Ряд технических вопросов (технические вопросы россыпью).

[Serge V Iz]

Скорость раскрутки как то влияет на работу турбонасоса?

В двух аспектах влияет:
1. Устойчивость процесса в камере к автоколебаниям (насос должен регулироваться жёстко, даже жестоко  )
2. Быстрота прохода через первую, а для сильно быстроходных насосов, -- и вторую моду поперечных колебаний системы роторы-вал насоса.

[Владимир Шпирько]

Мы уже достаточно далеко ушли от привода насосов для ЖРД, но тем не менее.
Представьте у Вас электромотор с постоянным моментом на валу.  И у Вас есть передача 1:10 - что Вы получите - Скорость мотора в 10 раз больше чем выходного вала и момент на выходе редуктора - в 10 раз больше чем у эл.мотора.  Нагрузка раскручивается сравнительно быстро.
А теперь мультипликатор 10:1.  Момент на выходе передачи в 10 меньше чем у мотора => нагрузка раскручивается медленней чем в случае с редуктором. При этом надо заметить т.к. мощность это произведение момента на угловую скорость.  Момент практически постоянный, а скорость при использовании редуктора в 100 раз выше, чем при при использовании мультипликатора.

Нет, у меня логика другая. По моей логике раскрутить входной вал мультипликатора до скорости 100 об/мин можно намного быстрее, чем входной вал редуктора до скорости 10000 об/мин.

Хотелось бы увидеть подкрепление Вашей "другой логики" какими-либо цифрами, например потребной мощности. С учетом - что ранее мы обсуждали мотор с ПОСТОЯННЫМ моментом.

[cross-track]

Нет, у меня логика другая. По моей логике раскрутить входной вал мультипликатора до скорости 100 об/мин можно намного быстрее, чем входной вал редуктора до скорости 10000 об/мин.

Хотелось бы увидеть подкрепление Вашей "другой логики" какими-либо цифрами, например потребной мощности. С учетом - что ранее мы обсуждали мотор с ПОСТОЯННЫМ моментом.

мотор с ПОСТОЯННЫМ моментом не удобен для сравнения редуктора и мультипликатора. Я об этом говорил, но скажу еще раз.
Я писал:

2. Режим одинаковой угловой скорости выходного вала (с нагрузкой) у Р и М.  Угловые скорости входного вала у Р и М будут разными.

Эти режимы существенно отличаются. Например, во втором режиме кин.энергия вращения выходного вала с нагрузкой будет одинакова у Р и М при одинаковых моментах инерции выходного вала с нагрузкой у Р и М .

Если мы хотим, чтобы на нагрузку (одинаковую для редуктора и мультипликатора) передавалась одинаковая мощность, то мы должны рассматривать режим, когда угловая скорость нагрузки при одинаковых моментах инерции нагрузки одинакова для редуктора и мультипликатора. Иначе как их сравнивать?

Теперь по передаче мощности. Я рассматриваю конкретный пример:

- Входной вал редуктора (Р) вращается со скоростью 10000 об/мин, выходной вал с нагрузкой со скоростью 1000 об/мин;

- Входной вал мультипликатора (М) вращается со скоростью 100 об/мин, выходной вал с нагрузкой с той же скоростью, что и выходной вал с нагрузкой у редуктора, т.е. 1000 об/мин.

Проследим теперь за тем, что происходит внутри редуктора и мультипликатора. Рассмотрим простейшую модель из 2-х шестерен; передаточное число для редуктора 10, для мультипликатора 1/10. Механизм состоит из 2-х шестерен: большой шестерни (БШ) и малой шестерни (МШ). Редуктор и мультипликатор взаимно обратимы, поэтому это два одинаковых механизма, только вход и выход меняются местами.
Распишем угловые скорости шестерней (это конечные скорости, после раскрутки):

Редуктор: угловая скорость МШ  10000 об/мин,
                угловая скорость БШ  1000 об/мин.

Мультипликатор: угловая скорость МШ  1000 об/мин,
                           угловая скорость БШ   100 об/мин.

Напомним: полезная нагрузка редуктора сидит на выходном вале БШ и на  выходном вале МШ у мультипликатора. Выходные валы, по условию, вращаются с одинаковыми угловыми скоростями.

Итак, чтобы передать мощность на нагрузку редуктора и мультипликатора, начинаем раскручивать с состояния покоя входные валы редуктора и мультипликатора. Через некоторое время установятся конечные скорости (см. выше), и эти скорости у соответствующих шестерен редуктора больше, чем у соответствующих шестерен мультипликатора, причем больше в 10 раз ( угловая скорость МШ редуктора 10000 об/мин, угловая скорость МШ  мультипликатора 1000 об/мин, аналогично для БШ:  угловая скорость БШ редуктора 1000 об/мин, угловая скорость БШ  мультипликатора 100 об/мин). Как видим, на раскрутку шестерен редуктора затрачивается гораздо больше энергии (в 100 раз больше, т.к. кин.энергия пропорциональна квадрату угловой скорости). Соответственно, раскрутка редуктора - более инерционный процесс, который требует больше времени.

[Владимир Шпирько]

Редуктор и мультипликатор взаимно обратимы, поэтому это два одинаковых механизма, только вход и выход меняются местами.

Вот тут Вы ошибаетесь - это очень! разные механизмы. Смотрите:
Для определенности возьмем момент на выходном валу 1кНм. 

Распишем угловые скорости шестерней (это конечные скорости, после раскрутки):

Редуктор: угловая скорость МШ  10000 об/мин,  входной вал - 0,1кНм;
                угловая скорость БШ  1000 об/мин.    выходной вал - 1кНм.

Мультипликатор: угловая скорость МШ  1000 об/мин,  выходной вал - 1кНм;
                           угловая скорость БШ   100 об/мин.    входной вал  -  10кНм.

Моменты на входных валах М и Р отличаются в 100!!! раз.  У редуктора первая шестерня больше второй.  А мультипликатора наоборот.  Поэтому усилие в зубчатой передачи отличаются в 10раз. => модуль передачи для мультипликатора должен быть в 3...4 раза больше и (или) зубчатые колеса шире, т.е мультипликатор просто в три раза будет тяжелее.  И момент инерции самого мультипликатора так же будет в разы выше.
   Теперь рассмотрим двигатели.  Двигатели одного типа и мощности, но с разными угловыми скоростями отличаются по массе.  Чем выше обороты и соответственно ниже момент на валу двигателя тем двигатель легче.   Увеличение силы (момента) требует увеличения прочности и соответственно массы.  А увеличение угловой скорости - требует увеличение точности изготовления, что бы не было дисбаланса, и хороших подшипников.  

[cross-track]

Вот тут Вы ошибаетесь - это очень! разные механизмы.

Я же сознательно рассмотрел идеализированную модель, чтобы проанализировать потоки энергии, как вы и просили. В реальности это разные механизмы, но в идеализированной модели для анализа - одинаковые.

Еще раз про логику анализа.
Рассматриваются совершенно одинаковые нагрузки на выходном валу как редуктора, так мультипликатора. После раскрутки, по условию, конечные скорости нагрузок одинаковые, так что без редуктора и без мультипликатора передаваемая энергия во время раскрутки совершенно одинакова.
Другая ситуация, если нагрузки раскручиваются редуктором и мультипликатором. Несмотря на то, что их конструкция совершенно одинакова (моменты инерции больших шестерен одинаковы, и малых тоже одинаковы), но на раскрутку шестерен идет разная энергия, ибо в редукторе шестерни будут вращаться быстрее, чем в мультипликаторе (при одинаковой угловой скорости на выходных валах), и поэтому на раскрутку шестерен редуктора надо затратить много больше энергии, чем на раскрутку шестерен мультипликатора. И даже если энергия раскрутки шестерен в обоих случаях меньше, чем энергия, требуемая на раскрутку нагрузки, все одно вывод остается прежним: чтобы раскрутить одинаковую нагрузку на одинаковую угловую скорость, для редуктора требуется больше энергии, чем для мультипликатора.

