ХОМУТ КРОНШТЕЙНА КРЕПЛЕНИЯ АГРЕГАТА К ТРУБОПРОВОДУ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2021 года по МПК F02K9/60 F16L47/04 

Изобретение относится к устройствам крепления агрегатов к трубопроводам жидкостных ракетных двигателей, в которых выдвигаются повышенные требования в надежности крепления в условиях повышенных вибраций трубопроводов и повышенных температур рабочих сред в трубопроводах, в которых обеспечение надежности крепления является всегда актуальным, особенно для жидкостных ракетных двигателей с дожиганием с высокотемпературными трубопроводами.

Известны хомуты кронштейнов крепления агрегатов к трубопроводам, содержащие в виде кольца с возможностью охвата цилиндрической части трубопровода стяжку, с выполненной на ее на концах полками с сквозными в них отверстиями, с расположенными в них крепежными элементами (см. хомут ARS фирмы NORMA Group).

Известный хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу из-за наличия одного кольца малой толщины позволяет деформировать хомут при монтажных демонтажных операциях. При использовании хомута в условиях жидкостного ракетного двигателя со значительными вибрациями приходится выполнять кольцо со значительной толщиной материала. Такой хомут допускает монтажные - демонтажные работы с ним вдоль продольной оси трубопровода, что не всегда удобно для монтажных - демонтажных операций в условиях малых габаритов в отсеке жидкостного ракетного двигателя. При снятии хомута с трубопровода в плоскости, перпендикулярной продольной оси трубопровода, для обеспечения снятия хомута без риска повреждения хомута или трубопровода при изгибе кольца приходится кольцо выполнять минимальной толщины, что делает его малопригодным для использования в кронштейнах крепления агрегатов к трубопроводам жидкостных ракетных двигателей.

Известен также хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя, содержащий симметрично относительно трубопровода и плоскости разъема скрепленные в виде пары полуколец с возможностью охвата цилиндрической части трубопровода две стяжки, с выполненными в них на концах полуколец полками со сквозными в них отверстиями, с расположенными в них крепежными элементами, взаимодействующими с полками, по меньшей мере, одна из стяжек пары которых снабжена стойкой с узлом для крепления монтируемых на трубопроводе агрегатов жидкостного ракетного двигателя (см. материалы патента РФ 2524483 от 20.02.2013 F02K 9/60, фиг. 1, фиг. 27, позиция 46, фиг. 28, вид И) - прототип.

Известный хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу из-за наличия двух колец позволяет монтировать - демонтировать хомут при монтажных - демонтажных операциях снятия и установки закрепленного за трубопровод агрегата жидкостного ракетного двигателя, перемещая кольца полками на расстояние друг от друга со снятием крепежных элементов. Однако, такой хомут требует стабильных и не слишком отличных от номинального начального значения температур хомута и трубопровода при эксплуатации, в связи с чем он имеет ограниченные функциональные возможности для крепления агрегатов на высокотемпературных трубопроводах жидкостного ракетного двигателя с дожиганием генераторного газа. При нагреве высокотемпературного трубопровода с установленным на нем агрегатом в процессе запуска жидкостного ракетного двигателя с дожиганием происходит нагрев колец хомута и полок на их концах из-за передачи тепла через контакт с трубопроводом, и далее нагрев крепежных элементов. При их тепловом расширении от начального низкотемпературного состояния предварительная затяжка резьбовых соединений крепежных элементов уменьшается, а в худшем случае исчезает совсем, чем снижается сжатие колец во время работы, в связи с чем положение закрепленного хомутом агрегата может быть нарушено. Для повышения надежности соединения хомута с трубопроводом приходится подбирать материалы, что не всегда оправданно. Для современных жидкостных ракетных двигателей с дожиганием требование компактного размещения агрегатов при компоновке является одним из определяющих, так же как и требование минимальных длин трубопроводов. Из-за невозможности крепления агрегатов с помощью известных хомутов на высокотемпературных трубопроводах, имеющих максимальные диаметры с большой жесткостью, в том числе и на высокотемпературных трубопроводах камеры жидкостного ракетного двигателя с дожиганием, что упростило бы компоновку жидкостного ракетного двигателя с дожиганием, приходится неоправданно увеличивать длины трубопроводов, связанные с раскреплением агрегатов на низкотемпературных трубопроводах, приводящие к энергетическим потерям и росту массы. Крепление с помощью сварки агрегатов к высокотемпературным трубопроводам нарушает однородность материала стенки высокотемпературного трубопровода, усложняет контроль целостности высокотемпературного трубопровода, делает невозможным демонтаж закрепленного агрегата при его замене. Кроме того, размещение агрегатов на низкотемпературных магистралях на удалении от центра масс жидкостного ракетного двигателя с дожиганием приводит к неоправданному увеличению момента инерции жидкостного ракетного двигателя с дожиганием, что ухудшает динамические характеристики двигателя и ракеты в целом, приводит к потере энергии на управление. Поэтому, разработка хомута кронштейна крепления агрегата к высокотемпературному трубопроводу жидкостного ракетного двигателя с дожиганием является актуальной задачей.

