Численные исследования влияния режимов работы турбонасосного агрегата на осевую силу

Структурные схемы ТТС (прямой и обратный цикл): ПТУ - паротурбинная установка; ХМ - холодильная машина; И - испаритель; КД - конденсатор; Т - турбина; КМ - компрессор; Н - насос; КТ - капиллярная трубка; стрелками обозначено направление потоков вещества и энергии

В качестве примера прямого цикла можно рассматривать паротурбинную установку. ПТУ имеет в своем составе испаритель, турбину, конденсатор и насос. Обмен тепловыми потоками происходит на испарителе - от источника тепла к рабочему телу, и на конденсаторе - от рабочего тела к холодильнику. Турбина производит техническую работу, забираемую из системы.

В качестве примера обратного цикла можно рассматривать холодильную установку. Холодильная машина (ХМ) имеет в своем составе испаритель, компрессор, конденсатор и капиллярную трубку. Обмен тепловыми потоками происходит на испарителе - от охлаждаемого продукта к рабочему телу и на конденсаторе - от рабочего тела в окружающую среду. На привод компрессора затрачивается работа. Общие закономерности в технических системах преобразования тепла, которые можно выделить на уровне протекающих в них процессов, позволяют говорить о единой математической модели ТТС.

Решение задач проектирования целесообразно вести с использованием математических моделей ТТС [2; 3].

Создание математических моделей теплоэнергетических установок, работающих по прямым и обратным циклам, является перспективным направлением в современных исследованиях. Модель позволяет рассчитать основные параметры процесса при известных граничных условиях по конструкции и окружающей

среде, получить их изменение при варьировании входных данных, оценить влияние различных факторов на работу установки.

Библиографические ссылки

1. Хубка В. Теория технических систем : пер. с нем. 1987. 208 с.

2. Теплосиловые системы: Оптимизационные исследования / А. М. Клер, Н. П. Деканова, Э. А.Тюрина и др. Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 2005. 236 с.

3. Тарасик В. П. Математическое моделирование технических систем : учебник для вузов. Минск : ДизайнПРО, 2004. 640 с.

References

1. Hubka V. Teoriya tekhnicheskikh system (Theory of technical systems), 1987. 208 p.

2. Teplosilovyye sistemy: Optimizatsionnyye issledovaniya (Thermal power system: Optimization studies). A. M. Kler, N. P. Dekanova, E. A. Tyurina et al. Novosibirsk : Nauka, 2005. 236 p.

3. Tarasik V. P. Matematicheskoye modelirovaniye tekhnicheskikh system (Mathematical modeling of technical systems). Minsk : DizaynPRO, 2004. 640 p.

© Черненко Е. В., Ходенков А. А., Замятина Э. В., 2014

УДК 62-251-762.89:532.5.013.12

ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА НА ОСЕВУЮ СИЛУ

А. А. Чернов, Д. А. Жуйков, Д. Р. Тележенко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-шаИ: mememeem@gmail.com

Рассмотрены особенности зависимости осевых сил, возникающих при различных режимах работы турбо-насосного агрегата.

Ключевые слова: автомат осевой разгрузки, жидкостные ракетные двигатели, турбонасосные агрегаты, ракетная техника.

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательныхаппаратов

NUMERICAL STUDY OF THE OPERATING MODE IMPACT OF THE TURBOPUMP

UNIT ON THE AXIAL FORCE

A. A. Chernov, D. A. Juikov, D. R. Telejenko

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: mememeem@gmail.com

The features depending on the axial forces generated by the various operational modes of the turbopump unit are considered.

Keywords: axial discharge machine, liquid rocket engines, turbopump units, rocketry.

Надежность турбонасосного агрегата в значительной мере зависит от значений осевых сил, которые, в свою очередь, возникают вследствие вращения ротора турбонасосного агрегата. Так как угловая скорость ротора может достигать значений порядка 40000 оборотов, то осевые силы, возникающие на роторе, достигают высоких значений. Если осевые силы, возникающие на элементах турбонасосного агрегата, не компенсируются, то это может привести к выходу агрегата из строя [1; 2].

Для оценки влияния угловой скорости ротора на величину осевой силы, возникающей на роторе тур-бонасосного агрегата, был проведен расчет для ряда значений угловой скорости. Полученные результаты

представлены в виде графической зависимости (см. рисунок) [3; 4].

Данная зависимость показывает, что при постепенном возрастании угловой скорости численное значение осевых сил уменьшается до определенной точки, после которой начинает возрастать по линейному закону, что говорит о возможности повлечь за собой выход из строя турбонасосного агрегата при таком режиме работы [5].

Проанализировав зависимость, полученную в ходе расчета, можно сделать вывод, что для повышения надежности турбонасосного агрегата на роторе необходимо устанавливать автомат осевой разгрузки, чтобы избежать срыва работы под действием осевых сил.

Библиографические ссылки

1. Ломакин А. А. Центробежные и осевые насосы. М. : Машиностроение, 1966. 354 с.

2. Жуйков Д. А., Кишкин А. А., Зуев А. А. Оценка осевой силы при течении в торцевых щелях турбома-шин // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2013. № 3. С. 24.

3. Беляев Е. Н., Черваков В. В. Математическое моделирование ЖРД. М. : МАИ-Принт, 2009. 277 а

4. Программа для имитационного моделирования работы турбонасосного агрегата. Авторы: Чернов А. А. (ЯЩ Назаров В. П. (ЯЩ Жуйков Д. А. (ЯЩ Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2014617587.

5. Чернов А. А., Жуйков Д. А. Повышение надежности турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя // Наука. Промышленность. Оборона : тр. XV Всерос. науч.-техн. конф. (Новосибирск,

24-26 апреля 2014 г.). Новосибирск : НГТУ, 2014. С. 638-640.

References

1. Lomakin A. A. Centrifugal and axial flow pumps. M. : Mashinostroenie 1966. 354 s.

2. Juikov D. A., Kishkin A. A., Zuev A. A. Evaluation of the axial force in the flow of the slots in the end of turbomachinery // Proceedings of Higher Education. Severo-Kavkazskij region. Series: Technical science. 2013. № 3, s. 24.

3. Beljaev E. N., Chervakov V. V. Mathematical modeling LRE // Moskva : MAI-Print, 2009. 277 c.

4. The program for the simulation of the turbopump unit. Authors: Chernov A. A. (RU), Nazarov V. P. (RU), Juikov D. A. (RU). Certificate of state registration of computer program № 2014617587.

5. Chernov A. A. Juikov D. A. Improving the reliability of the turbopump unit of liquid rocket engines // Science. Industry. Defence : Proceedings of XV All-Russian Scientific and Technical Conference (Novosibirsk, 24-26 aprelja 2014 g.) / Novosibirsk: NGTU, 2014. S. 638-640.

© Чернов А. А., Жуйков Д. А., Тележенко Д. Р., 2014