RU2513059C2 - Heat-beat structure cooling circuit - Google Patents

Heat-beat structure cooling circuit Download PDF

Info

Publication number
RU2513059C2
RU2513059C2 RU2012103691/06A RU2012103691A RU2513059C2 RU 2513059 C2 RU2513059 C2 RU 2513059C2 RU 2012103691/06 A RU2012103691/06 A RU 2012103691/06A RU 2012103691 A RU2012103691 A RU 2012103691A RU 2513059 C2 RU2513059 C2 RU 2513059C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacers
heat
spacer
recesses
samples
Prior art date
Application number
RU2012103691/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012103691A (en
Inventor
Виталий Романович Рубинский
Владимир Викторович Черниченко
Павел Анатольевич Солженикин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority to RU2012103691/06A priority Critical patent/RU2513059C2/en
Publication of RU2012103691A publication Critical patent/RU2012103691A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2513059C2 publication Critical patent/RU2513059C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to rocketry, particularly, to production of engines and can be used for production of liquid-propellant engines. Proposed cooling circuit comprises outer and fire shells with cooling circuit ducts arranged there between and composed of H-beam spacers with flow turbulence promoters arranged thereat. Flanges of said spacers feature variable width owing to alternating recesses made thereat. Note here that said turbulence promoters are formed by said alternating recesses. Said recesses of every H-beam spacer flange are staggered. Said recesses of top and bottom H-beam spacer flanges are staggered. Recesses of adjacent flanges are arranged so that recesses on flange of one spacer are located opposite the ledges of adjacent spacer. Recess depth makes 25-75% of flange width. Through channels are made in vertical walls of H-beam spacers.
EFFECT: simplified design.
6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплообменным аппаратам, и может быть использовано при создании охлаждаемых теплонапряженных конструкций, например трубопроводов.The invention relates to heat engineering, namely to heat exchangers, and can be used to create cooled heat-stressed structures, for example pipelines.

В настоящее время в основном применяется регенеративное охлаждение огневой стенки камеры ЖРД, заключающееся в подаче охладителя по специальным пазам, выполненным между внутренней огневой и наружной силовой оболочками, скрепленными между собой по вершинам пазов тракта охлаждения при помощи пайки специальным припоем.Currently, regenerative cooling of the fire wall of the rocket engine chamber is mainly used, which consists in supplying a cooler in special grooves made between the internal fire and external power shells, fastened together at the tops of the grooves of the cooling path using special soldering.

Прочность тракта охлаждения определяется прочностью паяных швов между внутренней и наружной оболочками из-за того, что прочность припоя ниже прочности материала оболочек. Для увеличения прочности паяного соединения необходимо увеличение площади соприкосновения контактируемых поверхностей. Увеличение толщины ребра нецелесообразно из-за того, что это ведет к уменьшению числа ребер и увеличению перепада давлений в тракте охлаждения камеры.The strength of the cooling path is determined by the strength of the soldered joints between the inner and outer shells due to the fact that the strength of the solder is lower than the strength of the material of the shells. To increase the strength of the solder joint, an increase in the contact area of the contacted surfaces is necessary. The increase in the thickness of the ribs is impractical due to the fact that this leads to a decrease in the number of ribs and an increase in the pressure drop in the cooling path of the chamber.

Известна конструкция КС, состоящая из внутренней и наружной оболочек, связанных гофрированной проставкой, на вертикальных ребрах которой выполнены турбулизирующие выступы (Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1981, с.145-146).Known design of the COP, consisting of inner and outer shells connected by a corrugated spacer, on the vertical edges of which are made turbulent protrusions (Kalinin E.K., Dreitzer G.A., Yarkho S.A. Intensification of heat transfer in channels. M .: Mechanical Engineering, 1981, p. 145-146).

Введение в конструкцию турбулизаторов позволяет многократно повысить эффективность теплообмена в охлаждающих каналах. Но известное конструктивное оформление не является оптимальным с точки зрения применения турбулизаторов, т.к. выполнение выступов на вертикальных ребрах гофр технологически затруднительно, и при этом в одних каналах получаются выступы, а в смежных вмятины.Introduction to the design of turbulators can significantly increase the efficiency of heat transfer in the cooling channels. But the well-known design is not optimal in terms of the use of turbulators, because the implementation of the protrusions on the vertical edges of the corrugations is technologically difficult, and at the same time, protrusions are obtained in some channels, and in adjacent dents.

