Лабораторная работа № 8.

Турбонасосный агрегат двигателя РД – 214

ТНА представляет собой двухвальную конструкцию (листы 4–7 работы [3]), на одном валу которой расположены рабочие колеса турбины и насоса окислителя (АК – 27И), на другом – насоса горючего (ТМ – 185) и насоса продукта 030 (перекиси водорода). Диск турбины расположен на валу консольно. При таком размещении турбины выхлопной коллектор является не силовым элементом конструкции и имеет меньшую массу.

Каждый вал вращается на двух шарикоподшипниках, из них подшипники (40) и (36) являются радиально-упорными и обеспечивают осевую фиксацию ротора относительно корпуса. Смазка подшипников – консистентная.

Передача крутящего момента с одного вала на другой осуществляется рессорой (10), имеющей на концах эвольвентные шлицы. Рессора допускает относительное радиальное и осевое смещение осей валов без нарушения работы ТНА.

Турбина

Основные параметры

Тип турбины осевая, активная,

двухступенчатая

Частота вращения 8000 об/мин

Окружная скорость на среднем диаметре лопаток 188 м/с

Расход газа 5 кг/с

Давление: на входе 4,8 МПа

на выходе 0,15 МПа

Температура газа на входе в турбину

Мощность 1,88 МВт

Коэффициент полезного действия 0,545

Двухступенчатая активная турбина состоит из корпуса, выхлопного аппарата, рабочего колеса с валом и узла уплотнений.

Корпус турбины. Корпус турбины состоит из соплового аппарата с распределительным коллектором и диафрагмой. Силовой частью корпуса является сопловой аппарат (39), который через четыре кронштейна (22) крепится к корпусу насоса окислителя. Благодаря стальным призматическим шпонкам, боковые поверхности которых расположены радиально (вид В), обеспечивается соосность соединяемых корпусов при температурных деформациях, возникающих в процессе работы ТНА.

К сопловому аппарату приварен распределительный коллектор (23), который имеет два подводящих патрубка (листы 6, 7), к которым крепится газогенератор.

Тепловая изоляция распределительного коллектора (23) осуществляется кожухом (24).

В качестве теплоизолирующего материала в кожухе использована стеклянная вата, слой которой расположен между сеткой и наружной оболочкой (кожухом). Во избежание высыпания ваты по краям полости проложен асбестовый шнур. Теплоизолирующий кожух является съемным узлом и крепится винтами к кронштейнам корпуса турбины.

Для того чтобы отделить полость перед диском турбины (29) от окружающей среды, установлена диафрагма (30). Диафрагма выполнена из стали со штампованными ребрами жесткости и приварена к сопловому аппарату (39), а также к точеному фланцу, в который вмонтировано разрезное уплотнительное кольцо. Этот фланец входит в узел соединения корпуса турбины с корпусом насоса окислителя.

Выхлопной аппарат. Выхлопной аппарат состоит из выхлопного коллектора (28) и направляющего аппарата. Выхлопной аппарат – стальной, штампованный, приварен к фланцу, который посредством болтов крепится к фланцу соплового аппарата (25). Газ из коллектора отводится по двум патрубкам, расположенным взаимно перпендикулярно к оси ТНА. К сопловому аппарату на болтах крепится направляющий аппарат (26).

Направляющий аппарат турбины – разрезной, состоит из четырех сегментов с направляющими лопатками, изготовленными из алюминиевого сплава. Направляющие лопатки запрессованы в продольный паз сегмента и удерживаются в нем ножкой Т -образной формы.

Рабочее колесо с валом. Рабочее колесо состоит из двухвенечного диска (29) с расположенными на нем рабочими лопатками (27) первой и второй ступени.

Рабочие лопатки и диск изготовлены из высокопрочной стали. Крепление лопаток к диску осуществляется елочными замками. Для установки лопаток в ободе диска имеются вырезы трапециевидной формы. По окончании установки лопаток вырезы закрываются замками, которые фиксируются в осевом направлении штифтами (вид Г). В диске турбины имеются три отверстия, выравнивающие давление по обе его стороны для уменьшения осевого усилия на роторе.

Вал (20) – стальной, пустотелый. Крепление диска к валу осуществляется по фланцу (с центрирующим буртом). Крутящий момент передается запрессованными штифтами (31), осевая фиксация диска обеспечивается винтами (32).

