Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Применяют как простые плоские, так и профильные прокладки. В качестве материала прокладок используется резина. пластмассы, металлы и их сплавы. Прокладки из резины и пластмасс имеют ограниченный температурный диапазон применения. Например, силиконовый каучук используют при температуре 200 ... 475 К, витом — 230 ... 475 К и политетрафторэтилен — 85 ... 555 К. Обычно применяют так называемые шнуровые резиновые и пластмассовые прокладки, поперечное сечение которых представляет собой круг.
Металлические прокладки изготавливают нз стали, меди, алюминия и других металлов. Указанные материалы обладают высокой термической н химической стойкостью и высокой прочностью. Однако зги материалы плохо следуют изменениям формы поверхностей соединения. Сила сжатия соединяемых деталей при использовании металлических прокладок должна быть достаточно большой; поверхности соединяемых деталей должны быть хорошо обработаны и не должны подвергаться деформации при затяжкее соединения. Некоторым недостатком металлических прокладок является чувстан- тельность к температурным деформациям деталей соединения, если они изготовлены из металлов и сплавов с различным коэффициентом теплового расширения.
Однако в ряде случаев специально подбирают материалы фланцев и прокладки с такими коэффициентами теплового расширения, чтобы при изменении их температуры при работе двигателя обеспечивалось увеличение давления в месте контакта прокладки и фланцев. Плоские и близкие к ним прокладки (рис. 14.6.а) изготовляют из легких металлов — алюминия и его сплавов, меди и т.д. Плоские прокладки размещают в стыке таким образом, чтобы при их обжатии металл находился в замкнутом объеме и не мог растекаться (установка в замок) (см. рис.
14.5, а) Близкую к плоской прокладке форму имеют рифленые прокладки (рис. 14.6, б). Обычно ширина поперечного сечения плоских и рифленых прокладок в 1,5 ... 2 раза больше нх толщины. Указанные прокладки требуют больших значений силы затяжки. Эффективность рнфленых и профильных прокладок определяется уменьшенной контактной поверхностью.
Твердость металлов указанных прокладок должна быть несколько меньше твердости металла фланцев. Профильные прокладки (рнс, 14.6, в) обладают упругими свойствами и сохраняют герметичность даже при некотором сдвиге фланца. Поперечное сечение указанных прокладок имеет форму, близкую к форме латинских букв Ч, О, С, Х и т.д. Отличительной особенностью фланцевых соединений с профильной прокладкой с усами является их относительно неболь.
шая масса, так как для обеспечения герметичности не требуется большой силы затяжки фланцевых болтов или шпилек. В качестве материала профильных прокладок с усами используют коррозионно-стойкую сталь с никелевым покрытием, обеспечивающим пластические деформации на поверхности прокладки, а также инконель Х-150 и другие сплавы. Наиболее простой профильной прокладкой является прокладка, представляющая собой металлическую тонкостенную бесшовную трубку, которую сгибают в кольцо, точно подгоняют и сваривают встык с помощью контактной сварки. Лучшими материалами трубки являются коррознонно-стойкая сталь, монелымсталл и инконель.
Для повышения герметизаш1и и коррозионной стойкости внешнюю поверхность трубчатых прокладок покрывают слоем кадмия, никеля, свинца, серебра или политетрафторэтилена, Рнс. 14.Ь. Прокладки длл разъемных соединений: е — плоские; б — рифпеныс; в — профильные 11 - !758 361 Все детали соединения — фланцы, болты (шпильки) и прокладки, в которых применены металлические трубчатые прокладки, — можно наго.
тавливать из одного и того же металла. Это полностью устраняет снижение герметичности вследствие различных коэффициентов термического расши. ревмя материалов деталей соединения. Соединения с металлическими трубчатыми прокладками успешно применяют при температурах до 1275 К и давлениях до 70 МПа. Эффективны так называемые самоуллогняюигиеся прокладки. Такими прокладками являются трубчатые прокладки, внутренняя полость которых соединена с рабочей средой мелкими радиальными отверстиями (что обеспечивает дополнительную деформацию трубки и соответствующее повышение контактного давления), а также Ч-образные прокладки, показанные на рис. 14.6, в. У последних прокладок давление рабочей среды дополнительно к упругому действию усов прокладки прижимает их к местам контакта, обеспечивая соответствующее повышение давления.
Герметичность соединений с прокладкой зависит от правильного выбора ее обжатия или давления в месте контакта. Например, при недостаточной силе сжатия трубчатой прокладки развивается недостаточное контакт. ное давление, При чрезмерной силе сжатия материал прокладки работает за пределом упругости вплоть до потери устойчивости и разрушения трубки. Необходимо учитывать температурные деформации элементов соединения и прокладки при работе ДУ; в первую очередь это относится к криогенным магистралям и магистралям генераторного газа.
Самоуплотняющие прокладки широко применялись в ЖРД 7-2 для магистралей жццкого водорода„жидкого кислорода, гелия и генераторного газа, Всего в двигателе 1-2 имелось более 110 соединений, в основном для агрегатов и измерительных датчиков. Наибольшим является уплотнение диаметром 494 мм между камерой сгорания и смесительной головкой. Применяют также спиральные прокладки, изготавливаемые навивкой Ч.образной металлической ленты с наполнителем (асбестом нли политетрафторэтиленом). Сечение такой прокладки отличается повышенной податливостью. Спиральные прокладки иэ коррозионно.стойкой стали с асбестовым наполнителем работоспособны в интервале температур от 90 до 810 К. Для более тяжелых условий применяют прокладки с чечевицеобразным, треугольным, дельтаобразным и круглым поперечным сечением.
