CN110219750A - 一种高可靠高压起动箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高可靠高压起动箱，解决胶囊在装配压紧及高压下多次翻转时端部容易从固定点拉出，影响起动箱工作寿命的问题。其包括第一半球壳体、第二半球壳体、胶囊、薄壁环以及胶囊压紧环；两个半球壳体扣合形成球型腔；胶囊位于球型腔内将其分隔成液腔和气腔；薄壁环位于胶囊与胶囊压紧环之间，其包括第二环形外沿和锥形套；锥形套的大端与第二环形外沿的一端固连，且锥形套的周面上开设有N个纵向切口，将锥形套分割为N个弹性瓣片；自由状态时，锥形套的锥度与胶囊压紧环外圆顶部的锥度相同；采用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。

Description

一种高可靠高压起动箱

技术领域

本发明属于火箭发动机装置，具体涉及一种高可靠高压起动箱。

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，此种起动箱的胶囊装配固定结构在试验和使用过程中存在缺陷，胶囊在装配压紧及高压下多次翻转时端部容易从固定点拉出，影响了起动箱的工作寿命。

发明内容

本发明的目的在于解决现有起动箱存在的胶囊在装配压紧及高压下多次翻转时端部容易从固定点拉出，影响起动箱工作寿命的不足之处，而提供一种高可靠的高压起动箱。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种高可靠高压起动箱，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；

其特殊之处在于，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，且锥形套的周面上开设有N个纵向切口，将锥形套分割为N个弹性瓣片；自由状态时，所述锥形套的锥度与胶囊压紧环外圆顶部的锥度相同；

所述胶囊的开口端由胶囊压紧环压紧在所述第一半球壳体的内壁上，且第一环形外沿卡在环形凹槽内；

所述第二环形外沿由胶囊压紧环的第二环形凸肩压紧在第一环形凸肩的底面上，所述锥形套位于胶囊与胶囊压紧环之间，并由胶囊压紧环的外壁压紧在胶囊上；所述第二环形凸肩被第二半球壳体的开口端压紧在第二环形外沿的底面上；

所述胶囊位于所述球型腔内，将球型腔分隔成液腔和气腔；所述第一半球壳体上设置有与所述液腔连通的液体接管嘴，用于加注及供应液体；所述第二半球壳体上设置有与所述气腔连通的气体接管嘴，用于外接气源。

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，为了使胶囊各个部位的径向力受力均匀，所述N个纵向切口在锥形套的周面上均匀开设；所述锥形套的厚度为0.8～1.2mm，其材质为铝合金，保证锥形套具有较小的刚度，易于变形，使胶囊压紧环易于装配，并能很好地压紧和固定胶囊。

进一步地，所述胶囊压紧环为半球形，其上开设有若干圈同心设置的均流孔。当然，也可采用传统的圆环形胶囊压紧环，但设置为半球形，且其上开设的若干圈均流孔，不仅能够压紧胶囊，还兼顾有均流作用，可均衡由气体接管嘴进入气腔的挤压气体流动，使胶囊表面受压均匀，不仅有利于压紧胶囊，还有利于胶囊平稳翻转，可提升液体排空率。

进一步地，为了使胶囊受压更加均匀，可采用多级均流，所述第二半球壳体内侧靠近气体接管嘴的位置设置有均流板。

进一步地，所述均流板采用带孔格栅。

进一步地，所述均流板上的均流孔与胶囊压紧环上的均流孔交错设置，均流气体的效果更好，胶囊受压更加均匀。

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，所述第一环形外沿与环形凹槽的尺寸相适配，即第一环形外沿可卡紧在环形凹槽内。

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。

本发明的优点是：

1.本发明所提供的胶囊装配固定结构，采用薄壁环，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；本发明中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.本发明中的N个纵向切口在锥形套的周面上均匀开设，可使胶囊各个部位的径向力受力均匀，应对轴向拔出力的能力也较为均匀。且锥形套的厚度为0.8～1.2mm(优选1mm)，其材质为铝合金，保证锥形套具有较小的刚度，易于变形，使胶囊压紧环易于装配，并能很好地压紧和固定胶囊。

