RU182948U1 - Conical cooling shirt - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к двигателестроению, и может применяться в конструкциях проточных трактов энергетических установок. Коническая рубашка охлаждения включает охлаждающий тракт, сформированный входным и выходным коллекторами и набором трубок, профилированных по контуру рубашки охлаждения. Рубашка охлаждения снабжена передним и задним фланцами с установленными в каждом из них штуцерами, предназначенными соответственно для подвода и отвода охлаждающей среды. Входной коллектор и выходной коллектор размещены соответственно в переднем фланце и заднем фланце, а внутренняя поверхность фланцев и наружная поверхность трубок образуют кольцевые полости. В переднем фланце и заднем фланце выполнены радиальные сквозные отверстия, сообщенные соответственно с входным коллектором и выходным коллектором и кольцевыми полостями. Трубки выполнены с переменным по длине сечением, при этом на входном и выходном участках сечение представляет собой плоские овалы, оси которых повернуты относительно друг друга на 90°, а в центральной части сечение трубок представляет собой окружность, причем площадь поперечных сечений по длине трубок постоянная. Техническое решение направлено на создание конической рубашки охлаждения, которая обеспечивает эффективное и равномерное охлаждение внутренних стенок теплонагруженных участков проточных трактов. 6 ил.The utility model relates to aeronautical engineering, namely to engine building, and can be used in flow path designs of power plants. The conical cooling jacket includes a cooling duct formed by the inlet and outlet manifolds and a set of tubes profiled along the contour of the cooling jacket. The cooling jacket is equipped with front and rear flanges with fittings installed in each of them, designed respectively for supplying and discharging a cooling medium. The inlet manifold and the outlet manifold are respectively disposed in the front flange and the rear flange, and the inner surface of the flanges and the outer surface of the tubes form annular cavities. Radial through holes are made in the front flange and the rear flange, respectively communicated with the inlet manifold and the outlet manifold and annular cavities. The tubes are made with a cross-section that is variable in length, while in the inlet and outlet sections the cross-section is flat ovals, the axes of which are rotated 90 ° relative to each other, and in the central part the cross-section of the tubes is a circle, and the cross-sectional area along the length of the tubes is constant. The technical solution is aimed at creating a conical cooling jacket, which provides efficient and uniform cooling of the inner walls of the heat-loaded sections of the flow paths. 6 ill.

Description

Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к двигателестроению, и может применяться в конструкциях проточных трактов энергетических установок.The utility model relates to aeronautical engineering, namely to engine building, and can be used in flow path designs of power plants.

Актуальной проблемой при проектировании теплонагруженных участков проточных трактов энергетических установок, таких как камеры сгорания, газоводы, патрубки, является защита их внутренних стенок от воздействия высоких давлений и температур.An urgent problem in the design of heat-loaded sections of the flow paths of power plants, such as combustion chambers, gas ducts, pipes, is the protection of their internal walls from high pressures and temperatures.

Известна рубашка охлаждения камеры сгорания (KR 20130134770, 2012), состоящая из внутренней герметичной оболочки, воспринимающей тепловую нагрузку, которая с внешней стороны содержит по спирали навитое ребро, образующее винтовой канал для охлаждающей жидкости. Сверху каналов устанавливается наружная оболочка, плотно прилегающая к спиральному ребру, образуя герметичный винтовой канал охлаждения. Однако такая конструкция рубашки охлаждения не достаточно эффективно позволяет охладить теплонагруженный участок из-за наличия одного винтового канала для охлаждающей жидкости.A known jacket for cooling the combustion chamber (KR 20130134770, 2012), consisting of an internal sealed enclosure that receives heat load, which on the outside contains a spiral wound rib forming a helical channel for coolant. An outer shell is installed on top of the channels, which is tightly adjacent to the spiral rib, forming a sealed screw cooling channel. However, this design of the cooling jacket is not effective enough to cool the heat-loaded area due to the presence of one screw channel for the coolant.

