CN110107428A - 一种高排空率高压起动箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高排空率高压起动箱，解决现有起动箱在高压气体挤压起动箱排出液体时，存在胶囊表面受压不均匀，影响胶囊翻转性能，对液体排空率存在不利影响的问题。其包括第一半球壳体、第二半球壳体、胶囊、胶囊压紧环以及一级均流板；第一半球壳体和第二半球壳体扣合，形成一个球型腔；胶囊位于所述球型腔内，将球型腔分隔成液腔和气腔；该一级均流板位于气腔内并靠近气体接管嘴的位置设置使挤压气均匀作用于胶囊表面，提升翻转性能，进而提高起动箱排空率和起动箱工作寿命；且第一半球壳体上仅设置一个液体接管嘴，用于向内加注液体和向外供应液体，使第一半球壳体的加工工艺更加简单，维修方便。

Description

一种高排空率高压起动箱

技术领域

本发明属于火箭发动机装置，具体涉及一种高排空率高压起动箱。

背景技术

液体火箭发动机配置起动箱的目的是提供发动机起动所需的初始能量。起动箱为隔膜式球形耐高压储箱，采用弹性隔离膜片(即胶囊)将其分为液腔与气腔两部分。发动机起动前，起动箱液腔加注满燃料。发动机起动时，高压气体(如氦气)进入起动箱气腔，作用在弹性隔离膜片上，使其平稳而迅速地翻转贴在液腔内表面，将液腔中燃料挤出供入点火导管，挤破点火导管膜片，将燃料与点火导管中封装的点火剂供入发动机燃气发生器与推力室进行点火。

中国专利ZL201120568689.X公开了一种基于非金属胶囊的耐高压起动箱，包括起动箱体、卡环、胶囊、气体接管嘴、液体接管嘴以及液体充填管嘴，起动箱体包括螺纹连接后再焊接为球体的上半球壳体和下半球壳体；胶囊为半球形，上半球壳体内侧沿口部圆周设置有壳体凹槽和壳体凸台，壳体凸台设置在壳体凹槽下方；胶囊口部被卡环外圆周面压在上半球壳体内侧面，胶囊口部的外沿卡在上半球壳体的壳体凹槽内，卡环下端外侧设置有卡环凸台，卡环凸台被下半球壳体端面压在壳体凸台下端面上；胶囊和上半球壳体构成气腔，胶囊和下半球壳体构成液腔；气体接管嘴设置在上半球壳体上并与气腔相通，液体接管嘴设置在下半球壳体上并与液腔相通，液体充填管嘴设置在下半球壳体上并与液腔相通。然而，此种起动箱在高压气体挤压起动箱排出液体时，胶囊表面受压不均匀，会影响胶囊翻转性能，对液体排空率存在不利影响。

发明内容

本发明的目的在于解决现有起动箱在高压气体挤压起动箱排出液体时，存在胶囊表面受压不均匀，影响胶囊翻转性能，对液体排空率存在不利影响的问题，而提供一种高排空率高压起动箱，具有较好液体排空能力。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种高排空率高压起动箱，包括第一半球壳体、第二半球壳体、胶囊以及胶囊压紧环；所述第一半球壳体内壁靠近开口端设置有环形凹槽以及第一环形凸肩；所述胶囊为半球形，其开口端设置有第一环形外沿；所述胶囊压紧环的外壁设置有第二环形凸肩；第一半球壳体和第二半球壳体扣合，形成一个球型腔；所述胶囊位于所述球型腔内，将球型腔分隔成液腔和气腔；所述胶囊的开口端由胶囊压紧环压紧在第一半球壳体的内壁上，且第一环形外沿卡在环形凹槽内；所述第二环形凸肩由第二半球壳体的开口端压紧在第一环形凸肩的底面；所述第二半球壳体上设置有一个与所述气腔连通的气体接管嘴，用于外接气源；其特殊之处在于，还包括一级均流板；所述一级均流板位于气腔内，并靠近气体接管嘴设置；所述第一半球壳体上设置有一个与所述液腔连通的液体接管嘴，用于加注及供应液体。

