Атлас. Атлас конструкций жрд. Описания. Часть I
 Скачать 0.87 Mb.
|
Камера двигателя РД-219 (лист 4)Двигатель РД-219 предназначен для II ступени МБР на стабильном топливе. Разработка двигателя была начата в 1958 году. С 1960 г. освоено серийное производство двигателей. Двигатель РД-219 являлся маршевым двигателем II ступени первой отечественной МБР на стабильном топливе. Двигатель двухкамерный, запускается на большой высоте. Номинальная тяга двигателя в пустоте (с учетом тяги выхлопного патрубка за турбиной) 90 тс, удельная тяга в пустоте 293 с, относительный вес в условиях пустоты 8,4 кг/тс. Двигатель РД-219 состоит из двух камер, ТНА, газогенератора, агрегатов автоматики, рамы и узлов общей сборки. Основные параметры камеры
Камера представляет собой паяно-сварную неразъемную конструкцию. Камера состоит из цилиндрической камеры сгорания с форсуночной головкой и профилированного сопла. Форсуночная головкаНа форсуночной головке расположено 793 однокомпонентных центробежных форсунки со шнековыни завихрителями. Форсуночная головка состоит из силового кольца (9), двух плоских днищ, внутреннего (1), среднего (2), и сферического наружного днища (5) с фланцем (3). На листе 7 поз. В показана подготовка под сварку днищ с силовым кольцом. Внутреннее и среднее днища связаны между собой форсунками окислителя (7). Требуемый зазор между днищами обеспечивается втулками (8), устанавливаемыми на форсунках окислителя, равномерно расположенными в 3, 10 и 17 рядах, считая от центра головки. Всего на головке размещается двадцать одна втулка. Для обеспечения необходимой жесткости и прочности головки служит перегородка (4), соединяющая среднее днище с наружным днищем и фланцем. Окислитель поступает через фланец (3) в полость окислителя, образованную силовым кольцом (9), наружным и средним днищами к впрыскивается в камеру сгорания через форсунки окислителя. Для прохода окислителя в соединительной перегородке (4) выполнено десять отверстий. Горючее из зарубашечной полости камеры сгорания поступает через 177 отверстий диаметром 8 мм в силовом кольце (9) в полость горючего, образуемую внутренним и средним днищами и через форсунки горючего также подается в камеру сгорания, где воспламеняется при встрече с окислителем. Высокая надежность запуска обеспечивается за счет повышения давления в камере сгорания, возникающего при испарении окислителя. На силовом кольце головки установлено четыре штуцера. Три штуцера, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях, соединены каналами с огневым пространством камеры сгорания (сеч. ДД) и служат для замера давления газа. Четвертый штуцер соединен каналом с полостью окислителя (сеч. ББ) и предназначен для замера давления окислителя перед форсунками. Замер давления горючего производится через штуцер, привариваемый к соединительному кольцу (11) и сообщающийся сверлением с полостью горючего (сеч. ВВ). Штуцер, установленный на сферическом днище и сообщающийся с полостью окислителя, предназначен для постановки емкостного датчика, фиксирующего пульсации давления окислителя на входе в форсунки (сеч. ББ). Рисунок 1.5 Рисунок 1.6 Рисунок 1.7 Схема расположения форсунок представляет собой несколько искаженную сотовую схему. При такой схеме форсунки располагаются на концентрических окружностях, что обеспечивает возможность равномерного расположения периферийных форсунок по периметру камеры. При этой схеме легко размещается на среднем днище соединительная перегородка (4). Для обеспечения устойчивого горения применена «трехъярусная» система смесеобразования. В связи с этим для каждого компонента выполняются форсунки с большими углами конусов распыла и дополнительными сверлениями в завихрителях (струйно-центробежные) и с малыми углами конусов распыла (центробежные) (см.рис. 1-5). Каждая форсунка состоит из корпуса, завихрителя и втулки (см.рис. 1-6 и 1-7). Форсунки с малым углом конуса распыла отличаются от форсунок того же компонента, но с большим углом конуса распыла, диаметром сопла, шагом и глубиной винтовой нарезки завихрителя. Центральные отверстия в завихрителях струйно-центробежных форсунок сделаны конфузорными, а торцы завихрителей в форсунках окислителя максимально приближены к соплу. Такое решение, полученное на основе многочисленных экспериментов, позволило получить стабильные характеристики по расходу жидкости при истечении в среду с противодавлением как на рабочем режиме, так и на режиме запуска двигателя. Периферийные форсунки горючего имеют тот же корпус, что и форсунки горючего с малым углом конуса распыла, но измененный завихритель (другие шаг и углы). Все форсунки разбиты на классы по расходу. Диапазон изменения расхода в каждом классе составляет 5%. Разбивка на классы позволяет расширить технологический допуск на проливочные расходы и, в то же время, сохранить стабильными характеристики форсуночной головки в целом. Схема размещения форсунок различных классов на головке показана на рис. 1-5. Цилиндрическая часть и соплоЦилиндрическая часть камеры и сопло представляют собой цельнопаяную конструкцию. Газодинамический профиль показан на листе 4. Сопло спрофилировано по методу характеристик с угловой точкой. Профиль выбран близкий к экстремальному, что позволило получить наименьшие вес и габариты сопла при заданном миделе выходного сечения. Внутренняя стенка (14) с утолщенной частью и внутренняя стенка (17) докритической части сопла, включающая и