Prediseño de una Turbina de Influjos Radiales que Utiliza Metano Supercrítico para un Propulsor de Escala Media para Aplicaciones en Etapas Superiores
Autores: Cancescu, Alexandru-Claudiu; Crunteanu, Daniel-Eugeniu; Andreescu, Anna-Maria Theodora; Danescu, Simona-Nicoleta
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Prediseño de una Turbina de Influjos Radiales que Utiliza Metano Supercrítico para un Propulsor de Escala Media para Aplicaciones en Etapas Superiores
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Nuevos
Propulsores verdes
Turbobombas
Turbina de entrada radial
Alta eficiencia
Compactos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 37
Citaciones: Sin citaciones
La preocupación mundial por los efectos nocivos de los viejos propulsores contaminantes y tóxicos ha llevado a un mayor interés en nuevos propulsores ecológicos y propulsores de mayor eficiencia. Este hecho requiere que se desarrolle una nueva generación de turbobombas, adecuadas para estos propulsores. Este documento se centra en el diseño de una turbina de flujo radial, que fue desarrollada para alimentar un sistema de turbobomba de eje único para un motor de propulsión de ciclo expander de 30 kN. El objetivo era crear una turbina de alta eficiencia, compacta, económica de fabricar y apta para impresión 3D, adecuada para alimentar simultáneamente las bombas de metano y oxígeno que alimentan el propulsor. La potencia total consumida por las bombas para las que se diseñó esta turbina es de 152 kW. La solución propuesta en este documento incluye medidas como la eliminación del difusor con palas, que se llevó a cabo para reducir el peso y las dimensiones generales de la turbina. Comparándola con una turbina axial con la misma potencia, tiene dimensiones generales más pequeñas porque no requiere un cambio de dirección en la entrada a los componentes con palas de la turbina, no requiere un estator para funcionar, y su carcasa tiene forma cónica y no es cilíndrica como la de construcción axial. El diseño propuesto ha sido analizado mediante CFD, lo que reveló que puede alimentar las bombas. El análisis realizado en condiciones fuera de diseño indicó que la turbina tiene la mejor eficiencia si se varían simultáneamente la velocidad de rotación y el caudal másico. Se ha construido un modelo de prueba de la turbobomba para la que se ha diseñado la turbina en este documento, utilizando plástico y probada a presiones de hasta 6 bares utilizando aire comprimido. Los resultados indican que por encima de 1.5 bares de presión de entrada, la turbina puede superar las resistencias internas de los componentes y el rotor comienza a girar. No se observó indicio de desequilibrio del rotor a la máxima presión de prueba. Se han probado dos configuraciones de los sellos entre la turbina y la bomba adyacente, indicando que los sellos de laberinto deben ser duplicados por sellos de anillo flotante.
Descripción
La preocupación mundial por los efectos nocivos de los viejos propulsores contaminantes y tóxicos ha llevado a un mayor interés en nuevos propulsores ecológicos y propulsores de mayor eficiencia. Este hecho requiere que se desarrolle una nueva generación de turbobombas, adecuadas para estos propulsores. Este documento se centra en el diseño de una turbina de flujo radial, que fue desarrollada para alimentar un sistema de turbobomba de eje único para un motor de propulsión de ciclo expander de 30 kN. El objetivo era crear una turbina de alta eficiencia, compacta, económica de fabricar y apta para impresión 3D, adecuada para alimentar simultáneamente las bombas de metano y oxígeno que alimentan el propulsor. La potencia total consumida por las bombas para las que se diseñó esta turbina es de 152 kW. La solución propuesta en este documento incluye medidas como la eliminación del difusor con palas, que se llevó a cabo para reducir el peso y las dimensiones generales de la turbina. Comparándola con una turbina axial con la misma potencia, tiene dimensiones generales más pequeñas porque no requiere un cambio de dirección en la entrada a los componentes con palas de la turbina, no requiere un estator para funcionar, y su carcasa tiene forma cónica y no es cilíndrica como la de construcción axial. El diseño propuesto ha sido analizado mediante CFD, lo que reveló que puede alimentar las bombas. El análisis realizado en condiciones fuera de diseño indicó que la turbina tiene la mejor eficiencia si se varían simultáneamente la velocidad de rotación y el caudal másico. Se ha construido un modelo de prueba de la turbobomba para la que se ha diseñado la turbina en este documento, utilizando plástico y probada a presiones de hasta 6 bares utilizando aire comprimido. Los resultados indican que por encima de 1.5 bares de presión de entrada, la turbina puede superar las resistencias internas de los componentes y el rotor comienza a girar. No se observó indicio de desequilibrio del rotor a la máxima presión de prueba. Se han probado dos configuraciones de los sellos entre la turbina y la bomba adyacente, indicando que los sellos de laberinto deben ser duplicados por sellos de anillo flotante.