Анализ влияния типа бесконтактного уплотнения на характеристики насоса турбонасосного агрегата ракетного двигателя при изменении режима работы

DOI: 10.34759/vst-2021-3-33-45

Авторы

Иванов А. В.

HПO Энергомаш им. академика В. П. Глушко, ул. Бурденко,1 Химки, Московская область, 141400, Россия

e-mail: iav308@inbox.ru

Аннотация

Рассмотрено влияние бесконтактных уплотнений на экономичность насоса жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) на режимах регулирования. Показано, что при создании насосов турбонасосных агрегатов (THA) ЖРД нельзя рассматривать зазор в уплотнении как величину постоянную, независимо от режима работы. Приведены зависимости, позволяющие на начальном этапе проектирования оценить величину зазора в уплотнении. В процессе создания насосов должны быть оценены величины не только рабочих зазоров, определяющих расход через уплотнение, но и величины минимальных гарантированных зазоров, обеспечивающих бесконтактную работу уплотнения. Показано, что анализ влияния уплотнений на характеристики и работоспособность насо сов необходим уже на ранних стадиях проектирования.

Ключевые слова:

бесконтактное уплотнение, рабочий зазор, минимальный гарантированный зазор, роторный элемент уплотнения

Библиографический список

1. Дмитренко А.И., Иванов А.В. Анализ уплотнений проточной части насосов и турбин ТНА ЖРД // Научно-технический юбилейный сборник КБ Химавтоматики. – Воронеж: ИПФ «Воронеж», 2001. С. 364–370.

2. Чванов В.К., Кашкаров А.М., Ромасенко Е.Н., Толстиков Л.А. Турбонасосные агрегаты ЖРД конструкции НПО Энергомаш // Труды НПО Энергомаш. 2004. № 22. С. 81-99.

3. Левочкин П.С., Чванов В.К., Васильев В.С., Тимушев С.Ф. Повышение эффективности и ресурса турбин турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей при применении двусторонних радиальных лабиринтных уплотнений гребешкового типа // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2018. Т. 17. № 4. С. 81-92.

4. Иванов А.В. Исследование влияния уплотнений на колебания высокооборотного ротора // Авиационные двигатели. 2020. № 1 (6). С. 39–48.

5. Falaleev S.V. The Methodology for Calculating the Hydrodynamic Characteristics of a Mechanical Seal with Leakage Steam Formation // Journal of Friction and Wear. 2021. Vol. 42. No. 1, pp. 50-55. DOI: 10.3103/S1068366621010037

6. Бадун О.П., Дешевых С.А., Иванов Я.Н. Особенности использования плавающих колец в кислородных насосах // Вестник двигателестроения. 2016. № 2. С. 115-121.

7. Space Shuttle Main Engine Orientation. 1998, http://www.lpre.de/p_and_w/SSME/SSME_PRESENTATION.pdf

8. Zhao Y., Wang C. Shape Optimization of Labyrinth Seals to Improve Sealing Performance // Aerospace. 2021. Vol. 8. No. 4, p. 92. DOI: 10.3390/aerospace8040092

9. Иванов А.В., Белоусов А.И., Дмитренко А.И. Турбонасосные агрегаты кислородно-водородных ЖРД. – Воронеж: ВГТУ, 2011. – 283 с.

10. Xu J., Li C., Miao X. et al. An Overview of Bearing Candidates for the Next Generation of Reusable Liquid Rocket Turbopumps // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2020. Vol. 33. No. 1. Article id.26. DOI: 10.1186/s10033-020-00442-6

11. Pfützenreuter L., De Almeida D., Pagliuco C. et al. Current Status on Joint L75 Engine Development with Focus on Turbopump Activities // 3AF Space Propulsion Conference. 2018, https://www.researchgate.net/publication/325595258

12. Tokunaga Y., Inoue H., Hiromatsu J. et al. Rotordynamic Characteristics of Floating Ring Seals in Rocket Turbopumps // International Journal of Fluid Machinery and Systems. 2016. Vol. 9. No. 3, pp. 194–204. DOI: 10.5293/IJFMS.2016.9.3.194

13. Lee Y.B., Shin S.K., Ryu K. et al. Test Results for Leakage and Rotordynamic Coefficients of Floating Ring Seals in a High-Pressure, High-Speed Turbopump // Tribology Transactions. 2005. Vol. 48. No. 3, pp. 273-282. DOI: 10.1080/05698190590948250

14. Li G., Zhang Q., Huang E. et al. Leakage performance of floating ring seal in cold/hot state for aero- engine // Chinese Journal of Aeronautics. 2019. Vol. 32. No. 9, pp. 2085-2094. DOI: 10.1016/j.cja.2019.03.004

15. Liu Zh., Xia P., Zhang G. et al. Floating-ring seals movement mechanism and its influence on stability of a rotor system // Journal of Shock and Vibration. 2016. Vol. 35. No. 9, pp. 110-116.

16. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. – М.: Машиностроение, 1986. – 376 с.

17. Sulinov A.V., Shabliy L.S., Zubanov V.M. Simulation Methodology of the Screw-Centrifugal Pump for Liquid Hydrogen // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 803. DOI: 10.1088/1742-6596/803/1/012161

18. Назаров В.П., Яцуненко В.Г., Коломенцев А.И. Конструктивно-технологические факторы стабильности энергетических параметров турбонасосных агрегатов ракетных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 5. С. 101-105.

19. Andriievskyi M.V., Mitikov Y.O. Influence of propellant leakage from pump area into turbine area on turbo-pump operation stability // Space Science and Technology. 2021. Vol. 27. No. 1, pp. 97-102. DOI: 10.15407/knit2021.01.097

20. Zhang K., Jiang X., Li S. et al. Transient CFD Simulation on Dynamic Characteristics of Annular Seal under Large Eccentricities and Disturbances // Energies. 2020. Vol. 13. No. 16. DOI: 10.3390/en13164056

21. Каторгин Б.И., Семенов В.И., Чванов В.К., Челькис Ф.Ю. Разработка и внедрение на мировой рынок мощного маршевого ЖРД РД180 // Труды НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко. 2003. № 21. С. 150-171.