RU2299344C1 - Устройство разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя - Google Patents
Устройство разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2299344C1 RU2299344C1 RU2005135531/06A RU2005135531A RU2299344C1 RU 2299344 C1 RU2299344 C1 RU 2299344C1 RU 2005135531/06 A RU2005135531/06 A RU 2005135531/06A RU 2005135531 A RU2005135531 A RU 2005135531A RU 2299344 C1 RU2299344 C1 RU 2299344C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- pump
- separation
- shaft
- bearing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД). Устройство разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата ЖРД состоит из насоса 2, турбины 3, разделительной полости 1 между насосом 2 и турбиной 3 и тракта внешнего подвода 4. Разделительная полость 1 ограничена со стороны насоса 2 уплотнением вала 5, диаметр которого выполнен меньше диаметра вала 10 в месте посадки подшипника турбины 11, а со стороны турбины 3 разгрузочным диском 6, совмещенным с колесом турбины 7. На колесе турбины 7 выполнено уплотнение разгрузочного диска 8. Осевое колесо насоса 9 и колесо турбины 7 закреплены на валу 10. Со стороны турбины 3 вал 10 опирается на подшипник турбины 11, который вынесен за пределы разделительной полости 1 и установлен со стороны насоса 2. Полость подшипника турбины 12, примыкающая к уплотнению вала 5, сообщена подводящими каналами 13 с выходом насоса 14. Предлагаемое устройство обеспечивает минимальные потери мощности, связанные с разделением насоса и турбины, а также эффективное охлаждение подшипников жидким однофазным водородом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД).
В ЖРД широко применяются бустерные турбонасосные агрегаты с осевым насосом, приводом для которого служит газовая турбина. Такие бустерные турбонасосные агрегаты вследствие простоты конструкции осевого насоса обладают высокой надежностью.
Известно устройство разделения насоса и турбины водородного бустерного турбонасосного агрегата ЖРД, содержащее разделительную полость между насосом и турбиной, ограниченную со стороны насоса уплотнением вала, а со стороны колеса турбины разгрузочным диском с его уплотнением. В разделительную полость подводится рабочая среда от внешнего источника. В разделительной полости между уплотнением вала и разгрузочным диском помещен подшипник турбины.
(Космонавтика и ракетостроение, вып.16. ЦНИИмаш, 1999. Стр.79. Рис.6 - прототип).
Такой бустерный турбонасосный агрегат обладает следующими недостатками.
При работе бустерного турбонасосного агрегата с осевым насосом на его осевое колесо действует осевое усилие, обусловленное создаваемым им перепадом давлений. Это осевое усилие действует в направлении от выхода к входу в насос. Чем выше перепад давлений, создаваемый насосом, тем больше величина осевого усилия, действующего на осевое колесо насоса. Величина этого усилия может составлять несколько тысяч килоньютон. Так как в бустерных насосах используются турбины с низким перепадом давлений на рабочем колесе, то осевое усилие, действующее на ротор со стороны турбины, невелико и не может уравновесить осевое усилие от осевого колеса насоса. Поэтому для уравновешивания осевого усилия от осевого колеса насоса должен использоваться устанавливаемый в разделительной полости разгрузочный диск большого диаметра. В известном устройстве диаметр уплотнения вала выполняется больше диаметра вала в месте посадки подшипника турбины, что также влечет за собой увеличение диаметра разгрузочного диска. Повышенный диаметр разгрузочного диска ведет к увеличению потерь мощности, связанных с вращением диска. Кроме того, повышенные диаметры уплотнений вала и разгрузочного диска вызывают повышенные потери мощности, связанные с утечками рабочей среды из разделительной полости. В бустерных турбонасосных агрегатах ЖРД малой тяги уменьшение утечек из разделительной полости в полость турбины особенно важно, так как эти утечки по величине могут быть сопоставимы с расходом рабочего газа через турбину.
В разделительную полость между насосом и турбиной указанного устройства подводится водород высокого давления с выхода водородного насоса главного турбонасосного агрегата. Этот водород находится в газовой фазе, из-за чего ухудшаются условия охлаждения подшипника турбины.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков устройства разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата ЖРД путем уменьшения потерь мощности, затрачиваемой на разделение насоса и турбины, и улучшения условий охлаждения подшипника турбины.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата ЖРД, содержащем насос, турбину, разделительную полость между насосом и турбиной, ограниченную со стороны насоса уплотнением вала, а со стороны турбины разгрузочным диском с его уплотнением, выполнен тракт внешнего подвода рабочей среды в разделительную полость и полость подшипника турбины, согласно изобретению разгрузочный диск с его уплотнением совмещен с колесом турбины, диаметр уплотнения вала выполнен меньше диаметра вала в месте посадки подшипника турбины, а подшипник турбины установлен со стороны насоса за пределами разделительной полости.
