Турбопомп - Turbopump

Арналған осьтік турбовод М-1 зымыран қозғалтқышы

A турбопомпа екі негізгі компоненті бар отын сорғысы: а ротодинамикалық сорғы және көлік жүргізу газ турбинасы, әдетте екеуі де бір білікке орнатылады немесе кейде бірге беріліп тұрады. Турбопоманың мақсаты - а-ны тамақтандыруға арналған жоғары қысымды сұйықтықты шығару жану камерасы немесе басқа пайдалану.

Турбопомпалардың екі түрі бар: а орталықтан тепкіш сорғы, мұнда айдау сұйықтықты жоғары жылдамдықпен сыртқа лақтыру арқылы жүзеге асырылады немесе an осьтік ағынды сорғы, мұнда айнымалы және статикалық пышақтар сұйықтық қысымын біртіндеп көтереді.

Осьтік ағынды сорғылардың диаметрлері кіші, бірақ қысымның салыстырмалы түрде қарапайым өсуін қамтамасыз етеді. Сығымдаудың бірнеше кезеңдері қажет болғанымен, осьтік ағынды сорғылар тығыздығы төмен сұйықтықтармен жақсы жұмыс істейді. Орталықтан тепкіш сорғылар жоғары тығыздықтағы сұйықтық үшін әлдеқайда қуатты, бірақ төмен тығыздықтағы сұйықтық үшін үлкен диаметрлерді қажет етеді.

Тарих

The V-2 зымыраны жанармайға қысым жасау үшін дөңгелек турбопоманы қолданды.

Ерте даму

Сияқты үлкен зымырандарға арналған жоғары қысымды сорғыларды ракета ізашарлары талқылады Герман Оберт.[көрсетіңіз ] 1935 жылдың ортасында Верхер фон Браун оңтүстік-батыс неміс фирмасында жанармай сорғысы жобасын бастады Клейн, Шанцлин және Беккер өртке қарсы үлкен сорғыларды салуда тәжірибесі бар.[1]:80 V-2 зымыранының дизайны бақыланбайтын турбопоманы қуаттандыру үшін Вальтер бу генераторы арқылы ыдырайтын сутегі асқын тотығын пайдаланды[1]:81 Гейнкель зауытында шығарылған Дженбах,[2] сондықтан V-2 турбовоздары мен жану камерасы сыналды және сәйкестендірілді, бұл сорғының камераға артық қысым түсуіне жол бермеу үшін.[1]:172 Бірінші қозғалтқыш қыркүйек айында сәтті атылды, ал 1942 жылы 16 тамызда а сынақ зымыраны әуеде тоқтап, құлады турбопоманың істен шығуына байланысты.[1][тексеру қажет ] Алғашқы сәтті V-2 ұшырылымы 1942 жылы 3 қазанда болды.[3]

1947 жылдан 1949 жылға дейінгі даму

Турбопомды әзірлеу жөніндегі бас инженер Аэрожет болды Джордж Боско. 1947 жылдың екінші жартысында Боско және оның тобы басқалардың сорғы жұмысы туралы біліп, алдын ала жобалық зерттеулер жүргізді. Aerojet өкілдері келді Огайо мемлекеттік университеті онда Флорант сутегі сорғыларында жұмыс істеп, кеңес берді Дитрих Сингельманн, Wright Field-дегі неміс сорғы маманы. Боско кейін Aerojet-тің алғашқы сутегі сорғысын жобалау кезінде Singelmann мәліметтерін пайдаланды.[4]

1948 жылдың ортасына қарай Aerojet екеуіне де центрифугалық сорғыларды таңдады сұйық сутегі және сұйық оттегі. Олар флоттан бірнеше радиалды қанатты сорғылар алды және оны екінші жартыжылдықта сынап көрді.[4]

