RU2534188C1 - Turbopump set - Google Patents

Turbopump set Download PDF

Info

Publication number
RU2534188C1
RU2534188C1 RU2013154390/06A RU2013154390A RU2534188C1 RU 2534188 C1 RU2534188 C1 RU 2534188C1 RU 2013154390/06 A RU2013154390/06 A RU 2013154390/06A RU 2013154390 A RU2013154390 A RU 2013154390A RU 2534188 C1 RU2534188 C1 RU 2534188C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pump
shaft
pumps
cavity
shafts
Prior art date
Application number
RU2013154390/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Priority to RU2013154390/06A priority Critical patent/RU2534188C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2534188C1 publication Critical patent/RU2534188C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: set comprises two pumps connected by shafts using a splint joint. A turbine wheel is fixed on the first shaft. On the shaft of the second pump there is an unloading piston of an automatic axial force unloading device limited by a radial seal in the peripheral part and having at both sides cavities of high and low pressure. The shaft of one pump with a support end rests against the support end of the second pump shaft. The second pump comprises an auger installed upstream its centrifugal impeller. The high pressure cavity is connected to the outlet of this pump via a pressure controller, comprising a throttle and a control stem contacting with the end of the shaft of this pump. The low pressure cavity is connected to the cavity between the auger and the impeller of this pump.
EFFECT: improved cavitation characteristics of one of pumps.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к области лопаточных машин, и может быть использовано в области ракетостроения, в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и ядерных ракетных двигателей (ЯРД).The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to the field of blade machines, and can be used in the field of rocketry, in turbopump units (TNA) of liquid rocket engines (LRE) and nuclear rocket engines (NRE).

При создании ТНА важным вопросом является обеспечение разгрузки опор ротора от действия осевых сил, так как в насосах и турбинах ТНА осевые силы могут достигать нескольких десятков кН. Для разгрузки от осевых сил используются автоматические разгрузочные устройства. Конструкция устройств осевой разгрузки роторов может быть различной. Наиболее часто применяется конструкция автоматического разгрузочного устройства с разгрузочным поршнем, выполненным отдельно или совмещенным с основным диском крыльчатки и ограниченным радиальным нерегулируемым уплотнением в периферийной части крыльчатки и автоматически регулирующей осевой щелью у ступицы крыльчатки. Полость после регулирующей осевой щели соединена с входной полостью крыльчатки разгрузочными отверстиями, выполненными в ступице основного диска крыльчатки.When creating a TNA, an important issue is to ensure the unloading of the rotor bearings from the action of axial forces, since in the pumps and turbines of the TNA the axial forces can reach several tens of kN. For unloading from axial forces, automatic unloading devices are used. The design of the axial unloading devices of the rotors may be different. The most commonly used design is an automatic unloading device with an unloading piston, made separately or combined with the main impeller disk and limited by a radial unregulated seal in the peripheral part of the impeller and automatically adjusting the axial gap at the impeller hub. The cavity after the regulatory axial slit is connected to the inlet cavity of the impeller by discharge openings made in the hub of the main disk of the impeller.

Известна конструкция турбонасосного агрегата, состоящего из двух насосов - окислителя и горючего, валы которых соединены шлицевой рессорой или муфтой, и турбины, установленной на валу одного из насосов, в каждом из насосов выполнено автоматическое разгрузочное устройство (Дмитренко А.И. Развитие конструкции турбонасосных агрегатов ЖРД, разработанных в КБХА // Научно-технический юбилейный сборник. КБ химавтоматики - ИПФ Воронеж, 2001. - С.308-314).A known design of a turbopump assembly, consisting of two pumps - an oxidizer and fuel, whose shafts are connected by a spline spring or coupling, and a turbine mounted on the shaft of one of the pumps, has an automatic unloading device in each pump (Dmitrenko A.I. Development of the design of turbopump units LRE developed in KBHA // Scientific and Technical Anniversary Collection. Design Bureau of Chemical Automation - IPF Voronezh, 2001. - P.308-314).

Указанная конструкция турбонасосного агрегата с устройствами автоматической разгрузки в каждом насосе является типовой для ТНА ЖРД с дожиганием. Недостатком такой конструкции является наличие повышенных утечек рабочей жидкости в автоматических разгрузочных устройствах, снижающих экономичность каждого из насосов, что ведет к снижению суммарной экономичности турбонасосного агрегата. Кроме того, утечки рабочей жидкости, поступающие через разгрузочные отверстия во входную полость крыльчатки, ухудшают антикавитационные качества насоса.The specified design of the turbopump unit with automatic unloading devices in each pump is typical for TNA LPRE with afterburning. The disadvantage of this design is the presence of increased leakage of the working fluid in the automatic unloading devices, which reduce the efficiency of each pump, which leads to a decrease in the total efficiency of the turbopump unit. In addition, leaks of the working fluid flowing through the discharge openings into the inlet cavity of the impeller impair the anti-cavitation qualities of the pump.

