CC BY
148
Секция ««ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯЛА И КА»
УДК 621.454.2
В. М. Самошкин, П. Ю. Васянина Научный руководитель - В. П. Назаров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
АНАЛИЗ ФАКТОРОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
КОРПУСОВ НАСОСОВ ЖРД
В технологии изготовления корпусов насосов основополагающими факторами является применение новых, часто труднообрабатываемых материалов с уникальными свойствами и современного технологического оборудования, что в свою очередь позволяет выполнять высокие требования, предъявляемые заказчиком, к организации, технологии и культуре производства.
Корпус насоса ЖРД работает в среде агрессивных жидкостей, какими являются высококипящие окислители топлив ЖРД и криогенные низкокипящие жидкости, а также испытывает перепады давления (низкие на входе и высокие на выходе), что в свою очередь, приводит к значительным нагрузкам на стенки корпуса насоса. В связи с особенностями среды, в которой работает корпус насоса, мы можем сформулировать требования к нему: высокая износостойкость, прочность и герметичность; хладостойкость; высокая точность посадочных мест, их сносность, перпендикулярность к оси и параллельность торцевых поверхностей относительно друг друга; минимальные габариты и масса; высокая надежность; низкая себестоимость; низкий уровень пульсаций и вибраций.
По технологии изготовления корпуса насосов можно выделить две группы: цельные и сборные (сборно-сварные и сборно-паяные). К сборным относятся корпуса, отдельные заготовки которых изготавливают литьем или штамповкой после механической обработки соединяют в единый корпус сваркой, пайкой или механически. Сварные корпуса из листовых материалов, как правило, легче и дешевле литых. Но так как детали обрабатываются раздельно, то остаются припуски до соединения их в узел сваркой или пайкой, что может привести к образованию погрешностей. Такие корпуса требуют исключительного качества выполнения сварных и паяльных операций и последующего тщательного рентгенографического и ультразвукового контроля. В свою очередь цельные корпуса отличаются простотой и обеспечивают достаточную жесткость. Цельные корпуса насосов, в отличие от сварных, требуют меньше операций механической обработки. Анализ двигателей показывает, что литые корпуса насосов применяют в маршевых двигателях больших и средних тяг, а сборные корпуса (так как имеют меньшую массу) в двигателях средних и малых тяг.
При изготовлении цельных корпусов насосов рекомендуется использовать высокопрочные корозион-но-стойкие стали (ов > 800Мпа): Сталь 08Х14Н7МЛ (ВНЛ-1), Сталь 08Х14Н5М2ДЛ (ВНЛ-3), Сталь 04Х12Н6М5КЮЛ (ВНЛ - 6). А в качестве материалов сборно-сварных корпусов используют Сталь 07Х16Н6 и Сталь 12Х21Н5Т.
Наиболее технологичным способом выплавки корпуса насоса ТНА является литье по выплавляемым моделям. Преимуществами этого способа являются:
получение отливок с точностью размеров 11-13 квали-тета и шероховатостью поверхности Ка 2,5-1,25 мкм, что в ряде случаев устраняет обработку резанием, металл припусков не превышает 30 % общей массы отливок, что сокращает объем механической обработки до 50 % по сравнению с поковками.
Для повышения качества литья применяют вакуумные печи, обладающие следующими качествами: высокая степень очистки металла, управляемый нагрев, отсутствие опасных паров и токсичных отходов, получение оптимальной твердости, снижение уровня короблений и изменений размеров. Расход металла, в свою очередь, можно сократить при регулируемом направленном затвердевании, исключением технологических напусков металлоемких литниковых систем.
Одной из характерных особенностей корпуса насоса является сочетание в нем неподвергающихся механической обработки поверхностей, имеющих относительно большие допуски с поверхностями, которые обрабатывают с высокой точностью. Поэтому следующим важным этапом при изготовлении корпуса насоса будет выбор баз для механической обработки.
На первой операции в качестве первичных черновых баз выбирают поверхности, которые в готовом корпусе остаются необработанными. На всех последующих операциях в качестве технологических баз используют обработанные поверхности.
Механическую обработку корпуса насоса следует разделять на предварительную и окончательную. Это важно потому, что после предварительной обработки, при которой удаляется основная часть припуска, корпус несколько деформируется вследствие перераспределения внутренних напряжений в материале. Следует отметить, что в сборно-сварных корпусах насосов после предварительной механической обработки целесообразно проводить стабилизирующую термообработку для снятия внутренних напряжений.
