RU2730566C1 - Lpre booster turbopump unit (embodiments) - Google Patents
Lpre booster turbopump unit (embodiments) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2730566C1 RU2730566C1 RU2019113991A RU2019113991A RU2730566C1 RU 2730566 C1 RU2730566 C1 RU 2730566C1 RU 2019113991 A RU2019113991 A RU 2019113991A RU 2019113991 A RU2019113991 A RU 2019113991A RU 2730566 C1 RU2730566 C1 RU 2730566C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- pump
- unloading
- cavity
- disk
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
- F02K9/44—Feeding propellants
- F02K9/46—Feeding propellants using pumps
- F02K9/48—Feeding propellants using pumps driven by a gas turbine fed by propellant combustion gases or fed by vaporized propellants or other gases
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД), преимущественно кислородно-метановых и кислородно-водородных.The invention relates to the field of rocketry and can be used in liquid-propellant rocket engines (LRE), mainly oxygen-methane and oxygen-hydrogen.
В ЖРД широко применяются бустерные турбонасосные агрегаты (БТНА) с осевым насосом, приводом для которого служит гидравлическая или газовая турбина, рабочее колесо которой расположено на валу. Такие БТНА вследствие простоты конструкции обладают высокой надежностью. Одной из проблем создания БТНА является обеспечение разгрузки подшипников от действия осевых сил при сохранении максимальной экономичности и надежности агрегата. Особенно остро эти проблемы проявляются в БТНА жидкого метана и жидкого водорода кислородно-метановых и кислородно-водородных ЖРД, а также БТНА двигателей многократного применения независимо от применяемых компонентов топлива. 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 давления, создаваемый насосом, тем больше величина осевого усилия, действующего на осевое колесо насоса. Величина этого усилия может составлять несколько тысяч килоньютон. Так как в бустерных турбонасосных агрегатах, как правило, используются турбины с низким перепадом давления на колесе турбины, то осевое усилие, действующее на ротор со стороны турбины, невелико и не может уравновесить осевое усилие от осевого колеса насоса.In liquid-propellant rocket engines, booster turbopump units (BTNA) with an axial pump are widely used, the drive for which is a hydraulic or gas turbine, the impeller of which is located on the shaft. Due to their simple design, such BTNAs have high reliability. One of the problems of creating a BTNA is to ensure the unloading of bearings from the action of axial forces while maintaining the maximum efficiency and reliability of the unit. These problems are especially acute in the BTNA of liquid methane and liquid hydrogen of oxygen-methane and oxygen-hydrogen rocket engines, as well as BTNA of reusable engines, regardless of the fuel components used. When a booster turbopump unit with an axial pump is operating, an axial force acts on its axial wheel due to the pressure difference it creates. This axial force acts from the outlet to the inlet of the pump. The higher the pressure drop generated by the pump, the greater the amount of axial force acting on the axial impeller of the pump. The magnitude of this effort can be several thousand kilonewtons. Since in booster turbopump units, as a rule, turbines with a low pressure drop across the turbine wheel are used, the axial force acting on the rotor from the turbine side is small and cannot balance the axial force from the axial pump wheel.
