RU2406860C1 - Lpre turbo pump unit - Google Patents
Lpre turbo pump unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2406860C1 RU2406860C1 RU2009143703/06A RU2009143703A RU2406860C1 RU 2406860 C1 RU2406860 C1 RU 2406860C1 RU 2009143703/06 A RU2009143703/06 A RU 2009143703/06A RU 2009143703 A RU2009143703 A RU 2009143703A RU 2406860 C1 RU2406860 C1 RU 2406860C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- impeller
- stage
- centrifugal
- impellers
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных ракетных двигателей, в том числе работающих на криогенных компонентах.The invention relates to a pump engineering and can be used in turbopump units (TNA) of liquid-propellant rocket engines, including those operating on cryogenic components.
Известен шнекоцентробежный насос по патенту РФ на изобретение №2094660, содержащий разъемный корпус, центробежные рабочие колеса (крыльчатки), шнек, вал и опорные узлы в виде подшипников скольжения и качения. Насос имеет плохие кавитационные свойства.Known screw centrifugal pump according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2094660, comprising a detachable body, centrifugal impellers (impellers), auger, shaft and support units in the form of sliding and rolling bearings. The pump has poor cavitation properties.
Известен шнекоцентробежный насос по патенту РФ №2106534, МПК 6 F04D 13/04, 10.03.98 г, прототип. Этот шнекоцентробежный насос содержит корпус, крыльчатку и шнек, установленные на валу. Шнек улучшает кавитационные свойств насоса, т.к. он обладает лучшими кавитационными свойствами, чем центробежная крыльчатка. Шнек обеспечивает повышение кавитационных свойств насоса, но он механически связан с рабочим колесом насоса и имеет с ним одинаковую угловую скорость вращения. Это не позволяет эксплуатировать насос на очень больших оборотах, например 40…100 тыс. об/мин, поэтому такие насосы в настоящее время не применяются.Known screw centrifugal pump according to the patent of the Russian Federation No. 2106534, IPC 6 F04D 13/04, 03/10/98 g, prototype. This centrifugal screw pump comprises a housing, an impeller and an auger mounted on a shaft. The screw improves the cavitation properties of the pump, as it has better cavitation properties than a centrifugal impeller. The screw provides an increase in the cavitation properties of the pump, but it is mechanically connected to the impeller of the pump and has the same angular rotation speed with it. This does not allow the pump to be operated at very high speeds, for example 40 ... 100 thousand rpm, therefore, such pumps are not currently used.
Известен турбонасосный агрегат по патенту РФ №2300021, который содержит многоступенчатый центробежный насос и одноступенчатую турбину. Для уменьшения габаритов насос и турбина спроектированы на максимально-допустимую по прочности частоту вращения ротора ТНА. При этом кавитационные качества насоса ухудшаются.Known turbopump assembly according to the patent of the Russian Federation No. 2300021, which contains a multistage centrifugal pump and a single-stage turbine. To reduce the dimensions, the pump and turbine are designed for the maximum permissible strength rotational speed of the TNA rotor. At the same time, the cavitation qualities of the pump are deteriorating.
Известен турбонасосный агрегат (ТНА) по патенту РФ на изобретение №2083881, прототип. Этот ТНА содержит многоступенчатый центробежный насос и двухступенчатую турбину, соединенные валом, установленным на подшипниках в корпусах.Known turbopump assembly (TNA) according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2083881, prototype. This TNA contains a multistage centrifugal pump and a two-stage turbine connected by a shaft mounted on bearings in the housings.
Недостатки: плохие кавитационные качества центробежного насоса, особенно при его работе на больших частотах вращения, а также плохая разгрузка осевых сил. При подводе газа в турбину со стороны, противоположной входу в насос, осевые силы, действующие на ротор турбины и ротор насоса, направлены в одну сторону, т.е. складываются по абсолютному значению.Disadvantages: poor cavitation qualities of a centrifugal pump, especially when it is operating at high speeds, as well as poor unloading of axial forces. When gas is supplied to the turbine from the side opposite to the pump inlet, the axial forces acting on the turbine rotor and the pump rotor are directed in one direction, i.e. add up to the absolute value.
