CC BY
15
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 1
УДК 629.7.036.54: 621.791.722
ПРОБЛЕМЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ КОРПУСОВ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ
Ю. В. Конозобкин, Я. Ю. Ледков Научный руководитель - Д. А. Жуйков
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: nazarovo1033wrest@mail.ru
Рассмотрены проблемы конструирования корпусов турбонасосных агрегатов. Актуальность обусловлена их повсеместным использованием в жидкостных ракетных двигателях.
Ключевые слова: турбонасосный агрегат, корпус, жидкостный ракетный двигатель. PROBLEMS OF DESIGNING TURBO-PUMP BODIES
Yu. V. Konozobkin, Ya. Yu. Ledkov Scientific Supervisor - D. A. Zhuikov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: nazarovo1033wrest@mail.ru
In this paper, the problems of designing buildings of turbo-pump units are considered. The relevance is due to their widespread use in liquid rocket engines.
Keywords: turbo-pump assembly, body, liquid-propellant rocket engine.
В жидкостных ракетных двигателях подача необходимых компонентов в камеру сгорания при заданном давлении осуществляется насосами, приводимыми в движение газовой турбиной. Вместе насосы с газовой турбиной образуют единый агрегат подачи топлива, называемый турбона-сосным агрегатом (ТНА), который является одним из важнейших элементов ЖРД.
Корпуса THA работают при довольно жестких условиях. Внутренние полости находятся под высоким давлением, достигающим десятков МПа. Кроме того, они воспринимают и часть нагрузок, возникающих при вращении ротора [5].
В процессе работы турбины детали работают в различных условиях. Они взаимодействуют с нагретым до высоких температур и находящимся под большим давлением газом. Корпуса насосов непосредственно контактируют с окислителем и горючим. Таким образом, корпус THA должен удовлетворять следующим требованиям: высокая жаропрочность; герметичность; высокая коррозионная стойкость при повышенных температурах [3]. Для удовлетворения этих требований применяются следующие методы конструирования корпусов:
1. Электронно-лучевая сварка для предотвращения утечек и слияния компонентов топлива. Она обеспечивает возможность за один проход сварить без разделки кромок металл большой толщины с минимальной протяжённостью околошoвной зоны и очень малым коэффициентом формы шва, что является важным технологическим преимуществом этого способа, но также требует высокой точности при сборке свариваемых изделий. Электронно-лучевая сварка в вакууме облегчает удаление примесей и газов, но увеличивает испарение легирующих элементов, что может привести при глубоком и узком проваре к задержке части газов растущими кристаллами в шве и образовать поры.
2. Литьё по выплавляемым моделям. К преимуществам такого метода можно отнести: возможность изготовления деталей из сплавов, не поддающихся обработке, точность отливок до 11-13 квалитета и шероховатостью Ra 2,5-1,25 мкм, что в некоторых случаях устраняет обработку ре-
Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»
занием. Несмотря на достоинства, данный способ имеет свою специфику, к которой можно отнести необходимость учитывать ряд параметров для получения качественных изделий.
3. Литьё в песчано-глинистые формы. При относительной простоте использования данного способа у него существует значительный недостаток в виде медленного отвода тепла от кристаллизующегося металла, что вызывает появление усадочных дефектов в виде раковин и пористости, обнаружить которые можно с помощью рентгенографии, однако исправить невозможно. По причине большого количества отливок с неисправными дефектами, возможно перевести литье в металлическую форму (кокиль).
4. Литьё в металлическую форму позволяет получить детали с мелкокристаллической структурой за счет большей скорости отдачи тепла, что в свою очередь повышает их механические свойства [2].
Одной из проблем, связанных с литьём детали, является пористость, источником которой служит водород, поглощаемый расплавом из атмосферы и водородосодержащих соединений. Образующиеся поры ослабляют отливку, снижая их механические свойства. Данную проблему позволяет решить введение в состав хлорсодержащих соединений. Эти соединения вступают в реакцию с водородом, образуя пары хлороводорода (НС1), улетучивающиеся из расплава. Также возможен способ продувки хлором или азотом [1].
Немаловажной проблемой конструирования корпусов ТНА является уменьшение шероховатости их поверхностей. Одним из методов обработки является виброобработка. Несмотря на множество положительных качеств, метод вибрационной обработки может оказаться неудовлетворительным по причинам невозможности обработки труднодоступных поверхностей и получения высоких классов шероховатости. Для реализации обработки фасонных поверхностей в закрытых крупногабаритных деталях корпуса ТНА было спроектировано приспособление для жидкостно-абразивной обработки. Преимуществом оборудования данного класса является сокращение времени, затрачиваемого на обработку [4]. Все вышеперечисленные проблемы конструирования корпусов ТНА связаны с предотвращением утечек, слияния и прогаров, вызванных в результате слабой герметичности, жаропрочности и коррозионной стойкости металлов.
Библиографические ссылки
1. Крушенко Г. Г. Эволюция технологии изготовления корпусов насосов турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя // Вестник СибГАУ. 2014. С. 174-179.
2. Беляков Н. Н., Анциферов П. В. Система контроля выполнения технологических процессов изготовления литых заготовок в ТНА // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2018. С. 409-410.
3. Сварка корпусов ТНА первой ступени / Е. А. Бем, Н. С. Жмуйдин, С. А. Васильев и др. // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2018. С. 411-413.
4. Сосков Е. С., Жуковская И. В., Сысоев С. К. Проблемы уменьшения шероховатости в закрытых крупногабаритных полостях // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2011. С. 23-24.
5. Белоусов А. И., Балякин В. Б., Люлев А. И. Снижение виброактивности турбонасосных агрегатов регулированием жесткости опор // Проблемы и перспективы развития двигателестроения. 2003. С. 383-391.
© Конозобкин Ю. В., Ледков Я. Ю., 2019
