Inductor (componente de la bomba)

Un inductor es la porción de entrada axial del rotor de una bomba centrífuga , cuya función es elevar la altura de entrada lo suficiente como para evitar una cavitación significativa en la siguiente etapa de bombeo. ^{[ 1 ]} Se utiliza en aplicaciones donde la presión de entrada de la bomba es cercana a la presión de vapor del líquido bombeado. Los inductores se incluyen prácticamente siempre en las turbobombas para motores de cohetes de propulsión líquida , aunque también se utilizan en otras aplicaciones que requieren un alto rendimiento de succión. ^{[ 2 ]}

Los inductores están diseñados para aumentar el rendimiento de succión de una bomba hasta el punto en que se produce poca o ninguna cavitación en su impulsor . ^{[ 3 ]} Las métricas de rendimiento clave de un inductor son su velocidad específica de succión N _{ss y su coeficiente de flujo Φ (análogo al} coeficiente de descarga en el flujo de tuberías , pero no idéntico ).

${\displaystyle \omega _{ss}={\frac {\omega \cdot {\sqrt {Q}}}{(g\cdot NPSH_{R})^{0.75}}}={\sqrt {\pi }}\cdot 2^{0.75}{\frac {\sqrt {\phi (1-\nu ^{2})}}{\tau ^{0.75}}}}$

${\displaystyle N_{ss}={\frac {N_{RPM}\cdot {\sqrt {Q_{gpm}}}}{NPSH_{R,ft}^{0.75}}}={2733.00}\cdot \omega _{ss}=8146.8{\frac {\sqrt {\phi (1-\nu ^{2})}}{\tau ^{0.75}}}}$

${\displaystyle \phi ={\frac {V_{axial}}{U_{tip}}}={\frac {Q}{AU_{tip}}}={\frac {Q}{\pi (r_{tip}^{2}-r_{hub}^{2})\omega r_{tip}}}={\frac {Q}{\pi \omega r_{tip}^{3}(1-\nu ^{2})}}}$

• ${\displaystyle NPSH_{R}}$= altura neta de aspiración positiva, requerida (en la entrada del inductor)
• ${\displaystyle Q}$= caudal volumétrico
• ${\displaystyle N}$= velocidad del eje
• ${\displaystyle \nu }$= relación cubo a punta. Los valores típicos oscilan entre 0,2 y 0,4 para un inductor en voladizo ^{[ 1 ]} , o entre 0,5 y 0,6 en caso contrario.

${\displaystyle N_{ss}}$es la versión imperial, común en la literatura estadounidense.${\displaystyle \omega _{ss}}$es la versión adimensional, pero aún no se ve comúnmente en la literatura sobre bombas. El desarrollo de un diseño de inductor generalmente comienza con la definición del N _ss objetivo . Un valor más alto reduce el NPSH _R , lo que reduce las presiones requeridas en el tanque. La consecuencia de aumentar N _ss es que requiere un coeficiente de flujo menor (debido al criterio de Brumfield); lo que requiere una reducción en el caudal (empuje del motor), un inductor general más grande/pesado y/o una velocidad de eje más rápida.

Para lograr un delta-v alto , la masa estructural de un vehículo de lanzamiento debe ser lo más baja posible. Los tanques de combustible líquido pueden construirse más ligeros si la presión dentro de ellos se mantiene baja. Típicamente, para los motores de cohete alimentados por bomba, las presiones (y masas) de los tanques de propulsor son de 1/10 a 1/40 de las de un cohete alimentado por presión. ^{[ 6 ]} La restricción de peso estructural también hace que la velocidad de rotación del rotor de la turbobomba sea lo más alta posible. Por ejemplo, la velocidad de rotación de la turbobomba de oxígeno del motor de cohete japonés LE-7 es de 18300 rpm. ^{[ 6 ]} Estos dos factores anteriores se combinan para hacer que el impulsor de la bomba sea muy susceptible a la cavitación. Si se produce cavitación en el impulsor, el rendimiento de la bomba se degradará gravemente y la bomba misma puede dañarse.