Известна система охлаждения камеры сгорания (US 7373774, 2008), состоящая из множества труб или каналов, окружающих камеру сгорания и тороидального выпускного коллектора, причем каналы на входе в коллектор имеют дугообразно изогнутые ребра, которые направляют поток охлаждающей жидкости к выпускному отверстию. Однако наличие одного выпускного отверстия не достаточно эффективно производит отвод воды, что в свою очередь негативно сказывается на эффективности охлаждения.A known combustion chamber cooling system (US 7373774, 2008), consisting of a plurality of pipes or channels surrounding the combustion chamber and a toroidal exhaust manifold, the channels at the inlet of the manifold have arcuate curved ribs that direct the flow of coolant to the outlet. However, the presence of one outlet does not efficiently drain water, which in turn adversely affects the cooling efficiency.

Известно устройство для охлаждения выхлопной трубы испытательного стенда двигателя (CN 106092590, 2016), состоящее из входного и выходного фланцев, внутренней и внешней обечайки, между которыми проложены прутки для образования каналов охлаждения. Помимо охлаждения стенки выхлопной трубы в данной конструкции используется охлаждение горячего потока путем впрыска воды в проточный тракт. Для подачи воды в охлаждаемую полость и к распылителям имеются кольцевые коллекторы, состоящие из одной полости. Такая конструкция коллекторов не позволяет достаточно равномерно распределять охлаждающую среду, что в свою очередь негативно сказывается на дальнейшем процессе охлаждения.A device is known for cooling the exhaust pipe of an engine test bench (CN 106092590, 2016), consisting of inlet and outlet flanges, inner and outer shells, between which rods are laid to form cooling channels. In addition to cooling the wall of the exhaust pipe, this design uses cooling of the hot stream by injecting water into the flow path. To supply water to the cooled cavity and to the nozzles, there are ring collectors consisting of one cavity. Such a design of the collectors does not allow a fairly even distribution of the cooling medium, which in turn adversely affects the further cooling process.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является трубчатая камера сгорания ракетного двигателя с регенеративным охлаждением (US 7051513, 2006). Охлаждающий тракт содержит входной и выходной коллектор, набор трубок, слой покрытия, расположенный на наружных частях трубок, а также корпус. Корпус установлен поверх трубчатой оболочки со слоем покрытия. Трубки имеют постоянно расширяющееся поперечное сечение, что позволяет образовывать коническую внутреннюю поверхность. Каждая трубка припаяна первой концевой частью к входному, а второй концевой частью к выходному коллекторам. Трубки спаяны между собой, обеспечивая герметичную оболочку. Однако такая конструкция охлаждающего тракта достаточно сложна и требует специализированного оборудования и точной детальной подгонки при изготовлении.The closest analogue, selected as a prototype, is a tubular combustion chamber of a rocket engine with regenerative cooling (US 7051513, 2006). The cooling path contains an inlet and outlet manifold, a set of tubes, a coating layer located on the outside of the tubes, and a housing. The housing is mounted on top of a tubular shell with a coating layer. The tubes have a constantly expanding cross section, which allows the formation of a conical inner surface. Each tube is soldered by the first end part to the inlet, and the second end part to the output manifolds. The tubes are welded together, providing an airtight shell. However, this design of the cooling path is quite complex and requires specialized equipment and precise detailed adjustment in the manufacture.

Техническая проблема, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в расширении арсенала технических средств, а именно в создании конической рубашки охлаждения, обеспечивающей защиту внутренних стенок теплонагруженных участков проточных трактов от деформации, коррозии и разрушения при воздействии высоких давлений и температур.The technical problem solved by the claimed utility model is to expand the arsenal of technical means, namely, to create a conical cooling jacket, which protects the inner walls of the heat-loaded sections of the flow paths from deformation, corrosion and destruction under the influence of high pressures and temperatures.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в реализации ее назначения, т.е. в создании конической рубашки охлаждения, которая обеспечивает эффективное и равномерное охлаждение внутренних стенок теплонагруженных участков проточных трактов.The technical result provided by the proposed utility model is to implement its purpose, i.e. in creating a conical cooling jacket, which provides efficient and uniform cooling of the inner walls of the heat-loaded sections of the flow paths.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что коническая рубашка охлаждения включает охлаждающий тракт, сформированный входным и выходным коллекторами и набором трубок, профилированных по контуру рубашки охлаждения, также рубашка снабжена передним и задним фланцами с установленными в каждом из них штуцерами, предназначенными соответственно для подвода и отвода охлаждающей среды, входной и выходной коллекторы размещены соответственно в переднем и заднем фланце, внутренняя поверхность фланцев и наружная поверхность трубок образуют кольцевые полости, в переднем и заднем фланце выполнены радиальные сквозные отверстия, сообщенные соответственно с входным и выходным коллекторами и кольцевыми полостями, а трубки выполнены с переменным по длине сечением, при этом на входном и выходном участках сечение представляет собой плоские овалы, оси которых повернуты относительно друг друга на 90°, а в центральной части сечение трубок представляет собой окружность, причем площадь поперечных сечений по длине трубок постоянная.The claimed technical result is achieved due to the fact that the conical cooling jacket includes a cooling path formed by the inlet and outlet manifolds and a set of tubes profiled along the contour of the cooling jacket, the shirt is also equipped with front and rear flanges with fittings installed in each of them, respectively, for supply and cooling medium outlet, inlet and outlet manifolds are located respectively in the front and rear flange, the inner surface of the flanges and the outer surface felling form annular cavities, radial through holes are made in the front and rear flanges, in communication with the inlet and outlet manifolds and annular cavities, respectively, and the tubes are made with a section that is variable in length, while the section in the inlet and outlet sections is flat ovals, the axes of which rotated relative to each other by 90 °, and in the Central part of the cross-section of the tubes is a circle, and the cross-sectional area along the length of the tubes is constant.

