Результат интеллектуальной деятельности: ТУРБОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ

Изобретение относится к турбиностроению и может быть использовано в турбонасосных агрегатах (ТНА) ЖРД верхних ступеней ракет многоразового включения.

Известны турбонасосные агрегаты одноразового включения (см. книгу "Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей" под общей редакцией профессора Г.Г. Гахуна, Машиностроение, г. Москва, 1989 г., стр. 204, рис. 10.7 - ТНА ЖРД РД-119, патенты РФ №2232300, №2459118).

Конструктивной особенностью этих ТНА является разовое включение, т.е. после останова двигателя повторные запуски не предусмотрены.

Известен также ТНА по патенту РФ №2175407, взятый за прототип изобретения, в котором охлаждение подшипника организовано рабочей жидкостью из полости (камеры) повышенного давления, связанной трубопроводом с выходом из насоса и каналами через полость подшипника со входом в колесо насоса. Такая конструкция ТНА также не обеспечивает надежного повторного включения ТНА в работу. Это связано с тем, что двигатели верхних ступеней ракет запускаются в космосе (среда - вакуум) многократно. После каждой остановки двигателя внутренние полости ТНА опорожняются от компонентов топлива через дренажные магистрали. При этом турбина имеет температуру на периферии диска до ≈900°С, диск турбины и вал турбины имеют температуру до ≈400°С, корпус турбины и корпус насоса имеют температуру от ≈400°С до ≈650°С. Тепловой поток от горячих частей ТНА по металлу распределяется на все сборки и детали ТНА, в том числе на подшипники турбины. В результате температурного воздействия на подшипниках нарушаются посадочные размеры как самого подшипника, так и более горячего вала (натяг внутреннего кольца увеличивается) и корпуса - натяг по наружному кольцу уменьшается. При повторном запуске в начальный период, когда компонент топлива не успевает заполнить полости насосов, подшипники начинают работать "всухую", т.е. без охлаждения компонентом топлива, что при многоразовом включении двигателя может привести к разрушению подшипника.

Изобретение решает задачу работоспособности подшипников ТНА в условиях воздействия вакуума при многократном включении.

Для этого на входе в камеру высокого давления, которая сообщена трубопроводом с полостью высокого давления насоса и через полость подшипников со входом в насос, в трубопроводе установлен обратный клапан, а на входе в полость подшипника - жиклер.

При таком исполнении жидкий компонент топлива, находящейся в камере высокого давления, в паузах между включениями, вытесняется парами компонента через полость подшипника на вход в насос и охлаждает подшипник.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен турбонасосный агрегат с камерой высокого давления.

Турбонасосный агрегат включает корпус 1, ротор с центробежным насосом 2, турбину 3, подшипниковую опору 4, входной патрубок насоса низкого давления 5, выход их насоса высокого давления 6, камеру высокого давления 7, трубопровод 8, обратный клапан 9, жиклер 10 и сливной трубопровод 11.

При работе ТНА компонент топлива высокого давления после центробежного насоса 2 через трубопровод 8 отжимает обратный клапан 9 и заполняет камеру высокого давления 7, а через жиклер 10 поступает в полость подшипниковой опоры 4, сливаясь на вход в насос по трубопроводу 11. Такая циркуляция компонента при работе двигателя исключает появления застойной зоны в камере высокого давления и перегрева компонента с последующим возможным разложением из-за перегрева от воздействия теплового потока от горячих стенок корпуса турбины 1 и турбины 3.

При остановке двигателя компоненты топлива из полостей насосов ТНА удаляются через дренажные магистрали, обороты ТНА и давление за центробежным насосом снижаются до нуля, при этом закрывается обратный клапан 9.

За счет теплового потока от корпуса 1 и турбины 3 компонент топлива в камере высокого давления нагревается и под воздействием давления паров компонента топлива через жиклер 10 поступает в подшипниковую опору 4, охлаждая подшипники, что исключает их выход из строя как при остановке, так и при повторном запуске двигателя.

Использование изобретения позволит уменьшить нагрев подшипников, что улучшит условия их работы и повысит надежность многократного включения (запуска) двигателя.