RU2425247C1

RU2425247C1 - Turbo-pump unit of three-component rocket engine

Info

Publication number: RU2425247C1
Application number: RU2009143702/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-07-27
Also published as: RU2009143702A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: turbo-pump unit of three-component rocket engine includes turbine, as well as the first, the second and the third centrifugal impellers of centrifugal pumps. Turbine is three-staged and has three impellers: the first, the second and the third one, which are installed on outer, intermediate and inner shafts respectively. Centrifugal pumps are provided with screws installed in front of centrifugal wheels. Outer shaft is connected to the first centrifugal impeller which is located closer to the turbine. Intermediate shaft is connected to the first screw and the second centrifugal impeller. Inner shaft is connected to the second screw and the third centrifugal impeller and through magnetic coupling to the third screw. Automatic frequency control of screw rotation can be arranged in front of the third screw. Bypass channel of pumped lubrication product for bearings on which shafts are installed can be provided inside outer shaft. On edges of impellers of turbines and centrifugal impellers there can be provided annular seals forming discharge cavities.

EFFECT: improving cavitation properties of pump included in turbo-pump unit and providing unloading of axial forces from all shafts.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в турбона-сосных агрегатах (ТНА) жидкостных ракетных двигателей, в том числе работающих на криогенных компонентах.The invention relates to a pump engineering and can be used in turbo-suction units (TNA) of liquid propellant rocket engines, including those operating on cryogenic components.

Известен шнекоцентробежный насос по патенту РФ на изобретение №2094660, содержащий разъемный корпус, центробежные рабочие колеса (крыльчатки), шнек, вал и опорные узлы в виде подшипников скольжения и качения. Насос имеет плохие кавитационные свойства.Known screw centrifugal pump according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2094660, comprising a detachable body, centrifugal impellers (impellers), auger, shaft and support units in the form of sliding and rolling bearings. The pump has poor cavitation properties.

Известен шнекоцентробежный насос по патенту РФ №2106534, МПК 6 F04D 13/04, опубл. 10.03.98 г., прототип. Этот шнекоцентробежный насос содержит корпус, крыльчатку и шнек, установленные на валу. Шнек улучшает кавитационные свойства насоса, т.к. он обладает лучшими кавитационными свойствами, чем центробежная крыльчатка. Шнек обеспечивает повышение кавитационных свойств насоса, но он механически связан с рабочим колесом насоса и имеет с ним одинаковую угловую скорость вращения. Это не позволяет эксплуатировать насос на очень больших оборотах, например 40…100 тыс. об/мин, поэтому такие насосы в настоящее время не применяются.Known screw centrifugal pump according to the patent of the Russian Federation No. 2106534, IPC 6 F04D 13/04, publ. 03/10/98, prototype. This centrifugal screw pump comprises a housing, an impeller and an auger mounted on a shaft. The screw improves the cavitation properties of the pump, as it has better cavitation properties than a centrifugal impeller. The screw provides an increase in the cavitation properties of the pump, but it is mechanically connected to the impeller of the pump and has the same angular rotation speed with it. This does not allow the pump to be operated at very high speeds, for example 40 ... 100 thousand rpm, therefore, such pumps are not currently used.

Известен турбонасосный агрегат по патенту РФ №2300021, который содержит многоступенчатый центробежный насос и одноступенчатую турбину. Для уменьшения габаритов насос и турбина спроектированы на максимально допустимую по прочности частоту вращения ротора ТНА. При этом кавитационные качества насоса ухудшаются.Known turbopump assembly according to the patent of the Russian Federation No. 2300021, which contains a multistage centrifugal pump and a single-stage turbine. To reduce the dimensions, the pump and turbine are designed for the maximum permissible strength rotational speed of the TNA rotor. At the same time, the cavitational qualities of the pump are deteriorating.

Известен турбонасосный агрегат (ТНА) по патенту РФ на изобретение №2083881, прототип. Этот ТНА содержит многоступенчатый центробежный насос и двухступенчатую турбину, соединенные валом, установленным на подшипниках в корпусах.Known turbopump unit (TNA) according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2083881, prototype. This TNA contains a multistage centrifugal pump and a two-stage turbine connected by a shaft mounted on bearings in the housings.

