CC BY
132
Секция ««ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯЛА И КА»
УДК 532.528
А. Г. Булдаков Научный руководитель - Е. М. Краева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
КАВИТАЦИЯ В НАСОСАХ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Рассматриваются особенности кавитации течения в насосах жидкостных ракетных двигателей. На основе характерной кавитационной зависимости изложены процессы на входе в насос ЖРД.
В насосах жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), кавитация возникает при давлении перед входом в него Рвх, существенно превышающем давление парообразования при данной температуре жидкости Р8. Это означает, что в области минимального давления располагается внутри проточной части насоса. Падение давления от Рвх до Р8 связанно с обтеканием лопаток (профильное разрежение) и с гидравлическими потерями на участке от входа в насос до входных кромок лопаток [1].
Кавитация может иметь разные формы. Различают три формы кавитации в насосах ЖРД: пузырьковая, вихревая, присоединенная (струйная).
Пузырьковая кавитация возникает при обтекании профилей с плавными обводами.
Вихревая кавитация появляется в вихрях жидкости, например в зоне обратных токов, в концевых вихрях, образующихся на периферии лопаток (в радиальном зазоре между шнеком и корпусом).
Присоединенная кавитация наблюдается в случае образования паровой полости, связанной с лопаткой. Для этой формы кавитации характерно наличие четкой границы раздела фаз: пара и жидкости. В шне-концентробежных насосах ЖРД применяются заостренные лопатки, поэтому в них в основном имеют место присоединенная кавитация.
На рис. 1. представлена зависимость напора насоса от давления на входе при постоянном расходе и постоянной угловой скорости называется срывной кави-тационной характеристикой. При давлении на входе Ркав в насосе возникает кавитация.
Уменьшение давления от Ркав до Ркр, несмотря на развитие кавитации, не приводит к уменьшению напора и КПД насоса. Эти режимы называются режимами частичной или скрытой кавитации, и для них характерно увеличение виброактивности насосов. При длительной работе насосов на режимах скрытной кавитации могут появиться эрозионные повреждения проточных каналов насосов. Работа насосов при наличии скрытной кавитации на стационарных и нестационарных режимах характерна для всех насосов ЖРД. Это связано с большими угловыми скоростями вращения роторов ТНА и низким давлениям
в баках ракет-носителей и, соответственно, на входе в насосы.
При проектировании насосов ЖРД рабочее давление на входе в насосы выбирается вблизи Ркр. В процессе работы двигателя входное давление может падать до величины, меньшей Ркр, в то время как для промышленных насосов это не допускается.
Нг Щ
к.
V
/ н
1
//II
Щ \ * 1
г г ->
РсРсрв Ркр Ркав Рвх
Срывная кавитационная характеристика насоса ЖРД
При давлении Ркр напор насоса начинает снижаться (одновременно с напором снижается КПД). Этот режим называется первым критическим. При дальнейшем снижении давления на входе и достижении давлении, равного Рсрв, напор резко падает. Этот режим развитой кавитации называется срывным, или вторым критическим. На величину Рсрв существенно влияют отклонения теплофизических свойств перекачиваемой жидкости от их номинальных значений.
Следует выделить еще режим при давлении Р8 -суперкавитационный, или третий критический. Этот режим характерен тем, что насос работает при резко уменьшающихся значениях напоров и расхода. По своей величине Рс очень близко к Рсрв и в практических расчетах их можно принимать равными.
Библиографическая ссылка
1. Чебаевский В. Ф., Петров В. И. Кавитация в высокооборотных лопастных насосов. М. : Машиностроение. 1982. 192 с.
© Булдаков А. Г., 2012
