CN110631729B - 适用于火箭发动机的铠装热电偶密封及位置调控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，包括用于固定安装在火箭发动机的燃烧室壳体上的套管，其后端设有一连接部；连接部上连接有开孔丝杆，开孔丝杆的另一端螺纹连接有第二螺帽，开孔丝杆上套设有第一螺帽和垫片，垫片位于连接部与第一螺帽之间，第二螺帽与开孔丝杠之间还设置有封闭件；套管、开孔丝杆共轴心线，开孔丝杆内部沿其轴向开设有一通孔，封闭件具有一通孔，套管的内部通孔、开孔丝杆的内部通孔、封闭件的通孔和第二螺帽的内孔共同形成铠装热电偶的容纳空间，铠装热电偶的工作端位于套管的前端、自由端位于第二螺帽的后端；本发明可以同时解决在火箭发动机燃烧室壳体上安装铠装热电偶的密封和可调性问题。

Description

适用于火箭发动机的铠装热电偶密封及位置调控装置

【技术领域】

本发明属于航天温度测试技术领域，具体涉及一种适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置。

【背景技术】

热电偶一直是较为常用的测温手段，随着热电偶质量的提高以及对发动机壁面温度测量需求的发展，利用铠装热电偶精确测量出火箭发动机壁面处的温度已经成为当下的热点。涉及到的铠装热电偶的安装主要有以下三种方法：铜珠密封法，胶粘法以及螺纹安装方法。

铜珠密封法：铜珠密封方法主要是通过挤压铜珠(或其他可变性材料加工制成的变形件)变形，从而达到对铠装热电偶外壳与通孔内壁之间的密封。此类方法密封性良好，也容易安装。缺点是无法控制热电偶头部的位置，难以精确测量指定位置处的温度；此外，此类密封方法在使用时，一旦铜珠发生变形，若要对热电偶头部位置进行调整，则需要打磨掉铜珠后再进行安装，可重复性差。

胶粘法：胶粘法是通过将高温胶涂抹在热电偶与通孔之间，从而达到对热电偶与通孔壁面间的密封以及热电偶的位置固定。此类方法能够解决热电偶位置难以控制的问题。其缺点是一旦安装后。热电偶难以拆除，且无法用在温度、压力较高的场所。

螺纹安装方法：螺纹安装方法是通过在铠装热电偶外壳上加工出一个螺纹结构，或是将其与中心开孔的螺栓进行连接(胶粘/焊接)，随后，通过采用对螺栓密封的方法对此类装置进行密封，此类方法的优点是能够精确控制热电偶的头部位置，且能够多次安装/拆除。其缺点是加工较为复杂，并且一旦加工成型，该热电偶头部的位置不宜调整。

综上三种方法，虽然都能实现在火箭发动机壁面上安装热电偶，但是，铜珠密封方法可重复性差，难以精确控制铠装热电偶头部位置，胶粘法难以拆除以及无法应对高温高压环境，螺纹安装方法调整热电偶位置困难度较高，对单个热电偶的加工难度较高的问题

【发明内容】

本发明的目的是提供一种适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，以同时解决铠装热电偶的密封和可调性问题。

本发明采用以下技术方案：适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，包括用于固定安装在火箭发动机的燃烧室壳体上的套管，其后端设有一连接部；连接部上连接有开孔丝杆，开孔丝杆的另一端螺纹连接有第二螺帽，开孔丝杆上套设有第一螺帽和垫片，垫片位于连接部与第一螺帽之间，第二螺帽与开孔丝杠之间还设置有封闭件；

套管、开孔丝杆共轴心线，开孔丝杆内部沿其轴向开设有一通孔，封闭件具有一通孔，套管的内部通孔、开孔丝杆的内部通孔、封闭件的通孔和第二螺帽的内孔共同形成铠装热电偶的容纳空间，铠装热电偶的工作端位于套管的前端、自由端位于第二螺帽的后端。

进一步地，第二螺帽的前端用于与开孔丝杆螺纹连接，后端由边缘向轴心线延伸有挡板，挡板中部开设有通孔，通孔用于供铠装热电偶的自由端穿过。

进一步地，连接部具体为一环体，环体的内径大于套管的内部通孔，环体内部设有内螺纹，用于与开孔丝杆螺纹连接。

进一步地，开孔丝杆的中部为棱柱状。

进一步地，套管外部具有外螺纹，用于与火箭发动机的燃烧室壳体螺纹连接。

进一步地，套管、开孔丝杆、第一螺帽和第二螺帽均采用高温合金钢制成。

进一步地，垫片和封闭件均采用紫铜制成。

进一步地，封闭件为紫铜铜珠。

本发明的另一种技术方案：适用于火箭发动机的铠装热电偶安装方法，使用上述任一的适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，具体包括以下步骤：

将套管通过螺纹密封安装到待测火箭发动机的燃烧室壳体上；

将铠装热电偶的自由端依次穿过开孔丝杆、封闭件和第二螺帽；

将第二螺帽螺纹安装到开孔丝杆的后端，直至封闭件在第二螺帽的压力下产生变形，将铠装热电偶固定并密封于开孔丝杆和第二螺帽之间；

将铠装热电偶的工作端穿进套管的通孔内，置于指定位置，并将开孔丝杆的前端通过螺纹密封安装到连接部上；

将第一螺帽向连接部方向拧紧，并通过垫片实现其与连接部和开孔丝杆之间的密封。

本发明的有益效果是：本发明通过螺纹连接实现火箭发动机的侧壁与套管之间的密封，通过紫铜铜珠实现第二螺母、铠装热电偶和开孔丝杆之间的密封，通过紫铜垫片实现连接部、开孔丝杆和第一螺母之间的密封，将铠装热电偶密封安装到待测火箭发动机的侧壁上，另外通过开孔丝杆可带动铠装热电偶前后移动，进而实现其位置精确调控。

【附图说明】

图1为本发明实施例的适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置的结构示意图；

图2为图1的剖面图。

其中：1.套管；2.开孔丝杆；3.垫片；4.第一螺帽；5.封闭件；6.第二螺帽。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明实施例公开了一种适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，如图1所示，包括用于固定安装在火箭发动机的燃烧室壳体上的套管1，套管1为轴对称结构，其后端设有一连接部，其内部空间用来容纳铠装热电偶。选用套管1是为了方便与开孔丝杆2和第一螺帽4等的连接，也可以选用其他形状的部件，只要内部具有铠装热电偶穿过的通孔即可。

套管1通过该连接部连接有开孔丝杆2，开孔丝杆2内部沿轴向开设有一通孔、外部具有外螺纹，且其外螺纹上设置有第一螺帽4和垫片3，垫片3位于连接部与第一螺帽4之间。如图2所示，开孔丝杆2的另一端螺纹连接有第二螺帽6，第二螺帽6与开孔丝杆2之间还设置有封闭件5，封闭件5具有一通孔。

套管1的内部通孔、开孔丝杆2的内部通孔、封闭件5的通孔和第二螺帽6的内孔共同形成铠装热电偶的容纳空间，铠装热电偶的工作端位于套管1的前端、自由端位于第二螺帽6的后端。

通过上述的装置，可以将铠装热电偶安装到容纳空间内，并通过第二螺帽6和开孔丝杆2挤压封闭件5，封闭件5收到挤压力变形紧密贴附到铠装热电偶、第二螺帽6和开孔丝杆2之间，实现铠装热电偶的固定，再通过开孔丝杆2在连接部内螺纹上前后移动，带动铠装热电偶前后移动(即伸入或伸出连接部)，进而精确调节其位置，使铠装热电偶的工作端始终位于合适的测量位置。另外，通过套管1和火箭发动机燃烧室壳体之间的螺纹配合进行密封，在第一螺帽4、开孔丝杆2和连接部之间通过垫片3来密封，堵死燃气泄漏的所有可能点，并通过第一螺帽4实现开孔丝杆2和套管1之间的固定，可以实现铠装热电偶的密封安装及精确调节。

