一种用于双组元喷注器的锥度式旋涡器结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于双组元喷注器的锥度式旋涡器结构，包括内喷嘴、内旋涡器、外旋涡器和外喷嘴；其中内喷嘴为外壁带有台阶的中空圆柱体，下端带有内锥形的内喷口，内旋涡器轴向开有中心孔，中部径向开有内横向孔，内旋涡器外壁上开有均布的弧形内旋流槽；外喷嘴为中空圆柱体，下端带有内锥形外喷口，上端设有一外横向孔作为外路介质的流道入口，在外旋涡器外壁上均布有弧形外旋流槽；内喷嘴与内旋涡器、外喷嘴与外旋涡器配合的内孔段为上端粗、下端细的锥度形式，内旋涡器和外旋涡器的外圆为上端粗、下端细的锥度形式。本实用新型专利技术结构简单，工艺性好，只需要在内、外旋涡器和内、外喷嘴加工后，对内孔和外壁进行锥度加工即可实现。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于双组元喷注器的锥度式旋涡器结构，可以用于航空航天领域双组元液体火箭发动机的离心式喷注器设计。
技术介绍
喷注器是双组元推力器的核心部件，喷注器的流量特性和雾化特性决定了推力器的性能。喷注器的流量理论上是由旋涡器的旋流槽面积决定的，带有一定压力的推进剂通过旋流槽产生离心作用之后，通过离心式使推进剂从喷口雾化喷出，注入燃烧室并高效混合，产生高效和稳定的燃烧，最终形成推力。喷注器的零件在生产过程中，需要通过水试来进行选配，以达到流量和雾化的指标。为了便于选配，在旋涡器与外壁之间难以避免的存在间隙，如果没有间隙，则旋涡器难以安装和拆除，因此一般喷注器旋涡器的配合间隙都需要保持在0.02mm左右。对于10N推力量级的双组元姿控推力器而言，0.02mm配合间隙形成的非设计流道面积已经与旋流槽流道面积相当，导致部分流体从间隙留出而不是从旋流槽流出，一方面不利于流量的控制，另一方面由于流体失去了旋流槽离心辅助，导致雾化效果也受到影响。同时，间隙过大、间隙不对称和间隙的变化都会导致流量和雾化的变化和不稳定，甚至超差，甚至影响到产品的性能甚至带来不稳定燃烧、不均匀燃烧的问题，导致推力器点火异常甚至失效。
技术实现思路
本技术的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提出了一种用于双组元喷注器的锥度式旋涡器结构，以消除了配合间隙带来的影响，充分发挥了旋涡器旋流槽的离心导流作用，进而提高产品的雾化性能和产品一致性、稳定性。本技术的技术解决方案是：一种用于双组元喷注器的锥度式旋涡器结构，包括内喷嘴、内旋涡器、外旋涡器和外喷嘴；其中内喷嘴为外壁带有台阶的中空圆柱体，下端带有内锥形的可喷出内路介质的内喷口，置于内喷嘴的中空圆柱体中的内旋涡器为圆柱体，其轴向开有中心孔，中部径向开有内横向孔，中心孔与内横向孔垂直相交构成内路介质的流道入口，内旋涡器外壁上开有均布的弧形内旋流槽；外喷嘴为中空圆柱体，下端带有内锥形的可喷出外路介质的外喷口，上端设有一外横向孔作为外路介质的流道入口，外喷嘴与内喷嘴定位台阶贴合，外旋涡器安装在内喷嘴的台阶下圆柱段外壁外侧及外喷嘴中空圆柱体内，在外旋涡器外壁上均布有弧形外旋流槽；内喷嘴与内旋涡器、外喷嘴与外旋涡器配合的内孔段为上端粗、下端细的锥度形式，内旋涡器和外旋涡器的外圆为上端粗、下端细的锥度形式。所述内喷嘴与内旋涡器、外喷嘴与外旋涡器配合的内孔段锥度的斜率及内旋涡器和外旋涡器的外圆的锥度的斜率均为1：50。