CN104949153B - 一种高压燃烧室冷却套进出口结构及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空航天领域高温高压热防护技术，具体公开了一种高压燃烧室冷却套进出口结构及其加工方法。进出口结构燃烧室内壁和燃烧室外壁，燃烧室外壁的两端加工环形凹槽，在其底部加工进出孔，两端形成夹层通道入口和夹层通道出口。由于没有像现有技术一样将高强度金属层完全车削掉，而是在外壁上设计设计环形凹槽，进一步加工进出孔，一部分或全部高强度金属层与连接肋条相连接，加强了夹层通道进出口处的结构强度。通过改善压力容器最薄弱环节的状况，使燃烧装置热防护结构的总体承压能力提高80%以上，提高了的可靠性。加工方法中采用电火花、电解加工方法在环形凹槽底部加工进出孔，避免了断续车加工产生的毛刺，并且不会损伤连接肋。

Description

一种高压燃烧室冷却套进出口结构及其加工方法

技术领域

本发明属于航空航天领域高温高压热防护技术，具体涉及一种高压燃烧室冷却套进出口结构及其加工方法。

背景技术

压力容器是一种比较常见的生产生活设备，被广泛应用在人们生产生活的各个领域，如煤气化工、航空航天、冶金以及各种试验设备中都有所应用。以航天产品为例，众所周知火箭发动机是航天运载器的心脏，在整个火箭系统中起着极为重要的作用，所以对其可靠性要求很高。火箭发动机的推力室就是一个高压高温容器。目前液体火箭发动机的推力室一般采用再生冷却的方法对其身部进行冷却保护。再生冷却推力室的身部一般为由内、外两层壁构成的冷却夹套。发动机工作时，推进剂组元流经冷却套冷却燃烧室内壁面，其自身受热升温后流出冷却套，再经喷注器进入燃烧室。

传统的高压夹层通道的进出口结构如图1所示。其加工方法是先在容器内壁3(材质一般为导热好的铜及铜合金)上加工出夹层通道4；再用低溶点物质(如石蜡)将夹层通道4填平，在内壁3上电铸一层高强度金属外壁2(一般为镍)；然后把盖在夹层通道4进出口的高强度金属外壁2全部车加工去除掉，形成夹层通道的入口1、出口6；最后对容器进行加热让夹层通道4内的溶点物质熔化流出，便形成了带有夹层结构的压力容器壁。

由于夹层通道进出口处的外壁高强度金属全部被去除，只剩下强度较低的内壁，导致传统加工工艺方法形成的冷却夹套进出口处的局部承压能力下降，进而影响整个冷却夹套的承压能力。并且此种成形方法的通道进出口受结构强度的限制，进出口开口尺寸不宜过大，导致局部流阻较大，甚至可占整个冷却通道流阻的一半以上，严重影响了整个产品的设计性能。通道进出口处采用传统加工方法为断续车加工，极易发生通道结构变形，毛刺多余物难以清除等问题，进而影响产品的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压燃烧室冷却套进出口结构及其加工方法，冷却套进出口结构的承压能力大、局部流阻小，加工方法能够满足产品性能要求。

本发明的技术方案如下：

一种高压燃烧室冷却套进出口结构，它包括圆筒状的燃烧室内壁和燃烧室外壁，燃烧室内壁内的空间形成燃烧室内腔，内外壁之间具有空隙，所述燃烧室内壁上加工有连接肋，所述连接肋将上述燃烧室内壁和燃烧室外壁之间的空隙隔成一个个夹层通道，所述的燃烧室外壁的两端分别加工有环形凹槽，每个环形凹槽的底部间隔地加工有进出孔；相邻进出孔之间的间隔部分形成加强筋，而燃烧室外壁两端的进出孔则形成夹层通道入口和夹层通道出口。