Известен турбонасосный агрегат - ТНА по патенту РФ на изобретение №2459118, МПК F04D 13/04, опубл. 20.12.2012 (прототип).Known turbopump assembly - TNA according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2459118, IPC F04D 13/04, publ. 12/20/2012 (prototype).

Этот ТНА содержит два насоса: первый и второй с соединенными с применением шлицевого соединения валами и установленными на валах центробежные рабочие колеса насосов, закрепленное на первом валу колесо турбины, установленный на валу второго насоса разгрузочный поршень автоматического устройства разгрузки осевой силы, ограниченного радиальным уплотнением в периферийной части этого поршня и имеющего по обе стороны полости соответственно высокого и низкого давления, шарикоподшипник этого насоса с наружным кольцом, установленным в корпусе с осевым зазором, шарикоподшипник второго насоса с осевым упором, размещенным в корпусе с зазором по торцу наружного кольца шарикоподшипника, при этом вал одного насоса своим опорным торцом опирается на опорный торец вала второго насоса.This TNA contains two pumps: the first and second with centrifugal impellers connected to the shafts and mounted on the shafts of the pumps, the turbine wheel mounted on the first shaft, the unloading piston of the automatic axial force unloading device mounted on the shaft of the second pump, limited by a radial seal in the peripheral parts of this piston and having on both sides of the cavity respectively high and low pressure, a ball bearing of this pump with an outer ring mounted in the housing all with axial clearance, the ball bearing of the second pump with an axial stop located in the housing with a gap on the end face of the outer ring of the ball bearing, while the shaft of one pump rests on its bearing end face of the shaft of the second pump with its supporting end.

Недостатком прототипа является то, что перепуск подогретого горючего на вход в центробежное рабочее колесо приводит к ухудшению антикавитационных качеств насоса, срыву его работы и, как следствие, к снижению надежности работы ТНА.The disadvantage of the prototype is that bypassing the heated fuel at the entrance to the centrifugal impeller leads to a deterioration in the anti-cavitation qualities of the pump, disruption of its operation and, as a result, to a decrease in the reliability of the TNA.

Задачей создания изобретения является повышение надежности ТНА.The objective of the invention is to increase the reliability of the TNA.

Достигнутый технический результат: улучшение антикавитационных качеств одного из насосов.Achieved technical result: improved anti-cavitation qualities of one of the pumps.

Решение указанной задачи достигнуто в турбонасосном агрегате, содержащем два насоса: первый и второй с соединенными с применением шлицевого соединения валами и установленными на валах центробежными рабочими колесами насосов, закрепленное на первом валу колесо турбины, установленный на валу второго насоса разгрузочный поршень автоматического устройства разгрузки осевой силы, ограниченного радиальным уплотнением в периферийной части этого поршня и имеющего по обе стороны полости соответственно высокого и низкого давления, шарикоподшипник этого насоса с наружным кольцом, установленным в корпусе с осевым зазором, шарикоподшипник второго насоса с осевым упором, размещенным в корпусе с зазором по торцу наружного кольца шарикоподшипника, при этом вал одного насоса своим опорным торцом опирается на опорный торец вала второго насоса, тем, что согласно изобретению второй насос содержит шнек, установленный перед центробежным рабочим колесом второго насоса, полость высокого давления соединена с выходом этого насоса через регулятор давления, имеющий дроссель и управляющий шток, контактирующий с торцом вала этого насоса, а полость низкого давления соединена с полостью между шнеком и рабочим колесом этого насоса.The solution to this problem was achieved in a turbopump unit containing two pumps: the first and second with shafts connected by a spline connection and centrifugal impellers mounted on the shafts of the pumps, a turbine wheel mounted on the first shaft, an unloading piston of an automatic axial force unloading device mounted on the shaft of the second pump limited by a radial seal in the peripheral part of this piston and having on both sides of the cavity respectively high and low pressure, ball bearing the ipnik of this pump with an outer ring installed in the housing with axial clearance, a ball bearing of the second pump with an axial stop located in the housing with a clearance on the end face of the outer ring of the ball bearing, while the shaft of one pump rests on its supporting end face of the shaft of the second pump, that according to the invention, the second pump contains a screw installed in front of the centrifugal impeller of the second pump, the high-pressure cavity is connected to the outlet of this pump through a pressure regulator having a throttle and a control current contacting the end face of the pump shaft and the low pressure cavity is connected with the cavity between the screw and the impeller of the pump.

