротивления находят по рисунку
1.8 в зависимости от найденного в пункте 1.3.4.4 значений числа Рейнольдса, а
значение скорости из пункта 1.3.4.3.
1.3.4.8. Определяют потерю напора ℎ
тр.бВ
на трение в магистрали
бВ
по формуле Дарои-Вейсбаха (1.4), при этом коэффициент трения по длине λ
определяют в зависимости от значения числа Рейнольдса.
1.3.4.9. Находят по уравнению Бернулли (1.1) давление в баке над
уровнем горючего.
1.3.5. Составляют уравнения Бернулли для сечений «а» и «В».
При этом вводят допущение, что =0. Тогда получим выражение
(1.18)
где тр=ℎ
,+ℎ+ℎ
тр.бв
, Дж/кг.
1.3.6. Решение уравнения Бернулли относительно давления Pа в баке
горючего может быть проведено по одной из нижеследующих двух схем.
1.3.6.1. Подставляем в уравнение Бернулли значение статического
давления Рb жидкости в сечении «В», равное минимально допустимому
давлению
вх.
, определенному в пункте 1.3.4.4 из условия бескавитационной
работы насоса, и определяем давление Ра в баке. Последнее не должно быть
меньше давления Р
противном случае принимают Ра=Р
обеспечивающего устойчивость конструкции бака. В
уст,
и вновь находят.
уст
Очевидно, что в этом случае насос окажется с повышенным запасом по
кавитации.
1.3.6.2. Принимают, что давление Ра в баке над уровнем горючего равно
минимально допустимому давлению P
, обеспечивающему устойчивость
уст
конструкции бака. Исходя из принятого условия, по уравнению Бернулли
определяют статическое давление Рвх, на входе в насос горючего и сравнивают
его с минимально допустимым давлением
вх.
, определенным в пункте
1.3.4.5 из условия обеспечения бескавитационной работы насоса. При этом
должно быть выдержано условие вх≥
вх.
. В противном случае принимают
15
вх =
=−,
кг
с
ф
=
,
кг
с
=
ф
⁄
.
=4
⁄
ф
∗
=
+.
вх.
и вновь определяют Ра. Тогда, очевидно, окажется, что давление Ра
в баке над уровнем горючего будет выше минимально допустимого давления
Р
, обеспечивающего устойчивость конструкции бака.
уст
1.3.7. Расчёт струйной форсунки.
1.3.7.1. Определяют расход через все форсунки по формуле
.
(1.19)
1.3.7.2. Определяют расход через одну форсунку по формуле
. (1.20)
1.3.7.3. Находят теоретическую скорость истечения из форсунки согласно
выражению (1.10).
1.3.7.4. Поскольку режим течения жидкости в форсунке обычно
соответствует автомодельной области, то в качестве первого приближения
берут значение коэффициента расхода µ, из рис. 3.7, соответствующего
=10
.
1.3.7.5. Определяют площадь Fc сопла форсунки по формуле
(1.21)
1.3.7.6. Находят величину диаметра сопла форсунки согласно формуле
.
(1.22)
1.3.7.7. С учетом подогрева
сгорания определяют температуру
горючего в рубашке охлаждения камеры
∗
горючего перед форсункой:
ф
(1.23)
1.3.7.8. По одному из приведенных рисунков находят значения плотности
ρ и коэффициент динамической прочности μ горючего, соответствующие
значения температуры
∗
горючего перед форсункой, определенному в пункте
ф
1.3.4.7.
1.3.7.9. Определяют по формуле =
значение кинематической
вязкости горючего.
1.3.7.10. Вычисляют значение числа Рейнольдса
теоретической скорости
истечения горючего из форсунки, по формуле
, соответствующего
16
=
.
=+0,37.
=⋅.
<1,02.
=.
(1.24)
1.3.7.11. Находят по рис. 1.12 коэффициент скорости φ и коэффициент ε
совершенного сжатия, соответствующего вычисленному в пункте 1.3.7.10
значению Рейнольдса
.
