RU2481489C1 - Turbo-pump unit of rocket engine - Google Patents

Turbo-pump unit of rocket engine Download PDF

Info

Publication number
RU2481489C1
RU2481489C1 RU2012108292/06A RU2012108292A RU2481489C1 RU 2481489 C1 RU2481489 C1 RU 2481489C1 RU 2012108292/06 A RU2012108292/06 A RU 2012108292/06A RU 2012108292 A RU2012108292 A RU 2012108292A RU 2481489 C1 RU2481489 C1 RU 2481489C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pump
stage
screw
shaft
impeller
Prior art date
Application number
RU2012108292/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Елена Николаевна Нефедова
Марина Николаевна Болотина
Марина Леонардовна Нефедова
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
Елена Николаевна Нефедова
Марина Николаевна Болотина
Марина Леонардовна Нефедова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Борисович Болотин, Елена Николаевна Нефедова, Марина Николаевна Болотина, Марина Леонардовна Нефедова filed Critical Николай Борисович Болотин
Priority to RU2012108292/06A priority Critical patent/RU2481489C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2481489C1 publication Critical patent/RU2481489C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: in a turbopump unit containing a turbine and oxidiser and fuel pumps installed coaxially to it and each containing one centrifugal impeller and a screw, external and internal shafts, a turbine wheel is installed on the internal shaft. The oxidiser pump is two-stage; both stages are of centrifugal screw type, and between the screw and the impeller of the second stage of the pump there installed is a hydraulic turbine fixed on the external shaft that passes inside the centrifugal impeller of the first stage and is connected to the screw of the first stage of the pump; the screw has external bandage ring rigidly attached to the centrifugal impeller of the second stage of the first pump; the first impeller of the pump is connected to the internal shaft through a magnetic coupling, between oxidiser and fuel pumps there is a reduction gear, in the housing of which an additional fuel pump is installed; internal shafts of oxidiser and fuel pumps are connected to a spring; the shaft of the additional fuel pump is connected to the internal shaft of the fuel pump through the reduction gear.
EFFECT: improvement of cavitation properties of pumps with minimum weight of a turbopump unit and unloading of axial forces of internal and external shafts.
3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано для перекачки компонентов ракетного топлива, как высококипящих, так и криогенных, в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных ракетных двигателей.The invention relates to pump engineering and can be used for pumping rocket fuel components, both high-boiling and cryogenic, in turbopump units (TNA) of liquid-propellant rocket engines.

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, 10.03.1998. Этот шнекоцентробежный насос содержит корпус, крыльчатку и шнек, установленные на валу. Шнек улучшает кавитационные свойства 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, 03/10/1998. 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 cavitational qualities of the pump are deteriorating.

Известен турбонасосный агрегат (ТНА) по патенту РФ на изобретение №2083881. Этот ТНА содержит многоступенчатый центробежный насос и двухступенчатую турбину, соединенные валом, установленным на подшипниках в корпусах.Known turbopump unit (TNA) according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2083881. 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.

Известен турбонасосный многоступенчатый агрегат, содержащий корпус с передней крышкой и всасывающим патрубком, установленные в корпусе на подшипниках два коаксиально расположенных вала с кольцевой полостью между ними, на каждом из которых установлено рабочее колесо (патент Великобритании №775547, кл.110 (1), 1953).A multi-stage turbopump assembly is known, comprising a housing with a front cover and a suction nozzle, two coaxially mounted shafts with annular cavity between them, mounted on the bearings, each impeller mounted on it (UK patent No. 775547, cl. 110 (1), 1953 )

Недостатком известного устройства является низкая надежность работы, увеличенные габариты и вес. Отсутствие средства для уменьшения колебаний валов, возникающих во время работы из-за наличия вибраций конструкции и пульсаций в покое перекачиваемого компонента, приводит к снижению надежности валов в работе. Для увеличения прочности валов приходится увеличивать их диаметральные размеры и толщину цилиндрической части, особенно наружного вала. При этом растут диаметральные размеры установленных на валах роторных деталей, а вместе с ними и диаметральные размеры корпусов. Это приводит к росту габаритов и веса агрегатов.A disadvantage of the known device is the low reliability, increased dimensions and weight. The absence of a means to reduce shaft vibrations arising during operation due to the presence of structural vibrations and pulsations at rest of the pumped component leads to a decrease in the reliability of the shafts in operation. To increase the strength of the shafts, it is necessary to increase their diametrical dimensions and the thickness of the cylindrical part, especially the outer shaft. In this case, the diametrical dimensions of the rotor parts mounted on the shafts grow, and with them the diametrical dimensions of the housings. This leads to an increase in the size and weight of the units.

