БУСТЕРНЫЙ ТУРБОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ

БУСТЕРНЫЙ ТУРБОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ


RU (11) 2106534 (13) C1

(51) 6 F04D13/04, F02K9/48 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96119079/06 
(22) Дата подачи заявки: 1996.09.25 
(45) Опубликовано: 1998.03.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Гахун Г.Г. и др. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. М., Машиностроение, 1989, с.94, рис.5.7. 
(71) Заявитель(и): Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко 
(72) Автор(ы): Ромасенко Е.Н. 
(73) Патентообладатель(и): Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко 

(54) БУСТЕРНЫЙ ТУРБОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ 

Бустерный турбонасосный агрегат предназначен для использования в жидкостных ракетных двигателях, а также в стендовых установках в криогенной технике и химической промышленности. Агрегат содержит корпус, в котором есть вход и выход для подаваемого кислорода, а также вход и выход для рабочего тела турбины, рабочее колесо насоса установлено на подшипниках в корпусе. С ним скреплено рабочее колесо турбины, которое имеет профилированные лопатки. Выход турбины непосредственно сообщен с выходом насоса. В качестве рабочего тела турбины служат продукты сгорания в кислороде горючего, например углеводородного, с избытком кислорода. Рабочее колесо турбины закреплено на периферийной диаметральной части рабочего колеса насоса. Такая конструкция агрегата позволяет уменьшить количество кислорода для привода турбины, работающей на окислительном газе, а также сократить осевой габарит бустерного турбонасосного агрегата. 4 з.п., ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД) с раздельными турбонасосными агрегатами (ТНА), а более конкретно - к бустерным турбонасосным агрегатам (БТНА), преимущественно ЖРД. Изобретение может быть использовано и в стендовых установках, в криогенной технике и химической промышленности, а также там, где есть необходимость подачи жидкого кислорода в значительных количествах и под высоким давлением.

В настоящее время в технике известны и нашли распространение раздельные ТНА, применяемые на одном ЖРД для подачи компонентов ракетного топлива. Так, из патента Российской Федерации N 2024777, кл. F 02 K 9/48, 1994 известен ЖРД на криогенных компонентах топлива, в котором использованы раздельные ТНА для подачи компонентов топлива в камеру ЖРД. В этом двигателе имеется насос жидкого кислорода и приводящая его в действие турбина, рабочее колесо которой посажено на общем валу с рабочим колесом насоса.

Недостаток известного решения заключается в том, что турбина насоса окислителя работает на газообразном горючем (водороде). Это требует значительного осевого габарита ТНА и сложной системы уплотнения между газовой (водородной) турбиной и насосом жидкого кислорода.

Из заявки ЕПВ N 0374020, кл. F 02 K 9/48, 1990 известна установка для питания компонентами топлива под высоким давлением ракетных двигателей. Установка содержит два автономных ТНА, смонтированных в общем корпусе или жестко связанных между собой корпуса. В каждом ТНА рабочие колеса насосов и турбин посажены на общем валу. В каждом случае между турбиной и насосом имеются уплотнительные устройства, регламентирующие соответствующее разделение полостей турбин и насосов. Рабочим телом турбин является газ, вырабатываемый газогенератором.

Недостаток известного решения заключается в том, что в нем получаются значительные осевые габариты конструкции, а насос окислителя во многих случаях требует наличия достаточно сложных уплотнительных устройств. Кроме того разделительная конструкция ТНА (не в общем корпусе) обеспечивает более оптимальные массовые и габаритные характеристики объекта техники, например ЖРД, в который входит ТНА за счет более оптимальной компоновки двигателя.

Наиболее близким к изобретению является бустерный турбонасосный агрегат для подачи жидкого кислорода, преимущественно в жидкостных ракетных двигателях, содержащий корпус, имеющий вход и выход для подаваемого кислорода, вход и выход для рабочего тела турбины, установленное на подшипниках в корпусе рабочее колесо насоса и сцепленное с ним рабочее колесо турбины с профилированными лопатками, причем турбина имеет входную и выходную полости, а выход турбины непосредственно сообщен с выходом насоса (см. Гахун Г.Г. и др. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. М., Машиностроение, 1989, с. 94, рис. 5.7, БТНА американского двигателя SSME).