Между опорными торцами валов может быть установлена шлицевая рессора.Between the supporting ends of the shafts, a spline spring can be installed.

Наружные кольца шарикоподшипников, ограничивающих осевое перемещение роторов насосов, могут опираться на упругие кольца.The outer rings of ball bearings, limiting the axial movement of the pump rotors, can be supported by elastic rings.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…4, где:The invention is illustrated in figure 1 ... 4, where:

- на фиг.1 показан общий вид,- figure 1 shows a General view,

- на фиг.2 и 3 - варианты предлагаемого турбонасосного агрегата,- figure 2 and 3 are variants of the proposed turbopump unit,

- на фиг.4 - конструкция регулятора давления.- figure 4 - design of a pressure regulator.

Турбонасосный агрегат (фиг.1…4) состоит из первого насоса 1 (насоса окислителя), второго насоса 2 (насоса горючего 2), турбины 3. Насосы 1 и 2 имеют соответственно валы 4 и 5. На валах 4 и 5 насосов 1 и 2 установлены центробежные рабочие колеса 6 и 7. Со стороны входа в рабочие колеса 6 и 7 насосов 4 и 5 полости высокого давления отделены от полостей низкого давления передними уплотнениями 8 и 9. Крутящий момент от вала 5 первого насоса 3 окислителя 3 к валу 6 второго насоса 4 передается с помощью шлицевого соединения 10, например шлицевой муфты, при этом валы 4 и 5 насосов 1 и 2 опираются друг на друга по опорным торцам 11 и 12. Вместо шлицевой муфты для передачи крутящего момента может быть использована шлицевая рессора (фиг.2).The turbopump assembly (Figs. 1 ... 4) consists of a first pump 1 (oxidizer pump), a second pump 2 (fuel pump 2), turbine 3. Pumps 1 and 2 have shafts 4 and 5, respectively. On shafts 4 and 5 of pumps 1 and 2, centrifugal impellers 6 and 7 are installed. From the entrance to the impellers 6 and 7 of the pumps 4 and 5, the high-pressure cavities are separated from the low-pressure cavities by the front seals 8 and 9. Torque from the shaft 5 of the first pump 3 of the oxidizer 3 to the shaft 6 of the second the pump 4 is transmitted using a spline connection 10, for example a spline coupling, while the shafts 4 and 5 pumps 1 and 2 are supported by each other at the supporting ends 11 and 12. Instead of a spline coupling for transmitting torque, a spline spring can be used (FIG. 2).

На валу 6 первого насоса 4 установлено рабочее колесо 13 турбины 3. На валу 5 второго насоса 2 (горючего) выполнен автомат разгрузки осевой силы 14, входящий в систему разгрузки осевой силы, содержащий разгрузочный поршень 15, полость низкого давления 16 и полость высокого давления 17 которого ограничена радиальным уплотнением 18 в периферийной части разгрузочного поршня 15. Кроме того, в систему регулировании осевой силы входит регулятор давления 19, содержащий входной штуцер 20 и выходной штуцер 21 (фиг.4). Выходной штуцер 21 соединен с полостью высокого давления 17, а входной штуцер 20 соединен каналом 22 с полостью 23 на выходе из второго насоса 5.An impeller 13 of the turbine 3 is mounted on the shaft 6 of the first pump 4. An axial force unloading machine 14 is included on the shaft 5 of the second pump 2 (fuel), which is included in the axial force unloading system, comprising an unloading piston 15, a low pressure cavity 16 and a high pressure cavity 17 which is limited by a radial seal 18 in the peripheral part of the unloading piston 15. In addition, a pressure regulator 19 comprising an inlet fitting 20 and an outlet fitting 21 is included in the axial force control system (FIG. 4). The outlet fitting 21 is connected to the high-pressure cavity 17, and the inlet fitting 20 is connected by a channel 22 to the cavity 23 at the outlet of the second pump 5.

ТНА содержит опору 24 первого насоса 2, ограничивающую осевое перемещение вала 4, и опору 25 ограничивающую перемещение вала 5, которые установлены в корпусах с зазорами.TNA contains a support 24 of the first pump 2, limiting the axial movement of the shaft 4, and a support 25 restricting the movement of the shaft 5, which are installed in the housings with gaps.