Если хотите, можно изменить модель, чтобы угловые скорости нагрузки были разными, но за счет разного момента инерции нагрузок их конечная кин.энергия будет одинаковой. Интересно проанализировать разные случаи, и в предлагаемой модели легко менять параметры системы чтобы проанализировать потоки энергии.

[Владимир Шпирько]

Другая ситуация, если нагрузки раскручиваются редуктором и мультипликатором. Несмотря на то, что их конструкция совершенно одинакова (моменты инерции больших шестерен одинаковы, и малых тоже одинаковы),

ЗАЧЕМ?  делать редуктор с такими же шестернями как и мультипликатор.  Крутящий момент на входе в редуктор в 100 раз!! меньше.  Поэтому шестерни будут много меньше и легче чем у мультипликатора - раз в десять.  И моменты инерции также меньше.
 

[Владимир Шпирько]

Вот тут Вы ошибаетесь - это очень! разные механизмы.

Я же сознательно рассмотрел идеализированную модель, чтобы проанализировать потоки энергии, как вы и просили. В реальности это разные механизмы, но в идеализированной модели для анализа - одинаковые.

Если взять один и тот же механизм и использовать его для преобразования скорости вращения, то с Вами можно согласиться.  Но я доказываю, что это должны быть очень разные механизмы.  И к тому же  двигатель при одинаковой мощности для вращения редуктора будет меньше и легче, чем для вращения мультипликатора. 

[Serge V Iz]

Кстати,

Если взять один и тот же механизм и использовать его для преобразования скорости вращения

, то наткнёмся ещё на одну проблему: в традиционном (понижающем) редукторе редко когда требуется идеальная точность эвольвентный поверхности зуба. Обычно они намного грубее и приблизительные, т.к. зубья малого колеса входят в зубья большого и так с приемлемым трением. А вот наоборот -- уже нет. Попытка обратить вот этот редуктор

Вы не можете просматривать это вложение.

за выходной вал приведёт лишь к разламыванию его корпуса )

[A.E]

Попытка обратить вот этот редуктор

Он не червячный ли?

[Serge V Iz]

Попытка обратить вот этот редуктор

Он не червячный ли?

Я тоже думал, что )

Нет, набор шестерен. Около 500:1

[A.E]

Кстати,
Вы не можете просматривать это вложение.

Офф. У вас с проводами богато, но туго с веревками 😂

[Serge V Iz]

Кстати,
Вы не можете просматривать это вложение.

Офф. У вас с проводами богато, но туго с веревками 😂

Это была демонстрация неудержимой мощи батарейки в сравнении с гирей от кукушечных часов. Просто под горячую руку попался ))

[Владимир Шпирько]

Кстати,

Если взять один и тот же механизм и использовать его для преобразования скорости вращения

, то наткнёмся ещё на одну проблему: в традиционном (понижающем) редукторе редко когда требуется идеальная точность эвольвентный поверхности зуба. Обычно они намного грубее и приблизительные, т.к. зубья малого колеса входят в зубья большого и так с приемлемым трением. А вот наоборот -- уже нет. Попытка обратить вот этот редуктор

Вы не можете просматривать это вложение.

за выходной вал приведёт лишь к разламыванию его корпуса )

Всё-таки приведу своё высказывание полностью:
Если взять один и тот же механизм и использовать его для преобразования скорости вращения, то с Вами можно согласиться.  Но я доказываю, что это должны быть очень разные механизмы.

[cross-track]

Моменты на входных валах М и Р отличаются в 100!!! раз.

Для рассмотренного режима работы М и Р - вполне может быть. Но если мы хотим, чтобы приложенные моменты были одинаковы, рассмотрим другой режим.

Вначале рассмотрим работу М и Р в режиме холостого хода (нагрузка отсутствует, но все шестерни с ненулевым моментом инерции, и для их раскрутки нужно приложить ненулевой момент сил).
Будем вращать входную ось мультипликатора (М) с насаженной на нее большой шестерней (БШ) со скоростью, в 10 раз меньшей, чем скорость входной оси редуктора (Р) с насаженной на нее малой  шестерней (МШ); 10 - это передаточное отношение, как и в предыдущем рассмотренном случае. При таком соотношении скоростей большие шестерни Р и М будут вращаться с одинаковой скоростью, и малые шестерни М и Р тоже  будут вращаться с одинаковой скоростью.

