DE69916786T2

DE69916786T2 - Verfahren zum Herstellen von einem Gaserzeuger eines geschweissten und gelöteten Bauteiles

Info

Publication number: DE69916786T2
Application number: DE69916786T
Authority: DE
Inventors: Viktor Nikoronovich Semenov; Gennady Grigorievich Derkach; Boris Ivanovich Katorgin; Vladimir Konstantinovich Chvanov; Juri Vasilievich Movchan; Leonid Alexeevich Tumanov; Nikolai Kondratievich Dudkin; Valery Petrovich Mordashov; Anatoly Lukich Loginov; Oleg Andreevich Masljukov; Larisa Mikhailovna Panaskina; Alexandr Nikolaevich Vycherov; Nikolai Fedorovich Molev; Juri Alexandrovich Pestov; Alexandr Alexandrovich Vasin; Vladimir Jurievich Bogushev; Nikolai Mikhailovich Grigorkin
Original assignee: Nauchno Proizvodstvennoe Obiedinenie Energomas OAO; Borovichsky Kombinat Ogneuporov OAO
Current assignee: Nauchno Proizvodstvennoe Obiedinenie Energomas OAO; Borovichsky Kombinat Ogneuporov OAO
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2019-09-23
Also published as: EP1033198B1; DE69916786D1; RU2158667C1; US6321450B1; EP1033198B8; EP1033198A2; EP1033198A3

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet des Kraftmaschinenbaus und betrifft die Herstellung von Gaserzeugern für Flüssigtreibstoffraketentriebwerke.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Verschiedene Verfahren zur Herstellung von Gaserzeugern für Flüssigtreibstoffraketentriebwerke (LRE) sind nach dem Stand der Technik bekannt. Der Aufbau eines Gaserzeugers ist in der US-Patentschrift Nr. 3,147,592, NPC 60-39.46, 1964 offenbart, in welcher eine Abdeckung gemeinsam mit einem Zuführzweigrohr an einen Mischkopf geschweißt ist. Einspritzer sind auf dem Kopf angebracht. Der Mischkopf ist an einem Gehäuse unter Verwendung einer Gewindeverbindung befestigt. Das Gehäuse ist als eine einzelne Einheit mit einer Kammer und dem Feuerzweigrohr hergestellt.
Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es nicht die Verlässlichkeit eines Zusammenbaus für hochschubige Flüssigtreibstoffraketentriebwerke sicherstellt.
Die technische Lösung, die der vorliegenden Erfindung am ähnlichsten ist, ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gaserzeugers von geschweißter und gelöteter Konstruktion für ein Flüssigtreibstoffraketentriebwerk, umfassend die Schritte des Zusammenbauens, Lötens und Schweißens eines Mischkopfs, der eine Abdeckung mit einem Zweigrohr für die Zuführung einer der Treibmittelkomponenten, Injektoren, die starr mit der Abdeckung verbunden sind, und eine Boden- und eine Hauptleitung für die Zuführung einer anderen Komponente aufweist, den Schritt des Herstellens eines Gehäuses mit einem Auslaßzweigrohr und den nachfolgenden Schritt des Schweißens des Gehäuses an den Mischkopf (siehe z.B.: I.I. Gorev, "Basics of Producing Liquid-Propellant Rocket Engines", Moskau, 1969, pp. 10–12).
Ein Nachteil dieser technischen Lösung ist die unzureichende Verlässlichkeit der gelöteten und geschweißten Verbindungen, welche keine höhere Festigkeit und Betriebseigenschaften der Gaserzeuger gewährleisten, insbesondere bei hohen Betriebsdrücken, zum Beispiel 600 Atmosphären Überdruck, und bei einem relativ hohen thermischen Faktor des Zusammenbaus.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die technologischen Aspekte des Verfahrens zur Herstellung des Aufbaus zu verbessern und die Festigkeit und Betriebsmerkmale zu verbessern, indem hohe Qualität in den Bauteilen der gelöteten und geschweißten Verbindungen sicher gestellt ist.
