CC BY
29
Секция «Двигатели и энергетические установки летательньх и космических аппаратов»
УДК 621.454.2
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ БУСТЕРНЫХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ЖРД
П. В. Волосович, Н. Г. Останина, С. Ф. Мухомедов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрены существующие в производствах ракетной техники системы испытательных стендов насосных агрегатов. Описаны современные тенденции проектирования стендов, внесены предложения по модернизации.
Ключевые слова: испытания, бустерный насос.
IMPROVING HYDRODYNAMIC TESTING BOOSTER PUMP UNITS LRE
P. V. Volosovich, N. G. Ostanina, S. F. Muhamedov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The systems of test benches of pump units existing in productions of rocketry are considered. Current trends of design of stands are described, offers on modernization are made.
Keywords: test, booster pump.
Современный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) представляет собой сложную совокупность разнообразных систем и агрегатов, выполняющих определенные функции для достижения конечной цели - создания тяги.
Наиболее ответственным и напряженным узлом, обеспечивающим подачу компонентов топлива в камеру сгорания и газогенератор, является турбонасосный агрегат (ТНА).
Для повышения антикавитационных свойств системы питания ЖРД используются бустерные насосные агрегаты (БНА). Бустерный насос устанавливается перед основным насосом турбонасосно-го агрегата и обеспечивает давление, необходимое для бескавитационной работы основного насоса. Применение БНА позволяет снизить давление наддува баков с компонентами топлива и, следовательно, уменьшить толщину стенок баков и их массу.
Для определения параметров и характеристик насосов, проверки качества сборки и стабильности технологии производства, насосы подвергаются гидродинамическим испытаниям [1; 2].
Появление новых методов расчета насосов, основанных на компьютерных технологиях вычислительной гидродинамики, а также усовершенствование их конструкций на основе принципиально новых материалов повышает энергоэффективность насосов, их надежность и ресурс работы.
Однако, несмотря на новые подходы к проектированию насосов, необходимость в проведении испытаний опытных и серийных образцов насосов не только не снижается, но и возрастает вследствие необходимости более глубокой верификации зависимостей, полученных расчетным путем.
Испытания проводят на стенде специального назначения, который должен обеспечивать возможность определения рабочих и кавитационных характеристик испытуемых насосов.
Стенд для испытаний состоит из гидравлической системы и системы измерений.
Имеющиеся на некоторых предприятиях отрасли испытательные стенды, снабжены устаревшей системой измерений, и поэтому процесс измерений подвержен влиянию человеческого фактора. Появляется необходимость разработки проекта современного испытательного стенда с высоким уровнем автоматизации процесса испытаний и обработки результатов.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
При разработке современного стенда необходимо учитывать следующие тенденции проектирования:
- универсальность стенда, обеспечивающую проведение широкого круга испытаний, насколько это возможно по условиям помещения, где установлен стенд;
- оснащенность современными СИ повышенной точности и диапазоном измерений, что расширяет возможности стенда;
- повышение энергоэффективности внедрением частотных методов регулирования, позволяющих плавно изменять выходные параметры технологических насосов;
- внедрение средств автоматизации, исключающих присутствие персонала при испытаниях: пульт управления стендом должен быть автоматизирован, с выводом всей информации на дисплей и дублирующие приборы, иметь устройства хранения и выдачи на печать протоколов испытаний, иметь дистанционное управление задвижками и регуляторами давления, систему видеонаблюдения за процессом испытаний [3; 4].
С повсеместным распространением электронных систем управления и контроля стенды с ручным управлением и сбором данных неизбежно будут вытесняться стендами полностью или частично автоматизированными.
Внедрение в процесс испытаний СИ с унифицированным выходным токовым сигналом позволит устанавливать первичные преобразователи и датчики непосредственно по месту испытания насосного агрегата и передавать данные по кабельной линии в пультовое помещение. Использование таких приборов повысит точность, а также позволит отказаться от прежней измерительной системы, где параметр по гидравлическим магистралям передается от объекта испытаний до измерительного стенда, что усложняет процесс дренирования линий.
Очень важен для современных стендов вопрос повышения точности измерений. В ГОСТ 6134-2007 указаны предельные значения погрешностей, в частности, для подачи насоса ±2 %, для напора ±1,5 % [2]. При применении современных средств измерения возможно существенно увеличить точность: подачу измерять с точностью до ±0,5 %, напор - до ±0,4 %, причем речь идет именно о серийных датчиках расхода и давления.
Точность измерений зависит не только от качества измерительных приборов, но и от опыта и квалификации персонала, работающего с измерительными приборами при проведении испытаний. Штат работников, ответственный за проведение измерений, следует подбирать также тщательно, как и сами приборы, используемые для проведения испытаний [2].
Применение частотного метода регулирования позволит устранить один из существенных недостатков асинхронных электродвигателей технологических насосов - постоянную частоту вращения ротора, не зависящую от нагрузки. Частотный преобразователь дает возможность управлять производительностью насоса в зависимости от характера нагрузки. Частотный пуск обеспечит плавный выход насоса на режим без повышенных пусковых токов, что снизит нагрузку на электродвигатель и связанные с ним передаточные механизмы, в свою очередь, это позволит избежать сложных переходных процессов, гидроударов, обеспечить работу оборудования в наиболее экономичном режиме. Применение частотного регулирования позволит сберегать электроэнергию устранением неоправданных ее затрат, которые имеют место при регулировании методом дросселирования. Экономия электроэнергии в среднем составит 50-75 % от мощности, потребляемой насосами при дроссельном регулировании. Преобразователи легко встраиваются в существующие системы практически без останова технологического процесса и замены действующего насосного оборудования.
Насосы стенда под управлением частотного преобразователя также могут быть задействованы для гидропроливов (определения расходных характеристик и гидравлических сопротивлений) узлов автоматики и трубопроводов магистралей ЖРД.
В заключение следует отметить, что вопрос о дальнейшем совершенствовании гидродинамических испытаний бустерных насосов остается открытым.
Библиографические ссылки
1. Назаров В. П., Назарова Л. П., Краев М. В. Технология сборки и испытаний насосов жидкостных ракетных двигателей: учеб. пособие / под общ. ред. проф. М. В. Краева ; Сиб. аэрокосмич. акад. Красноярск, 1993. 102 с.
Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»
2. ГОСТ 6134-2007 (ИСО 9906:1999). Насосы динамические. Методы испытаний. - Взамен ГОСТ 6134-87 ; введ. 01.06.2008. М. : Стандартинформ, 2008. 94с.
3. Петров А. И., Мартынов Н. Д., и др. Опыт разработки стенда для испытаний крупных центробежных насосов // Наука и образование : электронное науч.-техн. изд. [Электронный ресурс]. URL: http://technomag.edu.ru/doc/163848.html (дата обращения: 20.03.2016).
4. Артемов А. В., Петров А. И. Современные тенденции развития конструкций стендов для испытаний лопастных насосов // Инженерный вестник : электронный науч.-техн. журн. [Электронный ресурс]. URL: http://engbul.bmstu.ru/doc/500480.html (дата обращения: 20.03.2016).
© Волосович П. В., Останина Н. Г., Мухомедов С. Ф., 2016
