CC BY
35Решетневскуе чтения. 2017
УДК 621.438:621.675.001.2
ПРИМЕНЕНИЕ ЛОПАТОЧНОГО ДИФФУЗОРА В ЦЕНТРОБЕЖНОМ НАСОСЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
А. А. Ковьяров, А. Н. Кондратьев, М. В. Кубриков
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрены особенности применения и конструкции лопаточного диффузора центробежного насоса жидкостного ракетного двигателя (ЖРД).
Ключевые слова: диффузор, ЖРД, турбина, лопатки, насос.
APPLYING THE SHOVEL DIFFUSER IN A CENTRIFUGAL PUMP TO INCREASE THE EFFICIENCY OF A LIQUID ROCKET ENGINE
A. A. Kovyarov, A. N. Kondratiev, M. V. Kubrykov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article examines features of applying and designing the scapular diffuser of the centrifugal pump in LRE.
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.
Траектория движения частицы воздуха в безлопаточном и лопаточном диффузоре
Проектирование, производство и испытания двигателей летательных аппаратов
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 турбонасос-ных агрегатах жидкостных ракетных двигателей, как маршевых так и вспомогательных, например, таких как РД0120, РД170 [3]. Основные конструктивные параметры ЛД выбираются из условий достижения требуемой диффузорности [2]:
Коэффициент диффузорности
K4-2 -
где С4 и С2 - скорости движения частиц (потока
жидкости, газа).
Эквивалентный угол раскрытия лопаточного диффузора (оптимальный 4-6о)
ёР ; I- '
I• 2Ъ • П
где ¥3' и ¥4' - площади с учетом стеснения потока лопатками; I - длина лопатки; 2Ъ - число лопаток при оптимальной густоте лопаточной решетки.
Стеснение потока лопатками, учитывается коэффициентами стеснения (загромождения)
1 - FM
т =-
F
где т - коэффициент стеснения; ¥ - площадь сечения без учета площади, занимаемой лопатками; -
площадь, занимаемая лопатками.
Режимы течения вязкой жидкости у вращающегося диска рассмотрены в работе А. Лукишина, Н. Шо-гина, Д. Жуйкова [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 15.09.2017).
4. Лукишин А., Шогин Н., Жуйков Д. Режимы течения вязкой жидкости у вращающегося диска в корпусе [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. 56-58.
References
1. Polykovskiy V. Lopatochnie mashini dlya zhidkostey I gavoz [Shovel machines for liquids and gases]. M. : Nauka Pybl., 1960. P. 127-133.
2. Mihaylov A., Malushenko V. Konstrukcii i raschet centrobezhnix nasosov visokogo davleniya. M. : Mechanical engineering Publ., 1971. P. 52-59.
3. Patent Database of the USSR. Available at: http://patents.su/2-41963 9-lopatochnyjj -diffuzor-cent-robezhnogo-kompressora.html (accessed: 15.09.2017).
4. Lukishin A., Shogin N., Zhuykov D. Rezhimy te-cheniya vyazkoy zhidkosti u vrashchayushchegosya diska v korpuse [Elektronnyy resurs] // Aktual'nyye problemy aviatsii i kosmonavtiki : tezisy X Vseros.nauch.-prakt.konf. tvorcheskoy molodezhi (8-12 aprelya 2014, g. Krasnoyarsk) : v 2 t. T. 1. Tekhnicheskiye nauki. In-formatsionnyye tekhnologii. Soobshcheniya shkol'nikov / pod obshch. red. Yu. Yu. Loginova ; Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2014. Р. 56-58.
© Ковьяров А. А., Кондратьев А. H., Кубриков М. В., 2017