Das technische Ergebnis bei der Umsetzung der Erfindung besteht darin, daß, wenn es eine Verbesserung der technologischen Aspekte der Herstellung gibt, die Verläßlichkeit des Zusammenbaus auf Grund der erzielten hohen Qualität in den Bauteilen der geschweißten und gelöteten Verbindungen erhöht wird. Auf Grund dieser Tatsache war es möglich, einen oxidierenden Gaserzeuger für hochschubige Flüssigtreibstoffraketentriebwerke zu erzeugen. Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert und ihr wesentlicher Gehalt besteht darin, daß ein Verfahren zur Herstellung einer geschweißt-gelöteten Konstruktion eines LRE-Gaserzeugers die Schritte umfaßt: Herstellen eines Mischkopfs, der mit einem Zweigrohr zum Zuführen einer ersten Treibstoffkomponente versehen ist, einer Rohrleitung zum Zuführen einer zweiten Treibstoffkomponente, eines Gehäuses und eines Auslaßzweigrohrs und anschließendes Miteinanderverbinden derselben durch Schweißen, wobei ein Doppelschichtabstandhalter bestehend aus einer strukturellen Außenhülle und einer Brandschutzwand mit Rippen an ihrer Außenhülle und ein Verbindungsspaltring zusätzlich hergestellt werden, das Auslaßzweigrohr doppelschichtig ausgeführt ist und aus einer äußeren strukturellen Hülle und einer Brandschutzwand mit Rippen an ihrer Außenseite besteht, das Gehäuse in der Form einer kugeligen Hülle mit drei Löchern ausgeführt ist, von denen zwei von verschiedenen Seiten in Wänden der kugeligen Außenhülle koaxial angefertigt sind und zum Anschluß an den Mischkopf beziehungsweise an das Auslaßzweigrohr dienen und das dritte Loch zum Anschluß an eine Hauptrohrleitung zum Zuführen der zweiten Treibstoffkomponente dient, wobei, bevor das Gehäuse angeschlossen wird, der Mischkopf und das Auslaßzweigrohr, die strukturellen Außenhüllen und die Brandschutzwände des Doppelschichtabstandhalters beziehungsweise des Auslaßzweigrohrs vorbereitend miteinander durch Löten verbunden werden, wobei vor dem Löten ein Hochtemperaturlot auf die Innenflächen der strukturellen Außenhüllen und die Außenhüllen der Brandschutzwände aufgetragen wird, das Löten dann bei einer Temperatur von 960°C bis 980°C ausgeführt wird, wobei die Stirnflächen der Brandschutzwände mit der Bereitstellung eines axialen Schlitzes zwischen den strukturellen Hüllen gegeneinander gestoppt werden und dann das Schweißen der Flächenenden der Brandschutzwand des Doppelschichtabstandhalters und der Brandschutzwand des Auslaßzweigrohrs durch Elektronenschweißen erfolgt, wobei ein Elektronenstrahl in den Schlitz zwischen die strukturellen Hüllen gelenkt wird, dann die strukturelle Hülle des Doppelschichtabstandhalters und die strukturelle Hülle des Auslaßzweigrohrs unter Verwendung eines Verbindungsspaltrings durch Argonbogenschweißen verschweißt werden, dann der Doppelschichtabstandhalter an den Mischkopf durch Argonbogenschutzgasschweißen geschweißt wird, dann der verbundene Mischkopf, der Doppelschichtabstandhalter und das Auslaßzweigrohr im Gehäuse angeordnet wird, an welches die Hauptrohrleitung zum Zuführen der zweiten Treibstoffkomponente vorbereitend angeschweißt wird, und das Gehäuse an den Mischkopf und das Auslaßzweigrohr geschweißt wird.