С целью уменьшения сопротивления гидравлического тракта в районе сопряжения улитки и диффузора выполняют электроэрозионную обработку, путем плавного перехода от прямоугольного до круглого сечения диффузора. Тем самым добиваясь равномерности потока, что влечет за собой уменьшение турбулентности и гидравлических потерь.
При разработке операции технологического процесса важно придерживаться следующих правил: за одну установку обрабатывать наибольшую часть
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
наружной поверхности и центральное отверстие; максимально совмещать обработку наружных и внутренних поверхностей путем применения различных многорезцовых державок; для обеспечения сносности посадочных отверстий желательно осуществлять обработку с одного установка на станках, оснащенных многоинструментальными наладками; широко применять комбинированный инструмент и многорезцовые головки; при настройке станков широко применять жесткие упоры и упоры с микропереключателями.
Проанализировав методы изготовления и обработки корпусов насосов, делаем вывод о том, что целесообразно в плане повышения производительности труда, качества, уменьшения времени изготовления деталей и экономичности при производстве корпусов насосов ЖРД применять четырех-осевые обрабатывающие центры, такие как: ИР-500, ИС-500. При более
сложной конструкции корпусов рационально применять обрабатывающий центр 1000 УВБ.
Библиографические ссылки
1. Моисеев В. А., Тарасов В. А., Колмыков В. А., Филимонов А. С. Технология производства жидкостных ракетных двигателей. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008.
2. Воробей В. В., Логинов В. Е. Технология производства жидкостных ракетных двигателей. М. : Изд-во МАИ, 2001.
3. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. М. : Машиностроение, 1986.
© Самошкин В. М., Васянина П. Ю., 2012
УДК 532.528
А. В. Свириденко Научный руководитель - М. В. Краев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПРИСОЕДИНЕННАЯ КАВИТАЦИЯ В ПОЛЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ
Рассматривается физический процесс поведения кавитационной каверны в проточной части центробежного рабочего колеса насосного агрегата двигательной установки ракетоносителя.
Присоединенной кавитацией называется явление, возникающее после начала кавитации, при котором поток жидкости отрывается от твердой границы обтекаемого тела или стенки канала с образованием полости, или каверны, на твердой границе. Неподвижная, или присоединенная каверна устойчива только в квазистационарном смысле. Ее граница иногда имеет вид поверхности интенсивно кипящей турбулизован-ной жидкости. В жидкости около поверхности большой каверны наблюдается большое количество мелких перемещающихся нестационарных каверн. Эти мелкие каверны быстро растут почти до максимального размера у начала основной каверны и практически не изменяются до ее конца, где они исчезают.
Иногда наблюдаются колебания, при которых присоединенная каверна сначала растет, а затем схло-пывается вследствие захвата жидкости и последующего заполнения каверны с конца зоны кавитации. Максимальная длина присоединенной каверны зависит от поля давления. Каверна может заканчиваться в точке присоединения основного потока жидкости к поверхности тела на некотором расстоянии от передней кромки каверны (линии отрыва) или может простираться далеко за пределы тела до смыкания основного потока с образованием полости, охватывающей тело. В последнем случае кавитацию называют суперкавитацией. На рисунке показана присоединенная каверна, причем каверна представляет собой суперкаверну, при которой отмечаются автоколебания давления в системе подачи двигателя и срыв режима работы насосного агрегата, при котором напор стремится к нулю, а расход через насос снижается пропорцио-
нально объему каверны и носит пульсирующий характер, связанный с нестационарностью каверны.
Как видно из рисунка, основные особенности присоединенной кавитации можно довольно отчетливо наблюдать визуально, если создать условия, при которых образуется очень длительная суперкаверна. Поверхность каверны может быть прозрачной. В этом случае наблюдаются значительные возмущения в конце каверны, где течение неустойчиво. Длина каверны колеблется с довольно высокой частотой вследствие неустойчивости и недостаточной энергии струи жидкости, заполняющей каверну в ее нижнем по потоку конце, что может привести к возникновению больших пульсирующих нагрузок, оказывающих существенное влияние на динамические параметры системы подачи двигательной установки и ракетоносителя.
© Свириденко А. В., 2012