Зазоры для опоры 24 первого насоса составляют δ1 и δ2 по торцам наружного кольца.The clearances for the support 24 of the first pump are δ 1 and δ 2 at the ends of the outer ring.

Зазоры для опоры 25 второго насоса 3, ограничивающие осевое перемещение ротора, составляют δ3 и δ4 по торцам наружного кольца.The gaps for the support 25 of the second pump 3, limiting the axial movement of the rotor, are δ 3 and δ 4 at the ends of the outer ring.

При сборке турбонасосного агрегата должны выполняться условия δ13 и δ24, обеспечивающие устройству разгрузки осевой силы возможность работать для осевой разгрузки валов 4 и 5 обоих насосов 1 и 2.When assembling a turbopump assembly, the conditions δ 1 > δ 3 and δ 2 > δ 4 must be satisfied, providing the axial force unloading device with the ability to work for axial unloading of shafts 4 and 5 of both pumps 1 and 2.

В варианте, приведенном на фиг.3, в опорах ротора установлены осевые пружины 26 и 27, усилие которых направлено на создание контакта между валами до запуска турбонасосного агрегата, пружины опираются на втулки 28 и 29, которые могут служить ограничителями осевого перемещения валов 4 и 5 насосов 1 и 2.In the embodiment shown in FIG. 3, axial springs 26 and 27 are installed in the rotor bearings, the force of which is aimed at creating contact between the shafts before starting the turbopump unit, the springs are based on bushings 28 and 29, which can serve as limiters of axial movement of the shafts 4 and 5 pumps 1 and 2.

При этом по торцам наружного кольца опоры 24 первого насоса 1, ограничивающего осевое перемещение ротора, выполнены зазоры δ5 и δ6. По торцам наружного кольца опоры 24 второго насоса 2, ограничивающего осевое перемещение ротора, выполнены зазоры δ7 и δ8. При сборке турбонасосного агрегата с пружинами в опорах 23 и 24 должны выполняться условия δ57 и δ68, обеспечивающие автомату разгрузки осевой силы возможность работать для осевой разгрузки роторов обоих насосов. Кроме того, установка пружин позволяет устранить зазоры в опорах (шарикоподшипниках) и повысить их долговечность.Moreover, at the ends of the outer ring of the support 24 of the first pump 1, restricting the axial movement of the rotor, the gaps δ 5 and δ 6 are made . At the ends of the outer ring of the support 24 of the second pump 2, limiting the axial movement of the rotor, the gaps δ 7 and δ 8 are made . When assembling a turbopump assembly with springs in bearings 23 and 24, the conditions δ 5 > δ 7 and δ 6 > δ 8 must be satisfied, providing the axial force unloading machine with the ability to work for axial unloading of the rotors of both pumps. In addition, the installation of springs allows you to eliminate gaps in the bearings (ball bearings) and increase their durability.

Второй насос 2 содержит установленный на валу 5 шнек 30, при этом шнек 30 установлен перед центробежным рабочим колесом 7 и между ними образуется полость 31. Полость 31 и полость низкого давления 16 сообщаются каналами 32 для сброса утечек одного из компонентов топлива (в конкретном примере - горючего) на вход в центробежное рабочее колесо 7. Учитывая, что давление в полости 31 значительно выше, чем давление на входе во второй насос 3 прототипа, это предотвратит развитие кавитации во втором насосе 3.The second pump 2 contains a screw 30 mounted on the shaft 5, while the screw 30 is installed in front of the centrifugal impeller 7 and a cavity 31 is formed between them. The cavity 31 and the low pressure cavity 16 are communicated by channels 32 to discharge leaks of one of the fuel components (in a specific example, fuel) at the entrance to the centrifugal impeller 7. Given that the pressure in the cavity 31 is much higher than the pressure at the inlet to the second pump 3 of the prototype, this will prevent the development of cavitation in the second pump 3.

На фиг.1 приведена конструкция ТНА с шлицевым соединением 10 в виде шлицевой муфты 33, на фиг.2 - в виде шлицевой рессоры 34, которая своими торцами 35 и 36 упирается в валы 4 и 5.Figure 1 shows the design of the TNA with a spline connection 10 in the form of a spline coupling 33, figure 2 - in the form of a spline spring 34, which with its ends 35 and 36 abuts against the shafts 4 and 5.