1.3.7.12. Коэффициент ε определяют по формуле
(1.25)
1.3.7.13. Находят коэффициент расхода
форсунки второго
приближения по формуле
(1.26)
При этом значения коэффициента скорости φ и коэффициента
несовершенного сжатия берут из пунктов 1.3.7.11, 1.3.7.12.
1.3.7.14. Проверяют расхождение между коэффициентами расхода
форсунки первого µ1 из пункта 1.3.7.4 и второго из пункта 1.3.7.13
приближений.
Должно быть соблюдено условие
(1.27)
Если это условие выдержано, то ошибка в определении расхода через
форсунки не превышает допустимой величины, а именно ±2%, и в этом случае
диаметр
сопла форсунки принимается таким, каким он получен в пункте
1.3.7.6. В противном случае расчет повторяется вновь с пункта 1.3.7.4 по пункт
1.3.7.13 включительно, при этом в пункте 1.3.7.4 значение коэффициента
расхода форсунки принимается равным его значению, полученному в пункте
1.3.7.13. Расчет коэффициента расхода форсунки, таким образом проводиться
до тех пор, пока не будет выполнено условие, указанное в пункте 1.3.7.14.
1.3.7.15. По найденным значениям в пункте 1.3.7.3 теоретической
скорости истечения из форсунки и в пункте 1.3.7.11 последнего приближения
коэффициент скорости φ определяют действительную скорость истечения из
форсунки согласно формуле
(1.28)
1.3.7.16. По формулам (1.12) определяют коэффициент сопротивления ξ
форсунки, при этом значением коэффициента φ расхода форсунки берут из
пункта 1.3.7.11 последнего приближения.
17
1.3.8. Расчет топливной магистрали от тройника (сечение «д») до
ф
∗
=
к.с
+ф.
Р
∗
=
ф
∗
+
ро
∗
.
=
.
=
∗
−
2
,
рубашки охлаждения (сечение «е»).
1.3.8.1. Определяют полное давление
∗
перед форсункой по формуле
ф
(1.29)
1.3.8.2. Полное давление
∗
перед рубашкой охлаждения двигателя
определяют по формуле
(1.30)
1.3.8.3. Находят приближенное значение внутреннего диаметра
трубопровода между сечениями «Д» и «е» по заданным значениям скорости и
расхода. Найденное значение диаметра, выраженное в мм, округляется до
ближайшего целого, после чего уточняется значение скорости течения
жидкости в магистрали.
1.3.8.4. Значение числа Рейнольдса по уточненному значению скорости в
магистрали вычисляют по формуле
(1.31)
1.3.8.5. Определяют потери напора ℎ
и ℎ
в коленах 22 и 17 по
формуле Вейсбаха (1.7), при этом коэффициент местных сопротивлений
находят из рис. 1.13, 1.14 в соответствии с исходными данными для расчета.
1.3.8.6. Определяют потерю напора ℎ
в регуляторе аналогично
пункту 1.3.4.7.
1.3.8.7. Находят потери напора ℎ
тр.
в магистралях
по формуле
⋅
Дарси-Вейсбаха (1.4). Значение диаметра магистрали и скорости течения
жидкости в ней берут из пункта 1.3.8.3, а значение числа Рейнольдса из пункта
1.3.8.4.
1.3.8.8. Статическое давление
перед рубашкой охлаждения камеры
сгорания определяют по формуле
(1.32)
где величина полного давления
из пункта 1.3.8.2, а значение скорости течения жидкости в магистрали
∗
перед рубашкой охлаждения берется
⋅
из
пункта 1.3.8.3.
18
1.3.8.9. Сопротивление магистрали
+
−
2
=+
+
2
+
тр,
=4
⁄
=+.
определяют из уравнения
⋅
Бернулли, составленного для сечений «Д» и «е», статическое давление у
тройника 18 в сечении «Д».
(1.33)
где тр=ℎ
Величины ρ,=, ф, ℎ
+ℎ
+ℎ
.