在上述的高压燃烧室冷却套进出口结构中：所述环形凹槽的宽度为12～20mm，环形凹槽的深度为燃烧室外壁厚度的一半。

在上述的高压燃烧室冷却套进出口结构中：所述的进出孔的形状是长方形或长圆形。

在上述的高压燃烧室冷却套进出口结构中：所述的进出口孔的长度为11～19mm，宽度小于夹层通道的宽度。

在上述的高压燃烧室冷却套进出口结构中：所述的燃烧室内壁由铜或铜合金材料加工而成。

一种高压燃烧室冷却套进出口结构加工方法，该方法按照下述步骤进行：

1)加工燃烧室内壁，并在燃烧室内壁上铣槽加工形成连接肋；

2)加工燃烧室外壁，同时将燃烧室外壁焊接在连接肋上；

3)在燃烧室外壁两端车加工环形凹槽；

4)在环形凹槽底部间隔地加工进出孔；

在上述的高压燃烧室冷却套进出口结构加工方法中：所述步骤4)中首先对环形凹槽的周向位置进行分度定位，使每个进出孔的位置与燃烧室内壁的夹层通道对应相通；然后利用电加工模块加工进出孔，由选择的电加工模块的形状决定进出孔的形状。

在上述的高压燃烧室冷却套进出口结构加工方法中：所述步骤4)采用电火花、电解加工方法在环形凹槽底部加工进出孔。

本发明的显著效果在于：

由于没有像现有技术一样将高强度金属层完全车削掉，而是在外壁上设计环形凹槽，并且在环形凹槽底部间隔地加工进出孔，这样就留下一部分或全部高强度金属层与连接肋条相连接，从而加强了夹层通道进出口处的结构强度。通过改善压力容器最薄弱环节的状况，使燃烧装置热防护结构的总体承压能力提高80％以上，提高了其整体结构的可靠性。

现有技术中只在外壁处加工宽度较窄的冷却剂进出口，而本申请的结构在外壁上加工环形凹槽，并在环槽底部加工进出孔，环形凹槽的宽度比现有工艺进出口宽度大2～3倍，可达约12～20mm，使冷却剂进出口的局部损失可降低约60％，从而提高了产品的工作性能。

本发明的设计加工方法中采用电火花、电解加工方法在环形凹槽底部加工进出孔，避免了断续车加工产生的毛刺，并且不会损伤连接肋。

进出孔的形状尺寸的选择保证电化学加工模块不会损伤夹层连接肋，并且保证了流入每个夹层通道内的流体流量的均匀性。

另外采用对环形凹槽的周向位置进行分度定位的办法定位进出孔的位置，使每个进出孔的位置与燃烧室内壁的夹层通道对应相通，进一步保证了流入每个夹层通道内的流体流量的均匀性。

附图说明

图1为传统的高压夹层通道的进出口结构示意图；

图2为图1的A-A剖的局部放大图；

图3为加工过程中的高压燃烧室冷却套进出口结构示意图；

图4为图3的A-A剖的局部放大图；

图5为完成的高压燃烧室冷却套进出口结构示意图；

图6为图5的A-A剖的局部放大图；

图中：1.夹层通道入口；2.燃烧室外壁；3.燃烧室内壁；4.夹层通道；5.燃烧室内腔；6.夹层通道出口；7.连接肋；8.进出孔；9.加强筋；10.环形凹槽。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图5和图6所示，高压燃烧室冷却套进出口结构包括圆筒状的燃烧室内壁3和燃烧室外壁2。内外壁之间形成夹层通道4，燃烧室内壁3内的空间形成燃烧室内腔5。所述燃烧室内壁3上铣槽加工形成连接肋7。燃烧室外壁2由电铸或扩散焊形成的高强度金属连接在燃烧室内壁3的连接肋7上，连接肋7之间的空隙即为夹层通道4。

与现有技术不同的是，本发明的夹层通道入口1和夹层通道出口6的形成是在燃烧室外壁2两端的环形凹槽10的基础上加工的。在燃烧室外壁2的两端沿筒壁圆周方向车加工两道环形的凹槽10，此时燃烧室外壁2并未被打通，因为加工的是凹槽，在所述的环形凹槽10的底部有间隔地打出进出孔8，由于加工了进出孔8此时燃烧室外壁2被打通，燃烧室外壁2和燃烧室内壁3之间的夹层通道4与燃烧室外壁2相通，因此燃烧室外壁2两端的进出孔8形成了夹层通道入口1和夹层通道出口6。

另外由于在所述的环形凹槽10的底部有间隔地打出进出孔8，因而间隔的部分形成高强度金属的加强筋9。

而现有的夹层通道入口1和夹层通道出口6则是直接在燃烧室外壁2两端加工环槽，使得燃烧室外壁2被直接打通。燃烧室外壁2两端加工分别夹层通道入口1和夹层通道出口6，供冷却介质流入和流出，其入口和出口的宽度一般不大于5mm。

