патент
№ RU 2629858
МПК F16L25/10

Трубопровод горячего газа

Авторы:
Лобанов Олег Александрович Чекушин Александр Дмитриевич Домнин Кирилл Геннадьевич
Все (12)
Номер заявки
2015155015
Дата подачи заявки
22.12.2015
Опубликовано
04.09.2017
Страна
RU
Дата приоритета
27.05.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
1
Реферат

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании трубопроводов горячего газа двигательных установок летательных аппаратов. Трубопровод горячего газа состоит из цилиндрических металлических оболочек, заходящих друг в друга, соединенных между собой через уплотнительные кольца, с возможностью углового перемещения и защищенных изнутри последовательно теплозащитным покрытием и деталями из эрозионностойкого материала, которые образуют конический зазор. Поверхность конического зазора напротив потока горячего газа образована двумя коническими поверхностями. Вершина конического зазора направлена в сторону потока горячего газа. Торцовый стык цилиндрических деталей из эрозионностойкого материала выполнен в виде замка ступенчатой формы. Длина ступеней замка превышает величину конического зазора в осевом направлении. Обеспечивает отсутствие в вынужденных зазорах и стыках вихрей горячего газа и как следствие размыва теплозащитного покрытия и деталей из эрозионностойкого материала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения

1. Трубопровод горячего газа, состоящий из цилиндрических металлических оболочек, телескопически заходящих друг в друга, соединенных между собой через уплотнительные кольца и защищенных изнутри последовательно теплозащитным покрытием и деталями из эрозионностойкого материала, при этом в зоне телескопического соединения цилиндрические металлические оболочки соединены с возможностью углового перемещения, причем внешняя металлическая цилиндрическая оболочка выполнена с местным цилиндрическим расширением по наружному диаметру, заполненным теплозащитным покрытием, в которое заходит ответная часть соединения, выполненная также из теплозащитного покрытия, а детали из теплозащитного покрытия и эрозионностойкого материала образуют конический зазор, вершина которого направлена в сторону потока горячего газа, отличающийся тем, что поверхность внутренней металлической оболочки, на которой установлены уплотнительные кольца, выполнена конической, с вершиной, направленной в сторону потока горячего газа, а поверхность конического зазора, которая находится напротив потока горячего газа, образована двумя соосными коническими поверхностями, одна коническая поверхность, расположенная дальше от центральной оси газохода, параллельна конической поверхности ответной части, а вторая коническая поверхность выполнена с углом конусности, меньшим как минимум в два раза, чем угол конусности первой конической поверхности, при этом диаметр окружности пересечения конических поверхностей больше суммы внутреннего диаметра проходного сечения и удвоенной величины максимального конического зазора между параллельными плоскостями в радиальном направлении.
2. Трубопровод горячего газа по п. 1, отличающийся тем, что торцовый стык цилиндрических деталей из эрозионностойкого материала выполнен в виде замка ступенчатой формы, причем торец замка, расположенного ближе к оси трубопровода, находится дальше от входа горячего газа, чем торец замка, расположенного дальше от оси трубопровода, при этом в направлении оси трубопровода длина ступеней замка превышает величину конического зазора между параллельными плоскостями в том же направлении.

Описание

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкциям гибких трубопроводов горячего газа, работающих в условиях высоких температур и переменных давлений, и направлено на их совершенствование.

Известна конструкция гибкого соединения трубопроводов, в которой цилиндрические металлические оболочки, телескопически заходящие друг в друга, сопряжены между собой по цилиндрическим поверхностям с уплотнительными кольцами (Патент РФ №2460003, М.кл. F16L 59/00).

Недостатком данной конструкции является то, что поверхность, на которой установлены уплотнительные кольца, выполнена цилиндрической, что не позволяет металлическим оболочкам разворачиваться относительно друг друга, для компенсации технологических и рабочих перекосов.

Известна конструкция телескопического соединения газоводов горячего газа, в которой в осевой зазор установлен с натягом закладной элемент (Патент РФ №2460004, М.кл. F16L 59/00).

Недостаток этой конструкции состоит в том, что в данной конструкции использованы простейшие цилиндрические детали из ТЗП и ЭСМ, конструкция которых не достаточна для использования в телескопических соединениях трубопроводов, то есть не разработана конструкция деталей из теплозащитного покрытия (ТЗП) и эрозионностойкого материала (ЭСМ), оформляющих вынужденные зазоры и стыки телескопического соединения.

