CN107356425A - 一种喷嘴液流性能测试工装结构 - Google Patents

Abstract

为解决现有测试工装无法满足喷嘴液流性能测试的技术问题，本发明提供了一种喷嘴液流性能测试工装结构，能够满足喷嘴的液流试验要求。本发明根据被试喷嘴的结构特点和被试喷嘴的液流试验设计要求，在被试喷嘴内壳体外侧上端开设1.5×1.5mm的环形槽以用于提拉固定，同时利用卡箍和紧箍件配合在环形槽处夹紧提住被试喷嘴，设计巧妙、安装方便；将工装的腔体内径设计为Φ86mm，腔体上进水接管嘴通径设计为Φ20mm，能够满足介质进入腔体的流速和介质漫入被试喷嘴外壳体的液试流速要求。

Description

一种喷嘴液流性能测试工装结构

技术领域

本发明涉及一种喷嘴液流性能测试工装结构，应用于火箭发动机的喷嘴液流试验中。

背景技术

在火箭发动机研制过程中，需要对图1、2所示喷嘴进行液试，液试需测量喷嘴在给定压降下的流量，得到其性能参数并验证喷嘴结构性能是否满足技术要求(要求该喷嘴在给定压降1MPa下通过矩形槽和外壳体入水孔的流量之和为:3.255±0.065kg/s)。该喷嘴下端面外圆均匀开设有12个3mm(长)×2.1mm(宽)×9mm(高)的矩形槽，且没有地方可以夹持固定。

因此，在设计图1、2所示喷嘴的测试工装时，面临着如何夹持喷嘴、如何保证工装与喷嘴矩形槽之间的轴向密封、夹持后如何保证喷嘴模拟工作环腔满足设计要求、以及如何保证试验介质按设计要求流道进出的问题。而现有的测试工装均无法解决上述问题。

发明内容

基于上述背景技术，本发明提供了一种喷嘴液流性能测试工装结构，能够满足喷嘴的液流试验要求。

本发明的技术方案是：

一种喷嘴液流性能测试工装结构，其特殊之处在于：包括工装和结构；所述工装包括壳体、上盖、法兰、衬环、卡箍和紧箍件；所述结构为在被试喷嘴内壳体上部增加的圆柱加长段和开设在所述圆柱加长段上部外侧的1.5×1.5mm环形槽；所述圆柱加长段至少长4mm；

壳体包括上下开口的腔体、设置在腔体上的进水接管嘴和测压接管嘴；所述腔体的内径为Φ86mm；所述进水接管嘴通径为Φ20mm；

上盖的上部固定安装在壳体上，上盖下部伸入所述腔体内；

卡箍由对称设置、结构相同的夹持件一和夹持件二构成，夹持件一和夹持件二的上端面均为半圆环/半圆，下端面均为可插入所述环形槽内以夹持被试喷嘴的半圆环结构；

紧箍件套设在卡箍外，紧箍件的外圈与上盖的内圈螺纹配合，旋入紧箍件可将所述夹持件一和夹持件二夹紧，从而将被试喷嘴夹紧固定在上盖下部；

法兰安装在腔体的下端，法兰和腔体的配合面上均开设凹槽；法兰和腔体配合后，其凹槽处形成的空间可容纳所述衬环；衬环固定安装在法兰上端面和腔体下端面之间，液试时衬环与被试喷嘴下端矩形槽过盈配合。

进一步地，上盖下部内壁从上至下设计有多层台阶，台阶二的上表面高度与紧箍件配合对紧箍件下行高度进行限位；台阶三的上表面高度应保证被试喷嘴装入腔体后被试喷嘴下端与衬环底面平齐，被试喷嘴内壳体上部外侧环形槽下端面与台阶三的上表面平齐；台阶四和台阶五的上表面高度和内径应能封堵被试喷嘴的内壳体入水孔，同时保护被试喷嘴不被上盖压、划伤。