Известна также КС ЖРД с трактом регенеративного охлаждения, содержащая наружную и огневую оболочки с каналами охлаждения между ними, в которых размещены турбулизирующие выступы (Патент США N 4781019, кл. F02K 9/64, опубл. 1988).Also known is the CS LRE with a regenerative cooling path, containing the outer and fire shells with cooling channels between them, in which turbulent protrusions are placed (US Patent No. 4781019, class F02K 9/64, publ. 1988).

Такое конструктивное оформление турбулизирующих выступов не является технологичным, т.к. связано со сложностью и высокой трудоемкостью изготовления.Such a design of the turbulent protrusions is not technological, because due to the complexity and high complexity of manufacturing.

Известна камера сгорания жидкостного реактивного двигателя с трактом регенеративного охлаждения, содержащая наружную и огневую оболочки с каналами охлаждения между ними, в которых размещены турбулизирующие выступы, при этом каналы охлаждения образованы двутавровыми проставками, а турбулизирующие выступы выполнены на вертикальной стенке и полках каждой проставки симметрично вертикальной оси двутавра с равномерным шагом по его длине (патент РФ №2061890, МПК F02K 19/62 - прототип).A known combustion chamber of a liquid-propellant jet engine with a regenerative cooling path, comprising an outer and fire shell with cooling channels between them, in which there are turbulent protrusions, the cooling channels are formed by I-beams, and the turbulent protrusions are made on the vertical wall and shelves of each spacer symmetrically to the vertical axis I-beams with a uniform pitch along its length (RF patent No. 2061890, IPC F02K 19/62 - prototype).

Указанная камера сгорания состоит из огневой оболочки, двутавровых проставок и наружной оболочки.The specified combustion chamber consists of a fire shell, I-beam spacers and the outer shell.

На огневой оболочке с равномерным шагом образованы турбулизирующие выступы. На полках и вертикальной стенке двутавровых проставок симметрично вертикальной оси двутавра выполнены турбулизирующие выступы. Выступы получаются при прокатке двутавровых проставок за счет выполнения соответствующих лунок на рабочих поверхностях прокатных роликов. Выступы расположены группами по 6 штук с расчетным равномерным шагом по длине проставок. Оси турбулизирующих выступов в смежных проставках расположены на одном уровне. Это позволяет обеспечивать за счет выбора высоты турбулизирующих выступов требуемое локальное сужение охлаждающих каналов с заданным шагом по длине образующей КС.Turbulent protrusions are formed on the fire envelope with an even pitch. On the shelves and the vertical wall of the I-beams spacers symmetrically to the vertical axis of the I-beams made turbulent protrusions. The protrusions are obtained when rolling I-beam spacers due to the implementation of the corresponding holes on the working surfaces of the rolling rollers. The protrusions are arranged in groups of 6 pieces with a calculated uniform pitch along the length of the spacers. The axis of the turbulent protrusions in adjacent spacers are located on the same level. This allows you to provide, due to the choice of the height of the turbulent protrusions, the required local narrowing of the cooling channels with a given step along the length of the generating CS.

Основным недостатком является то, что выступы образуются при прокатке и имеют достаточно обтекаемую форму, что не позволяет получить требуемую степень турбулизации потока и соответственно интенсифицировать теплопередачу. Кроме этого, в местах прилегания полки двутавровой проставки к стенкам тракта также ухудшаются условия теплопередачи, так как образуется толщина, равная толщине стенки и толщине полки, что ведет к ухудшению условий теплообмена и росту массы камеры сгорания.The main disadvantage is that the protrusions are formed during rolling and have a fairly streamlined shape, which does not allow to obtain the required degree of flow turbulization and, accordingly, to intensify heat transfer. In addition, in the places where the flange of the I-beam spacer adjoins the walls of the duct, the heat transfer conditions also worsen, since a thickness is formed equal to the wall thickness and the thickness of the flange, which leads to a deterioration in heat transfer conditions and an increase in the mass of the combustion chamber.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание тракта регенеративного охлаждения теплонапряженных конструкций, применение которого позволит интенсифицировать процесс теплопередачи между поверхностью огневой стенки и охладителем.The objective of the invention is to remedy these disadvantages and create a path for regenerative cooling of heat-stressed structures, the use of which will intensify the process of heat transfer between the surface of the fire wall and the cooler.