Для улучшения условий охлаждения подшипника турбины его полость, примыкающая к разделительной полости, сообщена подводящими каналами с выходом насоса.
Предлагаемое устройство разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата ЖРД представлено чертежами:
на фиг.1 - продольный разрез водородного бустерного турбонасосного агрегата с устройством разделения насоса и турбины;
на фиг.2 - элемент устройства разделения насоса и турбины, где
1 - разделительная полость,
2 - насос,
3 - турбина,
4 - тракт внешнего подвода,
5 - уплотнение вала,
6 - разгрузочный диск,
7 - колесо турбины,
8 - уплотнение разгрузочного диска,
9 - осевое колесо насоса,
10 - вал,
11 - подшипник турбины,
12 - полость подшипника турбины,
13 - подводящие каналы,
14 - выход насоса.
Устройство состоит из разделительной полости 1 между насосом 2 и турбиной 3 и тракта внешнего подвода 4. Разделительная полость 1 ограничена со стороны насоса 2 уплотнением вала 5, диаметр которого меньше диаметра вала в месте посадки подшипника турбины, а со стороны турбины 3 ограничена разгрузочным диском 6, совмещенным с колесом турбины 7. На колесе турбины 7 выполнено уплотнение разгрузочного диска 8. Осевое колесо насоса 9 и колесо турбины 7 закреплены на валу 10. Со стороны турбины 3 вал 10 опирается на подшипник турбины 11, расположенный со стороны насоса за пределами разделительной полости. Полость подшипника турбины 12, примыкающая к уплотнению вала 5, сообщена подводящими каналами 13 с выходом насоса 14.
При работе бустерного турбонасосного агрегата в разделительную полость 1 через тракт внешнего подвода 4 подводится водород высокого давления от внешнего источника, например выхода насоса главного турбонасосного агрегата ЖРД. Давление водорода в разделительной полости 1 превышает давление в полостях насоса 2 и турбины 3. Это исключает утечку газообразного водорода из турбины 3 в полости насоса 2. Из разделительной полости 1 водород утекает в полость турбины 3 через уплотнение разгрузочного диска 8, а в полости насоса 2 - через уплотнение вала 5.
При работе на осевое колесо насоса 9 действует осевое усилие, создаваемое действующим на него перепадом давлений. Это усилие направлено в сторону от выхода к входу в насос. Так как на колесе турбины 7 практически отсутствует перепад давлений, то на него действует осевое усилие, направленное в ту же сторону, что и осевое усилие, действующее на осевое колесо насоса 9. Осевые усилия, действующие на колесо турбины 7 и осевое колесо насоса 9, уравновешиваются осевым усилием, действующим на разгрузочный диск 6 и направленным в обратную сторону, т.е. от входа к выходу из насоса. Так как разгрузочный диск 6 совмещен с колесом турбины 7, потери мощности на трение разгрузочного диска 6 и колеса турбины 7 о рабочую среду минимальны.
В отличие от прототипа, где диаметр уплотнения больше диаметра вала в месте посадки подшипника турбины, уплотнение вала 5 расположено на диаметре, меньшем диаметра вала 10 в месте посадки подшипника турбины 11. Этим обеспечено уменьшение потерь мощности за счет уменьшения утечек через уплотнение вала 5.
Площадь разгрузочного диска 6 определяется величиной осевого усилия, требуемого для уравновешивания осевых усилий, действующих на колесо турбины 7 и осевое колесо насоса 9. При заданной площади разгрузочного диска 6 уменьшение диаметра уплотнения вала 5 приводит к уменьшению диаметра уплотнения разгрузочного диска 8. Этим достигается уменьшение потерь мощности за счет уменьшения утечек через уплотнение разгрузочного диска 8.
С выхода насоса 14 по подводящим каналам 13 в полость подшипника турбины 12 подводится жидкий водород, который смешивается с более теплым газообразным водородом, поступающим через уплотнение вала 5. При смешении с жидким водородом газообразный водород конденсируется и через подшипник турбины 11 протекает водород в жидкой фазе, что обеспечивает надежное охлаждение подшипника. Кроме того, повышается надежность работы и всего насоса, так как исключается перетекание газообразного водорода в рабочие полости насоса.
