Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Сварные швы широко применяют в кислородно-водородных ЖРД. Например, в ЖРД 1-2 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 ВВМЕ имеется около 200 сварных швов, выполняемых 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 ВВМЕ применена цельносварная головка камеры вместе с ТНА, Требования к указанным сварным швам привели к необходимости сушественного повышения уровня технологии сварки. Несмотря на широкое применение сварных соединений в ЖРД ЯВМЕ, 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. гис. 14.7. Сварные (оез подкладка (а), с подкладкой (б7 н паяаые соеяииенвя (в) 1 — муфта; 2 — кольна припоя Паяные соединения (рис. 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 нагрева, применение которого наиболее выгодно. Пайку проводят в среде ииертиого газа (азота или аргоиа), который подается как по соединяемым трубам, так и с внешней стороны. Инертный газ исключает необходимость примеиеиия 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 иа двигателе в условиях ограниченного пространства, Поэтому оборудование для пайки должио быть портативным, иметь относительно небольшую массу. Паяиые соединения в отличие от сварных можно применять при относительно невысоких температурах — обычно до 825 К (для предотвращения расплавлеиия припоя); паяиьае соединения можно примеиять и на криогенных магистралях (при температуре до 20 К) . Примером паянных соединеиий являются соединения в ДУ ступени "Аджена", в которых припоем служит сплав золота и никеля. Неразъемиые соединения обладают существенно большей надежностью в обеспечении герметичиости, практически не увеличивают гидравлическое сопротивление соединения и обладают наименьшей массой, но они требуют выполнения сварки или пайки соединений трубопроводов, узлов и агрегатов, в том числе иепосредствеино иа двигателе, т.е.
в условиях ограничеииого пространства, что представляет известные технологические трудиости, Несмотря на свое иазваиие, иеразъемиые соединения можно разъедииить (разрезать или распаять) и затем вновь собрать, ио зто также в достаточной степени затруцнеио. 14.3. ТРУБОПРОВОДЫ, ШЛАНГИ И СИЛЬ4зОНЫ Трубопроводы, шлаиги и сильфопы осуществляют фуикциоиальиую связь между агрегатами и узлами ДУ,' их применяют в тех случаях, когда по условиям компоновки или по каким либо другим причинам соответствующие узлы и агрегаты иельзя соединить друг с другом непосредственно.
По трубопроводам (или магистралям) компоненты топлива, геиераторный или сжатый гаэ поступают из оцпого узла ДУ в другой. Сильфоиы 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 проволочиой оплетки. Различают трубопроводы жицких компонентов топлива, генераторного газа, пневмосистем и дренажные трубопроводы. В состав пневмосистем могут входить трубопроводы, подводящие сжатый газ из баллонов к агрегатам автоматики, трубопроводы систеь ы продувки и т,д. Дренажные трубопроводы предназначены для отвода (обычио в область выходного сечеиия сопла камеры) компонентов топлива и геиераториого (турбиииого) газа, просочившихся через уплотнеиия ТНА.
Сечения трубопроводов компонентов топлива выбирают исходя из оптимизации массы трубопроводов и их гидравлического сопротивления. Обычно скорость жицких компонеитов топлива принимают 5 ... 20 м/с. Хотя при больших скоростях и снижается масса трубопроводов, ио 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 производиться из условия обеспечения одного и того же виутрениего диаметра магистралей; в этом случае для кислородно-водородных ДУ скорость в водородной магистрали примерно в два раза больше, чем в кислородной.
В ДУ примеияют как жесткие, так и гибкие трубопроводы. Жесткие трубопроводы. Оии имеют наиболее простую конструкцию, ио требуют высокой точности изготовлеиия, использования специальных стыковочных узлов для обеспечения сборки, для иих характерно поиижеиное гидравлическое сопротивление. Так как и при испольэоваиии жестких трубопроводов их коицы могу» перемещаться в той или иной степени при эксплуатации ДУ начиная с момента начала заправки топливных баков и особеиио при работе двигателя, то должна обеспечиваться компеисация 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 Е-1 и Ь2 поцтверждеиа высокая эффективность жестких трубопроводов. В ЖРД Е1 и 3-2 такие трубопроводы использовались на выходе из насосов при давлениях до 12 МПа.
Диаметры трубопроводов — от 78 до 100 мм. Материал трубопроводов в ЖРД Е-1 — алюминиевый сплав 606!-Т6, в ЖРД Ь2 -- 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 технологии сварки титановых деталей представляет опрецелеииые трудности, в частности из.за склонности таких швов к образованию трещин. Для изготовления трубопроводов широко применяют коррозионио-стойкую сталь (304 Е и др.).
При выборе материала трубопровода учитывают ие только требуемую прочность (оиа зависит от давлеиия и температуры рабочей среды и от уровия виброускореиий, воздействующих иа трубопровод), ио 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 участков 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 топливнтлх магистралях.
Криогенные трубопроводы (особенно трубопроводы жццкого водо. рода) имеют теплоизоляцню. Если кислородные трубопроводы в условиях атмосферы покрываются слоем льда, обладающего хорошими теплоизоляционными свойствами, то водородные трубопроводы имеют столь низкую температуру, что лед не образуется, а происходит сжнженне воздуха. Образующиеся струи жидкого воздуха вызывают существенную утечку теплоты, и поэтому их следует исключить. Теплоизоляцню выполняют на внешней поверхности трубопроводов. Различают пенообразную н вакуумную теплоизоляцию.
Пенообразяая теплоизоляция, наносимая на внешнюю поверхность трубопроводов, обладает высоким термическим сопротивлением, но склонна к растрескнванию при резком изменении температуры (а оно свойственно всем криогенным трубопроводам) и подвергается значительной усадке. Однако твердопенная теплоизоляция является наиболее дешевой, Криогеннтле трубопроводы ЖРД НМ-4 имеют теплоизоляцию, выполненную из пенообразного полнуретана, который покртат влагонепроннцаемой пленкой. В ЖРД ВВМЕ на кислородных и водородных трубопроводах применена также пенообразная теплоизоляция, Прежде всего ленообразную теплоизоляцию применяют для кислородных трубопроводов.
Теплоизоляцию используют и для трубопроводов и других элементов ДУ, работающих на топливе МзОч + ММГ, если необходимо обеспечить требуемый температурный диапазон элементов конструкции и компонентов топлива в периоды между циклами работы в условиях космического пространства.
Вакуумная теплоизоляцня представляет собой вакуумированную полость на внешней поверхности трубопровода, т,е, трубопровод является двухстеиным. Такая теплоизоляция обеспечивает наименьшие тепловые потоки при минимальной массе, но сложна в конструктивном и технологическом отношении и имеет высокую стоимость. Вакуумная теплоизоляция не только предотвращает конденсацию воздуха на трубопроводе, но и обеспечивает минимальное время.
требуемое на захолажнвание магистрали. В вакуумированную полость в ряде случаев засыпают материал, обладающий малой теплопроводностью и низкой плотностью (например, шлаковую или стеклянную вату, перлит и т.д.) . Вакуумную теплоизоляцию чаще всего используют для водородных трубопроводов. Вакуумную теплоизоляцию применяли в ЖРД1-2. Вакуумную теплоизоляцню 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 напряжения 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 газоводам, Он должен обеспечивать минимальный уровень турбулентности газа и равномерное распределение газа на входе в форсунки, отчего в значительной степени зависит полнота сгорания топлива. Рассмотрим в качестве примера газоводы ЖРД ВВМЕ. В указанном двигателе турбины ТНА окислителя и горючего соединены с коллектором горячего газа смесительной ~оловки камеры двумя и тремя газоводами соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