在套管1的前端，其外表面是光杆结构，并没有螺纹，这样，在燃烧室壳体和光杆结构的表面之间就具有了一定的缝隙，且具有一定的深度，当燃气进入该缝隙后再接触到螺纹时，经过具有深度的缝隙会使燃气的温度下降，进而燃气不会烧毁螺纹。如果没有该光杆结构，在套管1的外部均为螺纹，由于套管1的前端会伸进燃烧室内部，其内的高温燃气燃烧室会烧蚀套管1外部的螺纹，螺纹熔化后会粘在套管1的外部，当拆卸该装置的时候，该螺纹被烧化的部分会卡在燃烧室壳体上，导致难以拆卸。

在本发明实施例中，连接部的外部形状可以随意设置，优选的可以设置成六棱柱状，方便与第一螺帽4和垫片3进行配合。另一方面，在将套管1安装到火箭发动机燃烧室壳体上时，可以方便使用扳手来固定，省时省力。

在本发明实施例中，第二螺帽6的前端用于与开孔丝杆2螺纹连接，后端由边缘向轴心线延伸有挡板，挡板中部开设有通孔，通孔用于供铠装热电偶的自由端穿过。通过该挡板，一方面减少铠装热电偶与第二螺帽6之间的缝隙，另一方面可以通过其来挤压封闭件5，方便施力。

在本发明实施例中，连接部的内径大于套管1内部通孔的内径，连接部内部设有内螺纹，用于与开孔丝杆2螺纹连接。

本发明实施例中，开孔丝杆2的中部为棱柱状，可以方便在安装调节或调试维修时，使用如扳手之类的工具进行调节，安装更加紧密，利于实现密封，防止燃烧室内的燃气泄漏。

在本发明实施例中，套管1外部具有外螺纹，用于与火箭发动机的侧壁螺纹连接，可以解决难以拆装的问题，且利于实现密封，防止燃烧室内的燃气泄漏。

本发明实施例中，由于铠装热电偶是用来测量火箭发动机燃烧室内壁的温度，所以，为了对铠装热电偶实现保护，并且利于散热，套管1、开孔丝杆2、第一螺帽4和第二螺帽6均采用高温合金钢制成。为了实现各部件之间的密封，垫片3和封闭件5均采用紫铜制成，封闭件5为紫铜铜珠。垫片3和紫铜铜珠5具有良好的延展性，在收到压力的情况下会产生形变，紧密贴合在各部件上，进而实现装置的密封，防止燃烧室内的燃气泄漏。

本发明还公开了一种适用于火箭发动机的铠装热电偶安装方法，使用上述的适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，具体包括以下步骤：

将套管1通过螺纹密封安装到待测火箭发动机的燃烧室壳体上；将铠装热电偶的自由端依次穿过开孔丝杆2、封闭件5和第二螺帽6。

将第二螺帽6螺纹安装到开孔丝杆2的后端，直至封闭件5在第二螺帽6的压力下产生变形，将铠装热电偶固定并密封于开孔丝杆2和第二螺帽6之间。

将铠装热电偶的工作端穿进套管1的通孔内，置于指定位置，并将开孔丝杆2的前端通过螺纹密封安装到连接部上；将第一螺帽4向连接部方向拧紧，并通过垫片3实现其与连接部和开孔丝杆2之间的密封，防止燃烧室内的燃气泄漏。

实施例：

所测试发动机为厚壁液体火箭发动机，壁面厚度为32.5mm。需要测试内壁面处温度。

根据需要，确定套管1前端光杆结构与螺纹结构总长度为33.5mm，确定光杆长度为10mm。在发动机燃烧室外壳开一深度为1mm的圆槽，并放置一个厚度为2mm的空心圆柱紫铜垫片，用以套管1与火箭发动机燃烧室外壳之间的密封。

取开孔丝杆2长度为50mm，螺纹尺寸为M10×1.0。取套管1连接部的螺纹深度为7mm，螺纹尺寸为M10×1.0。将开孔丝杆2旋入连接部约5mm处，随后安装紫铜材质的垫片3，并旋紧第一螺帽4，完成开孔丝杆2与套管1之间的密封。

将直径为2mm的铠装热电偶置入紫铜铜珠与第二螺帽6的通孔中，再置入已经连接好的开孔丝杆2与套管1的通孔中，调整铠装热电偶头部位置到与套管1前端表面平齐，旋紧第二螺帽6并挤压紫铜铜珠变形，完成第二螺帽6通孔与铠装热电偶间的密封，以及第二螺帽6与开孔丝杆2连接处的密封。此时，铠装热电偶头部将伸出套管1前端表面一定距离。