Уплотнения. Уплотнения полости турбины по валу обеспечиваются двумя чугунными разрезными сегментными кольцами, установленными в корпус (33), между которыми имеется дренажная полость (сеч. Д – Д). Разрезное кольцо состоит из трех притертых друг к другу сегментов. Сегменты прижаты друг к другу пружиной, схватывающей их по наружным канавкам, и зафиксированы от проворачивания штифтом.

Насос окислителя

Основные параметры

Тип рабочего колеса центробежное, закрытое,

с осевым преднасосом

Расход 221,2 кг/с

Давление: на входе 0,42 МПа

на выходе 6,0 МПа

Коэффициент полезного действия 0,685

Коэффициент быстроходности 97

Кавитационный коэффициент быстроходности 2280

Насос окислителя состоит из корпуса с крышкой, рабочего колеса, системы уплотнений с дренажами и подшипников.

Корпус. Корпус (19) и крышка (11) насоса окислителя, образующие в сборе патрубок всасывания и диффузор насоса, являются отливками сложной конфигурации из алюминиевого сплава. Так как насос имеет двусторонний вход, разъем корпуса и крышки осуществлен в двух местах – в области высокого и низкого давлений.

В связи с двусторонним входом часть корпуса над улиткой имеет арочную форму, обеспечивающую большую жесткость и более равномерное распределение напряжений по корпусу. Разъем в области низкого давления является внешним для насоса и уплотнен жестким кольцом (13) из алюминиевой проволоки.

Разъем в области высокого давления – внутренний, и поэтому утечки по нему менее опасны. Этот разъем уплотнен кольцом (17) из фторопласта. Корпус и крышка насоса имеют развитые фланцы для крепления корпуса насоса горючего и трубопровода, подводящего окислитель; для крепления корпуса турбины имеются четыре прилива (лапы), а также два прилива, используемые для крепления цапф (38) опор агрегата на раме (сеч. А – А).

Рабочее колесо насоса окислителя. Рабочее колесо насоса представляет собой центробежную крыльчатку (21) закрытого типа с двусторонним входом. Для повышения антикавитационных качеств насоса на входах в крыльчатку установлены осевые крыльчатки (16). Центробежная и осевые крыльчатки изготовлены литьем из алюминиевого сплава с последующей механической обработкой.

Для уменьшения утечек между корпусом (19), крышкой (11) и осевыми крыльчатками на наружном диаметре крыльчаток имеются бандажи.

Крутящий момент с вала на рабочее колесо и осевые крыльчатки передается с помощью прямоугольных шлиц.

Затяжка всех деталей, посаженных на вал, осуществляется гайкой (35), законтренной стопорной шайбой. Во избежание перекоса крыльчаток при затяжке гайки (35) предусмотрена постановка двух стальных пружинных колец (34).

Уплотнения. Полости высокого и низкого давлений насосов разделены по буртам рабочего колеса лабиринтными уплотнениями.

Стальные кольца (18) лабиринтных уплотнений запрессованы в расточки корпуса и крышки и контрятся винтами. На рабочих поверхностях колец нарезаны гребешки треугольной формы.

Уплотнение насоса окислителя по валу как со стороны насоса горючего, так и со стороны турбины одинаково и состоит из гидрозатвора (импеллера) (15), торцевого уплотнения (14) с сильфонным разделителем и дренажной полости.

Торцевое уплотнение герметизирует полость входа как во время заливки насоса, так и при работе агрегата. Торцевое уплотнение состоит из фторопластового кольца, завальцованного в стальную шайбу и контактирующего по полированному торцу со стальной втулкой, затянутой гайкой на валу. Разделение полостей осуществляется сильфоном, приваренным к шайбе и опорной втулке, закрепленной в корпусе или крышке. Во избежание потери устойчивости сильфона при опрессовке насоса водой под высоким давлением в гофрах сильфона установлены проволочные кольца. Необходимое для уплотнения контактное давление в рабочей паре создается пружиной.

Полости подшипников уплотнены по валу с помощью манжетных уплотнений. Для предотвращения выдавливания манжет из гнезд со стороны насоса они фиксируются в осевом направлении стопорными кольцами.

Работоспособность манжет в среде окислителя обеспечивается применением эластичного материала на основе каучука СКФ. Две другие манжеты изготовлены из резины.

Подшипники. Подшипники (40) и (12) работают в среде консистентной смазки, которая заполняет полость между манжетами. Подшипник (12) не фиксируется в осевом направлении на валу, что обеспечивает свободу термических расширений вала и корпуса. Посадка подшипников в корпус и на вал – плотная.

