Turbopompe

Pendant que le nom suggère, une turbopompe comporte fondamentalement deux composants principaux : une pompe et une turbine motrice , tous les deux de ont monté sur le même axe.

Une turbopompe peut se rapporter à l'un ou l'autre de deux types de pompes
les pompes de Turbomolecular également s'appellent les turbopompes et sont utilisées pour obtenir le vide élevé .
Un autre type de turbopompe est une pompe centrifuge ou axiale.

Développement précoce

Des turbopompes ont été à l'origine développées pour la lutte contre l'incendie pour l'eau de pompage aux taux élevés et aux pressions. La percée initiale pour des turbopompes utilisées dans des moteurs de fusée s'est produite sous le Dr. Walter Thiel , pendant le développement du V2 en Allemagne. Avant le travail de Dr. Thiel's, des réservoirs pressurisés avaient été employés. Les turbopompes tôt de fusée étaient légèrement les turbopompes modifiées à l'origine destinées à l'eau de pompage. Using des turbopompes dans des fusées était une percée ; la puissance des moteurs de fusée a été augmentée par un ordre de grandeur , rendant la levée des charges lourdes pratique.

Développement du 1947 au 1949

L'ingénieur principal pour le développement de turbopompe au Aerojet était George Bosco . Pendant la deuxième moitié du 1947 , Bosco et son groupe se sont renseignés sur le travail de pompe de d'autres et ont fait des études de projet préliminaires. Les représentants d'Aerojet ont visité l'université de l'Etat d'Ohio où Florant travaillait aux pompes de l'hydrogène , et le consultant Dietrich Singelmann , un expert en matière allemand de pompe au champ de Wright. Bosco a plus tard employé les données de Singelmann en concevant la première pompe de l'hydrogène d'Aerojet.

Par mid-1948, Aerojet avait choisi les pompes centrifuges pour l'hydrogène liquide et l'oxygène liquide. Ils ont obtenu quelques pompes allemandes de radial-palette de la marine et les ont examinées pendant le deuxième semestre.

Vers la fin de 1948, Aerojet avait conçu, construit, et examiné une pompe de l'hydrogène liquide (diamètre de 15 cm). Au commencement, il a utilisé les roulements à billes qui étaient propres couru et sèchent, parce que la basse température a rendu la lubrification conventionnelle impraticable. La pompe a été actionnée la première fois à de basses vitesses pour permettre à ses pièces de refroidir à la température de fonctionnement. Quand les mesures de la température ont prouvé que l'hydrogène liquide avait atteint la pompe, une tentative a été faite d'accélérer de 5000 à 35 000 révolutions par minute. La pompe a échoué et examen des morceaux indiqués un échec du roulement, aussi bien que la roue à aubes . Après un certain essai, les roulements de superbe-précision, ont lubrifié par l'huile qui a été pulvérisée et dirigée par un jet de l'azote gazeux, ont été employés. Sur la prochaine course, les roulements ont fonctionné d'une manière satisfaisante mais les efforts étaient trop grands pour la roue à aubes soudée et elle a volé à part. Un neuf a été fait par le fraisage à partir d'un bloc plein d'aluminium. Le temps s'épuisait, car le contrat a eu plus moins de six mois à aller. Les deux prochaines courses avec la nouvelle pompe étaient une grande déception ; les instruments n'ont montré aucune élévation significative d'écoulement ou de pression. Le problème a été tracé au diffuseur de sortie de la pompe, qui était trop petite et insuffisamment refroidie pendant le cycle frais-vers le bas de sorte qu'elle ait limité l'écoulement. Ceci a été corrigé en ajoutant des trous de passage dans le logement de pompe ; les passages ont été ouverts pendant refroidissent et fermé quand la pompe était froide. Avec cette difficulté, deux courses additionnelles ont été faites en mars 1949 et toutes les deux étaient réussies. Le débit et la pression se sont avérés dans l'accord approximatif avec des prévisions théoriques. La pression maximum était les 26 atmosphères et l'écoulement était de 0.25 kilogramme par seconde.

Aujourd'hui les turbopompes du moteur principal de navette spatiale tournent à plus de 30.000 t/mn, livrant 150 livres d'hydrogène liquide et 896 livres d'oxygène liquide au moteur par seconde.

Turbopompes centrifuges et axiales

La plupart des turbopompes sont centrifuges - le fluide entre dans la pompe près de l'axe et le rotor accélère le fluide circonférentiellement et le comprime contre la jante, produisant des pressions (les centaines de barre n'est pas rare), et si la contre-pression de sortie n'est pas des débits trop élevés et élevés.

Les turbopompes axiales existent également - dans ce cas-ci l'axe a essentiellement des propulseurs fixés à l'axe et le fluide est expulsé par ces derniers parallèle avec l'axe principal de la pompe. Généralement, les pompes axiales tendent à donner des pressions beaucoup plus basses que les pompes centrifuges, uns barrent n'est pas rare. Cependant elles sont encore utiles - les pompes axiales sont utilisées généralement en tant que « inducteurs » pour les pompes centrifuges ; celles-ci soulèvent assez la pression d'admission d'empêcher la cavitation excessive de se produire dans la partie centrifuge de la pompe.

Complexités des turbopompes centrifuges

Il a une réputation pour être extrêmement difficiles de concevoir des turbopompes pour obtenir l'exécution optima. Considérant que la pompe machinée et corrigée d'un puits peut contrôler l'efficacité 70-90%, les figures moins que la moitié cela ne sont pas rares. La basse efficacité peut être acceptable dans quelques applications, mais dans le Rocketry c'est un problème grave. Les turbopompes dans des fusées sont importantes et assez problématiques que des lanceurs using un ont été caustique décrits comme une « turbopompe avec une fusée a attaché » - jusqu'à 50% de tout le coût a été attribué à ce secteur.

Les issues communes incluent : écoulement excessif de

la jante à haute pression de nouveau à l'admission de basse pression le long de l'espace entre l'enveloppe de la pompe et le

de rotor recyclage excessif du fluide au

d'admission excessif Vortexing du fluide comme il part de l'enveloppe de la pompe

En outre, la forme précise du rotor elle-même est critique.

Entraînement des turbopompes

Les turbopompes actionnées par de turbine à vapeur de vapeur de existent et sont utilisées quand il y a une source de vapeur, par exemple les chaudières des turbines à gaz des bateaux de vapeur de de nos jours sont habituellement employées quand l'électricité ou la vapeur n'est pas disponible et des restrictions d'endroit ou de poids permettent l'utilisation des sources plus efficaces d'énergie mécanique.

Un de tels cas sont les moteurs-fusées qui doivent pomper le carburant et l'oxydant dans leur chambre de combustion . C'est nécessaire pour les grandes fusées de liquide de depuis expulser les fluides ou les gaz à couler par la pressurisation simple des réservoirs n'est souvent pas faisable : La pression a eu besoin pour les débits required aurait besoin de réservoirs forts et lourds.

Des moteurs de Ramjet sont également habituellement équipés des turbopompes, la turbine conduit directement par l'air dynamique externe de freestream ou intérieurement par le flux d'air détourné de l'entrée de chambre de combustion. Dans les deux cas le jet d'échappement de turbine est vidé par dessus bord.

Voir également

Turboexpander

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