RU2106534C1 - Бустерный турбонасосный агрегат - Google Patents
Бустерный турбонасосный агрегат Download PDFInfo
- Publication number
- RU2106534C1 RU2106534C1 RU96119079A RU96119079A RU2106534C1 RU 2106534 C1 RU2106534 C1 RU 2106534C1 RU 96119079 A RU96119079 A RU 96119079A RU 96119079 A RU96119079 A RU 96119079A RU 2106534 C1 RU2106534 C1 RU 2106534C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- impeller
- pump
- outlet
- oxygen
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D13/00—Pumping installations or systems
- F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D13/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid driven
- F04D13/043—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid driven the pump wheel carrying the fluid driving means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Бустерный турбонасосный агрегат предназначен для использования в жидкостных ракетных двигателях, а также в стендовых установках в криогенной технике и химической промышленности. Агрегат содержит корпус, в котором есть вход и выход для подаваемого кислорода, а также вход и выход для рабочего тела турбины, рабочее колесо насоса установлено на подшипниках в корпусе. С ним скреплено рабочее колесо турбины, которое имеет профилированные лопатки. Выход турбины непосредственно сообщен с выходом насоса. В качестве рабочего тела турбины служат продукты сгорания в кислороде горючего, например углеводородного, с избытком кислорода. Рабочее колесо турбины закреплено на периферийной диаметральной части рабочего колеса насоса. Такая конструкция агрегата позволяет уменьшить количество кислорода для привода турбины, работающей на окислительном газе, а также сократить осевой габарит бустерного турбонасосного агрегата. 4 з.п., ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД) с раздельными турбонасосными агрегатами (ТНА), а более конкретно - к бустерным турбонасосным агрегатам (БТНА), преимущественно ЖРД. Изобретение может быть использовано и в стендовых установках, в криогенной технике и химической промышленности, а также там, где есть необходимость подачи жидкого кислорода в значительных количествах и под высоким давлением.
В настоящее время в технике известны и нашли распространение раздельные ТНА, применяемые на одном ЖРД для подачи компонентов ракетного топлива. Так, из патента Российской Федерации N 2024777, кл. F 02 K 9/48, 1994 известен ЖРД на криогенных компонентах топлива, в котором использованы раздельные ТНА для подачи компонентов топлива в камеру ЖРД. В этом двигателе имеется насос жидкого кислорода и приводящая его в действие турбина, рабочее колесо которой посажено на общем валу с рабочим колесом насоса.
Недостаток известного решения заключается в том, что турбина насоса окислителя работает на газообразном горючем (водороде). Это требует значительного осевого габарита ТНА и сложной системы уплотнения между газовой (водородной) турбиной и насосом жидкого кислорода.
Из заявки ЕПВ N 0374020, кл. F 02 K 9/48, 1990 известна установка для питания компонентами топлива под высоким давлением ракетных двигателей. Установка содержит два автономных ТНА, смонтированных в общем корпусе или жестко связанных между собой корпуса. В каждом ТНА рабочие колеса насосов и турбин посажены на общем валу. В каждом случае между турбиной и насосом имеются уплотнительные устройства, регламентирующие соответствующее разделение полостей турбин и насосов. Рабочим телом турбин является газ, вырабатываемый газогенератором.
Недостаток известного решения заключается в том, что в нем получаются значительные осевые габариты конструкции, а насос окислителя во многих случаях требует наличия достаточно сложных уплотнительных устройств. Кроме того разделительная конструкция ТНА (не в общем корпусе) обеспечивает более оптимальные массовые и габаритные характеристики объекта техники, например ЖРД, в который входит ТНА за счет более оптимальной компоновки двигателя.
Наиболее близким к изобретению является бустерный турбонасосный агрегат для подачи жидкого кислорода, преимущественно в жидкостных ракетных двигателях, содержащий корпус, имеющий вход и выход для подаваемого кислорода, вход и выход для рабочего тела турбины, установленное на подшипниках в корпусе рабочее колесо насоса и сцепленное с ним рабочее колесо турбины с профилированными лопатками, причем турбина имеет входную и выходную полости, а выход турбины непосредственно сообщен с выходом насоса (см. Гахун Г.Г. и др. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. М., Машиностроение, 1989, с. 94, рис. 5.7, БТНА американского двигателя SSME).
