一种用于水蒸汽发生器的压装式喷注器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于水蒸汽发生器的压装式喷注器及其制备方法，用于解决传统喷注器采用多组零件结构焊接复杂导致的质量不可控及3D打印加工成本过高的技术问题。本发明专利技术包括同心压装连接的喷注单元、对接法兰、盖板及密封调整块；对接法兰和喷注模块间形成第一集液环腔，盖板、喷注模块及对接法兰间形成第二集液环腔；喷注单元中的燃料分流模块包括多个径向设置在N个环形槽上的燃料分流孔；氧化剂分流模块包括多组圆周均布的氧化剂分流孔；每组所述氧化剂分流孔沿径向排布且位于相邻两个燃料分流孔之间；多组燃料直流喷注孔和氧化剂直流喷注孔沿径向交错设置，保证了燃烧高效性和表面冷却可靠性。和表面冷却可靠性。和表面冷却可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水蒸汽发生器的压装式喷注器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水蒸汽发生器，尤其涉及一种用于水蒸汽发生器的压装式喷注器及其制备方法。

技术介绍

[0002]液体火箭发动机高空模拟试验对于先进动力装备的发展和应用已逐渐成为趋势，高效化学水蒸汽生产关键装备研制将提升地面试验及验证系统可靠性。传统化学水蒸汽发生器喷注器为组织两种工质快速燃烧供应，采用离散式喷注孔组焊(钎焊、氩弧焊)多个小零件，为实现设计混合比及燃烧组织模型使得设计过程过于复杂，对于加工过程精度控制要求极高，且存在过多不可检测问题，容易造成成品质量不可控、加工周期长、成本高等问题，从而制约到用于地面试验用水蒸汽发生器产品验证的可靠性。随着技术的快速发展部分动力装备采用了先进的金属粉末3D打印加工，但仍存在成本过高不适宜于地面动力装备的制造。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于解决现有水蒸气发生器的喷注器多组零件结构焊接复杂导致的质量不可控以及3D打印加工成本过高的技术问题，而提供一种用于水蒸汽发生器的压装式喷注器及其制备方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术解决方案为:
[0005]一种用于水蒸汽发生器的压装式喷注器，其特殊之处在于，包括喷注单元、对接法兰、盖板及密封调整块；
[0006]所述喷注单元包括喷注模块、燃料分流模块、氧化剂分流模块以及安装孔；
[0007]喷注模块包括喷注盘、位于喷注盘底面由内至外同轴设置的N个环形槽，N为大于等于3的奇数；
[0008]燃料分流模块包括多个径向设置在N个环形槽上的燃料分流孔；
[0009]氧化剂分流模块包括多组圆周均布的氧化剂分流孔；每组所述氧化剂分流孔沿径向排布且位于相邻两个燃料分流孔之间；
[0010]第M个环形槽的端面上周向均布有多组与燃料分流孔侧壁连通的燃料直流喷注孔，第P个环形槽以及第N+1/2个环形槽的端面上周向均布有多组与氧化剂分流孔末端连通的氧化剂直流喷注孔，多组燃料直流喷注孔和多组氧化剂直流喷注孔沿径向交错设置，可以有效利用喷注块内部空间；M为小于等于N的奇数，P为小于N的偶数；
[0011]所述安装孔位于喷注模块的中心位置，用于安装连接外部的喷注器中心点火导管；
[0012]所述对接法兰压装连接于喷注模块的外侧，且在对接法兰和喷注模块之间形成第一集液环腔，第一集液环腔与燃料分流孔连通；所述对接法兰侧壁上径向设置有与第一集液环腔连通的第一进液口；
[0013]所述盖板压装连接于喷注模块上方，且与对接法兰的内侧壁连接，在盖板喷注模块以及对接法兰之间形成第二集液环腔，第二集液环腔与氧化剂分流孔连通；所述盖板的顶部轴向开设有与第二集液环腔连通的第二进液口；
[0014]所述密封调整块套装在喷注单元的顶部。
[0015]进一步地，所述燃料分流孔包括多个径向设置在N个环形槽上的第一燃料分流孔，以及多个径向设置在第N个环形槽的第二燃料分流孔；多个第一燃料分流孔的长孔和多个第二燃料分流孔的短孔周向交错均布，为氧化剂提供空间位置；
[0016]每组所述氧化剂分流孔沿径向排布且位于相邻两个第一燃料分流孔之间；
[0017]第M个环形槽的上端面周向均布有多组与第一燃料分流孔连通的燃料直流喷注孔，第N个环形槽的上端面周向均布有多组与第一燃料分流孔和第二燃料分流孔连通的燃料直流喷注孔；
[0018]所述第一集液环腔上下端面对应对接法兰与喷注模块连接处具有第一环焊缝和第二环焊缝；所述第一集液环腔两侧对应喷注模块与盖板连接处具有第三环焊缝和第四环焊缝；
[0019]所述盖板上设置有内螺纹，喷注单元上设置有与内螺纹配合连接的外螺纹，用于通过内螺纹与外螺纹的拧紧压装连接支撑确保整体结构的稳定及强度要求，从而有效抑制焊接热应力及燃烧热应力对于材料应力影响。
[0020]进一步地，所述N个环形槽的径向截面均为梯形，所述燃料直流喷注孔和氧化剂直流喷注孔垂直于梯形斜边设置，用于使燃料直流喷注孔和氧化剂直流喷注孔出口中正圆且保持锐边。
[0021]进一步地，所述第一燃料分流孔、第二燃料分流孔与氧化剂分流孔的空间壁面间距大于等于3mm，用于确保燃料和氧化剂两种工质供应时位置正确、隔离有效，不易出现高压时串腔或结构失效。
[0022]进一步地，所述燃料直流喷注孔在环槽内斜面撞击轴线夹角α取值范围为60
°
～90
°
；
[0023]所述氧化剂直流喷注孔在环槽内斜面撞击轴线夹角β取值范围为50
°
～80
°
；
[0024]所述α>β，且角度差值在5
°
～10
°
之间，用于使燃料直流喷注孔撞击高度小于氧化剂直流喷注孔的撞击高度，且保证高差在1mm～3mm之间。
[0025]进一步地，所述燃料直流喷注孔的孔径小于氧化剂直流喷注孔的孔径，用于确保燃烧分布高效掺混，同时控制喷注面上局部高温区的冷却保护措施；具体的，根据设计流量、压降进行燃料直流喷注孔和氧化剂直流喷注孔的孔径优化取整设计，确保其加工尺寸合理；
[0026]所述燃料直流喷注孔和氧化剂直流喷注孔的孔径均由中间环形槽向两侧环形槽递减设置，用于使喷注器内燃烧混合比沿径向形成单驼峰的混合比分布形式，确保燃烧的稳定性。
[0027]进一步地，所述盖板顶部轴向开设有与第二集液环腔连通的第二测压口，用于实时测量第二集液环腔的氧化剂喷前压力；
[0028]所述对接法兰侧壁上径向设置有与第一集液环腔连通的第一测压口，用于实时测量第一集液环腔的燃料喷前压力。
[0029]进一步地，所述氧化剂直流喷注孔的压降比燃料直流喷注孔的压降高0.10～0.15MPa，用于确保燃烧稳定。
[0030]进一步地，所述N＝5，5个环形槽由内至外为第一环形槽、第二环形槽、第三环形槽、第四环形槽以及第五环形槽；
[0031]所述第一燃料分流孔为12个，第二燃料分流孔为12个；
[0032]所述氧化剂分流孔为12组；
[0033]所述第一环形槽端面上周向均布有12组燃料直流喷注孔，第二环形槽端面上周向均布有12组氧化剂直流喷注孔，第三环形槽端面上周向均布有12组燃料直流喷注孔和12组氧化剂直流喷注孔，第四环形槽端面上周向均布有24组氧化剂直流喷注孔，第五环形槽端面上周向均布有24组燃料直流喷注孔。
[0034]基于上述一种用于水蒸汽发生器的压装式喷注器，本专利技术还提供了一种用于水蒸汽发生器的喷注器的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0035]1】设计准备