Насос горючего

Основные параметры

Тип рабочего колеса центробежное, закрытое,

с осевым преднасосом

Расход 55,6 кг/с

Давление: на входе 0,2 МПа

на выходе 7,4 МПа

Коэффициент полезного действия 0,655

Коэффициент быстроходности 48

Кавитационный коэффициент быстроходности 2120

Насос горючего состоит из корпуса с крышкой, рабочего колеса с валом, системы уплотнений с дренажами и подшипников.

Корпус. Корпус насоса (8) и крышка (4) изготовлены литьем из алюминиевого сплава с последующей механической обработкой. Элементами проточной части корпуса являются радиальный подводящий патрубок с фланцем, спиральный диффузор постоянной ширины и переменного радиуса и конический диффузор, заканчивающийся фланцем для присоединения отводящего трубопровода. Соединение корпуса и крышки выполняется шпильками; место стыка уплотняется алюминиевым кольцом.

В нижней части корпуса имеются два прилива с отверстиями для соединения с корпусом насоса окислителя. Левая часть крышки (4) отлита в виде фланца для крепления корпуса насоса продукта 030.

Две дренажные полости в крышке и корпусе сообщены сверлениями со штуцерами, к которым присоединяются дренажные трубопроводы.

Рабочее колесо с валом. Рабочее колесо (6) представляет собой центробежную крыльчатку закрытого типа с односторонним входом, изготовленную литьем из алюминиевого сплава с последующей механической обработкой. Для разгрузки колеса от осевого усилия и возврата утечек через левое лабиринтное уплотнение на вход в несущем диске насоса просверлены три отверстия. Эти отверстия имеют нарезку для съема крыльчатки при переборке насоса.

Для повышения антикавитационных качеств на входе в насос установлена осевая крыльчатка (9), отлитая из алюминиевого сплава зацело с бандажом, уменьшающим перетекание компонента в радиальном зазоре с корпусом.

Крутящий момент с вала на центробежную и осевую крыльчатки передается при помощи шлиц прямоугольного сечения (сеч. А – А). Вал насоса (1) изготовлен из высокоуглеродистой стали, имеет ступенчатую форму. С целью уменьшения веса на части длины вал выполнен полым. Со стороны насоса продукта 030 вал закончен шестигранником, который служит для проворачивания ротора при сборке ТНА.

Уплотнения. Полости высокого и низкого давлений насоса разделены по буртам крыльчатки лабиринтными уплотнениями. Стальные кольца (7) лабиринтных уплотнений запрессованы в расточки корпуса и крышки и контрятся винтами.

Система уплотнений по валу со стороны насоса окислителя включает в себя пакет последовательно установленных резиновых манжет с дренажной полостью между второй и третьей манжетами. Осевая фиксация манжет осуществляется стопорными кольцами.

Уплотнение по валу со стороны, противоположной входу, обеспечивается, кроме манжет, еще гидрозатвором.

Подшипники. Оба подшипника (36) и (37) работают в среде консистентной смазки, которой при сборке заполняют на 3/4 объема полость между манжетами, препятствующими вытеканию смазки и попаданию горючего в полость подшипника.

Подшипник (36) – радиально-упорный, подшипник (37) воспринимает только радиальные нагрузки. Посадка подшипников в корпусе и на вал – плотная.

Особенности работы ТНА. Первоначальная подача продукта 030 (перекиси водорода) в газогенератор осуществляется самотеком при включенном наддуве бака с продуктом 030. Образующийся в газогенераторе парогаз поступает на лопатки турбины. ТНА с залитыми к этому моменту насосами начинает работать, и дальнейшее увеличение давления перекиси осуществляется насосом продукта 030.

Выключение ТНА производится после перехода двигателя на режим первой промежуточной ступени перекрытием клапана продукта 030 перед газогенератором.

Крепление ТНА на двигателе. Турбонасосный агрегат крепится на раме над камерами так, что его ось перпендикулярна к осям камер.

Крепление к раме осуществляется в трех точках; две из этих точек (цапфы 38, сеч. А – А) располагаются на корпусе насоса окислителя, а третья – на насосе горючего (приливы в нижней части корпуса). Конструкция опор ТНА такова, что позволяет избежать возникновения дополнительных нагрузок на агрегат при возможных деформациях рамы.

Материалы, используемые для изготовления основных деталей турбины

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: