Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций
Владельцы патента RU 2581309:
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. Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций содержит внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения, причем упомянутые оболочки и ребра образуют каналы охлаждения. Между ребрами тракта охлаждения выполнены полые перемычки, соединяющие вершины ребер между собой, при этом между перемычками и ребрами выполнены кольцевые радиальные канавки, причем ширина канавки не превышает ширины канала тракта охлаждения в месте выполнения упомянутых канавок. В варианте исполнения перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности. Технический результат - упрощение изготовления, улучшение перемешивания охладителя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплообменным аппаратам, и может быть использована 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.
Как правило, при увеличении давления внутри тракта охлаждения внутренняя оболочка теряет устойчивость и вспучивается, особенно в цилиндрической части. Для увеличения устойчивости и прочности оболочек устанавливают бандажи, что ведет к ухудшению габаритно-массовых характеристик конструкции.
Известен тракт охлаждения теплонапряженных конструкций, содержащий внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения (М.В. Добровольский и др. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования. М.: Высшая школа, 1968 г., рис. 4.26 г., стр. 166-167).
Охладитель подается в тракт охлаждения, движется по пазам между ребрами и охлаждает огневую поверхность внутренней профилированной оболочки. За счет соединения оболочек между собой только по вершинам ребер при увеличении давления в тракте охлаждения не обеспечивается прочность и устойчивость внутренней оболочки, что ведет к потере работоспособности конструкции в целом.
Известен тракт охлаждения теплонапряженных конструкций, содержащий внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения, при этом между ребрами тракта охлаждения выполнены полые перемычки, соединяющие вершины ребер между собой (патент РФ №2391615, МПК: F28F 3/02, F28D 1/02 - прототип).
Указанный тракт охлаждения теплонапряженных конструкций работает следующим образом.
Охладитель подается в тракт охлаждения, движется по пазам между ребрами и охлаждает огневую поверхность внутренней профилированной оболочки. За счет соединения оболочек между собой не только по вершинам ребер, но и по дополнительным поверхностям полых перемычек, происходит увеличение устойчивости и прочности внутренней оболочки. Повышенная устойчивость и прочность внутренней оболочки позволяет увеличить давление в тракте охлаждения изделия и внутри самого изделия, что, в конечном итоге, позволяет повысить эффективность рабочего процесса.
Недостатками указанного решения является то, что в этом случае образуются достаточно длинные участки для выхода фрезы при получении перемычек на внутренней оболочке, что приводит к необходимости дальнейшей выборки металла в зоне расположения перемычек при помощи пальчиковой фрезы или при помощи электроэррозии, что приводит к увеличению трудоемкости изготовления внутренней оболочки.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание тракта охлаждения, конструкция которого позволяет упростить процесс изготовления внутренней оболочки и улучшить условия перемешивания охладителя, поступающего по изолированным каналам.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном тракте охлаждения теплонапряженных конструкций, содержащем внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения, причем упомянутые оболочки и ребра образуют каналы охлаждения, при этом между ребрами тракта охлаждения выполнены полые перемычки, соединяющие вершины ребер между собой, согласно изобретению между перемычками и ребрами выполнены кольцевые радиальные канавки, причем ширина канавки не превышает ширины канала тракта охлаждения в месте выполнения упомянутых канавок.
Критерий - ширина канавки не превышает ширины канала тракта охлаждения в месте выполнения упомянутых канавок - выбран исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ослабление оболочки в месте выполнения перемычек из-за увеличения длины неподкрепленных участков.
В варианте исполнения перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный осевой разрез тракта, на фиг. 2 - часть тракта охлаждения с перемычками в аксонометрии.
Тракт охлаждения содержит внутреннюю профилированную оболочку 1, на внешней поверхности которой выполнены ребра 2 тракта охлаждения. Между ребрами 2 тракта охлаждения выполнены полые перемычки 3, соединяющие вершины ребер между собой. На внутреннюю профилированную оболочку 1 установлена наружная профилированная оболочка 4 при помощи пайки по вершинам ребер 2 и полым перемычкам 3. Между перемычками 3 и ребрами 2 выполнены кольцевые радиальные канавки 5.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Охладитель подается в тракт охлаждения, движется по пазам между ребрами 2 и охлаждает огневую поверхность внутренней профилированной оболочки 1. За счет соединения оболочек между собой не только по вершинам ребер 2, но и по дополнительным поверхностям полых перемычек 3 происходит увеличение устойчивости и прочности внутренней оболочки 1.
Наличие кольцевых радиальных канавок 5 между ребрами 2 и перемычками 3 позволяет значительно упростить процесс изготовления полых перемычек 3 за счет обеспечения доступа инструмента в зону перемычек и обеспечить требуемую равномерность распределения компонента по тракту охлаждения за счет перемешивания и перераспределения компонента в кольцевых радиальных канавках 5. В этом случае металл, прилегающий к зоне перемычек, выбирается при помощи токарной обработки с последующим удалением излишков металла при помощи долбяка.
Повышенная устойчивость и прочность внутренней оболочки 1 позволяет увеличить давление в тракте охлаждения изделия и внутрисамого изделия, что, в конечном итоге, позволяет повысить эффективность рабочего процесса.
Проведенные расчеты показали, что при выполнении одного пояса перемычек давление внутри тракта охлаждения может быть повышено на 25-30%.
Использование предложенного технического решения позволит создать тракт охлаждения, конструкция которого позволит упростить процесс изготовления внутренней оболочки, и тем самым снизить его трудоемкость и себестоимость.
1. Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций, содержащий внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения, причем упомянутые оболочки и ребра образуют каналы охлаждения, при этом между ребрами тракта охлаждения выполнены полые перемычки, соединяющие вершины ребер между собой, отличающийся тем, что между перемычками и ребрами выполнены кольцевые радиальные канавки, причем ширина канавки не превышает ширины канала тракта охлаждения в месте выполнения упомянутых канавок.
2. Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций по п. 1, отличающийся тем, что перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности.
