ТУРБОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2015 года по МПК F02K9/42 

Изобретение относится к ракетному двигателестроению и может быть использовано при проектировании жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Одной из основных задач, стоящих при создании турбонасосных агрегатов (ТНА) ЖРД является обеспечение достаточного ресурса работы подшипников ТНА, режимы и условия работы которых характеризуются большими скоростями вращения и высокими нагрузками. Смазка и охлаждение подшипников при работе ТНА, как правило, осуществляется компонентами топлива. В ходе проведения работ по подготовке двигателя к штатным режимам работы или при послепусковых работах (захолаживание, технологические продувки) имеет место вращения вала ТНА в режиме авторотации при недостаточном охлаждении и смазке подшипников. Это приводит к повышенной выработке ресурса подшипников, что недопустимо для двигателей многократного использования.

Целью предлагаемого изобретения является предотвращение вращения вала ТНА в режиме авторотации при продувках и технологических работах на двигателе для увеличения ресурса работы подшипников и других элементов ТНА.

Поставленная цель достигается тем, что турбонасосный агрегат, имеющий в своем составе ротор и статор, согласно изобретению, снабжен размещенным в статоре подвижным в осевом направлении управляемым плунжером с рабочим торцом, а на роторе предусмотрен ответный торец, причем в рабочем положении плунжера оба торца находятся в силовом контакте для удержания ротора в неподвижном положении. Кроме того, статор сообщен с плунжером герметичным сильфоном, сообщенным со штуцером управляющего давления, со стороны, противоположной рабочему торцу.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется одной из возможных конструктивных схем, приведенной на фиг. 1, где показаны следующие элементы конструкции ТНА:

1. Плунжер с торцом T₁.

2. Пружина.

3. Статор насоса.

4. Сильфон.

5. Штуцер.

6. Гидрозатвор с торцом Т₂, жестко связанный с валом ротора.

7. Вал ротора.

8. Шлицевое соединение плунжера 1 со статором 3.

9. Входная полость насоса.

10. Дренажная полость насоса.

Согласно схеме, представленной на фиг. 1, устройство для удержания ротора в неподвижном положении состоит из плунжера с торцом T₁ 1, подпружиненным пружиной 2, для обеспечения возвращения плунжера 1 в исходное состояние. Со стороны, противоположной рабочему торцу T₁, сообщен со штуцером 5. Для обеспечения тормозящего крутящего момента на гидрозатворе 6, жестко связанным с валом ротора 7, предусмотрен торец Т₂. Для обеспечения установки в ходе сборки ТНА на плунжере 1 предусмотрено шлицевое 8 соединение со статором 3.

Работа тормозного устройства, представленного на фиг. 1, происходит следующим образом. При отсутствии управляющего давления в полости сильфона 4, сообщенной со штуцером 5, плунжер 1 под действием пружины 2 отведен в крайнее левое положение, так что между торцами T₁ и Т₂ образуется зазор, не препятствующий вращению вала ротора 7. ТНА в данном положении элементов может штатно функционировать. При этом возможные утечки компонента топлива через зазор между торцами T₁ и Т₂ сбрасываются в дренажную полость насоса 10.

После выключения двигателя (или до начала его работы) при невращающемся (или при медленно вращающемся) роторе подается управляющее давление в штуцер 5, под действием которого сильфон 4 расширяется и, преодолевая усилие пружины 2, передвигает плунжер 1 вправо до силового контакта T₁ с торцом Т₂. За счет действия сил трения возникает тормозящий крутящий момент, который и удерживает вал 7 от вращения. Одновременно за счет устранения зазора между торцами T₁ и Т₂ прекращается беспрепятственная утечка компонента топлива из полости 9 в дренажную полость 10, что позволяет избавиться от так называемых стояночных уплотнений ротора, необходимых в некоторых случаях для предотвращения больших утечек компонентов топлива по зазорам между ротором и статором насоса во время длительной стоянки ракеты с заправленными баками или при «захолаживании» конструкции ТНА криогенным топливом пред запуском двигателя.

В таком (рабочем) положении тормозного устройства на двигателе можно проводить различные продувочные (или промывочные) операции, не опасаясь вращения вала ротора 7 ТНА в режиме авторотации.

При снятии команды (стравливании давления из штуцера 5) плунжер 1 под действием пружины 2 возвращается в исходное состояние. Вал ротора 7 ТНА может начинать штатное функционирование. Отсутствие контакта между торцами T₁ и Т₂ в момент запуска, при работе и при выключении двигателя гарантирует многократную работу тормозного устройства (без износа торцов и без потери их уплотнительных свойств), что важно для двигателей многократного использования. При этом обеспечивается увеличение ресурса подшипников и других элементов ТНА за счет исключения вращения ротора при технологических операциях на двигателе, связанных с продувкой (проливкой) рабочим телом, создающих вращательный крутящий момент на рабочих колесах турбины или насосов.

Изобретение относится к ракетному двигателестроению и может быть использовано при проектировании жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Турбонасосный агрегат (ТНА), имеющий в своем составе ротор и статор, согласно изобретению, снабжен размещенным в статоре подвижным в осевом направлении управляемым плунжером с рабочим торцом, а на роторе предусмотрен ответный торец, причем в рабочем положении плунжера оба торца находятся в силовом контакте для удержания ротора в неподвижном положении. Кроме того, статор сообщен с плунжером герметичным сильфоном, сообщенным со штуцером управляющего давления, со стороны, противоположной рабочему торцу. Изобретение обеспечивает предотвращение вращения вала ТНА в режиме авторотации при продувках и технологических работах на двигателе для увеличения ресурса работы подшипников и других элементов ТНА. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Турбонасосный агрегат, имеющий в своем составе ротор и статор, отличающийся тем, что турбонасосный агрегат снабжен размещенным в статоре подвижным в осевом направлении управляемым плунжером с рабочим торцом, а на роторе предусмотрен ответный торец, причем в рабочем положении плунжера оба торца находятся в силовом контакте для удержания ротора в неподвижном положении.

2. Турбонасосный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что статор соединен с плунжером герметичным сильфоном, сообщенным со штуцером управляющего давления, со стороны, противоположной рабочему торцу.