На фиг.4 приведена конструкция регулятора давления 19. Регулятор давления 19 содержит корпус 37, внутри которого установлен дроссель 38, содержащий седло 39, клапан 40 со штоком 41 и толкающим штоком 42. Шток 41 связан с поршнем 43, над которым установлена пружина 44. Корпус 37 имеет заглушку 45, входной штуцер 20 и выходной штуцер 21. Толкающий шток 36 контактирует с торцом 46 вала 5 и постоянно поджат к нему пружиной 44.Figure 4 shows the design of the pressure regulator 19. The pressure regulator 19 comprises a housing 37, inside which a throttle 38 is installed, comprising a seat 39, a valve 40 with a stem 41 and a push rod 42. The stem 41 is connected to a piston 43, above which a spring 44 is mounted. The housing 37 has a plug 45, an input fitting 20 and an output fitting 21. The pushing rod 36 is in contact with the end face 46 of the shaft 5 and is constantly pressed against it by a spring 44.

РАБОТА ТНАTNA WORK

До начала работы турбонасосного агрегата, выполненного согласно фиг.1, валы (роторы) насосов могут находиться в произвольном положении без упора по торцу валов или рессоры. При начале работы агрегата за счет выбора диаметров уплотнений ротора, исключения заднего уплотнения крыльчатки одного из насосов и автоматического разгрузочного устройства ротора одного из насосов происходит смещение роторов по направлению друг к другу, при этом в процессе работы обеспечивается постоянный контакт между валами непосредственно или через шлицевую рессору. Компенсация неразгруженных осевых сил на роторах осуществляется одним автоматическим разгрузочным устройством. Условия δ13 и δ24 должны сохраняться на всех режимах работы, в том числе с учетом силовых и температурных деформаций конструкции. В процессе функционирования автоматического разгрузочного устройства утечки компонента из разгрузочной полости через разгрузочные отверстия в основном диске крыльчатки поступают во входную часть крыльчатки, снижая энергетические и кавитационные характеристики насоса, особенно на криогенных компонентах (поток после разгрузочных отверстий имеет более высокую температуру, попадая в основной более холодный поток, он не успевает с ним перемешиваться, в результате повышается локальная температура рабочего тела, что вызывает локальное повышение температуры насыщенных паров и раннее зарождение кавитационной каверны). Так как в предлагаемом турбонасосном агрегате автоматическое устройство осевой разгрузки ротора выполнено только в одном из насосов, то экономичность и кавитационные характеристики второго насоса 2 улучшатся, что приведет к повышению общей эффективности турбонасосного агрегата.Before the start of the operation of the turbopump unit, made according to figure 1, the shafts (rotors) of the pumps can be in an arbitrary position without stopping at the end of the shafts or springs. When the unit starts to work due to the choice of rotor seal diameters, elimination of the rear impeller seal of one of the pumps and the automatic unloading device of the rotor of one of the pumps, the rotors are displaced towards each other, while during operation a constant contact between the shafts directly or through a spline spring is ensured . Compensation of unloaded axial forces on the rotors is carried out by one automatic unloading device. Conditions δ 1 > δ 3 and δ 2 > δ 4 must be maintained at all operating modes, including taking into account force and temperature deformations of the structure. During the operation of the automatic discharge device, component leakage from the discharge cavity through the discharge holes in the main impeller disk enters the inlet part of the impeller, reducing the energy and cavitation characteristics of the pump, especially on cryogenic components (the stream after the discharge holes has a higher temperature, falling into the main colder flow, it does not have time to mix with it, as a result, the local temperature of the working fluid rises, which causes local increased temperature of saturated vapors and early nucleation of a cavitation cavity). Since in the proposed turbopump assembly an automatic device for axial unloading of the rotor is made in only one of the pumps, the efficiency and cavitation characteristics of the second pump 2 will improve, which will lead to an increase in the overall efficiency of the turbopump.

В турбонасосном агрегате согласно фиг.2 для минимизации осевых размеров агрегата, минимизации взаимного влияния роторов насосов друг на друга между валами насосов установлена шлицевая рессора, служащая для передачи крутящего момента от одного вала к другому.In the turbopump assembly according to figure 2, to minimize the axial dimensions of the unit, to minimize the mutual influence of the pump rotors on each other, a sprung spring is installed between the pump shafts, which serves to transmit torque from one shaft to another.

