CN112557044B - 一种双组元喷嘴液流性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双组元喷嘴液流性能测试装置，解决现有双组元喷嘴不能同时测量双路给定压降下的流量的问题。该装置包括测试上壳体、测试下壳体、第一测压嘴和第二测压嘴；测试上壳体包括由上至下依次设置进水嘴、上盖板和上筒体；测试下壳体包括环形底板、中间套管、下底板和进水接管嘴；环形底板设置在中间套管的上端，下底板设置在中间套管的下端；进水接管嘴设置在中间套管的外壁上；上筒体的底板位于中间套管内，环形底板和上盖板固定连接；上喷嘴穿过上筒体的安装孔，其上端位于上筒体内，下端设置在中间套管内；下喷嘴的上端设置在中间套管内，下端设置在下底板上；第一测压嘴设置在上筒体上；第二测压嘴设置在中间套管上。

Description

一种双组元喷嘴液流性能测试装置

技术领域

本发明涉及喷嘴流量试验领域，具体涉及一种双组元喷嘴液流性能测试装置，应用在火箭发动机的各型号双组元喷嘴液流试验中。

背景技术

在液煤推力室研制过程中，需要对各类喷嘴进行液流试验，得到其性能参数并验证产品设计是否满足技术要求。在喷嘴液流试验过程中需要根据技术要求对喷嘴进行现场返修和再试验，每批试验喷嘴数量近千件，液流试验任务量较大。双组元喷嘴的上喷嘴和下喷嘴一般通过钎焊连接，各进水孔在钎焊前已通过机械加工完成。传统的喷嘴液流试验中，上喷嘴和下喷嘴的液流试验分别进行，此种方式不能同时测量双路给定压降下的流量，进而不能模拟产品的实际运行工况，上喷嘴和下喷嘴焊接后，通过双组元喷嘴的流量发生改变，进而使得火箭发动机燃烧流场分布不均匀引起烧蚀问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有双组元喷嘴不能同时测量双路给定压降下的流量，导致通过双组元喷嘴的流量发生改变的问题，提供一种双组元喷嘴液流性能测试装置，通过该系统对双组元喷嘴进行流量相干性检查，将检查合格的双组元喷嘴安装在火箭发动机中，解决火箭发动机燃烧流场分布不均匀引起的烧蚀问题。

为实现以上发明目的，本发明的技术方案为：

一种双组元喷嘴液流性能测试装置，包括测试上壳体、测试下壳体、第一测压嘴和第二测压嘴；所述双组元喷嘴包括上喷嘴和下喷嘴，所述上喷嘴为套管结构，其上端设置有进水口，下端外周面上设置有环形缺口；所述下喷嘴为套管结构，其上端与上喷嘴的下端连接，下端设置有出水孔；所述下喷嘴外壁上设置有沿周向布置的多个进水孔，且进水孔位于环形缺口内；所述测试上壳体包括由上至下依次设置进水嘴、上盖板和上筒体，所述进水嘴通过设置在上盖板上的过流孔与上筒体的内腔连通，且进水嘴的中心线与上筒体的中心线偏心设置；所述上筒体的底板上设置有安装孔；所述测试下壳体包括环形底板、中间套管、下底板和N个进水接管嘴，N大于等于1；所述环形底板设置在中间套管的上端，所述下底板设置在中间套管的下端，其端面设置有与中间套管连通的出液口；所述进水接管嘴设置在中间套管的外壁上，且与中间套管的内腔连通；所述上筒体的底板穿过环形底板位于中间套管内，且环形底板和上盖板固定连接；所述上喷嘴穿过上筒体的安装孔，其上端位于上筒体内，且进水口与进水嘴连通，其下端设置在中间套管内；所述下喷嘴的上端设置在中间套管内，且进水孔与进水接管嘴连通，所述下喷嘴的下端设置在下底板上，且出水孔与出液口连通；所述第一测压嘴设置在上筒体上，其测压口与上筒体的内腔连通，用于测量上喷嘴的进口压力；所述第二测压嘴设置在中间套管上，其测压口与中间套管的内腔连通，用于测量下喷嘴的进口压力。