Существенность отличительных признаков полезной модели подтверждается тем, что только совокупность всех существенных конструктивных признаков, описывающая полезную модель, позволяет создать коническую рубашку охлаждения, обеспечивающую защиту внутренних стенок теплонагруженных участков проточных трактов от деформации, коррозии и разрушения при воздействии высоких давлений и температур за счет эффективного и равномерного охлаждения.The significance of the distinguishing features of the utility model is confirmed by the fact that only the totality of all the essential design features that describe the utility model allows us to create a conical cooling jacket that protects the inner walls of the heat-loaded sections of the flow paths from deformation, corrosion and destruction under the influence of high pressures and temperatures due to the effective and uniform cooling.

Настоящая полезная модель поясняется последующим подробным описанием конструкции конической рубашки охлаждения и ее работы со ссылкой на иллюстрации, представленные на фиг. 1-6, гдеThe present utility model is illustrated by the following detailed description of the design of the conical cooling jacket and its operation with reference to the illustrations shown in FIG. 1-6 where

на фиг. 1 изображена коническая рубашка охлаждения;in FIG. 1 shows a conical cooling jacket;

на фиг. 2 изображен вид сбоку конической рубашки охлаждения;in FIG. 2 is a side view of a conical cooling jacket;

на фиг. 3 изображен разрез А-А на фиг. 2 конической рубашки охлаждения по плоскости симметрии;in FIG. 3 shows a section AA in FIG. 2 conical cooling jackets along the plane of symmetry;

на фиг. 4 изображен разрез Б-Б на фиг. 3 переднего фланца;in FIG. 4 shows a section BB in FIG. 3 front flanges;

на фиг. 5 изображен разрез В-В на фиг. 3 заднего фланца;in FIG. 5 shows a section BB in FIG. 3 rear flanges;

на фиг. 6 изображена трубка с переменным по длине сечением.in FIG. 6 shows a tube with a variable cross-sectional length.

На фиг. 2-5 приняты следующие обозначения:In FIG. 2-5 the following notation is accepted:

1 - входной коллектор;1 - input collector;

2 - выходной коллектор;2 - output collector;

3 - передний фланец;3 - front flange;

4 - задний фланец;4 - rear flange;

5 - штуцер;5 - fitting;

6 - кольцевые полости;6 - annular cavities;

7 - сквозные отверстия;7 - through holes;

8 - трубка;8 - tube;

9 - корпус.9 - case.

