К балансу мощностей и методике проведения энергетических испытаний малорасходных центробежных нагнетателей

В статье рассмотрены конструктивные особенности малорасходных насосных агрегатов ракетнокосмических модулей: двигателей коррекции и посадочного торможения космических аппаратов; насосов вспомогательных энергетических систем (наддува, газогенерации, систем обеспечения тепловых режимов летательных аппаратов и т. п.).
Основными особенностями таких насосов являются малые расходы рабочего тела (V/ω < 5 ∙ 10^-7 м³); малые размеры проточной части (< 0,1 м); малые мощности (< 1 кВт); высокие обороты (до 100 000 об/мин). В конструкции рабочих колес широкое применение нашли открытые рабочие колеса, что определило значительные трудности в балансировке потерь мощности, заключающиеся в том, что гидравлические и механические потери колеса не имеют физических границ, разделяющих относительное движение в проточной части рабочего колеса и окружные потери мощности в переносном движении относительно неподвижной стенки корпуса насоса. Традиционный способ балансовых испытаний для закрытых колес подразумевает замену рабочего колеса на фальш-колесо с идентичным граничным обводом цилиндрических поверхностей, в случае открытых колес авторами предложен методологический прием с измерением поэлементно крутящего момента на неподвижном корпусе насоса.
Конструктивное выполнение специального измерителя в балансирном подвесе потребовало значительных затрат в разработке методологического и расчетного обеспечения испытаний. Указанные преобразования привели к изменению соотношений в математической модели баланса мощностей, а также расчетных и моделирующих алгоритмов малорасходного центробежного насоса.
По итогам тестовых испытаний результирующее значение коэффициента K_z для рабочих колес открытого типа малорасходного насоса укладывается в диапазон 0,8–0,9, что несколько выше значений для колес закрытого типа.

1. Жуйков Д. А., Шевченко Ю. Н., Кишкин А. А. [и др.]. Исследование течения вязкой несжимаемой жидкости в боковой полости вращения центробежных насосов и газовых турбин жидкостных ракетных двигателей на основе теории пространственного пограничного слоя // Омский научный вестник. Серия Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2025. Т. 9, № 1. С. 92–100. https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-1-92-100. EDN: XZOZJG.

2. Шилкин О. В., Шевченко Ю. Н., Делков А. В. [и др.]. Радиально-окружной поток в микротурбине двухфазной системы терморегулирования космического аппарата // Вестник Московского авиационного института. 2025. Т. 32, № 1. С. 124–133. EDN: ZMAQTD.

3. Gülich J. F. Centrifugal pumps. 4th ed. Villeneuve, Switzerland: Springer International Publishing, 2020. 1264 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-14788-4.

4. Забелин Н. А., Раков Г. Л., Себелев А. А. [и др.]. Влияние уплотнений на эффективность малорасходных турбинных ступеней конструкции ЛПИ // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2013. № 3 (178). С. 32–42. EDN: RDDWBN.

5. Пат. 2217724 C2 Российская Федерация, МПК G01M 15/02, F04D 29/00, G01M 15/00. Способ балансовых испытаний центробежного насоса / Краев М. В., Кишкин А. А., Мелкозёров М. Г., Черненко Д. В., Жуйков Д. А. № 2001104120/06; заявл. 12.02.2001; опубл. 27.11.2003. EDN: BYUVZY.

6. Кишкин А. А., Шевченко Ю. Н., Зуев А. А. [и др.]. Расчетно-экспериментальное исследование закрученного кольцевого потока // Омский научный вестник. Серия Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2024. Т. 8, № 1. С. 57–68. https://doi.org/2588-0373-2024-8-1-57-68. EDN: RTYRHL.

7. Юртаев А. А., Юртаев А. А., Семенихин А. А., Поршкевич В. В. Конструкция экспериментального стенда для исследования сопловых аппаратов проточных частей малоразмерных турбомашин // Научное обозрение. 2015. № 13. С. 78–85. EDN: UMLQNH.

8. Чернятьев А. Е., Толстопятов М. И., Андрияненко И. А. Методика проведения балансовых испытаний центробежных компрессоров // Решетневские чтения. 2010. Т. 1. С. 134–135. EDN: UNKHCH.

9. Volkov K. N., Levikhin A. A., Volobuyev I. A., Melnikova A. I. Simulation of coupled heat transfer in rotor/stator cavity of the microturbine. Problems of the Regional Energetics. 2019;3(44):43–50. https://doi.org/10.5281/zenodo.3562185. EDN: ILHWET.

10. Черненко Д. В. Гидродинамика центробежных лопаточных нагнетателей энергосиловых установок летательных аппаратов: дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2005. 167 c.

11. Kriukov A. A. The relationship between the circumferential velocity and energy losses in the flow part of the inflow turbine with partial blading of the runner. Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Marine Engineering and Technologies. 2024;2:57–64. https://doi.org/10.24143/2073-1574-2024-2-57-64. EDN: OWRZQM.