CC BY
78
Секция ««ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯЛА И КА»
График границы устойчивого вращения жидкостного кольца:
I - область устойчивого жидкостного кольца; II - область разрушающегося жидкостного кольца
На рисунке представлена зависимость, которая хорошо согласуется с экспериментальными данными, полученными на воде при испытании диска с лопатками, при горизонтально расположенной оси вращения (j = 0). Область устойчивого жидкостного кольца в диапазоне практически приемлемых типоразмеров дисков находится выше границы 15-20 рад/с.
Библиографические ссылки
1. Краева Е. М. Высокооборотные насосы аэрокосмических систем малого расхода : моногр. ; Сиб-ГАУ. Красноярск, 2005.
2. Ketola H. N., Megrew J. M. Theory of the partially welled rotating disk. The British Hidromechanics Research association. Granfield, april, 1967. H. 4. Р. 69-94.
© Протевень И. С., Краев М. В., 2011
УДК 621.43:532.562
И. С. Протевень, Д. В. Майоров Научный руководитель - Е. М. Краева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ВИХРЕВАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ ПРИ ОБТЕКАНИИ ВЫСТУПОВ И ВПАДИН ЦЕНТРОБЕЖНОГО РАБОЧЕГО КОЛЕСА
Рассмотрены параметры вихревых струй сформировавшихся в каналах рабочего колеса насоса.
Турбулентное движение является хаотическим. В хаотичности заключается основное свойство такого движения. Одно из основных признаков турбулентных течений заключается в том, что скорость в любой данной точке потока зависит от времени. Хотя это условие является необходимым, его недостаточно для определения турбулентного движения. Приведена фотография [1] турбулентного течения при обтекании квадратного выступа.
Изображенное плоское течение имеет две области отрыва, которые расположены симметрично спереди выступа и за ним и в которых образуются большие рециркуляционные вихри. В углах существуют последовательности меньших и более слабых вихрей.
В неоднородной пристеночной турбулентности на внешней границе вязкого подслоя происходят спонтанные разрушения структуры течения. Значительная завихренность, образовавшаяся на стенке развивается в отчетливо выраженные продольные
вихри, которые затем уносятся из пристеночного подслоя и переносят с собой количество движения во внешнюю область.
Картина течения между вращающимися РК с торцовыми лопатками и гладким корпусом довольно сложна [2]. Жидкость, находящаяся в области каналов, подвергается непосредственному силовому воздействию лопаток. Жидкость в осевом зазоре закручивается за счет сил трения и проскальзывает относительно лопаток РК. Таким образом, на одном и том же радиусе частицы жидкости в канале и осевом зазоре движутся с различной скоростью, что приводит к относительному перемещению их в радиальном и осевом направлениях. В области лопаток имеется радиальное течение в направлении к периферии.
Поскольку коэффициент закрутки потока ф < 1, то всегда имеет место относительное движение жидкости и лопаток РК, что непременно приводит к образованию в каналах РК циркуляционной зоны, как следствие обтекания потоком впадин. Известно, что при течении жидкости в канале за плохо обтекаемым телом (в нашем случае каналы и лопатки РК) возникают отрывные течения [3]. Отрывное течение характеризуется образованием возвратных потоков и вихрей. Этот процесс в большей мере определяется отношением глубины впадины h к ширине Ь, толщиной пограничного слоя на стенке перед впадиной и относительной высотой стенок паза. Взаимодействие между струей и жидкостью в канале приводит к появлению циркуляционного течения в зоне за выступом.
Таким образом, одной из характеристик вихревой зоны в канале центробежного РК является отношение
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
окружной скорости и к скорости набегающего потока w на внешней границе зоны вихря
Расчетное значение приведено в работе [3] для неподвижного канала при анализе разных зон течения.
Используя основные закономерности для свободных плоских струй [3], с учетом известных опытов о деформации любого неравномерного профиля и его перехода в струйный на очень малом расстоянии от кромки лопатки, получим границы для различных зон течения при обтекании межлопаточного канала конечной длины.
Для симметричной относительно оси Х границы зоны смещения, разделяющей течение в канале от потока в зазоре, положение ее можно определить по выражению [3].
у = ±0,08829х.
Дальнейший исследования позволили оценить основные параметры структуры турбулентного вихревого потока в поле центробежных сил.
Библиографические ссылки
1. Альбом течений жидкости и газа: перевод с англ. / сост. Н. Ван-Дайк, М. : Мир, 1986.
2. Краева Е. М. Высокооборотные насосы аэрокосмических систем малого расхода : моногр. Сиб-ГАУ. Красноярск, 2005.
3. Абрамович Г. Н. Теория турбулентных струй. М. : Физматгиз, 1960.
© Протевень И. С., Майоров Д. В., Краева Е. М., 20111
УДК 62-762
Р. И. Сулейманов Научный руководитель - В. П. Назаров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЩЕЛЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ РОТОРА ТНА
С ДЕФОРМИРУЕМОЙ ВТУЛКОЙ
Дано описание и принцип работы щелевого уплотнения с деформируемой втулкой для турбонасосного агрегата ЖРД.
Современные уплотнения роторов турбонасосных агрегатов являются сложными триботехническими системами и аккумулируют в себе новейшие достижения различных отраслей науки и техники: трибо-механики, материаловедения, теплопередачи, теории упругости, гидрогазодинамики, теории колебаний, гидроаэроупругости, теории оптимизации гидромеханических систем и т. д.
Зачастую выход из строя узлов современных ЖРД связан с нарушением работы уплотнительных систем, так как создание эффективных уплотнительных устройств высокооборотных роторных машин связано со значительными трудностями. Они вызваны недостаточностью теоретических разработок, отсутствием необходимых экспериментальных данных и опыта конструирования уплотнений для современных высокооборотных многорежимных турбонасосных агрегатов многократного использования с многоразовыми включениями ЖРД.
В турбонасосных агрегатах наиболее широкое распространение получили неподвижные и самоустанавливающиеся уплотнения с гарантированным зазором. Конструктивно в насосах и турбинах ТНА уплотнения преимущественно выполняются щелевыми с фиксированной гладкой стенкой [1].
Щелевые уплотнения повышают критическую частоту вращения ротора и снижают амплитуду его резонансных колебаний. Однако такое положительное влияние щелевое уплотнение оказывает только в том случае, когда форма щели в направлении градиентно-
го потока среды в ней является конфузорной. При диффузорной форме щели, даже при малых значениях диффузорности, например, из-за деформаций, в щелях возникают значительные силы, увеличивающие прогиб ротора, что ухудшает его вибрационные характеристики.
Из практики известно, что получение малой конусности в деталях с помощью механической обработки сопряжено со значительными технологическими трудностями.
При проектировании новых турбонасосных агрегатов актуальной задачей является выбор оптимальной конструкции системы уплотнений. Анализ существующих конструкций бесконтактных и контактных уплотнений показал, что щелевое уплотнение с деформируемой втулкой, разработанное В. А. Мельниковым [2], позволяет повысить эффективность и работоспособность уплотнительной системы ТНА в широком диапазоне рабочих параметров.
Целесообразно рассмотреть схему и принцип работы данного уплотнения.
На рисунке представлена схема щелевого уплотнения с деформируемой втулкой.
Уплотнение имеет: корпус 3; тонкостенную втулку 2; обойму 4, обеспечивающую оптимальный зазор между ротором 1 и деформируемой втулкой 2; упорную втулку 5, предотвращающую осевое перемещение обоймы.
Принцип работы данного уплотнения следующий: при появлении перепада давлений между полостью
