一种分腔式涡轮壳体及涡轮泵的制作方法

1.本实用新型涉及气体充装技术领域，特别是涉及一种分腔式涡轮壳体及涡轮泵。


背景技术：

2.对于泵压式供应系统、燃气发生器循环的液体火箭发动机，利用火药点火器点燃非自燃推进剂的点火方式已经成功用于发动机型号中。涡轮泵中的涡轮壳体组件，是对接火药点火器和燃气发生器的重要零部组件。传统的涡轮进气壳体为单腔式结构，火药起动器和燃气发生器共用进气腔道。然而火药路和燃气路共用进气腔容易导致相互干扰的问题。
3.因此，提供一种分腔式涡轮壳体及涡轮泵是目前要解决的问题。


技术实现要素：

4.为解决火药路产生的残渣堵塞发生器头腔的技术问题，本实用新型提出一种分腔式涡轮壳体及涡轮泵，通过燃气路腔段与火药路腔段分腔设计，解决了火药路和燃气路共用进气腔导致相互干扰的问题，也彻底解决了火药残渣堵塞发生器头腔的问题，从而提升了涡轮泵及火箭发动机的可靠性。
5.本实用新型的一方面提供了一种分腔式涡轮壳体。该分腔式涡轮壳体至少包括壳体和设置于所述壳体的两个腔段。其中，第一腔段为火药路腔段，第二腔段为燃气路腔段；所述火药路腔段和所述燃气路腔段独立设置；所述火药路腔段用于供火药起动器工作后产生的燃气通过，所述燃气路腔段用于供燃气发生器工作后产生的燃气通过。
6.在一个实施例中，所述火药路腔段包括火药路集气环和火药路对接法兰；所述火药路集气环的一端与所述火药路对接法兰焊接。
7.在一个实施例中，所述火药路对接法兰外接所述火药起动器；所述火药起动器用于控制火药的点火。
8.在一个实施例中，所述燃气腔段包括燃气路集气环和燃气路对接法兰。所述燃气路集气环的一端与所述燃气路对接法兰焊接。
9.在一个实施例中，所述燃气路对接法兰外接所述燃气发生器。
10.在一个实施例中，所述火药路腔段的下游还包括与所述火药路集气环连接的火药路喷嘴。
11.在一个实施例中，所述燃气路腔段的下游还包括与所述燃气路集气环连接的燃气路喷嘴。
12.在一个实施例中，所述燃气路喷嘴和所述火药路喷嘴均采用拉瓦尔喷嘴，用于产生超音速气流后推动涡轮泵内的涡轮转子做功。
13.在一个实施例中，本实用新型实施例的分腔式涡轮壳体还包括：设置于所述壳体的三个以上的腔段，各腔段之间彼此独立，用以实现发动机的重复点火。
14.本实用新型的另一个方面还提供了一种涡轮泵。该涡轮泵包括上述实施例中所述
的任意一种分腔式涡轮壳体。
15.本实用新型提出的分腔式涡轮壳体及涡轮泵，通过将火药路腔段和燃气路腔段独立设计，保证在发动机工作过程中可以彻底隔开火药路和燃气路，解决了火药路和燃气路共用进气腔导致相互干扰的问题，有效避免了火药残渣堵塞燃气发生器头腔的隐患。可以彻底隔开火药路和燃气路，避免发动机点火和工作过程中两路相互干扰，使燃气发生器保持良好的工作环境，大大提高了涡轮泵及发动机工作的安全性和可靠性。
16.在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本实用新型实施例的分腔式涡轮壳体的整体结构示意图。
19.图2是本实用新型实施例的分腔式涡轮壳体的两个分腔的结构示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。诸如“下面”、“下方”、“在
…
下”、“低”、“上方”、“在
…
上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。
21.传统的局部进气涡轮壳体，为了结构简单紧凑，通常采用火药起动器和燃气发生器共用一套集气环和喷嘴的结构形式。即涡轮壳体作为涡轮的静子部件，其物理结构主要包括单腔集气环、喷嘴、燃气路对接法兰、火药路对接法兰。其中燃气路对接法兰和火药路对接法兰同时与集气环连通，火药路和燃气路共用同一个进气腔。其功能是将高温高压的燃气内能转化为动能，驱动涡轮转子进行做功。
22.而发动机涡轮泵在火药起动器工作后燃气发生器接力的过程中，如果火药量略大，会造成发生器初始背压过高，火药发生器头腔的问题，影响发生器的正常工作。为解决火药路产生的残渣堵塞发生器头腔的问题，本技术设计了一种新型的分腔式涡轮壳体结构。本技术提出的分腔式涡轮壳体将集气腔改为互相独立的火药路腔段和燃气路腔段，每个腔段上单独布置喷嘴，如此设计可彻底解决火药起动器与燃气发生器的工作干扰问题，显著改善了发生器的工作环境，发动机稳定性和可靠性也可以得到极大提高，从而使发动机的可靠性得到显著提升。
23.参见图1，本实用新型的一方面提供了一种分腔式涡轮壳体。本实用新型的分腔式涡轮壳体至少包括：壳体1和设置于壳体1的第一腔段和第二腔段。其中，第一腔段为火药路
