Безпоршневой насос - Pistonless pump

А Безпоршневой насос это тип насоса, предназначенный для перемещения жидкостей без каких-либо движущиеся части кроме трехкамерных клапанов.

Насос содержит камеру с клапаном на впуске для перекачиваемой жидкости, выпускным отверстием с клапаном - оба находятся в нижней части насоса, и впускным отверстием для давления в верхней части насоса. Используется давление, такое как пар или гелий под давлением, чтобы пропустить жидкость через насос.

Вступление

НАСА разработало недорогой ракетный топливный насос, который имеет производительность, сопоставимую с турбонасосом, при более низкой стоимости на 80-90%.[1] Возможно, самым сложным препятствием для входа в бизнес жидкостных ракет является турбонасос. Конструкция турбонасоса требует больших инженерных усилий, а изготовление и испытание требует больших затрат. Запуск ракетного двигателя с турбонасосом - сложный процесс, требующий тщательной синхронизации многих клапанов и подсистем. Фактически, Beal Aerospace попыталась полностью избежать этой проблемы, построив огромный усилитель подачи давления. Их ракета-носитель никогда не летела, но инженерия, стоящая за ней, была надежной, и, если бы в их распоряжении был недорогой насос, они могли бы конкурировать с Boeing. Этот насос экономит до 90% массы резервуаров по сравнению с системой с подачей под давлением. Этот насос действительно оказался настоящим подарком для ракет. При использовании этого насоса ракете не нужно нести такой тяжелый груз и она может двигаться с очень высокой скоростью.[2]

Рабочий цикл

Цикл следующий:

  • Жидкость входит и заполняет камеру через впускной клапан. Выпускной и напорный клапаны закрыты.
  • Впускной клапан закрывается, выпускной и нагнетательный клапаны открываются. Препарат проталкивает жидкость через выпускной клапан.
  • Когда камера опорожняется, предварительный клапан закрывается, а впускной клапан открывается, после чего закрывается выпускной клапан.
  • Цикл повторяется.

Скорость откачки

Ракетным двигателям требуется огромное количество топлива при высоком давлении. Часто насос стоит дороже, чем упорная камера. Один из способов подачи топлива - использование дорогостоящего турбонасоса, упомянутого выше, другой способ - создание давления в топливном баке. Для создания давления в большом топливном баке требуется тяжелый и дорогой бак. Однако предположим, что вместо создания давления во всем резервуаре, основной резервуар сливается в небольшую насосную камеру, в которой затем создается давление. Для достижения постоянного потока насосная система состоит из двух насосных камер, каждая из которых подает топливо в течение половины каждого цикла. Насос приводится в действие сжатым газом, который воздействует непосредственно на жидкость. Для каждой половины насосной системы камера заполняется из основного бака под низким давлением и с высокой скоростью потока, затем в камере создается давление, а затем жидкость подается в двигатель со средней скоростью потока под высоким давлением. Затем камера вентилируется, и цикл повторяется. Система сконструирована таким образом, что скорость потока на входе выше, чем на выходе. Это дает время для вентиляции, пополнения и повышения давления из одной камеры, пока другая опорожняется. Макетный насос протестирован и отлично работает. Была спроектирована и изготовлена ​​высокая версия, обеспечивающая скорость откачки 20 галлонов в минуту и ​​550 фунтов на квадратный дюйм.

Применение в ракетной технике

Чаще всего используется[нужна цитата ] поставлять топливо ракетные двигатели. В этой конфигурации часто два насоса работают в противоположных циклах, чтобы обеспечить постоянный поток топлива к двигателю.

Насос имеет преимущество перед системой подачи под давлением в том, что резервуары могут быть намного легче. По сравнению с турбонасосом беспоршневой насос имеет гораздо более простую конструкцию и имеет менее строгие конструктивные допуски.

Преимущества

Почти все оборудование в этом насосе состоит из сосудов под давлением, поэтому вес невелик. В нем меньше 10 движущихся частей, и нет проблем со смазкой, которые могли бы вызвать проблемы с другими насосами. Дизайн и конструкция этого насоса просты и не требуются детали высокой точности. Это устройство имеет преимущество перед стандартными турбонасосами в том, что вес примерно такой же, затраты на установку, разработку и испытания меньше, а вероятность катастрофического отказа меньше. Этот насос имеет преимущество перед конструкциями с подачей под давлением в том, что вес всей ракеты намного меньше, и ракета намного безопаснее, потому что в баках с ракетным топливом нет необходимости находиться под высоким давлением. Насос можно было запустить после длительного хранения с высокой надежностью. Его можно использовать для замены турбонасосов для ракетного ускорителя или для замены баков высокого давления для двигателей дальнего космоса. Его также можно использовать для изменения орбиты спутника и удержания станции.

Недостатки

У беспоршневых насосов есть недостатки наряду с такими прекрасными преимуществами.

  1. Они не могут перекачивать более высокое давление, чем приводной газ (соотношение площадей 1: 1).
  2. Они не могут использовать ни ступенчатый цикл сжигания, ни цикл детандера.
  3. Цикл газогенератора также сложно интегрировать с беспоршневым насосом.
  4. Генерируемый газ должен быть химически совместим с обоими порохами.
  5. Этот газогенератор снижает период зажигания двигателя.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Успешные испытания ракетного топливного насоса НАСА открывают путь для 3D-печатного демонстрационного двигателя». nasa.gov. 27 августа 2015 г.. Получено 3 апреля 2020.
  2. ^ Старки, Райан (2014). "Разработка демонстратора суборбитальных летных испытаний насоса поршневого ракетного двигателя". ResearchGate. Дои:10.2514/6.2014-3784.

внешняя ссылка

Смотрите также

внешняя ссылка