Наиболее близким к изобретению является турбонасосный агрегат ракетного двигателя по патенту РФ на изобретение №2232300, 10.07.2004. Этот ТНА содержит турбину и два насоса для перекачки компонентов ракетного топлива: окислителя и горючего. Насосы выполнены шнекоцентробежными и содержат центробежные рабочие колеса и установленные перед ними шнеки.Closest to the invention is a turbopump unit of a rocket engine according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2232300, 07/10/2004. This TNA contains a turbine and two pumps for pumping rocket fuel components: an oxidizer and fuel. The pumps are made by centrifugal augers and contain centrifugal impellers and augers installed in front of them.

Недостатками известного ТНА являются относительно плохие кавитационные свойства насосов и их большие габариты, вследствие того, что первая ступень первого насоса (от турбины), приводимая в действие гидротурбиной, имеет небольшую частоту вращения и, как следствие, большие габариты и небольшой напор. Кроме того, перепуск компонентов ракетного топлива на вход в насосы плохо влияет на их кавитационные качества. Не проработана разгрузка осевых сил для двух валов: внешнего и внутреннего для насосов окислителя и горючего.The disadvantages of the known TNA are the relatively poor cavitation properties of the pumps and their large dimensions, due to the fact that the first stage of the first pump (from the turbine), driven by a hydraulic turbine, has a low rotational speed and, as a result, large dimensions and low pressure. In addition, bypassing rocket fuel components to the pumps inlet adversely affects their cavitation properties. Unloading of axial forces for two shafts has not been worked out: external and internal for oxidizer pumps and fuel.

Задачами создания изобретения являются улучшение кавитационных свойств насосов при обеспечении минимального веса турбонасосного агрегата и обеспечение разгрузки осевых сил внутреннего и внешнего валов.The objectives of the invention are to improve the cavitation properties of the pumps while ensuring the minimum weight of the turbopump unit and ensuring the unloading of the axial forces of the internal and external shafts.

Решение указанных задач достигнуто в турбонасосном агрегате ракетного двигателя, содержащем турбину и установленные соосно с ней насосы окислителя и горючего, содержащие, в свою очередь, каждый, по меньшей мере, одно центробежное рабочее колесо и, по меньшей мере, один шнек, внешний и внутренний валы, рабочее колесо турбины установлено на внутреннем валу, насос окислителя выполнен двухступенчатым, причем обе ступени выполнены шнекоцентробежными, а между шнеком и рабочим колесом второй ступени двухступенчатого насоса установлена гидротурбина, закрепленная на внешнем валу, который проходит внутри центробежного рабочего колеса первой ступени и соединен со шнеком первой ступени двухступенчатого насоса, шнек имеет внешнее бандажное кольцо, жестко соединенное с центробежным рабочим колесом второй ступени первого насоса, при этом первое рабочее колесо двухступенчатого насоса связано с внутренним валом через магнитную муфту, отличающееся тем, что между насосами окислителя и горючего выполнен редуктор, в корпусе которого установлен дополнительный насос горючего, внутренние валы насосов окислителя и горючего соединены рессорой, с внутренним валом насоса горючего через редуктор соединен вал дополнительного насоса горючего. Шнек второго насоса может быть жестко установлен на внутреннем валу. Шнек второго насоса может быть связан с внутренним валом через магнитную муфту.The solution of these problems was achieved in a turbopump unit of a rocket engine containing a turbine and oxidizer and fuel pumps mounted coaxially with it, containing, in turn, each at least one centrifugal impeller and at least one screw, external and internal shafts, the turbine impeller is mounted on the inner shaft, the oxidizer pump is two-stage, and both stages are screw centrifugal, and hydrot is installed between the screw and the impeller of the second stage of the two-stage pump a rotor mounted on an external shaft that extends inside the centrifugal impeller of the first stage and is connected to the screw of the first stage of the two-stage pump, the screw has an external retaining ring rigidly connected to the centrifugal impeller of the second stage of the first pump, while the first impeller of the two-stage pump is connected with an internal shaft through a magnetic coupling, characterized in that a gearbox is made between the oxidizer and fuel pumps, in the housing of which an additional fuel pump is installed, e the shafts of the oxidizer and fuel pumps are connected by a spring; the shaft of the additional fuel pump is connected to the internal shaft of the fuel pump through a gearbox. The screw of the second pump can be rigidly mounted on the inner shaft. The screw of the second pump can be connected to the internal shaft through a magnetic coupling.

Сущность изобретения поясняется чертежами фиг.1-7, где:The invention is illustrated by drawings of figures 1-7, where:

на фиг.1 приведен общий продольный разрез турбонасосного агрегата;figure 1 shows a General longitudinal section of a turbopump unit;

на фиг.2 продольный разрез насоса окислителяfigure 2 is a longitudinal section of the oxidizer pump

на фиг.3 - конструкция первой ступени первого насоса;figure 3 - design of the first stage of the first pump;

на фиг.4 - конструкция турбины и второй ступени первого насоса;figure 4 - design of the turbine and the second stage of the first pump;

на фиг.5 - конструкция второго насоса,figure 5 - design of the second pump,

на фиг.6 - конструкция дополнительного насоса горючего, вид А,figure 6 - design of an additional fuel pump, type A,

на фиг.7 - разрез В-В на фиг.3.Fig.7 is a section bb in Fig.3.

Турбонасосный агрегат (фиг.1-7) содержит турбину 1, насос окислителя 2 и насос горючего 3, установленные соосно.The turbopump assembly (Figs. 1-7) comprises a turbine 1, an oxidizer pump 2, and a fuel pump 3 mounted coaxially.

По меньшей мере, один из насосов 2 или 3 выполнен двухступенчатым и содержит на примере насоса окислителя первую и вторую ступени 4 и 5 соответственно. Насос окислителя 2 содержит два вала: внутренний 6 и внешний 7, установленные в подшипниках 8. Между валами 6 и 7 выполнен радиальный зазор «С» для прохода части перекачиваемого продукта (компонента ракетного топлива), предназначенного для смазки подшипников 8. Отверстие «D» сообщается с зазором «С» между валами 6 и 7. Насосы окислителя и горючего 2 и 3 выполнены центробежными, точнее шнекоцентробежными.At least one of the pumps 2 or 3 is made two-stage and contains, for example, an oxidizer pump, the first and second stages 4 and 5, respectively. The oxidizer pump 2 contains two shafts: inner 6 and outer 7 installed in the bearings 8. Between the shafts 6 and 7, a radial clearance “C” is made for the passage of a portion of the pumped product (rocket fuel component) intended for lubricating the bearings 8. Hole “D” communicates with a clearance "C" between the shafts 6 and 7. The oxidizer and fuel pumps 2 and 3 are made centrifugal, or rather screw centrifugal.

Первая ступень 4 двухступенчатого насоса окислителя 2 (фиг.2) содержит установленное с возможностью окружного проскальзывания на внешнем валу 7 центробежное рабочее колесо 9 со ступицей 10. Также в состав первой ступени 4 входит шнек 11, который жестко связан с внешним валом 7. Центробежное рабочее колесо 9 установлено в корпусе 12. К корпусу 12 подстыкован входной патрубок 13 с входной полостью 14. Во входном патрубке 13 выполнены отверстия, соединяющие полость 14 и зазор. Первое центробежное рабочее колесо 9 связано с внутренним валом 6 через магнитную муфту 15.The first stage 4 of the two-stage oxidizer pump 2 (Fig. 2) contains a centrifugal impeller 9 with a hub 10 mounted with the possibility of circumferential slip on the external shaft 7. The screw 11 is also included in the first stage 4, which is rigidly connected to the external shaft 7. The centrifugal working the wheel 9 is installed in the housing 12. To the housing 12 is connected the inlet pipe 13 with the inlet cavity 14. In the inlet pipe 13 holes are made connecting the cavity 14 and the gap. The first centrifugal impeller 9 is connected to the inner shaft 6 through a magnetic coupling 15.

Вторая ступень 5 первого насоса 2 (фиг.3) содержит жестко установленное на внутреннем валу 6 второе центробежное рабочее колесо 16, имеющее ступицу 17. Второе центробежное рабочее колесо 16 установлено в корпусе 18. К корпусу 18 подстыкован переходный корпус 19, при этом полость на выходе из первой ступени 4 насоса 2 соединена с полостью внутри корпуса 19, выполненной на входе во вторую ступень 5 насоса 2. К корпусу 18 подстыкован выходной патрубок 20 с выходной полостью 21. Вторая ступень 5 содержит шнек 22, имеющий внешнее бандажное кольцо 23, жестко связанное с центробежным рабочим колесом 16. Между шнеком 22 и рабочим колесом 16 установлена гидротурбина 24 (точнее ее рабочее колесо), жестко соединенная с внешним валом 7.The second stage 5 of the first pump 2 (Fig. 3) contains a second centrifugal impeller 16 rigidly mounted on the inner shaft 6 and having a hub 17. The second centrifugal impeller 16 is installed in the housing 18. An adapter housing 19 is docked to the housing 18, while the outlet of the first stage 4 of the pump 2 is connected to the cavity inside the housing 19, made at the entrance to the second stage 5 of the pump 2. To the housing 18 is connected the outlet pipe 20 with the output cavity 21. The second stage 5 contains a screw 22 having an external retaining ring 23, rigidly connected left with a centrifugal impeller 16. Between the screw 22 and the impeller 16 is installed a hydraulic turbine 24 (more precisely, its impeller), rigidly connected to the external shaft 7.

Насос горючего 3 (фиг.1) также выполнен двухступенчатым и содержит две ступени 25 и 26. Первая ступень 25 содержит первое центробежное рабочее колесо 27 со ступицей 28, установленное на внешнем валу 29 и жестко соединенное с ним, например, посредством шпонки или шлицов. Первая ступень 27 также содержит шнек 30, при этом шнек 30 жестко установлен на внешнем валу 29. Центробежное рабочее колесо 27 и шнек 30 установлены в корпусе 31. К корпусу 31 подстыкованы входной патрубок 32 с полостью 33.. Центробежное рабочее колесо 34 второй ступени 26 установлено на внутреннем валу 35, и оба установлены в корпусе 36. Перед центробежным рабочим колесом 34 установлен шнек 37. Заодно с корпусом 36 может быть выполнен выходной корпус 38.The fuel pump 3 (Fig. 1) is also made two-stage and contains two stages 25 and 26. The first stage 25 contains a first centrifugal impeller 27 with a hub 28 mounted on the outer shaft 29 and rigidly connected to it, for example, by means of dowels or splines. The first stage 27 also contains a screw 30, while the screw 30 is rigidly mounted on the external shaft 29. A centrifugal impeller 27 and a screw 30 are installed in the housing 31. An inlet pipe 32 with a cavity 33 is docked to the housing 31. The centrifugal impeller 34 of the second stage 26 mounted on the inner shaft 35, and both are installed in the housing 36. In front of the centrifugal impeller 34, a screw 37 is installed. At the same time, the output housing 38 can be made with the housing 36.

В выходном корпусе 38 выполнено отверстие 39.An opening 39 is formed in the output housing 38.

Внутренние валы 6 и 35 соединены рессорой 40. Редуктор 41 соединяет внешний вал 29 с внутренним валом 34 насоса горючего 3. Редуктор 41 содержит корпус 42. В корпусе 42 выполнен дополнительный насос горючего 43, содержащий центробежное рабочее колесо 44 с валом 45, установленным на двух подшипниках 47 и 48. На валу 45 установлена ведомая шестерня, соединенная с редуктором 41. Вал 45 и центробежное рабочее колесо 44 соединены болтом 49. Между подшипниками 47 и 48 установлена втулка 50 с перегородкой 51, уплотненной по валу 45 уплотнением 52. Для смазки подшипников 47 и 48, а также редуктора 41 используется горючее высокого давления, отбираемое из полости 38. Для строгого дозирования расхода этого горючего в перегородке 51 выполнены дозирующие жиклеры 53 (фиг.6)..The inner shafts 6 and 35 are connected by a spring 40. A gear 41 connects the outer shaft 29 to the internal shaft 34 of the fuel pump 3. The gear 41 contains a housing 42. An additional fuel pump 43 is made in the housing 42, comprising a centrifugal impeller 44 with a shaft 45 mounted on two bearings 47 and 48. A driven gear connected to the gear 41 is installed on the shaft 45. The shaft 45 and the centrifugal impeller 44 are connected by a bolt 49. A sleeve 50 is installed between the bearings 47 and 48 with a baffle 51 sealed on the shaft 45 by a seal 52. For lubricating the bearings 47 and 48, and the reducer 41 uses high-pressure fuel taken from the cavity 38. For strict dosing of the flow of this fuel in the partition 51, metering nozzles 53 are made (Fig. 6).

Турбина 1 может быть выполнена одноступенчатой или многоступенчатой. Далее приведен пример исполнения ТНА с одноступенчатой турбиной 1 (фиг 4). Турбина 1 содержит закрепленное на внутреннем валу 6 рабочее колесо 54 рабочими лопатками 55. Перед рабочими лопатками 55 закреплен сопловой аппарат 56. Турбина 1 имеет корпус 57, к которому подсоединен входной патрубок 58 с полостью 59 и выходной патрубок 60 с полостью 61.The turbine 1 can be made single-stage or multi-stage. The following is an example of a TNA with a single-stage turbine 1 (Fig. 4). The turbine 1 comprises an impeller 54 fixed on the internal shaft 6 by the working blades 55. A nozzle apparatus 56 is fixed in front of the working blades 55. The turbine 1 has a housing 57 to which an inlet pipe 58 with a cavity 59 and an outlet pipe 60 with a cavity 61 are connected.

Насосы окислителя и горючего 2 и 3 имеют передние и задние уплотнения, соответственно 62 и 63, на всех центробежных рабочих колесах. Под задними уплотнениями 63 сформированы разгрузочные полости 64. Валы 6 и 7 уплотнены относительно подшипников 8 уплотнениями 65. Между шнеками и центробежными рабочими колесами, вращающимися с различными скоростями, установлены фрикционные кольца 66.The oxidizer and fuel pumps 2 and 3 have front and rear seals, respectively 62 and 63, on all centrifugal impellers. Unloading cavities 64 are formed under the rear seals 63. The shafts 6 and 7 are sealed relative to the bearings 8 by seals 65. Friction rings 66 are installed between the screws and centrifugal impellers rotating at different speeds.

Конструкция магнитной муфты 15 приведена на фиг.7. Магнитная муфта 15 содержит ведущую и ведомую полумуфты, соответственно 67 и 68, с постоянными магнитами 69, закрепленными на них. При этом функцию ведущей полумуфты 67 выполняет часть внешнего вала 7, а функцию ведомой полумуфты 68 - ступица 10 центробежного рабочего колеса 9 с постоянными магнитами 69. Участок внешнего вала 7 между постоянными магнитами 69 или весь вал 7 должен быть выполнен из магнитопроницаемого материала, например из немагнитной стали, для обеспечения передачи магнитного потока. Современные технологии позволяют, используя небольшие по габаритам постоянные магниты 69, передавать мощности 10 - 50 МВт, что достаточно для привода насосов самых мощных ЖРД. Конструкция магнитной муфты 70 наоса горючего 3 аналогична конструкции магнитной муфты 15. Выход из насоса горючего 3 соединен с входом в дополнительный насос горючего 43 трубопроводом 71 (фиг.1 и 3).The design of the magnetic coupling 15 is shown in Fig.7. The magnetic clutch 15 comprises a leading and a driven half-coupling, 67 and 68, respectively, with permanent magnets 69 fixed to them. In this case, the function of the driving coupling half 67 is performed by a part of the external shaft 7, and the function of the driven coupling half 68 is by the hub 10 of the centrifugal impeller 9 with permanent magnets 69. The portion of the external shaft 7 between the permanent magnets 69 or the entire shaft 7 must be made of magnetically permeable material, for example non-magnetic steel, to ensure the transfer of magnetic flux. Modern technologies make it possible, using small-sized permanent magnets 69, to transfer powers of 10 - 50 MW, which is enough to drive the pumps of the most powerful LRE. The design of the magnetic coupling 70 of the fuel pump 3 is similar to the design of the magnetic coupling 15. The output of the fuel pump 3 is connected to the inlet of the additional fuel pump 43 by a pipe 71 (Figs. 1 and 3).

Внешний вал 29 уплотнен со стороны входа в насос горючего уплотнением 72. Между подшипником 8 и уплотнением 72 во внешнем валу выполнено радиальное отверстие 73 (фиг.1).The outer shaft 29 is sealed on the inlet side of the fuel pump by a seal 72. Between the bearing 8 and the seal 72, a radial hole 73 is made in the outer shaft (Fig. 1).

РАБОТА ТНАTNA WORK

При запуске турбонасосного агрегата газ подается через входной патрубок 58 внутрь полости 59 турбины 1 и проходит через сопловой аппарат 56 и рабочие лопатки 55, раскручивается внутренний вал 6 насоса окислителя 2 и внутренний вал 45 насоса горючего 3. При этом раскручиваются центробежное рабочее колесо 16 и центробежное рабочее колесо 34. Давление окислителя в полости 21 возрастает. Поток окислителя раскручивает гидротурбину 24, которая раскручивает внешний вал 7, который приводит в движение шнек 11. Центробежное рабочее колесо 9 приводит во вращение внутренний вал 6 через магнитную муфту 15. Шнек 11 повышает давление на входе в центробежное рабочее колесо 9, тем самым предотвращая кавитацию на его входе. Кавитационные свойства шнеков всегда лучше, чем у центробежных рабочих колес. Для значительного улучшения кавитационных свойств шнека 11 он спроектирован так, чтобы работал с частотой вращения n2, меньшей, чем частота вращения n1 центробежного рабочего колеса 9, в 2 - 3 раза, что технически несложно за счет проектирования гидротурбины 24 пониженной мощности, например за счет уменьшения ее габаритов. Это также благоприятно скажется на весовых характеристиках ТНА. При этом центробежное рабочее колесо 9 первой ступени 4 первого насоса 2 вращается с такой же угловой скоростью, что и рабочее колесо 54 турбины 1, т.е. со скоростью n1. Это позволяет значительно уменьшить диаметральные габариты этого центробежного колеса и получить на нем больший напор, чем в том же центробежном рабочем колесе у прототипа. Кроме того, осуществлять привод центробежного рабочего колеса и шнека при помощи маломощной гидротурбины, как это реализовано в прототипе, весьма проблематично.When starting the turbopump assembly, gas is supplied through the inlet pipe 58 into the cavity 59 of the turbine 1 and passes through the nozzle unit 56 and the working blades 55, the inner shaft 6 of the oxidizer pump 2 and the inner shaft 45 of the fuel pump 3 are untwisted. The centrifugal impeller 16 and the centrifugal are untwisted the impeller 34. The pressure of the oxidizing agent in the cavity 21 increases. The oxidizing stream spins a hydraulic turbine 24, which spins the outer shaft 7, which drives the screw 11. The centrifugal impeller 9 drives the inner shaft 6 through the magnetic coupling 15. The screw 11 increases the pressure at the inlet of the centrifugal impeller 9, thereby preventing cavitation at its entrance. Cavitational properties of screws are always better than centrifugal impellers. To significantly improve the cavitation properties of the screw 11, it is designed to operate at a rotation speed n2 less than the rotational speed n1 of the centrifugal impeller 9, 2 to 3 times, which is technically uncomplicated by designing a low-power turbine 24, for example, by reducing its dimensions. This will also favorably affect the weight characteristics of the TNA. In this case, the centrifugal impeller 9 of the first stage 4 of the first pump 2 rotates at the same angular speed as the impeller 54 of the turbine 1, i.e. with speed n1. This allows you to significantly reduce the diametrical dimensions of this centrifugal wheel and get more pressure on it than in the same centrifugal impeller of the prototype. In addition, to drive a centrifugal impeller and auger using a low-power hydraulic turbine, as implemented in the prototype, is very problematic.

Внешний вал 29 приводится от внутреннего вала 35 через редуктор 41, снижающий его частоту вращения в 2 - 3 раза для улучшения кавитационных свойств насоса горючего 3. С этой же целю выполнены уплотнение 72 и отверстие 73, которые значительно уменьшают перепуск подогретого горючего на вход насоса горючего 3 (фиг.1).The outer shaft 29 is driven from the inner shaft 35 through a gearbox 41, which reduces its rotational speed by 2 to 3 times to improve the cavitation properties of the fuel pump 3. For this purpose, a seal 72 and a hole 73 are made, which significantly reduce the bypass of the heated fuel to the fuel pump inlet 3 (FIG. 1).

Применение изобретения позволяет:The application of the invention allows:

1. Значительно улучшить кавитационные свойства насосов окислителя и горючего и обеих ступеней двухступенчатого (двухступенчатых) насосов за счет применения шнеков на входе во все центробежные рабочие колеса насосов и уменьшения скоростей вращения шнеков за счет раздельного привода в двухвальной схеме и перепуска подогретых компонентов не на входы в насосы, а после них.1. Significantly improve the cavitation properties of the oxidizer and fuel pumps and both stages of the two-stage (two-stage) pumps due to the use of augers at the inlet to all centrifugal impellers of the pumps and a decrease in the rotational speeds of the augers due to a separate drive in a two-shaft circuit and bypass of the heated components not to the entrances to pumps, and after them.

2. Обеспечить очень высокое давление для части расхода одного из компонентов ракетного топлива (горючего) при помощи дополнительного насоса, имеющего большую частоту вращения за счет связи с валом горючего через мультипликатор, повышающий скорость вращения.2. To provide a very high pressure for part of the flow rate of one of the components of rocket fuel (fuel) using an additional pump having a high speed due to communication with the fuel shaft through a multiplier that increases the speed of rotation.

3. Обеспечить надежное охлаждение всех подшипников, мультипликатора и других контактирующих деталей ТНА.3. Ensure reliable cooling of all bearings, the multiplier and other contact parts of the TNA.

4. Обеспечить разгрузку осевых сил валов за счет соосной компоновки турбины и насосов, применения задних уплотнений, формирующих разгрузочные полости.4. To ensure the unloading of the axial forces of the shafts due to the coaxial arrangement of the turbine and pumps, the use of rear seals forming the discharge cavities.

5. Спроектировать турбонасосный агрегат очень большой мощности за счет повышения частоты вращения центробежных рабочих колес обоих насосов до предельно допустимых по прочности.5. Design a turbopump unit of very high power by increasing the speed of the centrifugal impellers of both pumps to the maximum permissible strength.

6. Предотвратить срыв потока перекачиваемых компонентов ракетного топлива в насосах вследствие кавитации на их входах.6. To prevent disruption of the flow of pumped components of rocket fuel in the pumps due to cavitation at their inlets.

7. Создать турбонасосный агрегат с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности за счет применения максимальных угловых скоростей центробежных рабочих колес обоих насосов, применения многоступенчатой схемы одного или обоих насосов и применения привода дополнительного насоса горючего через шестерню, повышающую его частоту вращения..7. To create a turbopump unit with minimum weight and dimensions with a large head and productivity due to the use of maximum angular velocities of the centrifugal impellers of both pumps, the use of a multi-stage circuit of one or both pumps and the use of an additional fuel pump drive through a gear that increases its speed ..

Claims (3)

1. Турбонасосный агрегат ракетного двигателя, содержащий турбину и установленные соосно с ней насосы окислителя и горючего, содержащие, в свою очередь, каждый, по меньшей мере, одно центробежное рабочее колесо и, по меньшей мере, один шнек, внешний и внутренний валы, рабочее колесо турбины установлено на внутреннем валу, насос окислителя выполнен двухступенчатым, причем обе ступени выполнены шнекоцентробежными, а между шнеком и рабочим колесом второй ступени двухступенчатого насоса установлена гидротурбина, закрепленная на внешнем валу, который проходит внутри центробежного рабочего колеса первой ступени и соединен со шнеком первой ступени двухступенчатого насоса, шнек имеет внешнее бандажное кольцо, жестко соединенное с центробежным рабочим колесом второй ступени первого насоса, при этом первое рабочее колесо двухступенчатого насоса связано с внутренним валом через магнитную муфту, отличающийся тем, что между насосами окислителя и горючего выполнен редуктор, в корпусе которого установлен дополнительный насос горючего, внутренние валы насосов окислителя и горючего соединены рессорой, с внутренним валом насоса горючего через редуктор соединен вал дополнительного насоса горючего.1. The turbopump unit of a rocket engine containing a turbine and oxidizer and fuel pumps mounted coaxially with it, comprising, in turn, each at least one centrifugal impeller and at least one screw, external and internal shafts, working the turbine wheel is installed on the inner shaft, the oxidizer pump is made of two stages, both stages are screw centrifugal, and a turbine mounted on the outer shaft is installed between the screw and the impeller of the second stage of the two-stage pump, which passes inside the centrifugal impeller of the first stage and is connected to the screw of the first stage of the two-stage pump, the screw has an external retaining ring rigidly connected to the centrifugal impeller of the second stage of the first pump, while the first impeller of the two-stage pump is connected to the internal shaft through a magnetic coupling, characterized in that a gearbox is made between the oxidizer and fuel pumps, in the housing of which an additional fuel pump is installed, the internal shafts of the oxidizer and fuel pumps connected by a spring, with the internal shaft of the fuel pump through the gearbox connected to the shaft of the additional fuel pump. 2. Турбонасосный агрегат ракетного двигателя по п.1, отличающийся тем, что шнек второго насоса жестко установлен на внутреннем валу.2. The turbopump unit of a rocket engine according to claim 1, characterized in that the screw of the second pump is rigidly mounted on the inner shaft. 3. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что шнек второго насоса связан с внутренним валом через магнитную муфту. 3. The turbopump assembly according to claim 1, characterized in that the screw of the second pump is connected to the internal shaft through a magnetic coupling.
RU2012108292/06A 2012-03-05 2012-03-05 Turbo-pump unit of rocket engine RU2481489C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012108292/06A RU2481489C1 (en) 2012-03-05 2012-03-05 Turbo-pump unit of rocket engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012108292/06A RU2481489C1 (en) 2012-03-05 2012-03-05 Turbo-pump unit of rocket engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2481489C1 true RU2481489C1 (en) 2013-05-10

Family

ID=48789548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012108292/06A RU2481489C1 (en) 2012-03-05 2012-03-05 Turbo-pump unit of rocket engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2481489C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2533524C1 (en) * 2013-10-01 2014-11-20 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Oxidiser turbopump unit for generator-free liquid-propellant rocket engine
EP3543517A4 (en) * 2017-04-03 2020-07-22 IHI Corporation Pump for rocket fuel

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4879874A (en) * 1986-05-07 1989-11-14 National Space Development Agency Of Japan Liquid fuel rocket engine
US4912925A (en) * 1985-10-04 1990-04-03 United Technologies Corporation Rocket engine with redundant capabilities
EP0494008A1 (en) * 1990-12-31 1992-07-08 Societe Europeenne De Propulsion Turbopump with axial throughflow booster
RU2202703C2 (en) * 2001-04-26 2003-04-20 Бахмутов Аркадий Алексеевич Liquid-propellant rocket engine with turbopump delivery of cryogenic propellant
RU2232300C2 (en) * 2000-04-20 2004-07-10 ОАО Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова Multi-stage turbo-pump unit
RU2418970C1 (en) * 2009-12-07 2011-05-20 Николай Борисович Болотин Liquid-propellant engine and turbo-pump unit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4912925A (en) * 1985-10-04 1990-04-03 United Technologies Corporation Rocket engine with redundant capabilities
US4879874A (en) * 1986-05-07 1989-11-14 National Space Development Agency Of Japan Liquid fuel rocket engine
EP0494008A1 (en) * 1990-12-31 1992-07-08 Societe Europeenne De Propulsion Turbopump with axial throughflow booster
RU2232300C2 (en) * 2000-04-20 2004-07-10 ОАО Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова Multi-stage turbo-pump unit
RU2202703C2 (en) * 2001-04-26 2003-04-20 Бахмутов Аркадий Алексеевич Liquid-propellant rocket engine with turbopump delivery of cryogenic propellant
RU2418970C1 (en) * 2009-12-07 2011-05-20 Николай Борисович Болотин Liquid-propellant engine and turbo-pump unit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2533524C1 (en) * 2013-10-01 2014-11-20 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Oxidiser turbopump unit for generator-free liquid-propellant rocket engine
EP3543517A4 (en) * 2017-04-03 2020-07-22 IHI Corporation Pump for rocket fuel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2418194C1 (en) Rocket engine turbopump assy
RU2481489C1 (en) Turbo-pump unit of rocket engine
US3518028A (en) Power reduction of liquid ring pumps
RU2409753C1 (en) Lpre turbo pump unit
RU2418988C1 (en) Turbo-pump unit
RU2466299C2 (en) Centrifugal screw pump
RU2425247C1 (en) Turbo-pump unit of three-component rocket engine
RU2384740C1 (en) Auger centrifugal pump
RU2418987C1 (en) Turbo-pump unit
RU2406860C1 (en) Lpre turbo pump unit
RU2418986C1 (en) Turbo-pump unit
CN105179021A (en) Counter-rotating impeller mechanism and device comprising same
RU2391563C1 (en) Centrifugal pump
RU2414627C1 (en) Turbine-driven pump assembly
RU2423621C1 (en) Turbine pump
RU2418989C1 (en) Turbo-pump unit
RU2382236C2 (en) Auger-impeller pump
US11795963B2 (en) Impeller locking collar
RU2445515C1 (en) Centrifugal screw pump
US11702937B2 (en) Integrated power pump
RU2445514C1 (en) Centrifugal screw pump
RU2410569C1 (en) Centrifugal screw pump
CN110332125B (en) Compact axial flow pipeline pump
RU2418983C1 (en) Centrifugal screw pump
RU2351804C1 (en) Worm centrifugal pump