Недостатки: плохие кавитационные качества центробежного насоса, особенно при его работе на больших частотах вращения, а также плохая разгрузка осевых сил. При подводе газа в турбину со стороны, противоположной входу в насос, осевые силы, действующие на ротор турбины и ротор насоса, направлены в одну сторону, т.е. складываются по абсолютному значению.Disadvantages: poor cavitation qualities of a centrifugal pump, especially when it is operating at high speeds, as well as poor unloading of axial forces. When gas is supplied to the turbine from the side opposite to the pump inlet, the axial forces acting on the turbine rotor and the pump rotor are directed in one direction, i.e. add up to the absolute value.

Задачи создания изобретения - улучшение кавитационных свойств двух насосов, обеспечение разгрузки всех валов.The objective of the invention is to improve the cavitation properties of two pumps, to ensure the unloading of all shafts.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что турбонасосный агрегат трехкомпонентного ракетного двигателя, содержащий турбину, первое, второе и третье центробежные рабочие колеса центробежных насосов, отличается тем, что турбина выполнена трехступенчатой с тремя рабочими колесами: первым, вторым и третьим, установленными соответственно на внешнем, промежуточном и среднем валах, центробежные насосы выполнены со шнеками, установленными перед центробежными колесами, при этом внешний вал соединен с первым центробежным рабочим колесом, находящимся ближе к турбине, промежуточный вал соединен с первым шнеком и вторым центробежным рабочим колесом, а внутренний вал соединен со вторым шнеком и третьим центробежным рабочим колесом и через магнитную муфту - с третьим шнеком. Перед третьим шнеком установлен автомат регулирования его частоты вращения. Внутри внешнего вала выполнен канал перепуска перекачиваемого продукта для смазки подшипников, на которых установлены валы. На торцах рабочих колес турбин и центробежных рабочих колес выполнены кольцевые уплотнения, формирующие разгрузочные полости.The solution to these problems was achieved due to the fact that the turbopump unit of a three-component rocket engine containing a turbine, first, second and third centrifugal impellers of centrifugal pumps, characterized in that the turbine is made three-stage with three impellers: the first, second and third mounted respectively on external, intermediate and middle shafts, centrifugal pumps are made with screws installed in front of the centrifugal wheels, while the external shaft is connected to the first centrifugal working number catfish, located closer to the turbine, the intermediate shaft is coupled to the first screw and second centrifugal impeller, and an inner shaft connected to the second and third screw centrifugal impeller through magnetic coupling, and - a third screw. In front of the third auger, an automatic machine for controlling its speed is installed. Inside the external shaft, a bypass channel of the pumped product is made for lubricating the bearings on which the shafts are mounted. At the ends of the impellers of the turbines and centrifugal impellers, annular seals are formed to form discharge cavities.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и 2, где:The invention is illustrated in figures 1 and 2, where:

- на фиг.1 приведен чертеж турбонасосного агрегата,- figure 1 shows a drawing of a turbopump unit,

- на фиг.2 приведена конструкция магнитной муфты и автомата регулирования частоты вращения третьего шнека.- figure 2 shows the design of the magnetic coupling and the automatic control of the rotational speed of the third screw.

Турбонасосный агрегат (фиг.1 и 2) содержит турбину 1 и три центробежных насоса: первый, второй и третий, соответственно 2, 3 и 4. Первый центробежный насос 2 расположен ближе к турбине 1. Турбина 1 выполнена трехступенчатой и содержит рабочие колеса первой ступени 5, второй ступени 6 и третьей ступени 7, соответственно с рабочими лопатками 8, 9 и 10. Кроме того, турбина 1 содержит три сопловых аппарата 11, 12 и 13, установленные соответственно перед рабочими лопатками 7, 8 и 9 трех ступеней турбины 1. Кроме того, турбина 1 содержит передний корпус 14 и задний корпус 15. К переднему корпусу 14 подстыкован входной патрубок 16, а к заднему корпусу 15 подстыкован выходной патрубок 17 с выходной полостью 18. Между ступенями турбины 1 установлены диафрагмы 19 и 20. На торцах рабочих колес турбин 4, 5 и 6 выполнены кольцевые уплотнения 21, 22 и 23, под которыми сформированы разгрузочные полости 24, 25 и 26. К корпусу 14 подстыкован соединительный корпус 27. ТНА содержит три вала: внешний 28, промежуточный 29 и внутренний 30. Рабочее колесо первой ступени 5 установлено на внешнем валу 28, рабочее колесо второй ступени 6 установлено на промежуточном валу 29 и рабочее колесо третьей ступени 7 установлено на внутреннем валу 30.The turbopump unit (FIGS. 1 and 2) contains a turbine 1 and three centrifugal pumps: the first, second and third, respectively 2, 3 and 4. The first centrifugal pump 2 is located closer to the turbine 1. The turbine 1 is made of a three-stage and contains the impellers of the first stage 5, the second stage 6 and the third stage 7, respectively, with the working blades 8, 9 and 10. In addition, the turbine 1 contains three nozzle apparatus 11, 12 and 13 mounted respectively in front of the working blades 7, 8 and 9 of the three stages of the turbine 1. In addition, the turbine 1 includes a front housing 14 and a rear housing mustache 15. The inlet pipe 16 is docked to the front casing 14, and the outlet pipe 17 with the outlet cavity 18 is docked to the rear casing 15. Diaphragms 19 and 20 are installed between the steps of the turbine 1. O-rings 21 are made on the ends of the impellers of the turbines 4, 5 and 6 , 22 and 23, under which the unloading cavities 24, 25 and 26 are formed. The connecting housing 27 is docked to the housing 14. The TNA contains three shafts: external 28, intermediate 29 and internal 30. The impeller of the first stage 5 is mounted on the external shaft 28, the working wheel of the second stage 6 is installed on p intermediate shaft 29 and the impeller of the third stage 7 is installed on the inner shaft 30.

Первый центробежный насос 2 (от турбины 1) содержит центробежное рабочее колесо 31, имеющее ступицу 32 и первый шнек 33, установленные в корпусе 34, к которому подстыкован входной корпус 35 с входной полостью 36 и выходной корпус 37 с выходной полостью 38. На торце центробежного рабочего колеса 31 выполнено заднее уплотнение 39, под которым сформирована разгрузочная полость 40.The first centrifugal pump 2 (from turbine 1) comprises a centrifugal impeller 31 having a hub 32 and a first screw 33 installed in the housing 34, to which the input housing 35 with the input cavity 36 and the output housing 37 with the output cavity 38 are docked. At the end of the centrifugal the impeller 31 has a rear seal 39, under which a discharge cavity 40 is formed.

Второй центробежный насос 3 имеет аналогичную конструкцию и содержит центробежное рабочее колесо 41, имеющее ступицу 42 и шнек 43, установленные в корпусе 44, к которому подстыкован входной корпус 45 с входной полостью 46 и выходной корпус 47 с выходной полостью 48. На торце центробежного рабочего колеса 41 выполнено заднее уплотнение 49, под которым сформирована разгрузочная полость 50.The second centrifugal pump 3 has a similar design and contains a centrifugal impeller 41 having a hub 42 and a screw 43 installed in the housing 44, to which the input housing 45 with the input cavity 46 and the output housing 47 with the output cavity 48 are docked. At the end of the centrifugal impeller 41, a rear seal 49 is formed under which a discharge cavity 50 is formed.

Третий центробежный насос 4 имеет также аналогичную конструкцию и содержит третье центробежное рабочее колесо 51, имеющее ступицу 52 и третий шнек 53, установленные в корпусе 54, к которому подстыкован входной корпус 55 с входной полостью 56 и выходной корпус 57 с выходной полостью 58. На торце центробежного рабочего колеса 51 выполнено заднее уплотнение 59, под которым сформирована разгрузочная полость 60. Третий шнек 53 установлен на внутреннем валу 30 с возможность проскальзывания (с зазором, а третье центробежное рабочее колесо 51 жестко закреплено с возможностью передачи крутящего момента, например посредством шпонки. Связь третьего шнека 53 с третьим центробежным рабочим колесом 51 осуществляется через магнитную муфту 61. Перед третьим шнеком 53 может быть установлен автомат регулирования частоты вращения шнека 62.The third centrifugal pump 4 is also of a similar design and contains a third centrifugal impeller 51 having a hub 52 and a third screw 53 mounted in the housing 54, to which the input housing 55 with the input cavity 56 and the output housing 57 with the output cavity 58 are docked. At the end of the centrifugal impeller 51, a rear seal 59 is made, under which a discharge cavity 60 is formed. The third screw 53 is mounted on the inner shaft 30 with the possibility of slipping (with a gap, and the third centrifugal impeller 51 is rigidly fixed with the possibility of transmitting torque, for example by means of a key. The connection of the third screw 53 with the third centrifugal impeller 51 is carried out through a magnetic coupling 61. In front of the third screw 53, an automatic machine for controlling the speed of the screw 62 can be installed.

Конструкция магнитной муфты 61 и автомата регулирования частоты вращения шнека 62 показана на фиг.2. Магнитная муфта 61 выполнена торцовой и содержит ведущую и ведомую полумуфты 63 и 64 соответственно, на торцах которых закреплены постоянные магниты 65. Между полумуфтами 63 и 64 выполнен зазор δ. При управлении величиной этого зазора изменяется мощность, передаваемая на третий шнек 53, и изменяется частота его вращения. Для этого предназначен автомат регулирования частоты вращения шнека 62, который содержит пружину 66, установленную внутри стакана 67. Стакан 67 прижат к внутреннему валу 30 болтом 68 и закрыт с противоположной стороны крышкой 69. Крышка 69 зафиксирована от проворота штифтом 70, установленном в стакане 67 и выступающем в продольном пазу 71 для обеспечения осевого перемещения крышки 69 относительно стакана 67, что необходимо для работы автомата управления частотой вращения 62 третьего шнека 53 в зависимости от режима работы ТНА, конкретно для уменьшения частоты вращения третьего шнека 53 при увеличении частоты вращения всех валов ТНА, в том числе внутреннего вала 30.The design of the magnetic clutch 61 and the automatic control of the rotational speed of the screw 62 is shown in figure 2. Magnetic clutch 61 is made face and contains the leading and driven half-couplings 63 and 64, respectively, at the ends of which are fixed permanent magnets 65. A gap δ is made between the half-couplings 63 and 64. When controlling the size of this gap, the power transmitted to the third screw 53 changes, and its rotation frequency changes. For this purpose, an automatic machine for controlling the rotational speed of the screw 62 is provided, which contains a spring 66 installed inside the cup 67. The cup 67 is pressed against the inner shaft 30 by a bolt 68 and is closed on the opposite side by the cover 69. The cover 69 is locked from rotation by a pin 70 installed in the cup 67 and protruding in the longitudinal groove 71 to provide axial movement of the cover 69 relative to the cup 67, which is necessary for the automatic control of the rotational speed 62 of the third screw 53, depending on the operating mode of the TNA, specifically to reduce pilots at the third rotation of the screw 53 while increasing the rotational speed of shafts THA, including the inner shaft 30.

В ступицах 32, 42 и 52 центробежных рабочих колес 31, 41 и 51 выполнены внутренняя полость 72 и отверстия 73 (фиг.1). Эти отверстия 73 соединяют внутренние полости 72 с полостями центробежных рабочих колес 31, 41 и 51 и предназначены для возврата отобранного для смазки подшипников расхода перекачиваемого продукта внутрь центробежных рабочих колес 31, 41 и 51.In the hubs 32, 42 and 52 of the centrifugal impellers 31, 41 and 51, an internal cavity 72 and holes 73 are made (Fig. 1). These holes 73 connect the internal cavity 72 with the cavities of the centrifugal impellers 31, 41 and 51 and are designed to return selected for lubrication of the bearings of the flow rate of the pumped product into the centrifugal impellers 31, 41 and 51.

Первое центробежное рабочее колесо 31 установлено на внешнем валу 28, который установлен в подшипниках 74, первый шнек 33 и второе центробежное рабочее колесо 41 установлены на промежуточном валу 29, который установлен на подшипниках 75, а второй шнек 43 и третье центробежное рабочее колесо 53 установлены на внутреннем валу 30, который установлен в подшипниках 76.The first centrifugal impeller 31 is mounted on the outer shaft 28, which is mounted in the bearings 74, the first screw 33 and the second centrifugal impeller 41 are mounted on the countershaft 29, which is mounted on the bearings 75, and the second screw 43 and the third centrifugal impeller 53 are mounted on the inner shaft 30, which is installed in the bearings 76.

Внешний вал 28 уплотнен уплотнениями 77, промежуточный вал 29 уплотнен уплотнениями 78, а внутренний вал 30 уплотнен уплотнениями 79.The outer shaft 28 is sealed with seals 77, the intermediate shaft 29 is sealed with seals 78, and the inner shaft 30 is sealed with seals 79.

Между уплотнениями 77…79 образованы каналы 80 для подвода перекачиваемого продукта для смазки. Между третьим шнеком 53 и третьим рабочим колесом 51 имеется полость 81 (фиг.1 и 2).Between the seals 77 ... 79 are formed channels 80 for supplying a pumped product for lubrication. Between the third screw 53 and the third impeller 51 there is a cavity 81 (FIGS. 1 and 2).

Рабочее колесо третьей ступени 7 турбины 1 имеет меньший диаметр, чем рабочее колесо второй ступени 6 турбины 1. Это необходимо для того, чтобы третья ступень 7 турбины 1 получилась меньшей мощности, чем другие ступени, потому что она имеет самую малую нагрузку 20…25% от всей мощности турбины 1, достаточную для привода второго шнека 43 и третьего центробежного рабочего колеса 51, а также третьего шнека 53. Рабочее колесо второй ступени 6 имеет диаметр меньший, чем рабочее колесо первой ступени 54, и развивает мощность 25…35% от общей мощности турбины 1.The impeller of the third stage 7 of the turbine 1 has a smaller diameter than the impeller of the second stage 6 of the turbine 1. This is necessary so that the third stage 7 of the turbine 1 is less powerful than other stages, because it has the smallest load of 20 ... 25% of the total power of the turbine 1, sufficient to drive the second screw 43 and the third centrifugal impeller 51, as well as the third screw 53. The impeller of the second stage 6 has a diameter smaller than the impeller of the first stage 54, and develops a power of 25 ... 35% of the total turbine power 1.

При запуске турбонасосного агрегата газ подается через входной патрубок 16 внутрь трехступенчатой турбины 1 и проходит через сопловые аппараты 11, 12 и 13 и рабочие лопатки 8, 9 и 10. Внутри центробежных рабочих колес 31, 41 и 51 и на выходе из них, т.е. в полостях 38, 48 и 58, повышается давление перекачиваемого продукта, и его часть (5%…7%) через задние уплотнения 39, 49 и 59 поступает в разгрузочные полости 40, 50 и 60 и далее на смазку соответствующих подшипников. Этот расход перекачиваемого продукта возвращается внутрь центробежных рабочих колес 31, 41 и 51.When starting the turbopump assembly, gas is supplied through the inlet pipe 16 into the three-stage turbine 1 and passes through the nozzle apparatuses 11, 12 and 13 and the rotor blades 8, 9 and 10. Inside and at the outlet of the centrifugal impellers 31, 41 and 51, t. e. in the cavities 38, 48 and 58, the pressure of the pumped product increases, and part of it (5% ... 7%) through the rear seals 39, 49 and 59 enters the discharge cavities 40, 50 and 60 and then to lubricate the corresponding bearings. This flow rate of the pumped product is returned inside the centrifugal impellers 31, 41 and 51.

Так как шнек 33 вращается с угловой скоростью, в 1,5…2 раза меньшей, чем центробежное рабочее колесо 31 первого центробежного насоса 2, а второй шнек 43 со скоростью, в 1,5…2 раза меньшей, чем второй центробежное колесо 42, а третий шнек 53 со скоростью в 1,5…2 раза меньше третьего центробежного рабочего колеса 51, что предотвращает кавитацию на входе во все три насоса 2…4. Из-за пониженных оборотов самих шнеков 33, 43 и 53 кавитация на их входных кромках также исключается.Since the screw 33 rotates with an angular speed of 1.5 ... 2 times less than the centrifugal impeller 31 of the first centrifugal pump 2, and the second screw 43 with a speed of 1.5 ... 2 times less than the second centrifugal wheel 42, and the third screw 53 with a speed of 1.5 ... 2 times less than the third centrifugal impeller 51, which prevents cavitation at the entrance to all three pumps 2 ... 4. Due to the reduced speed of the screws 33, 43 and 53 themselves, cavitation at their input edges is also excluded.

При работе ТНА в разгрузочных полостях 40, 50 и 60 центробежных насосов 2, 3 и 4 и в разгрузочных полостях 25, 26 и 24 турбины 1 возникает пониженное давление перекачиваемого продукта и газа соответственно. Это способствует уменьшению осевых сил, действующих на внешний вал 28, промежуточный вал 29 и внутренний вал 30.During operation of the TNA in the discharge cavities 40, 50 and 60 of the centrifugal pumps 2, 3 and 4 and in the discharge cavities 25, 26 and 24 of the turbine 1, a reduced pressure of the pumped product and gas, respectively, occurs. This helps to reduce axial forces acting on the outer shaft 28, the intermediate shaft 29 and the inner shaft 30.

Автомат регулирования частоты вращения шнека 62 работает следующим образом. При работе пружина 66 упирается одним торцом в торец стакана 67, другим - в торец крышки 69 и далее и максимально (до соприкосновения) сближает третий шнек 53 и третье центробежное рабочее колесо 51. При этом зазор δ (фиг.3) уменьшается до минимально возможного значения и магнитной муфтой 61 передается максимально возможная мощность. При запуске насоса третий шнек 53 вращается практически с той же скоростью, что и внутренний вал 30, что благоприятно сказывается на антикавитационных свойствах насоса. При выходе шнекоцентробежного насоса на максимальный режим давление перекачиваемого продукта в полости 81 будет больше, чем это необходимо из условия отсутствия кавитации на входе в третье центробежное рабочее колесо 51. Но в то же время из-за большой скорости вращения третьего шнека 53 могут создаться условия возникновения кавитации на входе в третий шнек 53. Повышенное давление в полости 81 создаст осевое усилие влево (фиг.2) и переместит третий шнек 53 в сторону входа в насос, при этом сожмется пружина 66, пока дальнейшее перемещение третьего шнека 81 не прекратится. Зазор между полумуфтами 63 и 64 увеличится и автоматически уменьшится крутящий момент (мощность), передаваемый с внутреннего вала 30 на третий шнек 53. Частота вращения третьего шнека 53 уменьшится и улучшатся условия для предотвращения кавитации на входе в третий шнек 53.Automatic control of the rotational speed of the screw 62 operates as follows. During operation, the spring 66 abuts against one end of the cup 67 with one end, and the other against the end of the lid 69 and further and as close as possible (to touch) the third screw 53 and the third centrifugal impeller 51 are brought together. In this case, the gap δ (Fig. 3) is reduced to the minimum possible values and magnetic coupling 61 transfers the maximum possible power. When starting the pump, the third screw 53 rotates at almost the same speed as the inner shaft 30, which favorably affects the anti-cavitation properties of the pump. When the screw centrifugal pump reaches its maximum mode, the pressure of the pumped product in the cavity 81 will be greater than is necessary due to the absence of cavitation at the inlet of the third centrifugal impeller 51. But at the same time, due to the high rotation speed of the third screw 53, conditions may arise cavitation at the entrance to the third auger 53. The increased pressure in the cavity 81 will create an axial force to the left (figure 2) and will move the third auger 53 towards the inlet to the pump, while the spring 66 is compressed, while the further movement of the third some 81 will not stop. The gap between the coupling halves 63 and 64 will increase and the torque (power) transmitted from the internal shaft 30 to the third screw 53 will automatically decrease. The speed of the third screw 53 will decrease and the conditions will be improved to prevent cavitation at the entrance to the third screw 53.