Das Anschließen des Gehäuses an den Mischkopf und das Anschließen des Zweigrohrs zum Zuführen der ersten Treibstoffkomponente an den Mischkopf wird durch Argonbogen-Schutzgasschweißen ausgeführt, wobei zusätzliche Schweißraupen entlang der Schweißnaht erzeugt werden.
Des weiteren wird eine Ringverstärkungsplatte erzeugt und das Schweißen des Gehäuses an das Auslaßzweigrohr erfolgt auf der erzeugten Ringverstärkungsplatte, welche am Auslaßzweigrohr vorbereitend angebracht ist, und zusätzliche Schweißraupen werden entlang der erzeugten Schweißnahtgrenze erzeugt.
Das Schweißen des Gehäuses an das Zweigrohr zum Zuführen der zweiten Treibstoffkomponente erfolgt durch Argonbogenschweißen auf einer abnehmbaren Kupferverstärkungsplatte, welche von der Innenseite einer Schweißnahtwurzel angeordnet ist, und zusätzliche Schweißraupen werden entlang der erzeugten Schweißnahtgrenze erzeugt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen Gaserzeuger, welcher durch das beschriebene Verfahren hergestellt ist;
2 zeigt eine geschweißte Verbindung eines Abstandhalters und eines Auslaßzweigrohrs gemäß der Erfindung;
3 zeigt eine geschweißte Verbindung eines Mischkopfes und eines Abstandhalters gemäß der Erfindung;
4 zeigt eine geschweißte Verbindung des Gehäuses und eines Auslaßzweigrohrs gemäß der Erfindung;
5 zeigt eine geschweißte Verbindung eines Mischkopfes und des Gehäuses gemäß der Erfindung;
6 zeigt eine geschweißte Verbindung des Gehäuses und eines Zuführzweigrohrs gemäß der Erfindung;
7 zeigt das strukturelle Gehäuse, das über die geschweißt-gelötete Konstruktion bestehend aus einem Mischkopf, einem Auslaßzweigrohr und einem Abstandhalter geschoben ist, bevor es an den Mischkopf und das Auslaßzweigrohr gemäß der Erfindung geschweißt wird.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Gaserzeuger, welcher durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt wird, besteht aus einem strukturellen Gehäuse 1 (1), einem Mischkopf 2, einem Abstandhalter 3 und einem Auslaßzweigrohr 4. Das strukturelle Gehäuse 1 ist kugelig mit zwei koaxial positionierten Löchern 5 und 6 und einem zusätzlichen Loch 7 (7) ausgeführt, welches die räumliche Verbindung des Mischkopfes des Gaserzeugers mit einer Hauptrohrleitung zum Zuführen einer zweiten Treibstoffkomponente sicherstellt. Der Abstandhalter 3 umfaßt eine strukturelle Hülle 8 und eine Brandschutzwand 9 und das Auslaßzweigrohr 4 umfaßt eine strukturelle Hülle 10 und eine Brandschutzwand 11. Der Mischkopf 2 ist aus einer Abdeckung 12 mit zwei koaxial positionierten Anschlußoberflächen 13, 14 einem an der Abdeckung 12 durch Schweißen befestigten Zweigrohrs 15 zum Zuführen einer ersten Treibstoffkomponente, aus starr mit der Abdeckung 12 verbundenen Injektoren 16 und einem Boden 17 vormontiert. Das Auslaßzweigrohr 4 ist in der Form einer sich verjüngenden Glockenöffnung mit einer Verbindungsoberfläche 18 am Ende des größeren Durchmessers hergestellt. Ein Zweigrohr 19, welches die zweite Treibstoffkomponente zuführt, ist an der kugeligen Oberfläche des strukturellen Gehäuses 1 angeschweißt.
Im Zuge der Herstellung eines Gaserzeugers wird der Abstandhalter 3 zusammengesetzt, wobei die Brandschutzwand 9 innerhalb der strukturellen Hülle 8 eingesetzt wird. Dann wird das Auslaßzweigrohr 4 zusammengebaut, wobei die Brandschutzwand 11 innerhalb der strukturellen Hülle 10 eingesetzt wird.
