СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2009 года по МПК F02K9/96 G01M15/14 

Область техники

Техническое решение относится к стендам для испытания жидкостных ракетных двигателей большой мощности.

Предшествующий уровень техники

Известен стенд для испытания жидкостных ракетных двигателей, выполненный в виде цилиндрического корпуса со смонтированным в нем горизонтально расположенным перекрытием, выполненным с отверстиями. Причем перекрытие установлено так, что образует в нижней части корпуса закрытый резервуар для технологической воды, а над перекрытием располагается газожидкостная камера для гашения высоконапорного потока парогазожидкостной смеси, истекающего из газодинамического тракта. Резервуар сообщается с газожидкостной камерой через отверстия на перекрытии, сообщение с атмосферой газожидкостной камеры и резервуара осуществляется через трубу рассеивания, установленную на цоколе.

Цоколь трубы рассеивания расположен симметрично относительно вертикальной оси цилиндрического корпуса гидрогасителя. Газожидкостная камера сверху закрыта усиленной кровлей, исключающей загазовывание прилегающей к стенду промплощадки (смотри описание изобретения по патенту RU №2020449 стр.3 строки 20-40, МКИ G01М 15/00 от 30.09.94 г.). Это техническое решение принимаем за аналог предлагаемого изобретения.

Недостатком аналога является то, что ресурс его работы ограничен временем между сливом технологической воды для удаления осадка продуктов неполного сгорания углеводородного топлива и прекращением испытаний ракетных двигателей до заполнения водой резервуара после удаления осадка.

Прототипом предлагаемого технического решения является стенд для испытания жидкостных ракетных двигателей, содержащий цилиндрический корпус с горизонтально расположенным в нем перекрытием, выполненным с отверстием, причем перекрытие установлено в корпусе с образованием размещенного под перекрытием закрытого резервуара с водой и расположенной над перекрытием газожидкостной камеры, сообщенной с резервуаром через отверстие в перекрытии и с выходным участком газодинамического тракта, сообщенную с атмосферой трубу рассеивания, расположенную в газожидкостной камере симметрично относительно вертикальной оси цилиндрического корпуса и соединенную своей нижней частью с перекрытием, и насосную систему подвода и отвода воды и систему для удаления продуктов неполного сгорания из резервуара. Эта система включает фальшдно, которое расположено под перекрытием. Фальшдно представляет собой силовую конструкцию, набранную из накопительных карманов. Накопительные карманы расположены в секторах, образованных горизонтальными и вертикальными элементами силового каркаса и перегородками. Силовой каркас закреплен на днище резервуара (см. описание изобретения по патенту РФ №2020449, МКИ G01M 15/00 от 30.09.94).

Недостатком прототипа является довольно сложная и громоздкая конструкция фальшдна, на которое оседают продукты неполного сгорания (осадок в виде сажи). Кроме того, эта конструкция обладает низкой надежностью и может быть разрушена от усталостных нагрузок, обусловленных действием на нее мощных низкочастотных вибраций при огневых испытаниях мощных жидкостных ракетных двигателей и при работе мощных насосов системы подвода и отвода воды. Это существенно снижает ресурс работы стенда.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции устройства, обеспечивающего удаление продуктов неполного сгорания с дна резервуара за счет удаления осадка продуктов сгорания без слива воды и увеличение ресурса работы устройства.

Эта задача решена за счет того, что в стенде для испытания жидкостных ракетных двигателей, содержащем цилиндрический железобетонный корпус с горизонтально расположенным в нем железобетонным перекрытием, в котором выполнены отверстия, находящиеся на его периферии, причем под указанным перекрытием расположен резервуар для технологической воды, а над ним образована газожидкостная камера, в которой установлен по касательной к внутренней стенке цилиндрического железобетонного корпуса участок газодинамического тракта, при этом газожидкостная камера соединена с резервуаром через насосы большой производительности, кроме того, соосно с указанным корпусом на перекрытии установлен железобетонный цоколь с окнами для отвода выхлопных газов, а на нем закреплена труба рассеивания, кроме того, в резервуаре установлено устройство для удаления продуктов неполного сгорания с его дна, которое включает всасывающий трубопровод, соединенный с водяным насосом, и заборный патрубок, установленный над полом, кроме того, в качестве водяного насоса, засасывающего продукты неполного сгорания с дна резервуара, применен эжектор, форкамера которого соединена со всасывающим трубопроводом, а его сопло соединено с выходом многосекционного насоса, причем выход из эжектора подстыкован к входу насоса, засасывающего воду из резервуара, а заборник всасывающего трубопровода выполнен в виде патрубка, на цилиндрической поверхности которого расположен ряд отверстий, а его торец закрыт заглушкой, причем указанный патрубок помещен в приямок, выполненный в центре дна резервуара, над приямком установлена коническая крышка, причем между торцом конической крышки и поверхностью дна резервуара образован зазор, а поверхность пола выполнена наклонной к центру.

