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考虑热效应的液氧涡轮泵液封轮内流特性分析
1
作者 王凯 徐敬畏 +4 位作者 赵四维 庄宿国 许开富 陈晖 刘厚林 《推进技术》 北大核心 2025年第5期92-106,共15页
液体火箭发动机液氧涡轮泵在运行过程中时常发生空化现象,复杂的空化流动对液封轮的密封性能造成影响。因此,本文在考虑热力学效应空化模型的基础上,从内部流动的角度深入分析了液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性。研究表明:... 液体火箭发动机液氧涡轮泵在运行过程中时常发生空化现象,复杂的空化流动对液封轮的密封性能造成影响。因此,本文在考虑热力学效应空化模型的基础上,从内部流动的角度深入分析了液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性。研究表明:与工作介质为液氮的试验结果相比,监测点的温度及压力的最大计算偏差分别为2.17%和6.13%;空化过程中伴随的离心效应促使液封轮后腔内形成汽相,有效抑制了泄漏;在入口压力为2.0 MPa,2.5 MPa,3.0 MPa时,相对于液相条件下的泄漏工况,泄漏流量分别减少了37.12%,46.31%和44.32%;尽管空化有助于减少泄漏,但相较于理想的液相环境,整体的封压能力仍有所下降;泄漏不明显时,汽相会在压力侧形成强烈的诱导涡(IV),而液相则主导产生前向台阶涡(FFSV);泄漏严重时,空化主要集中在槽形结构内部,形成后相台阶涡(BFSV),同时在结构外侧间隙可见片状空化;液封轮内空化主要有槽内空化和外侧间隙的附着空化两种类型;当入口压力较低时,槽内外形成环形的汽液界面,有效阻止了泄漏的发生,然而当入口压力增大后,外侧间隙的环形界面消失,槽内空化被限制在吸力面侧,外侧间隙则形成了以液相为主的泄漏通道。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 液封轮 液氧涡轮泵 密封性能 低温空化 Omega涡识别
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高压液氧涡轮泵孔型/蜂窝阻尼密封的设计 被引量：7
2
作者 毛凯 李昌奂 +1 位作者 张聃 安康 《火箭推进》 CAS 2021年第2期47-53,共7页
针对某型火箭发动机高压液氧涡轮泵离心轮的前、后凸肩动密封,采用孔型/蜂窝阻尼密封代替原始迷宫密封方案,并对密封结构参数进行优化设计,旨在减小泵内动静间隙泄漏,提高泵容积效率。采用经水工质孔型密封泄漏量实验数据验证的,基于k-... 针对某型火箭发动机高压液氧涡轮泵离心轮的前、后凸肩动密封,采用孔型/蜂窝阻尼密封代替原始迷宫密封方案,并对密封结构参数进行优化设计,旨在减小泵内动静间隙泄漏,提高泵容积效率。采用经水工质孔型密封泄漏量实验数据验证的,基于k-ε湍流模型和三维定常Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的液体孔型密封泄漏量数值计算方法,研究了孔深、孔径对液氧孔型阻尼密封、蜂窝阻尼密封泄漏特性的影响规律,并与迷宫密封的封严性能进行了比较。计算分析了孔径在0.3~2.0 mm范围内、孔深在0.1~2.0 mm范围内连续变化时孔型阻尼密封的泄漏量。结果表明:相同孔径和孔深下,孔型阻尼密封和蜂窝阻尼密封具有相近的封严性能,均优于迷宫密封;有限的密封轴向长度下,液氧孔型/蜂窝阻尼密封泄漏量随孔径的增大(轴向孔数目减小)先减小后增大,孔型/蜂窝阻尼密封最佳孔径为1.4 mm;不同孔径下,液氧孔型/蜂窝密封均存在最佳深径比0.5,泄漏量达到最小值;相比于原始迷宫密封方案,优化设计的孔型/蜂窝阻尼密封使液氧涡轮泵离心轮前、后凸肩动密封泄漏量分别减小了约19%和21%。 展开更多
关键词 液氧涡轮泵 孔型/蜂窝密封 优化设计 封严性能
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液氧涡轮泵多级液封轮密封空化流动特性分析 被引量：3
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作者 王凯 赵四维 +2 位作者 鲍海峰 庄宿国 刘厚林 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期75-89,共15页