燃烧室内壁3一般由导热率较高的铜或铜合金材料加工而成，其结构特点是内壁较薄一般不大于1mm，连接肋7的高度一般在2～8mm，夹层通道4的宽度一般在2～4mm。本实施例中选择连接肋7的高度为5mm，夹层通道4的宽度为3mm。燃烧室外壁2一般由电铸或扩散焊形成的高强度金属连接在燃烧室内壁3的连接肋7上，燃烧室外壁2的厚度一般在3～7mm，本实施例中选择5mm。

上述环形凹槽10的深度和宽度由冷却套进出口结构设计强度和流动需求而定，本实施例中选择环形凹槽10的深度可为燃烧室外壁2厚度的一半，环形凹槽10的宽度可比现有工艺进出口环槽宽度大2～3倍，可达约12～20mm，本实施例中选择15mm。进出孔8的形状可以是长方形或长圆形，本实施例中，选择进出孔8的宽度小于夹层通道4的宽度0.2mm，进出孔8的长度小于环形凹槽10的宽度1mm，即进出孔8的长度可达11～19mm。

1)加工燃烧室内壁

如图3和图4所示，燃烧室内壁(3)由导热率较高的铜或铜合金材料加工而成；

铣槽加工形成连接肋7，相邻的连接肋7之间的空隙形成夹层通道4；

2)加工燃烧室外壁

利用由电铸或扩散焊形成，采用电铸或扩散焊工艺加工燃烧室外壁2，同时将燃烧室外壁2焊接在连接肋7上；

3)加工环形凹槽

如图3和图4所示，首先在燃烧室外壁2两端车加工环形凹槽10；

4)加工进出孔，形成加强筋

采用电火花、电解加工方法在环形凹槽10底部加工进出孔8；相邻进出孔之间的间隔形成加强筋9；

首先对环形凹槽10的周向位置进行分度定位，使每个进出孔8的位置与燃烧室内壁3的夹层通道4对应相通；

然后利用电加工模块加工进出孔8，由选择的电加工模块的形状决定进出孔8的形状；

为了提高加工效率，可以对多个进出口小孔同时进行电化学加工。

Claims (7)

1.一种高压燃烧室冷却套进出口结构，它包括圆筒状的燃烧室内壁(3)和燃烧室外壁(2)，燃烧室内壁(3)内的空间形成燃烧室内腔(5)，内外壁之间具有空隙，所述燃烧室内壁(3)上加工有连接肋(7)，所述连接肋(7)将上述燃烧室内壁(3)和燃烧室外壁(2)之间的空隙隔成一个个夹层通道(4)；其特征在于：所述的燃烧室外壁(2)的两端分别加工有环形凹槽(10)，每个环形凹槽(10)的底部间隔地加工有进出孔(8)；相邻进出孔(8)之间的间隔部分形成加强筋(9)，而燃烧室外壁(2)两端的进出孔(8)则形成夹层通道入口(1)和夹层通道出口(6)。

2.如权利要求1所述的高压燃烧室冷却套进出口结构，其特征在于：所述环形凹槽(10)的宽度为12～20mm，环形凹槽(10)的深度为燃烧室外壁(2)厚度的一半。

3.如权利要求1所述的高压燃烧室冷却套进出口结构，其特征在于：所述的进出孔(8)的形状是长方形。

4.如权利要求1所述的高压燃烧室冷却套进出口结构，其特征在于：所述的进出孔(8)的长度为11～19mm，其宽度小于夹层通道(4)的宽度。

5.如权利要求1所述的高压燃烧室冷却套进出口结构，其特征在于：所述的燃烧室内壁(3)由铜或铜合金材料加工而成。

6.一种高压燃烧室冷却套进出口结构加工方法，其特征在于，该方法按照下述步骤进行：

1)加工燃烧室内壁(3)，并在燃烧室内壁(3)上铣槽加工形成连接肋(7)；

2)加工燃烧室外壁(2)，同时将燃烧室外壁(2)焊接在连接肋(7)上；

3)在燃烧室外壁(2)两端车加工环形凹槽(10)；

4)在环形凹槽(10)底部间隔地加工进出孔(8)。

7.如权利要求6所述的高压燃烧室冷却套进出口结构加工方法，其特征在于：所述步骤4)采用电火花、电解加工方法在环形凹槽(10)底部加工进出孔(8)。