Способ изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций
Владельцы патента RU 2572034:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплообменным аппаратам, и может быть использовано при создании охлаждаемых конструкций с большими удельными тепловыми потоками. Способ изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций, заключающийся в получении токарной обработкой внутренней и наружной оболочек, выполнении ребер на внешней поверхности внутренней оболочки и последующем соединении внутренней и внешней оболочек по вершинам ребер при помощи пайки с образованием каналов охлаждения, причем при фрезеровании пазов на наружной поверхности внутренней оболочки между ребрами оставляют перемычки, наружный профиль которых соответствует профилю оболочки, при этом в указанных перемычках выполняют сквозные осевые каналы для подачи охладителя, отличающийся тем, что с помощью перемычек соединяют между собой группы ребер с выполненными между упомянутыми группами ребер с каждой стороны каналами охлаждения в месте расположения перемычек, при этом соседние перемычки расположены со смещением друг относительно друга на величину, равную ширине канала охлаждения в месте их расположения, причем ширину перемычек выполняют равной ширине канала охлаждения в месте расположения перемычек. Группы ребер содержат по три ребра. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплообменным аппаратам, и может быть использовано при создании охлаждаемых конструкций с большими удельными тепловыми потоками.
В настоящее время для охлаждения стенок теплонапряженных конструкций в основном применяется регенеративное охлаждение, заключающее в подаче охладителя по специальным пазам, выполненным между внутренней охлаждаемой и наружной силовой оболочками, скрепленными между собой по вершинам пазов тракта охлаждения.
Прочность тракта охлаждения в данном случае определяется прочностью паяных швов между внутренней и наружной оболочками из-за того, что прочность припоя ниже прочности материала оболочек. Для увеличения прочности паяного соединения необходимо увеличение площади соприкосновения контактируемых поверхностей. Увеличение толщины ребра нецелесообразно из-за того, что это ведет к уменьшению числа ребер и увеличению перепада давлений в тракте охлаждения.
Известен способ изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций, заключающийся в выполнении ребер на внешней поверхности внутренней оболочки и последующем соединении внутренней и внешней оболочек по вершинам ребер, например, при помощи пайки, с образованием каналов охлаждения (М.В. Добровольский и др. "Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования", Москва, "Высшая школа", 1968 г., рис. 4.26.г., стр. 166-167 - прототип).
При данном способе изготовления предварительно изготавливают профилированные внутреннюю и наружную оболочки, причем наружный профиль внутренней оболочки эквидистантен внутреннему профилю 2наружной оболочки. Соединяемые профили оболочек отличаются друг от друга на толщину припоя. На наружной поверхности внутренней оболочки фрезеруются пазы. Затем на внутреннюю оболочку устанавливают припой, надевают наружную оболочку тракта охлаждения и производят пайку. Соединение оболочек происходит припоем по вершинам ребер.
При увеличении давления внутри тракта охлаждения внутренняя оболочка теряет устойчивость и вспучивается, особенно в цилиндрической части. Для увеличения прочности оболочек устанавливают бандажи, что ведет к ухудшению габаритно-массовых характеристик конструкции.
Известен способ изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций, заключающийся в получении токарной обработкой внутренней и наружной оболочек, выполнении ребер на внешней поверхности внутренней оболочки и последующем соединении внутренней и внешней оболочек по вершинам ребер при помощи пайки с образованием каналов охлаждения, при этом при фрезеровании пазов на наружной поверхности внутренней оболочки между ребрами оставляют перемычки, наружный профиль которых соответствует профилю оболочки, а в указанных перемычках выполняют сквозные осевые каналы для подачи охладителя (Патент РФ №2392479, МПК F×02К 9/64-прототип).
Указанный способ реализуется следующим образом.
Предварительно изготавливают профилированные внутреннюю и наружную оболочки, причем наружный профиль внутренней оболочки эквидистантен внутреннему профилю наружной оболочки. На наружной поверхности внутренней оболочки фрезеруются пазы. При фрезеровании пазов оставляют перемычки с образованием кольцевой поверхности. В указанных перемычках выполняют каналы для прохода охладителя. Наиболее технологично выполнение каналов при помощи электроэрозионной обработки с последующей электрохимической обработкой внутренней поверхности канала. Затем на внутреннюю оболочку устанавливают припой не только по поверхностям ребер, но и по кольцевым поверхностям, образованным перемычками, надевают наружную оболочку тракта охлаждения и производят пайку. Соединение оболочек происходит при помощи припоя не только по вершинам ребер, но и по кольцевым поверхностям перемычек, что позволяет увеличить устойчивость оболочек и прочность конструкции в целом.