Задачей изобретения является увеличение надежности работы телескопического соединения трубопровода горячего газа, работающего в условиях высоких температур и повышенного давления газа.

Указанная задача решается тем, что в трубопроводе горячего газа, состоящем из цилиндрических металлических оболочек, телескопически заходящих друг в друга, соединенных между собой через уплотнительные кольца, и защищенных изнутри последовательно теплозащитным покрытием и деталями из эрозионностойкого материала, при этом в зоне телескопического соединения цилиндрические металлические оболочки соединены с возможностью углового перемещения, причем внешняя металлическая цилиндрическая оболочка выполнена с местным цилиндрическим расширением по наружному диаметру, заполненным теплозащитным покрытием, в которое заходит ответная часть соединения, выполненная также из теплозащитного покрытия, а детали из теплозащитного покрытия и эрозионностойкого материала образуют конический зазор, вершина которого направлена в сторону потока горячего газа, поверхность внутренней металлической оболочки, на которой установлены уплотнительные кольца, выполнена конической, с вершиной, направленной в сторону потока горячего, а поверхность конического зазора, которая находится напротив потока горячего газа, образована двумя соосными коническими поверхностями, одна коническая поверхность, расположенная дальше от центральной оси газохода, параллельна конической поверхности ответной части, а вторая коническая поверхность выполнена с углом конусности, меньшим как минимум в два раза, чем угол конусности первой конической поверхности, при этом диаметр окружности пересечения конических поверхностей больше суммы внутреннего диаметра проходного сечения и удвоенной величины максимального конического зазора между параллельными плоскостями в радиальном направлении.

Торцовые стыки цилиндрических деталей из ЭСМ выполнены в виде замка ступенчатой формы, причем торец замка, расположенного ближе к центральной оси трубопровода, находится дальше от входа горячего газа, чем торец замка, расположенного дальше от оси трубопровода, при этом в направлении оси трубопровода длина ступеней замка превышает величину конического зазора между параллельными плоскостями в том же направлении.

На приведенной фигуре изображен трубопровод горячего газа.

Трубопровод горячего газа состоит из металлических цилиндрических оболочек 1 и 2, соединенных между собой через уплотнительные кольца 3. Поверхность А металлической оболочки 1 выполнена конической с углом конусности α, вершина конической поверхности направлена в сторону потока горячего газа.

Металлическая оболочка 2 выполнена с местным цилиндрическим расширением 4 по наружному диаметру, заполненным ТЗП, с прикрепленными деталями 5 из ТЗП и 6, 7 из ЭСМ, в нее заходит металлическая оболочка 1, к которой изнутри прикреплены детали 8 из ТЗП и 9 из ЭСМ. Поверхность Б деталей 8, 9 и поверхность В детали 6 образуют конический зазор δ. Зазор δ1 - зазор δ в радиальном направлении, зазор δ2 - зазор δ в осевом направлении. Поверхности Б, В выполнены параллельными, с углом конусности β, а поверхность Г с углом конусности ϕ.

Р - направление потока горячего газа.

D - диаметр окружности пересечения конических поверхностей В и Г.

d - диаметр проходного сечения.

β1 - угол между коническими поверхностями В и Г.

ϕ1 - угол между конической поверхностью Г и цилиндрической поверхностью диаметра d.

Е, K - торцы ступенчатого замка цилиндрических деталей 6, 7 из ЭСМ.

h - длина ступени замка.

Данная конструкция телескопического трубопровода при минимальных габаритах и весе газохода, при вынужденном развороте оболочек 1, 2 обусловлена следующими соображениями: обеспечением нормальной (рабочей с точки зрения прочности) температуры на наружной поверхности металлических оболочек и нормальной (рабочей с точки зрения герметичности) температуры уплотнительных колец между оболочками, то есть отсутствием в вынужденных зазорах и стыках вихрей горячего газа и как следствие размыва деталей из ЭСМ и ТЗП.

Конической (с углом конусности α) поверхность А металлической оболочки 1 выполнена для возможности разворота оболочек 1 и 2 друг относительно друга при технологических и возникающих в работе от давления и температуры перекосах оболочек. Вершина конической поверхности А направлена в сторону потока горячего газа для исключения выдавливания уплотнительных колец и обеспечения герметичности между оболочками 1 и 2.