В предлагаемом устройстве разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата ЖРД обеспечиваются минимальные потери мощности, связанные с разделением насоса и турбины. При этом обеспечивается эффективное охлаждение подшипников жидким однофазным водородом.
Claims (2)
1. Устройство разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), содержащее насос, турбину, разделительную полость между насосом и турбиной, ограниченную со стороны насоса уплотнением вала, а со стороны турбины - разгрузочным диском с его уплотнением, тракт внешнего подвода в разделительную полость и полость подшипника турбины, отличающееся тем, что разгрузочный диск с его уплотнением совмещен с колесом турбины, диаметр уплотнения вала выполнен меньше диаметра вала в месте посадки подшипника турбины, а подшипник турбины установлен со стороны насоса за разделительной полостью.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полость подшипника турбины, примыкающая к разделительной полости, сообщена подводящими каналами с выходом насоса.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005135531/06A RU2299344C1 (ru) | 2005-11-15 | 2005-11-15 | Устройство разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005135531/06A RU2299344C1 (ru) | 2005-11-15 | 2005-11-15 | Устройство разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2299344C1 true RU2299344C1 (ru) | 2007-05-20 |
Family
ID=38164163
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005135531/06A RU2299344C1 (ru) | 2005-11-15 | 2005-11-15 | Устройство разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2299344C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3141759A4 (en) * | 2014-08-15 | 2018-02-21 | IHI Corporation | Turbo pump |
RU2730566C1 (ru) * | 2019-05-06 | 2020-08-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Бустерный турбонасосный агрегат ЖРД (варианты) |
RU2734733C1 (ru) * | 2019-10-21 | 2020-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Бустерный турбонасосный агрегат ЖРД |
-
2005
- 2005-11-15 RU RU2005135531/06A patent/RU2299344C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Космонавтика и ракетостроение. Вып.16, ЦНИИмаш, 1999, с.79, рис.6. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3141759A4 (en) * | 2014-08-15 | 2018-02-21 | IHI Corporation | Turbo pump |
RU2730566C1 (ru) * | 2019-05-06 | 2020-08-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Бустерный турбонасосный агрегат ЖРД (варианты) |
RU2734733C1 (ru) * | 2019-10-21 | 2020-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Бустерный турбонасосный агрегат ЖРД |
RU2734733C9 (ru) * | 2019-10-21 | 2020-12-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Бустерный турбонасосный агрегат ЖРД |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2565649C2 (ru) | Многоступенчатый компрессор, способ изготовления компрессора и ротационная установка | |
US8177489B1 (en) | Axial tip turbine driven pump | |
CN111140509B (zh) | 一种同轴式液氧煤油发动机涡轮泵结构 | |
CN112119221A (zh) | 涡轮压缩机 | |
RU2341689C2 (ru) | Турбонасосный агрегат | |
US7004719B2 (en) | Axial thrust balancing system for a centrifugal compressor, having improved safety characteristics | |
US8864441B1 (en) | Rocket engine turbopump | |
JP2005180438A (ja) | 第一段のターボファンと第二段の軸流分子ポンプとを備えた超高速真空ポンプ装置 | |
EP3565955B1 (en) | Reverse cycle machine provided with a turbine | |
RU2299344C1 (ru) | Устройство разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя | |
RU2730566C1 (ru) | Бустерный турбонасосный агрегат ЖРД (варианты) | |
US7931441B1 (en) | Inducer with tip shroud and turbine blades | |
US20230114352A1 (en) | Multistage centrifugal pump with two parallel flows of pumped medium | |
WO2013031343A1 (ja) | 複圧式遠心ターボ機械 | |
CN201090516Y (zh) | 中开单吸多级导叶式离心泵 | |
JP5656164B2 (ja) | ターボポンプ | |
RU94644U1 (ru) | Многоступенчатый насос | |
JP2006183465A (ja) | 遠心圧縮機 | |
RU2572468C2 (ru) | Уплотнение вала турбонасосного агрегата (варианты) | |
RU2525775C1 (ru) | Турбонасосный агрегат жрд | |
RU2734733C9 (ru) | Бустерный турбонасосный агрегат ЖРД | |
RU2684063C1 (ru) | Турбонасосный агрегат | |
JP2009250151A (ja) | 軸流タービンのスラスト低減装置 | |
RU2533595C1 (ru) | Турбонасосный агрегат | |
RU2526996C1 (ru) | Турбонасосный агрегат жрд |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161116 |