В турбонасосном агрегате, выполненном согласно фиг.3, с целью обеспечения контакта между валами насосов на всех режимах работы, включая режимы запуска и останова, при которых гидравлические силы недостаточны для взаимного прижатия роторов, в опорах установлены осевые пружины, усилие которых направлено навстречу друг другу. Пружины могут опираться на втулки, которые можно использовать в качестве ограничителей осевого перемещения ротора. Втулка и пружина могут быть выполнены в виде единой детали. Условия δ57 и δ68 должно сохраняться на всех режимах работы, в том числе с учетом силовых и температурных деформаций конструкции.In the turbopump assembly made according to Fig. 3, in order to ensure contact between the pump shafts in all operating modes, including starting and stopping modes, in which hydraulic forces are insufficient for mutual pressing of the rotors, axial springs are installed in the bearings, the force of which is directed towards each other . The springs can be supported by bushings, which can be used as limiters for the axial movement of the rotor. The sleeve and spring can be made as a single part. The conditions δ 5 > δ 7 and δ 6 > δ 8 should be maintained at all operating conditions, including taking into account force and temperature deformations of the structure.

Использование изобретения обеспечивает повышение экономичности турбонасосного агрегата, включающего в себя два насоса 1 и 2 и турбину 3, за счет использования только в одном из насосов (конкретно во втором насосе 2) автоматического разгрузочного устройства, осуществляющего осевую разгрузку валов (роторов) обоих насосов. Повышение экономичности ТНА достигается уменьшением утечек рабочей жидкости в насосе, в котором применен автомат разгрузки осевой силы.The use of the invention improves the efficiency of the turbopump unit, which includes two pumps 1 and 2 and turbine 3, due to the use of only one of the pumps (specifically, the second pump 2) of an automatic unloading device for axial unloading of the shafts (rotors) of both pumps. Increasing the efficiency of TNA is achieved by reducing the leakage of the working fluid in the pump, in which the axial force unloading machine is used.

Для первого насоса, работающего на кислороде, исключение автоматического устройства осевой разгрузки повышает надежность ТНА за счет исключения в склонном к возгоранию в кислороде места возможного фрикционного контакта роторного и статорного элементов осевой регулирующей щели автоматического разгрузочного устройства. Кроме того, исключение утечек, поступающих через разгрузочные отверстия во входную полость крыльчатки, улучшает антикавитационные качества первого насоса.For the first oxygen-powered pump, the exclusion of an automatic axial unloading device increases the reliability of the TNA by eliminating the possible frictional contact of the rotor and stator elements of the axial control gap of the automatic unloading device, which is prone to fire in oxygen. In addition, the elimination of leaks through the discharge holes in the inlet cavity of the impeller improves the anti-cavitation qualities of the first pump.

При работе турбонасосного агрегата величины диаметров уплотнений в обоих насосах и турбине выбраны таким образом, чтобы обеспечивался постоянный контакт между роторами насосов по их торцам за счет действия сил, вызванных перепадами давления в проточной части насосов и турбины. Передача крутящего момента от одного вала к другому осуществляется с применением шлицевого соединения. Шлицевое соединение может выполняться как непосредственно в валах насосов, так и с применением шлицевой муфты или шлицевой рессоры.During operation of the turbopump unit, the values of the diameters of the seals in both pumps and the turbine are selected so that constant contact between the pump rotors at their ends is ensured due to the action of forces caused by pressure drops in the flow part of the pumps and turbine. The transmission of torque from one shaft to another is carried out using a spline connection. Splined connection can be performed both directly in the pump shafts, and with the use of a spline coupling or spline spring.

Регулирование осевой силы на валах 4 и 5 ТНА осуществляется следующим образом. При возрастании осевой силы со стороны турбины 3 и первого насоса 1 вал 5 перемещается вправо и надавливает на толкающий шток 36 (фиг.4), в результате чего клапан 34 отходит от седла 33 и зазор между ними увеличивается. Давление компонента топлива в выходном штуцере 21 возрастает и, следовательно, возрастает давление в полости высокого давления 17. Сила, действующая на разгрузочный поршень 15 влево, увеличивается и компенсирует возрастание осевой силы (действующей слева направо). Небольшая часть компонента топлива из полости 23 по каналу 20 поступает в полость высокого давления 17. Утечки компонента топлива, прошедшие через радиальное уплотнение 18 в полость низкого давления 16 по каналу 32, сбрасываются в полость 31 относительно высокого (по сравнению с давлением на входе во второй насос 2), не вызывая ухудшения его антикавитационных свойств. Повышение давления является самым радикальным средством для предотвращения кавитации.The regulation of the axial force on the shafts 4 and 5 TNA is as follows. With increasing axial force from the side of the turbine 3 and the first pump 1, the shaft 5 moves to the right and presses on the pushing rod 36 (Fig. 4), as a result of which the valve 34 moves away from the seat 33 and the gap between them increases. The pressure of the fuel component in the outlet fitting 21 increases and, consequently, the pressure in the high-pressure cavity 17 increases. The force acting on the unloading piston 15 to the left increases and compensates for the increase in axial force (acting from left to right). A small part of the fuel component from the cavity 23 through the channel 20 enters the high-pressure cavity 17. Leaks of the fuel component passing through the radial seal 18 into the low-pressure cavity 16 through the channel 32 are discharged into the cavity 31 relatively high (compared to the pressure at the inlet to the second pump 2) without causing deterioration of its anti-cavitation properties. Increasing pressure is the most radical means to prevent cavitation.