其中，液体接管嘴和气体接管嘴均采用焊接的方式设置，该方式工艺简单、可靠性高。

进一步地，所述一级均流板为与液腔充满后胶囊相适配的球面形状，在均流气体的同时不会影响液体的充填效果；其上开设有多圈同心设置的均流孔，各圈均流孔分布圆间距相等，每圈均流孔均匀布设，且各圈均流孔的数量由内向外形成公差为6～10的等差数列；各圈间距相同，且按照一定公差布设均流孔，均压效果更好，胶囊受力均匀，翻转可靠。通常情况下，也可按照其他方式排布设孔，但以公差6～10的标准由内向外依次设孔，可使整个一级均流板的均压效果更加平稳，各个方位挤压气体的能力相当，即，使胶囊表面的受压情况相当，利于胶囊翻转。

进一步地，为了提升起动箱的均压能力，采用两级均压的设计方式，还包括二级均流板；所述二级均流板位于一级均流板与第二半球壳体之间；所述二级均流板上也开设有多圈同心设置的均流孔，各圈均流孔分布圆间距相等，每圈均流孔均匀布设，且各圈均流孔的数量由内向外形成公差为3～5的等差数列。

进一步地，所述一级均流板和二级均流板的均流孔交错设置，相当于扩展了均压面，更加充分地了利用了两级均流板，使得胶囊最终受压情况均匀，翻转性能更好，对与液体的排空起到正向作用。

进一步地，所述一级均流板与胶囊压紧环集成于一体，形成一个半球形结构，结构上更加简单，且一级均流板的安装更加简便，在压紧胶囊的同时便安装到位。

进一步地，还包括薄壁环，该薄壁环包括第二环形外沿和锥形套；所述锥形套的大端与第二环形外沿的一端固连，且锥形套的周面上均匀开设有N个纵向切口，将锥形套分割为N个弹性瓣片；所述薄壁环的第二环形外沿位于第一环形凸肩和第二环形凸肩之间；所述薄壁环的锥形套位于胶囊与胶囊压紧环之间；该薄壁环可减小胶囊装配压紧时所受的轴向拔出力，同时形成径向力使胶囊压紧，加强了胶囊的装配固定质量和高压下胶囊多次翻转动作的可靠性。

进一步地，所述液体接管嘴通过三通接管嘴与起动箱加注管路和起动箱供应管路连接，将加注接管嘴和供应接管嘴集成为一个接管嘴，简化结构。

进一步地，所述第一半球壳体的开口端端面设置有焊接坡口；所述第二半球壳体的外壁设置有与第一半球壳体开口端相适配的第三环形凸肩，该第三环形凸肩上也设置有焊接坡口；第二半球壳体的焊接坡口与第一半球壳体的焊接坡口形成环形槽，通过在所述环形槽内焊接将第一半球壳体和第二半球壳体固连；连接结构简化，省去了现有的螺纹连接结构，工艺更加简单，简化了第一半球壳体和第二半球壳体的连接方式，提高了连接可靠性，降低了起动箱重量。

进一步地，在所述第一半球壳体设置液体接管嘴的位置开设有若干圈进液排液孔，形成液体在加注和供应时进出液腔的通道，使得液体进出更加平稳；在所述第二半球壳体设置气体接管嘴的位置开设有若干圈进气小孔，形成气体进入气腔的通道，使得气体进入更加平稳。

进一步地，还包括二级均流板，所述二级均流板位于一级均流板与第二半球壳体之间；所述二级均流板采用带孔格栅。

本发明的优点是：

1.本发明气腔内靠近气体接管嘴的位置设置有一级均流板，可使挤压气均匀作用于胶囊表面，提升翻转性能，进而提高起动箱排空率和起动箱工作寿命；且第一半球壳体上仅设置一个液体接管嘴，用于向内加注液体和向外供应液体，使第一半球壳体的加工工艺更加简单，维修方便。

2.本发明一级均流板的结构为与液腔充满后胶囊相适配的球面形状，在均流气体的同时不会影响液体的充填效果，且一级均流板上开设有多圈同心设置的均流孔，各圈均流孔分布圆间距相等，每圈均流孔均匀布设，且各圈均流孔的数量由内向外按照一定公差开设，均压效果更好，胶囊受力均匀，翻转可靠。

3.本发明为了进一步优化胶囊的受力情况，可采用多级均压结构对气体进行均压，但考虑到本发明的适用环境(对重量的要求较高)以及工艺难度，设计两级均压即可，既能实现提升均压效果的目的，又兼顾产品成本、重量等各个因素。