内喷嘴与内旋涡器、外喷嘴与外旋涡器之间的外锥面与内锥面配合密封。内喷嘴、内旋涡器、内旋流槽、外旋涡器、外旋流槽、外喷嘴采用钛合金材料。内喷口和外喷口壁厚不小于0.5mm。内喷嘴、内旋涡器、外喷嘴为密封连接。内旋流槽及外旋流槽数量均为2～3个。外喷嘴与内喷嘴组成同心圆环状的组合式双喷口。本技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本技术利用内喷嘴与内旋涡器、外喷嘴与外旋涡器孔轴之间自对中、自密封的作用，将配合间隙完全封死，由于间隙流道消失了，强迫介质进入旋流槽流道，一方面介质的流量完全通过旋流槽控制，流量稳定可控，另一方面通过旋流槽的充分离心作用，从喷嘴中喷出的介质雾化效果更佳。(2)本技术内喷嘴与内旋涡器、外喷嘴与外旋涡器采用底部小、口部大的结构，可以保证旋涡器在选配过程中能够顺利装拆，同时锥度配合的旋涡器具备自锁能力，可以防止焊接所产生的变形对内部流道造成影响。(3)本技术旋涡器结构简单，工艺性好，实现便捷，只需要在内、外旋涡器和内、外喷嘴加工后，对内孔和外壁进行锥度加工即可实现。附图说明图1为本技术整体结构示意图；图2为本技术内路流道示意图；图3为本技术外路流道示意图；图4为本技术内旋流槽结构轴侧示意图；图5为本技术内旋流槽截面示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术进行进一步的详细描述。如图1所示，本技术提供了一种用于双组元喷注器的锥度式旋涡器结构，包括内喷嘴1、内旋涡器2、内旋流槽3、外旋涡器4、外旋流槽5、外喷嘴6。内喷嘴1为外壁带有台阶的中空圆柱体，下端为内锥形内喷口7，内旋涡器2插入内喷嘴1的中心孔中，在内旋涡器2外壁上有内旋流槽3，内旋流槽3为弧形螺旋槽，螺旋槽的数量为2～3个，均布在内旋涡器2的外壁上。外旋涡器4安装在内喷嘴1的台阶下圆柱段外壁外侧，在外旋涡器4外壁上有外旋流槽5，外旋流槽5为弧形螺旋槽，螺旋槽的数量为2～3个，均布在外旋涡器4的外壁上，外旋涡器4插入外喷嘴6中心孔内。双组元喷注器内部包括燃烧剂、氧化剂两种推进剂流道，分别从内路和外路两条流道流通，如图2所示，内喷嘴1、内旋涡器2、内旋流槽3组成了燃烧剂的内路流道，带有一定压力的燃烧剂从内旋涡器中心孔9流入，如图4所示，流经内横向孔10进入内旋涡器2的内旋流槽3中，经过旋转离心作用后，从内喷嘴1的底部内喷口7喷出，产生离心雾化作用，进入燃烧室内进行掺混、蒸发、燃烧。如图3所示，外喷嘴6、外旋涡器4、外旋流槽5组成了双组元氧化剂的外路流道，带有一定压力的氧化剂从外喷嘴6的外横向孔11流入，进入外旋涡器4的外旋流槽5中，经过旋转离心作用后，从外喷嘴6的底部外喷口8喷出，产生离心雾化作用，进入燃烧室内进行掺混、蒸发、燃烧。如图5所示，对于锥度式旋涡器的内旋流槽3、外旋流槽5采用弧形的槽型，流量大小由槽深和圆弧半径决定，采用弧形槽可以有效减小内旋涡器2、外旋涡器4锥度外壁的变化对于槽深带来的影响，维持流量的一致性和稳定性。锥度形式的内旋涡器2、外旋涡器4的外壁面设计为1：50斜度的外锥形式，同时与之配合的内喷嘴1中心孔与外喷嘴6中心孔壁面设计为1：50斜度的内锥形式，外锥锥度按负公差加工，内锥锥度按正公差加工，安装时外锥形式的内旋涡器2、外旋涡器4直接插入内喷嘴1与外喷嘴6的中心孔中，利用锥面配合自对中和自密封的特性，将旋涡器与喷嘴内壁之间的间隙完全消除，迫使燃烧剂和氧化剂只能进入内旋流槽3和外旋流槽5的弧形槽内，使燃烧剂和氧化剂完全通过旋流槽导流，流量完全由弧形槽的面积唯一决定，同时充分的实现离心旋流，保证了流量的可控稳定和雾化的均匀稳定。