Мультипликатор:  вход (БШ) - w/10,      выход (МШ) - w,
          Редуктор:  вход (МШ) -    w,      выход (БШ) - w/10.

Равенство скоростей у соответствующих шестерен означает, что моменты сил на входе у мультипликатора и редуктора будут одинаковы.
Если подключить нагрузку, то для сохранения равенства приложенных моментов нужно, чтобы момент инерции нагрузки мультипликатора был в 100 раз меньше, чем момент инерции нагрузки редуктора. При этом кин.энергии вращения этих двух нагрузок будут равными.

Таким образом, в этом режиме при раскрутке как М, так и Р нужно затратить одинаковую энергию и прикладывается одинаковый раскручивающий момент.
Понятно, что не для всех приложений это применимо, но в таком (или близком режиме) М и Р практически взаимозаменяемы.

[Владимир Шпирько]

Для рассмотренного режима работы М и Р - вполне может быть. Но если мы хотим, чтобы приложенные моменты были одинаковы, рассмотрим другой режим.
Вначале рассмотрим работу М и Р в режиме холостого хода (нагрузка отсутствует, но все шестерни с ненулевым моментом инерции, и для их раскрутки нужно приложить ненулевой момент сил).
Будем вращать входную ось мультипликатора (М) с насаженной на нее большой шестерней (БШ) со скоростью, в 10 раз меньшей, чем скорость входной оси редуктора (Р) с насаженной на нее малой  шестерней (МШ); 10 - это передаточное отношение, как и в предыдущем рассмотренном случае. При таком соотношении скоростей большие шестерни Р и М будут вращаться с одинаковой скоростью, и малые шестерни М и Р тоже  будут вращаться с одинаковой скоростью.
Мультипликатор:  вход (БШ) - w/10,      выход (МШ) - w,
          Редуктор:  вход (МШ) -    w,      выход (БШ) - w/10.
   Равенство скоростей у соответствующих шестерен означает, что моменты сил на входе у мультипликатора и редуктора будут одинаковы.

Каждый раз новый режим....
Мощность при вращательном движении = угловая скорость * крутящий момент.   Мощность на входе в мультипликатор    в 10 раз ниже, чем на входе в редуктор. 

[Владимир Шпирько]

Если подключить нагрузку, то для сохранения равенства приложенных моментов нужно, чтобы момент инерции нагрузки мультипликатора был в 100 раз меньше, чем момент инерции нагрузки редуктора. При этом кин.энергии вращения этих двух нагрузок будут равными.

Вам необходимо для придуманного Вами режима - момент инерции нагрузки для мультипликатора в 100!!! меньше чем для редуктора.  Напомню - мы начали с центробежного насоса для подачи компонентов топлива.  Так вот - масса компонентов составляет довольно большую часть присоединенного момента инерции крыльчатки насоса.  => Система двигатель - мультипликатор - насос будет в разы перекачивать МЕНЬШЕ топлива чем система двигатель - редуктор - насос.   

[cross-track]

Если подключить нагрузку, то для сохранения равенства приложенных моментов нужно, чтобы момент инерции нагрузки мультипликатора был в 100 раз меньше, чем момент инерции нагрузки редуктора. При этом кин.энергии вращения этих двух нагрузок будут равными.

Вам необходимо для придуманного Вами режима - момент инерции нагрузки для мультипликатора в 100!!! меньше чем для редуктора.  Напомню - мы начали с центробежного насоса для подачи компонентов топлива.  Так вот - масса компонентов составляет довольно большую часть присоединенного момента инерции крыльчатки насоса.  => Система двигатель - мультипликатор - насос будет в разы перекачивать МЕНЬШЕ топлива чем система двигатель - редуктор - насос.   

Хорошо, поговорим о конкретном устройстве. Рассмотрим два варианта; в одном варианте насос приводится в действие двигателем с редуктором, во втором - с мультпликатором. В обоих вариантах выходной вращающий момент (T) один и тот же, и угловая скорость выходного вала (w) та же самая, т.е. выходная мощность  (T*w ) тоже одинакова.

