Расчет значений массовых секундных расходов компонентов по участкам магистралей горючего, окислителя и генераторного газа

По величине коэффициента соотношения компонентов топлива К₁=1,844 (см. Глава 3, 3.1.) вычислим массовые секундные расходы горючего и окислителя:

где: - массовый секундный расход горючего;

- массовый секундный расход окислителя.

В первом приближении по номограмме (см. Приложение, рис. 6.1.) находим относительный расход топлива в пристеночный слой .

На номограмме величина приведена в процентах и представляет собою отношение массового секундного расхода топлива, идущего в пристеночный слой, к суммарному массовому секундному расходу топлива.

Получим:

где - относительный и массовый расход топлива через пояса завес.

По заданной схеме ПГС ЖРДУ, охлаждение камеры сгорание осуществляется горючим, и соответственно, расчет поясов завес будет исходить из общих массовых расходов горючего.

По уже известной ПГС ЖРД, определяем наличие газогенератора (ГГ), работающего на основных компонентах топлива и с камерой сгорания без дожигания, найдем коэффициент соотношения компонентов топлива в газогенераторе (ГГ) по формуле из Таблицы № 6.1.

Таблица № 6.1. Сводка расчетных формул свойств газогенераторных рабочих тел на основной топливной паре (керосин+27%АТ+АК).

керосин+27%АТ+АК

Т=ТГГ=900 К

 

По принятой к разработке ПГС двигателя без дожигания, газогенератор которого работает на специальном веществе, величину найдем в дальнейших расчетах из уравнения баланса мощностей турбины, а так же секундные расходы каждого компонента, затрачиваемого на привод ТНА.

Массовые секундные расходы горючего "Г" и окислителя "О" через смесительную головку камеры сгорания определим:

 

кг/с

 

Расходы компонентов в ЖРД без дожигания через форсунку горючего и окислителя, за исключением расхода через периферийные форсунки пристеночного слоя, найдем:

 

*Примечание.

Количество форсунок определилось выше (см. Глава 8.) после выбора смесеобразования компонентов топлива, формы головки смесительной головки, а так же расположения на ней и их типа. Выбрано концентрическое расположение двухкомпонентных форсунок в количестве 12 штуки на диаметр смесительной головки Примем для расчетов, что

Расход горючего через периферийные форсунки определим по зависимости:

где - количество периферийных форсунок для создания пристеночного слоя .

 

Расчет основных параметров турбонасосного агрегата (ТНА) и газогенератора (ГГ)

7.1. Расчет потребных значений давлений компонентов на входе и выходе из насосов и турбины

Значения давлений рассчитываются исходя из заданной к разработке ПГС по магистралям окислителя, горючего и рабочего тела газогенератора и турбины. При этом учитываются значения давлений в соответствующих агрегатах(камеры сгорания р_к или газогенераторе р_гг) и сумма потерь давлений на рассматриваемом участке магистрали:

где n- количество местных сопротивлений.

Давление в камере двигателя р_к определенно заданием на курсовой проект.

Давление в газогенераторе р_гг в ЖРД без дожигания статистически равно

р_гг=(0,75-0,95)р_к. Потери давления на трения и на местные сопротивления магистралей рассчитываются исходя из параметров соответствующих магистралей по курсу Гидравлики. На данном этапе курсового проекта параметры магистралей не известны, поэтому воспользуемся и проведем расчет на основе статистических данных.

Потери давления на элементах магистралей:

на охлаждающем тракте , примем что

* Данное значение потери давления применяется только для расчетов параметров насоса окислителя, т.к. по заданной ПГС ЖРД в качестве охладителя принят окислитель четырехокись азота.

на форсунках ,

примем что .

на трение в магистралях "насос-камера", "насос-газогенератор"

на элементах автоматики примем что

давление наддува баков с компонентами топлива примем что

По принятой к разработке ПГС наддува баков нету.

Определим потребные значения давлений на входе и выходе из насосов и турбины.

Горючего

Давление на входе в насос равно:

=

= Па.

где: и - давление насыщенного пара и плотность компонента соответственно.

Давления на выходе из насоса подачи горючего определим по наиболее напряженной ветви магистрали для ЖРД без дожигания:

Окислителя:

Давление на входе в насос равно:

=

Па.

где: и - давление насыщенного пара и плотность компонента соответственно.

Давления на выходе из насоса подачи окислителя определим по наиболее напряженной ветви магистрали для ЖРД без дожигания:

Турбины:

Давление на входе в турбину:

Так как ПГС ЖРД без дожигания и генераторный газ выбрасывается в атмосферу, то получим давление на выходе из турбины:

 

§ Спецвещество:

=

Па

=

Па

 

7.2. Уравнение баланса мощностей ТНА

Развернутая схема уравнения баланса мощностей турбины, исходя из которой мы найдем массовый секундный расход компонентов топлива на газогенератор (

 

где:

удельная работа турбины;

массовый секундный расход компонентов

действительная удельная работа насоса окислителя

массовые секундные расходы окислителя, подаваемые в головку камеры ЖРД и газогенератор, соответственно.

действительная удельная работа насоса горючего

массовый секундный расход компонентов через газогенератор.

и - кпд турбины и насосов; ; ;

Свойства газогенераторных тел для топливной пары АТ+НДМГ при

Выражая из развернутой схемы уравнения значение допустим, что:

, а значение выражения

Получим значение А:

Получим значение Б:

Найдем значение массового расхода компонентов через газогенератор:

Следуя из этого, определим массовые секундные расходы компонентов топлива, затрачиваемых на газогенераторных газ:

 

7.3. Расчет параметров насосов

Горючего

1. Удельная работа

 

2. Потребная мощность насоса

3. Объемная подача компонента

4. Динамический напор перед насосом

5. Угловая скорость вращения ротора

где 3000 - критический антикавитационный коэффициент для шнекоцентробежного насоса.

6. Число оборотов ротора

7. Коэффициент быстроходности колеса насоса горючего

Окислителя

1. Удельная работа

 

2. Потребная мощность насоса

3. Объемная подача компонента

4. Динамический напор перед насосом

5. Угловая скорость вращения ротора

где 3000- критический антикавитационный коэффициент для шнекоцентробежного насоса.

6. Число оборотов ротора

 

Спецвещество:

1. Удельная работа

 

2. Потребная мощность насоса

3. Объемная подача компонента

4. Динамический напор перед насосом

5. Угловая скорость вращения ротора

где 3000- критический антикавитационный коэффициент для шнекоцентробежного насоса.

6. Число оборотов ротора

 

7. Коэффициент быстроходности колеса насоса окислителя

 

7.4. Расчет параметров турбины

1. Удельная полезная работа

2. Перепад давления на турбине.

3. Потребная мощность турбины.

4. Число оборотов ТНА

Число оборотов ротора турбины равно минимальному значению оборотов

насоса окислителя, исходя из условия предотвращения кавитации в нем.

 

По подведенным итогам следует, что весь ротор ТНА вращается с одной частотой, а следовательно коэффициент быстроходности колеса насоса горючего изменится и будет:

7.5. Проверка сходимости уравнения баланса мощностей

Вт