Решение указанной задачи достигается за счет того, что в предложенном тракте охлаждения теплонапряженных конструкций, содержащем наружную и огневую оболочки с каналами охлаждения между ними, образованными двутавровыми проставками, на которых размещены турбулизаторы потока, согласно изобретению, полки двутавровых проставок выполнены переменной ширины за счет выполнения на них чередующихся выборок, при этом турбулизаторы потока образованы указанными чередующимися выборками.The solution to this problem is achieved due to the fact that in the proposed cooling path of heat-stressed structures, containing the outer and fire shells with cooling channels between them formed by I-beam spacers, on which the flow turbulators are placed, according to the invention, the shelves of I-beam spacers are made of variable width due to them of alternating samples, while the flow turbulators are formed by the indicated alternating samples.

В варианте исполнения, выборки на каждой полке двутавровой проставки выполнены в шахматном порядке.In an embodiment, the samples on each shelf of the I-beam are made in a checkerboard pattern.

В варианте исполнения, выборки на верхней и нижней полках двутавровой проставки выполнены в шахматном порядке.In an embodiment, the samples on the upper and lower shelves of the I-beam are made in a checkerboard pattern.

В варианте исполнения, выборки смежных проставок расположены таким образом, что выборки на полках одной проставки располагаются напротив выступов смежной с ней проставки.In an embodiment, the samples of adjacent spacers are arranged so that the samples on the shelves of one spacer are located opposite the protrusions of the adjacent spacer.

В варианте исполнения, глубина выборки составляет 25-75% ширины полки.In an embodiment, the sampling depth is 25-75% of the width of the shelf.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит ухудшение условий турбулизации и наличие выборки практически не сказывается на интенсификации теплообмена.The lower value of the indicated ratio was chosen on the basis that, with its further decrease, the turbulization conditions deteriorate and the presence of the sample has practically no effect on the intensification of heat transfer.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ухудшение прочностных характеристик соединения проставки и оболочки.The upper value of the specified ratio is selected based on the fact that with a further increase in it, the strength characteristics of the joint of the spacer and the shell deteriorate.

В варианте исполнения, в вертикальных стенках двутавровых проставок выполнены сквозные каналы.In an embodiment, through channels are made in the vertical walls of the I-beams.

Положительными техническими результатами предлагаемого технического решения являются в области конструкции обеспечение высокой эффективности теплообмена в каналах за счет применения заданной величины локальных сужений охлаждающих каналов с расчетным шагом и каналов перетока охладителя из одного канала в другой, что значительно позволяет улучшить условия теплообмена.Positive technical results of the proposed technical solution are in the field of design ensuring high efficiency of heat transfer in the channels due to the use of a given value of local narrowing of cooling channels with a design pitch and channels for the flow of cooler from one channel to another, which significantly improves the heat transfer conditions.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан поперечный разрез тракта охлаждения теплонапряженных конструкций при выполнении выборок на каждой полке, на фиг.2 - вид сверху в варианте выполнения выборок на каждой полке, на фиг.3 - поперечный разрез тракта охлаждения при выполнении выборок на полках тавровой проставки в шахматном порядке, на фиг.4 - вид сверху в варианте выполнения выборок на полках тавровой проставки в шахматном порядке, на фиг.5 - поперечный разрез тракта охлаждения в варианте выполнения выборок смежных проставок таким образом, что выборки одной проставки располагаются напротив выступов смежной с ней проставки, на фиг.6 - вид сверху в варианте выполнения выборок смежных проставок таким образом, что выборки одной проставки располагаются напротив выступов смежной с ней проставки.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a cross section of a cooling duct for heat-stressed structures when making samples on each shelf, Fig. 2 is a top view of an embodiment of samples on each shelf, and Fig. 3 is a cross section of a cooling duct when performing staggered samples on the shelves of the T-spacer, in Fig. 4 is a top view in the embodiment of the samples on the shelves of the T-spacers in the staggered order, in Fig. 5 is a transverse section of the cooling path in the sampling embodiment spacers so that the audio samples are arranged opposite the spacer protrusions spacers adjacent thereto, Figure 6 - top view of the embodiment samples adjacent spacers such that the sample located opposite one spacer protrusions spacers adjacent thereto.