Недостатки известного бустерного турбонасоса агрегата заключается в том, что он имеет большой осевой габарит, недостаточную мощность, а следовательно, в нем невозможно повысить создаваемый насосом напор без существенного изменения массового расхода кислорода, используемого в качестве рабочего тела турбины БТНА.
Описываемое изобретение направлено на получение технического результата, заключающегося в повышении мощности агрегата, а следовательно, и создаваемого насосом гидравлического напора, не прибегая к существенному увеличению массы кислорода, используемого в составе рабочего тела турбины, а также в сокращении осевого габарита агрегата.
Данный технический результат достигается тем, что в бустерном турбонасосном агрегате для подачи жидкого кислорода, преимущественно в жидкостных ракетных двигателях, содержащем корпус, имеющий вход и выход для подаваемого кислорода, и вход и выход для рабочего тела турбины, установленное на подшипниках в корпусе рабочее колесо насоса и сцепленное с ним рабочее колесо турбины с профилированными лопатками, причем турбина имеет входную и выходную полости, а выход турбины непосредственно сообщен с выходом насоса, в качестве рабочего тела турбины служат с избытком кислорода, продукты сгорания горючего, например углеводородного, в кислороде, а рабочее колесо турбины закреплено на периферийной диаметральной части рабочего колеса насоса.
Рабочее колесо насоса может быть выполнено в виде шнека, а рабочее колесо турбины может иметь внутреннюю цилиндрическую поверхность, в которую посажен и приварен по периферийным участкам лопастей шнек насоса.
Рабочее колесо насоса может быть выполнено центробежным, а рабочее колесо турбины приварено к периферийной части этого центробежного рабочего колеса.
Выход из турбины может быть выполнен в виде кольцевой цилиндрической полости в корпусе, сообщающейся отверстиями с коническим кольцевым патрубком, в котором выполнены каналы, сообщающие выход из турбины с выходом из насоса.
Выход из насоса может быть оформлен в виде заканчивающегося цилиндрическим каналом кольцевого конического патрубка с расположенными в нем спрямляющими поток лопатками.
Таким образом, поставленная задача решается использованием на турбине БТНА в качестве рабочего тела продуктов сгорания горючего с избытком кислорода, например углеводородного, при одновременном выполнении рабочего колеса турбины закрепленным, например сваркой, на периферийной диаметральной части рабочего колеса насоса. В нашем случае проблема необходимости герметизации полости турбины от полости насоса решается просто в связи с тем, что для данного технического решения можно допустить попадание рабочего тела турбины в насосную полость жидкого кислорода и наоборот. Данное обстоятельство позволяет рабочее колесо турбины закрепить на периферийной части рабочего колеса насоса, обеспечив тем самым малый осевой габарит агрегата.
Следует также отметить, что в многих случаях на описываемом агрегате энергетически проще осуществлять регулирование числа оборотов, так как оно может быть обеспечено за счет изменения содержания продуктов сгорания в рабочем теле турбины путем изменения в нем количества сжигаемого в кислороде горючего, например углеводородного.
На фиг. 1 представлен БТНА со шнековым рабочим колесом насоса; на фиг. 2 представлен БТНА с центробежным рабочим колесом насоса.
Конструкция БТНА, изображенного на фиг. 1, представляет собой следующее: составной корпус, состоящий из соединенных фланцевым соединением корпусов 1 и 2, имеет закрепленную на силовых ребрах 3 втулку 4, внутренняя полость которой закрыта обтекателем 5. Внутри втулки 4 размещен шарикоподшипник 6, посаженный на рабочем колесе насоса, выполненным в виде шнека 7. Обтекателем 5 поджат вкладыш 8, установленный во втулке 4. Во вкладыше 8 имеются отверстия 9, сообщающие полость вкладыша 8 с каналом 10 высокого давления. Корпус 2 составного корпуса содержит обтекатель 11, закрепленный в нем с помощью спрямляющих лопастей 12. В этом обтекателе 11 установлен шарикоподшипник 13, закрепленный с помощью гайки 14 на шнеке 7. Шнек имеет лопасти 15. По этим лопастям 15 шнек 7 вставлен в рабочее колесо турбины 16 и сварен с ним, т.е. рабочее колесо турбины 16 закреплено на периферийной части рабочего колеса насоса, в данном случае шнекового. Рабочее колесо турбины 16 имеет профилированные лопатки 17, межлопаточные пространства которых сообщены (соплами в сопловом аппарате, не показанными на фиг.) с входным патрубком 18 корпуса. Этот патрубок 18 служит для подвода продуктов сгорания с избытком кислорода. Выходная полость турбины 16, выполненная в корпусе 2 в виде кольцевой цилиндрической полости, сообщается каналами 19 с коническим кольцевым патрубком 20, который отверстиями 21 сообщается с цилиндрическим выходом 22.
