ТУРБИНА ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК F02C7/12 F02K9/48 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в турбинах для жидкостных ракетных двигателей.

Известна турбина, содержащая корпус с рабочей камерой, каналом подвода рабочего тела и полостью охлаждения, сообщенной с каналами подвода охлаждающей среды, рабочее колесо с бандажом, размещенное в рабочей камере, и расположенные в корпусе кольцевая охлаждающая полость и каналы для подачи охлаждающей среды (Авторское свидетельство N 1188337, МКИ F 01 D 11/10, 1985).

Известна также турбина, в корпусе которой имеется канал подвода охлаждающей среды, сообщенный с кольцевой полостью подачи охлаждающей среды на рабочее колесо турбины. (Авторское свидетельство N 1537840, МКИ F 01 D 5/08, 1990)
В этих турбинах возможно возгорание при работе на активных окислительных газообразных средах.

Кроме того, известна турбина, в которой имеется корпус с рабочей камерой, каналом подвода рабочего тела и полостью охлаждения, сообщенной с каналами подвода охлаждающей среды, рабочее колесо, размещенное в рабочей камере, и расположенное в торцевой части рабочей камеры со стороны канала подвода рабочего тела средство для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо, выполненное в виде кольцевой камеры, сообщенной с кольцевыми щелями (Патент США N 3883263, НКИ 415-116, 1975).

Эта турбина предназначена для транспортных двигателей. В таком техническом решении сложно обеспечить надежную работу турбины по отношению к возможности возгорания при применении распространенных материалов для случая, когда в качестве рабочего тела применяется высокотемпературная окислительная среда, что имеет место в некоторых современных мощных ЖРД.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состояла в предотвращении аварийности и повышении надежности работы турбины, в которой в качестве рабочего тела используется высокотемпературный окислительный газ.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, состоит в предотвращении возгорания во внутренней полости турбины при работе на окислительном газе и повышении ресурса работы турбины.

Для решения поставленной задачи в известной турбине, содержащей корпус, в котором выполнены рабочая камера, канал подвода рабочего тела, сообщенный с рабочей камерой, полость охлаждения, канал подвода охлаждающей среды, сообщенный с полостью охлаждения, рабочее колесо, размещенное в рабочей камере, средство для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо, расположенное в торцевой части рабочей камеры со стороны канала подвода рабочего тела и выполненное в виде кольцевой камеры, сообщенной с кольцевой щелью, расположенной в корпусе и сообщенной с каналом подвода охлаждающей среды, согласно изобретению рабочее колесо снабжено бандажом, введена цилиндрическая втулка, выполненная из материала с теплопроводностью, большей, чем теплопроводность материала корпуса, и расположенная коаксиально рабочему колесу, в корпусе втулка закреплена с образованием охлаждающей полости, расположенной на наружной поверхности втулки, втулка выполнена длиной, большей, чем длина рабочего колеса, и установлена с выступом за его габариты в сторону канала подвода рабочего тела, а наружные поверхности кольцевой камеры и кольцевой щели средства для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо выполнены посредством внутренней поверхности выступающей части втулки.

Возможны дополнительные варианты выполнения изобретения, в которых целесообразно, чтобы:
- была введена проставка, выполненная из материала с большей теплопроводностью, чем теплопроводность материала корпуса, и установленная в корпусе со стороны канала подвода рабочего тела, внутренняя поверхность кольцевой щели средства для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо была выполнена посредством наружной поверхности проставки;
- втулка была выполнена составной из двух частей, которые закреплены между собой в плоскости кольцевой камеры средства для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо;
- втулка была выполнена из бронзы;
На фиг. 1 представлена турбина в продольном относительно канала подвода рабочего тела сечении;
на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, при выполнении наружной поверхности кольцевой щели посредством проставки;
на фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, при выполнении втулки из двух частей.

Турбина для жидкостного ракетного двигателя (фиг. 1) имеет корпус 1 с рабочей камерой 2 и каналом 3 подвода рабочего тела, рабочее колесо 4 с бандажом 5, размещенное в рабочей камере 2, и расположенную коаксиально рабочему колесу 4 втулку 6, неподвижно установленную в корпусе 1 с образованием полости 7 охлаждения, сообщенной с каналами 8 подвода охлаждающей среды (на фиг 2 показаны местными вырванными частями корпуса 1). В торцевой части рабочей камеры 2 со стороны канала подвода рабочего тела 3 расположено средство для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо 4, выполненное в виде кольцевой щели 9, сообщенной с кольцевой камерой 10 и связанной с каналами 8 подвода охлаждающей среды.

Кольцевая щель 9 образована концентричными и сопряженными между собой с гарантированным зазором поверхностями 11 и 12 втулки 6 и корпуса 1. Сопрягаемые поверхности 11 и 12 втулки и корпуса могут выполнятся цилиндрическими, коническими либо криволинейными.

