ШАРНИРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2006 года по МПК F16L27/02 F02K9/44 

Область техники

Изобретение относится к ракетостроению и, в частности, к поворотным соединениям трубопроводов, используемых преимущественно на ракетах для подачи горючего и пускового горючего в отклоняемые рулевые агрегаты жидкостных ракетных двигателей.

Предшествующий уровень техники

Известна конструкция шарнирного соединения узла, обеспечивающего подвод компонентов топлива к качающейся камере жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) (см. патент Англии № 1099423, НКИ 51(1) А, 1968 г.). Шарнирное соединение включает полую цапфу, расположенную на осях качания и жестко прикрепленную к ним. Цапфа опирается на радиально-упорный подшипник, установленный в охватывающем цапфу неподвижном патрубке соединения. В конструкцию узла также входят уплотнительные элементы, исключающие отток компонента топлива из соединения.

Такое соединение широко применяется в ракетной технике, однако оно не приспособлено для протока через шарнирное соединение двух компонентов топлива, герметично изолированных друг от друга.

Прототипом заявляемого изобретения является узел подвода одного из компонентов топлива (окислителя или горючего) к рулевым качающимся камерам ЖРД РД-107 (см. Альбом конструкций ЖРД, составленный под руководством В.П.Глушко, Военное издательство Минобороны СССР, М., 1969, с.58, фиг.124 и 125). Узел подвода выполнен по типу шарнирного соединения трубопроводов и включает два коленообразных патрубка, один из которых является цапфой, установленных с возможностью их относительного кругового смещения в одной плоскости, подшипниковый узел, установленный между внутренними участками коленообразных патрубков, который включает два центрирующих и один радиально-упорный подшипники, разнесенные по длине соединения, и уплотнительные элементы, установленные на цапфе между центрирующими подшипниками, и торцевое уплотнение, размещенное между неподвижным коленом и концевым участком цапфы.

Такое шарнирное соединение также как и предыдущее расчитано на пропуск одного компонента.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого изобретения является создание такого шарнирного соединения трубопроводов, которое обеспечивало бы подачу основного-штатного горючего и подачу пускового (самовоспламеняющегося с окислителем) горючего в рулевые агрегаты ЖРД.

Технический результат состоит в замене существующей сложной системы зажигания компонентов топлива рулевых агрегатов ЖРД на зажигание химическое. Это позволит сократить время подготовки ракеты к пуску, уменьшить обслуживающий персонал и обеспечить возможность запуска с космодромов зарубежного базирования.

Поставленная задача решена за счет того, что в шарнирном соединении трубопроводов, включающем корпус, соединенный с неподвижным коленообразным патрубком, и поворотный коленообразный патрубок-цапфу, установленный с возможностью относительного кругового смещения в одной плоскости относительно корпуса, подшипниковый узел, установленный между корпусом шарнирного соединения и поворотным коленообразным патрубком-цапфой и включающий два центрирующих и один радиально упорный подшипники, разнесенные по длине корпуса, и уплотнительные элементы, установленные в кольцевом зазоре и по торцу между указанными участками патрубков, внутри шарнирного соединения, соосно с ним, установлен второй трубопровод, один конец которого жестко соединен с одним из коленообразных патрубков, а в ответном коленообразном патрубке, соосно с указанным соединением выполнено глухое отверстие, в которое по скользящей посадке вставлен наконечник второго трубопровода, причем между сопрягаемыми поверхностями глухого отверстия и наконечника размещено уплотнение, а концевые участки второго трубопровода через каналы, выполненные в теле указанных коленообразных патрубков, соединены с подводящим и отводящим штуцерами.

Другими отличиями заявляемого устройства является то, что:

- один из концевых участков второго трубопровода жестко закреплен в неподвижном коленообразном патрубке;

- один из концевых участков второго трубопровода жестко закреплен в поворотном подвижном коленообразном патрубке-цапфе;

- уплотнительные элементы выполнены в виде одной или нескольких манжет, размещенных между центрирующими подшипниками, и мембраны, периферийный участок которой герметично закреплен в корпусе шарнирного соединения, а свободный участок ее контактирует с торцем поворотного коленообразного патрубка-цапфы;

- концевой свободный участок второго трубопровода выполнен из антифрикционного материала и образует с цилиндрической поверхностью глухого отверстия "подшипник скольжения";

- второй трубопровод выполнен составным по длине и включает в себя наконечник, трубку и штуцер, герметично соединенные между собой.