При уменьшении осевой силы система регулирования осевой силы работает в обратной последовательности, т.е уменьшает давление в полости высокого давления 17.When the axial force decreases, the axial force control system works in the reverse order, i.e. reduces the pressure in the high-pressure cavity 17.

Для того чтобы обеспечить работоспособность турбонасосного агрегата при запуске и останове, когда давления в полостях малы, в конструкции насосов предусмотрены упругие элементы, на которые опираются наружные кольца подшипников, ограничивающих осевое перемещение роторов насосов. Упругие элементы обеспечивают постоянный контакт опорных торцов валов до начала работы ТНА и на всех режимах его работы, когда встречное усилие не обеспечивается гидравлическими силами.In order to ensure the operability of the turbopump assembly during start-up and shutdown, when the pressures in the cavities are small, the design of the pumps provides elastic elements on which the outer rings of bearings restrain the axial movement of the pump rotors. Elastic elements provide constant contact of the shaft end faces before the start of the TNA operation and in all modes of its operation, when the counter force is not provided by hydraulic forces.

Турбонасосный агрегат ЖРД, созданный с использованием предлагаемого изобретения, имеет более высокую экономичность и надежность за счет исключения автоматического разгрузочного устройства в одном из насосов. Кроме турбонасосных агрегатов ЖРД изобретение может использоваться в агрегатах общепромышленного назначения, использующих в своем составе несколько насосов и требующих разгрузки роторов от действия осевых сил.A turbopump LRE unit created using the present invention has higher efficiency and reliability due to the exclusion of an automatic unloading device in one of the pumps. In addition to the turbopump units of the liquid propellant rocket engine, the invention can be used in general industrial units that use several pumps and require unloading of the rotors from the action of axial forces.

Положительный результат - улучшение антикавитационных свойств одного из насосов.A positive result is an improvement in the anti-cavitation properties of one of the pumps.

Claims (3)

1. Турбонасосный агрегат, содержащий два насоса: первый и второй с соединенными с применением шлицевого соединения валами и установленными на валах центробежными рабочими колесами насосов, закрепленное на первом валу колесо турбины, установленный на валу второго насоса разгрузочный поршень автоматического устройства разгрузки осевой силы, ограниченного радиальным уплотнением в периферийной части этого поршня и имеющего по обе стороны полости соответственно высокого и низкого давления, шарикоподшипник этого насоса с наружным кольцом, установленным в корпусе с осевым зазором, шарикоподшипник второго насоса с осевым упором, размещенным в корпусе с зазором по торцу наружного кольца шарикоподшипника, при этом вал одного насоса своим опорным торцом опирается на опорный торец вала второго насоса, отличающийся тем, второй насос содержит шнек, установленный перед центробежным рабочим колесом второго насоса, полость высокого давления соединена с выходом этого насоса через регулятор давления, имеющий дроссель и управляющий шток, контактирующий с торцом вала этого насоса, а полость низкого давления соединена с полостью между шнеком и рабочим колесом этого насоса.1. A turbopump assembly containing two pumps: the first and second with shafts connected by a spline connection and centrifugal impellers of the pumps mounted on the shafts, a turbine wheel mounted on the first shaft, an unloading piston of an automatic axial force unloading device mounted on the shaft of the second pump, limited by radial a seal in the peripheral part of this piston and having on both sides of the cavity respectively high and low pressure, a ball bearing of this pump with an outer ring installed in the housing with axial clearance, a ball bearing of the second pump with an axial stop located in the housing with a gap on the end face of the outer ring of the ball bearing, the shaft of one pump resting on its supporting end face of the shaft of the second pump, characterized in that the second pump contains a screw, installed in front of the centrifugal impeller of the second pump, the high-pressure cavity is connected to the outlet of this pump through a pressure regulator having a throttle and a control rod in contact with the shaft end of this pump, and olost low pressure connected to the cavity between the screw and the impeller of the pump. 2. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что между опорными торцами валов установлена шлицевая рессора.2. The turbopump assembly according to claim 1, characterized in that a spline spring is installed between the supporting ends of the shafts. 3. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что наружные кольца шарикоподшипников, ограничивающих осевое перемещение роторов насосов, опираются на упругие кольца. 3. The turbopump assembly according to claim 1, characterized in that the outer rings of ball bearings, limiting the axial movement of the pump rotors, rely on elastic rings.
RU2013154390/06A 2013-12-06 2013-12-06 Turbopump set RU2534188C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013154390/06A RU2534188C1 (en) 2013-12-06 2013-12-06 Turbopump set