Предложенный тракт охлаждения теплонапряженных конструкций содержит наружную 1 и огневую 2 оболочки с каналами охлаждения 3 между ними, образованными двутавровыми проставками 4. Полки двутавровых проставок 4 выполнены переменной ширины за счет выполнения на них чередующихся выборок 5, при этом турбулизаторы потока образованы указанными чередующимися выборками 5. В вертикальных стенках двутавровых проставок 4 выполнены сквозные каналы 6.The proposed cooling circuit for heat-stressed structures contains an outer 1 and a fire 2 shell with cooling channels 3 between them formed by I-beam spacers 4. The shelves of the I-beam spacers 4 are made of variable width by performing alternating samples 5 on them, while the flow turbulators are formed by the indicated alternating samples 5. In the vertical walls of the I-beam spacers 4, through channels 6 are made.

Предложенный тракт охлаждения теплонапряженных конструкций работает следующим образом.The proposed cooling circuit of heat-stressed structures works as follows.

Охладитель подается по каналам охлаждения 3 и нагревается за счет теплообмена с огневой оболочкой 2. При обтекании горизонтальных полок двутавровых проставок 4, на которых выполнены выборки 5, происходит турбулизация потока за счет его попеременного расширения-сжатия. Выполнение сквозных каналов 6 в вертикальных стенках двутавровых проставок 4 позволяет обеспечить перетекание охладителя из одного канала охлаждения 3 в другой, что дополнительно турбулизирует поток и улучшает условия теплообмена.The cooler is supplied through cooling channels 3 and is heated by heat exchange with the fire shell 2. When flowing around the horizontal shelves of I-beams 4, on which samples 5 are made, the flow is turbulized due to its alternating expansion-contraction. The implementation of the through channels 6 in the vertical walls of the I-beams 4 allows for the flow of the cooler from one cooling channel 3 to another, which additionally turbulizes the flow and improves the heat transfer conditions.

Использование предложенного технического решения позволит создать тракт охлаждения теплонапряженных конструкций, применение которого позволит интенсифицировать процесс теплопередачи между поверхностью огневой стенки и охладителем.Using the proposed technical solution will create a cooling path for heat-stressed structures, the use of which will intensify the heat transfer process between the surface of the fire wall and the cooler.

Claims (6)

1. Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций, содержащий наружную и огневую оболочки с каналами охлаждения между ними, образованными двутавровыми проставками, на которых размещены турбулизаторы потока, отличающийся тем, что полки двутавровых проставок выполнены переменной ширины за счет выполнения на них чередующихся выборок, при этом турбулизаторы потока образованы указанными чередующимися выборками.1. The cooling path of heat-stressed structures, containing the outer and fire shells with cooling channels between them, formed by I-beam spacers, on which the flow turbulators are placed, characterized in that the flanges of the I-beam spacers are made of variable width by performing alternating samples on them, while the flow turbulators formed by the indicated alternating samples. 2. Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций по п.1, отличающийся тем, что выборки на каждой полке двутавровой проставки выполнены в шахматном порядке.2. The cooling circuit of heat-stressed structures according to claim 1, characterized in that the samples on each shelf of the I-beam are made in a checkerboard pattern. 3. Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций по п.1, отличающийся тем, что выборки на верхней и нижней полках двутавровой проставки выполнены в шахматном порядке.3. The cooling path of heat-stressed structures according to claim 1, characterized in that the samples on the upper and lower shelves of the I-beam are made in a checkerboard pattern. 4. Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций по п.1, отличающийся тем, что выборки смежных проставок расположены таким образом, что выборки на полках одной проставки располагаются напротив выступов смежной с ней проставки.4. The cooling path of heat-stressed structures according to claim 1, characterized in that the samples of adjacent spacers are arranged in such a way that the samples on the shelves of one spacer are located opposite the protrusions of the adjacent spacer. 5. Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций по п.1, отличающийся тем, что глубина выборки составляет 25-75% ширины полки.5. The cooling path of heat-stressed structures according to claim 1, characterized in that the sampling depth is 25-75% of the width of the shelf. 6. Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций по п.1, отличающийся тем, что в вертикальных стенках двутавровых проставок выполнены сквозные каналы. 6. The cooling duct of heat-stressed structures according to claim 1, characterized in that through channels are made in the vertical walls of the I-beam spacers.
RU2012103691/06A 2012-02-02 2012-02-02 Heat-beat structure cooling circuit RU2513059C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012103691/06A RU2513059C2 (en) 2012-02-02 2012-02-02 Heat-beat structure cooling circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012103691/06A RU2513059C2 (en) 2012-02-02 2012-02-02 Heat-beat structure cooling circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012103691A RU2012103691A (en) 2013-08-10
RU2513059C2 true RU2513059C2 (en) 2014-04-20