在考虑低温空化特性的基础上,提出了适用于液氧涡轮泵多级液封轮低温空化流动的数值计算方法,并采用液氮下的试验数据验证了可行性,最后对多级液封轮内低温空化流动及密封特性进行了数值研究。结果表明:与液氮试验值相比,后腔温度及压... 在考虑低温空化特性的基础上,提出了适用于液氧涡轮泵多级液封轮低温空化流动的数值计算方法,并采用液氮下的试验数据验证了可行性,最后对多级液封轮内低温空化流动及密封特性进行了数值研究。结果表明:与液氮试验值相比,后腔温度及压力的最大计算偏差分别为8.2%和6.7%,数值计算方法可行;多级液封轮内汽相体积约为液相体积的2~3倍,一级液封轮起主要密封作用,二级液封轮处于低压汽相环境中,部分工况后腔有局部憋压,可适当增加泄出口数量或直径以避免憋压;流场有-4~9K的温度变化,最高和最低温度分别位于一级、二级液封轮处,体现了低温空化的热力学效应;流场中高熵产率区主要分布于一级液封轮中,是能量损失的主要区域,脉动速度熵产率ΔSD'是熵产率的主要来源;多级液封轮在一级液封轮处形成了稳定的汽液交界面,相变半径由工况Ⅰ至Ⅳ递增,经泄出口排出的均为汽相介质,总流量在0.1~0.44kg/s,流量较小,有效地阻止了液氧的泄漏。 展开更多
关键词 多级液封轮 液氧涡轮泵 密封性能 低温空化 熵产率
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先进的液氧涡轮泵的设计与开发
4
作者 叶力华 《火箭推进》 CAS 2001年第2期53-58,共6页
先进的液氧(简称ALO)涡轮泵,用于推力为222.4kN的上面级膨胀循环发动机,它的结构尺寸和性能特征是由Pratt-Whitney公司制定的,以支持整体高收益的火箭推进技术项目(简称IHPRPT)。ALO涡轮泵是由俄罗斯的Voronezh化学自动化设计局(简称CA... 先进的液氧(简称ALO)涡轮泵,用于推力为222.4kN的上面级膨胀循环发动机,它的结构尺寸和性能特征是由Pratt-Whitney公司制定的,以支持整体高收益的火箭推进技术项目(简称IHPRPT)。ALO涡轮泵是由俄罗斯的Voronezh化学自动化设计局(简称CADB)设计的,该设计局是Pratt-Whitney公司的合作伙伴。ALO涡轮泵是一种为上面级液体火箭发动机设计的高性能、低成本、高可靠性的涡轮装置,所提供液氧的流量为99Ib/s(45kg/s),压力为1800psi(121bar)。该涡轮泵与泵前的增压泵一起联合使用。按预先设想,ALO涡轮泵先进之处不仅包括高可靠性和低制造成本,而且其设计和开发费用也被压缩至最低限度。设计、制造和零件的标准测试是在一个较短的周期内(大约1.5年)完成的,花费了少量的元器件和原材料。这可能部分归功于CADB对以前相似涡轮泵充分的研究。 展开更多
关键词 先进液氧涡轮泵 设计与开发
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液氧涡轮泵新型螺旋阻尼密封泄漏特性研究 被引量：5
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作者 靳志鸿 李志刚 +1 位作者 李军 毛凯 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期62-72,共11页
针对某液氧涡轮泵离心轮前凸肩密封,提出了一种新型螺旋阻尼密封结构(静子面孔腔和转子面螺旋槽)。为研究离心轮凸肩密封进口高预旋影响,提出了能够同时模拟动密封进口压力场和速度场的“双进口边界”数值模型。采用液体(水工质)孔型阻... 针对某液氧涡轮泵离心轮前凸肩密封,提出了一种新型螺旋阻尼密封结构(静子面孔腔和转子面螺旋槽)。为研究离心轮凸肩密封进口高预旋影响,提出了能够同时模拟动密封进口压力场和速度场的“双进口边界”数值模型。采用液体(水工质)孔型阻尼密封和螺旋密封的泄漏量实验结果,验证了基于三维定常Navier-Stokes(RANS)方程的动密封稳态泄漏流动数值预测方法的有效性和准确性。对比研究了迷宫密封、孔型阻尼密封、双螺旋密封等3种传统动密封结构和新型螺旋阻尼密封在某液氧涡轮泵6种变负载运行工况(负载率φ为23%、31%、54%、77%、100%、108%)、2种进口预旋比(λ为0、0.75)下的泄漏特性。结果表明:相比于3种传统动密封结构,新型螺旋阻尼密封在全工况下均具有最佳的封严性能(泄漏量减小10%~50%),尤其在高负载工况(更高转速、更大压差);新型螺旋阻尼密封的泄漏量对进口预旋、压差和转速等运行条件的变化敏感性最低(在23%~108%变载荷运行、无预旋时,新型螺旋阻尼密封的泄漏变化量相对于迷宫、孔型和双螺旋密封减小了45%、40%、29%),具有优良的变工况适应能力,能够满足液氧涡轮泵深度变推力的工作需求,是一种理想的液氧涡轮泵离心轮凸肩密封结构。 展开更多
关键词 液氧涡轮泵 螺旋阻尼密封 泄漏特性 变工况适应性
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液氧涡轮泵阻尼密封设计与动力学特性研究 被引量：4
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作者 靳志鸿 胡锦华 +1 位作者 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期43-53,61,共12页