[0036]确定燃料、氧化剂工质流量及设计压降要求，并对蒸汽室压、温度及调整工况要求；
[0037]2】喷注器设计
[0038]确定喷注器尺寸、燃料直流喷注孔及氧化剂直流喷注孔数量和尺寸，进行喷注器整体尺寸及结构设计调整；
[0039]3】喷注器加工...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水蒸汽发生器的压装式喷注器，其特征在于：包括喷注单元(1)、对接法兰(2)、盖板(3)及密封调整块(4)；所述喷注单元(1)包括喷注模块、燃料分流模块、氧化剂分流模块以及安装孔(101)；喷注模块包括喷注盘、位于喷注盘底面由内至外同轴设置的N个环形槽，N为大于等于3的奇数；燃料分流模块包括多个径向设置在N个环形槽上的燃料分流孔；氧化剂分流模块包括多组圆周均布的氧化剂分流孔；每组所述氧化剂分流孔沿径向排布且位于相邻两个燃料分流孔之间；第M个环形槽的上端面周向均布有多组与燃料分流孔侧壁连通的燃料直流喷注孔；第P个环形槽以及第(N+1)/2个环形槽的端面上周向均布有多组与氧化剂分流孔末端连通的氧化剂直流喷注孔；多组燃料直流喷注孔和多组氧化剂直流喷注孔沿径向交错设置；M为小于等于N的奇数，P为小于N的偶数；所述安装孔(101)位于喷注模块的中心位置，用于安装连接喷注器中心点火导管；所述对接法兰(2)压装连接于喷注模块的外侧，且在对接法兰(2)和喷注模块之间形成第一集液环腔(12)，第一集液环腔(12)与燃料分流孔连通；所述对接法兰(2)侧壁上径向设置有与第一集液环腔(12)连通的第一进液口(203)；所述盖板(3)压装连接于喷注模块上方，且与对接法兰(2)的内侧壁连接，在盖板(3)、喷注模块以及对接法兰(2)之间形成第二集液环腔(13)，第二集液环腔(13)与氧化剂分流孔连通；所述盖板(3)的顶部轴向开设有与第二集液环腔(13)连通的第二进液口(301)；所述密封调整块(4)套装在喷注单元(1)的顶部。2.根据权利要求1所述的一种用于水蒸汽发生器的压装式喷注器，其特征在于：所述燃料分流孔包括多个径向设置在N个环形槽上的第一燃料分流孔(102)，以及多个径向设置在第N个环形槽的第二燃料分流孔(103)；多个第一燃料分流孔(102)和多个第二燃料分流孔(103)周向交错均布；每组所述氧化剂分流孔沿径向排布且位于相邻两个第一燃料分流孔(102)之间；第M个环形槽的上端面周向均布有多组与第一燃料分流孔(102)连通的燃料直流喷注孔，第N个环形槽的上端面周向均布有多组与第一燃料分流孔(102)和第二燃料分流孔(103)连通的燃料直流喷注孔；所述第一集液环腔(12)上下端面对应对接法兰(2)与喷注模块连接处具有第一环焊缝(121)和第二环焊缝(122)；所述第一集液环腔(13)两侧对应喷注模块与盖板(3)连接处具有第三环焊缝(131)和第四环焊缝(231)；所述盖板(3)上设置有内螺纹(311)，喷注单元(1)上设置有与内螺纹(311)配合连接的外螺纹(132)。3.根据权利要求2所述的一种用于水蒸汽发生器的压装式喷注器，其特征在于：所述N个环形槽的径向截面均为梯形，所述燃料直流喷注孔和氧化剂直流喷注孔垂直于梯形斜边设置。4.根据权利要求3所述的一种用于水蒸汽发生器的压装式喷注器，其特征在于：所述第一燃料分流孔(102)、第二燃料分流孔(103)与氧化剂分流孔的空间壁面间距大...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵曙，罗维民，韩明，曹明明，于军，靳远宠，于文，王广涛，
申请(专利权)人：陕西航天机电环境工程设计院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：