Автономные турбины

Кручение лопатки под действием центробежных сил происходит в том случае, если линия центров масс ее сечений представляет собой пространственную кривую. Такую лопатку можно рассматривать как естественно закрученный стержень, в поперечных сечениях которого при растяжении наряду с продольной силой и изгибающим моментом действует крутящий момент. Данная картина нагружения характерна для лопаток реактивных предкамерных турбин, которые имеют относительно большую длину, выполняются с переменным профилем по высоте, и могут иметь естественную закрутку. Однако в активных автономных турбинах ТНА применяются обычно короткие лопатки с постоянной площадью сечения по высоте их линия центров масс представляет прямую. Поэтому напряжения кручения от центробежных сил в лопатках автономных турбин практически отсутствуют. [c.279]

Такие короткие лопатки применяются обьино в парциальных автономных турбинах, однако с увеличением высоты лопатки напряжения у корня [c.282]

Турбины, применяемые в ТНА, как правило, газовые осевого или радиального типов. Газ, выходя из турбины, может выбрасываться в окружающую среду или направляться в КС двигателя. В первом случае турбину называют автономной, во втором — предкамерной. ЖРД с предкамерной турбиной ТНА более экономичен, чем с автономной турбиной. [c.142]

В схеме с автономной турбиной противодавление значительно меньше, так как газ после турбины выбрасывается, минуя камеру сгорания. Развитие ЖРД началось с двигателей, выполненных по схемам этой группы. [c.21]

ЖРД, схема системы питания которого приведена на рис. 1.14, называется ЖРД с дожиганием генераторного газа. При этой схеме давление перед турбиной должно быть больше давления в камере сгорания. Поэтому насосы системы питания с предкамерной турбиной должны обеспечивать более высокие давления, чем в системе с автономной турбиной. [c.22]

Системы питания с автономной турбиной [c.24]

Источник энергии автономной турбины может быть связан с камерой сгорания двигателя и может быть независимым от нее. В первом случае турбина работает на газе, отбираемом из камеры сгорания, с последующим понижением его температуры до допустимой для турбины (например, с помощью впрыска одного из компонентов топлива) или на газе, полученном газификацией жидкости в рубашке охлаждения камеры сгорания. Оба эти способа использования камеры сгорания как источника энергии для турбины не нашли широкого применения в ЖРД- Первый способ потому, что решение задачи отбора газа получается сложным и снижает прочность и надежность камеры сгорания, а второй —ввиду его сложности и увеличения массы ЖРД- [c.24]

В схеме с источником энергии турбины, независимым от камеры сгорания, газ для турбины получают в специальном газогенераторе. На рис. 1,17 приведена схема системы питания ЖРД с автономной турбиной, к которой подводится газ из газогенератора, работающего на основных компонентах топлива. Такая схема является основной для ЖРД с автономной турбиной. Часть компонентов после насосов направляется в газогенератор. Газ после турбины используется для испарения части компонента, идущего на наддув бака. [c.24]

Газогенератор работает при значительном избытке одного из компонентов для того, чтобы получить газ с температурой, допустимой для турбины из соображений прочности (обычно 800. .. 1200 К). В зависимости от того, с избытком горючего или избытком окислителя работает газогенератор, газ, поступающий на лопатки турбины, будет восстановленным или окислительным. Чаще всего в схеме с автономной турбиной используется восстановительный газ, так как у него больше работоспособность —больше значение газовой постоянной. Кроме того, окислительный газ при высоких температурах обладает сильными окислительными свойствами, опасными для металлических деталей. [c.24]

Во всех схемах систем питания ЖРД с автономной турбиной удельный импульс двигателя снижается в результате затраты топлива на получение газа, выбрасываемого после турбины в атмосферу с меньшей скоростью, чем скорость его истечения из основного сопла. Кроме того, химическая энергия этого газа не используется в двигателе в полной мере, так как в этом газе присутствуют в виде пара окислитель или горючее, а в случае восстановительного газа, также продукты неполного окисления горючего. [c.25]

Для повыщения экономичности ЖРД с автономной турбиной расход газа через турбину должен быть возможно меньшим, т. е. [c.25]

Рис. 1.17. Схема системы питания ЖРД с автономной турбиной, газогенератором на основных компонентах топлива и теплообменником

Рис. 1.18. Схема системы питания ЖРД с автономной турбиной при насосной подаче однокомпонентного топлива в газогенератор

В этом разделе мы остановимся на выяснении структуры пограничного слоя и рассмотрим характер профильных потерь при дозвуковых скоростях, чтобы выявить наиболее обш,ие закономерности обтекания лопаток предкамерных турбин и насосов. Особенности течения и потерь при сверхзвуковых скоростях, характерные для автономных турбин, будут рассмотрены в разд. 4. [c.103]

В автономных турбинах ЖРД широко применяются активные решетки. При дозвуковом обтекании профиля лопатки активной решетки в пограничном слое обычно также можно выделить три участка (см. рис. 2.62) ламинарный (1), турбулентный (2) с ламинарным подслоем (3) и отрывную область 4). Их протяженность сильно зависит от угла атаки. При положительных углах атаки точка перехода (5) и зона отрыва (4) приближаются ко входу. [c.103]

Лопаточные бустерные насосы применяются в ЖРД как с предкамерной турбиной, так и с автономной. Струйные насосы конструктивно более просты, мало чувствительны к содержанию в жидкости газов (это важно для верхних ступеней ракет), но имеют значительно меньший КПД. Поэтому в ЖРД с автономной турбиной их целесообразно применять при отсутствии высоких требований к удельной тяге. Обычно их используют в ЖРД с предкамерной турбиной. В таком ЖРД увеличение мощности основной турбины в результате отбора рабочего тела для привода бустерных насосов не дает уменьшения удельной тяги, а только требует повышения температуры и давления в газогенераторе. Последнее обстоятельство вызывает Необходимость проектировать струйные и лопаточные насосы и турбины для их привода с высоким КПД. [c.213]

Обычно в предкамерных турбинах степень понижения давления составляет 1,2. .. 1,8 (давление перед турбиной может достигать десятков мегапаскалей). Следовательно, предкамерным турбинам ЖРД соответствуют низкие степени понижения давления (дозвуковые скорости течения газа) и высокие расходы газа. Параметры этих турбин весьма существенно отличаются от параметров автономных турбин (см. разд. 4.1.2). [c.219]

При заданной мощности Л т параметры автономной турбины должны быть выбраны такими, чтобы расход рабочего тела через турбину был минимальным (см. разд. 1.4.2). Требование минималь- [c.219]

В автономных турбинах чаще применяется восстановительный. газ, т. е. газогенератор работает на избытке горючего (см. разд. 1.4.2), так как произведение RT a для такого газа больше, чем соответствующая величина для окислительного газа. Применение высоких температур ограничивается работоспособностью конструкции. В ЖРД применяют неохлаждаемые турбины — более простые и легкие. Температура перед неохлаждаемой турбиной ограничивается 1000. .. 1200 К. В автономных турбинах ЖРД удельная работа т составляет 400. .. 800 кДж/кг. [c.220]

Обычно начальное давление перед турбиной составляет 3. .. 10 МПа. Степень понижения давления при этом достигает 20. .. 50. Следовательно, автономным турбинам ЖРД соответствуют высокие степени понижения давления. Это одна из особенностей таких турбин. [c.221]

Из соображений простоты конструкции и уменьшения массы автономные турбины выполняют одноступенчатыми или двухступенчатыми. При значительном понижении давления скорость течения газа становится сверхзвуковой. Сверхзвуковая скорость течения также является особенностью автономных турбин ЖРД- [c.221]

Автономные турбины ЖРД часто выполняют с подводом газа к венцу рабочего колеса не по всей окружности, а по ее части, что является еще одной особенностью. При малом расходе газа подвести газ к рабочему колесу по всей окружности можно лишь при малой высоте сопловых каналов и рабочих лопаток. Опыт показал, что при малой высоте лопаток резко падает КПД турбины. При заданной оптимальной высоте сопла, при небольших расходах рабочего тела сопла приходится располагать не по всей окружности, а по ее части — в виде сегментов или отдельных каналов. Такой способ подвода газа называется парциальным. Наличие парциального подвода характерно для многих автономных турбин ЖРД- [c.221]

Парциальную турбину выполняют активной, так как при парциальном подводе вследствие растекания газа и перетекания его со входа в колесо на выход по дуге, не занятой соплами, невозможно поддержать перепад давлений, необходимый для обеспечения реактивности колеса, и с введением реактивности увеличиваются потери на перетекание. Автономную турбину ЖРД всегда выполняют активной, даже в случае подвода газа по всей окружности, вследствие того, что для активных турбин характерны высокие коэффициенты работы т- [c.221]