内喷嘴1、内旋涡器2、内旋流槽3、外旋涡器4、外旋流槽5、外喷嘴6应使用耐高温、强度高和阻热性好的材料，优选耐高温钛合金材料，如Ti53311S、Ti2AINb，尤其要防止喷口的薄壁发生变形,因此内、外喷口的壁厚不应小于0.5mm。用有两条电子束焊缝将内喷嘴1、内旋涡器2、外喷嘴6焊接在一起，构成喷注组件，焊接结构为圆周焊接，焊接变形方向与锥度旋涡器的装入方向一致，使锥度配合的内旋涡器2、外旋涡器4在焊接后进一步与内喷嘴1、外喷嘴6壁面压死贴紧，实现自锁，防止焊接带来流道变化的影响，保证流量和雾化的稳定性。本技术未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于双组元喷注器的锥度式旋涡器结构，其特征在于：包括内喷嘴(1)、内旋涡器(2)、外旋涡器(4)和外喷嘴(6)；其中内喷嘴(1)为外壁带有台阶的中空圆柱体，下端带有内锥形的可喷出内路介质的内喷口(7)，置于内喷嘴(1)的中空圆柱体中的内旋涡器(2)为圆柱体，其轴向开有中心孔(9)，中部径向开有内横向孔(10)，中心孔(9)与内横向孔(10)垂直相交构成内路介质的流道入口，内旋涡器(2)外壁上开有均布的弧形内旋流槽(3)；外喷嘴(6)为中空圆柱体，下端带有内锥形的可喷出外路介质的外喷口(8)，上端设有一外横向孔(11)作为外路介质的流道入口，外喷嘴(6)与内喷嘴(1)定位台阶贴合，外旋涡器(4)安装在内喷嘴(1)的台阶下圆柱段外壁外侧及外喷嘴(6)中空圆柱体内，在外旋涡器(4)外壁上均布有弧形外旋流槽(5)；内喷嘴(1)与内旋涡器(2)、外喷嘴(6)与外旋涡器(4)配合的内孔段为上端粗、下端细的锥度形式，内旋涡器(2)和外旋涡器(4)的外圆为上端粗、下端细的锥度形式。

【技术特征摘要】
1.一种用于双组元喷注器的锥度式旋涡器结构，其特征在于：包括内喷嘴(1)、内旋涡器(2)、外旋涡器(4)和外喷嘴(6)；
其中内喷嘴(1)为外壁带有台阶的中空圆柱体，下端带有内锥形的可喷出内路介质的内喷口(7)，置于内喷嘴(1)的中空圆柱体中的内旋涡器(2)为圆柱体，其轴向开有中心孔(9)，中部径向开有内横向孔(10)，中心孔(9)与内横向孔(10)垂直相交构成内路介质的流道入口，内旋涡器(2)外壁上开有均布的弧形内旋流槽(3)；
外喷嘴(6)为中空圆柱体，下端带有内锥形的可喷出外路介质的外喷口(8)，上端设有一外横向孔(11)作为外路介质的流道入口，外喷嘴(6)与内喷嘴(1)定位台阶贴合，外旋涡器(4)安装在内喷嘴(1)的台阶下圆柱段外壁外侧及外喷嘴(6)中空圆柱体内，在外旋涡器(4)外壁上均布有弧形外旋流槽(5)；
内喷嘴(1)与内旋涡器(2)、外喷嘴(6)与外旋涡器(4)配合的内孔段为上端粗、下端细的锥度形式，内旋涡器(2)和外旋涡器(4)的外圆为上端粗、下端细的锥度形式。
2.根据权利要求1所述的一种用于双组元喷注器的锥度式旋涡器结构，其特征在于：内喷嘴(1)与内旋涡器(2)、外喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：张榛，毛晓芳，汪凤山，蔡坤，杨尚锋，曹顺，张凤，何梦琪，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11