4.本发明中将一级均流板和胶囊压紧环设计为一体，形成一个半球形结构，即胶囊压紧环兼顾压紧胶囊以及对挤压气体进行均压的作用，使整个产品结构集成度更高，安装也更加简便。

5.本发明在胶囊装配固定结构中，还增加了薄壁环，减小了胶囊装配压紧时所受的轴向拔出力，同时形成径向力使胶囊压紧，改善了胶囊的装配固定质量和高压下胶囊多次翻转动作的可靠性。

6.本发明中液体接管嘴通过三通接管嘴与起动箱加注管路和起动箱供应管路连接，将加注接管嘴和供应接管嘴集成为一个接管嘴，简化结构。

7.本发明所提供的第一半球壳体与第二半球壳体连接方式为焊接，连接结构简化，工艺简单，省略了第一半球壳体和第二半球壳体之间的螺纹连接结构，连接及密封可靠、且减轻了起动箱的重量。

附图说明

图1为本发明高压起动箱一种实施例的结构示意图。

图2为图1中Ⅰ处的局部放大图。

图3为本发明高压起动箱中薄壁环的结构示意图。

图4是本发明高压起动箱中胶囊、薄壁环、胶囊压紧环装配示意图。

其中附图标记为：

1-液腔组件；11-第一半球壳体；111-环形凹槽；112-第一环形凸肩；113-焊接坡口；114-进液排液孔；12-液体接管嘴；2-气腔组件；21-第二半球壳体；211-第三环形凸肩；212-焊接坡口；213-进气小孔；22-二级均流板；221-均流孔；23-气体接管嘴；3-胶囊；301-第一环形外沿；4-薄壁环；401-第二环形外沿；402-锥形套；403-弹性瓣片；404-切口；5-胶囊压紧环；501-第二环形凸肩；6-一级均流板；601-均流孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：

如图1-图3所示，高压起动箱包括液腔组件1、气腔组件2、胶囊3、胶囊压紧环5以及一级均流板6。

其中，液腔组件1包括第一半球壳体11和焊接在第一半球壳体11上的液体接管嘴12，该液体接管嘴12用于加注及供应液体，其上安装有三通接管嘴(图中未示出)，用于将液体接管嘴与起动箱加注管路和起动箱供应管路连接。第一半球壳体11内侧靠近开口端设置有环形凹槽111以及第一环形凸肩112，该第一环形凸肩112较环形凹槽111更靠近开口端设置，第一半球壳体11的开口端端面设置有焊接坡口113。

气腔组件2包括第二半球壳体21和焊接在第二半球壳体21上的气体接管嘴23，该气体接管嘴23外接气源；第二半球壳体21第二半球壳体21的外圆周面设置有与第一半球壳体11开口端相适配的第三环形凸肩211，该第三环形凸肩211上也设置有焊接坡口212。第一半球壳体11和第二半球壳体21扣合，形成一个球型腔；第二半球壳体21的焊接坡口212与第一半球壳体11的焊接坡口113形成环形槽。

胶囊3位于球型腔内，将球型腔分隔成液腔和气腔(即胶囊与第一半球壳体和第二半球壳体分别形成液腔和气腔)，其为半球形，其开口端设置有第一环形外沿301。胶囊压紧环5的外圆周面设置有第二环形凸肩501。

胶囊3的开口端被胶囊压紧环5压紧在第一半球壳体11的内壁上，且第一环形外沿301卡在环形凹槽111内(第一环形外沿301与环形凹槽111的尺寸相适配，可卡紧在环形凹槽111中)；而胶囊压紧环5的第二环形凸肩501被第二半球壳体21的开口端压紧在第一环形凸肩112的底面上；然后，第一半球壳体11与第二半球壳体21通过焊接最终形成高压起动箱。其中，胶囊3与第一半球壳体11和第二半球壳体21分别形成液腔和气腔。在第一半球壳体11设置液体接管嘴的位置开设有若干圈进液排液孔，形成液体进入液腔的通道；在第二半球壳体21设置气体接管嘴23的位置开设有若干圈进气小孔213，形成气体进入气腔的通道。

