Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Обычно скорость жидких компонентов топлива принимают 5 ... 20 м/с. Хотя при больших скоростях и снижается масса трубопроводов, но намного возрастает гидравлическое сопротивление (прямо пропорционально квадрату скорости жидкости). При малых скоростях уменьшается гидравлическое сопротивление, но возрастают размеры и масса трубопроводов. Выбор скорости в магистралях от баков к двигателю может пронзводигъся из условия обеспечения одного н того же внутреннего диаметра магистралей; в атом случае для кислородно-водородных ДУ скорость в водородной магистрали примерно в два раза больше, чем в кислородной, В ДУ применяют как жесткие, так и гибкие трубопроводы.
Жесткие трубопроводы. Они имеют наиболее простую конструкцию, но требуют высокой точности изготовления, использования специальных стыковочных узлов для обеспечения сборки, для них характерно пониженное гидравлическое сопротивление. Так как и при использовании жестких трубопроводов их концы могут перемещаться в той или иной степени при зксплуатации ДУ начиная с момента начала заправки топливных баков и особенно при работе двигателя, то должна обеспечиваться компенсация указанных перемещений. Компенсируются только термические перемещения и неточности сборки агрегатов. На указанную компенсацию можно влиять выбором конфигурации трубопроводов (они могут иметь компенсационные витки или колена), материала и толщины труб. При эксплуатации ЖРД Р-1 и 1-2 подтверждена высокая зффективность жестких трубопроводов.
В ЖРД Р1 и 1-2 такие трубопроводы использовались на выходе из насосов при давлениях до 12 МПа. Диаметры трубопроводов — от 78 до 100 мм. Материал трубопроводов в ЖРД Р-1 — алюминиевый сплав 6061-Т6, в ЖРД1-2 — сплав Арм со 21-6-9. Многие трубопроводы ЖРД Р-1 изготавливались из никелевых сплавов. Снижение массы трубопроводов обеспечивает использование титановых сплавов (например, сплава 6 А1 4Ч). Однако отработка технологиисварки титановых деталей представляет определенные трудности.
в частности из-за склонности таких швов к образованию трещин, Для изготовления трубопроводов широко применяют коррозионноютойкую сталь (304 Ь и др.). При выборе материала трубопровода учитывают не только требуемую прочность (она зависит от давления и температуры рабочей среды и от уровня виброускорений. воздействующих на трубопровод), но совместимость материала с рабочей средой. 365 Для исключения разрушения жестких трубопроводов, которое чаще всего наблюдается при небольших диаметрах трубки в месте ее соединения с ниппелем, необходимо обеспечить возможно более плавные изменения поперечного сечения ниппеля (места его резких изменений являются местными концентраторами напряжения), а также исключить большие колебания трубопроводов.
в частности путем крепления их консольных участ. ков к жестким элементам конструкции с использованием специальных амортизаторов. Жесткие трубопроводы применяют в первую очередь в тех случаях, когда отсутствуют относительные перемещения ТНА и камеры и большие перепады температур в топливных магистралях. Криогенные трубопроводы (особенно трубопроводы жидкого водо. рода) имеют геллоизоанцию.
Если кислородные трубопроводы в условиях атмосферы покрываются слоем льда, обладающего хорошими теплоизоляционными свойствамн. то водородные трубопроводы имеют столь низ. кую температуру, что лед не образуется, а происходит сжижение воздуха. Образующиеся струи жидкого воздуха вызывают существенную утечку теплоты, и поэтому их следует исключить, Теплоизоляцию выполняют на внешней поверхности трубопроводов.
Различают пенообразную и вакуумную теплонэоляцию. Пенообразная теплоизоляция, наносимая на внешнюю поверхность трубопроводов, обладает высоким термическим сопротивлением, но склонна к растрескиванию при резком изменении температуры (а оно свой. ственно всем криогенным трубопроводам) и подвергается значительной усадке. Однако твердопенная теплоиэоляция является наиболее дешевой.
Криогенные трубопроводы ЖРД НМ4 имеют теплоизоляцию, выполненную из пенообразного полиуретана, который покрыт влагонепроницаемой пленкой. В ЖРД ИЗМЕ на кислородных и водородных трубопроводах применена также пенообразная теплоизоляцияГПрежде всего пенообразную теплоизоляцию применяют для кислородных трубопроводов. Теплоизоляцшо используют и для трубопроводов и других элементов Ду.
работающих на топливе Хт04 + ММГ, если необходимо обеспечить требуемый температурный диапазон элементов конструкции и компонентов топлива в периоды между циклами работы в условиях космического пространства, Вакуумная теплоизоляция представляет собой вакуумированную полость на внешней поверхности трубопровода, т.е, трубопровод является двухстенным. Такая теплоизоляция обеспечивает наименьшие тепловые потоки при минимальной массе, но сложна в конструктивном н технологическом отношении и имеет высокую стоимость. Вакуумная теплоизоляции не только предотвращает конденсацию воздуха на трубопроводе, но и обеспечивает минимальное время, требуемое на захолаживание магистрали.