Другая конструкция БТНА представлена на фиг. 2, где в корпусе 23 размещены центробежное рабочее колесо 24 насоса и рабочее колесо 25 турбины, скрепленные между собой, например, сваркой. В принципе детали 24 и 25 могут быть выполнены литьем или точением за одно целое. Рабочее колесо 24 насоса имеет профилированные лопатки 26, а рабочее колесо 25 турбины имеет профилированные лопатки 27. Рабочее колесо 24 посажено на вал 28, на котором также закреплен шнек 29. При этом рабочее колесо 24 установлено и закреплено консольно на валу 28 в подшипниках 30 и 31. Отметим, что наличие шнека 29 в конструкции на фиг. 2 не обязательно. Конструкция насоса здесь может иметь только центробежное рабочее колесо 24. Корпус 23 может быть выполнен разъемным, сварным, паяным и пр.
На фиг. 2 имеется вход 32 для жидкого кислорода, а также вход 33 для продуктов сгорания углеводородного горючего с избытком кислорода. Агрегат имеет также выход 34 для кислорода с продуктами сгорания углеводородного горючего (в принципе горючее может быть и иным, например водородом).
Работает агрегат следующим образом.
На вход насоса подается жидкий кислород (показано стрелкой на фиг. 1 и фиг. 2), а продукты сгорания с избытком кислорода подаются на вход турбины (показано стрелкой на фиг. 1 и фиг. 2). Продукты сгорания далее попадают на профилированные лопатки 17 (27) турбины, обеспечивая подачу жидкого кислорода шнеком 7 в конструкции на фиг. 1 и шнеком 29 и рабочим колесом 24 в конструкции на фиг. 2. За турбиной 17 продукты сгорания с избытком кислорода через отверстия 19 попадают в полость конического кольцевого патрубка 20, а затем через отверстия 21 на выход агрегата, где происходит их смешение и конденсация.
В конструкции на фиг. 2 смешение продуктов происходит за профилированными каналами 26 насоса и профилированными лопатками 27 турбины. После этого кислород с продуктами сгорания направляется на выход 34 (показано стрелкой на фиг. 2).
В насосе на фиг. 1 имеется канал высокого давления 10, в который подается жидкий кислород высокого давления, обеспечивая разгрузку шнека 7 от действия осевых сил. Следует отметить, что такая разгрузка не всегда является необходимой. Для насосов с небольшой производительностью и пониженными оборотами необходимости в такой разгрузке может и не быть.
Claims (5)
1. Бустерный турбонасосный агрегат для подачи жидкого кислорода, преимущественно в жидкостных ракетных двигателях, содержащий корпус, имеющий вход и выход для подаваемого кислорода, и вход и выход для рабочего тела турбины, установленное на подшипниках в корпусе рабочее колесо насоса и сцепленное с ним рабочее колесо турбины с профилированными лопатками, причем трубина имеет входную и выходную полости, а выход турбины непосредственно сообщен с выходом насоса, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела трубины служат с избытком кислорода продукты сгорания горючего, например углеводородного, в кислороде, а рабочее колесо турбины закреплено на периферийной диаметральной части рабочего колеса насоса.
2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что рабочее колесо насоса выполнено в виде шнека, а рабочее колесо турбины имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность, в которую посажен и приварен по периферийным участкам лопастей шнек насоса.
3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что рабочее колесо насоса выполнено центробежным, а рабочее колесо турбины приварено к периферийной части этого центробежного рабочего колеса.
4. Агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что выход из трубины выполнен в виде кольцевой цилиндрической полости в корпусе, сообщающейся отверстиями с коническим кольцевым патрубком, в котором выполнены каналы, сообщающие выход из трубины с выходом из насоса.
5. Агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что выход из насоса оформлен в виде заканчивающегося цилиндрическим каналом кольцевого конического патрубка с расположенными в нем спрямляющими поток лопастями.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96119079A RU2106534C1 (ru) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | Бустерный турбонасосный агрегат |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96119079A RU2106534C1 (ru) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | Бустерный турбонасосный агрегат |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2106534C1 true RU2106534C1 (ru) | 1998-03-10 |
RU96119079A RU96119079A (ru) | 1998-12-20 |
Family
ID=20185828
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96119079A RU2106534C1 (ru) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | Бустерный турбонасосный агрегат |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2106534C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445515C1 (ru) * | 2010-12-23 | 2012-03-20 | Николай Борисович Болотин | Шнекоцентробежный насос |
RU2466299C2 (ru) * | 2009-01-30 | 2012-11-10 | Николай Борисович Болотин | Шнекоцентробежный насос |
RU2533524C1 (ru) * | 2013-10-01 | 2014-11-20 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Турбонасосный агрегат окислителя жидкостного ракетного двигателя безгенераторной схемы |
MD4338C1 (ru) * | 2013-05-21 | 2015-10-31 | Юрий ЩИГОРЕВ | Шнековый электрический насос с автономным охлаждением |
WO2016118208A3 (en) * | 2014-11-12 | 2016-09-09 | Aerojet Rocketdyne, Inc. | Turbopump machine with isolated cooling passage discharge |
RU182784U1 (ru) * | 2017-06-28 | 2018-08-31 | Валерий Игнатьевич Гуров | Система подачи криогенной жидкости |
RU2730566C1 (ru) * | 2019-05-06 | 2020-08-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Бустерный турбонасосный агрегат ЖРД (варианты) |
-
1996
- 1996-09-25 RU RU96119079A patent/RU2106534C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Гахун Г.Г. и др. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. М., Машиностроение, 1989, с.94, рис.5.7. * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2466299C2 (ru) * | 2009-01-30 | 2012-11-10 | Николай Борисович Болотин | Шнекоцентробежный насос |
RU2445515C1 (ru) * | 2010-12-23 | 2012-03-20 | Николай Борисович Болотин | Шнекоцентробежный насос |
MD4338C1 (ru) * | 2013-05-21 | 2015-10-31 | Юрий ЩИГОРЕВ | Шнековый электрический насос с автономным охлаждением |
RU2533524C1 (ru) * | 2013-10-01 | 2014-11-20 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Турбонасосный агрегат окислителя жидкостного ракетного двигателя безгенераторной схемы |
WO2016118208A3 (en) * | 2014-11-12 | 2016-09-09 | Aerojet Rocketdyne, Inc. | Turbopump machine with isolated cooling passage discharge |
US10443438B2 (en) | 2014-11-12 | 2019-10-15 | Aerojet Rocketdyne, Inc. | Turbopump machine with isolated cooling passage discharge |
RU182784U1 (ru) * | 2017-06-28 | 2018-08-31 | Валерий Игнатьевич Гуров | Система подачи криогенной жидкости |
RU2730566C1 (ru) * | 2019-05-06 | 2020-08-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Бустерный турбонасосный агрегат ЖРД (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7828511B1 (en) | Axial tip turbine driven pump | |
JP2004517239A (ja) | ガスタービンの支持軸受用のドレン装置 | |
US20190003423A1 (en) | Dual-expander short-length aerospike engine | |
RU2106534C1 (ru) | Бустерный турбонасосный агрегат | |
US7544039B1 (en) | Dual spool shaft with intershaft seal | |
US3232048A (en) | Rocket engine | |
US5697767A (en) | Integrated turbine and pump assembly | |
RU2352804C1 (ru) | Жидкостный ракетный двигатель | |
US2445856A (en) | Rotary reaction motor | |
US20210071620A1 (en) | One wheel turbopump | |
US7931441B1 (en) | Inducer with tip shroud and turbine blades | |
US5197851A (en) | Axial flow turbopump with integrated boosting | |
US5224817A (en) | Shunt flow turbopump with integrated boosting | |
RU96119079A (ru) | Бустерный турбонасосный агрегат | |
US4500254A (en) | Gas expansion motor | |
US20020095935A1 (en) | Single shaft hybrid supercharger system | |
US3408817A (en) | Liquid rocket engine and fuel system therefor | |
Kamijo et al. | Development of liquid oxygen and hydrogen turbopumps for the le-5 rocket engine | |
US2592227A (en) | Combined radial and axial flow multistage turbine | |
US4989411A (en) | Over the shaft fuel pumping system | |
US5022228A (en) | Over the shaft fuel pumping system | |
US8622690B1 (en) | Inter-propellant thrust seal | |
US3009319A (en) | Turbojet engine | |
US3276204A (en) | Apparatus for supplying heated gases | |
RU2786605C1 (ru) | Жидкостный ракетный двигатель с дожиганием |