CC BY
121
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
окружной скорости и к скорости набегающего потока w на внешней границе зоны вихря
Расчетное значение приведено в работе [3] для неподвижного канала при анализе разных зон течения.
Используя основные закономерности для свободных плоских струй [3], с учетом известных опытов о деформации любого неравномерного профиля и его перехода в струйный на очень малом расстоянии от кромки лопатки, получим границы для различных зон течения при обтекании межлопаточного канала конечной длины.
Для симметричной относительно оси Х границы зоны смещения, разделяющей течение в канале от потока в зазоре, положение ее можно определить по выражению [3].
у = ±0,08829х.
Дальнейший исследования позволили оценить основные параметры структуры турбулентного вихревого потока в поле центробежных сил.
Библиографические ссылки
1. Альбом течений жидкости и газа: перевод с англ. / сост. Н. Ван-Дайк, М. : Мир, 1986.
2. Краева Е. М. Высокооборотные насосы аэрокосмических систем малого расхода : моногр. Сиб-ГАУ. Красноярск, 2005.
3. Абрамович Г. Н. Теория турбулентных струй. М. : Физматгиз, 1960.
© Протевень И. С., Майоров Д. В., Краева Е. М., 20111
УДК 62-762
Р. И. Сулейманов Научный руководитель - В. П. Назаров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЩЕЛЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ РОТОРА ТНА
С ДЕФОРМИРУЕМОЙ ВТУЛКОЙ
Дано описание и принцип работы щелевого уплотнения с деформируемой втулкой для турбонасосного агрегата ЖРД.
Современные уплотнения роторов турбонасосных агрегатов являются сложными триботехническими системами и аккумулируют в себе новейшие достижения различных отраслей науки и техники: трибо-механики, материаловедения, теплопередачи, теории упругости, гидрогазодинамики, теории колебаний, гидроаэроупругости, теории оптимизации гидромеханических систем и т. д.
Зачастую выход из строя узлов современных ЖРД связан с нарушением работы уплотнительных систем, так как создание эффективных уплотнительных устройств высокооборотных роторных машин связано со значительными трудностями. Они вызваны недостаточностью теоретических разработок, отсутствием необходимых экспериментальных данных и опыта конструирования уплотнений для современных высокооборотных многорежимных турбонасосных агрегатов многократного использования с многоразовыми включениями ЖРД.
В турбонасосных агрегатах наиболее широкое распространение получили неподвижные и самоустанавливающиеся уплотнения с гарантированным зазором. Конструктивно в насосах и турбинах ТНА уплотнения преимущественно выполняются щелевыми с фиксированной гладкой стенкой [1].
Щелевые уплотнения повышают критическую частоту вращения ротора и снижают амплитуду его резонансных колебаний. Однако такое положительное влияние щелевое уплотнение оказывает только в том случае, когда форма щели в направлении градиентно-
го потока среды в ней является конфузорной. При диффузорной форме щели, даже при малых значениях диффузорности, например, из-за деформаций, в щелях возникают значительные силы, увеличивающие прогиб ротора, что ухудшает его вибрационные характеристики.
Из практики известно, что получение малой конусности в деталях с помощью механической обработки сопряжено со значительными технологическими трудностями.
При проектировании новых турбонасосных агрегатов актуальной задачей является выбор оптимальной конструкции системы уплотнений. Анализ существующих конструкций бесконтактных и контактных уплотнений показал, что щелевое уплотнение с деформируемой втулкой, разработанное В. А. Мельниковым [2], позволяет повысить эффективность и работоспособность уплотнительной системы ТНА в широком диапазоне рабочих параметров.
Целесообразно рассмотреть схему и принцип работы данного уплотнения.
На рисунке представлена схема щелевого уплотнения с деформируемой втулкой.
Уплотнение имеет: корпус 3; тонкостенную втулку 2; обойму 4, обеспечивающую оптимальный зазор между ротором 1 и деформируемой втулкой 2; упорную втулку 5, предотвращающую осевое перемещение обоймы.