Известно устройство разделения насоса и турбины водородного бустерного турбонасосного агрегата ЖРД (Космонавтика и ракетостроение, выпуск 16, ЦНИИмаш, 1999. Стр. 79. Рис. 6), 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.Known is a device for separating the pump and turbine of a hydrogen booster turbopump unit of a liquid-propellant engine (Cosmonautics and rocketry,
Недостатками указанного устройства являются:The disadvantages of this device are:
- для уравновешивания осевого усилия от осевого колеса насоса должен использоваться устанавливаемый в разделительной полости разгрузочный диск большого диаметра;- to balance the axial force from the axial impeller of the pump, a large-diameter unloading disc installed in the separation cavity must be used;
- диаметр уплотнения вала выполняется больше диаметра вала в месте посадки подшипника турбины, что также влечет за собой увеличение диаметра разгрузочного диска;- the diameter of the shaft seal is larger than the diameter of the shaft at the site of the turbine bearing, which also entails an increase in the diameter of the unloading disc;
- повышенный диаметр разгрузочного диска ведет к увеличению потерь мощности на трение, связанных с вращением диска;- the increased diameter of the unloading disc leads to an increase in friction power losses associated with the rotation of the disc;
- повышенные диаметры уплотнений вала и разгрузочного диска вызывают повышенные потери мощности, связанные с утечками рабочей среды из разделительной полости, утечки по величине могут быть сопоставимы с расходом рабочего газа через турбину;- the increased diameters of the shaft seals and the unloading disc cause increased power losses associated with leaks of the working medium from the separation cavity, the leaks in magnitude can be comparable to the flow rate of the working gas through the turbine;
- в разделительную полость между насосом и турбиной 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;- high-pressure hydrogen is supplied to the separation cavity between the pump and the turbine from the outlet of the hydrogen pump of the main turbopump unit, this hydrogen is in the gas phase, which deteriorates the cooling conditions for the turbine bearing;
- утечка жидкого компонента из разделительной полости в полость турбины БТНА снижает ее экономичность;- leakage of the liquid component from the separation cavity into the cavity of the BTNA turbine reduces its efficiency;
- наличие тракта внешнего подвода в разделительную полость и полость подшипника турбины БТНА усложняет конструкцию двигателя, так как требует включения в состав двигателя отдельной магистрали подвода жидкого компонента высокого давления от основного турбонасосного агрегата к БТНА.- the presence of an external supply path to the separating cavity and the bearing cavity of the BTNA turbine complicates the design of the engine, since it requires the inclusion of a separate line in the engine for supplying the high-pressure liquid component from the main turbo pump unit to the BTNA.
Известен бустерный насосный агрегат ЖРД (Патент РФ 2134821 С1. Бустерный насосный агрегат ЖРД. Опубликовано 20.08.1999), разделительное уплотнение в котором представляет собой комбинацию импеллера и щелевого уплотнения, установлено между турбиной и насосом.Known LPRE booster pump unit (RF Patent 2134821 C1. LPRE booster pump unit. Published on 08/20/1999), a separating seal in which is a combination of an impeller and a slotted seal, is installed between the turbine and the pump.
Недостатками указанного устройства являются:The disadvantages of this device are:
- утечка жидкого компонента из разделительной полости в полость турбины БТНА снижает как ее экономичность, так и экономичность БТНА;- the leakage of the liquid component from the separation cavity into the cavity of the BTNA turbine reduces both its efficiency and the efficiency of the BTNA;
- усилие на подшипники от действия осевых сил складывается из усилия, действующего на рабочее колесо насоса и импеллера, отсутствует возможность компенсации усилия, действующего на подшипники.- the force on the bearings from the action of axial forces consists of the force acting on the impeller of the pump and the impeller, there is no possibility of compensating the force acting on the bearings.
Известно устройство разделения насоса и турбины БТНА ЖРД, содержащее насос, турбину, разделительную полость между насосом и турбиной, ограниченную со стороны насоса уплотнением вала, а со стороны колеса турбины разгрузочным диском с его уплотнением, тракт внешнего подвода в разделительную полость и полость подшипника турбины, 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. (Патент РФ 2299344 С1. Устройство разделения насоса и турбины бустерного турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя., опубликовано: 20.05.2007, Бюл. №14 - прототип).Known is a device for separating a pump and a turbine BTNA LRE, which contains a pump, a turbine, a separating cavity between the pump and the turbine, limited from the pump side by a shaft seal, and from the side of the turbine wheel by a discharge disk with its seal, an external supply path to the separation cavity and the turbine bearing cavity, the unloading disk with its seal is aligned with the turbine wheel, the shaft seal diameter is made less than the shaft diameter at the site of the turbine bearing seat, and the turbine bearing is installed on the pump side behind the separation cavity. (RF patent 2299344 C1. A device for separating a pump and a turbine of a booster turbopump unit of a liquid-propellant rocket engine., Published: 20.05.2007, Bul. No. 14 - prototype).