Краткое описание чертежей

Суть изобретения поясняется фиг.1 и 2.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство и его компоновка на качающейся камере.

На фиг.2 - конструкция шарнирного соединения трубопровода.

На фиг.3 - конструкция трубопровода, установленного во внутренней полости шарнирного соединения трубопровода.

Пример реализации изобретения

Шарнирное соединение трубопровода 1 подвода основного и пускового горючего к качающейся камере 2 рулевого агрегата ЖРД (фиг.1) содержит поворотный коленообразный патрубок-цапфу 3, который соединен с площадкой 4, закрепленной на камере 2, и неподвижный коленообразный патрубок 5, соединенный с опорой 6 корпуса ракеты (не показано). Внутри шарнирного соединения трубопровода 1 расположен второй трубопровод 7 (трубопровод пускового горючего), выход которого соединен с пусковыми форсунками 8, установленными в камере сгорания 9. К площадке 4 камеры 2 присоединен также другой шарнирный узел 10, через который осуществляется подвод окислителя в камеру сгорания 9.

Неподвижный коленообразный патрубок 5 (фиг.2) снабжен фланцем 11, который с помощью шпилек 12 и гаек 13 прикреплен к корпусу 14. Корпус 14 в свою очередь, через силовой кронштейн 15, соединен с опорой 6 (фиг.1) силовой рамы ракеты. Поворотный коленообразный патрубок-цапфа 3 установлен относительно корпуса 14 на радиально-упорных подшипниках 16 и 17 и имеет возможность вращения относительно него и оси О-О соединения.

В корпусе 14 установлен также силовой радиально-упорный подшипник 18, который воспринимает тягу от качающейся камеры 2.

Внутренняя полость 19 соединения герметизирована от окружающей среды с помощью уплотнительных прокладок 20, 21 и манжетных уплотнений 22 и 23, размещенных на поворотном коленообразном патрубке-цапфе 3 между радиально-упорными подшипниками 16 и 17 и пружинящей фасонной мембраной 24, периферийный участок которой герметично соединен с фланцем 11, а другой ее участок прижат к торцовой поверхности поворотного коленообразного патрубка-цапфы 3.

Во внутренней полости 19 соединения концентрично оси О-О установлен второй трубопровод 7 (трубопровод пускового горючего).

Один из его концевых участков 25 вставлен в сквозное отверстие 26, выполненное в неподвижом коленообразном патрубке 5, и герметично закреплен в нем.

Другой конец 27 второго трубопровода 7 свободно установлен в глухом отверстии 28, выполненном в поворотном коленообразном патрубке-цапфе 3. Концевой участок 27 второго трубопровода 7 установлен в отверстии 28 по скользящей посадке и образует вместе с ним "подшипник скольжения". На цилиндрической поверхности концевого участка 27 (фиг.2 и 3) выполнена кольцевая проточка 29, в которую вставлена уплотнительная прокладка 30. Она предназначена для изолирования двух топливных магистралей друг от друга.

В теле поворотного коленообразного патрубка-цапфы 3 также выполнен канал 31, который соединяет глухое отверстие 28 с отводящим штуцером 32.

Второй трубопровод 7(фиг.3) состоит из трубки 33, переходника 34, в который ввернут наконечник 35, втулки 36 и штуцера 37. Переходник 34 соединен с трубкой 33 посредством сварки. Трубка 33 соединена со втулкой 36 также сваркой. В другой конец втулки 36 через уплотнительную прокладку 38 ввернут штуцер 37 подвода пускового горючего из пускового бачка (не показано).

Наконечник 35, с целью уменьшения трения и задираемости материала при вращении его в отверстии поворотного коленообразного патрубка-цапфы 3, изготовленного, например из стали, выполняется из высокопрочной бронзы, способной выдерживать усилие от крутящего момента, возникающего от трения уплотнительного кольца 30 о металлические поверхности сопрягаемых деталей.

В частном случае, жесткое закрепление второго трубопровода 7 можно выполнять на поворотном коленообразном патрубке-цапфе 3, а вращающийся его наконечник 35 устанавливать в глухом отверстии, выполненном в теле неподвижного коленообразного патрубка 5.

Кроме того, второй трубопровод можно выполнять цельноточенным без бронзового наконечника или цельноточенным из антифрикционного материала.

Втулку 36 можно также выполнять цельноточенной совместно со штуцером 37, исключая тем самым уплотнение между ними.

Работа устройства

Основное горючее из топливной системы двигателя подается на вход неподвижного коленообразного патрубка 5, входит во внутреннюю полость 19 соединения и через поворотный коленообразный патрубок-цапфу 3 поступает в камеру 2. Одновременно пусковое горючее из пускового бачка (не показано) подводится к входному штуцеру 37, а из него поступает во второй трубопровод 7. Далее это горючее из глухого отверстия 28 поворотного коленообразного патрубка-цапфы 3 по каналу 31, штуцеру 32 и через жесткий трубопровод (не показан), идущий от штуцера к камере, поступает к соответствующим пусковым форсункам 8 камеры сгорания 9.

При качании камеры поворотный коленообразный патрубок-цапфа 3 вместе с камерой 2 совершает круговые перемещения вокруг оси О-О относительно корпуса 14 соединения 1 и наконечника 35 второго трубопровода. Уплотнительная прокладка 30, размещенная в канавке 29 наконечника 35, совершает круговые перемещения или по поверхности глухого отверстия 28 в поворотном коленообразном патрубке-цапфе 3, или по поверхности канавки наконечника 35.

Предлагаемое шарнирное соединение с двумя топливными магистралями отличается простотой по конструкции, обладает высокой надежностью в работе и практически не увеличенными габаритами.

Промышленная применимость

Заявленное шарнирное соединение предназначено для использования в ракетной технике, в частности в двигательном отсеке первой ступени ракеты-носителя "Союз".

Шарнирное соединение трубопроводов предназначено для использования в области ракетостроения. Шарнирное соединение включает корпус. Последний соединен с неподвижным коленообразным патрубком. Внутри шарнирного соединения соосно с ним установлен второй трубопровод. Один конец последнего жестко соединен с одним из коленообразных патрубков. В ответном коленообразном патрубке соосно с указанным соединением выполнено глухое отверстие. В последнее по скользящей посадке вставлен наконечник второго трубопровода. Между сопрягаемыми поверхностями глухого отверстия и наконечника размещено уплотнение. Концевые участки второго трубопровода через выполненные в теле указанных коленообразных патрубков каналы соединены с подводящим и отводящим штуцерами. Обеспечивается повышение надежности соединения. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шарнирное соединение трубопроводов, включающее корпус, соединенный с неподвижным коленообразным патрубком, и поворотный коленообразный патрубок-цапфу, установленный с возможностью относительного кругового смещения в одной плоскости относительно корпуса, подшипниковый узел, установленный между корпусом шарнирного соединения и поворотным коленообразным патрубком-цапфой, включающий два центрирующих и один радиально-упорный подшипники, разнесенные по длине корпуса, и уплотнительные элементы, установленные в кольцевом зазоре и по торцу между указанными участками патрубков, отличающееся тем, что внутри шарнирного соединения соосно с ним установлен второй трубопровод, один конец которого жестко соединен с одним из коленообразных патрубков, а в ответном коленообразном патрубке соосно с указанным соединением выполнено глухое отверстие, в которое по скользящей посадке вставлен наконечник второго трубопровода, причем между сопрягаемыми поверхностями глухого отверстия и наконечника размещено уплотнение, а концевые участки второго трубопровода через каналы, выполненные в теле указанных коленообразных патрубков, соединены с подводящим и отводящим штуцерами.2. Шарнирное соединение по п.1, отличающееся тем, что один из концевых участков второго трубопровода жестко закреплен в неподвижном коленообразном патрубке.3. Шарнирное соединение по п.1, отличающееся тем, что один из концевых участков второго трубопровода жестко установлен в поворотном коленообразном патрубке-цапфе.4. Шарнирное соединение по п.1, отличающееся тем, что уплотнительные элементы выполнены в виде одной или нескольких манжет, размещенных между центрирующими подшипниками, и мембраны, периферийный участок которой герметично закреплен в корпусе, а свободный участок ее контактирует с торцом поворотного коленообразного патрубка-цапфы.5. Шарнирное соединение по п.1, отличающееся тем, что концевой свободный участок второго трубопровода выполнен из антифрикционного материала и образует совместно с цилиндрической поверхностью глухого отверстия "подшипник скольжения".6. Шарнирное соединение по п.1, отличающееся тем, что второй трубопровод выполнен составным по длине и включает в себя наконечник, трубку и штуцер, герметично соединенные между собой.