Недостатки известного бустерного турбонасоса агрегата заключается в том, что он имеет большой осевой габарит, недостаточную мощность, а следовательно, в нем невозможно повысить создаваемый насосом напор без существенного изменения массового расхода кислорода, используемого в качестве рабочего тела турбины БТНА.

Описываемое изобретение направлено на получение технического результата, заключающегося в повышении мощности агрегата, а следовательно, и создаваемого насосом гидравлического напора, не прибегая к существенному увеличению массы кислорода, используемого в составе рабочего тела турбины, а также в сокращении осевого габарита агрегата.

Данный технический результат достигается тем, что в бустерном турбонасосном агрегате для подачи жидкого кислорода, преимущественно в жидкостных ракетных двигателях, содержащем корпус, имеющий вход и выход для подаваемого кислорода, и вход и выход для рабочего тела турбины, установленное на подшипниках в корпусе рабочее колесо насоса и сцепленное с ним рабочее колесо турбины с профилированными лопатками, причем турбина имеет входную и выходную полости, а выход турбины непосредственно сообщен с выходом насоса, в качестве рабочего тела турбины служат с избытком кислорода, продукты сгорания горючего, например углеводородного, в кислороде, а рабочее колесо турбины закреплено на периферийной диаметральной части рабочего колеса насоса.

Рабочее колесо насоса может быть выполнено в виде шнека, а рабочее колесо турбины может иметь внутреннюю цилиндрическую поверхность, в которую посажен и приварен по периферийным участкам лопастей шнек насоса.

Рабочее колесо насоса может быть выполнено центробежным, а рабочее колесо турбины приварено к периферийной части этого центробежного рабочего колеса.

Выход из турбины может быть выполнен в виде кольцевой цилиндрической полости в корпусе, сообщающейся отверстиями с коническим кольцевым патрубком, в котором выполнены каналы, сообщающие выход из турбины с выходом из насоса.

Выход из насоса может быть оформлен в виде заканчивающегося цилиндрическим каналом кольцевого конического патрубка с расположенными в нем спрямляющими поток лопатками.

Таким образом, поставленная задача решается использованием на турбине БТНА в качестве рабочего тела продуктов сгорания горючего с избытком кислорода, например углеводородного, при одновременном выполнении рабочего колеса турбины закрепленным, например сваркой, на периферийной диаметральной части рабочего колеса насоса. В нашем случае проблема необходимости герметизации полости турбины от полости насоса решается просто в связи с тем, что для данного технического решения можно допустить попадание рабочего тела турбины в насосную полость жидкого кислорода и наоборот. Данное обстоятельство позволяет рабочее колесо турбины закрепить на периферийной части рабочего колеса насоса, обеспечив тем самым малый осевой габарит агрегата.

Следует также отметить, что в многих случаях на описываемом агрегате энергетически проще осуществлять регулирование числа оборотов, так как оно может быть обеспечено за счет изменения содержания продуктов сгорания в рабочем теле турбины путем изменения в нем количества сжигаемого в кислороде горючего, например углеводородного.

На фиг. 1 представлен БТНА со шнековым рабочим колесом насоса; на фиг. 2 представлен БТНА с центробежным рабочим колесом насоса.

Конструкция БТНА, изображенного на фиг. 1, представляет собой следующее: составной корпус, состоящий из соединенных фланцевым соединением корпусов 1 и 2, имеет закрепленную на силовых ребрах 3 втулку 4, внутренняя полость которой закрыта обтекателем 5. Внутри втулки 4 размещен шарикоподшипник 6, посаженный на рабочем колесе насоса, выполненным в виде шнека 7. Обтекателем 5 поджат вкладыш 8, установленный во втулке 4. Во вкладыше 8 имеются отверстия 9, сообщающие полость вкладыша 8 с каналом 10 высокого давления. Корпус 2 составного корпуса содержит обтекатель 11, закрепленный в нем с помощью спрямляющих лопастей 12. В этом обтекателе 11 установлен шарикоподшипник 13, закрепленный с помощью гайки 14 на шнеке 7. Шнек имеет лопасти 15. По этим лопастям 15 шнек 7 вставлен в рабочее колесо турбины 16 и сварен с ним, т.е. рабочее колесо турбины 16 закреплено на периферийной части рабочего колеса насоса, в данном случае шнекового. Рабочее колесо турбины 16 имеет профилированные лопатки 17, межлопаточные пространства которых сообщены (соплами в сопловом аппарате, не показанными на фиг.) с входным патрубком 18 корпуса. Этот патрубок 18 служит для подвода продуктов сгорания с избытком кислорода. Выходная полость турбины 16, выполненная в корпусе 2 в виде кольцевой цилиндрической полости, сообщается каналами 19 с коническим кольцевым патрубком 20, который отверстиями 21 сообщается с цилиндрическим выходом 22.

Другая конструкция БТНА представлена на фиг. 2, где в корпусе 23 размещены центробежное рабочее колесо 24 насоса и рабочее колесо 25 турбины, скрепленные между собой, например, сваркой. В принципе детали 24 и 25 могут быть выполнены литьем или точением за одно целое. Рабочее колесо 24 насоса имеет профилированные лопатки 26, а рабочее колесо 25 турбины имеет профилированные лопатки 27. Рабочее колесо 24 посажено на вал 28, на котором также закреплен шнек 29. При этом рабочее колесо 24 установлено и закреплено консольно на валу 28 в подшипниках 30 и 31. Отметим, что наличие шнека 29 в конструкции на фиг. 2 не обязательно. Конструкция насоса здесь может иметь только центробежное рабочее колесо 24. Корпус 23 может быть выполнен разъемным, сварным, паяным и пр.

На фиг. 2 имеется вход 32 для жидкого кислорода, а также вход 33 для продуктов сгорания углеводородного горючего с избытком кислорода. Агрегат имеет также выход 34 для кислорода с продуктами сгорания углеводородного горючего (в принципе горючее может быть и иным, например водородом).

Работает агрегат следующим образом.

На вход насоса подается жидкий кислород (показано стрелкой на фиг. 1 и фиг. 2), а продукты сгорания с избытком кислорода подаются на вход турбины (показано стрелкой на фиг. 1 и фиг. 2). Продукты сгорания далее попадают на профилированные лопатки 17 (27) турбины, обеспечивая подачу жидкого кислорода шнеком 7 в конструкции на фиг. 1 и шнеком 29 и рабочим колесом 24 в конструкции на фиг. 2. За турбиной 17 продукты сгорания с избытком кислорода через отверстия 19 попадают в полость конического кольцевого патрубка 20, а затем через отверстия 21 на выход агрегата, где происходит их смешение и конденсация.

В конструкции на фиг. 2 смешение продуктов происходит за профилированными каналами 26 насоса и профилированными лопатками 27 турбины. После этого кислород с продуктами сгорания направляется на выход 34 (показано стрелкой на фиг. 2).

В насосе на фиг. 1 имеется канал высокого давления 10, в который подается жидкий кислород высокого давления, обеспечивая разгрузку шнека 7 от действия осевых сил. Следует отметить, что такая разгрузка не всегда является необходимой. Для насосов с небольшой производительностью и пониженными оборотами необходимости в такой разгрузке может и не быть. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Бустерный турбонасосный агрегат для подачи жидкого кислорода, преимущественно в жидкостных ракетных двигателях, содержащий корпус, имеющий вход и выход для подаваемого кислорода, и вход и выход для рабочего тела турбины, установленное на подшипниках в корпусе рабочее колесо насоса и сцепленное с ним рабочее колесо турбины с профилированными лопатками, причем трубина имеет входную и выходную полости, а выход турбины непосредственно сообщен с выходом насоса, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела трубины служат с избытком кислорода продукты сгорания горючего, например углеводородного, в кислороде, а рабочее колесо турбины закреплено на периферийной диаметральной части рабочего колеса насоса.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что рабочее колесо насоса выполнено в виде шнека, а рабочее колесо турбины имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность, в которую посажен и приварен по периферийным участкам лопастей шнек насоса.

3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что рабочее колесо насоса выполнено центробежным, а рабочее колесо турбины приварено к периферийной части этого центробежного рабочего колеса.

4. Агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что выход из трубины выполнен в виде кольцевой цилиндрической полости в корпусе, сообщающейся отверстиями с коническим кольцевым патрубком, в котором выполнены каналы, сообщающие выход из трубины с выходом из насоса.

5. Агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что выход из насоса оформлен в виде заканчивающегося цилиндрическим каналом кольцевого конического патрубка с расположенными в нем спрямляющими поток лопастями.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru