Автоматы осевой разгрузки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

УДК 62-251:532.5.013.4

АВТОМАТЫ ОСЕВОЙ РАЗГРУЗКИ

Д. С. Швецова, Т. А. Королёва Научный руководитель - Д. А. Жуйков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: Darya.Shvetsova@yandex.ru

Рассмотрены основные методы уравновешивания осевого усилия в центробежных насосах жидкостных ракетных двигателей. В особенности рассмотрен такой способ осевой разгрузки, как гидравлическое разгрузочное устройство (гидропята).

Ключевые слова: центробежный насос, вращающийся диск, осевое усилие, гидравлическое разгрузочное устройство, ротор, разгрузочная камера.

MACHINES AXIAL UNLOADING

D. S. Shvetsova, T. A. Korolyova Scientific Supervisor - D. A. Zhuykov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: Darya.Shvetsova@yandex.ru

The paper deals with the basic methods of balancing axial forces in centrifugalpumps of liquid rocket engine. Especially paper is about the hydraulic discharge device.

Keywords: centrifugal pumps, rotating disk, axial force, hydraulic discharge device, rotor, discharge chamber.

К агрегатам летательных аппаратов предъявляются высокие требования по надежности, в том числе и на нерасчетных режимах [1]. Надежность турбонасосного агрегата в значительной мере зависит от значений осевых сил, которые, в свою очередь, возникают вследствие вращения ротора турбонасосного агрегата [2].

Работоспособность ТНА во многом определяется работоспособностью опор. В свою очередь, надежность и долговечность опор зависит от степени их нагруженности осевыми и радиальными силами. В современных конструкциях турбонасосных агрегатов разгрузка роторов от осевых сил осуществляется устройством, называемым автоматом осевой разгрузки. Если осевые силы, достигающие высоких значений и возникающие на элементах турбонасосного агрегата, не компенсируются, то это может привести к выходу агрегата из строя. Выбор способа разгрузки зависит от конструкции центробежного насоса. Для одноступенчатых насосов применяют рабочее колесо двустороннего входа, также симметричные уплотнения по обе стороны рабочего колеса. Еще одним способом является выполнение радиальных импеллеров (открытых, закрытых и комбинированных) на внешней стороне основного диска. Широко распространенным способом уравновешивания осевой силы в роторе многоступенчатых насосов является встречное расположение колес.

Однако из-за увеличения объемных потерь и усложнения условий работы отдельных узлов чаще всего осевую силу уравновешивают гидравлическим разгрузочным устройством: разгрузочным барабаном (I) или гидравлической пятой (II) (рис. 1) [1; 3].

Разгрузочный барабан представляет собой цилиндрическую деталь, устанавливаемую на вал за последней ступенью многоступенчатого насоса. Между барабаном и корпусом образуется цилиндрическая дросселирующая щель. Разгрузочный барабан уравновешивает осевую силу и снижает давление перед концевым уплотнением со стороны нагнетания насоса. Полностью уравновесить осевую

Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»

силу барабаном можно только для одного расчетного режима. На других режимах необходимо использование упорного подшипника.

Специальные гидравлические устройства, обеспечивающие равновесие ротора на всех режимах работы, характеризуются отсутствием упорного подшипника и наличием специальной камеры, давление в которой изменяется в зависимости от осевого положения ротора, вследствие этого ротор насоса, выведенный из положения равновесия смещением в осевом направлении, вновь возвращается в положение равновесия. Примером такой системы уравновешивания осевой силы является разгрузочный диск с гидравлическим уравновешивающим устройством, работающим на всех режимах работы насоса. При работе насоса часть перекачиваемой жидкости из задней пазухи последнего колеса поступает в щель между дистанционной втулкой и втулкой разгрузки и далее в разгрузочную камеру. Давление жидкости на кольцо и диск гидропяты заставляет смещаться скрепленный с ними ротор в сторону нагнетания. При перемещении ротора в сторону нагнетания зазор между кольцами гидропяты и разгрузки увеличивается, и давление в разгрузочной камере падает до тех пор, пока усилие не уравновешивается осевым усилием, действующим в сторону всасывания [4].

Несмотря на перечисленные достоинства использования гидропяты в качестве автомата осевой разгрузки, есть существенный недостаток: увеличение осевого усилия вследствие изменения режима течения приводит к износу колец гидропяты. В связи с этим усовершенствование конструкций автоматов осевой разгрузки на данный момент является важной научно-технической задачей.

Библиографические ссылки

1. Ломакин А. А. Центробежные и осевые насосы. 2-е изд. перераб. и доп. М.-Л. : Машиностроение, 1966. 364 с.

2. Чернов А. А., Жуйков Д. А. К расчету осевых сил автомата осевой разгрузки турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя [Электронный ресурс] // Актуальные проблемы авиации и космонавтики: тезисы X Всерос. науч.-практ. конф. творческой молодежи (8-12 апреля 2014 г., Красноярск) : в 2 т. Т. 1. Технические науки. Информационные технологии. Сообщения школьников) / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. С. 66-67.

3. Михайлов А. К. Малюшенко В. В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. М. : Машиностроение, 1977. 288 с.

4. Пантент № F04D29/041. Разгрузочное устройство центробежного насоса [Электронный ресурс] / Д. А. Боченков, Ю. П. Сташинов, В. В. Волков и др. URL: http://www.freepatent.ru/ patents/2374502 (дата обращения: 2.03.2016).

© Швецова Д. С., Королёва Т. А., 2016