Материал: Ракетно-космическая техника и технология 2015. тез. докл. Российской науч.- техн. конф., посвященной 50-летию первого запуска РН «Протон» 16 июля 1965 года. Федеральное космическое агентство

подачи водорода в ядерную энергосиловую установку. Ими был проведен цикл исследовательских работ по выбору наиболее рациональной схемы размещения бакового водородного бустерного агрегата. Исследованные схемы изображены на рис. 1.

65

а) вертикальное расположение оси бустерного насоса в теплоизолированном отсеке днища бака;

b) вертикальное расположение оси бустерного насоса с турбинным приводом, в теплоизолированном коленообразном отсеке;

с) горизонтальное расположение оси бустерного насоса в баке; d) вертикальное расположение оси бустерного насоса с приводом от электромотора и нижним расположением входного патрубка. Рис. 1. Схемы размещения бустерного водородного насоса в баке

Наилучшие результаты показала схема "d" с приводом бустерного насоса от электромотора и с нижним расположением входного патрубка.

Литература

1.Глушко В.П. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания: справочник /В.П. Глушко. – М.: Машиностроение, 1975.–545с.

2.Алемасов В.Е. Теория ракетных двигателей: учеб.пособие для вузов / В.Е. Алемасов, А.Ф. Другалин, А.П. Тишин. – М:, Машиностроение, 1980.–536с.

3.Бережинский Р.А. Конструкция и проектирование ЖРД: учебное пособие / Р.А. Бережинский, С.Г. Валюхов, В.А. Коробченко. – Воронеж: ВГТУ, 2002.–165с

66

УДК 621.454.2

УСЛОВИЕ БЕСКАВИТАЦИОННОЙ РАБОТЫ В НАСОСАХ ЖРД

И. В. Вольнов, ВГТУ, студент группы РД-111, тел. +7(915)-858- 4546

Кавитация — процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков пара в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром самой жидкости, в которой возникает. Практика показывает, что областью возможного возникновения кавитации в центробежных насосах является нерабочая (задняя) сторона входной части лопаток рабочего колеса, так как именно в этой области проточного тракта насоса наблюдается самое низкое давление

Химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в которой развивается кавитация. Эта эрозия и составляет один из факторов вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схлопывании пузырьков и воздействующими на поверхности указанных материалов.

Кавитационная эрозия металлов вызывает разрушение рабочих органов насосов, кавитация также является причиной шума, вибрации и снижения эффективности работы насосов. Основной проблемой в кавитации является эрозия. Быстро меняющиеся высокие давления и тепловые ударные волны разрушают материал деталей, находящихся в кавитационной области. По экспериментальным данным установлено, что максимальный шум и эрозия на деталях наступают одновременно. Процесс эрозии деталей насосов, турбин, клапанов и других механизмов происходит так быстро, что, например, рабочее колесо насоса после нескольких недель работы часто выходит из строя. Насосы кавитируют, когда давления низки или скорости очень велики. В этих условиях происходит отрыв жидкости от рабочего элемента

67

насоса (поршня, лопатки и др.). Отрыв жидкости в основном зависит от величины давления на входе в рабочую камеру насоса. Если давление оказывается недостаточным и не обеспечивает неразрывности потока, то происходит отрыв жидкости и в насосе возникает кавитация

Кавитационные срывы обычно возникают при запуске и переходных режимах двигателя. Различают два режима кавитационных срывов. Первым называется такой режим работы при котором конденсация паров происходит еще в самом насосе и мало влияет на напор, развиваемый насосом. При дальнейшем уменьшении кавитационного запаса интенсивность кавитации возрастает и наступает такой момент, когда парообразование становиться столь большим, что конденсация паров в насосе не успевает происходить. В этот момент напор и подача насосом жидкости резко падают – наступает так называемый второй кавитационный режим или срыв подачи.

Так как кавитационная эрозия развивается постепенно, в течении некоторого времени, то ввиду малой продолжительности работы ЖРД она большей частью не является ограничением для применения в ЖРД насоса, работающего на режиме кавитации.

Рис. 1. Процесс кавитации в воде

Совершенно ясно, однако, что работа насосов ЖРД в условиях кавитации, особенно в условиях приближенных ко второму режиму, совершенно недопустимо. Срыв подачи обязательно приводит к нарушению правильного сгорания топлива в камере и может

68

вызвать взрыв двигателя. Поэтому насос ЖРД должен быть спроектирован так, чтобы возможность интенсивной кавитации в нем была полностью исключена.

Условие бескавитационной работы насоса может быть выражено в виде неравенства:

где j – перегрузка, действующая на жидкость на данном этапе полета РН;

l – высота столба жидкости в магистрали от верхнего уровня в баке компонента до входа в рабочее колесо насоса;

с– абсолютная скорость жидкости на входе в рабочее колесо;

м– гидравлические потери давления в магистрали от бака компонента до входа в рабочее колесо.

п– давление насыщенных паров при рабочей температуре перекачиваемой жидкости.

Отсюда первый вывод: для обеспечения бескавитационной работы насоса необходимо уменьшать гидравлическое сопротивление подводящей магистрали, повышать давление в баках и ограничивать скорость жидкости на входе в насос. Значение давления насыщенных паров п– с ростом температуры возрастает. Инерционный подпор ρlj принимает минимальное значение в начале полета РН. Отсюда второй вывод: кавитационный расчет насоса следует производить для условий начала полета РН, а так же для максимальной в условиях эксплуатации температуры жидкости. На практике на основании стендовых испытаний вновь создаваемых насосов получают так называемые срывные характеристики насоса

Срывные характеристики представляют собой зависимость напора, создаваемого насосом, от статического давления на входе в насос при постоянных значениях угловой скорости вращения рабочего колеса и расхода через насос. Условно считают, что наступлению кавитации Поскольку условия работы насоса с точки зрения кавитации тем

лучше, чем выше давление на входе в насос, предпринимаются следующие меры: 1) уменьшаются потери давления в магистралях;

69