RU2175407C2

RU2175407C2 - Turbopump set

Info

Publication number: RU2175407C2
Application number: RU99124450/06A
Authority: RU
Inventors: Е.А. Гриценко; В.С. Анисимов; И.П. Косицын; М.В. Коротов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова"
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2001-10-27

Abstract

FIELD: turbines and pumps. SUBSTANCE: invention can be used for pumping cryogenic components. Turbopump set has pump and turbine arranged in housing connected over periphery by fasteners, radial-thrust bearing, pressure and sealing devices. Pressure device is made in form of plunger spring-loaded by split ring with conical end faces and provided with holes. Split ring is pressed to end face of bearing. Holes communicate with each other, with higher pressure area, with behind-the-plunger space and with bearing space. Opposite walls of housing of pump and turbine are made in form of diaphragms. Sealing is installed between diaphragms in central part. EFFECT: increased reliability of set. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к турбонасосостроению и может найти применение в турбонасосных агрегатах для перекачки криогенных жидкостей, например жидкого кислорода. The invention relates to turbopump construction and may find application in turbopump units for pumping cryogenic liquids, for example liquid oxygen.

Известен турбонасосный агрегат, содержащий рабочее колесо, турбину, корпуса и прижимное устройство (см. авт. св. СССР N 408066, F 16 C 19/00, 1971). A known turbopump assembly comprising an impeller, a turbine, housings and a clamping device (see ed. St. USSR N 408066, F 16 C 19/00, 1971).

Недостатком известного устройства является низкая надежность в работе из-за отсутствия гарантийного поджатия подшипника в работе из-за наличия значительных изменений длинновых размеров деталей поджатия при работе насосов с криогенными компонентами. A disadvantage of the known device is the low reliability in operation due to the lack of a guaranteed preload of the bearing in operation due to the presence of significant changes in the long dimensions of the preload parts during operation of pumps with cryogenic components.

Известен турбонасосный агрегат, содержащий рабочее колесо насоса и турбину, расположенные в корпусах, соединенных с помощью крепежа, радиально-упорный подшипник, прижимное и уплотнительное устройства (см. книгу Г.С. Жирицкий и др. "Газовые турбины авиационных двигателей", Оборонгиз, М., 1963, с.582). A known turbopump assembly comprising a pump impeller and a turbine located in housings connected by fasteners, an angular contact bearing, a clamping and sealing device (see the book by G.S. Zhiritsky and others. "Gas turbines of aircraft engines", Oborongiz, M., 1963, p. 582).

Недостатком известного устройства является низкая надежность в работе, особенно в агрегатах, перекачивающих криогенные жидкости, например жидкий кислород. Низкие температуры криогенных компонентов в работе охлаждают корпусные и остальные детали до низких температур, что приводит к значительным изменениям габаритов этих деталей. Расположенные на внешних элементах крупногабаритных корпусов уплотнения могут потерять герметичность, и утечки жидкого кислорода за пределы агрегата могут привести к возгораниям как самого агрегата, так и окружающих конструктивных элементов. Те же температурные условия в районе подшипника приведут к изменению размеров поджимных деталей и появлению зазоров в пакете деталей, фиксирующих подшипник в осевом направлении, что может привести к многократным перемещениям подшипника под действием вибраций, к преждевременному износу его, что также снижает надежность в работе. A disadvantage of the known device is its low reliability, especially in units pumping cryogenic liquids, for example liquid oxygen. The low temperatures of the cryogenic components during operation cool the hull and other parts to low temperatures, which leads to significant changes in the dimensions of these parts. Seals located on the external elements of large-sized enclosures can lose their tightness, and leakage of liquid oxygen outside the unit can lead to fires both of the unit itself and of the surrounding structural elements. The same temperature conditions in the area of the bearing will lead to a change in the size of the pressing parts and the appearance of gaps in the package of parts fixing the bearing in the axial direction, which can lead to repeated movements of the bearing under the influence of vibrations, to premature wear, which also reduces reliability.

Цель изобретения - повышение надежности турбонасосного агрегата. The purpose of the invention is to increase the reliability of the turbopump unit.

Эта цель достигается тем, что прижимное устройство подшипника выполнено в виде плунжера, подпружиненного посредством разрезного кольца с коническими торцами к торцу подшипника и имеющего сообщенные между собой каналы и отверстия, связанные с областью повышенного давления насоса и сообщенные соответственно с полостью за плунжером и полостью подшипника. При этом противолежащие стенки корпусов насоса и турбины выполнены в виде мембран, между которыми в центральной части размещено уплотнение. This goal is achieved by the fact that the bearing clamping device is made in the form of a plunger, spring loaded by means of a split ring with tapered ends to the end of the bearing and having channels and openings connected to each other, connected to the pump increased pressure area and communicated respectively with the cavity behind the plunger and the bearing cavity. In this case, the opposite walls of the pump and turbine housings are made in the form of membranes, between which a seal is placed in the central part.

Турбонасосный агрегат изображен на чертеже, продольный разрез. Turbopump assembly shown in the drawing, a longitudinal section.

Турбонасосный агрегат содержит рабочее колесо 1, турбину 2, корпус насоса 3 и корпус турбины 4, соединенные крепежом 5, расположенным на их периферии, уплотнение 6 стыка. The turbopump assembly comprises an impeller 1, a turbine 2, a pump casing 3 and a turbine casing 4 connected by fasteners 5 located on their periphery, a joint seal 6.

При этом противолежащие стенки 7 и 8 корпусов 3 и 4 выполнены в виде мембран (по сравнению с наружными стенками этих корпусов). Прижимное устройство радиально-упорного подшипника 9 выполнено в виде плунжера 10, подпружиненного посредством разрезного кольца 11 с коническими торцами и поджатого к торцу подшипника. Плунжер 10 снабжен каналами 12 и отверстиями 13, связанными с полостью повышенного давления 14, в которую компонент с повышенным давлением поступает по трубопроводу 15, например, с выхода из насоса. По каналам 12 компонент подается в полость 16 за плунжером, а по отверстиям 13 в полость подшипника 9. In this case, the opposite walls 7 and 8 of the buildings 3 and 4 are made in the form of membranes (compared with the outer walls of these buildings). The clamping device of the angular contact bearing 9 is made in the form of a plunger 10, spring-loaded by means of a split ring 11 with conical ends and pressed against the end of the bearing. The plunger 10 is provided with channels 12 and holes 13 associated with the pressure chamber 14, into which the component with high pressure enters through the pipe 15, for example, from the outlet of the pump. Through channels 12, the component is fed into the cavity 16 behind the plunger, and through the holes 13 into the bearing cavity 9.

Во время работы турбонасосного агрегата вращающаяся турбина 2 приводит во вращение рабочее колесо 1 насоса, из полости насоса по трубопроводу 15 компонент поступает в полость 14, откуда по каналам 12 подается в полость 16, а по отверстиям 13 - в полость подшипника 9. Давление в полости подшипника ниже, чем в полости 16, за счет частичного сброса компонента из полости подшипника 9 через подшипник 9 и отверстия в ступице колеса 1 на вход в колесо 1. Под действием перепада давлений между полостями 16 и полостью подшипника плунжер 10 прижимается к подшипнику 9. Разрезное кольцо 11 за счет сил упругости и за счет охлаждения криогенным компонентом будет уменьшаться в диаметральном направлении и коническим торцем будет нажимать на плунжер 10, дополнительно прижимать его к подшипнику 9 и компенсировать уменьшение осевых размеров пакета деталей от охлаждения их холодным криогенным компонентом, например жидким кислородом. В это же время повышенные давления в полости 14 и в полости насоса будут перемещать навстречу друг другу мембранные стенки 7 и 8 и дополнительно сжимать уплотнение 6, увеличивая его герметизирующие способности. During operation of the turbopump unit, a rotating turbine 2 drives the impeller 1 of the pump, from the pump cavity through the pipe 15 the component enters the cavity 14, from where it is supplied through the channels 12 to the cavity 16, and through the holes 13 to the bearing cavity 9. The pressure in the cavity the bearing is lower than in the cavity 16, due to the partial discharge of the component from the bearing cavity 9 through the bearing 9 and the holes in the wheel hub 1 to the entrance to the wheel 1. Under the action of the pressure differential between the cavities 16 and the bearing cavity, the plunger 10 is pressed against the bearing 9. The split ring 11 due to elastic forces and due to cooling by the cryogenic component will decrease in the diametric direction and will tap the plunger 10 with a tapered end, additionally press it against the bearing 9 and compensate for the decrease in axial dimensions of the parts package from cooling by their cold cryogenic component, for example liquid oxygen. At the same time, increased pressures in the cavity 14 and in the pump cavity will move the membrane walls 7 and 8 towards each other and additionally compress the seal 6, increasing its sealing ability.

Надежное поджатие пакета деталей устраняет их взаимные перемещения под действием вибраций, устраняет наклепы, задиры и износы по местам стыковки, что повышает ресурс работы и надежность. Повышение герметизации стыка корпусов устраняет утечки жидкого кислорода за пределы агрегата и предохраняет как сам агрегат, так и окружающие конструкции от выгорания в среде кислорода, что дополнительно обеспечивает повышение надежности. Reliable tightening of the package of parts eliminates their mutual displacements under the influence of vibrations, eliminates hardening, scuffing and wear at the joints, which increases the service life and reliability. Increasing the sealing of the joint of the housings eliminates the leakage of liquid oxygen outside the unit and protects both the unit itself and the surrounding structures from burnout in an oxygen environment, which additionally provides increased reliability.

Устройство изготовлено и испытано, подтверждено достижение поставленной цели. The device is manufactured and tested, the achievement of the goal is confirmed.

Claims

1. A turbopump assembly comprising a pump impeller and a turbine located in housings peripherally connected with fasteners, an angular contact bearing, a pressing and sealing device, characterized in that the bearing pressing device is made in the form of a plunger, spring loaded by means of a split ring with conical ends to the end of the bearing and having interconnected channels and holes associated with the area of high pressure of the pump and communicated, respectively, with the cavity behind the plunger and strips thu bearing.

2. The turbopump assembly according to claim 1, characterized in that the opposite walls of the pump and turbine bodies are made in the form of membranes, between which a seal is located in the central part.