В вакуумированную полость в ряде случаев засыпают материал, обладающий малой теплопроводиостью и низкой плотностью (например, шлаковую или стеклянную вату, перлит и т,д.) . Вакуумную теплонзоляцию чаще всего используют для водородных трубопроводов. Вакуумную теплоизоляцию применяли в ЖРД 3-2. Вакуум.
ную теплонзоляцию используют также в трубопроводе, по которому горючее подается из верхнего бака через бак жидкого кислорода к двигателю (во избежание замерзания горючего) . При выборе трубопроводов с вакуумной теплоизоляцией необходимо учитывать термические напряженна и уменьшение размеров трубопроводов при их охлаждении. Г а з о в о д ы. Одним из важных элементов ЖРД с дожиганием является трубопровод горячего газа, соединяющий выходную полость турбины ТНА со смесительной головкой камеры. Указанный трубопровод называют газоводом. Он должен обеспечивать минимальный уровень турбулентности газа и равномерное распределение газа на вхоце в форсунки, от чего в значительной степени зависит полнота сгорания топлива. Рассмотрим в качестве примера газоводы ЖРД 83МЕ. В указанном двигателе турбины ТНА окислителя и горючего соединены с коллектором горячего газа смесительной головки камеры двумя и тремя газоводами соответственно.
Через газоводы ТНА горючего проходит примерно 70 % общего расхода генераторного газа (температура газа 943 К, давление 24,6 МПа) и только 30% газа (температура 808 К, давление 24,6 МПа)— через газоводы ТНА окислителя. Газоводы соединены с турбиной кольцевым каналом, в котором поток поворачивается на 180' н направляется в расширяющийся объем. Течение газа в газоводах отличается сложным, трехмерным характером, наличием зон отрыва и высокой завихренностью и турбулентностью.
Газоводы служат также силовым конструктивным элементом крепления двух ЖГГ и двух ТНА к коллектору смесительной головки камеры. Для обеспечения необходимой жесткости газоводов и предотвращения их усталостного разрушения из-за большого перепада температур их выполняют двухстенными, с охлаждающим трактом. по которому протекает водород.
Внешняя стенка газоводов выполнена нз Инконеля 718. Внутренная стенка газовода имеет сложную конструкцию и выполнена в виде "слоистого пирога'. В нее входят слой сетки из коррозионно.стойкой стали 316 (диаметр проволочек 0,114 мм) и слои из перфорированного листа толщиной 0,051 мм; этн слои окружены со стороны газа перфорированным листом толщиной 0,147 мм, а со стороны охладителя— листом толщиной 2,4 мм, выполненным из сплава Хайнес 188. Слои соединяются друг с другом диффузионной сваркой, образуя цельную конструкцию. Внутренняя стенка изготовлена из 14 деталей, приваренных друг к другу и к внешней стенке. Гибкие трубопроводы.
Отличительной особенностью гибких трубопроводов является то, что в процессе установки на двигатель можно в некоторой степени изменять их длину и изгибать их. Поэтому применение гибких трубопроводов позволяет уменьшить требования к точности установки агрегатов и узлов двигателя относительно друг друга, Гибкие трубопроводы обладают повышенной работоспособностью в условиях воздействия виб раций прн работе двигателя. Тепловые деформации узлов и агрегатов двигателя также компенсируются конструкцией гибких трубопроводов.
К гибким трубопроводам относят трубопроводы с гофрированным шлангом и с сильфоном. СЪльфоны имеют существенно меньшее число гофров, чем шланги. Для обеспечения требуемой прочности сильфоны можно выполнять с так называемой бронировкой; в гофрах таких силь. фонов снаружи помещаются металлические кольца, при зтом несколько возрастает жесткость сильфона. Наиболее широко применяют металлические гофрированные шланги. Их приваривают с помощью роликовой сварки к фланцам или ниппелям, которыми шланг подсоединяется к узлу или агрегату двигателя. Для существенного повышения прочности шланга на него надевают металлн. ческую оплетку, концы которой жестко заделывают в зажимной обойме фланца или ниппеля, Примерами гибких трубопроводов с гофрированным шлангом являются трубопроводы, подводящие окислитель и горючее к камере двигате. ля РД-119.
Они имеют аналогичную конструкцию Трубопровод окислителя (рис. 14.8, а) состоит из двухслойного гофрированного шланга 1, приваренных к нему с обоих концов роликовой сваркой ниппелей 7 с накидными гайками 8 и двухслойной оплетки 2. Оплетка защемляется между наружными алюминиевыми кольцами 3 и двумя внутренними полуколы цами 4 при обжатии муфты 5. Для удержания наружного кольца от проскальзывания на внутренней поверхности муфты имеются зубцы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