Указанное техническое решение не позволяет расширить функциональные возможности, снижает надежность соединений при креплении хомута на трубопроводе с изменяемой в процессе работы температурой от низкой исходной до высокой с течением времени, и не позволяет снизить номенклатуру применяемых материалов.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, расширение функциональных возможностей, повышение надежности соединений при креплении хомута на трубопроводе с изменяемой в процессе работы температурой от низкой исходной до высокой с течением времени, и снижение номенклатуры применяемых материалов, что важно для снижение материальных затрат при изготовлении двигателя.

Приведенные выше недостатки исключены в предполагаемом изобретении.

Хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя, содержащий симметрично относительно трубопровода и плоскости разъема скрепленные в виде пары полуколец с возможностью охвата цилиндрической части трубопровода две стяжки, с выполненными в них на концах полуколец полками с сквозными в них отверстиями, с расположенными в них крепежными элементами, взаимодействующими с полками, по меньшей мере одна из стяжек пары которых снабжена стойкой с узлом для крепления монтируемых на трубопроводе агрегатов жидкостного ракетного двигателя, при этом в нем полки первой стяжки выполнены на удалении от плоскости разъема в зоне размещения второй стяжки, а полки второй стяжки выполнены на удалении от плоскости разъема в зоне размещения первой стяжки, а крепежные элементы выполнены в виде шпилек с установленными на их концах парами гаек, первые из которых в средней части шпильки взаимодействуют с поверхностями полок со стороны плоскости разъема и трубопровода, а вторые с поверхностями полок с внешних частей стяжек.

Указанная задача предлагаемого изобретения также достигается тем, что в нем полки первой и второй стяжек выполнены в виде перпендикулярных плоскости разъема пар полуцилиндрических обечаек с профилями разных радиусов с зеркальным расположением их на первой и второй стяжках с возможностью вхождения меньших по диаметру полуцилиндрических обечаек в большие по диаметру при сборке, снабженных полосками, примыкающими одной стороной к полуцилиндрическим обечайкам по их образующим, а вторыми профилированными по наружным диаметрам полуколец стяжек сторонами к наружным поверхностям полуколец стяжек.

Предлагаемое изобретение представлено на чертеже фиг. 1-12 (на фиг. 1 - аксонометрический вид на хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя с дожиганием, где показаны основные сборочные единицы и детали кронштейна, на фиг. 2 - вид сверху на жидкостный ракетный двигатель с дожиганием с установленным хомутом кронштейна на высокотемпературном трубопроводе камеры, на фиг. 3 - местный вид на место крепления клапана с магистралью минимальной длины на высокотемпературном трубопроводе камеры, на фиг. 4 - вид сбоку на хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя с дожиганием, на фиг. 5 - вид сверху на хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя с дожиганием с разрезом А-А и разрезом Б-Б, на фиг. 6 - продольный разрез А-А хомута кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя с дожиганием, на фиг. 7 - поперечный разрез Б-Б хомута кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя с дожиганием с изображением частей хомута для установки и крепления клапана, фиг. 8 - схема сборки хомута кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя с дожиганием с последовательным расположением полки первой стяжки, полки второй стяжки со сквозными в них отверстиями, образованными изогнутыми профильными элементами с возможностью вхождения профильных элементов один в другой, на фиг. 9 - аксонометрический вид на промежуточное положение полок первой стяжки относительно полок второй стяжки в начале сборки без крепежных элементов, на фиг. 10 - аксонометрический вид на конечное положение полок первой стяжки относительно полок второй стяжки в конце сборки без крепежных элементов, на фиг. 11 - проекционный вид на конечное положение полок первой стяжки относительно полок второй стяжки в конце сборки без крепежных элементов и поперечные их разрезы В-В и Г-Г, на фиг. 12 - разрез В-В первой стяжки по ее полкам и разрез Г-Г второй стяжки по ее полкам в конце сборки без крепежных элементов), где показаны следующие агрегаты:

1. Первая стяжка;

2. Полукольцо;

3. Первая полка;

4. Трубопровод;

5. Вторая полка;

6. Первая полуцилиндрическая обечайка;

7. Наружный диаметр;

8. Шпилька;

9. Полоска;

10. Первая сторона полоски;

11. Образующая первой полуцилиндрической обечайки;

12. Вторая сторона полоски;

13. Наружная часть первого полукольца;

14. Второй конец полоски;

15. Наружная поверхность первого полукольца;

16. Вторая полуцилиндрическая обечайка;

17. Наружный диаметр;

18. Полоска;

19. Первая сторона полоски;

20. Образующая второй полуцилиндрической обечайки;

21. Вторая сторона полоски;

22. Второй конец полоски;

23. Вторая стяжка;

24. Полукольцо;

25. Первая полка;

26. Вторая полка;

27. Первая полуцилиндрическая обечайка;

28. Наружный диаметр;

29. Полоска;

30. Первая сторона полоски;

31. Образующая первой полуцилиндрической обечайки;

32. Вторая сторона полоски;

33. Наружная часть;

34. Второй конец полоски;

35. Наружная поверхность;

36. Вторая полуцилиндрическая обечайка;

37. Наружный диаметр;

38. Плоскость;

39. Плоскость разъема;

40. Продольная ось симметрии полукольца;

41. Стойка;

42. Хомут;

43. Клапан;

44. Трубопровод;

45. Полость горючего смесительной головки камеры;

46. Камера;

47. 48 Гайка;

49, 50. Шайба;

51. Продольная ось симметрии шпильки;

52, 53. Гайка;

54, 55. Шайба.

Хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя, содержит первую стяжку 1 в виде полукольца 2 с первой полкой 3, установленного концентрично относительно трубопровода 4, и второй полкой 5 на другом конце полукольца 2. Первая полка 3 на полукольце 2 выполнена из первой полуцилиндрической обечайки 6 с наружным диаметром 7, концентричной шпильке 8. Полуцилиндрическая обечайка 6 скреплена с помощью двух полосок 9, первая сторона 10 которых скреплена с полуцилиндрической обечайкой 6 по образующим 11 полуцилиндрической обечайки 6, а вторая сторона 12, спрофилированная по размеру - диаметру окружности наружной части 13 полукольца 2, а вторым концом 14 - с наружной поверхностью 15 полукольца 2. Вторая полка 5 на полукольце 2 выполнена из второй полуцилиндрической обечайки 16, концентричной шпильке 8, с наружным диаметром 17, большим по размеру, чем диаметр полуцилиндрической обечайки 6 с наружным диаметром 7. Вторая полуцилиндрическая обечайка 16 скреплена с помощью двух полосок 18, первая сторона 19 которых скреплена с полуцилиндрической обечайкой 16 по образующим 20 полуцилиндрической обечайки 16, а вторая сторона 21, спрофилированная по размеру - диаметру окружности наружной части 13 полукольца 2, вторым концом 22 - с наружной поверхностью 15 полукольца 2. Вторая стяжка 23 в виде полукольца 24 с первой полкой 25, установленного концентрично относительно трубопровода 4 и второй полкой 26 на другом конце полукольца 24. Первая полка 25 на полукольце 24 выполнена из первой полуцилиндрической обечайки 27 с наружным диаметром 28, концентричной шпильке 8. Первая полу цилиндрическая обечайка 27 скреплена с помощью двух полосок 29, одна сторона 30 которых скреплена с первой полуцилиндрической обечайкой 27 по образующим 31 полуцилиндрической обечайки 27, а вторая сторона 32, спрофилированная по размеру - диаметру окружности наружной части 33 полукольца 24, и вторым концом 34 - с наружной поверхностью 35 полукольца 24. Вторая полка 26 на полукольце 24 выполнена из второй полуцилиндрической обечайки 36, концентричной шпильке 8, с наружным диаметром 37, большим по размеру, чем диаметр первой полуцилиндрической обечайки 27 с наружным диаметром 28 и соединена с помощью двух полосок 18 с полукольцом 24. При равенстве диаметров 7 и 29, и при равенстве диаметров 17 и 37 первая стяжка 1 отличается от второй стяжки 23 зеркальным расположением полок 3 и 5 на первой стяжке 1 относительно плоскости 38, перпендикулярной плоскости разъема 39, проходящей через продольную ось симметрии 40 полуколец 2 и 24, и расположением полок 25 и 26, поэтому полоски 9 и 29 выполнены одинаковыми, полоски 18 одинаковые для двух стяжек 1 и 23, стяжки 1 и 23 выполнены взаимозаменяемыми и с возможностью вхождения первой полуцилиндрической обечайки 6 во вторую полуцилиндрическую обечайку 36, и первой полуцилиндрической обечайки 27 во вторую полуцилиндрическую обечайку 16. На второй стяжке 23 установлена стойка 41, скрепленная с хомутом 42, предназначенным для крепления клапана 43, соединенного трубопроводом 44 с полостью горючего смесительной головки 45 камеры 46 - как пример применения хомута. Из-за возможности крепления клапана 43 на высокотемпературном трубопроводе 4 ближе к смесительной головке 45 трубопровод 44 выполнен минимальной длины, что снижает объем между клапаном 43 и камерой 46 и снижает время поступления рабочей среды, например, азота предпусковой продувки в полость 45 камеры 46, а также массу трубопровода 44. Сборка хомута кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя осуществляется установкой стяжки 1 и стяжки 23, вхождением первой полуцилиндрической обечайки 6 во вторую полуцилиндрическую обечайку 36, и полуцилиндрической обечайки 27 во вторую полуцилиндрическую обечайку 16, размещением первой полки 3 и второй полки 5 первой стяжки 1 в зоне расположения второй стяжки 23 от плоскости разъема 39, а размещением первой полки 25 и второй полки 26 второй стяжки 23 в зоне расположения первой стяжки 1 от плоскости разъема 39 с помощью гаек 47 и 48 и шайб 49 и 50 на шпильках 8 осуществлено сжатие первой стяжки 1 и второй стяжки 23 вокруг высокотемпературного трубопровода 4 отодвиганием первой полки 3 относительно второй полки 26, отодвиганием полки 5 относительно первой полки 25 на внешнюю сторону от плоскости разъема 39 с обеспечением предварительного сжатия шпильки 8 вдоль ее продольной оси симметрии 51. С помощью гаек 52 и 53 и шайб 54 и 55 на концах шпилек 8 осуществлена контрольная затяжка резьбового соединения.

Хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя работает следующим образом. При запуске жидкостного ракетного двигателя с дожиганием трубопровод 4 разогревается от генераторного газа в его полости, повышая температуру его стенки от начальной перед запуском до высокой на рабочем режиме, происходит тепловое расширение трубопровода 4. За счет контакта стяжек 1 и 23, полуколец 2 и 24 с трубопроводом 4 происходит нагрев полуколец 2 и 24 и передача тепла через полоски 9, 18, 29 к первой полуцилиндрической обечайке 6, второй полуцилиндрической обечайке 16, первой полуцилиндрической обечайке 27, второй полуцилиндрической обечайке 36 и далее через шайбы 49 и 50 и гайки 47 и 48, шайбы 54 и 55, гайки 52 и 53 тепло поступает к шпилькам 8. Предварительно сжатые шпильки 8 за счет их разогрева расширяются вдоль продольной оси их симметрии 51, дополнительно сжимая стяжки 1 и 24, полукольца 2 и 25 по направлению друг к другу, тем самым обеспечивая удержание с гарантированным натягом расположения полуколец 2 и 25 на трубопроводе 4. При выключении жидкостного ракетного двигателя с дожиганием происходит снижение температуры трубопровода 4, постепенное уменьшение его температуры за счет теплоотдачи в отсек размещения жидкостного ракетного двигателя с дожиганием, но из-за нагретых до высокой температуры шпилек с их предварительным натягом осуществляется удержание полуколец 2 и 25 на трубопроводе 4. Постепенное снижение температур конструкции трубопровода 4 и полуколец 2 и 24, шпилек 8 возвращает хомут и его составные части в первоначальное состояние. Из-за этого хомут и его составные части могут быть выполнены из одних материалов, не требующих подбора их с различными коэффициентами теплового расширения, что снижает материальные затраты.