优选地，进水接管嘴有两个，对称设置在腔体的左右两侧；测压接管嘴有一个，位于两个进水接管嘴之间。

进一步地，测压接管嘴的高度位置根据被试喷嘴的外壳体入水孔的位置确定。

进一步地，腔体内壁上设置有限位台阶以便对上盖的下行高度进行限位。

优选地，卡箍采用铝材制成。

优选地，衬环采用铜制成。

优选地，所述圆柱加长段长4mm，所述环形槽开设在距所述圆柱加长段顶部2mm的位置。

本发明的有益效果：

1、本发明根据图1所示被试喷嘴的结构特点，以及被试喷嘴的液流试验设计要求，在被试喷嘴内壳体外侧上端开设1.5×1.5mm的环形槽以用于提拉固定，同时利用卡箍和紧箍件配合在环形槽处夹紧提住被试喷嘴，设计巧妙、安装方便；将工装的腔体内径设计为Φ86mm，腔体上进水接管嘴通径设计为Φ20mm，能够满足介质进入腔体的流速和介质漫入被试喷嘴外壳体的液试流速要求。

2、多层台阶的上盖结构设计，每层台阶高度、内径与紧箍件、卡箍、被试喷嘴配合，保证被试喷嘴装入工装腔体时被试喷嘴下端与衬环底面平齐，实现模拟喷嘴工作状态矩形槽、外壳体切向孔的介质流道，保证了液流试验测量精度。

3、衬环与被试喷嘴下端矩形槽过盈配合密封，使进入被试喷嘴壳体的水仅从喷嘴的矩形槽和外壳体入水孔流出，从而确保测量精度。

4、将被试喷嘴内壳体上部圆柱段加长4mm，然后将用于提拉固定的环形槽设置在该加长的圆柱段上，并距圆柱段顶部2mm，既能解决喷嘴夹持问题，又能节省材料、同时满足强度要求使得提拉固定喷嘴后可以承受喷嘴重量而不产生变形。液流试验合格后，再将所加长的圆柱加长段切掉，丝毫不影响喷嘴的结构尺寸和性能。

5、本发明结构设计合理，测量精度高，能满足喷嘴液试测量要求，且本发明的技术构思和工装结构可推广应用于其他各类喷嘴。

附图说明

附图1为被试喷嘴结构图。

附图2为图1中A-A处剖视图。

附图3为将图1所示喷嘴上部圆柱段加长4mm后的结构图。

附图4为利用本发明夹持固定被试喷嘴后的结构图。

附图5为本发明的壳体结构图。

附图6为本发明的上盖结构图。

附图7为本发明的紧箍件结构图。

附图8为本发明的卡箍结构图。

附图9为本发明的衬环结构图。

图中标号：1-壳体，101-进水接管嘴，102-测压接管嘴，103-腔体，104-限位台阶，105-倒角，2-被试喷嘴，201-外壳体入水孔，202-矩形槽，203-内壳体入水孔，204-环形槽，205-圆柱加长段，4-上盖，401-台阶一，402-台阶二，403-台阶三，404-台阶四，405-台阶五，406-螺纹孔；5-法兰，6-衬环，7-紧箍件，8-卡箍，9-垫片，12、13、14、15-O形圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例：

参见图3，为了能够夹持被试喷嘴2同时保证液流试验时介质从喷嘴的矩形槽202和外壳体流出，本发明对被试喷嘴2内壳体外侧上端进行了加长，增加了至少4mm的圆柱加长段205(优选4mm)，并在该圆柱加长段205开设环形槽204用于被试喷嘴2的提拉固定。

参见图4，本发明所提供的喷嘴液流性能测试工装结构的工装部分主要由壳体1、上盖4、法兰5、衬环6、紧箍件7、卡箍8组成，垫片9、O形圈(12、13、14、15)、螺栓、螺母辅助完成其功能。壳体用于将试验系统水引入工装，同时也为上盖4提供支撑；紧箍件7配合卡箍8将被试喷嘴2夹紧固定在上盖4上。上盖4将固定安装在其上的被试喷嘴2固定在壳体内。上盖4与O形圈、垫片9配合防止水进入被试喷嘴2的内壳体。衬环6通过法兰5定位于壳体下端，且衬环6与被试喷嘴2的下端矩形槽202过盈配合密封，保证进入壳体的水仅从被试喷嘴2的矩形槽202和被试喷嘴2的外壳体入水孔201流出。