为评估进口高预旋对动密封性能的影响,提出了能够同时模拟动密封进口压力场和速度场的“虚拟旁路边界”计算模型和动密封非定常流体激振数值预测方法。针对某型液氧涡轮泵离心叶轮前凸肩动密封,开展了迷宫、蜂窝和孔型阻尼密封方案设计... 为评估进口高预旋对动密封性能的影响,提出了能够同时模拟动密封进口压力场和速度场的“虚拟旁路边界”计算模型和动密封非定常流体激振数值预测方法。针对某型液氧涡轮泵离心叶轮前凸肩动密封,开展了迷宫、蜂窝和孔型阻尼密封方案设计、性能比较和深度变推力发动机涡轮泵密封动力学适应性研究,比较了液氧涡轮泵额定工况下3种动密封方案性能,计算分析了6种发动机推力负荷(10%~100%)、高进口预旋(预旋比为0.77)下孔型阻尼密封的泄漏量和转子动力特性系数。结果表明:在额定工况下,相比于迷宫密封,蜂窝和孔型阻尼密封具有更优的封严性能(泄漏流量分别减小了17.9%和17.5%)和动力学性能(同步频率下有效阻尼分别增大了180%和87%,穿越频率从661 Hz分别减小到了287 Hz和275 Hz);在发动机深度变推力工况下,孔型阻尼密封具有较大的同步频率有效阻尼;受高进口预旋的影响,有效阻尼的穿越频率随推力负荷的增大而显著增大(从50 Hz增大到430 Hz),减小了密封提供正阻尼的抑振频率区间;在大推力工况下,可通过在密封入口设置防旋板等止旋装置减小预旋、提高转子稳定性。 展开更多
关键词 液氧涡轮泵 孔型阻尼密封 泄漏特性 深度变推力工况 转子稳定性
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槽型结构对液氧涡轮泵液封轮性能的影响
7
作者 钟磊 许开富 +3 位作者 王凯 项乐 吴登昊 王晓晖 《流体机械》 2025年第7期69-78,共10页
为了提高液封轮的气液界面稳定性和低温空化特性,分析了不同槽型结构对液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性的影响。结果表明,液封轮密封性能受槽型/叶片结构、流道导向设计(径向/后倾/后弯)及构型(叶片式/流道式)共同影响。径... 为了提高液封轮的气液界面稳定性和低温空化特性,分析了不同槽型结构对液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性的影响。结果表明,液封轮密封性能受槽型/叶片结构、流道导向设计(径向/后倾/后弯)及构型(叶片式/流道式)共同影响。径向叶片结构在实现低泄漏和低温升方面优势突出,是大多数工况的优选。较径向流道结构,径向叶片结构泄漏量降低96.3%,轴功率增加14.8%,封压功率比下降2%。后倾/后弯叶片结构通过优化导流,显著提升气液界面稳定性,是追求稳定性的首选。后倾/后弯结构的槽外间隙中形成回流涡旋,较径向流道结构,轴功率分别增加约14.8%和25.0%,流道式结构(尤其后倾式)在高转速下可作为替代方案。研究结果可为液氧涡轮泵液封轮的设计提供参考。 展开更多
关键词 液封轮 液氧涡轮泵 槽型结构 密封性能 低温空化特性
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液氧/煤油涡轮泵联试自带传感器校准技术
8
作者 赵万明 《火箭推进》 CAS 2000年第4期12-22,共11页
液体火箭发动机地面试验中参数测量不确定度是非常关键和重要的,而提高参数测量准确的重要环节是实现测量系统现场校准。本文介绍液氧煤油涡轮泵联试中,产品自带传感器现场校准技术。着重阐述原理和方法。该方法具有校准简便、准确度高... 液体火箭发动机地面试验中参数测量不确定度是非常关键和重要的,而提高参数测量准确的重要环节是实现测量系统现场校准。本文介绍液氧煤油涡轮泵联试中,产品自带传感器现场校准技术。着重阐述原理和方法。该方法具有校准简便、准确度高,不用拆卸传感器、提高测量不确定度等特点。 展开更多
关键词 液氧煤油涡轮泵联试 参数测量 传感器现场校准技术
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诱导轮叶片厚度对涡轮泵空化性能的影响
9
作者 董兆一 路祥宾 +1 位作者 任建朝 童志庭 《导弹与航天运载技术（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第6期14-20,共7页
为探究诱导轮叶片厚度对空化性能的影响,以液体火箭发动机的液氧涡轮泵为研究对象,采用改变叶根处厚度的方法,设计了4种不同叶片厚度的诱导轮,其中叶尖处的厚度随着叶根处厚度的改变而相应变化。针对这4种方案的诱导轮,进行了强度校核... 为探究诱导轮叶片厚度对空化性能的影响,以液体火箭发动机的液氧涡轮泵为研究对象,采用改变叶根处厚度的方法,设计了4种不同叶片厚度的诱导轮,其中叶尖处的厚度随着叶根处厚度的改变而相应变化。针对这4种方案的诱导轮,进行了强度校核和空化性能分析。研究结果显示,在保证叶片强度的前提下,选择较薄的诱导轮有助于改善涡轮泵的空化性能,同时,叶尖处的厚度对涡轮泵的空化性能也有显著影响。 展开更多
关键词 诱导轮 液氧涡轮泵 叶尖厚度 强度校核 空化性能
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