, ℎ
, ℎ
, ℎ
тр.
берут из
предыдущего расчета.
1.3.9. Выполнение расчета тройника 18.
1.3.9.1. Находят скорость течения
жидкости перед тройником
согласно выражению
. (1.34)
При этом можно принять, что площадь равна площади
площади магистрали
. Тогда расход жидкости в сечении «Г» возможно
и равна
записать согласно формуле
(1.35)
Плотность жидкости ρ и диаметр в сечении «Г» берут из пунктов 1.3.4 и
1.3.8.
1.3.9.2. Предварительное значение скорости
принимают равным скорости
, поскольку потери напора в тройнике будут
в сечении «Ж»
∗
тем меньше, чем меньше изменение скорости в потоке, что следует, в
частности, из рис. 1.10.
1.3.9.3. Определяем в первом приближении диаметр (=4∕) и
площадь (=∕) проходного сечения тройника в сечение «Ж». При этом
принимают, что =, а плотность ρ жидкости и ее скорость берут из
пунктов 1.3.3 и 1.3.9.
1.3.9.4. Уточняют диаметр
проходного сечения тройника в сечении
∗
«Ж» путем округления в миллиметрах до ближайшего целого значения
результата, полученного в пункте 1.3.9.3.
1.3.9.5. Вычисляют уточнение значения скорости и площади F
проходного сечения тройника в сечении «Д» по уточненному значению
диаметра
1.3.9.6. Определяют потерю напора ℎ
, определенному в пункте 1.3.9.2.
∗
в потоке, идущем от сечения
«Г» к сечению «Д», по формуле Вейсбаха (1.7), в которой значение
коэффициента местного сопротивления берется из графика на рис. 1.12, а
значение скорости берется из пункта 1.3.9.2.
19
1.3.9.7. Аналогично пункта 1.3.9.6 определяют потерю напора ℎ
Г+
+
=+
+
+
тр
+
+
=∗+
∗
+
∗
+
=
+
+
2
.
потоке, идущем от сечения «Г» к сечению «Ж» в тройнике.
1.3.9.8. Находят по уравнению Бернулли статическое давление в сечении
«Г»:
∗
в
,
(1.36)
где =ℎ
Величины ,,,ℎ
.
берут из пунктов 1.3.9.1, 1.3.8.9, 1.3.9.6, а
величина ρ берется из пункта 1.3.4.
1.3.9.9. Аналогично пункту 1.3.9.8 определяют статическое давление в
сечении «Ж» из уравнения Бернулли, составленного для сечений «Г» и «Ж»:
, (1.37)
где =ℎ
, а величины ,Г,∗,ℎ
∗
берутся из пунктов 3.9.1,
Т∗
1.3.9.8, 1.3.9.5, 1.3.9.7.
1.3.10. Расчёт мощности насоса горючего.
1.3.10.1. Определяют напор H насосов по формуле (1.15). Значения Рвх=Р,
Р
вых=РГ
, вх=,
вых
=
и ρ берут из пунктов 1.3.4, 1.3.9.8, 1.3.4.3, 1.3.9.1,
Г
1.3.3.
1.3.10.2. Мощность N на валу насоса определяют по формуле (1.14).
1.4. Расчет магистрали окислителя
Необходимо выполнить расчет, аналогичный расчету магистрали
горючего. При этом следует ограничиться сечениями «з» и «М». В расчете
принимается, что горючее и окислитель на входе в газогенератор имеют
одинаковое давление.
Завершить расчет необходимо построением графиков полного напора и
его составляющих по длине топливных магистралей. С этой целью для сечений
«а», «б», «В», «Г», «Д», «е», «ф», «КС» магистрали горючего и сечений «з»,
«и», «К», «Л», «М», магистрали окислителя определяют полный напор по
формуле
(1.38)
Результаты расчета (z, ∕, /2), составляющие формулу (1.38),
сводятся в табл. 1.1 и 1.2.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]