1948 жылдың аяғында Aerojet сұйық сутегі сорғысын (диаметрі 15 см) жасады, жасады және сынақтан өткізді. Бастапқыда ол қолданылған шарикті мойынтіректер олар таза және құрғақ күйде жұмыс істеді, өйткені төмен температура әдеттегі майлауды мүмкін емес етті. Сорғы алдымен оның бөліктерін суыту үшін төмен жылдамдықта жұмыс істеді Жұмыс температурасы. Температура өлшегіштер сұйық сутектің сорғыға жеткенін көрсеткенде минутына 5000-нан 35000 айналымға дейін жылдамдатуға әрекет жасалды. Сорғы істен шықты, ал бөлшектерді қарау подшипниктің істен шыққандығын, сонымен қатар жұмыс дөңгелегі. Біраз сынақтан кейін газдалған азот ағынымен бағытталатын және майланған маймен майлайтын аса дәл подшипниктер қолданылды. Келесі жүгірісте мойынтіректер қанағаттанарлықтай жұмыс істеді, бірақ кернеулер олар үшін тым үлкен болды дәнекерленген жұмыс дөңгелегі және ол бөлек ұшып кетті. Жаңасын қатты блоктан фрезерлеу арқылы жасады алюминий. Жаңа сорғымен келесі екі жүгіру үлкен көңіл қалдырды; аспаптарда ағынның немесе қысымның айтарлықтай көтерілуі байқалмады. Мәселе шығуға дейін анықталды диффузор салқындату циклі кезінде ағынды шектейтін етіп жеткіліксіз салқындатылған сорғы. Бұл сорғы корпусындағы желдету тесіктерін қосу арқылы түзетілді; желдеткіш суыған кезде ашылып, сорғы салқындаған кезде жабылады. Осы түзетумен 1949 жылы наурызда екі қосымша жүгіру жасалды және екеуі де сәтті болды. Ағынның жылдамдығы мен қысымы теориялық болжамдармен шамамен сәйкес келеді. Максималды қысым 26 атмосфераны (26 атм (2,6 МПа; 380 пс)) құрады, ал ағыны секундына 0,25 килограммды құрады.[4]

1949 жылдан кейін

The Space Shuttle негізгі қозғалтқышы Турбоводтар 30000 айн / мин-ден астам айналды, қозғалтқышқа секундына 150 фунт (68 кг) сұйық сутегі және 896 фунт (406 кг) сұйық оттегі жіберді.[5] The Электрондық ракета Резерфорд қолданған алғашқы қозғалтқыш болды электр жетегі бар турбопомалар 2018 жылы рейсте. [6]

Центрифугалық турбопомалар

Центрифугалық турбопомаларда айналмалы диск сұйықтықты жиекке лақтырады.

Турбопомдардың көпшілігі центрифугалы болып табылады - сұйықтық оське жақын сорғыға түседі және ротор сұйықтықты жоғары жылдамдыққа дейін үдетеді. Содан кейін сұйықтық диффузордан өтеді, ол бірте-бірте үлкейтілетін құбыр болып табылады, бұл қалпына келтіруге мүмкіндік береді динамикалық қысым. Диффузор жоғары кинетикалық энергияны жоғары қысымға айналдырады (жүздеген барлар сирек емес), ал егер розетка болса кері қысым тым жоғары емес, жоғары ағын жылдамдығына қол жеткізуге болады.

Осьтік турбопомалар

Осьтік компрессорлар

Осьтік турбопомалар да бар. Бұл жағдайда осьте білікке бекітілген бұрандалар болады, ал сұйықтық сорғының негізгі осімен параллельді түрде мәжбүр болады. Әдетте, осьтік сорғылар центрифугалық сорғыларға қарағанда әлдеқайда төмен қысым жасайды, ал бірнеше штангалар сирек емес. Алайда, олар әлі де пайдалы - көбіне осьтік сорғылар орталықтан тепкіш сораптардың «индукторлары» ретінде қолданылады, олар орталықтан тепкіш сорғының кіріс қысымын жоғарылатады кавитация онда болуы мүмкін.