一级均流板6与胶囊压紧环5集成为一体，形成半球形结构，其上开设有多圈同心设置的均流孔601，各圈均流孔分布圆间距相等，每圈均流孔均匀布设，且各圈均流孔的数量由内向外形成等差数列，公差为6～10，可选公差为8。

为了提升起动箱的均压能力，采用两级均压的设计方式，在一级均流板6和第二半球壳体21之间还设置了二级均流板22；该二级均流板22上也开设有多圈同心设置的均流孔221，各圈均流孔分布圆间距相等，每圈均流孔均匀布设，且各圈均流孔的数量由内向外形成等差数列，公差为3～5，可选公差为4。并且将一级均流板6和二级均流板22的均流孔交错设置，整体扩展了均压面，更加充分地了利用两级均流板，使得胶囊3最终受压情况均匀，翻转性能更好，对与液体的排空起到正向作用；另外，在选择二级均流板22时还可选用带孔格栅。

在解决现有起动箱在高压气体挤压起动箱排出液体时，存在胶囊3表面受压不均匀，影响胶囊3翻转性能，对液体排空率存在不利影响的问题的同时，为了改善胶囊3的装配固定质量和高压下胶囊3多次翻转动作的可靠性；在胶囊3和胶囊压紧环5之间还设置有薄壁环4；该薄壁环4包括底部的第二环形外沿401和侧面的锥形套402。锥形套402的大端与第二环形外沿401的一端固连，且锥形套402的周面上均匀开设有N个纵向切口404，将锥形套402分割为N个弹性瓣片403，自由状态时，所述锥形套402的锥度与胶囊压紧环5外圆顶部的锥度相同，锥形套402的厚度为0.8～1.2mm，其材质为铝合金，保证锥形套402具有较小的刚度，易于变形，使胶囊压紧环5易于装配，并能很好地压紧和固定胶囊3。

薄壁环4的第二环形外沿401由胶囊压紧环5的第二环形凸肩501压紧在第一环形凸肩112的底面上，薄壁环4的锥形套402由胶囊压紧环5的外壁面压紧在胶囊3上(即薄壁环4的第二环形外沿401位于第一环形凸肩112与第二环形凸肩501之间；薄壁环4的锥形套402位于胶囊3与胶囊压紧环5之间)；形成径向力使胶囊3更紧，减小胶囊3装配压紧时所受的轴向拔出力。

上述带有薄壁环4起动箱的装配顺序如图4所示：

(1)装配胶囊3

将胶囊3装配到液腔组件1内，使胶囊3的第一环形外沿301进入第一半球壳体11的环形凹槽111内。

(2)装配薄壁环4以及胶囊压紧环5和以及均流板的半球体结构

将薄壁环4的第二环形外沿401压在第一半球壳体11的第一环形凸肩112上，再将半球体结构的第二环形凸肩501压在薄壁环4的第二环形外沿401上。在半球体结构移动压紧过程中，薄壁环4的弹性瓣片逐渐发生径向变形，并压紧在胶囊3表面，减小了装配时胶囊3承受的轴向力(即将胶囊3的第一环形外沿301从环形槽中拔出的力)，实现胶囊3的可靠固定。

(3)装配气腔组件2

装配气腔组件2(二级均流器已在先安装在第二半球壳体21内)，使第二半球壳体21的开口端压紧在胶囊压紧环5的第二环形凸肩501的底面。此时，第二半球壳体21的焊接坡口与第一半球壳体11的焊接坡口形成环形槽，在此区域内进行氩弧焊接。焊接时，起动箱外部用水冷却，保证胶囊3不会受到热损伤。

本发明起动箱的工作方式：

(1)液体加注

液体经液体接管嘴12、进液排液孔进入起动箱液腔，液体压力将胶囊3翻转压在一级均流板6的内表面，液体加注满起动箱。

(2)液体供应

高压气体经气体接管嘴23、进气小孔213、均流板的均流孔、胶囊压紧环5的均流孔进入起动箱气腔，气体压力均匀作用于胶囊3，使之翻转，挤压液腔的液体经进液排液孔、液体接管嘴12排出。