Другими отличиями предлагаемого технического решения являются:

- угол наклона поверхности дна к центру резервуара составляет 10-15°;

- сопло эжектора выполнено многоствольным;

- в заборном устройстве применен вращающийся вокруг оси резервуара скребок для сбора осадка, закрепленный на штанге, другой конец которой закреплен на внешней обойме подшипника скольжения, установленного на наружной поверхности заборного патрубка, штанга соединена с приводом, в качестве которого использовано сегнерово колесо;

- величина зазора между торцом конической крышки и дном резервуара выбрана таким образом, чтобы обеспечить необходимое разрежение при работе эжектора.

Технический результат - повышение эффективности работы заборного устройства, удаляющего осадок с наклонного дна резервуара с использованием эжектора.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен стенд для испытания жидкостных ракетных двигателей в вертикальном сечении; на фиг.2 представлено сечение по А-А фиг.1; на фиг.3 представлен фрагмент 1 увеличенного сечения А-А, на фиг.4 представлено увеличенное сечение фрагмента П фиг.3; на фиг.5 представлено сечение эжектора.

Пример реализации изобретения

Стенд для испытания жидкостных ракетных двигателей (фиг.1) включает железобетонный цилиндрический корпус 1 с расположенным внутри него железобетонным перекрытием 2, имеющим отверстия 3. Эти отверстия расположены на периферии железобетонного перекрытия 2. Над перекрытием 2 образована газожидкостная камера 4, а под ним - резервуар 5 для технологической воды. В корпусе 1 симметрично его оси расположен железобетонный цоколь 6, на котором закреплена металлическая труба рассеивания 7. Цоколь 6 имеет ряд окон 8 для отвода газов в трубу рассеивания 7. Газожидкостная камера 4 сверху закрыта усиленной кровлей 9. В эту камеру помещен выходной участок газодинамического тракта 10, который установлен по касательной к внутренней поверхности газожидкостной камеры 4. Газодинамический тракт 10 соединен с резервуаром 5 через водяные насосы 11 большой производительности (7-10 м³/с). В стенде имеется также устройство для сбора продуктов неполного сгорания (осадка в виде сажи) с дна 12 резервуара 5. Оно включает всасывающий трубопровод 13, заборный патрубок 14 и коническую крышку 15, закрепленную на заборном патрубке 14. Заборный патрубок 14 имеет ряд отверстий 16, а с торца закрыт заглушкой 17. Заглушка 17 может быть выполнена любой конструкции, но в данном случае она имеет коническую форму. Торец конической крышки 15 размещен над поверхностью дна 12 резервуара 5 с небольшим зазором 5. Величина зазора между торцом конической крышки 15 и дном 12 резервуара 5 выбрана таким образом, чтобы обеспечить необходимое разрежение. Дно 12 резервуара 5 выполнено наклонным к центру, причем угол уклона поверхности дна 12 к торцовой поверхности цилиндрического корпуса 1 составляет α=10-15°. В центре дна 12 имеется приямок 18, в который вставлен заборный патрубок 14. Всасывающий трубопровод 13 соединен с форкамерой 19 эжектора 20 (фиг.4). Сопло 21 эжектора 20 присоединено к выходу водяного многосекционного насоса 22. Далее выход эжектора 20 присоединен к другому насосу 23, забирающему воду из резервуара 5. Для повышения всасывающей способности эжектора 20 его сопло 21 выполнено многоствольным (не показано). В заборном устройстве применен вращающийся вокруг оси резервуара 5 скребок 24 для сбора осадка, закрепленный на штанге 25, другой конец которой закреплен на внешней обойме подшипника скольжения 26, установленного на наружной поверхности заборного патрубка 14. Штанга 25 соединена с приводом, в качестве которого использовано сегнерово колесо 27. Рабочая трубка 28 сегнерова колеса 27 соединена с многосекционным насосом 22 через трубопровод 29. Следует заметить, что в качестве привода скребка может быть использована любая известная конструкция, например асинхронные электродвигатели.

Такая система позволяет осуществлять удаление осадка без слива воды из стенда.

Работа устройства

Перед запуском жидкостного ракетного двигателя начинают работать насосы 11 и вода из резервуара 5 поступает в газодинамический тракт 10 и оттуда в газожидкостную камеру 4, а затем через отверстия 3 в перекрытии перетекает снова в резервуар 5. После запуска двигателя высоконапорный поток парогазожидкостной смеси истекает из выходного участка газодинамического тракта 10 в газожидкостную камеру 4, воздействуя на поверхность воды и закручивая ее. В газожидкостной камере 4 истекающий поток парогазожидкостной смеси охлаждается, снижается его скорость, отделяются частицы продуктов неполного сгорания (сажа), и сепарируется вода. Газ через газовые окна 8 и трубу рассеивания 7 выбрасывается в атмосферу и рассеивается. При отборе воды из резервуара 5 в нем понижается уровень и вода с продуктами неполного сгорания через отверстия 3 в перекрытии 2 перетекает в резервуар 5.

