НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o451.pdf (935.22Кб)

УДК 621.45.043

Россия, ОАО "НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко" МГТУ им. Н.Э. Баумана

При проектировании системы подачи для создании современных маршевых ЖРД конструкторам приходится уделять особое внимание энергоэффективности агрегатов а так же их надежности. Одним из важнейших показателей надежности является обеспечение безкавитационной работы основного турбонасосного агрегата (ТНА), что, с учетом современных уровней давления в камере сгорания, невозможно без использования бустреных ТНА (БНА). Широкое распространение в качестве БНА получили осевые лопаточные насосы, рабочим колесом которых является шнек, благодаря высоким всасывающим свойствам и технологичности. В то же время, течение в шнековых колесах прогрессивной геометрии имеет сложный пространственный характер, что делает их проектирование и точную оценку параметров потока нетривиальной задачей.
Исходя из необходимости детального понимания структуры потока в межлопаточных каналах шнека был рассмотрен ряд методик исследования течения в БНА включающий аналитический расчет, визуальные методы исследования, непосредственные измерения параметров потока и математическое моделирование. Анализ особенностей каждого метода показывает необходимость комбинирования нескольких методов для достижения наилучших результатов. Наиболее эффективной стратегией становится использование математического моделирования для получения широкого спектра данных с последующим подтверждением их адекватности экспериментальными замерами в характерных точках. Рассмотрены особенности проведения такого рода измерений в условиях проточной части шнека и требования к измерительным устройствам.
На основании этого разработана оригинальная конструкция экспериментального БНА, оборудованного системой замера давлений за шнеком и имитатором автоматического разгрузочного устройства. Благодаря этим системам экспериментально может быть получена радиальная эпюра давления потока за шнеком а так же осевая сила, воздействующая на шнек. Показано, что предлагаемая система измерений отвечает предъявляемым требованиям и позволяет получить данные на различных режимах работы агрегата. Разработана программа испытаний, позволяющая реализовать поставленные задачи: получить значения давлений в потоке за шнеком и осевое усилие на нем на различных режимах, а так же оценить влияние неравномерности сброса рабочего тела турбины в основной поток за шнеком. Экспериментальные данные впоследствии позволят провести сравнение с результатами численного моделирования, и при необходимости скорректировать условия расчета.

1. Демьяненко Ю.В. Проектирование и расчет характеристик осевых и оседиагональных насосов с высокими энергетическими и антикавитационными качествами. Воронеж: КБХА, 2010. 456 с.
2. Шапиро А.С. Структура реального течения в центробежных и осевых насосах. М.: Изд-во МГИУ, 2004. 280 с.
3. Боровский Б.И., Кравчик Н.И., Толстиков Л.А. Гидравлический расчет шнекового бустерного насоса: учеб. пособие / под ред. проф. Н . И . Кравчика . М .: МАИ , 1987. 52 с .
4. Cervone A., Testa R., d`Agostino L. Thermal effects on Cavitation Instabilities in helical indusers // Journal of Propulsion and Power. 2005. Vol . 21, no . 5 . P . 893-899. DOI: 10.2514/1.12582
5. Лакшминараяна Б. Визуальное исследование течения в осевом преднасосе // Теоретические основы инженерных расчетов: труды Американского об-ва инженеров-механиков : [журнал] : пер. с англ. 1972. № 4. С . 79-89.
6. Díaz K.M.A., Oro J.M.F., Marigorta E.B. Extended Angular Range of a Three-Hole Cobra Pressure Probe for Incompressible Flow // Journal of Fluids Engineering. 2008. Vol. 130, no. 10. Paper no. 101401. DOI: 10.1115/1.2969457
7. Yamanishi N., Fukao S., Qiao X., Kato C., Tsujimoto Y. LES Simulation of Backflow Vortex Structure at the Inlet of an Induser // Journal of Fluids Engineering. 2007. Vol . 129, no . 5. P . 587-594. DOI: 10.1115/1.2717613
8. Дорош Н.С., Леонтьев С.Н. Выбор конечно-элементной модели для моделирования течения в шнеках // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 4. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/machin/rocket/701.html (дата обращения 26.09.2014).