Vor diesen Zusammenbauschritten wird eine Schicht Kupfer auf die innere Oberfläche der strukturellen Hüllen 8 und 10 aufgebracht und ein Kupfer-Silberlot wird auf der äußeren Oberfläche der Brandschutzwände 9 und 11 aufgebracht, welche jeweils entsprechend an den strukturellen Hüllen 8 und 10 angebracht sind. Löten wird bei einer Temperatur von 960–980 °C ausgeführt. Während des Lötens wird an der Kontaktstelle das Vorragen der Stirnflächen der Brandschutzwände 9 und 11 über die Stirnflächen der strukturellen Hüllen 8 und 10 sichergestellt (2).
Die Stirnflächen 18 der Brandschutzwände 9 und 11, welche aneinander stoßen, werden durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verschweißt, wobei der Strahl zwischen die Stirnflächen der Hüllen 8 und 10 gerichtet wird (2). Der Abstandhalter 3 wird mit einer Stirnfläche an der Verbindungsfläche 18 des Auslaßzweigrohrs 4 unter Verwendung eines Verbindungsrings 20 befestigt. Der Abstandhalter 3 und das Auslaßzweigrohr 4 werden an den Verbindungsring 20 durch Argonbogen-Schutzgasschweißen geschweißt.
Der Abstandhalter 3 wird mit dem Mischkopf 2 (3) durch Argonbogen-Schutzgasschweißen verschweißt.
Das Zweigrohr 19 wird vorbereitend am strukturellen Gehäuse 1 (7) im Loch 7 durch Argonbogen-Schutzgasschweißen an eine entfernbare Verstärkungsplatte geschweißt. Nachdem die Verstärkungsplatte entfernt ist, wird eine Schweißnahtwurzel durch manuelles Argonbogenschweißen mit einem Fülldraht aufgeschweißt und zusätzliche Schweißraupen 22 werden entlang der erzeugten Schweißnahtgrenze erzeugt.
Das strukturelle Gehäuse 1 mit dem Zuführzweigrohr 19 wird durch die Löcher 5 und 6 (7) auf die geschweißt-gelötete Konstruktion, welche aus dem Mischkopf 2, dem Abstandhalter 3 und dem Auslaßzweigrohr 4 besteht, so weit wie möglich aufgeschoben, wonach das Verschweißen ausgeführt wird.
Das strukturelle Gehäuse 1 wird an das Auslaßzweigrohr 4 (4) auf einer verbleibenden Verstärkungsplatte 21 schutzgasgeschweißt und zusätzliche Schweißraupen 22 werden entlang der Schweißnahtgrenze erzeugt.
Die feste Anfügung des strukturellen Gehäuses 1 an den Mischkopf 2 (5) und das Verbinden des Zweigrohrs 19 an den Mischkopf 2 können mit Argonbogen-Schutzgasschweißen ausgeführt werden, wobei zusätzliche Schweißraupen 22 entlang der Schweißnahtgrenze erzeugt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Das vorgeschlagene Verfahren hat es möglich gemacht, einen oxidierenden Gaserzeuger für eine hochschubige LRE zu gestalten und herzustellen, welcher hohe Verlässlichkeits- und Leistungsparameter aufweist.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer geschweißt-gelöteten Konstruktion eines Gaserzeugers eines Flüssigtreibstoffraketentriebwerks, umfassend die folgenden Schritte: Herstellen eines Mischkopfs (1), welcher mit einem Zweigrohr (15) zum Zuführen einer ersten Treibstoffkomponente versehen ist, einer Rohrleitung zum Zuführen einer zweiten Treibstoffkomponente, eines Gehäuses (1) und eines Auslaßzweigrohrs (4) und anschließendes Miteinanderverbinden derselben durch Schweißen, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner die folgenden Schritte umfaßt: Herstellen eines Doppelschichtabstandshalters (3) bestehend aus einer strukturellen Außenhülle (8) und einer Brandschutzwand (9) mit Rippen an ihrer Außenseite und eines Verbindungsspaltrings (20), Erzeugen der Doppelschicht des Auslaßzweigrohrs (4) bestehend aus einer strukturellen Außenhülle (10) und einer Brandschutzwand (11) mit Rippen an ihrer Außenseite, Erzeugen des Gehäuses in Form einer kugeligen Hülle mit drei Löchern (5, 6, 7), wobei zwei (5, 6) von verschiedenen Seiten in Wänden der kugeligen Hülle koaxial angefertigt sind und zum Anschluss an den Mischkopf (1) beziehungsweise an das Auslaßzweigrohr (4) dienen und das dritte Loch (7) zum Anschluss an die Rohrleitung zum Zuführen der zweiten Treibstoffkomponente dient, vorbereitendes Aneinanderbefestigen der strukturellen Außenhüllen (8, 10) und der Brandschutzwände (9, 11) des Doppelschichtabstandshalters (3) beziehungsweise des Auslaßzweigrohrs (4) durch Löten vor dem Anschließen des Gehäuses, des Mischkopfs (1) und des Auslaßzweigrohrs (4), Auftragen eines Hochtemperaturlots auf die Innenflächen der strukturellen Hüllen (8, 10) und die Außenflächen der Brandschutzwände (9, 11) vor dem Löten, Ausführen des Lötens bei einer Temperatur von 960 bis 980 °C, wobei die Stirnflächen der Brandschutzwände (9, 11) mit der Bereitstellung eines axialen Schlitzes zwischen den strukturellen Hüllen (8, 10) gegeneinander gestoppt werden und das Schweißen der Flächenenden der Brandschutzwand (8, 9) des Doppelschichtabstandshalters und der Brandschutzwand (10, 11) des Auslaßzweigrohrs durch Elektronenstrahlschweißen erfolgt, Lenken eines Elektronenstrahls in den Schlitz zwischen den strukturellen Hüllen (8, 10), Zusammenschweißen der strukturellen Hülle des Doppelschichtabstandhalters und der strukturellen Hülle des Auslaßzweigrohrs durch Argonbogenschweißen unter Verwendung eines Verbindungsspaltrings (20), Schweißen des Doppelschichtabstandshalters (4) an den Mischkopf (1) durch automatisches Schutzgasschweißen, Anordnen des verbundenen Mischkopfs, des Doppelschichtabstandshalters (3) und des Auslaßzweigrohrs (4) im Gehäuse, an welches die Rohrleitung zum Zuführen der zweiten Treibstoffkomponente vorbereitend angeschweißt wurde, und Schweißen des Gehäuses an den Mischkopf und das Auslaßzweigrohr.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschließen des Gehäuses an den Mischkopf (1) und das Anschließen des Zweigrohrs (15) zum Zuführen der ersten Treibstoffkomponente an den Mischkopf durch Argonbogen-Schutzgasschweißen ausgeführt wird, wobei zusätzliche Schweißraupen entlang einer Schweißnaht erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringverstärkungsplatte erzeugt wird und das Schweißen des Gehäuses an das Auslaßzweigrohr auf der erzeugten Verstärkungsplatte (21), welche am Auslaßzweigrohr vorbereitend angebracht ist, erfolgt und zusätzliche Schweißraupen (22) entlang der erzeugten Schweißnahtgrenze erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen des Gehäuses an das Zweigrohr (15) zum Zuführen der ersten Treibstoffkomponente durch Argonbogenschweißen auf einer abnehmbaren Kupferverstärkungsplatte, welche von der Innenseite einer Schweißnahtwurzel angeordnet ist, er folgt und zusätzliche Schweißraupen entlang der erzeugten Schweißnahtgrenze erzeugt werden.