综上，本发明提供一种结构简单、小型轻质、通过均流的方式优化了胶囊翻转性能，提高液体排空率，同时改善胶囊装配固定质量，使胶囊可靠固定，满足液体火箭发动机对起动箱高可靠长寿命、轻质、高性能的应用需求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高排空率高压起动箱，包括第一半球壳体(11)、第二半球壳体(21)、胶囊(3)以及胶囊压紧环(5)；所述第一半球壳体(11)内壁靠近开口端设置有环形凹槽(111)以及第一环形凸肩(112)；所述胶囊(3)为半球形，其开口端设置有第一环形外沿(301)；所述胶囊压紧环(5)的外壁设置有第二环形凸肩(501)；

第一半球壳体(11)和第二半球壳体(21)扣合，形成一个球型腔；所述胶囊(3)位于所述球型腔内，将球型腔分隔成液腔和气腔；

所述胶囊(3)的开口端由胶囊压紧环(5)压紧在第一半球壳体(11)的内壁上，且第一环形外沿(301)卡在环形凹槽(111)内；所述第二环形凸肩(501)由第二半球壳体(21)的开口端压紧在第一环形凸肩(112)的底面；所述第二半球壳体(21)上设置有一个与所述气腔连通的气体接管嘴(23)；

其特征在于：还包括一级均流板(6)；

所述一级均流板(6)位于气腔内，并靠近气体接管嘴(23)设置；

所述第一半球壳体(11)上设置有一个与所述液腔连通的液体接管嘴(12)。

2.根据权利要求1所述的高排空率高压起动箱，其特征在于：所述一级均流板(6)为与液腔充满后胶囊(3)相适配的球面形状；其上开设有多圈同心设置的均流孔(601)，各圈均流孔分布圆间距相等，每圈均流孔均匀布设，且各圈均流孔的数量由内向外形成公差为6～10的等差数列。

3.根据权利要求2所述的高排空率高压起动箱，其特征在于：还包括二级均流板(22)，所述二级均流板(22)位于一级均流板(6)与第二半球壳体(21)之间；

所述二级均流板(22)上也开设有多圈同心设置的均流孔(221)，各圈均流孔分布圆间距相等，每圈均流孔均匀布设，且各圈均流孔的数量由内向外形成公差为3～5的等差数列。

4.根据权利要求3所述的高排空率高压起动箱，其特征在于：所述一级均流板(6)和二级均流板(22)的均流孔交错设置。

5.根据权利要求4所述的高排空率高压起动箱，其特征在于：所述一级均流板(6)与胶囊压紧环(5)集成于一体，形成一个半球形结构。

6.根据权利要求2-5任一所述的高排空率高压起动箱，其特征在于：还包括薄壁环(4)，该薄壁环(4)包括第二环形外沿(401)和锥形套(402)；所述锥形套(402)的大端与第二环形外沿(401)的一端固连，且锥形套(402)的周面上均匀开设有N个纵向切口(404)，将锥形套(402)分割为N个弹性瓣片(403)；

所述薄壁环(4)的第二环形外沿(401)位于第一环形凸肩(112)和第二环形凸肩(501)之间；

所述薄壁环(4)的锥形套(402)位于胶囊(3)与胶囊压紧环(5)之间。

7.根据权利要求6所述的高排空率高压起动箱，其特征在于：所述液体接管嘴(12)通过三通接管嘴与起动箱加注管路和起动箱供应管路连接。

8.根据权利要求7所述的高排空率高压起动箱，其特征在于：

所述第一半球壳体(11)的开口端端面设置有焊接坡口(113)；

所述第二半球壳体(21)的外壁设置有与第一半球壳体(11)开口端相适配的第三环形凸肩(211)，该第三环形凸肩(211)上也设置有焊接坡口(212)；

第二半球壳体(21)的焊接坡口(212)与第一半球壳体(11)的焊接坡口(113)形成环形槽，通过在所述环形槽内焊接将第一半球壳体(11)和第二半球壳体(21)固连。

9.根据权利要求8所述的高排空率高压起动箱，其特征在于：在所述第一半球壳体(11)设置液体接管嘴(12)的位置开设有若干圈进液排液孔(114)，形成液体在加注和供应时进出液腔的通道；

在所述第二半球壳体(21)设置气体接管嘴(23)的位置开设有若干圈进气小孔(213)，形成气体进入气腔的通道。

10.根据权利要求2所述的高排空率高压起动箱，其特征在于：还包括二级均流板(22)，所述二级均流板(22)位于一级均流板(6)与第二半球壳体(21)之间；所述二级均流板(22)采用带孔格栅。