Коническая рубашка охлаждения содержит силовой корпус 9, охлаждающий тракт, сформированный входным коллектором 1 и выходным коллектором 2 и набором трубок 8, профилированных по контуру рубашки охлаждения (см. фиг. 3). Рубашка охлаждения снабжена передним фланцем 3 и задним фланцем 4 с установленными в каждом из них штуцерами 5, предназначенными соответственно для подвода и отвода охлаждающей среды (см. фиг. 2), входной коллектор 1 и выходной коллектор 2 размещены соответственно в переднем фланце 3 и заднем фланце 4, внутренняя поверхность фланцев 3, 4 и наружная поверхность трубок 8 образуют кольцевые полости 6, в переднем фланце 3 и заднем фланце 4 выполнены радиальные сквозные отверстия 7, сообщенные соответственно с входным коллектором 1 и выходным коллектором 2 и кольцевыми полостями 6 (см. фиг. 4, 5), а трубки 8 выполнены с переменным по длине сечением, при этом на входном и выходном участках сечение представляет собой плоские овалы, оси которых повернуты относительно друг друга на 90°, а в центральной части сечение трубок 8 представляет собой окружность, причем площадь поперечных сечений по длине трубок 8 постоянная (см. фиг. 6). При совместной стыковке трубок 8 и расположению их по окружности формируется рубашка охлаждения с профилем конической формы. Так как площади поперечных сечений по длине каждой трубки 8 постоянны, то рубашка охлаждения, образованная из этих трубок 8, обеспечивает эффективное и равномерное охлаждение всей теплонагруженной поверхности проточного тракта.The conical cooling jacket comprises a power casing 9, a cooling path formed by the inlet manifold 1 and the outlet manifold 2 and a set of tubes 8 profiled along the contour of the cooling jacket (see Fig. 3). The cooling jacket is equipped with a front flange 3 and a rear flange 4 with fittings 5 installed in each of them, designed respectively for supplying and discharging a cooling medium (see Fig. 2), the inlet manifold 1 and outlet manifold 2 are located respectively in the front flange 3 and the rear flange 4, the inner surface of the flanges 3, 4 and the outer surface of the tubes 8 form annular cavities 6, in the front flange 3 and the rear flange 4 are made radial through holes 7, respectively communicated with the input manifold 1 and the output manifold m 2 and annular cavities 6 (see Fig. 4, 5), and the tubes 8 are made with a variable cross-sectional length, while in the input and output sections the cross-section is flat ovals, the axes of which are rotated 90 ° relative to each other, and in the central part, the cross section of the tubes 8 is a circle, and the cross-sectional area along the length of the tubes 8 is constant (see Fig. 6). When jointing the tubes 8 and arranging them around the circumference, a cooling jacket with a conical shape is formed. Since the cross-sectional areas along the length of each tube 8 are constant, the cooling jacket formed from these tubes 8 provides effective and uniform cooling of the entire heat-loaded surface of the flow path.

Заявляемая коническая рубашка охлаждения работает следующим образом. От насоса по трубам, подключенным к штуцерам 5, расположенным на переднем фланце 3, подается поток охлаждающей среды. Из штуцеров 5 поток охлаждающей жидкости попадает во входной коллектор 1, где равномерно распределяется по радиальным сквозным отверстиям 7, затем он попадает в кольцевую полость 6 переднего фланца 3, откуда распределяется по трубкам 8. В момент прохождения потока охлаждающей жидкости по трубкам 8, происходит теплосъем с теплонагруженных стенок трубок. После прохождения потока охлаждающей жидкости по трубкам 8, он, нагретый попадает в кольцевую полость 6, которая расположена в заднем фланце 4, затем он распределяется по радиальным сквозным отверстиям 7 заднего фланца 4. Из радиальных сквозных отверстий 7 поток охлаждающей жидкости попадает в выходной коллектор 2, а после прохождения через коллектор 2 попадает в штуцеры 5 и уходит по трубам, подключенным к штуцерам 5 в систему охлаждения.The inventive conical cooling jacket operates as follows. From the pump through pipes connected to the fittings 5 located on the front flange 3, a flow of cooling medium is supplied. From the fittings 5, the coolant flow enters the inlet manifold 1, where it is evenly distributed over the radial through holes 7, then it enters the annular cavity 6 of the front flange 3, from where it is distributed through the tubes 8. At the time of passage of the coolant flow through the tubes 8, heat removal occurs from heat-loaded tube walls. After passing the coolant flow through the tubes 8, the heated one enters the annular cavity 6, which is located in the rear flange 4, then it is distributed along the radial through holes 7 of the rear flange 4. From the radial through holes 7, the coolant flow enters the outlet manifold 2 , and after passing through the collector 2, it enters the fittings 5 and leaves through pipes connected to the fittings 5 to the cooling system.