3.本发明的胶囊压紧环设计为半球形，且其上开设的若干圈均流孔，不仅能够压紧胶囊，还兼顾有均流作用，可均衡由气体接管嘴进入气腔的挤压气体流动，使胶囊表面受压均匀，不仅有利于压紧胶囊，还有利于胶囊平稳翻转，可提升液体排空率。

4.本发明中为了使胶囊受压更加均匀，还设计有带均流孔的均流板，与半球形胶囊压紧环形成多级均流的结构，可使挤压气均匀作用于胶囊表面，提升翻转性能，提高起动箱排空率和起动箱工作寿命。

5.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。

6.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为本发明高可靠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为本发明高可靠高压起动箱中薄壁环的结构示意图。

图4是本发明高可靠高压起动箱中胶囊、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-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；502-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，高可靠高压起动箱包括液腔组件1、气腔组件2、胶囊3、薄壁环4以及胶囊压紧环5。

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，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。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的内端固连，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，厚度为0.8～1.2mm，其材质为铝合金。

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)；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)；而胶囊压紧环5的第二环形凸肩501被第二半球壳体21的开口端压紧在第二环形外沿401的底面上。

第一半球壳体11与第二半球壳体21通过在环形槽内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。

为了在压紧胶囊3的同时，能够均衡进入气腔的气体压力，使胶囊3表面受压均匀，提升液体的排空率，该胶囊压紧环5采用半球形，且其上开设有若干圈同心设置的均流孔502。

当然为了使胶囊3受压更加均匀，均流气体的效果更好，也可选择采用多级均流的方式，在第二半球壳体21内侧靠近气体接管嘴23的位置设置带孔格栅，并且使格栅的均流孔221与胶囊压紧环5上的均流孔502交错设置。

本发明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和胶囊压紧环5

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，再将胶囊压紧环5的第二环形凸肩501压在薄壁环4的第二环形外沿401上。在胶囊压紧环5移动压紧过程中，薄壁环4的弹性瓣片403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，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、进液排液孔114进入起动箱液腔，液体压力将胶囊3翻转压在胶囊压紧环5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221、胶囊压紧环5的均流孔502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114、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、胶囊可靠固定的起动箱，改善胶囊装配固定质量，同时通过均流的方式优化了胶囊翻转性能，提高液体排空率，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)

1.一种高可靠高压起动箱，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；

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；

所述胶囊(3)的开口端由胶囊压紧环(5)压紧在所述第一半球壳体(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，所述锥形套(402)位于胶囊(3)与胶囊压紧环(5)之间，并由胶囊压紧环(5)的外壁压紧在胶囊(3)上；所述第二环形凸肩(501)被第二半球壳体(21)的开口端压紧在第二环形外沿(401)的底面上；

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)；

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)。

2.根据权利要求1所述的高可靠高压起动箱，其特征在于：所述N个纵向切口(404)在锥形套(402)的周面上均匀开设；所述锥形套(402)的厚度为0.8～1.2mm，其材质为铝合金。

3.根据权利要求1或2所述的高可靠高压起动箱，其特征在于：所述胶囊压紧环(5)为半球形，其上开设有若干圈同心设置的均流孔(502)。

4.根据权利要求3所述的高可靠高压起动箱，其特征在于：所述第二半球壳体(21)内部靠近气体接管嘴(23)的位置设置有均流板(22)。

5.根据权利要求4所述的高可靠高压起动箱，其特征在于：所述均流板(22)采用带孔格栅。

6.根据权利要求5所述的高可靠高压起动箱，其特征在于：所述均流板(22)上的均流孔(221)与胶囊压紧环(5)上的均流孔(502)交错设置。

7.根据权利要求6所述的高可靠高压起动箱，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所述的高可靠高压起动箱，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)的焊接坡口与第一半球壳体(11)的焊接坡口形成环形槽，通过在所述环形槽内进行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所述的高可靠高压起动箱，其特征在于：所述第一环形外沿(301)与环形凹槽(111)的尺寸相适配。

10.根据权利要求9所述的高可靠高压起动箱，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。