Корпус газовода жидкостного ракетного двигателя с дожиганием генераторного газа

Область техники
Полезная модель относится к области ракетостроения, в частности к корпусу газовода жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с дожиганием генераторного газа.
Предшествующий уровень техники
Известен газовод, содержащий несколько отдельных секций, состоящих из наружной и внутренней оболочек, соединенных между собой пайкой по вершинам ребер, выфрезерованных на наружной поверхности внутренней оболочки с образованием каналов регенеративного охлаждения, причем указанные секции соединены между собой сваркой по наружным и внутренним оболочкам. Внутренние оболочки сваривают в стык через разъем, выполненный во внешних силовых оболочках. Наружные силовые оболочки сваривают через соединительное кольцо, которое может состоять из двух частей, соединенных поперечным швом вдоль образующей (Г.Г. Гахун, В.В. Володин и др. «Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей», М., Маш., 1989., с. 113-114, рис. 6.21-6.23 – аналог).
Недостатком аналога является то, что в нем не указаны виды сварных швов.
Известна также камера ЖРД, в которой соединение отдельных секций, составляющих ее корпус, в котором электронно-лучевой сваркой выполняют шов между внутренними оболочками двух соседних секций, направляя электронный луч в кольцевой зазор между соответствующими наружными силовыми оболочками в место расположения шва. Для соединения силовых оболочек используют проставку (кольцо), которую устанавливают после выполнения сварного шва внутренних оболочек в кольцевой зазор и приваривают ее четырьмя сварными швами (см. патент РФ №2158666, МПК В23K 31/02, 2000 - прототип предлагаемой полезной модели).
Недостатком прототипа является то, что при соединении внутренних оболочек секций камеры ЖРД применяется электронно-лучевая сварка, а при соединении внешних силовых оболочек используют дополнительную проставку. Это усложняет технологию и увеличивает стоимость работ по изготовлению камеры.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в упрощении технологического процесса изготовления корпуса газовода ЖРД с одновременным снижением стоимости работ.
Эта задача решена за счет того, что в корпусе газовода ЖРД с дожиганием генераторного газа, содержащем несколько отдельных секций, состоящих из наружной и внутренней оболочек, соединенных между собой пайкой по вершинам ребер, выфрезерованных на наружной поверхности внутренней оболочки с образованием каналов регенеративного охлаждения, указанные секции соединены между собой сваркой по наружным и внутренним оболочкам, при этом в стыке внутренних оболочек по обе стороны от кольцевого сварного шва выполнен неоребренный участок с образованием полости, при этом длина неоребренного участка L превышает ширину кольцевого сварного шва, и удовлетворяет прочностным свойствам, и не ухудшает гидравлические характеристики системы охлаждения газовода.
Другими отличиями являются:
- наружные оболочки в месте стыка имеют кольцевые выступы, образующие соединение в «замок», обеспечивающие соосность соединяемых секций и исключающие попадание проплава в кольцевую полость при сварке наружных оболочек;
- сварной шов между наружными оболочками смещен от неоребренного участка для исключения попадания проплава в кольцевую полость;
- внутренние оболочки в месте стыка выполнены с кольцевыми буртиками, выступающими во внутрь газовода, между которыми образован осевой зазор, предотвращающий при сварке смятие неоребренного участка внутренней стенки на длине L.
Технический результат состоит в упрощении технологии изготовления газовода и снижении стоимости изготовления.
Краткий перечень чертежей
На фиг. 1 представлено продольное сечение соединенных сваркой двух секций корпуса газовода; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение по В-В на фиг. 1.
Описание полезной модели
Как показано на фиг. 1, корпус 1 газовода состоит из двух секций 2 и 3. Каждая секция выполнена из наружной силовой оболочки 4 и внутренней оболочки 5. Указанные оболочки соединены между собой пайкой (с нанесением припоя 6 на вершины ребер 7). Между ребрами 7 образованы каналы регенеративного охлаждения 8. Секции 2 и 3 соединены между собой сварными швами 9 и 10 по наружным и внутренним оболочкам соответственно. В стыке внутренних оболочек по обе стороны от кольцевого сварного шва 10 выполнен неоребренный участок 11 с образованием полости 12, при этом длина неоребренного участка L превышает ширину кольцевого сварного шва 10, и удовлетворяет прочностным свойствам, и не ухудшает гидравлические характеристики системы охлаждения газовода.
Наличие неоребренного участка 11 в стыке между внутренними оболочками двух секций позволяет заменить электронно-лучевую сварку на аргонно-дуговую сварку.
Следует отметить, что внутренние оболочки в месте стыка имеют буртики 13 и 14, предназначенные для компенсации утяжки сварного шва при сварке.
Наружные силовые оболочки в месте стыка секций состыкованы с помощью замкового соединения, для чего в торцах этих оболочек выполнены кольцевые выступы 15 и 16. При этом кольцевой выступ 15 выполняет роль подкладки сварного шва 10, а выступ 16 предназначен для центрирования соединяемых секций в осевом и радиальном направлениях. Кроме того, выступ 16 исключает подплавление паяного соединения, находящегося под этим выступом.
Корпус газовода выполнен металлическим, при этом наружная оболочка 4 газовода выполнена из стали марки ЭП810-В, а внутренняя оболочка 5 выполнена из жаропрочного никелевого сплава ХН78-ВД.
Техническое решение, описанное в предлагаемой полезной модели, может быть использовано при изготовлении камер сгорания ЖРД, в которых наружная оболочка выполняется из жаропрочного никелевого сплава, а внутренняя оболочка выполняется из меди или медного сплава.
Работа устройства
При работе двигателя жидкий кислород поступает на вход в каналы регенеративного охлаждения 6 первой секции 2 корпуса газовода 1 (фиг. 1, фиг. 2), попадает в полость 12 с неоребренной стенкой 11 (фиг. 3), а из нее поступает в каналы охлаждения 8 второй секции 3. После охлаждения поверхностей корпуса газовода, кислород сбрасывается в газовую полость перед смесительной головкой камеры двигателя (не показана).
Окислительный газ с выхода турбины поступает в полость корпуса газовода и далее через узел качания поступает на вход в смесительную головку камеры (не показана).
Как уже отмечалось выше, соединение внутренних оболочек между собой производится аргонно-дуговой сваркой (шов 10) с внутренней стороны газовода. Поэтому при выполнении такого шва могут возникнуть проплавы, которые в случае отсутствия полости 12 с неоребренной стенкой могут привести к нарушению системы охлаждения газовода.
Однако этого не произойдет, так как поток охлаждающей жидкости, попадая в эту полость, огибает проплав и без ухудшения проточной части газовода входит в каналы регенеративного охлаждения второй секции. Это объясняется тем, что площадь поперечного сечения этой полости намного больше суммарной площади всех отверстий каналов регенеративного охлаждения.
Таким образом, выполнение неоребренного участка в месте стыка внутренних оболочек газовода позволяет отказаться от электронно-лучевой сварки и перейти на аргонно-дуговую сварку этих оболочек.
Такое техническое решение упрощает и удешевляет технологию изготовления корпуса газовода жидкостного ракетного двигателя с дожиганием генераторного газа.
Промышленное применение
Заявленная полезная модель будет применена в ракетной технике, в частности в ЖРД РД-180.