При расположении этих отверстий 3 в перекрытии 2 на его периферии вода, перетекая из газожидкостной камеры 4 в резервуар 5, закручивает в нем весь объем воды, образуя в центре воронку. Продукты неполного сгорания (осадок) собираются в вершине воронки, откуда осаждаются на наклонном дне 12 и сползают в приямок 18.

Удаление осадка производится после того, когда вода находится в спокойном состоянии. Для удаления осадка с дна резервуара 5 включается в работу эжектор 20, при этом в его сопло 21 подается вода из многосекционного насоса 22, а в форкамере 19, во всасывающем трубопроводе 13 и заборном заборном патрубке 14 создается разрежение. В результате чего осадок вместе с водой под действием перепада давления, созданного разрежением под конической крышкой 15 и столбом воды в резервуаре 5, проталкивается через зазор δ между конической крышкой 15 и дном 12, засасывается из приямка 18 в заборный патрубок 14, а из него по всасывающему трубопроводу 13 поступает в форкамеру 19 эжектора 20. Далее суспензия разжижается в смесительной камере эжектора 20, затем направляется на вход насоса 23, вход которого подключен к резервуару 5 с водой. Во входной магистрали этого насоса происходит окончательное перемешивание осадка с водой, что обеспечивает эффективную его работу. Из насоса 23 суспензия отправляется на утилизацию. Смещение осадка с наклонной поверхности дна 12 в приямок 18 осуществляется с помощью скребка 24. Скребок 24 вращается с помощью сегнерова колеса 27, в рабочую трубку 28 которого подается вода от многосекционного насоса 23 через трубопровод 29.

Произведены экспериментальные работы, которые подтвердили осаждение и накопление продуктов неполного сгорания углеводородного топлива жидкостных ракетных двигателей. Расчеты и эксперименты показали эффективность заборного устройства с использованием эжектора, а химические анализы показали допустимость концентрации суспензии к утилизации.

Промышленное применение

Предлагаемое изобретение может быть использовано на стендах, предназначенных для огневых испытаний мощных жидкостных ракетных двигателей, предпочтительнее кислородно-керосиновых.

Изобретение относится к стендам для испытания жидкостных ракетных двигателей большой мощности. Форкамера эжектора соединена с всасывающим трубопроводом, а его сопло соединено с выходом многосекционного насоса, причем выход из эжектора подстыкован к входу насоса, засасывающего воду из резервуара, а заборник всасывающего трубопровода выполнен в виде патрубка, на цилиндрической поверхности которого расположен ряд отверстий, а его торец закрыт заглушкой, причем указанный патрубок помещен в приямок, выполненный в центре дна резервуара, над приямком установлена коническая крышка, причем между торцом конической крышки и дном резервуара образован зазор, а поверхность дна выполнена наклонной к центру под острым углом. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы заборного устройства, удаляющего осадок с наклонного дна резервуара с использованием эжектора, и позволяет осуществлять удаление осадка без слива воды из стенда. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Стенд для испытания жидкостных ракетных двигателей, содержащий цилиндрический корпус с горизонтально расположенным в нем перекрытием, над которым образована газожидкостная камера, а под ним резервуар с технологической водой, причем газожидкостная камера соединена с резервуаром через отверстия в перекрытии, которые расположены на его периферии, кроме того, в этой камере установлен участок газодинамического тракта, расположенный по касательной к внутренней ее стенке, кроме того, в цилиндрическом корпусе резервуара выполнены окна для подачи воды, причем соосно с корпусом на перекрытии установлен цоколь с окнами для отвода выхлопных газов, на котором закреплена труба рассеивания, кроме того, в резервуаре установлено устройство для удаления продуктов неполного сгорания с дна резервуара, которое включает всасывающий трубопровод, соединенный с водяным насосом и заборный патрубок, установленный над полом, отличающийся тем, что в качестве водяного насоса применен эжектор, форкамера которого соединена с всасывающим трубопроводом, а его сопло соединено с выходом многосекционного насоса, причем выход из эжектора подстыкован к входу насоса, засасывающего воду из резервуара, а заборник всасывающего трубопровода выполнен в виде патрубка, на цилиндрической поверхности которого расположен ряд отверстий, а его торец закрыт заглушкой, причем указанный патрубок помещен в приямок, выполненный в центре дна резервуара, над приямком установлена коническая крышка, причем между торцом конической крышки и дном резервуара образован зазор, а поверхность дна выполнена наклонной к центру под острым углом.2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что угол уклона поверхности дна к центру резервуара составляет 10-15°.3. Стенд по п.1, отличающийся тем, что сопло эжектора выполнено многоствольным.4. Стенд по п.1, отличающийся тем, что в заборном устройстве применен скребок, закрепленный на штанге, вращательно установленной на внешней обойме подшипника скольжения, которая в свою очередь насажена на заборный патрубок, причем рабочая поверхность скребка касается поверхности дна резервуара.5. Стенд по п.1, отличающийся тем, что величина зазора между торцом конической крышки и дном резервуара выбраны таким образом, чтобы обеспечить необходимое разрежение при работе эжектора.6. Стенд по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический корпус, перекрытие и цоколь выполнены из железобетона.