参见图5，壳体包括腔体103、设置在腔体103上的进水接管嘴101和测压接管嘴102；腔体103上端开设有8个M8的螺纹孔以用于固定安装上盖4；腔体103内壁上设置有深18mm、通径Φ88.6mm的限位台阶104以便对上盖4的下行高度进行限位，防止上盖4下行压伤被试喷嘴2内壳体。腔体103上端内壁设置有2×20°倒角105，方便上盖4的安装。腔体103的下端与法兰5配合，均设计有8个Φ8.5mm的通孔，在腔体103下端中部和法兰5上端中部均开设Φ65mm的凹台阶，两个凹台阶配合后形成的空间用于容纳安装衬环6；衬环6通过螺栓螺母固定，并在衬环6和腔体103下端面接触处安装O形圈进行密封，防止进入腔体103的水从腔体103与衬环6之间渗漏。

考虑到测试时流量大，为保证喷嘴沿圆周进水均匀，本发明采用两个进水接管嘴101对称进水方式，通过计算模拟介质进入腔体103的流速7m/s选定进水接管嘴101通径为Φ20mm；根据设计提出的介质漫入被试喷嘴2外壳体的流速要求1m/s，计算确定腔体103的内径大小为Φ86mm。依据被试喷嘴2的外壳体入水孔201的高度位置确定测压接管嘴102的高度位置，为保证测量精度和安装方便测压接管嘴102圆周位置置于两个进水接管嘴101之间。

参见图6，上盖4的上端面上开设有与腔体103上端的螺纹孔相匹配的8个M8的螺纹孔406，上盖4下部连同固定在其上的被试喷嘴2伸入腔体103中；上盖4的外侧开设有O形圈密封槽，O形圈密封槽内安装O形圈，以防止进入腔体103的水从腔体103与上盖4之间渗漏；上盖4的下部内壁从上至下设计成多层台阶的结构，一是为方便安装产品，二是为保证腔体103内空间足够大。台阶二402的上表面高度与紧箍件7配合对紧箍件7下行高度进行限位；台阶三403的上表面高度设计原则是：保证被试喷嘴2装入腔体103后被试喷嘴2下端与衬环6底面平齐，被试喷嘴2内壳体最上端1.5×1.5mm的环形槽204下端面与台阶三403的上表面平齐，使得一分为二的卡箍8的下端厚1.3mm圆环可插入所述1.5×1.5mm的环形槽204，然后再旋入紧箍件7将被试喷嘴2夹紧提住。台阶四404和台阶五405的上表面高度和内径设计原则是封堵被试喷嘴2的内壳体入水孔203，同时保护被试喷嘴2不被上盖4压、划伤。

为了与被试喷嘴2上增加的用于夹持固定的环形槽204配合以夹持喷嘴，本发明设计了卡箍8，卡箍8结构参见图8；为了防止划伤被试喷嘴2，卡箍8的材料选用铝材；卡箍8为中空圆柱结构，其上端封闭，下端为圆环结构；卡箍8下端的圆环厚度尺寸根据被试喷嘴2上端的环形槽204的尺寸配合设计；卡箍8加工完成后，从中间对称切开以方便安装。参见图4和图7，紧箍件7的内径与卡箍8的外径配合，紧箍件7的外圈设置有M22的外螺纹与上盖4的内螺纹配合旋紧，使得一分为二的卡箍8合二为一，实现夹紧提住被试喷嘴2的目的。在液流试验合格后，再将所加长的圆柱加长段205切掉，丝毫不影响被试喷嘴2的结构尺寸和性能。