拧松第一螺帽4，通过调整开孔丝杆2在套管1连接部内的旋紧深度，将铠装热电偶头部重新调整至与套管1前端表面平齐后，再旋紧第一螺帽4。最后，将安装好的装置旋入待测发动机壁面，完成密封，开始测试。实验表明，此设计能够很好的完成密封及精确控制测点位置的作用。

Claims (9)

1.适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，其特征在于，包括用于固定安装在所述火箭发动机的燃烧室壳体上的套管(1)，其后端设有一连接部；所述连接部上连接有开孔丝杆(2)，所述开孔丝杆(2)的另一端螺纹连接有第二螺帽(6)，所述开孔丝杆(2)上套设有第一螺帽(4)和垫片(3)，所述垫片(3)位于所述连接部与第一螺帽(4)之间，所述第二螺帽(6)与所述开孔丝杠(2)之间还设置有封闭件(5)；

所述套管(1)、开孔丝杆(2)共轴心线，所述开孔丝杆(2)内部沿其轴向开设有一通孔，所述封闭件(5)具有一通孔，所述套管(1)的内部通孔、开孔丝杆(2)的内部通孔、封闭件(5)的通孔和第二螺帽(6)的内孔共同形成所述铠装热电偶的容纳空间，所述铠装热电偶的工作端位于所述套管(1)的前端、自由端位于所述第二螺帽(6)的后端；

所述第二螺帽(6)用于和所述开孔丝杆(2)挤压所述封闭件(5)；所述封闭件(5)用于受到挤压力后产生变形紧密贴附到所述铠装热电偶、第二螺帽(6)和开孔丝杆(2)之间，以实现所述铠装热电偶的固定；所述开孔丝杆(2)用于在所述连接部的内螺纹上前后移动，带动所述铠装热电偶前后移动，以调节所述铠装热电偶的测量位置。

2.如权利要求1所述的适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，其特征在于，所述第二螺帽(6)的前端用于与所述开孔丝杆(2)螺纹连接，后端由边缘向轴心线延伸有挡板，所述挡板中部开设有通孔，所述通孔用于供所述铠装热电偶的自由端穿过。

3.如权利要求1所述的适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，其特征在于，所述连接部的内径大于所述套管(1)内部通孔的内径，所述连接部内设有内螺纹，用于与所述开孔丝杆(2)螺纹连接。

4.如权利要求1所述的适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，其特征在于，所述开孔丝杆(2)的中部为棱柱状。

5.如权利要求1所述的适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，其特征在于，所述套管(1)外部具有外螺纹，用于与所述火箭发动机的燃烧室壳体螺纹连接。

6.如权利要求1所述的适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，其特征在于，所述套管(1)、开孔丝杆(2)、第一螺帽(4)和第二螺帽(6)均采用高温合金钢制成。

7.如权利要求1所述的适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，其特征在于，所述垫片(3)和封闭件(5)均采用紫铜制成。

8.如权利要求1所述的适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，其特征在于，所述封闭件(5)为紫铜铜珠。

9.适用于火箭发动机的铠装热电偶安装方法，其特征在于，使用权利要求1-8任一所述的适用于火箭发动机铠装热电偶密封及位置调控装置，具体包括以下步骤：

将套管(1)通过螺纹密封安装到待测火箭发动机的燃烧室壳体上；

将铠装热电偶的自由端依次穿过开孔丝杆(2)、封闭件(5)和第二螺帽(6)；

将第二螺帽(6)螺纹安装到所述开孔丝杆(2)的后端，直至所述封闭件(5)在所述第二螺帽(6)的压力下产生变形，将铠装热电偶固定并密封于开孔丝杆(2)和第二螺帽(6)之间；

将铠装热电偶的工作端穿进所述套管(1)的通孔内，置于指定位置，并将所述开孔丝杆(2)的前端通过螺纹密封安装到所述连接部上；

将所述第一螺帽(4)向所述连接部方向拧紧，并通过所述垫片(3)实现其与连接部和开孔丝杆(2)之间的密封。

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