Беспоршневой насос

— Беспоршневой насос это тип насоса, предназначенный для перемещения жидкостей без каких-либо движущихся частей, кроме трехкамерных клапанов.

Насос содержит камеру, которая имеет клапанный вход для перекачиваемой жидкости, клапанный выход – оба они находятся в нижней части насоса, и вход для подачи давления в верхней части насоса. Для подачи жидкости через насос используется давление, такое как пар или гелий под давлением.

Введение

НАСА разработало недорогой ракетный топливный насос, который имеет производительность, сравнимую с турбонасосом, но стоит на 80–90% дешевле. ^[1] Возможно, самым трудным барьером для входа в бизнес жидкостных ракет является турбонасос. Конструкция турбонасоса требует больших инженерных усилий, а ее производство и испытания дороги. Запуск турбонасосного ракетного двигателя — сложный процесс, требующий тщательной синхронизации множества клапанов и подсистем. Фактически, компания Beal Aerospace попыталась полностью избежать этой проблемы, построив огромный ускоритель с подачей под давлением. Их ракета-носитель так и не полетела, но инженерия, стоящая за ней, была надежной, и, если бы в их распоряжении был недорогой насос, они могли бы конкурировать с Боингом. Этот насос экономит до 90% массы резервуаров по сравнению с системой с напорной подачей. Этот насос действительно оказался настоящим благом для ракет. Благодаря использованию этого насоса ракете не приходится нести такой тяжелый груз, и она может двигаться с очень высокой скоростью. ^[2]

Рабочий цикл

Цикл выглядит следующим образом:

Жидкость поступает и заполняет камеру через впускной клапан. Выпускной и напорный клапаны закрыты.
Впускной клапан закрывается, выпускной и нагнетательный клапаны открываются. Подводящая жидкость проталкивает жидкость через выпускной клапан.
По мере опорожнения камеры предохранительный клапан закрывается и открывается впускной клапан, после чего закрывается выпускной клапан.
Цикл повторяется.

Скорость откачки

Ракетные двигатели требуют огромного количества топлива под высоким давлением. Часто насос стоит дороже, чем камера тяги. Один из способов подачи топлива — использование упомянутого выше дорогого турбонасоса, другой способ — создать давление 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 устойчивого потока насосная система состоит из двух насосных камер, каждая из которых подает топливо на половину каждого цикла. Насос приводится в действие газом под давлением, который воздействует непосредственно на жидкость. Для каждой половины насосной системы камера заполняется из основного бака под низким давлением и с большим расходом, затем в камере создается давление, а затем жидкость с умеренным расходом под высоким давлением подается в двигатель. Затем камера вентилируется, и цикл повторяется. Система спроектирована таким образом, что скорость потока на входе превышает скорость потока на выходе. Это дает время для вентиляции, наполнения и создания давления в одной камере, пока опорожняется другая. Макетный насос был протестирован и работает отлично. Была спроектирована и изготовлена версия High, обеспечивающая производительность 20 галлонов в минуту и давление 550 фунтов на квадратный дюйм.

Применение в ракетной технике

Чаще всего используется ^{[ нужна ссылка ]} для поставок топлива к ракетным двигателям . В этой конфигурации часто используются два насоса, работающих в противоположных циклах, чтобы обеспечить постоянную подачу топлива в двигатель.

Преимущество насоса перед системой с подачей под давлением заключается 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 этого насоса состоит из сосудов под давлением, поэтому его вес невелик. В нем менее 10 движущихся частей и нет проблем со смазкой, которые могли бы вызвать проблемы с другими насосами. Конструкция и конструкция этого насоса просты и не требуют прецизионных деталей. Это устройство имеет преимущество перед стандартными турбонасосами в том, что вес примерно такой же, затраты на установку, проектирование и испытания меньше, а вероятность катастрофического отказа ниже. Этот насос имеет преимущество перед конструкциями с напорной подачей в том, что вес всей ракеты намного меньше, а ракета намного безопаснее, поскольку в баках с ракетным топливом нет необходимости находиться под высоким давлением. Насос можно запустить после длительного хранения с высокой надежностью. Его можно использовать для замены турбонасосов в варианте ракетного ускорителя или для замены баков высокого давления для движения в дальнем космосе. Его также можно использовать для изменения орбиты спутников и удержания станции.

Недостатки

Беспоршневые насосы также имеют некоторые недостатки, такие как:

Они не могут перекачивать давление выше, чем приводной газ (соотношение площадей 1:1).
Они не могут использовать ни ступенчатое сжигание, ни детандерный цикл.
Цикл газогенератора также сложно интегрировать с беспоршневым насосом.
Генерируемый газ должен быть химически совместим с обоими порохами.
Этот газогенератор уменьшает период запуска зажигания двигателя.

См. также

Ссылки

^ «Успешные испытания топливного насоса ракеты НАСА открывают путь к созданию демонстрационного двигателя, напечатанного на 3D-принтере» . НАСА.gov . 27 августа 2015 года . Проверено 3 апреля 2020 г. .
^ Старки, Райан (2014). «Разработка демонстратора суборбитальных летных испытаний беспоршневого ракетного двигателя». 50-я совместная конференция AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной технике . дои : 10.2514/6.2014-3784 . ISBN 978-1-62410-303-2 .

Внешние ссылки

См. также

[1] «Успешные испытания топливного насоса ракеты НАСА открывают путь к созданию демонстрационного двигателя, напечатанного на 3D-принтере» . НАСА.gov . 27 августа 2015 года . Проверено 3 апреля 2020 г. .

[2] Старки, Райан (2014). «Разработка демонстратора суборбитальных летных испытаний беспоршневого ракетного двигателя». 50-я совместная конференция AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной технике . дои : 10.2514/6.2014-3784 . ISBN 978-1-62410-303-2 .

[1]

[2]