Принцип работы данного уплотнения следующий: при появлении перепада давлений между полостью
Секция «Двигательные установки и системы терморегулированияЛА и КА»
высокого давления 6 и полостью низкого давления 7 тонкостенная втулка подвергается воздействию давления на наружный диаметр. Возникающие сжимающие распределенные нагрузки на свободный конец Ь-образного корпуса втулки приводят к уменьшению радиального зазора на выходе из щелевого уплотнения, вследствие чего уменьшается и площадь проходного сечения между втулкой и ротором. При этом образуется конфузорная поверхность уплотнения, увеличивающая стабильность вращения вала ротора.
Схема щелевого уплотнения с деформируемой втулкой
При росте перепада давления на щелевом уплотнении растет сжимающая нагрузка на наружную поверхность втулки. Сжатие втулки с малой конусностью приводит к уменьшению радиального зазора между валом и уплотнением. Уменьшение зазора происходит при сохранении сопряжения торцевой
поверхности втулки и упорной втулки 5. При критическом перепаде давления образуется зазор между свободным концом тонкостенной втулки 2 и упорной втулкой 5. Происходит протекание уплотняемой среды из кольцевой полости и снижение перепада давлений между полостями, что препятствует зажатию вала ротора 1 в деформируемой втулке 2.
Использование предложенного конструктивного решения узла уплотнения с Ь-образной деформируемой втулкой позволяет простыми средствами и в значительном диапазоне нагрузок изменять характеристики уплотнительного узла, снизит протечки, а так же позволяет обеспечить высокую гидростатическую жесткость уплотняемой среды, при работе ТНА на высококипящих компонентах.
Конструкция щелевого уплотнения с деформируемой втулкой может найти широкое применение в тур-бонасосных агрегатах для повышения общего КПД, уменьшения утечек и улучшения конструкции.
Библиографические ссылки
1. Иванов А. В., Коробченко В. А., Шостак А. В. Конструкция и проектирование уплотнений проточной части насосов и турбин ТНА ЖРД : учеб. пособие. Воронеж. гос. техн. ун-т. Воронеж, 2005.
2. Мельников В. А. Щелевое уплотнение ротора. Патент РФ № 2167355. 2001.
© Сулейманов Р. И., Назаров В. П., 2011
УДК 533.6.011.72
А. И. Укачиков, И. М. Петров Научный руководитель - А. В. Пекарский ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Красноярск
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ КАМЕР РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ЩЕЛЕВОЙ СМЕСИТЕЛЬНОЙ ГОЛОВКОЙ
Рассматриваются особенности конструкции и перспективы применения камер ракетных двигателей с высокоэффективной щелевой смесительной головкой.
В настоящее время рынок космических пусковых услуг наиболее динамично развивается в секторе доставки космических аппаратов (КА) на высокоэнергетические околоземные орбиты: геостационарные (ГСО), геопереходные (ГПО), высокоэллиптические (ВЭО) и высокие круговые орбиты с периодом обращения до 12-24 часов. Эти орбиты являются актуальными для запусков телекоммуникационных и навигационных космических аппаратов, а также аппаратов для дистанционного зондирования Земли.
Кроме того, в последние годы вновь стали востребованы отлётные траектории, по которым в первые десятилетия космической эры уходили от Земли автоматические межпланетные станции и космические зонды для исследования солнечной системы. Значительная часть указанных выше КА выведена на эти орбиты разгонными блоками различной модификации -надежными средствами межорбитальной транспортировки.
Создание разгонного блока с повышенными энергетическими характеристиками для выведения перспективных космических аппаратов на высокие орбиты, является основной задачей перед разработчиками средств выведения КА. Наиболее эффективным путем повышения энергетических характеристик разгонного блока является совершенствование конструкции маршевого двигателя, а также применение перспективных высококалорийных горючих для увеличения массы полезного груза, выводимого на ГСО.
Узлом, определяющим основные характеристики ЖРД, является камера сгорания. Сложность создания камеры сгорания с совершенными техническими характеристиками связана с исключительно напряженным рабочим процессом в камере. В современных камерах сгорания выделение тепла в единице объема в сотни раз больше, чем в любых других тепловых машинах. В этих условиях время пребывания топлива в камере сгорания составляет несколько тысячных се-