Снабжение рубашки охлаждения передним фланцем 3 с установленными на нем штуцерами 5 позволяет равномерно подавать охлаждающую среду (например, воду) в рубашку охлаждения, а снабжение рубашки охлаждения задним фланцем 4 с установленными на нем штуцерами позволяет равномерно отводить воду из рубашки охлаждения. Размещение входного коллектора 1 в переднем фланце 3 позволяет быстро и равномерно распределять напор воды из штуцеров 5 по радиальным сквозным отверстиям 7, а размещение выходного коллектора 2 в заднем фланце 4 позволяет быстро и равномерно распределять воду по штуцерам 5 для ее отвода. Кольцевые полости 6 образованные внутренней поверхностью фланцев 3, 4 и наружной поверхностью трубок организуют равномерное распределение воды, поступающей из сквозных отверстий 7 по трубкам 8. Радиальные сквозные отверстия 7, выполненные в переднем и заднем фланце 3, 4, сообщенные соответственно с входным и выходным коллекторами 1, 2 и кольцевыми полостями 6, необходимы для распределения воды между ними. Изготовление трубок 8 с переменным по длине сечением позволяет выполнить рубашку охлаждения конической формы, которая является компактной и при этом эффективно охлаждает теплонагруженную поверхность проточных трактов.The supply of the cooling jacket with the front flange 3 with the fittings 5 installed on it allows evenly supplying cooling medium (for example, water) to the cooling jacket, and the supply of the cooling jacket with the rear flange 4 with the fittings installed on it allows water to be evenly drained from the cooling jacket. The placement of the inlet manifold 1 in the front flange 3 allows you to quickly and evenly distribute the pressure of the water from the fittings 5 through the radial through holes 7, and the placement of the outlet manifold 2 in the rear flange 4 allows you to quickly and evenly distribute the water through the fittings 5 for drainage. The annular cavities 6 formed by the inner surface of the flanges 3, 4 and the outer surface of the tubes organize a uniform distribution of water coming from the through holes 7 through the tubes 8. Radial through holes 7 made in the front and rear flanges 3, 4, respectively communicated with the input and output headers 1, 2 and annular cavities 6, are necessary for the distribution of water between them. The manufacture of tubes 8 with a variable cross-sectional length makes it possible to produce a conical-shaped cooling jacket that is compact and at the same time effectively cools the heat-loaded surface of the flow paths.

Таким образом, реализация предложенной полезной модели обеспечивает защиту внутренних стенок теплонагруженных участков проточных трактов от деформации, коррозии и разрушения при воздействии высоких давлений и температур за счет эффективного и равномерного охлаждения.Thus, the implementation of the proposed utility model provides protection of the inner walls of the heat-loaded sections of the flow paths from deformation, corrosion and destruction under the influence of high pressures and temperatures due to efficient and uniform cooling.

Claims (1)

Коническая рубашка охлаждения, включающая охлаждающий тракт, сформированный входным и выходным коллекторами и набором трубок, профилированных по контуру рубашки охлаждения, отличающаяся тем, что рубашка снабжена передним и задним фланцами с установленными в каждом из них штуцерами, предназначенными соответственно для подвода и отвода охлаждающей среды, входной и выходной коллекторы размещены соответственно в переднем и заднем фланцах, внутренняя поверхность фланцев и наружная поверхность трубок образуют кольцевые полости, в переднем и заднем фланцах выполнены радиальные сквозные отверстия, сообщенные соответственно с входным и выходным коллекторами и кольцевыми полостями, а трубки выполнены с переменным по длине сечением, при этом на входном и выходном участках сечение представляет собой плоские овалы, оси которых повернуты относительно друг друга на 90°, а в центральной части сечение трубок представляет собой окружность, причем площадь поперечных сечений по длине трубок постоянная.A conical cooling jacket, comprising a cooling duct formed by the inlet and outlet manifolds and a set of tubes profiled along the contour of the cooling jacket, characterized in that the jacket is equipped with front and rear flanges with fittings installed in each of them, respectively, for supplying and discharging a cooling medium, the inlet and outlet manifolds are located respectively in the front and rear flanges, the inner surface of the flanges and the outer surface of the tubes form annular cavities in the front m and the rear flanges are made radial through holes communicated respectively with the inlet and outlet manifolds and annular cavities, and the tubes are made with a variable cross-sectional length, while the inlet and outlet sections are flat ovals, the axes of which are rotated 90 relative to each other °, and in the central part the cross-section of the tubes is a circle, and the cross-sectional area along the length of the tubes is constant.

Images