Срывные кавитационные режимы работы высокооборотных насосов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Ракетно-космические 'двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательных аппаратов

шения двух плоских струи несжимаемой жидкости принимается изменяющейся пропорционально расстоянию 1(х) от начальной точки K

dhсп =±с

dl ( х )

1 + Wk

где

жк = ^.

сп

Решение полученных уравнений позволяет определить: изменение относительной скорости спутного

потока Шсп при градиентном обтекании тыльной стороны рабочей решетки лопатки, границы зоны спутного потока ^п в зависимости от относительной скорости набегающего потока ШОСП при различных значениях как угла натекания потока рь так и относительной длины входной кромки лопатки ст1. В результате найдены границы и оптимизированы условия, при которых в решетке РК реализуется спутное безвихревое течение, что обеспечивает наилучшие энергетические характеристики. В работе получены

зависимости наибольшего значения WOT = f

dP

dl ( х)

без

образования вихревых и обратных зон в рабочей решетке с тыльной стороны лопатки при изменении ве-

личины от 0 до 1, что соответствует изменению угла натекания потока от 0 до 90°.

Расчетная схема обтекания входной кромки лопатки

потоком вязкой жидкости: 1 - ламинарный пограничный слой; 2 - спутное течение

Библиографические ссылки

1. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М. Наука, 1969.

2. Чжен П. Отрывные течения : в 2 т. Т. 1. М. Мир, 1972.

Е. M. Kraeva

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

COCURRENT STREAM PARAMETER CALCULATION UNDER BLADE PROFILE FLOW

The hydrodynamic calculation of cocurrent flow parameters of a viscous fluid is performed. This calculation takes into account specific features of the blade grid profile of the centrifugal impeller.

© KpaeBa E. M., 2012

УДК 621.25:532.528.001

М. В. Краев, В. Н. Рыбакова

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

СРЫВНЫЕ КАВИТАЦИОННЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ВЫСОКООБОРОТНЫХ НАСОСОВ

Рассматриваются особенности кавитационных режимов работы высокооборотных насосов ракетных двигателей. В характеристике представлены особенности процессов на входе в насос.

В жидкостных ракетных двигателях (ЖРД) кавитация в колесах возникает при давлении перед входом в него Рвх, существенно превышающем давление парообразования при данной температуре рабочей жидкости Р5. Это означает, что в области минимального давления располагается внутри проточной части насос. Падение давления

от Рвх до Р5 связано с обтеканием лопаток (профильное разрежение) и гидравлическими потерями на участке от входа в насос до входных кромок лопаток [1].

Кавитация может иметь разные формы. Различают три формы кавитации: пузырьковая, вихревая, присоединенная (струйная).

Решетневскце чтения

В шнекоцентробежных насосах ЖРД применяются заостренные лопатки, поэтому в них в основном имеет место присоединенная кавитация. Присоединенная кавитация наблюдается в случае образования паровой полости, связанной с лопаткой. Для этой формы кавитации характерно наличие четкой границы раздела фаз: пара и жидкости.

Основные особенности присоединенной кавитации можно довольно отчетливо наблюдать визуально (рис. 1), если создать условия, при которых формируется область суперкаверны. Поверхность такой каверны может быть прозрачной. В этом случае наблюдаются значительные возмущения в конце каверны, где течение неустойчиво. Длина каверны колеблется с довольно высокой частотой вследствие неустойчивости и недостаточной энергии струи жидкости, заполняющей каверну в ее нижнем по потоку конце, что может привести к возникновению больших пульсирующих нагрузок, оказывающих существенное влияние на динамические параметры системы подачи двигательной установки и ракетоносителя.

скрытой кавитации на стационарных и нестационарных режимах характерна для всех насосов ЖРД. Это связано с большими угловыми скоростями вращения роторов турбонасосного агрегата и низким давлениям в баках ракет-носителей и, соответственно, на входе в насосы.

НУ

Hi Ни

V

/ н

ГГ1

Ik

щ ! 1 1 f ... 1 ——-►

Рс Рсрв Ркр Ркав

Рвх

Рис. 1. Присоединенная кавитация

На рис. 2 представлена зависимость напора насоса от давления на входе при постоянном расходе и постоянной угловой скорости, которая называется срывной кавитационной 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 скрытой кавитации могут появиться эрозионные повреждения проточных каналов насосов. Работа насосов при наличии

Рис. 2. Характеристика насоса при изменении режимов кавитации

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.

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 давления, 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 Рs -суперкавитационный, или третий критический. Этот режим характерен тем, то насос работает при резко уменьшающихся значениях напоров и расхода. По своей величине Рs 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.

M. V. Kraev, V. N. Rybakova Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

BREAKDOWN CAVITATION OPERATION MODES OF HIGH-CIRCULATING PUMPS

The features of the cavitation operation modes of high-circulating pumps of rocket engines are examined. The specific process features are presented at the pump entry.

© Краев М. В., Рыбакова В. Н., 2012