БТНА с таким устройством разделения насоса и турбины обладает следующими недостатками:BTNA with such a pump-turbine separation device has the following disadvantages:
- при работе БТНА холодная утечка из полости разгрузочного диска попадает на колесо турбины, что приводит к возникновению зонтичного эффекта - термическим деформациям и напряжениям в диске и лопатках колеса турбины;- during BTNA operation, cold leakage from the cavity of the unloading disk enters the turbine wheel, which leads to an umbrella effect - thermal deformations and stresses in the disk and blades of the turbine wheel;
- утечка жидкого компонента из разделительной полости в полость турбины БТНА снижает ее экономичность;- leakage of the liquid component from the separation cavity into the cavity of the BTNA turbine reduces its efficiency;
- наличие тракта внешнего подвода в разделительную полость и полость подшипника турбины БТНА усложняет конструкцию двигателя, так как требует включения в состав двигателя отдельной магистрали подвода жидкого компонента высокого давления от основного турбонасосного агрегата к БТНА;- the presence of an external supply path to the separating cavity and the bearing cavity of the BTNA turbine complicates the design of the engine, since it requires the inclusion of a separate line in the engine for supplying a high-pressure liquid component from the main turbo pump unit to the BTNA;
- усилие разгрузки подшипников от действия осевых сил определяется давлением подводимого компонента и диаметром уплотнения на диске колеса турбины БТНА, приводимого газовой турбиной, однако чем выше давление подводимого на разгрузку компонента топлива, тем большая мощность теряется на основном турбонасосном агрегате, и чем больше диаметр уплотнения, тем меньше коэффициент полезного действия (КПД) турбины БТНА и выше термические напряжения в колесе турбины;- the force of unloading the bearings from the action of axial forces is determined by the pressure of the supplied component and the diameter of the seal on the disc of the BTNA turbine wheel driven by the gas turbine, however, the higher the pressure of the fuel supplied to unload the component, the more power is lost on the main turbopump unit, and the larger the diameter of the seal, the lower the efficiency of the BTNA turbine and the higher the thermal stresses in the turbine wheel;
- утечки в полость насоса компонента, подводимого на разгрузку подшипников, приводят к снижению общей экономичности системы питания двигателя;- leaks into the pump cavity of the component supplied to unload the bearings, lead to a decrease in the overall efficiency of the engine power supply system;
- утечки в полость турбины компонента, подводимого на разгрузку подшипников, приводят к снижению ее экономичности, в БТНА ЖРД с тягой менее 0,5 МН уменьшение утечек из разделительной полости в полость турбины особенно важно, так как эти утечки по величине могут быть сопоставимы с расходом газа через турбину.- leaks into the turbine cavity of the component supplied to unload the bearings, lead to a decrease in its efficiency; in a BTNA LPRE with a thrust of less than 0.5 MN, a decrease in leakages from the separation cavity into the turbine cavity is especially important, since these leaks in magnitude can be comparable to the flow rate gas through the turbine.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков устройства разделения насоса и турбины БТНА ЖРД, уменьшение потерь мощности, затрачиваемой на разделение насоса и турбины, повышение экономичности системы питания, снижения термических деформаций рабочего колеса газовой турбины, обеспечение снижения усилия, действующего на подшипники от осевых сил.The objective of the present invention is to eliminate the above disadvantages of the device for separating the pump and turbine BTNA LPRE, to reduce power losses spent on separating the pump and turbine, to increase the efficiency of the power supply system, to reduce thermal deformations of the gas turbine impeller, to reduce the force acting on the bearings from axial forces.