Предкамерным турбинам ЖРД соответствуют малые бх (см. разд. 4.1.1), при которых Мх < 1,2, поэтому в этих турбинах в качестве сопловых решеток можно применять решетки с профилями групп А и Б. Значения Мх > 1,2 соответствуют автономным турбинам ЖРД с высокой бх, поэтому для автономных турбин можно использовать сопловые решетки с профилями группы В. Однако в автономных турбинах, которые часто выполняются парциальными (с подводом газа не по всей окружности колеса), широко применяют конические сопла (рис. 4.18). [c.240]

Сверхзвуковые скорости обтекания рабочей решетки соответствуют автономным турбинам ЖРД- Эти турбины выполняют активными. [c.245]

При увеличении высоты сопла уменьшаются вторичные потери. Зависимость скоростного коэффициента решетки (с учетом вторичных потерь) от относительной высоты сопла представлена на рис. 4.28. Если высота сопл будет меньше 10 мм (/1с/ л.с < 1>2), то обычно следует переходить к подводу газа не по всей окружности, а по части ее (к парциальному подводу). При этом ступень должна быть выполнена активной. Автономные турбины ЖРД, как правило, являются турбинами с парциальным подводом. [c.248]

Сопловые лопатки предкамерных турбин имеют достаточно большую высоту, поэтому их хорда принимается обычно большей, чем хорда лопаток автономных турбин ( л.стш = 15. .. 30 мм). [c.249]

Напомним, что лопатки автономных турбин ЖРД являются относительно короткими ( >ср/ л >10), поэтому они выполняются с постоянным профилем по высоте. Лопатки предкамерных турбин при Ос1 Ьл<7 следует профилировать по радиусу (см. разд. 2.10.2). [c.253]

В автономных турбинах ЖРД, где уплотнение по осевому зазору обычно отсутствует, осевой зазор уменьшают. При парциальном подводе газ через осевой зазор перетекает по дуге, не занятой соплами, на выход из турбины и это приводит к падению КПД турбины. В парциальных турбинах осевой зазор делают минимально допустимым для обеспечения надежной работы в горячем состоянии, т. е. в условиях, когда проявляются температурные деформации. При холодном двигателе этот зазор обыкновенно составляет 2. .. 3 мм. [c.253]

Для уменьшения массы конструкции и снижения расхода рабочего тела необходимо иметь высокие коэффициенты окружной работы. Это особенно важно для автономных турбин ЖРД (см. разд. 4.1.1). [c.258]

В автономных турбинах ЖРД с целью уменьшения расхода газа стараются обеспечить большие значения адиабатной работы (/.оад [c.258]

На рис. 4.38 и 4.39 видно, что при малых значениях w/сад активная одноступенчатая турбина имеет большие "значения коэффициента окружной работы L и КПД т] , чем реактивные одноступенчатые турбины. Поэтому в качестве автономных турбин применяют активные турбины. [c.258]

Автономные турбины, а при высоком давлении на входе и предкамерные турбины ЖРД приходится выполнять парциальными (е < 1). Введение парциальности позволяет увеличить высоту сопл и лопаток рабочего колеса, а это приводит к уменьшению концевых потерь в решетке, а также потерь, вызываемых утечками и трением диска. Однако уменьшение 8 ведет к увеличению потерь, связанных с парциальностью и трением бандажа. Поэтому существует такое значение е, при котором потери в турбине достигают минимума. Это значение в называется оптимальным. [c.267]

Остановимся на определении оптимального отношения (и/сад)ор1> при котором достигает максимума (рис. 4.47). Эту величину полезно знать при расчете автономной турбины ЖРД, хотя, как правило, расчетное значение и/сад автономных турбин меньше оптимального. [c.267]

Из многоступенчатых турбин наибольшее распространение в ЖРД получили активные турбины со ступенями скорости. Как показано ниже, эти турбины позволяют получить при том же числе ступеней большее значение коэффициентов работы в области низких значений ы/са , чем многоступенчатые реактивные турбины и активные турбины со ступенями давления. Низкие значения и/сад, как уже отмечено, соответствуют автономным турбинам ЖРД-272 [c.272]

В области малых значений м/Сад, т. е. в области рабочих режимов автономных турбин ТНА ЖРД, значения коэффициентов окружной работы для многоступенчатых турбин со ступенями скорости значительно превышают значения коэффициентов работы для одноступенчатой активной турбины. Это превышение возрастает с увеличением числа ступеней. Однако из соображений минимального усложнения конструкции и минимального увеличения массы число ступеней не, делают больше двух. [c.277]