1. Система двигатель-редуктор-насос. 
    Входной момент, действующий со стороны двигателя на входной вал редуктора = T/10, скорость =  w*10,  входная мощность = T*w.

2. Система двигатель-мультипликатор-насос.
    Входной момент, действующий со стороны двигателя на входной вал мультипликатора = T*10, скорость =  w/10,  входная мощность = T*w.

Напомните - тот центробежный насос для подачи компонентов топлива приводится в действие двигателем с редуктором, или  двигателем с мультипликатором?

[Владимир Шпирько]

Хорошо, поговорим о конкретном устройстве. Рассмотрим два варианта; в одном варианте насос приводится в действие двигателем с редуктором, во втором - с мультпликатором. В обоих вариантах выходной вращающий момент (T) один и тот же, и угловая скорость выходного вала (w) та же самая, т.е. выходная мощность  (T*w ) тоже одинакова.

...
Напомните - тот центробежный насос для подачи компонентов топлива приводится в действие двигателем с редуктором, или  двигателем с мультипликатором?

В ТНА (Турбонасосный агрегат) - одна турбина вращает ДВА центробежных насоса - для горючего и окислителя соответственно. Массовый расход окислителя в 2...8 раза выше расхода горючего.  Очевидно, что насосы для разных компонентов должны быть разные и => у них разные скорости вращения крыльчатки.   Для испытаний камеры сгорания, когда еще не отлажен ТНА, можно убрать турбину и вращать насосы, например электродвигателем.  А есть попытки сделать это же и на летных экземплярах.
 Варианты: 1. Двигатель и один из насосов (О) - прямая передача, а от этого вала через редуктор связан второй насос(Г);
2. Двигатель и один из насосов (Г) - прямая передача, а от этого вала через мультипликатор  второй насос(О);
3. У каждого насоса свой двигатель.  
Каждый вариант имеет свои "+" и "-" . 

[cross-track]

Варианты: 1. Двигатель и один из насосов (О) - прямая передача, а от этого вала через редуктор связан второй насос(Г);
2. Двигатель и один из насосов (Г) - прямая передача, а от этого вала через мультипликатор  второй насос(О);
3. У каждого насоса свой двигатель. 
Каждый вариант имеет свои "+" и "-".

Т.е. 2-й вариант (с мультипликатором) не отвергается как самый плохой? У него есть не только минусы, но и плюсы?

[Владимир Шпирько]

Варианты: 1. Двигатель и один из насосов (О) - прямая передача, а от этого вала через редуктор связан второй насос(Г);
2. Двигатель и один из насосов (Г) - прямая передача, а от этого вала через мультипликатор  второй насос(О);
3. У каждого насоса свой двигатель. 
Каждый вариант имеет свои "+" и "-".

Т.е. 2-й вариант (с мультипликатором) не отвергается как самый плохой? У него есть не только минусы, но и плюсы?

Из этих трех у второго (с мультипликатором) больше всего минусов.  Но иногда один "большой минус" перетягивает много "мелких плюсов", поэтому самого плохого не может быть в принципе. 
 Большинство минусов этой схемы связано с мультипликатором.  А среди плюсов например меньшая потребная скорость на входном валу, особенно для электромоторов.  Более менее массово выпускаются двигатели 24000 об/мин на частоте 400Гц, А на 30 000 об/мин уже проблема - и не только в двигателе но и в силовой электронике. Мне известен только один 1000 Гц, 3ф х 660В 4пол. около 5 кВт.  Но специально не искал.
И надо заметить, что передаточное отношение таких мультипликаторов 1:1,5...1:4. Т.е. меньше обсуждаемого нами выше. И понятно через мультипликатор проходит до 60% мощности.
Есть еще невероятно много схем ТНА и соответственно ЭНА и ТЭНА. Есть еще и преднасосы, и двух ступенчатые турбины и турбины на газифицированном компоненте (газификация топлива при охлаждении КС) и др.