СПОСОБ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННИХ ПОЛОСТЕЙ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСЛЕ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ Российский патент 1999 года по МПК F02K9/00 

Изобретение относится к ракетостроению, в частности к способу очистки внутренних полостей жидкостных ракетных двигателей после огневых испытаниях, и может найти применение в ракетостроении, а также в производстве авиационных двигателей.

Известно, что после общей сборки жидкостных ракетных двигателей проводят электропневмоиспытания, а также огневые испытания, после которых внутренние полости двигателя необходимо очистить от остатков топлива: керосина и кислорода. Обычно для этого выполняют механический слив остатков топливной жидкости, после которого выполняют механический слив с продувом внутренних полостей /см. Жуковский А.Е., Кондрусев В.С., Окорочков В.В. "Испытания жидкостных ракетных двигателей", Москва, Машиностроение, 1992, с. 283, 287/. Данный способ не обеспечивает достаточно полную очистку внутренних полостей от остатков топливной жидкости. Для более тщательной очистки осуществляют разборку двигателя, что само по себе является дорогостоящей операцией, затем двигатель проходит повторную сборку, также являющуюся сложной операцией, требующей больших трудозатрат.

Задачей данного изобретения является создание способа очистки, который бы позволил удалить остатки топлива из двигателя без разборки и с получением той степени очистки, которая требуется для данного типа двигателя.

Для решения данной задачи предлагается в способе очистки внутренних полостей жидкостного ракетного двигателя после огневых испытаний, включающем механический слив остатков топливной жидкости, после которого выполняют механический слив с продувом внутренних полостей, произвести продув внутренних полостей азотом или воздухом, затем разместить двигатель в камере, нагреть его до температуры 40-50^oC, которую необходимо поддерживать в течение всей последующей обработки, которая заключается в том, что осуществляют продувку внутренних полостей горячим азотом и затем циклическое термовакуумирование, при этом после каждого цикла выполняют продувку горячим азотом полости горючего и заполнение полостей газовой и окислителя с избыточным давлением, и прекращают термовакуумную обработку исходя из следующих критериев: контролируют величину вакуума в полостях двигателя и по достижении вакуума не ниже 1•10^-2 мм рт. ст. его поддерживают в полости окисляют еще не менее 6 ч и в полости газовой и горючего - не менее 12 ч, контролируют наличие и количество жидкости в азотной ловушке, причем ловушка, установленная на выходе из полости окислителя, должна показать отсутствие жидкости, в ловушке, установленной на газовой полости, ее не должно быть более 5 мл, и в ловушке полости горючего - не более 40 мл, и контролируют концентрацию паров углеводородов, которая в полости горючего не должна быть более 350 мг/м³, и в газовой полости - не более 200 мг/м³.

Технология осуществления способа состоит в следующем.

После испытания двигателя на работоспособность необходимо очистить внутренние полости двигателя от остатков горючего, керосина, который остается во внутренних полостях и магистралях после выключения двигателя.

Сложность проблемы заключается в том, что в конструкции жидкостного ракетного двигателя большое число узких и протяженных магистралей, множество тупиковых зон, внутренние элементы узлов и агрегатов двигателя имеют сложную конфигурацию, что затрудняет удаление остатков топлива только путем механического слива и последующего механического слива с продувом внутренних полостей.

Конструкция двигателя состоит из трех полостей: горючего, окислителя и газовой полости, которые обрабатываются автономно с учетом особенностей каждой полости.

После снятия двигателя со стенда, где он проходил испытания, проводят механический слив остатков горючего путем открытия специальных штуцеров и клапанов с одновременным поворотом двигателя в различных плоскостях. Для более полного удаления остатков горючего используют продув отдельных полостей двигателя. Затем двигатель помещают в специальную камеру, где осуществляют всю последующую обработку.

Конструкцию двигателя с помощью внешнего источника нагрева нагревают до 40 - 50^oC и эту температуру поддерживают в течение всего времени обработки. Затем продувают внутренние полости, каждую в отдельности, горячим азотом, при этом температура азота на входе магистрали обработки должна быть 50-60^oC, и давление азота на входе 0,05-0,2 кгс/см², время продувки составляет 6 - 7 часов.