При падении давления в полости 81 происходит обратный процесс, т.е. третий шнек 53 перемещается в сторону третьего центробежного рабочего колеса 51, тем самым процесс регулирования нагрузки на магнитную муфту 61 будет полностью автоматизирован. Это значительно улучшит антикавитационные свойства третьего насоса 4, например, при частоте вращения внутреннего вала 100000 об/мин можно получить скорость вращения третьего шнека 53 порядка 50000…70000 об/мин, т.е. предельную по кавитационным свойствам шнека скорость. При этом на всех трех центробежных насосах 2…4 будет получено максимально возможное повышение давления при минимальном весе и габаритах ТНА, что имеет решающее значение для ракетных двигателей.When pressure drops in cavity 81, the reverse process occurs, i.e. the third screw 53 moves towards the third centrifugal impeller 51, thereby the process of regulating the load on the magnetic coupling 61 will be fully automated. This will significantly improve the anti-cavitation properties of the third pump 4, for example, at a rotational speed of the inner shaft of 100,000 rpm, you can get the rotation speed of the third screw 53 of the order of 50,000 ... 70,000 rpm limiting speed on the cavitation properties of the screw. Moreover, at all three centrifugal pumps 2 ... 4, the maximum possible increase in pressure will be obtained with a minimum weight and dimensions of the ТНА, which is crucial for rocket engines.

Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:

1. Значительно улучшить кавитационные свойства трех насосов, например насосов окислителя и двух насосов горючего в ТНА, предназначенном для трехкомпонентного ЖРД, за счет применения трех шнеков, уменьшения скоростей вращения шнека.1. Significantly improve the cavitation properties of three pumps, for example, oxidizer pumps and two fuel pumps in a ТНА designed for a three-component rocket engine, by using three screws, and reducing the screw rotation speeds.

2. Обеспечить разгрузку осевых сил внутреннего и внешнего валов.2. To ensure the unloading of the axial forces of the internal and external shafts.

3. Спроектировать насосы очень большой мощности за счет повышения частоты вращения центробежного рабочего колеса насоса до предельно допустимых по прочности.3. Design pumps of very high power by increasing the speed of the centrifugal impeller of the pump to the maximum permissible strength.

4. Предотвратить срыв потока перекачиваемого компонента в насосах вследствие кавитации на их входах.4. To prevent disruption of the flow of the pumped component in the pumps due to cavitation at their inlets.

5. Создать турбонасосный агрегат трехкомпонентного ЖРД с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности трех насосов, за счет уменьшения диаметра ступеней турбин от первой к третьей, при применении для нее трех ступеней.5. To create a turbopump unit of a three-component liquid-propellant rocket engine with a minimum weight and dimensions with a large head and productivity of three pumps, by reducing the diameter of the turbine stages from the first to the third, when three stages are used for it.

Claims

1. The turbopump unit of a three-component rocket engine containing a turbine, first, second and third centrifugal impellers of centrifugal pumps, characterized in that the turbine is made of a three-stage with three impellers: the first, second and third mounted respectively on the outer, intermediate and middle shafts, centrifugal pumps are made with screws installed in front of the centrifugal wheels, while the outer shaft is connected to the first centrifugal impeller located closer to the turbine, intermediate al connected to the first and second screw centrifugal impeller, and an inner shaft connected to the second and third screw centrifugal impeller through magnetic coupling, and - a third screw.

2. The turbopump assembly according to claim 1, characterized in that in front of the third auger an automatic machine for controlling the speed of the auger is made.

3. The turbopump assembly according to claim 1 or 2, characterized in that a channel for bypassing the pumped product is made inside the outer shaft to lubricate the bearings on which the shafts are mounted.

4. The turbopump assembly according to claim 1 or 2, characterized in that at the ends of the impellers of the turbines and centrifugal impellers, annular seals are formed to form discharge cavities.