Задачи создания изобретения - улучшение кавитационных свойств двух насосов обеспечение разгрузки всех валов.The objective of the invention is to improve the cavitation properties of two pumps to ensure the unloading of all shafts.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что турбонасосный агрегат ЖРД, содержащий турбину, первое, второе и третье центробежные рабочие колеса центробежных насосов окислителя горючего и дополнительного насоса горючего, отличается тем, что турбина выполнена трехступенчатой с тремя рабочими колесами: первым, вторым и третьим, установленными соответственно на внешнем, промежуточном и внутреннем валах, насосы окислителя и горючего выполнены со шнеками, установленными перед центробежными рабочими колесами, при этом внешний вал соединен с центробежным рабочим колесом насоса окислителя, промежуточный вал соединен с первым шнеком и центробежным рабочим колесом насоса горючего, а внутренний вал соединен со вторым шнеком и центробежным рабочим колесом дополнительного насоса горючего, выход насоса горючего и вход в дополнительный насос горючего соединены трубопроводом. Рабочее колесо третьей ступени турбины выполнено меньшего диаметра, чем рабочее колесо второй ступени турбины, а рабочее колесо второй ступени турбины выполнено меньшего диаметра, чем рабочее колесо первой ступени турбины. Внутри внешнего вала выполнен канал перепуска перекачиваемого продукта для смазки подшипников, на которых установлены валы. На торцах рабочих колес турбин и центробежных рабочих колес выполнены кольцевые уплотнения, формирующие разгрузочные полости.The solution to these problems was achieved due to the fact that the turbopump engine rocket engine containing a turbine, first, second and third centrifugal impellers of centrifugal pumps of an oxidizer of fuel and an additional fuel pump, characterized in that the turbine is made of a three-stage with three impellers: the first, second and third installed respectively on the external, intermediate and internal shafts, the oxidizer and fuel pumps are made with screws installed in front of the centrifugal impellers, while the external shaft with union of a centrifugal pump impeller oxidant, the intermediate shaft is coupled to the first screw centrifugal impeller and a fuel pump and an inner shaft connected to the second screw and the centrifugal impeller additional fuel pump, fuel pump outlet and the entry to the additional fuel pump is connected to the pipeline. The impeller of the third stage of the turbine is made smaller in diameter than the impeller of the second stage of the turbine, and the impeller of the second stage of the turbine is made smaller in diameter than the impeller of the first stage of the turbine. Inside the external shaft, a bypass channel of the pumped product is made for lubricating the bearings on which the shafts are mounted. At the ends of the impellers of the turbines and centrifugal impellers, annular seals are formed to form discharge cavities.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведен турбонасосный агрегат.The invention is illustrated in the drawing, which shows a turbopump unit.
Турбонасосный агрегат (ТНА) содержит турбину 1 и три центробежных насоса: насос окислителя 2, насос горючего 3 и дополнительный насос горючего 4. Насос окислителя 2 расположен ближе к турбине 1, работающей на кислом газу (с избытком окислителя). Далее расположены насос горючего 3 и дополнительный насос горючего 4. Турбина 1 выполнена трехступенчатой и содержит рабочие колеса первой ступени 5, второй ступени 6 и третьей ступени 7, соответственно с рабочими лопатками 71, 8 и 9. Кроме того, турбина 1 содержит три сопловых аппарата 10, 11 и 12, установленные соответственно перед рабочими лопатками 71, 8 и 9 трех ступеней турбины. 1. Турбина 1 содержит передний корпус 13 и задний корпус 14. К переднему корпусу 13 подстыкован входной патрубок 15 с входной полостью 16, а к заднему корпусу 14 подстыкован выходной патрубок 17 с выходной полостью 18. Между ступенями турбины 1 установлены диафрагмы 19 и 20. На торцах рабочих колес турбин 5, 6 и 7 выполнены кольцевые уплотнения 21, 22 и 23, под которыми сформированы разгрузочные полости 24, 25 и 26. К корпусу 14 подстыкован соединительный корпус 27. ТНА содержит три вала: внешний 28, промежуточный 29 и внутренний 30. Рабочее колесо первой ступени 5 установлено на внешнем валу 28, рабочее колесо второй ступени 6 установлено на промежуточном валу 29 и рабочее колесо третьей ступени 7 установлено на внутреннем валу 30.The turbopump unit (TNA) contains a turbine 1 and three centrifugal pumps: an oxidizer pump 2, a fuel pump 3, and an additional fuel pump 4. The oxidizer pump 2 is located closer to the turbine 1 operating on acid gas (with an excess of oxidizer). Next are a fuel pump 3 and an additional fuel pump 4. The turbine 1 is three-stage and contains the impellers of the first stage 5, the second stage 6 and the third stage 7, respectively, with the rotor blades 71, 8 and 9. In addition, the turbine 1 contains three nozzle apparatus 10, 11 and 12, respectively installed in front of the working blades 71, 8 and 9 of the three stages of the turbine. 1. The turbine 1 includes a front housing 13 and a rear housing 14. An input pipe 15 with an input cavity 16 is docked to the front housing 13, and an output pipe 17 with an output cavity 18 is docked to the rear housing 14. Diaphragms 19 and 20 are installed between the steps of the turbine 1. At the ends of the impellers of the turbines 5, 6 and 7, O-rings 21, 22 and 23 are made, under which discharge cavities 24, 25 and 26 are formed. A connecting housing 27 is docked to the housing 14. The TNA contains three shafts: external 28, intermediate 29 and internal 30. The impeller of the first stage 5 is installed installed on the outer shaft 28, the impeller of the second stage 6 is installed on the intermediate shaft 29 and the impeller of the third stage 7 is installed on the inner shaft 30.
Насос окислителя 2 выполнен центробежным и содержит центробежное рабочее колесо 31, имеющее ступицу 32 и первый шнек 33, установленные в корпусе 34, к которому подстыкован входной корпус 35 с входной полостью 36 и выходной корпус 37 с выходной полостью 38. На торце центробежного рабочего колеса 31 выполнено заднее уплотнение 39, под которым сформирована разгрузочная полость 40.The oxidizer pump 2 is made centrifugal and contains a centrifugal impeller 31 having a hub 32 and a first screw 33 installed in the housing 34, to which the input housing 35 with the input cavity 36 and the output housing 37 with the output cavity 38 are docked. At the end of the centrifugal impeller 31 a rear seal 39 is made, under which a discharge cavity 40 is formed.
Насос горючего также выполнен центробежным и имеет аналогичную конструкцию и содержит центробежное рабочее колесо 41, имеющее ступицу 42 и первый шнек 43, установленные в корпусе 44, к которому подстыкован входной корпус 45 с входной полостью 46 и выходной корпус 47 с выходной полостью 48. На торце центробежного рабочего колеса 41 выполнено заднее уплотнение 49, под которым сформирована разгрузочная полость 50.The fuel pump is also made centrifugal and has a similar design and contains a centrifugal impeller 41 having a hub 42 and a first screw 43 installed in the housing 44, to which the input housing 45 with the input cavity 46 and the output housing 47 with the output cavity 48 are docked. At the end a centrifugal impeller 41 has a rear seal 49, under which a discharge cavity 50 is formed.
Дополнительный насос горючего 4 также выполнен центробежным и имеет также аналогичную конструкцию, но не содержит шнека. Дополнительный насос горючего содержит центробежное рабочее колесо 51, имеющее ступицу 52, установленные в корпусе 53, к которому подстыкован входной корпус 54 с входной полостью 55 и выходной корпус 56 с выходной полостью 57. На торце центробежного рабочего колеса 51 выполнено заднее уплотнение 58, под которым сформирована разгрузочная полость 59. Центробежное рабочее колесо 51 крепится на внутреннем валу 30 конической гайкой 60. Трубка 61 соединяет выход из насоса горючего 3 с входом в дополнительный насос горючего 4.The additional fuel pump 4 is also made centrifugal and also has a similar design, but does not contain a screw. The additional fuel pump contains a centrifugal impeller 51 having a hub 52 installed in the housing 53, to which the input housing 54 with the input cavity 55 and the output housing 56 with the output cavity 57 are docked. At the end of the centrifugal impeller 51 there is a rear seal 58, under which an unloading cavity 59 is formed. The centrifugal impeller 51 is mounted on the inner shaft 30 with a conical nut 60. A pipe 61 connects the outlet of the fuel pump 3 with the inlet of the additional fuel pump 4.
В ступицах 32, 42 и 52 центробежных рабочих колес 31, 41 и 51 выполнены внутренняя полости 62 и отверстия 63. Эти отверстия 63 соединяют внутренние полости 62 с полостями центробежных рабочих колес 31, 41 и 51 и предназначены для возврата отобранного для смазки подшипников расхода перекачиваемого продукта внутрь центробежных рабочих колес 31, 41 и 51.In the hubs 32, 42 and 52 of the centrifugal impellers 31, 41 and 51, the inner cavities 62 and the openings 63 are made. These openings 63 connect the internal cavities 62 to the cavities of the centrifugal impellers 31, 41 and 51 and are designed to return the pumped flow bearings selected for lubrication product inside the centrifugal impellers 31, 41 and 51.