После этого осуществляют циклическое вакуумирование полостей. Откачку каждой полости производят отдельно вакуумной системой, включающей в себя механический вакуумный насос, азотную ловушку, высоковакуумный насос, запорную арматуру, вакуумопроводы, вакуумный коллектор с элементами подсоединения к внутренним полостям двигателя.

После каждого цикла вакуумирования проводят продувку горячим азотом полости горючего, продолжительность которой составляет 15 - 20 мин, температура азота на входе 50-60^oC. При этом полость окислителя и газовую заполняют азотом с избыточным давлением 0,5 кгс/см² и 0,2 кгс/см² соответственно.

Продолжительность двух первых циклов вакуумирования составляет 6 - 6,5 час каждого, а всех последующих - 4 - 4,5 час.

Термовакуумную обработку заканчивают исходя из следующих критериев. Во-первых, окончание обработки по каждой полости осуществляют индивидуально. После достижения в полости двигателя вакуума не ниже 1•10^-2 мм рт.ст. вакуумирование полости продолжают: полости окислителя еще 6 ч, а газовой и горючего еще не менее 12 час. Во-вторых, ведут контроль количества жидкости, которое сливается из азотной ловушки при ее размораживании при окончании цикла вакуумирования. При этом полость окислителя должна показать отсутствие жидкости, полость горючего- не более 40 мл, а газовая полость - 5 мл. В-третьих, проводят контроль паров углеводородов в полости горючего и газовой полости. В газовой полости их количество не должно быть более 200 мг/м³, в полости горючего - не более 350 мг/м³.

При выполнении всех трех критериев термовакуумирование прекращают. Если же какой-либо параметр не достигается, то производят очередной цикл вакуумирования.

Способ предназначен для очистки внутренних полостей жидкостных ракетных двигателей после огневых испытаний. Осуществляют механический слив. Затем выполняют механический слив с продувкой полостей азотом или воздухом. Двигатель помещают в камеру и нагревают до 40-50^oС. Эту температуру поддерживают в течение дальнейшей обработки. Далее выполняют термовакуумирование в несколько циклов. Между циклами продувают горячим азотом полости горючего. Обработку заканчивают при выполнении трех условий. Необходимо достигнуть вакуум в полостях 1•10^-2 мм рт.ст. Азотная ловушка должна показать определенное количество жидкости после размораживания. Количество углеводородов в полости горючего и газовой полости не должно превышать заданного. Способ позволяет удалить остатки топлива из двигателя без разборки с получением той степени очистки, которая требуется для данного типа двигателя.

Способ очистки внутренних полостей жидкостных ракетных двигателей после огневых испытаний, при котором осуществляют механический слив остатков топливной жидкости, после которого выполняют механический слив с продувом внутренних полостей, отличающийся тем, что продув внутренних полостей производят азотом или воздухом, затем размещают двигатель в камере, нагревают его до температуры 40 - 50^oC, которую поддерживают в течение всей последующей обработки, осуществляют продувку внутренних полостей горячим азотом и затем циклическое термовакуумирование, при этом после каждого цикла выполняют продувку горячим азотом полости горючего и заполнение полостей газовой и окислителя азотом с избыточным давлением, и прекращают термовакуумную обработку, исходя из следующих критериев: контролируют величину вакуума в полостях двигателя и по достижении вакуума не ниже 1 • 10^-2 мм рт.ст. его поддерживают в полости окислителя не менее 6 ч, и в полости газовой и горючего - не менее 12 ч, контролируют наличие и количество жидкости в азотной ловушке, причем ловушка, установленная на выходе из полости окислителя, должна показать отсутствие жидкости, в ловушке, установленной на газовой полости, ее не должно быть более 5 мл, и в ловушке полости горючего - не более 40 мл, и контролируют концентрацию паров углеводородов, которая в полости горючего не должна быть более 350 мг/м³ и в газовой полости - не более 200 мг/м³.