腔段2，第二腔段为燃气路腔段3。火药路腔段2和燃气路腔段3独立设置，互不干扰。火药路腔段2用于供火药起动器工作后产生的燃气通过，燃气路腔段3用于供燃气发生器工作后产生的燃气通过。本实用新型实施例的分腔式涡轮壳体进行装配时，将火药路腔段2与火药起动器对接，燃气路腔段3与燃气发生器对接。
24.采用本实用新型实施例的分腔式涡轮壳体的发动机进行热试车时，火药起动器工作后，燃气通过火药路腔段2后进入起动器路的涡轮喷嘴中，用于推动涡轮泵的涡轮转子做功。火药起动器停止工作，且在燃气发生器接力的过程中，燃气通过燃气路腔段3进入发生器路的涡轮喷嘴中，用于推动涡轮泵的涡轮转子做功，直至发动机工作结束。
25.本实用新型实施例的分腔式涡轮壳体，通过在壳体设置两条互相独立的燃气路腔段和火药路腔段，从根本上解决了火药路和燃气路共用进气腔导致相互干扰的问题，也避免了火药残渣堵塞发生器头腔的问题，使发动机工作的安全性和可靠性得到大幅提升。在整个发动机工作过程中，燃气路腔段和火药路腔段被彻底隔开，起动器路和发生器路燃气互不干扰，保证燃气发生器的工作环境良好，同时也使得两路喷嘴均能处于较好的工作状态。
26.参见图2，在一个实施例中，火药路腔段,包括火药路集气环21和火药路对接法兰22。火药路集气环21设置于壳体1，火药路对接法兰22与火药路集气环21的一端连接。其中，火药路集气环21、火药路对接法兰22和壳体1等零件均可通过普通的车床加工，然后将各个零件焊接为组件。本实用新型实施例的分腔式涡轮壳体，通过焊接的方式将壳体、火药路集气环和火药路对接法兰集成为一体，具有连接方式简单、加工周期短和可实现性强等优点。
27.同理，在一个实施例中，燃气腔段包括燃气路集气环31和燃气路对接法兰32。燃气路集气环31通过焊接方式设置于壳体1，燃气路集气环31的一开口端通过焊接方式与燃气路对接法兰32连接。
28.在上述实施例中，火药路对接法兰22外接火药起动器，利用火药起动器控制火药的点火。燃气路对接法兰32外接燃气发生器，利用燃气发生器控制燃气路的燃气充装。
29.进一步地，火药路腔段的下游还包括与火药路集气环21连接的火药路喷嘴，燃气路腔段的下游还包括与燃气路集气环31连接的燃气路喷嘴。鉴于火药路腔段和燃气路腔段结构独立，则两路喷嘴的形状也可分开设计，从而可以保证两路喷嘴均能处于较好的工作状态。
30.在上述实施例中，燃气路喷嘴和火药路喷嘴均可以采用拉瓦尔喷嘴，以用于产生超音速气流后推动涡轮泵内的涡轮转子做功。
31.具体地，采用本实用新型实施例的分腔式涡轮壳体的发动机进行热试车时，火药起动器工作后，燃气通过火药路对接法兰22和火药路集气环21后进入起动器路的涡轮喷嘴中，经过拉瓦尔喷嘴加速，产生超音速气流，推动涡轮转子做功。火药起动器停止工作，且燃气发生器接力的过程中，燃气通过燃气路对接法兰32和燃气路集气环31进入发生器路的涡轮喷嘴中，经过拉瓦尔喷嘴加速，产生超音速气流，推动涡轮转子做功，直至发动机工作结束。在整个发动机工作过程中，火药起动器路(火药路腔段)和燃气发生器路(燃气路腔段)的燃气互不干扰，彻底消除了火药残渣可能造成发生器头腔堵塞的隐患，发生器的工作环境较好，同时也进一步提升了发动机工作的安全性和可靠性。
32.在一个实施例中，本实用新型提出的分腔式涡轮壳体可以根据产品设计的实际空
间做出调整。可以不只是在壳体设置两个腔段，如果有重复点火的需求，也可以分为三个及以上的腔段。例如，本实用新型实施例的分腔式涡轮壳体还包括：设置于壳体的三个以上的腔段，各个腔段之间彼此独立设置，互不干扰，且每个腔段内流通的介质也可以根据需求进行选择，从而可以实现发动机的重复点火。
33.以上实施例可以彼此组合，且具有相应的技术效果。
34.本实用新型的另一个方面还提供了一种涡轮泵。该涡轮泵包括上述实施例中所述的任意一种分腔式涡轮壳体。本实用新型实施例的涡轮泵采用分腔式涡轮壳体，在整个涡轮泵的工作过程中，燃气路腔段和火药路腔段被彻底隔开，起动器路和发生器路燃气互不干扰，保证燃气发生器的工作环境良好，同时也使涡轮泵能够处于良好的工作状态，提升了涡轮泵工作的可靠性和稳定性。
35.本实用新型提供的一种分腔式涡轮壳体及涡轮泵，通过将火药路腔段和燃气路腔段独立设计，保证在发动机工作过程中可以彻底隔开火药路和燃气路，避免发动机点火和工作过程中两路相互干扰，解决了火药路和燃气路共用进气腔导致相互干扰的问题，彻底消除了火药残渣堵塞燃气发生器头腔的隐患。可以彻底隔开火药路和燃气路，避免发动机点火和工作过程中两路相互干扰，使燃气发生器保持良好的工作环境，大大提高了涡轮泵及发动机工作的安全性和可靠性。
36.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。