由于被试喷嘴2的主要出水通道为12个3×2.1×9mm的矩形槽202，工装与该矩形槽202之间既要密封，又不能划伤被试喷嘴2的外壳体，又要保证壳体强度，故本发明采用了铜质的衬环6置于腔体103下端，并位于法兰5和被试喷嘴2之间；衬环6结构如图9所示；衬环6与被试喷嘴2间采用略过盈配合，保证密封又不划伤产品。

液试时，将试验系统水通过工装引入被试喷嘴2的工作模拟环腔，通过结构设计保证水按要求流道(如图4中所示水流向)进出，在工作模拟环腔压力稳定时测量流经被试喷嘴2的矩形槽202和被试喷嘴2外壳体的流量之和应为3.255±0.065kg/s。若喷嘴在给定压降1MPa下通过矩形槽202和外壳体入水孔201的流量之和为:3.255±0.065kg/s，则满足设计要求。若流量之和小于3.255±0.065kg/s，则可通过返修被试喷嘴的矩形槽后再次进行液流试验，直至流量满足设计要求为止；若流量之和大于3.255±0.065kg/s，则该被试喷嘴只能报废。

Claims (8)

1.一种喷嘴液流性能测试工装结构，其特征在于：包括工装和结构；所述工装包括壳体、上盖、法兰、衬环、卡箍和紧箍件；所述结构为在被试喷嘴内壳体上部增加的圆柱加长段和开设在所述圆柱加长段上部外侧的1.5×1.5mm环形槽；所述圆柱加长段至少长4mm；

壳体包括上下开口的腔体、设置在腔体上的进水接管嘴和测压接管嘴；所述腔体的内径为Φ86mm；所述进水接管嘴通径为Φ20mm；

上盖的上部固定安装在壳体上，上盖下部伸入所述腔体内；

卡箍由对称设置、结构相同的夹持件一和夹持件二构成，夹持件一和夹持件二的上端面均为半圆环/半圆，下端面均为可插入所述环形槽内以夹持被试喷嘴的半圆环结构；

紧箍件套设在卡箍外，紧箍件的外圈与上盖的内圈螺纹配合，旋入紧箍件可将所述夹持件一和夹持件二夹紧，从而将被试喷嘴夹紧固定在上盖下部；

法兰安装在腔体的下端，法兰和腔体的配合面上均开设凹槽；法兰和腔体配合后，其凹槽处形成的空间可容纳所述衬环；衬环固定安装在法兰上端面和腔体下端面之间，液试时衬环与被试喷嘴下端矩形槽过盈配合。

2.根据权利要求1所述的喷嘴液流性能测试工装结构，其特征在于：上盖下部内壁从上至下设计有多层台阶，台阶二的上表面高度与紧箍件配合对紧箍件下行高度进行限位；台阶三的上表面高度应保证被试喷嘴装入腔体后被试喷嘴下端与衬环底面平齐，被试喷嘴内壳体上部外侧环形槽下端面与台阶三的上表面平齐；台阶四和台阶五的上表面高度和内径应能封堵被试喷嘴的内壳体入水孔，同时保护被试喷嘴不被上盖压、划伤。

3.根据权利要求1或2所述的喷嘴液流性能测试工装结构，其特征在于：进水接管嘴有两个，对称设置在腔体的左右两侧；测压接管嘴有一个，位于两个进水接管嘴之间。

4.根据权利要求3所述的喷嘴液流性能测试工装结构，其特征在于：测压接管嘴的高度位置根据被试喷嘴的外壳体入水孔的位置确定。

5.根据权利要求1所述的喷嘴液流性能测试工装结构，其特征在于：腔体内壁上设置有限位台阶以便对上盖的下行高度进行限位。

6.根据权利要求1所述的喷嘴液流性能测试工装结构，其特征在于：卡箍采用铝材制成。

7.根据权利要求1所述的喷嘴液流性能测试工装结构，其特征在于：衬环采用铜制成。

8.根据权利要求1所述的喷嘴液流性能测试工装结构，其特征在于：所述圆柱加长段长4mm，所述环形槽开设在距所述圆柱加长段顶部2mm的位置。