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013154390/06A RU2534188C1 (en) 2013-12-06 2013-12-06 Turbopump set

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2534188C1 true RU2534188C1 (en) 2014-11-27

Family

ID=53382960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013154390/06A RU2534188C1 (en) 2013-12-06 2013-12-06 Turbopump set

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2534188C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691414C1 (en) * 2018-08-06 2019-06-13 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method of providing tightness of turbo-pump unit under conditions of high vibration loads

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU808703A1 (en) * 1979-02-19 1981-02-28 Chernenko Mikhail S Turbopumping unit
GB2107404A (en) * 1981-10-12 1983-04-27 Klein Schanzlin & Becker Ag Centrifugal pump and turbine set
US5403165A (en) * 1992-11-30 1995-04-04 Societe Europeenne De Propulsion Compact high power turbopump for a rocket engine
EP0669466B1 (en) * 1994-02-23 2000-05-24 Ebara Corporation Turboexpander pump unit
RU2418194C1 (en) * 2009-12-08 2011-05-10 Николай Борисович Болотин Rocket engine turbopump assy
RU2459118C1 (en) * 2011-04-27 2012-08-20 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Turbo-pump unit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU808703A1 (en) * 1979-02-19 1981-02-28 Chernenko Mikhail S Turbopumping unit
GB2107404A (en) * 1981-10-12 1983-04-27 Klein Schanzlin & Becker Ag Centrifugal pump and turbine set
US5403165A (en) * 1992-11-30 1995-04-04 Societe Europeenne De Propulsion Compact high power turbopump for a rocket engine
EP0669466B1 (en) * 1994-02-23 2000-05-24 Ebara Corporation Turboexpander pump unit
RU2418194C1 (en) * 2009-12-08 2011-05-10 Николай Борисович Болотин Rocket engine turbopump assy
RU2459118C1 (en) * 2011-04-27 2012-08-20 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Turbo-pump unit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691414C1 (en) * 2018-08-06 2019-06-13 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method of providing tightness of turbo-pump unit under conditions of high vibration loads

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2554161C2 (en) Steam turbine power plant (versions)
CA2786040C (en) Gas turbine engine and high speed rolling element bearing system
CN109281944A (en) The axial force pre-load arrangement of deep groove ball bearing in a kind of engine rotor fulcrum
KR20160088921A (en) Load-Relieving Device
RU2534188C1 (en) Turbopump set
RU2291321C2 (en) Centrifugal gear pump (versions)
RU2012152090A (en) HYDRAULIC ENERGY TRANSMISSION DEVICE
RU2459118C1 (en) Turbo-pump unit
EP2964907B1 (en) Gas turbine engine clearance control
RU2299344C1 (en) Device for separation of the pump and the turbine of the booster turbo-pump aggregate of the liquid propellant rocket engine
RU2382236C2 (en) Auger-impeller pump
RU2734733C9 (en) Booster turbo pump unit of lpe
RU2352819C1 (en) Auger-centrifugal pump
RU2299343C1 (en) Booster turbo-pump aggregate with the axial pump
RU2383782C2 (en) Auger centrifugal pump
RU2466299C2 (en) Centrifugal screw pump
RU2359156C1 (en) Screw-type centrifugal pump
RU2526996C1 (en) Solid-propellant rocket engine turbopump unit
RU2357101C1 (en) Auger centrifugal pump
RU2412375C1 (en) Screw centrifugal pump
RU2682462C1 (en) Gas turbine engine low pressure rotor connection unit
SU808703A1 (en) Turbopumping unit
US11549512B2 (en) Multistage pump with axial thrust optimization
RU2513534C2 (en) Radial-flow pump
RU2370672C1 (en) Auger-type centrifugal pump