Втулка 6 выполнена из материала с теплопроводностью большей, чем теплопроводность материала корпуса 1. Втулка 6 закреплена в корпусе 1 с образованием охлаждающей полости 7, расположенной над ее наружной поверхностью. Втулка 6 выполнена длиной, большей, чем длина рабочего колеса 4 вдоль продольной оси, и установлена с выступом за его габариты в сторону канала 3 подвода рабочего тела. Наружные поверхности кольцевой камеры 10 и кольцевой щели 9 средства для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо выполнены посредством внутренней поверхности выступающей части втулки 6.

В конструкцию (фиг. 2) может быть введена проставка 13, выполненная из материала с большей теплопроводностью, чем теплопроводность материала корпуса 1. Проставка 13 установлена в корпусе 1 со стороны канала 3 подвода рабочего тела. В этом варианте внутренняя поверхность кольцевой щели 9 средства для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо выполнена посредством наружной поверхности проставки 13.

Втулка 6 (фиг. 3) может быть выполнена составной из двух частей 14 и 15, которые закреплены в корпусе 1.

В описанной турбине в качестве охлаждающей среды может быть использован жидкий окислитель, подаваемый из полости 16.

При работе турбины жидкий окислитель из полости 16 через каналы 8 подается в кольцевую камеру 10 и через кольцевую щель 9 впрыскивается в рабочую полость 2. Одновременно жидкий кислород из полости 16 через каналы 8 подается в охлаждающую полость 7, обеспечивая охлаждение втулки 6. Благодаря наличию кольцевой щели 9 обеспечивается непрерывность подачи охладителя по всему диаметру рабочего колеса 4 в зону осевого зазора между бандажом и неподвижными частями корпуса 1. Это повышает эффективность охлаждения рабочего колеса 4 и предотвращает возможность возгорания материалов конструкции в рабочей камере 2.

Наиболее успешно заявленная турбина для жидкостного ракетного двигателя может быть использована в энергетическом машиностроении, в двигателях, функционирующих на активных окислительных газообразных средах.

Турбина преимущественно для жидкостного ракетного двигателя содержит корпус, в котором выполнены рабочая камера, канал подвода рабочего тела, сообщенный с камерой, полость охлаждения, сообщенный с ней канал подвода охлаждающей среды. В торцевой части рабочей камеры со стороны канала подвода рабочего тела расположено средство для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо, выполненное в виде кольцевой камеры, сообщенной с кольцевой щелью, расположенной в корпусе, и с каналом подвода охлаждающей среды. Турбина содержит также втулку, выполненную из материала с теплопроводностью, большей, чем теплопроводность материала корпуса, и расположенную коаксиально рабочему колесу. Втулка закреплена в корпусе с образованием охлаждающей полости, расположенной на ее наружной поверхности, выполнена длиной, большей, чем длина рабочего колеса, и установлена с выступом за его габариты в сторону канала подвода рабочего тела. Наружные поверхности кольцевой камеры и кольцевой щели средства для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо выполнены посредством внутренней поверхности выступающей части втулки. Рабочее колесо снабжено бандажом и расположено в корпусе. Такое выполнение турбины предотвращает возгорание в ее внутренней полости при работе на окислительном газе. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Турбина преимущественно для жидкостного ракетного двигателя, содержащая корпус, в котором выполнены рабочая камера, канал подвода рабочего тела, сообщенный с рабочей камерой, полость охлаждения, канал подвода охлаждающей среды, сообщенный с полостью охлаждения, рабочее колесо, размещенное в рабочей камере, средство для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо, расположенное в торцевой части рабочей камеры со стороны канала подвода рабочего тела и выполненное в виде кольцевой камеры, сообщенной с кольцевой щелью, расположенной в корпусе и сообщенной с каналом подвода охлаждающей среды, отличающаяся тем, что рабочее колесо снабжено бандажом, введена втулка, выполненная из материала с теплопроводностью, большей, чем теплопроводность материала корпуса, и расположенная коаксиально рабочему колесу, втулка закреплена в корпусе с образованием охлаждающей полости, расположенной на наружной поверхности втулки, втулка выполнена длиной, большей, чем длина рабочего колеса, и установлена с выступом за его габариты в сторону канала подвода рабочего тела, а наружные поверхности кольцевой камеры и кольцевой щели средства для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо выполнены посредством внутренней поверхности выступающей части втулки. 2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что введена проставка, выполненная из материала с большей теплопроводностью, чем теплопроводность материала корпуса, установленная в корпусе со стороны канала подвода рабочего тела, и внутренняя поверхность кольцевой щели средства для подачи охлаждающей среды на рабочее колесо выполнена посредством наружной поверхности проставки. 3. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что втулка выполнена составной из двух частей, которые закреплены в корпусе. 4. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что втулка выполнена из бронзы.