Центрифугалық турбовоздардың күрделілігі

Турбопоматтар оңтайлы өнімділікке жету үшін өте қиын дизайнмен танымал. Жақсы құрастырылған және күйі жойылған сорғы 70-90% тиімділікті басқара алады, бұл сирек емес, олардың жартысынан азы. Төмен тиімділік кейбір қосымшаларда қолайлы болуы мүмкін, бірақ зымырандық бұл өте күрделі мәселе. Ракеталардағы турбопомалар өте маңызды және проблемалы, сондықтан оны пайдаланатын зымыран тасығыштар «зымыран бекітілген турбопомпа» ретінде сипатталған - бұл жалпы шығынның 55% -ына дейін.[7]

Жалпы мәселелерге мыналар жатады:

  1. жоғары қысымды жиектен қайтадан төмен қысымды кіріске сорғы мен ротордың корпусы арасындағы саңылау бойымен шамадан тыс ағын,
  2. сұйықтықтың кіріс кезінде шамадан тыс айналымы,
  3. шамадан тыс құйын сұйықтық сорғының қаптамасынан шыққан кезде,
  4. зақымдайтын кавитация төмен қысымды аймақтардағы жұмыс дөңгелектерінің жүздеріне.

Сонымен қатар, ротордың нақты пішіні өте маңызды.

Турбовоздарды басқару

Бу турбинасы - қуатты турбопомалар бу көзі болған кезде жұмыс істейді, мысалы. The қазандықтар туралы бу кемелері. Газ турбиналары әдетте электр немесе бу болмаған кезде қолданылады және салмақтық шектеулер механикалық энергияның тиімдірек көздерін пайдалануға мүмкіндік береді.

Осындай жағдайлардың бірі ракета қозғалтқыштары сорғыту керек жанармай және тотықтырғыш олардың ішіне жану камерасы. Бұл үлкен үшін қажет сұйық зымырандар, өйткені сұйықтықтарды немесе газдарды цистерналарға қарапайым қысым жасау арқылы ағынға мәжбүрлеу мүмкін емес; ағынның қажетті жылдамдығына қажет жоғары қысым күшті және ауыр цистерналарды қажет етеді.

Рамжет қозғалтқыштар, әдетте, турбопомалармен жабдықталады, турбинаны тікелей сыртқы ағынды қошқардың ауасы немесе ішкі жанғыштың кіруінен ауытқыған ауа ағыны басқарады. Екі жағдайда да турбина шығаратын ағын шектен тыс лақтырылады.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б c г. Нойфелд, Майкл Дж. (1995). Зымыран мен рейх. The Смитсон институты. 80-1, 156, 172 беттер. ISBN  0-674-77650-X.
  2. ^ Ордвей, Фредерик I, III; Шарп, Митчелл Р (1979). Зымыран тобы. Apogee Books ғарыш сериясы 36. Нью-Йорк: Томас Ю. Кроуэлл. б. 140. ISBN  1-894959-00-0. Архивтелген түпнұсқа 2012-03-04.
  3. ^ Дорнбергер, Вальтер (1954 - АҚШ-тың неміс тілінен аудармасы) [1952 - V2: Der Schuss ins Weltall, Esslingan: Bechtle Verlag]. V-2. Нью-Йорк: Viking Press. б.17. Күннің мәндерін тексеру: | күні = (Көмектесіңдер)
  4. ^ а б c «Сұйық сутегі қозғалтқыш отын ретінде, 1945-1959». НАСА.
  5. ^ Hill, P & Peterson, C. (1992) Механика және қозғаудың термодинамикасы. Нью-Йорк: Аддисон-Уэсли ISBN  0-201-14659-2
  6. ^ Брюгге, Норберт. «Электрондық қозғалыс». B14643.de. Алынған 20 қыркүйек 2016.
  7. ^ Ву, Юлин және т.б. Гидравликалық машиналардың дірілі. Берлин: Springer, 2013.

Сыртқы сілтемелер