Технический эффект достигается тем, что в БТНА ЖРД, содержащем насос, турбину, подшипник турбины, подшипник насоса, разделительную полость между насосом и турбиной, ограниченную со стороны турбины уплотнением вала, подшипник турбины установлен со стороны насоса за разделительной полостью согласно изобретению разделительная полость размещена между подшипником турбины и уплотнением вала, со стороны турбины, в разделительной полости установлен разгрузочный диск, на наружном диаметре которого выполнено уплотнение, а разделительная полость в периферийной части соединена отводящими каналами с отводом насоса.The technical effect is achieved by the fact that in a BTNA LPRE containing a pump, a turbine, a turbine bearing, a pump bearing, a separation cavity between the pump and a turbine, limited from the turbine side by a shaft seal, the turbine bearing is installed on the pump side behind the separation cavity according to the invention, the separation cavity is located between with a turbine bearing and a shaft seal, on the turbine side, a discharge disc is installed in the separating cavity, on the outer diameter of which a seal is made, and the separating cavity in the peripheral part is connected by outlet channels with the pump outlet.
Для снижения осевого усилия, действующего в сторону входа насоса:To reduce the axial thrust towards the pump inlet:
- со стороны турбины может быть выполнена дополнительная разгрузочная полость, примыкающая к диску колеса турбины, ограниченная уплотнениям по валу и уплотнением на диске колеса турбины, соединенная каналами с коллектором подвода газа к турбине;- on the side of the turbine, an additional unloading cavity can be made adjacent to the turbine wheel disc, limited by seals along the shaft and a seal on the turbine wheel disc, connected by channels to the gas supply manifold to the turbine;
- между подшипником турбины и подшипником насоса может быть установлена осевая пружина;- an axial spring can be installed between the turbine bearing and the pump bearing;
- на торце разгрузочного диска со стороны насоса могут быть выполнены лопатки или ребра;- blades or ribs can be made at the end of the unloading disk from the pump side;
- на торце корпуса, примыкающем к разгрузочному диску со стороны турбины, могут быть выполнены лопатки или ребра;- blades or ribs can be made on the end of the body adjacent to the unloading disc from the turbine side;
- на торце разгрузочного диска со стороны насоса и в корпусе, примыкающем к разгрузочному диску со стороны турбины, могут быть выполнены лопатки или ребра.- blades or ribs can be made at the end of the unloading disc from the pump side and in the housing adjacent to the unloading disc from the turbine side.
Продольный разрез предлагаемого бустерного турбонасосного агрегата ЖРД представлен на фиг. 1, на фиг. 2, 3 - варианты БТНА с лопатками/ ребрами на торце корпуса, дополнительной разгрузочной полостью, где:A longitudinal section of the proposed booster turbopump unit of the LPRE is shown in Fig. 1, FIG. 2, 3 - options for BTNA with blades / ribs at the end of the body, an additional unloading cavity, where:
1 - турбина;1 - turbine;
2 - насос;2 - pump;
3 - разделительная полость между насосом и турбиной;3 - separation cavity between the pump and the turbine;
4 - уплотнение вала;4 - shaft seal;
5 - разгрузочный диск;5 - unloading disc;
6 - уплотнение разгрузочного диска;6 - seal of the unloading disk;
7 - подшипник турбины;7 - turbine bearing;
8 - подшипник насоса;8 - pump bearing;
9 - отводящие каналы в отвод насоса;9 - outlet channels to the pump outlet;
10 - отвод насоса;10 - pump outlet;
11 - лопатки/ребра на разгрузочном диске;11 - blades / ribs on the unloading disc;
12 - лопатки/ребра в корпусе;12 - blades / ribs in the body;
13 - рабочее колесо насоса;13 - pump impeller;
14 - диск колеса турбины;14 - turbine wheel disc;
15 - дополнительная разгрузочная полость диска колеса турбины;15 - additional unloading cavity of the turbine wheel disc;
16 - уплотнение на диске колеса турбины;16 - seal on the turbine wheel disc;
17 - коллектор подвода турбины;17 - turbine inlet manifold;
18 - каналы подвода газа.18 - gas supply channels.
Бустерный турбонасосный агрегат (фиг. 1) состоит из турбины 1, насоса 2 между которыми расположена разделительная полость 3, ограниченная со стороны турбины уплотнением вала 4. В разделительной полости 3 расположен разгрузочный диск 5, на наружном диаметре которого расположено уплотнение 6. Вал установлен на подшипник турбины 7 и подшипник насоса 8. В периферийной части разделительная полость соединена отводящими каналами 9 с отводом насоса 10. Для повышения разгружающей способности на торце разгрузочного диска со стороны насоса могут быть выполнены лопатки или ребра 11, с той же целью лопатки или ребра могут быть выполнены на торце корпуса 12 со стороны разгрузочного диска 5 (фиг. 2), обращенной в сторону турбины. Лопатки/ребра 11 на торце разгрузочного диска и лопатки/ребра 12 на торце корпуса могут быть выполнены как по отдельности, так и совместно. В состав насоса 2 входит рабочее колесо насоса 13.The booster turbopump unit (Fig. 1) consists of a
В варианте изобретения бустерный турбонасосный агрегат (фиг. 3), состоит из турбины 1, насоса 2 между которыми расположена разделительная полость 3, ограниченная со стороны турбины уплотнением вала 4. В разделительной полости 3 расположен разгрузочный диск 5, на наружном диаметре которого расположено уплотнение 6. Вал установлен на подшипник турбины 7 и подшипник насоса 8. В периферийной части разделительная полость соединена отводящими каналами 9 с отводом насоса 10. Для повышения разгружающей способности на торце разгрузочного диска со стороны насоса могут быть выполнены лопатки/ребра 11, с той же целью лопатки/ребра 12 могут быть выполнены на торце корпуса со стороны разгрузочного диска 5, обращенной в сторону турбины. Лопатки/ребра 11 на торце разгрузочного диска и лопатки/ребра 12 на торце корпуса могут быть выполнены как по отдельности, так и совместно. В состав насоса 2 входит рабочее колесо насоса 13. Для дополнительной компенсации осевой силы, действующей на подшипники 7 со стороны турбины, у диска колеса турбины 14 использована дополнительная разгрузочная полость 15, ограниченная уплотнением вала 4 и уплотнением на диске колеса турбины 16, соединенная с коллектором подвода газа к турбине 17 каналами 18.In an embodiment of the invention, the booster turbopump unit (Fig. 3) consists of a
При работе БТНА (фиг. 1) в разделительную полость 3 со стороны насоса 2 на разгрузочный диск 5 поступает рабочая жидкость насоса высокого давления после рабочего колеса насоса 13 из отвода насоса 10 через каналы 9, а со стороны турбины 1 через уплотнение вала 4 на разгрузочный диск 5 из турбины поступает газ. За счет вращения ротора разгрузочный диск 5 создает дополнительный напор, давление на его наружном диаметре превышает давление в отводе насоса 10 и давление на выходе из уплотнения 4, что исключает прорыв газа в полость рабочего колеса насоса. Утечка рабочей жидкости из разгрузочной полости ограничена уплотнением 6 на разгрузочном диске. Из разгрузочной полости 5 смесь рабочей жидкости насоса и газа из турбины через отводящие каналы 9 поступает в отвод насоса 10, где смешивается с основным потоком. При смешении с жидким компонентом газ конденсируется и на вход в насос основного турбонасосного агрегата поступает рабочее тело в жидкой фазе. Так как утечка газа из турбины через уплотнение вала 4, по сравнению с расходом через насос БТНА, невелика, она не оказывает существенного влияния на характеристики основного насоса турбонасосного агрегата. При работе на рабочее колесо насоса 13 действует осевое усилие, создаваемое действующим на него перепадом давлений. Это усилие направлено в сторону от выхода к входу в насос. В турбине 1, работающей при низком перепаде давлений, на диск колеса турбины 14 действует осевое усилие, направленное в ту же сторону, что и осевое усилие, действующее на рабочее колесо насоса 13. Осевые усилия, действующие на диск колеса турбины 14 и рабочее колесо насоса 13, уравновешиваются осевым усилием, действующим на разгрузочный диск 5 и направленным в обратную сторону, т.