Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 76
Текст из файла (страница 76)
При выборе типа соединений ДУ многоразовых ИСЗ предусматривают разъемные (резьбовые) соединения, позволяющие производить замену вышедших нз строя отдельных двигателей или нх блоков. Все остальные соединения выполняют сварными. Разъемные соединения. К разъемным соединениям относятся резьбовые ниппельные и фланцевые соединения. Герметичность флаицевьзх соединений (рнс.
14.5, а и б) обеспечивается обжатнем прокладки при стягивании фланцев с помощью болтов или шпилек, при этом на поверхности прокладки создается требуемое кон. тактное давление. Фланцьз могут быть приварными н накидными. При использовании одного накидного фланца в соединении его сборка упрощается, так как накидной фланец при сборке можно повернуть по окружности в любое положение. Использование шпилек вместо болтов и вырезов на фланцах обеспечивает снижение массы фланцевого соединения. Герметичность резьбовых ииииельиых соединений (рис, 14.5, в, г, д и е) достигается путем обжатия прокладки из мягкого металла (алюминия и его сплавов, меди и др.) при затяжке накидной гайки.
Ниппель соединяют с трубой с помощью спарки или пайки. Пайка обеспечивает бззльшую вибропрочность узла. Ннппели агрегатов часто выполняют заодно с их корпусом. 359 Рне. 14.5. Фландевые (а и б1 и резьбовые нииельные (е, д, е1 соединения двигателя РД-119 Ниппельные соединения применяют для относительно небольших диаметров (от 4 до 30 мм) . Материалы прокладок должны сохранять химическую стойкость в условиях длительного воздействия компонентов топлива, а для упругих прокладок, рассматриваемых ниже, и упругие свойства. Применяют как простые плоские, так н профильные прокладки.
В качестве материала прокладок используется резина, пластмассы, металлы и их сплавы. Прокладки нз резины и пластмасс имеют ограниченный температурный диапазон применения. Например, силиконовый каучук использую~ прн температуре 200 ... 475 К, витом — 230 ... 475 К н полигетрафторзтнлен — 85 ...
555 К. Обычно применяют так называемые шнуровые резиновые н пластмассовые прокладки, поперечное сечение которых пред. ставляет собой круг. Металлические прокладки изготавливают из стали, меди, алюминия н других металлов. Указанные материалы обладаю~ высокой термической и химической стойкостью и высокой прочностью. Однако этн материалы плохо следуют изменениям формы поверхностей соединения.
Сила сжатия соединяемых деталей при использовании металлических прокладок должна быть достаточно большой; поверхности соединяемых деталей должны быль хорошо обрабошны и не должны подвергаться деформации лри затижке соедю!ения. Неко орьоо чс юг!а!ком металлических прокладок является чувствн- тельность к температурным деформациям деталей соединения, если онн изготовлены из металлов и сплавов с различным коэффициентом теплового расширения.
Однако в ряде случаев специально подбирают материалы фланцев и прокладки с такими козффициентами теплового расширения, чтобы прн изменении их температуры при работе двигателя обеспечивалось увеличение давления в месте контакта прокладки и фланцев. Плоские и близкие к ннм 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. !4.6, б). Обычно ширина поперечного сечения плоских н рифленых прокладок в 1,5 ... 2 раза больше их толщины. Указанные прокладки требуют больших значений силы затяжки. Эффективность рифленых и профильных прокладок определяется уменьшенной контактной поверхностью. Твердость металлов указанных прокладок должна быть несколько меньше твердости металла фланцев. Профндьные проклацки (рис. 14.6, в) обладают упругими свойствами и сохраняют герметичность даже при некотором сдвиге фланца. Поперечное сечение указанных прокладок имеет форму, близкую к форме латине. ких букв Ч, (1, С, Х и т.д.
Отличительной особенностью фланцевых соединений с профильной прокладкой с усами является их относительно небольшая масса, так как для обеспечения герметичности не требуется большой силы затяжки фланцевых болтов илн 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, представлиющая собой металлическую тонкостенну!о бесшовную трубку, которую сгибают в кольцо, точно подгоняют и сваривают встык с помощью контактной сварки.
Лучшими материалами трубки являются коррозионно-стойкая сталь, монеда-металл н инконель. Для повышения герметизации и коррозионной стойкости внешнюю поверхность трубчатых прокладок покрывают слоем кадмия. никеля, свинца, серебра или политетрафторэтнлена, а р б Рис 14 6 Г(ронладнн для разъемных соединении е — плоские; б — рифленые; е — профильные 561 12 — 1758 Все детали соединения — фланцы, болты (шпильки) и прокладки, в которых применены металлические трубчатые прокладки, — можно изго.
тавливать из одного и того же металла. Это полностью устраняет снижение герметичности вследствие различных коэффициентов термического расширения материалов деталей соединения, Соединения с металлическими трубчатыми прокладками успешно применяют при температурах до 1275 К и давлениях до 70 МПа. Эффективны так называемые сямоуплогняющиеся 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 повьашение давления. Герметичность соединений с прокладкой зависит от правильного выбора ее обжатня или давления в месте контакта. Например, при недостаточной силе сжатия трубчатой прокладки развивается недостаточное контактное давление. При чрезмерной силе сжатия материал прокладки работает за пределом упругости вцлоп 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 1-2 для магистралей жидкого водорода, жидкого кислорода, гелия и генераторного газа, Всего в двигателе Ю-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 или политетрафторэтнленом). Сечение такой прокладки отличается повышенной податливостью, Спиральные прокладки из коррозионноютойкой 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 поперечньам сечением.
Для обеспечения высокой надежности разъемные соединения подвергают автономным испытаниям на специальных имитаторах с максималы но возможным воспроизведением всех эксплуатационных воздействий на соединения. Для каждо~о соединения определяют давление его разрушения. Указанные испытания должны быть повторены при любом изменении соединения, даже если изменяется только материал.
362 Неразъемные соединения, К неразъемным соединениям относятся сварные и паяные соединения. Из сварных соединений (рис, 14.7, а) наиболее надежно стыковое, которое часто выполняют наложением сварного шва на подкладку (коль. ценой буртик или участок трубки, вставляемый внутрь соединения); наличие подкладки исключает нежелательной проплав сварного шва. Стыковые сварные швы легко контролировать с помощъю разнообразных методов дефектоскопии. При использовании сварных соединений устраняются массивные фланцы и 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) иъза термических напряжений при застывании шва. Поэтому к качеству контроля сварных швов предъявляются очень высокие требования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