Первое центробежное рабочее колесо 31 установлено на внешнем валу 28, который установлен в подшипниках 64, первый шнек 33 и второе центробежное рабочее колесо 41 установлены на промежуточном валу 29, который установлен на подшипниках 65, а второй шнек 43 и третье центробежное рабочее колесо 51 установлены на внутреннем валу 30, который установлен в подшипниках 66.The first centrifugal impeller 31 is installed on the outer shaft 28, which is installed in the bearings 64, the first screw 33 and the second centrifugal impeller 41 are installed on the intermediate shaft 29, which is mounted on the bearings 65, and the second screw 43 and the third centrifugal impeller 51 are mounted on the inner shaft 30, which is installed in the bearings 66.
Внешний вал 28 уплотнен уплотнениями 67, промежуточный вал 29 уплотнен уплотнениями 68, а внутренний вал 30 уплотнен уплотнениями 69.The outer shaft 28 is sealed with seals 67, the intermediate shaft 29 is sealed with seals 68, and the inner shaft 30 is sealed with seals 69.
Между уплотнениями 67…69 образованы каналы 70 для подвода перекачиваемого продукта для смазки.Between the seals 67 ... 69 are formed channels 70 for supplying the pumped product for lubrication.
Рабочее колесо третьей ступени 7 турбины 1 имеет меньший диаметр, чем рабочие колеса второй ступени 6 турбины 1. Это необходимо для того, чтобы третья ступень 7 турбины 1 получилась меньшей мощности, чем другие ступени, потому что она имеет самую малую нагрузку 20%…25% от всей мощности турбины 1, достаточную для привода второго шнека 43 и третьего центробежного рабочего колеса 51. Рабочее колесо второй ступени 6 имеет диаметр, меньший, чем рабочее колесо первой ступени 5, и развивает мощность 25…35% от общей мощности турбины 1.The impeller of the third stage 7 of the turbine 1 has a smaller diameter than the impellers of the second stage 6 of the turbine 1. This is necessary so that the third stage 7 of the turbine 1 is less power than the other stages, because it has the smallest load of 20% ... 25 % of the total power of the turbine 1, sufficient to drive the second screw 43 and the third centrifugal impeller 51. The impeller of the second stage 6 has a diameter smaller than the impeller of the first stage 5, and develops a power of 25 ... 35% of the total power of the turbine 1.
При запуске турбонасосного агрегата газ подается через входной патрубок 16 внутрь трехступенчатой турбины 1 и проходит через сопловые аппараты 10, 11 и 12 и рабочие лопатки 71, 8, 9. Внутри центробежных рабочих колес 31, 41 и 51 и на выходе из них, т.е. в полостях 38, 48 и 57 повышается давление перекачиваемого продукта и его часть (5%…7%) через задние уплотнения 39, 49 и 58 поступает в разгрузочные полости 40, 50 и 59 и далее на смазку соответствующих подшипников. Этот расход перекачиваемого продукта возвращается внутрь центробежных рабочих колес 31, 41 и 51.When starting the turbopump unit, gas is supplied through the inlet pipe 16 into the three-stage turbine 1 and passes through nozzle units 10, 11 and 12 and rotor blades 71, 8, 9. Inside and at the outlet of the centrifugal impellers 31, 41 and 51, t. e. in the cavities 38, 48 and 57, the pressure of the pumped product increases and part of it (5% ... 7%) through the rear seals 39, 49 and 58 enters the discharge cavities 40, 50 and 59 and then to the lubrication of the respective bearings. This flow rate of the pumped product is returned inside the centrifugal impellers 31, 41 and 51.
Так как шнек 33 вращается с угловой скоростью в 1,5…2 раза меньшей, чем центробежное рабочее колесо 31 первого центробежного насоса 2, а второй шнек 43 со скоростью в 1,5…2 раза меньшей, чем второй центробежное колесо 42, то предотвращается кавитация на входе в насос окислителя 2 и насос горючего 3. Из-за пониженных оборотов самих шнеков 33, 43 кавитация на их входных кромках также исключается.Since the screw 33 rotates with an angular speed of 1.5 ... 2 times less than the centrifugal impeller 31 of the first centrifugal pump 2, and the second screw 43 with a speed of 1.5 ... 2 times less than the second centrifugal wheel 42, it is prevented cavitation at the inlet to the oxidizer pump 2 and the fuel pump 3. Due to the reduced speed of the screws 33, 43 themselves, cavitation at their inlet edges is also excluded.
При работе ТНА в разгрузочных полостях 40, 50 и 59 центробежных насосов 2, 3 и 4 и в разгрузочных полостях 24, 25 и 26 турбины 1 возникает пониженное давление перекачиваемого продукта и газа соответственно. Это способствует уменьшению осевых сил, действующих на внешний вал 28, промежуточный вал 29 и внутренний вал 30.During operation of the TNA in the discharge cavities 40, 50 and 59 of the centrifugal pumps 2, 3 and 4 and in the discharge cavities 24, 25 and 26 of the turbine 1, a reduced pressure of the pumped product and gas, respectively, occurs. This helps to reduce axial forces acting on the outer shaft 28, the intermediate shaft 29 and the inner shaft 30.