е. от входа к выходу из насоса, что снижает осевую, силу, действующую на подшипники 7 и 8. Для повышения разгружающей способности разгрузочного диска 5 в разгрузочном диске со стороны насоса могут быть выполнены лопатки или ребра 11, повышающие давление по поверхности диска. Для выравнивания давления по поверхности диска со стороны турбины лопатки или ребра могут быть выполнены на торце корпуса 12 со стороны разгрузочного диска, обращенной в сторону турбины (фиг. 2). Лопатки/ребра 11 в разгрузочном диске и лопатки/ребра 12 на торце корпуса могут быть выполнены как по отдельности, так и совместно в зависимости от распределения давления в полостях насоса и турбины БТНА. Площадь разгрузочного диска 5 определяется величиной осевого усилия, требуемого для уравновешивания осевых сил, действующих на диск колеса турбины 14 и рабочее колесо насоса 13.During the operation of the BTNA (Fig. 1), the working fluid of the high-pressure pump enters the
При работе варианта БТНА с повышенной разгружающей способностью (фиг. 3) в разделительную полость 3 со стороны насоса 2 на разгрузочный диск 5 поступает рабочая жидкость насоса высокого давления после рабочего колеса насоса 13 из отвода насоса 10 через каналы 9, а со стороны турбины 1 через уплотнение вала 4 на разгрузочный диск 5 из турбины поступает газ. За счет вращения ротора разгрузочный диск 5 создает дополнительный напор, давление на его наружном диаметре превышает давление в отводе насоса 10 и давление на выходе из уплотнения 4, что исключает прорыв газа в полость рабочего колеса насоса. Утечка рабочей жидкости из разгрузочной полости ограничена уплотнением 6 на разгрузочном диске. Из разгрузочной полости 5 смесь рабочей жидкости насоса и газа из турбины через отводящие каналы 9 поступает в отвод насоса 10, где смешивается с основным потоком. При смешении с жидким компонентом газ конденсируется и на вход в насос основного турбонасосного агрегата поступает рабочее тело в жидкой фазе. Так как утечка газа из турбины через уплотнение вала 4, по сравнению с расходом через насос БТНА, невелика, она не оказывает существенного влияния на характеристики основного насоса турбонасосного агрегата. При работе на рабочее колесо насоса 13 действует осевое усилие, создаваемое действующим на него перепадом давлений. Это усилие направлено в сторону от выхода к входу в насос. В турбине 1, работающей при низком перепаде давлений, на диск колеса турбины 14 действует осевое усилие, направленное в ту же сторону, что и осевое усилие, действующее на рабочее колесо насоса 13. Осевые усилия, действующие на диск колеса турбины 14 и рабочее колесо насоса 13, уравновешиваются осевым усилием, действующим на разгрузочный диск 5 и направленным в обратную сторону, т.е. от входа к выходу из насоса, что снижает осевую, силу, действующую на подшипники 7 и 8. Для повышения разгружающей способности разгрузочного диска 5 в разгрузочном диске со стороны насоса могут быть выполнены лопатки или ребра 11, повышающие давление по поверхности диска. Для выравнивания давления по поверхности диска со стороны турбины лопатки или ребра 12 могут быть выполнены на торце корпуса со стороны разгрузочного диска, обращенной в сторону турбины. Лопатки/ребра 11 в разгрузочном диске и лопатки/ребра 12 на торце корпуса могут быть выполнены как по отдельности, так и совместно в зависимости от распределения давления в полостях насоса и турбины БТНА. Дополнительно для снижения утечек рабочей жидкости насоса из разделительной полости между насосом и турбиной 3 в отвод насоса 10 и повышения общей разгружающей способности в разгрузочную полость диска турбины 15, ограниченную диском колеса турбины 14, уплотнением вала 4 и уплотнением на диске колеса турбины 16, из коллектора подвода турбины 17 через каналы подвода в разгрузочную полость диска турбины 18 поступает газ высокого давления. В дополнительной разгрузочной полости 15 создается осевое усилие, направленное в сторону противоположную выходу из насоса, величина которого определяется диаметрами уплотнения вала 4 и уплотнения на диске колеса турбины 16. Площадь разгрузочного диска 5 и диаметр уплотнения на диске колеса турбины 16 определяются величиной осевого усилия, требуемого для уравновешивания осевых сил, действующих на диск колеса турбины 14 и рабочее колесо насоса 13.When operating the BTNA version with increased unloading capacity (Fig. 3), the working fluid of the high-pressure pump enters the