Недостатками данного способа являются недостаточно высокая устойчивость внутренней оболочки, особенно в цилиндрической ее части, а также повышение сопротивления тракта за счет образования местных гидравлических сопротивлений в виде полых перемычек.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа получения тракта охлаждения, конструкция которого позволяет повысить устойчивость и прочность внутренней и внешней оболочек.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций, заключающемся в получении токарной обработкой внутренней и наружной оболочек, выполнении ребер на внешней поверхности внутренней оболочки и последующем соединении внутренней и внешней оболочек по вершинам ребер при помощи пайки с образованием каналов охлаждения, причем при фрезеровании пазов на наружной поверхности внутренней оболочки между ребрами оставляют перемычки, наружный профиль которых соответствует профилю оболочки, при этом в указанных перемычках выполняют сквозные осевые каналы для подачи охладителя, согласно изобретению, с помощью перемычек соединяют между собой группы ребер с выполненными между упомянутыми группами ребер с каждой стороны каналами охлаждения в месте расположения перемычек, при этом соседние перемычки расположены со смещением друг относительно друга на величину, равную ширине канала охлаждения в месте их расположения, причем ширину перемычек выполняют равной ширине канала охлаждения в месте расположения перемычек.
В варианте исполнения, группы ребер содержат по три ребра.
Конструкция тракта получается наиболее оптимальной и технологичной в случае, когда сквозные каналы выполняют электроэрозионным способом с последующей электрохимической обработкой поверхностей канала.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный осевой разрез тракта, на фиг. 2 - поперечное сечение тракта, на фиг. 3 - часть тракта охлаждения с перемычками в аксонометрии.
Указанный способ реализуется следующим образом.
Предварительно изготавливают профилированные внутреннюю 1 и наружную 2 оболочки, причем наружный профиль внутренней оболочки выполняют эквидистантным внутреннему профилю наружной оболочки. На наружной поверхности внутренней оболочки 1 фрезеруются пазы 3 с образованием ребер 4. При фрезеровании пазов 3 оставляют перемычки 5 с образованием групп ребер 4, объединенных данными перемычками 5. В перемычках 5 выполняют каналы 6 для прохода охладителя. Между группами ребер 4 выполняют каналы 7.
Наиболее технологично выполнение каналов 6 при помощи электроэрозионной обработки с последующей электрохимической обработкой внутренней поверхности канала. Затем на внутреннюю оболочку устанавливают припой не только по поверхностям ребер, но и по кольцевым поверхностям, образованным перемычками 5, надевают наружную оболочку тракта охлаждения и производят пайку. Соединение оболочек происходит при помощи припоя не только по вершинам ребер, но и по кольцевым поверхностям перемычек 5, что позволяет увеличить устойчивость оболочек и прочность конструкции в целом.
Размещение перемычек 5 со смещением друг относительно друга позволяет уменьшить длину неподкрепленных участков тракта охлаждения и тем самым увеличить его устойчивость, а выполнение каналов, ширина которых равна ширине канала охлаждения в месте расположения перемычек, с каждой стороны группы ребер 4, позволит уменьшить гидравлическое сопротивление тракта. Повышенная устойчивость и прочность внутренней оболочки 1 позволяет увеличить давление в тракте охлаждения камеры и в самой камере, что в конечном итоге позволит повысить эффективность рабочего процесса.
Использование предложенного технического решения позволит повысить устойчивость внутренней оболочки и повысить прочность изделия в целом.
1. Способ изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций, заключающийся в получении токарной обработкой внутренней и наружной оболочек, выполнении ребер на внешней поверхности внутренней оболочки и последующем соединении внутренней и внешней оболочек по вершинам ребер при помощи пайки с образованием каналов охлаждения, причем при фрезеровании пазов на наружной поверхности внутренней оболочки между ребрами оставляют перемычки, наружный профиль которых соответствует профилю оболочки, при этом в указанных перемычках выполняют сквозные осевые каналы для подачи охладителя, отличающийся тем, что с помощью перемычек соединяют между собой группы ребер с выполненными между упомянутыми группами ребер с каждой стороны каналами охлаждения в месте расположения перемычек, при этом соседние перемычки расположены со смещением друг относительно друга на величину, равную ширине канала охлаждения в месте их расположения, причем ширину перемычек выполняют равной ширине канала охлаждения в месте расположения перемычек.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что группы ребер содержат по три ребра.