По зависимостям, приведенным на рис. 4.60, можно сравнить коэффициенты окружной работы двухступенчатых турбин. При малых значениях и/сад, свойственных автономным турбинам, преимущество имеет турбина со ступенями скорости, поэтому этот тип двухступенчатой турбины нашел применение в ТНА ЖРД- [c.277]

По использованию рабочего тела турбины выделяют ТНА с автономной или предкамерной турбиной, каждая из которых имеет характерные конструктивные особенности, что предопределяет выбор компоновочной схемы ТНА. Так, автономная турбина малорасходная т = 2...5 %т ), поэтому проблема подвода и отвода газа от нее решается достаточно просто и практически не оказывает влияния на выбор компоновочной схемы. Кроме того, автономные турбины вьшолняются, как правило, активными с относительно малым давлением газа на выходе - (2...5) 10 Па, что упрощает систему уплотнений самой газовой полостью турбины. И наоборот, для предкамерной турбины характерны большие расходы рабочего тела (/й . = 30...70 % и более) и высокие значения давлений на входе и выходе турбины. Как правило, давление газа на выходе предкамерной турбины всегда больше давления в камере двигателя на 10...30 %, а давление на входе в турбину составляет (1,5...2) р . У такой турбины для подвода и отвода больших расходов газа с высоким давлением газоводы получаются толстостенными со сложной конфигуращ1ей. Кроме того, конструкщ1я уплотнительного узла, обеспечивающего надежную герметизацию полостей с высоким давлением газа турбины и жидкостной насоса, получается сложной. [c.199]

Однократное включение Многократное включение Автономная турбина Предкамерная турбина Центробежный насос Шнекоцентро бежн ый насос [c.393]

Выбор вида турбины определяется схемой двигателя и параметрами рабочего тела турбины. Условия работы турбинь существенно зависят от того, подается ли газ после турбины в камеру сгорания или нет. В первом случае турбину назьшают предкамерной (схема ЖРД с дожиганием генераторного газа), во втором - автономной (схема ЖРД без дожигания генераторного газа). В схеме с предкамерной турбиной давление на выходе из турбины (противодавление) велико, оно определяется давлением в камере сгорания двигателя. В схеме с автономной турбиной противодавление значительно меньше, так как газ после турбины выбрасывается через рулевые сопла или насадки, минуя камеру сгорания. [c.123]

После автономной турбины газ поступает в специальные сопла (иногда это рулевые сопла управления ракетой) и выбрасывается через них, создавая дополнительную тягу. Если хотя бы один из компонентов топлива является криогенным, то перед поступлением в сопла газ используется для испарения в теплообменнике определенного количества криогенного компонента, предназначенного для наддува бака с этим компонентом. Если один из компонентов топлива высококипящий (некриогенный), то часть газа после турбины может использоваться для наддува бака с этим компонентом. [c.24]

Получить большую работу с единицы массы газа можно, если газ имеет высокую энергию. Так как температура газа ограничена прочностью турбины, то увеличить энергию газа можно увеличением его давления. Давление на выходе из автономной турбины сравнительно невелико (0,2. .. 0,5 МПа), поэтому при высоком давлении газа на входе автономная турбина имеет большую степень понижения давления б. Обычно б = 20. ..50. Таким образом, автономная турбина является малорасходной, с большой степенью понижения давления б. Напомним, что в случае предкамерной турбины б = = 1,3. .. 1,8. Насосы в системе питания с автономной турбиной должны обладать высоким КПД, так как уменьшение КПД увеличивает затрачиваемую мощность на их привод и соответственно расход газа через турбину. Относительный расход газа на автономную турбину (отношение расхода через турбину к общему расходу компонентов) зависит от тяги двигателя и давления в камере сгорания и составляет 2. .. 6 %. Примерно настолько же падает удельный импульс двигателя с автономной турбиной. [c.26]

Отсюда вытекает основная особенность автономных турбин ЖРД в связи с необходимостью работы этих турбин с малым расходом рабочего тела важно получить не максимальный КПД турбины, а высокую удельную работу которая обеспечивается большой адиабатной работой оад (КПДтурбины при увеличении оад снижается). Однако при заданной адиабатной работе оад повышение КПД турбины увеличивает удельную работу турбины т [см. формулу (4.4) ] и уменьшает потребный расход рабочего тела [см. формулу [c.220]

В турбинах ЖРД часто применяют парциальный подеод. В автономных турбинах парциальный подвод применяют особенно часто, так как при малом расходе рабочего тела и подводе газа по всей окружности высота сопловых и рабочих лопаток была бы очень мала и течение газа в межлопаточных каналах сопровождалось бы большими концевыми потерями. [c.262]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...