[發(fā)明專利]一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪殼體及加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110600775.2
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113431708B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金路;許開富;任眾;張鵬飛;李惠敏;蔣建園;楊寶鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: F02K9/46
• 分類號: F02K9/46;F02K9/60;F04D29/02;F04D29/42;F04D29/58
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 史曉麗

本發(fā)明屬于液體火箭發(fā)動機渦輪泵領(lǐng)域，具體涉及一種適用于大推力液體火箭發(fā)動機的渦輪殼體，用于解決現(xiàn)有渦輪殼體由于殼體結(jié)構(gòu)壁厚較厚，且質(zhì)量較大，導(dǎo)致發(fā)動機的推重比降低，火箭的運載能力減少，以及較小的焊縫強度造成結(jié)構(gòu)強度缺陷的不足之處。該帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪殼體：球殼外壁、球殼內(nèi)襯、球殼連接段內(nèi)襯、渦輪入口管外壁上段、渦輪入口管外壁下段、渦輪入口管襯套、錐管內(nèi)壁、錐管襯套、法蘭、渦輪靜子、球殼集液環(huán)、球殼集液環(huán)接頭、球殼接管嘴及過渡環(huán)。同時，本發(fā)明還提出了一種帶冷卻結(jié)構(gòu)渦輪殼體的加工方法，具有易加工、重量輕、變形小、強度及穩(wěn)定性高等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于液體火箭發(fā)動機渦輪泵領(lǐng)域，具體涉及一種適用于大推力液體火箭發(fā)動機的渦輪殼體。

背景技術(shù)

大推力液體火箭發(fā)動機功率大，渦輪入口溫度高，使得渦輪殼體承受很大的熱應(yīng)力，產(chǎn)生較大結(jié)構(gòu)變形，不僅會影響渦輪泵轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定工作，還有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。渦輪泵設(shè)計時傳統(tǒng)的方法是采用密度相對較大的高溫合金，用于適應(yīng)高溫環(huán)境，采用相對較厚的殼體結(jié)構(gòu)，用于降低結(jié)構(gòu)應(yīng)力和減小結(jié)構(gòu)變形，保障渦輪泵轉(zhuǎn)子正常工作；但這種設(shè)計方式降低結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力的能力較弱，會大幅增大渦輪泵的質(zhì)量，降低發(fā)動機的推重比，減少火箭的運載能力。此外，傳統(tǒng)設(shè)計的渦輪球殼為回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上加工渦輪入口管焊接接口，與渦輪入口管通過手工氬弧焊焊接，其優(yōu)勢是容易加工，但用于大推力液體火箭發(fā)動機時，其缺點是渦輪球殼與渦輪入口管焊接部位為球殼上應(yīng)力最大部位，與焊縫強度相對較小形成矛盾，容易形成結(jié)構(gòu)設(shè)計固有強度不足的缺陷，降低了發(fā)動機的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有渦輪殼體由于殼體結(jié)構(gòu)壁厚較厚，且質(zhì)量較大，導(dǎo)致發(fā)動機的推重比降低，火箭的運載能力減少，以及較小的焊縫強度造成結(jié)構(gòu)強度缺陷的不足之處，而提出一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪殼體及加工方法。

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了如下技術(shù)解決方案：

一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的渦輪殼體，包括渦輪靜子、球殼外壁、渦輪入口管外壁、錐管內(nèi)壁以及球殼接管嘴，其特殊之處在于：

還包括球殼連接段、球殼內(nèi)襯、渦輪入口管襯套、錐管襯套以及過渡環(huán)；

所述球殼連接段包括設(shè)置在球殼外壁和渦輪入口管外壁之間的球殼連接段外壁以及設(shè)置在球殼連接段外壁內(nèi)側(cè)的球殼連接段內(nèi)襯；所述球殼連接段內(nèi)襯外表面設(shè)置有銑槽結(jié)構(gòu)，所述球殼連接段內(nèi)襯的銑槽結(jié)構(gòu)與球殼連接段外壁形成第三冷卻流道；

所述球殼內(nèi)襯設(shè)置在球殼外壁內(nèi)側(cè)，且球殼內(nèi)襯外表面設(shè)置有銑槽結(jié)構(gòu)，所述球殼內(nèi)襯的銑槽結(jié)構(gòu)與球殼外壁形成第二冷卻流道；

所述渦輪入口管襯套設(shè)置在渦輪入口管外壁內(nèi)側(cè)，且渦輪入口管襯套外表面設(shè)置有銑槽結(jié)構(gòu)，所述渦輪入口管襯套的銑槽結(jié)構(gòu)與渦輪入口管外壁形成第四冷卻流道；

所述錐管內(nèi)壁外表面沿軸向方向設(shè)置銑槽結(jié)構(gòu)，所述錐管內(nèi)壁的銑槽結(jié)構(gòu)與錐管襯套形成第一冷卻流道；

所述球殼外壁外側(cè)面設(shè)置球殼集液環(huán)組件，球殼集液環(huán)組件包括球殼集液環(huán)(11)和球殼集液環(huán)接頭(12)，球殼集液環(huán)接頭(12)與球殼接管嘴(13)的一端固定連接；所述球殼外壁上相應(yīng)位置設(shè)置冷卻入口流路；

所述錐管襯套設(shè)置有錐管出口流路；

所述過渡環(huán)與渦輪入口管外壁相連，過渡環(huán)內(nèi)設(shè)置有開口于渦輪入口管的過渡環(huán)出口流路，過渡環(huán)出口流路與所述第四冷卻流道連通，其出口位于過渡環(huán)的內(nèi)壁；

所述球殼集液環(huán)組件、冷卻入口流路、第二冷卻流道、第三冷卻流道、第四冷卻流道、過渡環(huán)出口流路構(gòu)成第一介質(zhì)通道；

所述球殼集液環(huán)組件、冷卻入口流路、第二冷卻流道、第一冷卻流道、錐管出口流路構(gòu)成第二介質(zhì)通道。