进一步地，所述进水接管嘴为两个，两个进水接管嘴对称设置，且中心线同轴。

进一步地，所述两个进水接管嘴和第二测压嘴位于同一径向平面上。

进一步地，所述下底板的出液口内设置有环形台阶，用于对下喷嘴进行限位。

进一步地，所述环形台阶末端设置有圆锥角，方便喷嘴喷雾角的测量。

进一步地，所述上筒体的安装孔一侧设置有倒角，便于上喷嘴的安装。

进一步地，所述上筒体和中间套管的接触面上设置有密封圈，所述上筒体底板与上喷嘴的接触面上设置有密封圈。

进一步地，所述中间套管的内壁上设置有限位台阶，所述上筒体的底板通过限位台阶限位。

进一步地，所述下喷嘴与下底板的接触面上设置有密封圈。

进一步地，所述环形底板和上盖板均设置有安装法兰，两者通过安装法兰连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明双组元喷嘴液流性能测试装置将双组元喷嘴固定装夹在测试装置内，将试验系统水引入双组元喷嘴的工作模拟环腔，通过结构设计保证水按要求流道进出，在环腔压力稳定时测量流经上喷嘴和下喷嘴的流量和喷雾角，该试验装置结构简单，试验过程简单，试验效率高。

2.本发明双组元喷嘴液流性能测试装置同时测量喷嘴在双路在给定压降下的流量和喷雾角，得到两路相干情况下的性能参数，测试上壳体、测试下壳体的进水腔分别设计，且进水腔上下布局，模拟进水位置与产品实际进出水孔位置相对应，同时分别设计进水嘴和测压嘴，解决了产品两路分别进水，同时测量问题。

3.本发明双组元喷嘴液流性能测试装置的原理简单、测量方便可靠，对双组元喷嘴进行检查，将检查合格的喷嘴应用在火箭发动机中，避免火箭发动机燃烧流场分布不均匀引起烧蚀问题。

附图说明

图1为本发明双组元喷嘴的结构示意图；

图2为本发明双组元喷嘴液流性能测试装置的结构示意图；

图3为本发明测试上壳体的结构示意图；

图4为本发明测试下壳体的结构示意图；

图5为图4的A-A剖视图。

附图标记：1-测试上壳体，2-测试下壳体，3-第一测压嘴，4-第二测压嘴，5-上喷嘴，6-下喷嘴，7-密封圈，11-进水嘴，12-上盖板，13-上筒体，14-过流孔，15-安装孔，16-倒角，21-环形底板，22-中间套管，23-下底板，24-进水接管嘴，25-出液口，26-限位台阶，27-圆锥角，28-环形台阶，51-进水口，52-环形缺口，61-进水孔，62-出水孔。

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详细描述：

本发明提供了一种双组元喷嘴液流性能测试装置，得到双组元喷嘴在双路干涉情况下的试验数据，为型号研制提供依据。该双组元喷嘴液流性能测试装置同时测量喷嘴在双路在给定压降下的流量和喷雾角，得到两路相干情况下的性能参数，测试上壳体、测试下壳体的进水腔分别设计，且进水腔上下布局，模拟进水位置与产品实际进出水孔位置相对应，同时分别设计进水嘴和测压嘴，解决了产品两路分别进水，同时测量问题。

如图1所示，本发明被测试件为双组元喷嘴，该双组元喷嘴包括上喷嘴5和下喷嘴6，上喷嘴5为套管结构，其上端设置有进水口51，下端外周面上设置有环形缺口52；下喷嘴6为套管结构，其上端与上喷嘴5的下端连接，下端设置有出水孔62；下喷嘴6外壁上设置有沿周向布置的多个进水孔61，且进水孔61位于环形缺口52内。

如图2至图5所示，本发明提供的双组元喷嘴液流性能测试装置包括测试上壳体1、测试下壳体2、第一测压嘴3和第二测压嘴4。测试上壳体1包括由上至下依次设置进水嘴11、上盖板12和上筒体13，进水嘴11通过设置在上盖板12上的过流孔14与上筒体13的内腔连通，且进水嘴11的中心线与上筒体13的中心线偏心设置；上筒体13的底板上设置有安装孔15。测试下壳体2包括环形底板21、中间套管22、下底板23和N个进水接管嘴24，N大于等于1；环形底板21设置在中间套管22的上端，下底板23设置在中间套管22的下端，其端面上设置有与中间套管22连通的出液口25；进水接管嘴24设置在中间套管22的外壁上，且与中间套管22的内腔连通。上筒体13的底板穿过环形底板21位于中间套管22内，且环形底板21和上盖板12固定连接；上喷嘴5穿过上筒体13的安装孔15，其上端位于上筒体13内，且进水口51与进水嘴11连通，其下端设置在中间套管22内；下喷嘴6的上端设置在中间套管22内，且进水孔61与进水接管嘴24连通，下喷嘴6的下端设置在下底板23上，且出水孔62与出液口25连通；第一测压嘴3设置在上筒体13上，其测压口与上筒体13的内腔连通，用于测量上喷嘴5的进口压力；第二测压嘴4设置在中间套管22上，其测压口与中间套管22的内腔连通，用于测量下喷嘴6的进口压力。