Применение изобретения позволило следующее.The application of the invention allowed the following.
1. Значительно улучшить кавитационные свойства трех насосов, например насосов окислителя и двух насосов горючего, в том числе дополнительного, в ТНА, предназначенном для ЖРД, за счет применения двух шнеков, уменьшения скоростей вращения шнеков.1. Significantly improve the cavitation properties of three pumps, for example, oxidizer pumps and two fuel pumps, including an additional one, in TNA designed for liquid propellant rocket engines, due to the use of two screws, and reduction of screw rotation speeds.
2. Обеспечить разгрузку осевых сил промежуточного и внешнего валов и уменьшить осевые, действующие на внутренний вал.2. Ensure the unloading of the axial forces of the intermediate and external shafts and reduce the axial forces acting on the internal shaft.
3. Спроектировать насосы очень большой мощности за счет повышения частоты вращения центробежных рабочих колес насосов до предельно допустимых по прочности.3. Design pumps of very high power by increasing the speed of centrifugal impellers of the pumps to the maximum permissible strength.
4. Предотвратить срыв потока перекачиваемого компонента в насосах вследствие кавитации на их входах.4. To prevent disruption of the flow of the pumped component in the pumps due to cavitation at their inlets.
5. Создать турбонасосный агрегат ЖРД с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности трех насосов, за счет уменьшения диаметра ступеней турбин от первой к третьей, при применении для нее трех ступеней.5. Create a turbopump LPRE unit with a minimum weight and dimensions with a large head and productivity of three pumps, by reducing the diameter of the turbine stages from the first to the third, when three stages are used for it.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143703/06A RU2406860C1 (en) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Lpre turbo pump unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143703/06A RU2406860C1 (en) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Lpre turbo pump unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2406860C1 true RU2406860C1 (en) | 2010-12-20 |
Family
ID=44056653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009143703/06A RU2406860C1 (en) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Lpre turbo pump unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2406860C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117553001A (en) * | 2023-05-08 | 2024-02-13 | 蓝箭航天空间科技股份有限公司 | Reusable double-low-temperature liquid rocket engine turbopump structure |
-
2009
- 2009-11-25 RU RU2009143703/06A patent/RU2406860C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117553001A (en) * | 2023-05-08 | 2024-02-13 | 蓝箭航天空间科技股份有限公司 | Reusable double-low-temperature liquid rocket engine turbopump structure |
| CN117553001B (en) * | 2023-05-08 | 2024-03-26 | 蓝箭航天空间科技股份有限公司 | Reusable double-low-temperature liquid rocket engine turbopump structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10138816B2 (en) | Fuel pumping unit | |
| US8177489B1 (en) | Axial tip turbine driven pump | |
| US7931441B1 (en) | Inducer with tip shroud and turbine blades | |
| RU2409753C1 (en) | Lpre turbo pump unit | |
| RU2406860C1 (en) | Lpre turbo pump unit | |
| RU2418194C1 (en) | Rocket engine turbopump assy | |
| RU2418988C1 (en) | Turbo-pump unit | |
| RU2481489C1 (en) | Turbo-pump unit of rocket engine | |
| RU2418987C1 (en) | Turbo-pump unit | |
| RU2384740C1 (en) | Auger centrifugal pump | |
| RU2414627C1 (en) | Turbine-driven pump assembly | |
| RU2384742C1 (en) | Auger centrifugal pumps | |
| RU2423621C1 (en) | Turbine pump | |
| RU2418986C1 (en) | Turbo-pump unit | |
| RU2418989C1 (en) | Turbo-pump unit | |
| RU2410569C1 (en) | Centrifugal screw pump | |
| RU2388939C1 (en) | Centrifugal screw pump | |
| RU2425247C1 (en) | Turbo-pump unit of three-component rocket engine | |
| RU2445515C1 (en) | Centrifugal screw pump | |
| US11702937B2 (en) | Integrated power pump | |
| RU2445514C1 (en) | Centrifugal screw pump | |
| RU2409765C1 (en) | Radial-flow auger pump | |
| RU2414626C1 (en) | Centrifugal screw pump | |
| RU2410568C1 (en) | Centrifugal screw pump | |
| RU2412376C1 (en) | Screw centrifugal pump |