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主阀水泵转速曲线

起动过程中氢涡轮泵转速存在较大幅度的超调。为抑制起动超调,对发动机的起动时序进行优化研究,对发动机在高混合比工况下的起动特性进行仿真计算,计算结果表明,见下图1,相对额定混合比工况下起动,氢涡轮泵转速超调幅度将降低。

图1:高混合比工况和额定混合比工况起动氢涡轮泵转速试验数据

高混合比工况和额定混合比工况起动氢涡轮泵转速试验数据

一优化结论,进行了发动机试验验证,试验结果见图2,广一水泵转速超调值降低。

原理分析:膨胀循环发动机起动的初始能源来自于推力室冷却夹套的热容,换热后的气氢先驱动氢涡轮,再驱动氧涡轮,气氢的压力和温度升高的快慢决定了发动机起动的快慢。因此,发动机氢涡轮泵性能和工作条件是起动的关键;XX型号发动机氢涡轮为全流量亚音速涡轮,其涡轮做功能力受背压即推力室压力影响较大;当发动机高混合比工况起动时,相比较额定混合比工况起动,推力室氧流量大、室压建立较快,即氢涡轮做功能力受到抑制,所以发动机超调量要小。

图2:高混合比工况和额定混合比工况起动氢涡轮泵转速仿真数据

高混合比工况和额定混合比工况起动氢涡轮泵转速仿真数据

在发动机的起动段,而故障仿真时,发动机处于主级工作段,氢泵后介质压力高达10MPa、温度约为38K,氢介质处于超临界状态,仿真模型与实际情况接近,因此仿真结果与实际结果符合较好,同时,故障仿真主要分析的是在不同故障模式和程度下,发动机性能参数的相对变化规律,而不纠结于具体的数值,可见,上面建立的仿真模型完全可以用于故障仿真分析,能够保证故障仿真的正确性。

广一水泵厂为了快速定位参数波动原因,应用建立的仿真平台,对能够引起参数波动的几个主要影响因素:氢、氧涡轮泵综合性能,冷却夹套对低温推进剂的换热性能,进行仿真计算分析,获得在各因素的影响下发动机室压,氢、氧涡轮泵转速,冷却夹套出口温度等主要性能参数的变化趋势,为异常现象的定位提供参考。

涡轮泵涡轮和泵为同轴式设计,因此将氢涡轮泵性能下降统一考虑到涡轮的性能下降上,对组件子模型中的涡轮子模型进行修改,见下图3,加入一个信号端口,以输入不同的性能下降故障程度。

图3:氢涡轮泵性能下降故障仿真用涡轮子模型

氢涡轮泵性能下降故障仿真用涡轮子模型

氢涡轮泵性能下降后,发动机室压、氢氧涡轮泵转速均降低,而夹套出口温度会上升。不同故障程度下发动机性能的相对变化量如表1所示,将未出现故障时发动机性能参数取为参考基准。

表1:广一水泵性能下降发动机参数相对变化表

氢涡轮性能

氢泵转速

氧泵转速

室压

夹套出口温度

100%

1

1

1

1

98%

0.98

0.99

0.98

1.01

95%

0.96

0.97

0.95

1.03

原理分析:氢涡轮泵性能下降模式下,直接导致发动机氢流量下降,即氢、氧涡轮做功的气氢流量减少,所以氢氧泵转速和推力室压力下降;但对夹套换热而言,一方面室压的下降会导致其换热性能下降;另一方面过流的氢流量减少,使得其夹套出口温度上升。综合评估下,氢流量的减少占主要影响,因此该故障模式下,夹套出口温度反而出现上升现象。



标签:   广一水泵,广一管道泵,广一水泵厂
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点击次数:  更新时间:2018-01-12 09:09:35  【打印此页】  【关闭