在本发明实施例中，进水接管嘴24为两个，两个进水接管嘴24对称设置，且中心线同轴。两个进水接管嘴24和第二测压嘴4位于同一径向平面上。下底板23的出液口25内设置有环形台阶28，用于对下喷嘴6进行限位。环形台阶28的末端设置有圆锥角27，方便喷嘴喷雾角的测量。上筒体13和中间套管22的接触面上设置有密封圈7，上筒体13底板与上喷嘴5的接触面上设置有密封圈7，下喷嘴6与下底板23的接触面上设置有密封圈7，上述密封圈7实现测试装置的良好密封，保证水按规定流道进出产品。

针对上喷嘴5和下喷嘴6分别液试合格后焊接为一体的双组元喷嘴，若同时测量双路给定压降下的流量，首先解决测试上壳体1、测试下壳体2进水腔互不渗漏问题。本发明将测试上壳体1、测试下壳体2的内腔上下布局，分开设置，将试验系统水分别引入测试上壳体1、测试下壳体2的内腔，上下布局的测试上壳体1、测试下壳体2通过螺栓紧固成一体。

如图2和图4所示，环形底板21的内孔顶端设置有锥角，方便装入O型圈，同时方便测试上壳体1装入测试下壳体2内。中间套管22的内壁上设置有限位台阶26，上筒体13的底板通过限位台阶26限位，台阶内径与上筒体13的腔体外径配合设计，保证测试上壳体1和测试下壳体2进水腔之间密封。台阶高度设计参考喷嘴高度，保证喷嘴安装垂直居中，此时，可在上筒体13的安装孔15一侧设置有倒角16，便于上喷嘴5的安装。环形底板21和上盖板12上设置有法兰，可通过螺栓分别将测试上壳体1、测试下壳体2紧固为一体，同时，下底板23上设置有法兰，将测试下壳体2固定于试验台上。具体的，上盖板12和下底板23的法兰上设置数量、大小相同均布的通孔，上、下端通孔沿周向错开固定角度，防止连接测试上壳体1、测试下壳体2的螺栓与固定于试验台的螺栓在高度位置相互干涉。

如图3所示，测试上壳体1中，进水嘴11的中心线与上筒体13的中心线偏心设置，防止大流量水直对上喷嘴进水口51，形成引射作用，保证流量压力测量稳定。上筒体13的底板中心开通孔，通孔下端设置倒角16，方便上喷嘴插入上筒体13的腔体。上筒体13的底板上设置有密封槽，密封槽内放置密封件，保证进入上筒体13的水只能从进水嘴11进入，不能从上喷嘴5与底板之间的缝隙渗漏到上筒体13腔体内，同时，上筒体13腔体内的液体也不能通过该缝隙渗漏中间套管22内；上筒体13外侧设置密封槽，密封槽放置密封件，保证中间套管22腔体内的水不能从测试上壳体1、测试下壳体2之间的接触面上外漏。

如图4和图5所示，测试下壳体2中，下底板23的中心开孔，并设置密封槽，密封槽内放置密封件，保证进入进水口52的水只能从进水接管嘴24进入，不能从测试下壳体2与下喷嘴的缝隙渗漏，同时，外部的液体也不能通过该缝隙进入测试下壳体2。下底板的中心孔高度约为法兰厚度三分之二，并设置小台阶便于放置下喷嘴6，台阶下方设置圆锥角α27，方便喷嘴喷雾角的测量，α角大小的设置以不碰触遮挡产品喷雾角为准。同时，出液口25的顶端设置有倒角，便于下喷嘴的安装。

考虑流量小，为保证下喷嘴6沿圆周进水均匀，采用两个进水接管嘴24对称进水方式，通过模拟介质进入腔体的流速计算进水接管嘴24的通径。根据产品要求的介质漫入测试下壳体2的流速，计算确定中间套管22的腔体内径大小。依据测试下壳体2进水接管嘴24的高度位置，确定第二测压嘴4高度，为保证测量精度和安装方便，第二测压嘴4圆周位置置于两进水接管嘴24之间。为避免测试下壳体2下端的螺栓与进水接管嘴24、第二测压嘴4在高度方向相互干涉，进水接管嘴24、第二测压嘴4与螺栓孔在圆周方向的相对位置错开设置。