Оболочка 2 выполнена с расширением 4, по наружному диаметру, заполненным ТЗП, что обеспечивает отсутствие непосредственного подхода горячего газа к металлу по зазору δ.

Зазор δ между деталями 8, 9 и деталью 6 выполнен коническим, вершина которого направлена в сторону потока горячего газа, так как конический зазор δ по сравнению, например, с радиальным (перпендикулярным оси трубопровода) имеет большую длину и меньшую ширину при одинаковом осевом перемещении, необходимом для работы, а направление конуса обеспечивает разворот потока при затекании в зазор и как следствие отсутствие вихрей в зазоре.

Одна сторона конического зазора δ оформлена двумя конусными поверхностями В и Г с углами конусности β и ϕ, диаметр D окружности пересечения конических поверхностей В и Г больше суммы внутреннего диаметра проходного сечения d и удвоенной величины максимального конического зазора между параллельными плоскостями в радиальном направлении δ1, т.е. D>d+2δ1, таким образом, при вынужденном развороте оболочек 1 и 2 струя газового потока, идущая со стороны детали 9 по внутреннему диаметру проходного сечения d, будет гарантированно попадать в коническую поверхность Г (так как D>d+2δ1).

Для того чтобы поток, попадая на поверхность Г, не затекал с вихрями в конический зазор δ, а проходил далее по направлению потока газа Р, необходимо, чтобы угол ϕ1 был равен или больше β1, а это обеспечивается, если угол ϕ≤1/2 β.

Подобное оформление конического зазора 5 обеспечивает отсутствие размыва деталей из ТЗП и ЭСМ и как следствие отсутствие прогрева наружной поверхности газохода.

По результатам опытов, когда в трубопроводе была выполнена только одна коническая поверхность, в месте телескопического соединения был замечен сильный прогрев конструкции и даже прогар. В предложенной конструкции интенсивный прогрев отсутствовал.

Торцевой стык цилиндрических деталей из ЭСМ 6, 7 выполнен ступенчатым и таким образом, что торец замка Е, расположенного ближе к центральной оси трубопровода, находится дальше от входа горячего газа Р, чем торец замка K, расположенного дальше от центральной оси трубопровода, то есть «ступенька» как бы выполнена в обратном направлении от направления потока горячего газа Р, кроме того, в направлении оси трубопровода длина ступеней замка h превышает величину конического зазора между параллельными плоскостями в том же направлении δ2 (h>δ2), так как такая конструкция обеспечивает:

- более длинный путь газового потока к ТЗП,

- разворот потока при затекании в зазор,

- и в случае расхождения стыка ЭСМ («плавания» детали 6 во время работы) отсутствие выхода из зацепления ступени детали 6 со ступенью детали 7, то есть отсутствие «прямого» подхода горячего газа к ТЗП.

Трубопровод горячего газа устанавливается следующим образом: оболочка 1 жестко крепится с корпусом газогенератора, а оболочка 2 через шаровой шарнир крепится к корпусу регулятора расхода горячего газа.

В процессе сборки и работы трубопровода горячего газа возникают технологические и рабочие (от давления и температуры) перекосы оболочек 1 и 2 друг относительно друга, а также передвижения оболочки 2 параллельно оси.

Устройство работает следующим образом: при истечении горячего газа в результате того, что зазор выполнен в форме конуса и вершиной конуса направлен дальше от входа потока горячего газа, чем его основание, а поверхность В и Г детали 6 выполнена определенным образом, не происходит затекания в зазор δ вихревого потока горячего газа (образуется застойная зона), и, как следствие, телескопический стык трубопровода не прогорает. Кроме того, горячий газ не затекает в стыки между деталями из ЭСМ, так как замок выполнен в обратном направлении от потока горячего газа.

Таким образом, конструкция трубопровода горячего газа, описанного выше, работающего в условиях высоких температур и повышенного давления газа, при минимальных габаритах и весе, при вынужденном развороте и перемещении оболочек, обусловленных условиями установки газохода, обеспечивает нормальную температуру наружных металлических поверхностей и уплотнительных колец, отсутствие в зазорах и стыках вихрей горячего газа и размыва деталей из ЭСМ и ТЗП, и, как следствие, надежность работы трубопровода.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты