專利名稱：一種大流量液氧酒精水蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三組元液體推進燃氣發(fā)生器，具體是一種大流量液氧酒精水蒸汽發(fā)生器，可為地面引射系統(tǒng)提供引射氣體，也可為其它專用設(shè)備提供一定壓力和溫度的水蒸汽。
背景技術(shù)：
高空發(fā)動機在地面試車時，通常需將發(fā)動機放置在一密封艙內(nèi)，通過真空引射器的方式來保持密封艙內(nèi)發(fā)動機工作過程中噴管出口處于低壓狀態(tài)，確保噴管滿流。引射器需用水蒸汽作為引射工質(zhì)。某發(fā)動機地面試車時需提供溫度250°C，壓力2MPa，質(zhì)量流量 80t/h的水蒸汽。如采用傳統(tǒng)的鍋爐方式生產(chǎn)水蒸汽，則系統(tǒng)龐大、復(fù)雜，成本高，因此需要一種大流量液氧酒精水蒸汽發(fā)生器來提供引射器所需的蒸汽。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種大流量液氧酒精水蒸汽發(fā)生器，其解決了現(xiàn)有水蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)龐大、復(fù)雜，成本高的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種大流量液氧酒精水蒸汽發(fā)生器，包括頭部和身部，其特殊之處在于所述頭部包括內(nèi)底3、中底2、外底1、液氧入口管嘴5、酒精入口管嘴6以及多個噴嘴4 ；所述噴嘴4的中部固定在中底上，噴嘴4的開口端固定在內(nèi)底上，噴嘴4的開口朝向身部；所述內(nèi)底和中底構(gòu)成酒精腔，所述酒精入口管嘴6與酒精腔相通；所述中底和外底構(gòu)成液氧腔，所述液氧入口管嘴5與液氧腔相通；所述噴嘴4為液-液同軸離心式噴嘴；所述液-液同軸離心式噴嘴包括噴嘴內(nèi)殼體41以及套在噴嘴內(nèi)殼體41外的噴嘴外殼體43 ；所述噴嘴內(nèi)殼體41通過內(nèi)殼體切向孔 42與液氧腔相通，所述噴嘴外殼體43通過外殼體切向孔44與酒精腔相通；所述身部包括身部I段7、身部II段8和身部III段9 ；所述頭部與身部I段7之間、身部I段7和身部II段8之間以及身部II段8和身部III段9之間均采用下法蘭13和上法蘭12連接，所述下法蘭13和上法蘭12之間設(shè)置有0型橡膠密封圈，所述身部I段7、身部II段8、身部III段9和相應(yīng)的上法蘭12之間均設(shè)置有環(huán)形水集液腔10，所述環(huán)形水集液腔10與相應(yīng)上法蘭12外側(cè)的水入口管嘴14相通，所述環(huán)形水集液腔10通過上法蘭12內(nèi)的多個斜孔25與下法蘭13端面和上法蘭12端面之間的環(huán)形冷卻帶M相通；所述身部III段9的喉部設(shè)置有中部集液腔16，所述中部集液腔16與身部III段 9上的水入口法蘭17相通，所述中部集液腔16通過多個設(shè)置在喉部的直流噴孔27與身段 III段9相通。 上述多個噴嘴以同心圓方式排列。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是
1、本發(fā)明冷卻環(huán)帶在各段連接處形成，水經(jīng)水入口管嘴進入集液腔后，通過設(shè)置在各段上法蘭的切向孔進入法蘭間預(yù)留的縫隙，并流入發(fā)生器。水在離心力的作用下緊貼壁面流向下游，形成貼壁液膜，對身部內(nèi)壁進行保護。2、本發(fā)明的液-液同軸離心式噴嘴在液氧和酒精燃燒中的首次使用，結(jié)構(gòu)簡單， 燃燒穩(wěn)定性好。3、本發(fā)明的水蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)緊湊，成本低、投入??；4、本發(fā)明的水蒸汽發(fā)生器燃氣清潔無積炭，維護方便，具備多次重復(fù)使用能力；5、本發(fā)明的水蒸汽燃氣發(fā)生器利用冷卻環(huán)帶的水所形成的貼壁液膜保護身部，同時冷卻環(huán)帶的水有效隔離了高溫燃氣和0型橡膠密封圈，避免0型橡膠密封圈直接和高溫燃氣接觸，實現(xiàn)了 0形橡膠密封圈在高溫結(jié)構(gòu)件密封上的應(yīng)用，和一般的高溫密封采用金屬密封件相比，該密封具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉的優(yōu)點。6、本發(fā)明發(fā)生器除內(nèi)底采用高導(dǎo)熱材料銅合金外，其余各零件均采用不銹鋼 lCrl8Ni9Ti，成本低。7、本發(fā)明的水蒸汽燃氣發(fā)生器可提供溫度250°C左右，壓力2MPa，質(zhì)量流量80t/h 的水蒸汽，滿足地面試驗系統(tǒng)的工作要求。8、本發(fā)明身部采用三段冷卻，降低了系統(tǒng)的負擔(dān)。


圖1是本發(fā)明液氧酒精水蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中B部分的放大圖，即本發(fā)明的冷卻環(huán)帶及密封結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中A-A局部視圖；圖4是本發(fā)明噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明噴嘴的分布示意圖；其中1-外底，2-中底，3-內(nèi)底，4-噴嘴，5-液氧入口管嘴，6-酒精入口管嘴，7-身部I段，8-身部II段，9-身部III段，10-水集液腔，12-上法蘭，13-下法蘭，14-水入口管嘴，16-中部集液腔，17-水入口法蘭，18-出口法蘭，21-身部I段圓筒，22-身部II段圓筒， 23-身部III段圓筒，24-冷卻環(huán)帶，25-斜孔，26-0型橡膠密封圈，27-直流孔，28-過渡倒角，41-噴嘴內(nèi)殼體，42-內(nèi)殼體切向孔，43-噴嘴外殼體，44-外殼體切向孔。
具體實施例方式本發(fā)明大流量液氧酒精水蒸汽發(fā)生器，包括頭部和身部，工質(zhì)為液氧、酒精和水， 由專門設(shè)置在頭部中心的點火器進行點火。頭部包括內(nèi)底3、中底2、外底1、液氧入口管嘴 5、酒精入口管嘴6以及多個以同心圓方式排列噴嘴4，為一整體焊接結(jié)構(gòu)。噴嘴4的中部固定在中底上，噴嘴4的開口端固定在內(nèi)底上，噴嘴4的開口朝向身部；內(nèi)底和中底構(gòu)成酒精腔，酒精入口管嘴6與酒精腔相通；中底和外底構(gòu)成液氧腔，液氧入口管嘴5與液氧腔相通；液氧和酒精分別通過設(shè)置在外底和中底的液氧入口管嘴和酒精入口管嘴進入液氧腔和酒精腔，液氧腔和酒精腔之間通過中底隔開，避免液氧和酒精串腔。噴嘴4為液-液同軸雙組元離心式噴嘴；液-液同軸離心式噴嘴包括噴嘴內(nèi)殼體41以及套在噴嘴內(nèi)殼體41外的噴嘴外殼體43 ；噴嘴內(nèi)殼體為液氧噴嘴，噴嘴外殼體為酒精噴嘴，噴嘴內(nèi)殼體出口端面至噴嘴外殼體出口之間的腔體構(gòu)成噴嘴縮進室，噴嘴內(nèi)殼體41通過內(nèi)殼體切向孔42與液氧腔相通，噴嘴外殼體43通過外殼體切向孔44與酒精腔相通；液氧和酒精分別經(jīng)噴嘴內(nèi)殼體和噴嘴外殼體上的切向孔進入噴嘴縮進室，相互摻混和燃燒，形成高溫燃氣。通過縮進室內(nèi)液氧和酒精質(zhì)量混合比的合理選取，保證液氧和酒精的燃燒完全度，通過縮進室長度的合理選取保證穩(wěn)定燃燒。身部包括身部I段7、身部II段8和身部III段9 ；噴嘴及身部各段組成發(fā)生器的燃氣通道；身部I段由身部I段圓筒、上法蘭、下法蘭和水入口管嘴整體焊接結(jié)構(gòu)。身部II 段和身部I段結(jié)構(gòu)方式相同，只是軸向長度略微偏長；身部III段由身部圓筒I段、上法蘭、 水入口管嘴、中部集液腔、水入口法蘭、出口法蘭組成。上法蘭和身部I段與身部II上法蘭結(jié)構(gòu)相同。出口法蘭為標準法蘭，用于發(fā)生器和下游管路的連接。頭部與身部I段7之間、 身部I段7和身部II段8之間以及身部II段8和身部III段9之間均采用下法蘭13和上法蘭12連接，下法蘭13和上法蘭12之間設(shè)置有0形橡膠密封圈進行密封，便于拆裝與維護；身部I段7、身部II段8、身部III段9和相應(yīng)的上法蘭12之間均設(shè)置有環(huán)形水集液腔10，環(huán)形水集液腔10與相應(yīng)上法蘭12外側(cè)的水入口管嘴14相通，環(huán)形水集液腔10通過上法蘭12內(nèi)的多個斜孔25與下法蘭13端面和上法蘭12端面之間的環(huán)形冷卻帶M相通；身部III段9的喉部設(shè)置有中部集液腔16，中部集液腔16與身部III段9上的水入口法蘭17相通，中部集液腔16通過多個設(shè)置在喉部的直流噴孔與身段III段9相通。本發(fā)明的原理為頭部采用同心圓排列的液-液同軸離心式噴嘴，通過選取合適的噴嘴縮進長度和噴嘴縮進室混合比來實現(xiàn)液氧和酒精的充分、穩(wěn)定燃燒，產(chǎn)生初始高溫燃氣，通過冷卻環(huán)帶和密封結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計保證身部內(nèi)壁不出現(xiàn)燒蝕及可靠密封。發(fā)生器工作時，液氧和酒精分別由氧化劑進口管嘴和酒精入口管嘴進入液氧腔和酒精腔，分別經(jīng)由雙組元同軸離心式噴嘴的內(nèi)殼體和外殼體進入噴嘴縮進室，摻混、霧化和燃燒，形成初始的高溫燃氣。水分四個截面進入發(fā)生器，前三個截面的水均由身部各段前端入水口管嘴進入水集液腔，經(jīng)由法蘭上端面設(shè)置的切向孔進入冷卻環(huán)帶并進入燃燒室，形成液膜，對身部各段進行內(nèi)冷卻；大部分水從身部III段中部的水入口法蘭進入中部集液腔，通過設(shè)置在喉部(非音速喉部)后的直流孔噴入，和頭部上游產(chǎn)生的高溫燃氣進行摻混換熱，生成所需的蒸汽，供引射器使用。冷卻環(huán)帶由相鄰兩段連接法蘭形成，水由水入口管嘴進入水集液腔后，經(jīng)法蘭端面設(shè)置的斜孔進入冷卻環(huán)帶的環(huán)縫并進入發(fā)生器，在離心力的作用下緊貼壁面流向下游， 形成水膜。冷卻環(huán)帶下游出口倒角，使下游出口直徑較上游直徑略大，確保液膜流出環(huán)縫時不會很快被上游燃氣沖散。采用本發(fā)明燃氣發(fā)生器的發(fā)動機經(jīng)過多次熱試車考核，試驗后燃氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)完好，內(nèi)壁無積碳，滿足系統(tǒng)使用要求。
權(quán)利要求
1.一種大流量液氧酒精水蒸汽發(fā)生器，包括頭部和身部，其特征在于所述頭部包括內(nèi)底(3)、中底O)、外底(1)、液氧入口管嘴(5)、酒精入口管嘴(6)以及多個噴嘴⑷；所述噴嘴⑷的中部固定在中底上，噴嘴⑷的開口端固定在內(nèi)底上，噴嘴 (4)的開口朝向身部；所述內(nèi)底和中底構(gòu)成酒精腔，所述酒精入口管嘴(6)與酒精腔相通； 所述中底和外底構(gòu)成液氧腔，所述液氧入口管嘴( 與液氧腔相通；所述噴嘴(4)為液-液同軸離心式噴嘴；所述液-液同軸離心式噴嘴包括噴嘴內(nèi)殼體 (41)以及套在噴嘴內(nèi)殼體Gl)外的噴嘴外殼體G3)；所述噴嘴內(nèi)殼體Gl)通過內(nèi)殼體切向孔0 與液氧腔相通，所述噴嘴外殼體^幻通過外殼體切向孔G4)與酒精腔相通； 所述身部包括身部I段(7)、身部II段⑶和身部III段(9)； 所述頭部與身部I段(7)之間、身部I段(7)和身部II段⑶之間以及身部II段⑶ 和身部III段(9)之間均采用下法蘭(1 和上法蘭(1 連接，所述下法蘭(1 和上法蘭 (12)之間設(shè)置有0型橡膠密封圈，所述身部I段(7)、身部II段(8)、身部III段(9)和相應(yīng)的上法蘭(1 之間均設(shè)置有環(huán)形水集液腔(10)，所述環(huán)形水集液腔(10)與相應(yīng)上法蘭 (12)外側(cè)的水入口管嘴(14)相通，所述環(huán)形水集液腔(10)通過上法蘭(1 內(nèi)的多個斜孔 (25)與下法蘭(1 端面和上法蘭(1 端面之間的環(huán)形冷卻帶04)相通；所述身部III段(9)的喉部設(shè)置有中部集液腔(16)，所述中部集液腔(16)與身部III 段(9)上的水入口法蘭(17)相通，所述中部集液腔(16)通過多個設(shè)置在喉部的直流噴孔 (27)與身段III段(9)相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大流量液氧酒精水蒸汽發(fā)生器，其特征在于所述多個噴嘴以同心圓方式排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大流量液氧酒精水蒸汽發(fā)生器，其特征在于所述冷卻環(huán)帶04)的下游出口設(shè)置有過渡倒角08)。
全文摘要
本發(fā)明大流量液氧酒精水蒸汽發(fā)生器，該發(fā)生器主要由頭部和身部組成，工質(zhì)為液氧、酒精和水，由專門設(shè)置在頭部中心的點火器進行點火。液氧和酒精分別通過設(shè)置在外底和中底的液氧入口管嘴和酒精入口管嘴進入液氧腔和酒精腔，并通過以同心圓方式排列的液-液同軸離心式噴嘴進入燃燒室燃燒，產(chǎn)生初始的高溫燃氣；水分四個截面進入發(fā)生器，前三個截面的水均由身部各段前端入水口管嘴進入水集液腔，并通過冷卻環(huán)帶切向孔進入燃燒室，形成液膜，對身部各段進行內(nèi)冷卻；大部分水從身部III段中部的入口管嘴進入集液腔，通過設(shè)置在喉部后的直流孔噴入，和頭部生成的高溫燃氣進行摻混換熱，生成所需的蒸汽。
文檔編號F22B1/00GK102175017SQ20101060330
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者劉站國, 盧鋼, 呂發(fā)正, 吳海波, 夏開紅, 孫國棟, 李斌, 王軍, 郭燦琳, 銀晉瑞, 陳建華 申請人:中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所