Для обеспечения высокой надежности разъемные соединения подвергают автономным испытаниям на специальных имитаторах с максималь. но возможным воспроизведением всех эксплуатационных воздействий на соединения. Для каждого соединения определяют давление его разрушения. Ука. занные испытания должны быть повторены при любом кзменейни соедин пения, даже если изменяется только материал. Неразъемные соединения. К неразъемным соединениям относятся сварные и паяные соединении, Иэ сварных соединений (рис. 14.7, а) наиболее надежно стыковое, которое часто выполняют наложением сварного шва на подкладку (коль. цевой буртик или участок трубки, вставляемый внутрь соединения); наличие подкладки исключает нежелательной проплав сварного шва. Стыковые сварные швы легко контролировать с помощью разнообразных методов дефектоскопии. При использовании сварных соединений устраняются массивные флаицы н болты (шпильки), что существенно уменьшает массу и размеры соединений узлов, агрегатов и трубопроводов.
Но сварные швы являются потенциальным местом возникновения трещин (в том числе скрытых) нээа термических напряжений при застывании шва. Поэтому к качеству контроля сварных швов предъявляются очень высокие требования. Сварные швы широко применяют в кислородно-водородных ЖРД. Например, в ЖРД В2 все соединения трубопроводов небольшого диаметра выполнялись полностью сварными. Сварные соединения особенно целесообразно применять в ЖРД с высоким давлением в камере сгорания, в первую очередь в ЖРД с дожиганием, так как в этом случае разъемные соединения обладали бы повышенной массой.
В ЖРД ББМЕ имеется около 200 сварных швов, выполняемъгх с помощью электронно-лучевой сварки, причем толщина некоторых швов превышает 25 мм. Если во многих ранее разработанных двигателях отдельные узлы ТНА, ЖГГ и смесительная головка соединялись друг с другом (в том числе через трубопроводы) с помощью фланцевых соединений, в ЖРД %МЕ применена цельносварная головка камеры вместе с ТНА, Требования к указанным сварным швам привели к необходимости существенного повышения уровня технологии сварки.
Несмотря на широкое применение сварных соединений в ЖРД ЯЯМЕ, обеспечен доступ к внутренним полостям двигателя для осмотра и обслуживания, для чего используют, в частности, штуцеры для установки телеметрических датчиков. Если должны быть соединенены детали из разных металлов или сплавов, то применяют проставку из материала одной из соединяемых деталей, причем проставку с деталью из другого металла соединяют, например, с помощью сварки трения. г рпс.
14.7. сварные (пеа подкяалкн (а), с подкладке» (е) н пенные соедннепня (е) 1 — муфта; 2 — кольна прнпоя 363 17аяные соединения (рнс. 14.7, б) можно выполнять с соединительной муфтой, В ней обычно имеются две канавки, в которые предварительно закладывают кольца из припоя. Их расплавляют путем индукционного наг. рева, применение которого наиболее выгодно. Пайку проводят в среде инертного газа (азота или аргона), который подается как по соединяемым трубам, так и с внешней стороны. Инертный газ исключает необходимость применения флюса, вызывающего, как правило, коррозию и загрязнение труб при пайке, и повышает текучесть припоя.
Для обеспечения постоянных зазоров для пайки, что важно для обеспечения ее высокого качества, концы соединяемых труб необходимо калибровать. Пайку приходится вести непосредственно на двигателе в условиях ограниченного пространства. Поэтому оборудование для пайки должно быль портативным. иметь относительно небольшую массу. Паяные соединения в отличие от сварных можно применять при относительно невысоких температурах — обычно до 825 К (для предотвращения расплавления припоя); паяные соединения можно применять и на криогенных магистралях (при температуре до 20 К), Примером паянных соединений являются соединения в ДУ ступени "Аджена", в которых припоем служит сплав золота и никеля, Неразъемные соединения обладают существенно большей надежностью в обеспечении герметичности, практически не увеличивают гидравлическое сопротивление соединения и обладают наименьшей массой, но они требуют выполнения сварки или пайки соединений трубопроводов, узлов н агрегатов, в том числе непосредственно на двигателе, т.е, в условиях ограниченного пространства, что представляет известные технологические трудности, Несмотря на свое название, неразъемные соединения можно разъединить (разрезать или распаять) н затем вновь собрать, но это также в достаточной степени затруднено.
14.3. ТРУБОПРОВОДЫ, ШЛАНГИ И СИЛЬФОНЫ Трубопроводы, шланги и сильфоны осуществляют функциональную связь между агрегатами и узлами ДУ; их применяют в тех случаях, когда по условиям компоновки нли по какнььлибо другим причинам соответствующие узлы и агрегаты нельзя соединить друг с другом непосредственно. По трубопроводам (или магистралям) компоненты топлива, генераторный или сжатый газ поступают из одного узла ДУ в другой.
Спльфолы являются тонкостенными гофрированными цилиндрами, применяемыми в магистралях для компенсации перемещений, которая может осуществляться вследствие податливости гофров. Гибкий шланг состоит из внутренней гофрированной трубы и внешней силовой оболочки или проволочной оплетки, Различают трубопроводы жидких компонентов топлива, генераторного газа, пневмоснстем и дренажные трубопроводы. В состав пневмосистем могут входить трубопроводы, подводящие сжатый газ из баллонов к агрегатам автоматики, трубопроводы системы продувки и т,д. Дренажные трубопроводы предназначены для отвода (обычно в область выходного сечения сопла камеры) компонентов топлива и геператорного (турбинного) газа, просочившихся через уплотнения ТНА. Сечения трубопроводов компонентов топлива выбирают исходя из оптимизации массы трубопроводов н их гидравлического сопротивления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