基于上述结构，本发明双组元喷嘴液流性能测试装置具有如下特点。

本发明双组元喷嘴液流性能测试装置中，测试上壳体1、测试下壳体2的进水腔分别设计，分别设计进水嘴和测压嘴，解决了产品两路分别进水，同时测量问题。

本发明双组元喷嘴液流性能测试装置中，测试上壳体1、测试下壳体2的进水腔上下布局，模拟进出水位置与产品实际进出水孔位置相对应，结构紧凑。

本发明双组元喷嘴液流性能测试装置中，进水嘴11的中心线与上筒体13的中心线偏心设置，防止大流量水直对上喷嘴进水口51，形成引射作用，保证流量压力测量稳定。

本发明双组元喷嘴液流性能测试装置中，测试上壳体1、测试下壳体2的腔体结构尺寸以小流量壳体为基准模拟设计。依据设计要求流速精确计算测试下壳体2、进水嘴11通径，保证测试上壳体1和测试下壳体2的进水嘴与进水孔的入流速度，实现模拟产品实际工况参数要求。第一测压嘴3和第二测压嘴4的高度和周向位置设置，保证压力测量准确。台阶高度设计参考产品高度，保证产品安装垂直居中。

Claims (9)

1.一种双组元喷嘴液流性能测试装置，其特征在于：包括测试上壳体(1)、测试下壳体(2)、第一测压嘴(3)和第二测压嘴(4)；

所述双组元喷嘴包括上喷嘴(5)和下喷嘴(6)，所述上喷嘴(5)为套管结构，其上端设置有进水口(51)，下端外周面上设置有环形缺口(52)；所述下喷嘴(6)为套管结构，其上端与上喷嘴(5)的下端连接，下端设置有出水孔(62)；所述下喷嘴(6)外壁上设置有沿周向布置的多个进水孔(61)，且进水孔(61)位于环形缺口(52)内；

所述测试上壳体(1)包括由上至下依次设置进水嘴(11)、上盖板(12)和上筒体(13)，所述进水嘴(11)通过设置在上盖板(12)上的过流孔(14)与上筒体(13)的内腔连通，且进水嘴(11)的中心线与上筒体(13)的中心线偏心设置；所述上筒体(13)的底板上设置有安装孔(15)；

所述测试下壳体(2)包括环形底板(21)、中间套管(22)、下底板(23)和N个进水接管嘴(24)，N大于等于1；所述环形底板(21)设置在中间套管(22)的上端，所述下底板(23)设置在中间套管(22)的下端，其端面设置有与中间套管(22)内腔连通的出液口(25)；所述进水接管嘴(24)设置在中间套管(22)的外壁上，且与中间套管(22)的内腔连通；

所述上筒体(13)的底板穿过环形底板(21)位于中间套管(22)内，且环形底板(21)和上盖板(12)固定连接；所述上喷嘴(5)穿过上筒体(13)的安装孔(15)，其上端位于上筒体(13)内，且进水口(51)与进水嘴(11)连通，其下端设置在中间套管(22)内；所述下喷嘴(6)的上端设置在中间套管(22)内，且进水孔(61)与进水接管嘴(24)连通，所述下喷嘴(6)的下端设置在下底板(23)上，且出水孔(62)与出液口(25)连通；

所述第一测压嘴(3)设置在上筒体(13)上，其测压口与上筒体(13)的内腔连通，用于测量上喷嘴(5)的进口压力；所述第二测压嘴(4)设置在中间套管(22)上，其测压口与中间套管(22)的内腔连通，用于测量下喷嘴(6)的进口压力。

2.根据权利要求1所述的双组元喷嘴液流性能测试装置，其特征在于：所述进水接管嘴(24)为两个，两个进水接管嘴(24)对称设置，且中心线同轴。

3.根据权利要求2所述的双组元喷嘴液流性能测试装置，其特征在于：所述两个进水接管嘴(24)和第二测压嘴(4)位于同一径向平面上。

4.根据权利要求1或2或3所述的双组元喷嘴液流性能测试装置，其特征在于：所述下底板(23)的出液口(25)内设置有环形台阶(28)，用于对下喷嘴(6)进行限位。

5.根据权利要求4所述的双组元喷嘴液流性能测试装置，其特征在于：所述环形台阶(28)末端设置有圆锥角(27)，方便喷嘴喷雾角的测量。

6.根据权利要求5所述的双组元喷嘴液流性能测试装置，其特征在于：所述上筒体(13)的安装孔(15)一侧设置有倒角(16)，便于上喷嘴(5)的安装。

7.根据权利要求6所述的双组元喷嘴液流性能测试装置，其特征在于：所述中间套管(22)的内壁上设置有限位台阶(26)，所述上筒体(13)的底板通过限位台阶(26)限位。

8.根据权利要求7所述的双组元喷嘴液流性能测试装置，其特征在于：所述上筒体(13)和中间套管(22)的接触面上设置有密封圈(7)，所述上筒体(13)底板与上喷嘴(5)的接触面上设置有密封圈(7)。

9.根据权利要求8所述的双组元喷嘴液流性能测试装置，其特征在于：所述下喷嘴(6)与下底板(23)的接触面上设置有密封圈(7)。

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