Преимуществом приведенного бустерного турбонасосного агрегата ЖРД, в отличие от прототипа, где разгрузка подшипников от действия осевых сил обеспечивается за счет подвода рабочего тела высокого давления с выхода насоса основного турбонасосного агрегата, является:The advantage of the reduced booster turbopump unit of a liquid-propellant engine, in contrast to the prototype, where the unloading of bearings from the action of axial forces is provided by supplying a high-pressure working fluid from the outlet of the pump of the main turbo-pump unit, is:
- отсутствие холодной утечки рабочего тела из разделительной полости 3 на диск колеса турбины 14, что исключает возникновение зонтичного эффекта - термических деформаций и напряжений в колесе турбины;- no cold leakage of the working fluid from the
- отсутствие утечки жидкого компонента из разделительной полости 3 в полость турбины, что позволяет обеспечить высокую экономичность турбины;- no leakage of the liquid component from the
- отсутствие утечки компонента, подводимого на разгрузку подшипников, в полость насоса обеспечивает высокую экономичность насоса БТНА;- absence of leakage of the component supplied for unloading the bearings into the pump cavity ensures high efficiency of the BTNA pump;
- осуществление осевой разгрузки опор за счет организации рабочего процесса внутри агрегата;- implementation of axial unloading of the supports due to the organization of the working process inside the unit;
- исключение подвода жидкого компонента высокого давления в разделительную полость между насосом и турбиной, требовавшего включения в состав двигателя отдельной магистрали жидкого компонента высокого давления от основного турбонасосного агрегата к БТНА;- elimination of the supply of the high-pressure liquid component to the separation cavity between the pump and the turbine, which required the inclusion of a separate line of the high-pressure liquid component from the main turbopump unit to the BTNA into the engine;
- обеспечение величины усилия разгрузки подшипников от действия осевых сил выбором диаметра разгрузочного диска, площади разгрузочной полости (диаметров уплотнения вала 4 и уплотнения на диске колеса турбины 16), усилием осевой пружины.- ensuring the magnitude of the unloading force of the bearings from the action of axial forces by choosing the diameter of the unloading disc, the area of the unloading cavity (diameters of the
Таким образом, реализация бустерного турбонасосного агрегата ЖРД обеспечит минимальные потери мощности, связанные с разгрузкой подшипников от действия осевых сил при обеспечении их надежной разгрузки и общем повышении экономичности системы питания ЖРД.Thus, the implementation of the booster turbopump unit of the liquid-propellant engine will provide minimal power losses associated with the unloading of bearings from the action of axial forces while ensuring their reliable unloading and a general increase in the efficiency of the liquid-propellant engine power system.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019113991A RU2730566C1 (en) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | Lpre booster turbopump unit (embodiments) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019113991A RU2730566C1 (en) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | Lpre booster turbopump unit (embodiments) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2730566C1 true RU2730566C1 (en) | 2020-08-24 |
Family