критическую область сопла, свариваются встык. Наружная рубашка цилиндрической частя и докрятической части сопла состоит из секций (13) и (16) и переходного кольца (12). Внутренняя стенка соединяется с наружной рубашкой гофрированными проставками (15) путем пайки твердым припоем. На цилиндрическом участке установлена одна гофрированная проставка с прямыми гофрами. На участке докритической частя ж критической области установлено пять гофрированных проставок, в том числе три проставки с косыми гофрами. Внутренняя стенка сверхкритической части соединяется с наружной рубашкой, состоящей из штампованных секций (21) и (24), соединенных через кольцо коллектора (23) и переходное кольцо (19), установленное со стороны стыка со средней частью, при помощи четырех гофрированных проставок (22). Смещение стыкового шва, соединяющего стенку критической области с закритической частью сопла, в сторону среза сопла позволило повысить надежность охлаждения сварного шва внутренних стенок, причем сварной шов располагается под одной из гофрированных проставок (см. лист 7, поз. Д). В выходном сечении сопла установлено замыкающее кольцо (26). На кольце имеются две бобышки о штуцерами для слива горючего из зарубашечного пространства. Участок среза сопла показан на листе 7, поз. Ж. На сопловой части укреплена обечайка (25) с плавающими бобышками для крепления защитного экрана. Коллектор (23) состоит из кольца коллектора, нижней ж верхней секций и патрубка с фланцем, привариваемого к верхней секции. По условиям компоновки двигателя ввод горючего в коллектор осуществляется через один патрубок. Для повышения прочности в патрубке установлено ребро. Отверстие в ребре предусмотрено для исключения трещин, которые могут возникнуть при сварке за счет термических напряжений. Коллектор выполнен с двумя полостями, разделенными силовой перегородкой, и установлен эксцентрично относительно оси сопла. Наличие двух полостей и изменение величины сечения по периметру сопла позволяют обеспечить равномерный подвод жидкости в зарубашечное пространство. Горючее через патрубок поступает в первую приемную полость коллектора, а оттуда через 180 отверстий в силовой перегородке попадает во вторую распределительную полость. Диаметр и шаг отверстий в перегородке подобраны так, чтобы обеспечивался равномерный подвод горючего к 480 отверстиям в кольце коллектора. Отверстия диаметром 6 мм расположены в кольце коллектора в два ряда в шахматном порядке и сообщают распределительную полость коллектора с зарубашечным пространством. Соединение частейСоединение оболочек с форсуночной головкой осуществляется при помощи сварки. Утолщенная часть внутренней стенки (14) приваривается к силовому кольцу (9), после чего устанавливается и приваривается соединительное кольцо (11) (см. лист 7, поз. Г). Замковое сварное соединение с подкладкой, применявшееся в камере двигателя РД-214, заменено стыковым сварным соединением без подкладки. Это упростило обработку мест стыка под сварку и позволило устранить надрывы в сварном соединении, имевшие место в ряде случаев (см. лист 7, поз. А и поз. Г). Узлы крепленияНа камере в месте стыка форсуночной головки с цилиндрической частью установлено по три стакана шаровых опор (10) для крепления к раме двигателя и по два кронштейна (27), состоящих из ребер и стаканов, для крепления рамы турбонасосного агрегата. Шаровое соединение камер с рамой двигателя позволяет производить регулировку длины двигателя, выдерживать взаимную параллельность осей двух камер и требуемые расстояния между ними. Рисунок 1.8 Рисунок 1.9 Шаровое соединение рамы ТНА с камерами позволяет нивелировать положение ТНА как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях, а также компенсировать возможное (в допустимых пределах) отклонение размеров в изготовлении камер, ТНА и рамы ТНА, Кроме того, на стыке форсуночной головки с цилиндрическим участком приваривается переходник под вибродатчик (28). Система охлажденияКамера охлаждается горючим, поступающим через патрубок в коллектор и далее в наружные канавки гофрированной проставки. Горючее, в соответствии с сопротивлением трактов, делится на два потока: один (15,1 кг/с) направляется в сторону выхода ного сечения сопла, поворачивает на 180° и по другим, внутренним, канавкам течет в сторону критического сечения; другой – по наружным канавкам направляется в сторону критического сечения и соединяется с первым потоком в конце крайней (к срезу сопла) гофрированной проставки. Соединившись, оба потока заполняют и наружные,и внутренние канавки проставок и направляются к форсуночной головке. Результаты расчета теплопередачи, выполненные для постоянного соотношения компонентов: æСТ = 1,31 ( СТ = 0,394), æЯ = 1,97 ( Я = 0,892) – представлены на рис. 1-8. Там же приведены данные по геометрии и гидравлическим сопротивлениям охлаждаемого тракта камеры. На рис.1-9 приведены результаты расчета теплопередачи для случая, когда внутренняя стенка камеры покрыта слоем окиси циркония толщиною = 0,2 мм. На рис.1-10 показаны схемы двух способов связей оболочек. Рисунок 1.10 МатериалыДля изготовления основных деталей камеры применяются следующие материалы (табл. 1-3). Таблица 1-3
Напряжения и запасы прочностиВ таблице 1-4 приведены напряжения и запасы прочности в элементах камеры (п.п.1…7). На рис.1-11 показано расположение проверяемых сварных швов у головки (поз. а) и коллектора (поз. б). Рисунок 1.11 Таблица 1-4 |