Family

ID=49159233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012103691/06A RU2513059C2 (en) 2012-02-02 2012-02-02 Heat-beat structure cooling circuit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2513059C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2614902C2 (en) * 2015-09-15 2017-03-30 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Liquid-propellant rocket engine combustion chamber

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4781019A (en) * 1983-04-04 1988-11-01 Rockwell International Corporation Keel-rib coolant channels for rocket combustors
RU2061890C1 (en) * 1992-07-21 1996-06-10 Научно-исследовательский институт "Гермес" Combustion chamber of liquid jet engine with path for regenerative cooling
FR2744174A1 (en) * 1996-01-26 1997-08-01 Daimler Benz Aerospace Ag WALL ARRANGEMENT FOR WALLS OF PROPULSORS COOLED BY CIRCULATION OF PROPERGOLS
EP0780563A3 (en) * 1995-12-18 1999-04-21 United Technologies Corporation Rocket thrust chamber
DE10156124A1 (en) * 2001-11-16 2003-06-12 Astrium Gmbh Liquid-cooled rocket engine with meandering cooling channels
RU2392478C1 (en) * 2008-12-17 2010-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Cooling circuit of liquid-propellant engine chamber

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4781019A (en) * 1983-04-04 1988-11-01 Rockwell International Corporation Keel-rib coolant channels for rocket combustors
RU2061890C1 (en) * 1992-07-21 1996-06-10 Научно-исследовательский институт "Гермес" Combustion chamber of liquid jet engine with path for regenerative cooling
EP0780563A3 (en) * 1995-12-18 1999-04-21 United Technologies Corporation Rocket thrust chamber
FR2744174A1 (en) * 1996-01-26 1997-08-01 Daimler Benz Aerospace Ag WALL ARRANGEMENT FOR WALLS OF PROPULSORS COOLED BY CIRCULATION OF PROPERGOLS
DE10156124A1 (en) * 2001-11-16 2003-06-12 Astrium Gmbh Liquid-cooled rocket engine with meandering cooling channels
RU2392478C1 (en) * 2008-12-17 2010-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Cooling circuit of liquid-propellant engine chamber

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2614902C2 (en) * 2015-09-15 2017-03-30 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Liquid-propellant rocket engine combustion chamber

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012103691A (en) 2013-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3206206U (en) Vapor chamber with gas-liquid separation structure
JP5406428B2 (en) Wall elements for gas turbine engine combustion equipment
RU2472087C2 (en) Heat exchanger designed in particular for heat generators
JP6456481B2 (en) Film cooling hole array for an acoustic resonator in a gas turbine engine
RU2689264C2 (en) Improved heat exchange and noise reduction panel for gas turbine engine
RU2677018C1 (en) Combustion chamber of gas turbine engine
JPH08233253A (en) Cooling type wall section
JP2014531015A (en) Annular wall of combustion chamber with improved cooling at the primary and / or dilution hole level
Popov et al. Industrial applications of heat transfer enhancement: The modern state of the problem (a Review)
US20150060028A1 (en) Heat exchanger
RU2513059C2 (en) Heat-beat structure cooling circuit
CN108917440B (en) A kind of heat pipe design method of porous constant-current stabilizer length variation
CN107144161B (en) The annular and separation device loop circuit heat pipe of spacing variation in a kind of short transverse
RU2517949C2 (en) Liquid-propellant rocket engine combustion chamber
RU2516678C2 (en) Regenerative cooling path for liquid-fuel rocket engine chamber
RU2515576C2 (en) Liquid-propellant rocket engine combustion chamber nozzle
RU2516723C2 (en) Method for manufacturing regenerative cooling path for liquid-fuel rocket engine chamber
CN105318356A (en) High aspect ratio variable section heat exchange channel
TR201802608T4 (en) Heat carrier with channels for reducing fluid movements.
RU2061890C1 (en) Combustion chamber of liquid jet engine with path for regenerative cooling
WO2022227582A1 (en) Combustion chamber structure having heat exchanger
RU2751425C1 (en) Heat exchange surface
US11879691B2 (en) Counter-flow heat exchanger
RU2720596C1 (en) Liquid-propellant engine chamber
RU2404395C2 (en) Method for manufacturing of cooling path of thermally stressed structures

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140405