ID=72237974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019113991A RU2730566C1 (en) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | Lpre booster turbopump unit (embodiments) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2730566C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117307357A (en) * | 2023-10-26 | 2023-12-29 | 九州云箭(北京)空间科技有限公司 | Rocket engine modularized assembly turbopump system and recovery method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2015696A1 (en) * | 1969-04-03 | 1971-01-28 | Bringer, Henri Vernon (Frankreich) | Turbopump for jet engines |
RU2106534C1 (en) * | 1996-09-25 | 1998-03-10 | Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко | Booster turbopump unit |
RU2134821C1 (en) * | 1997-08-13 | 1999-08-20 | Конструкторское бюро химавтоматики | Booster pumping unit |
RU2299344C1 (en) * | 2005-11-15 | 2007-05-20 | Открытое акционерное общество Конструкторское бюро химавтоматики | Device for separation of the pump and the turbine of the booster turbo-pump aggregate of the liquid propellant rocket engine |
-
2019
- 2019-05-06 RU RU2019113991A patent/RU2730566C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2015696A1 (en) * | 1969-04-03 | 1971-01-28 | Bringer, Henri Vernon (Frankreich) | Turbopump for jet engines |
GB1294407A (en) * | 1969-04-03 | 1972-10-25 | Henri Bringer | Turbine driven pumps for rocket motors |
RU2106534C1 (en) * | 1996-09-25 | 1998-03-10 | Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко | Booster turbopump unit |
RU2134821C1 (en) * | 1997-08-13 | 1999-08-20 | Конструкторское бюро химавтоматики | Booster pumping unit |
RU2299344C1 (en) * | 2005-11-15 | 2007-05-20 | Открытое акционерное общество Конструкторское бюро химавтоматики | Device for separation of the pump and the turbine of the booster turbo-pump aggregate of the liquid propellant rocket engine |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117307357A (en) * | 2023-10-26 | 2023-12-29 | 九州云箭(北京)空间科技有限公司 | Rocket engine modularized assembly turbopump system and recovery method |
CN117307357B (en) * | 2023-10-26 | 2024-03-22 | 九州云箭(北京)空间科技有限公司 | Rocket engine modularized assembly turbopump system and recovery method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10167874B2 (en) | Centrifugal pump, in particular for supplying power to rocket engines | |
CN111140509B (en) | Coaxial turbine pump structure of liquid oxygen kerosene engine | |
US8177489B1 (en) | Axial tip turbine driven pump | |
RU2341689C2 (en) | Turbo pump assembly | |
CN101892991B (en) | Horizontal type multi-stage pump without leakage | |
JPS63212701A (en) | Traction type steam piston balancer | |
US8864441B1 (en) | Rocket engine turbopump | |
RU2730566C1 (en) | Lpre booster turbopump unit (embodiments) | |
US7004719B2 (en) | Axial thrust balancing system for a centrifugal compressor, having improved safety characteristics | |
US7931441B1 (en) | Inducer with tip shroud and turbine blades | |
RU2299344C1 (en) | Device for separation of the pump and the turbine of the booster turbo-pump aggregate of the liquid propellant rocket engine | |
US5197851A (en) | Axial flow turbopump with integrated boosting | |
RU2395706C1 (en) | Turbo pump unit | |
US5456577A (en) | Centrifugal pump with resiliently biasing diffuser | |
US5224817A (en) | Shunt flow turbopump with integrated boosting | |
WO2013031343A1 (en) | Multi-pressure centrifugal turbo machine | |
RU2734733C9 (en) | Booster turbo pump unit of lpe | |
CN109882423B (en) | Centrifugal pump device with ultralow specific speed | |
US3024734A (en) | Dynamic seal for varying operating conditions | |
RU94644U1 (en) | MULTI-STAGE PUMP | |
RU2525775C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine turbopump unit | |
RU2533524C1 (en) | Oxidiser turbopump unit for generator-free liquid-propellant rocket engine | |
RU2526996C1 (en) | Solid-propellant rocket engine turbopump unit | |
RU2533595C1 (en) | Turbopump unit | |
CN218293881U (en) | Liquid oxygen pre-compaction turbopump and turbopump |