Способ изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций
Владельцы патента RU 2392479:
Государственное 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, например, при помощи пайки, с образованием каналов охлаждения. 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. Для повышения устойчивости оболочек перемычки выполняют таким образом, что вершины двух смежных ребер оказываются соединенными между собой с образованием единой кольцевой поверхности, перемычки выполняют на разном расстоянии от торцов оболочек. Сквозные каналы выполняют электроэрозионным способом с последующей электрохимической обработкой поверхностей канала. Изобретение обеспечивает повышение устойчивости и прочности внутренней и внешней оболочек. 4 з.п. ф-лы, 4 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 наружной 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.
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, в выполнении фрезерованием ребер на внешней поверхности профилированной внутренней оболочки и последующем соединении внутренней и внешней оболочек по вершинам ребер, например, при помощи пайки, с образованием каналов охлаждения, согласно изобретению 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.
Для улучшения условий работы оболочек перемычки выполняют таким образом, что вершины двух смежных ребер оказываются соединенными между собой или перемычки выполняют на разном расстоянии от торцов оболочек. Такое расположение перемычек позволяет получить дополнительные места контакта между внутренней и наружной оболочками, что приводит к уменьшению длины неподкрепленных участков тракта.
Для улучшения условий работы оболочек перемычки выполняют таким образом, что вершины всех ребер оказываются соединенными между собой с образованием единой кольцевой поверхности. В этом случае соединение оболочек между собой происходит не только по поверхности ребер, но и по поверхности перемычек, что позволяет увеличить устойчивость оболочек и прочность конструкции в целом.
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 до выполнения каналов, фиг.3 - поперечное сечение тракта после выполнения каналов, на фиг.4 - 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 эквидистантен внутреннему профилю наружной оболочки. Соединяемые профили оболочек отличаются друг от друга на толщину припоя. На наружной поверхности внутренней оболочки 1 фрезеруются пазы 3. При фрезеровании пазов 3 оставляют перемычки 4 с образованием кольцевой поверхности 5. В перемычках 4 выполняют каналы 6 для прохода охладителя. 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 5, образованным перемычками 4, 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.
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, например, при помощи пайки, с образованием каналов охлаждения, отличающийся тем, что 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.
2. Способ изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций по п.1, отличающийся тем, что перемычки выполняют таким образом, что вершины двух смежных ребер оказываются соединенными между собой.
3. Способ изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций по п.1, отличающийся тем, что перемычки выполняют таким образом, что вершины всех ребер оказываются соединенными между собой с образованием единой кольцевой поверхности.
4. Способ изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций по п.1, отличающийся тем, что сквозные каналы выполняют электроэрозионным способом с последующей электрохимической обработкой поверхностей канала.
5. Способ изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций по п.1, отличающийся тем, что перемычки выполняют на разном расстоянии от торцов оболочек.