Таким образом, указанное предлагаемое изобретение расширяет функциональные возможности, повышает надежность соединений при креплении хомута на трубопроводе с изменяемой в процессе работы температурой от низкой исходной до высокой с течением времени, и снижает номенклатуру применяемых материалов, что важно для снижение материальных затрат при изготовлении двигателя.

Изобретение относится к устройствам крепления агрегатов к трубопроводам жидкостных ракетных двигателей. Хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя, содержащий симметрично относительно трубопровода и плоскости разъема скрепленные в виде пары полуколец с возможностью охвата цилиндрической части трубопровода две стяжки, с выполненными в них на концах полуколец полками со сквозными в них отверстиями, с расположенными в них крепежными элементами, взаимодействующими с полками, по меньшей мере одна из стяжек пары которых снабжена стойкой с узлом для крепления монтируемых на трубопроводе агрегатов жидкостного ракетного двигателя, при этом в нем полки первой стяжки выполнены на удалении от плоскости разъема в зоне размещения второй стяжки, а полки второй стяжки выполнены на удалении от плоскости разъема в зоне размещения первой стяжки, а крепежные элементы выполнены в виде шпилек с установленными на их концах парами гаек, первые из которых в средней части шпильки взаимодействуют с поверхностями полок со стороны плоскости разъема и трубопровода, а вторые с поверхностями полок с внешних частей стяжек. Рассмотрено также выполнение в нем полки первой и второй стяжек в виде перпендикулярных плоскости разъема пар полуцилиндрических обечаек с профилями разных радиусов с зеркальным расположением их на первой и второй стяжках с возможностью вхождения меньших по диаметру полуцилиндрических обечаек в большие по диаметру при сборке, снабженных полосками, примыкающими одной стороной к полуцилиндрическим обечайкам по их образующим, а вторыми профилированными по наружным диаметрам полуколец стяжек сторонами к наружным поверхностям полуколец стяжек. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей, повышение надежности соединений при креплении хомута на трубопроводе с изменяемой в процессе работы температурой от низкой исходной до высокой с течением времени и снижение номенклатуры применяемых материалов, что важно для снижения материальных затрат при изготовлении двигателя. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя, содержащий симметрично относительно трубопровода и плоскости разъема скрепленные в виде пары полуколец с возможностью охвата цилиндрической части трубопровода две стяжки, с выполненными в них на концах полуколец полками со сквозными в них отверстиями, с расположенными в них крепежными элементами, взаимодействующими с полками, по меньшей мере одна из стяжек пары которых снабжена стойкой с узлом для крепления монтируемых на трубопроводе агрегатов жидкостного ракетного двигателя, отличающийся тем, что в нем полки первой стяжки выполнены на удалении от плоскости разъема в зоне размещения второй стяжки, а полки второй стяжки выполнены на удалении от плоскости разъема в зоне размещения первой стяжки, а крепежные элементы выполнены в виде шпилек с установленными на их концах парами гаек, первые из которых в средней части шпильки взаимодействуют с поверхностями полок со стороны плоскости разъема и трубопровода, а вторые с поверхностями полок с внешних частей стяжек.

2. Хомут кронштейна крепления агрегата к трубопроводу жидкостного ракетного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что в нем полки первой и второй стяжек выполнены в виде перпендикулярных плоскости разъема пар полуцилиндрических обечаек с профилями разных радиусов с зеркальным расположением их на первой и второй стяжках с возможностью вхождения меньших по диаметру полуцилиндрических обечаек в большие по диаметру при сборке, снабженных полосками, примыкающими одной стороной к полуцилиндрическим обечайкам по их образующим, а вторыми профилированными по наружным диаметрам полуколец стяжек сторонами к наружным поверхностям полуколец стяжек.