Лопаточный диффузор центробежного насоса жидкостного ракетного двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

УДК 621.438:621.675.001.2

ЛОПАТОЧНЫЙ ДИФФУЗОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА ЖИДКОСТНОГО

РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

А. А. Ковьяров, А. Н. Кондратьев 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: Flat95@mail.ru

Рассмотрены особенности применения и конструкции лопаточного диффузора центробежного насоса ЖРД.

Ключевые слова: диффузор, жрд, турбина, лопатки, насос.

VANED DIFFUSER OF THE CENTRIFUGAL PUMP LIQUID ROCKET ENGINE

A. A. Kovyarov, A. N. Kondratiev Scientific Supervisor - D. A. Zhuykov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

E-mail: Flat95@mail.ru

The features of the application and design of the scapular diffuser centrifugal pump LRE are consided.

Keywords: cone, expander, turbine blades, pump.

Центробежный насос жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) представляет собой энергетическое устройство, в котором движение жидкости и необходимый напор создаются за счёт центробежной силы, возникающей при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость.

Лопаточный диффузор (ЛД) - это неподвижный лопаточный венец, расположенный за рабочим колесом центробежного компрессора ЖРД и предназначенный для повышения давления путем снижения скорости потока воздуха. ЛД имеет лопатки, образующие криволинейные расширяющие каналы, которые способствуют более быстрому гашению скорости потока, по сравнению с безлопаточным диффузором [1].

Для повышения эффективности преобразования кинетической энергии в потенциальную, наряду с безлопаточным диффузором применяют лопаточный диффузор, траектория полета частицы показана на рисунке.

Достоинства лопаточного диффузора по сравнению с другими типами диффузоров [2]:

- снижение потерь полного давления при торможении дозвукового, трансзвукового или сверхзвукового потока в лопаточных каналах диффузоров многорежимных компрессоров;

- увеличение запаса устойчивой работы центробежного компрессора при дозвуковом, трансзвуковом или сверхзвуковом течении в диффузоре.

Также лопаточный диффузор имеет следующие недостатки [2]:

- можно использовать только для дозвуковых или только для сверхзвуковых течений потока в лопаточных каналах;

- для получения заданной степени повышения статического давления в каналах, требуется иметь значительный радиальный габарит диффузора, что приводит к увеличению массы центробежных компрессоров.

Лопаточный диффузор применяется в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей, как маршевых, так и вспомогательных, например, таких как РД0120, РД170 [3].

Основные конструктивные параметры ЛД выбираются из условий достижения требуемой диф-фузорности [2]. Коэффициент диффузорности;

Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»

¡Г - С4 К4-2 - С ' С2

где С4 и С2 скорости движения частиц (потока жидкости, газа).

Путь частицы воздуха в лопаточном диффузоре

Лопаточный диффузор

Щелевой диффузор

Путь частицы воздуха в щелевом диффузоре (безлопаточном)

Траектория движения частицы воздуха в безлопаточном и лопаточном диффузоре Эквивалентный угол раскрытия лопаточного диффузора (оптимальный 4-6°);

где и Е' - площади с учетом стеснения потока лопатками; I - длина лопатки; г3 - число лопаток при оптимальной густоте лопаточной решетки.

Стеснение потока лопатками, учитывается коэффициентами стеснения (загромождения);

1 - К

т = -

загр

К

где т - коэффициент стеснения; Е - площадь сечения без учета площади, занимаемой лопатками; Езагр - площадь, занимаемая лопатками.

Режимы течения вязкой жидкости во вращающемся межлопаточном канале рассмотрены в работе [4].

Таким образом, применение лопаточного диффузора актуально для двухступенчатых насосов ЖРД для подачи компонентов топлива на вход второго насоса с заданным давлением и скоростью потока. Коэффициент полезного действия ЛД по сравнению с безлопаточным, намного выше, в зависимости от режима работы. Спектр задач выполняемых при использовании лопаточного диффузора постоянно увеличивается, что позволяет эффективно его использовать и совершенствовать.

Библиографические ссылки

1. Поликовский В. Лопаточные машины для жидкостей и газов. М. : Наука, 1960. С. 127-133.

2. Михайлов А., Малюшенко В. Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления. М. : Машиностроение, 1971. С. 52-59.

3. База патентов СССР [Электронный ресурс]. URL: hhttp://patents.su/2-419639-lopatochnyjj-diffuzor-centrobezhnogo-kompressora.html (дата обращения: 24.03.2016).

4. Лукишин А., Шогин Н., Жуйков Д. Режимы течения вязкой жидкости у вращающегося диска в корпусе. Актуальные проблемы авиации и космонавтики [Электронный ресурс] : 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. 56-58.

© Ковьяров А. А. , Кондратьев А. Н., 2016