Una bomba sin pistón es un tipo de bomba diseñada para mover fluidos sin partes móviles que no sean válvulas de tres cámaras.
La bomba contiene una cámara que tiene una entrada con válvula del fluido que se va a bombear, una salida con válvula, ambas en la parte inferior de la bomba y una entrada de presión en la parte superior de la bomba. Se utiliza un presurizante, como vapor o helio presurizado, para impulsar el fluido a través de la bomba.
Introducción
La NASA ha desarrollado una bomba de combustible para cohetes de bajo costo que tiene un rendimiento comparable al de la turbobomba a un costo 80-90% menor. [1] Quizás la barrera de entrada más difícil en el negocio de los cohetes líquidos es la bomba turbo. Un diseño de turbobomba requiere un gran esfuerzo de ingeniería y es costoso de fabricar y probar. Arrancar un motor cohete alimentado por una bomba turbo es un proceso complejo que requiere una sincronización cuidadosa de muchas válvulas y subsistemas. De hecho, Beal aeroespacial intentó evitar el problema por completo construyendo un enorme amplificador de alimentación a presión. Su propulsor nunca voló, pero la ingeniería detrás de él era sólida y, si tuvieran una bomba de bajo costo a su disposición, podrían estar compitiendo contra Boeing. Esta bomba ahorra hasta el 90% de la masa de los tanques en comparación con un sistema de alimentación a presión. Esta bomba realmente ha demostrado ser una bendición para los cohetes. Al usar esta bomba, el cohete no tiene que transportar una carga tan pesada y puede viajar a una velocidad muy alta. [2]
Ciclo de trabajo
El ciclo es el siguiente:
- El fluido entra y llena la cámara desde la válvula de entrada. Las válvulas de salida y de presión están cerradas.
- La válvula de entrada se cierra, las válvulas de salida y de presión se abren. El presurante fuerza el fluido a través de la válvula de salida.
- A medida que la cámara se vacía, la válvula de presión se cierra y la válvula de entrada se abre, seguida del cierre de la válvula de salida.
- El ciclo se repite.
Tasa de bombeo
Los motores de cohetes requieren una enorme cantidad de combustible a alta presión. A menudo, la bomba cuesta más que la cámara de empuje. Una forma de suministrar combustible es utilizar la costosa turbobomba mencionada anteriormente, otra forma es presurizar el tanque de combustible. Presurizar un tanque de combustible grande requiere un tanque pesado y costoso. Sin embargo, suponga que en lugar de presurizar todo el tanque, el tanque principal se drena en una pequeña cámara de bomba que luego se presuriza. Para lograr un flujo constante, el sistema de bombeo consta de dos cámaras de bombeo de modo que cada una suministra combustible durante la mitad de cada ciclo. La bomba es accionada por gas presurizado que actúa directamente sobre el fluido. Para cada mitad del sistema de bomba, se llena una cámara desde el tanque principal a baja presión y con un caudal alto, luego se presuriza la cámara y luego el fluido se entrega al motor con un caudal moderado a alta presión. Luego, la cámara se ventila y el ciclo se repite. El sistema está diseñado para que el caudal de entrada sea mayor que el caudal de salida. Esto da tiempo para ventilar, rellenar y presurizar una cámara mientras se vacía la otra. Se ha probado una bomba de tablero de pan y funciona muy bien. Se ha diseñado y construido una versión alta que bombea a 20 gpm y 550 psi.
Aplicación en cohetería
Se utiliza con mayor frecuencia [ cita requerida ] para suministrar propulsores a motores de cohetes . En esta configuración, a menudo hay dos bombas que funcionan en ciclos opuestos para garantizar un flujo constante de propulsores al motor.
La bomba tiene la ventaja sobre un sistema de alimentación a presión en que los tanques pueden ser mucho más livianos. En comparación con una turbobomba, la bomba sin pistón tiene un diseño mucho más simple y tiene tolerancias de diseño menos estrictas.
Ventajas
Casi todo el hardware de esta bomba consta de recipientes a presión, por lo que el peso es bajo. Hay menos de 10 partes móviles y no hay problemas de lubricación que puedan causar problemas con otras bombas. El diseño y la construcción de esta bomba son sencillos y no se requieren piezas de precisión. Este dispositivo tiene la ventaja sobre las turbobombas estándar en que el peso es aproximadamente el mismo, los costos unitarios, de ingeniería y de prueba son menores y la posibilidad de una falla catastrófica es menor. Esta bomba tiene la ventaja sobre los diseños alimentados a presión en que el peso del cohete completo es mucho menor y el cohete es mucho más seguro porque los tanques de combustible del cohete no necesitan estar a alta presión. La bomba se puede poner en marcha después de haber estado almacenada durante un período prolongado con alta confiabilidad. Se puede usar para reemplazar las turbobombas para la opción de propulsor de cohetes o se puede usar para reemplazar los tanques de alta presión para la propulsión en el espacio profundo. También se puede utilizar para cambios en la órbita de los satélites y mantenimiento de la estación.
Desventajas
Las bombas sin pistón tienen desventajas junto con ventajas tan finas.
- No pueden bombear a una presión más alta que el gas de impulsión (la relación de área es 1: 1)
- No pueden utilizar un ciclo de expansión o de combustión por etapas.
- Un ciclo de generador de gas también es difícil de integrar con la bomba sin pistón.
- El gas generado debe ser químicamente compatible con ambos propulsores.
- Este generador de gas reduce el período de encendido del motor.
Ver también
Referencias
- ^ "Pruebas exitosas de la bomba de combustible del cohete de la NASA allanan el camino para el motor del demostrador impreso en 3-D" . nasa.gov . 27 de agosto de 2015 . Consultado el 3 de abril de 2020 .
- ^ Starkey, Ryan (2014). "Desarrollo de un demostrador de prueba de vuelo suborbital de bomba de motor cohete sin pistón". ResearchGate . doi : 10.2514 / 6.2014-3784 .
enlaces externos
Ver también
enlaces externos
- [99.136.234.46/RocketPump/Pistonless_Rocket_Fuel_Pump.html]
- [1]
- Página de la bomba sin pistón Flometrics
- Documentación de bombas sin pistón