[发明专利]一种具有三层结构的大尺寸水冷燃烧室及其制造方法

说明书

本发明公开了一种具有三层结构的大尺寸水冷燃烧室及其制造方法。该大尺寸水冷燃烧室具有内壁、外壁和承压外壳三层结构，内壁的外壁面或者外壁的内壁面设置有平行于中心轴线的若干纵向冷却槽，三层圆管的两端通过环形塞块封堵。该大尺寸水冷燃烧室的制造方法中内壁、外壁采用钎焊固定连接，形成组合件后与承压外壳采用过盈配合固定连接。该大尺寸水冷燃烧室能够满足高工作参数、大尺寸燃烧室需求，实现燃气温度2000~3000K、工作压力10MPa以上，燃烧室内径尺度大于500mm，超过目前最大的火箭发动机推力室尺寸，具有工程实用价值。

技术领域

本发明属于高温燃烧风洞技术领域，具体涉及一种具有三层结构的大尺寸水冷燃烧室及其制造方法。

背景技术

燃烧室是地面燃气流、电弧等高温设备和风洞装置的关键部件，随着航空航天发动机/飞行器尺度的增大，导致燃烧室工作参数需要不断拓展，尤其是对于高焓、大动压长时间模拟条件，燃烧室内部燃气温度已经要求高达1600K~3000K，工作压力超过10MPa以上。这对于燃烧室冷却设计和制造带来新的挑战，特别地，随着燃烧室尺度增加时，这种挑战更加强烈。

重复使用的燃烧室，当其温度高于1300K、工作时间长于30s以上时，通常采用循环水进行冷却，具有两种典型结构：一种是装配结构，即通过装配块间形成封闭冷却槽道，从而达到冷却燃烧室壁的目的；另一种是焊接结构，即将内外壁两层焊接形成封闭冷却槽道，冷却通道可以加工在内壁或外壁侧，此时焊接工艺一般采用钎焊工艺。

第一种装配结构，主要存在两点不足，一是长期使用热胀冷缩后，装配结构间的密封容易失效，导致漏水；二是由于内壁和外壁没有结合，当燃烧室尺度大到一定程度，内壁难以承受高压冷却水压，因为内壁为了在大热流条件下保持有效冷却，壁面厚度一般只有2mm~5mm。

第二种焊接结构，主要是钎焊结构，存在的主要问题是当燃烧室尺度过大时，由于承压需要，外壁较厚，导致整体重量大，超过真空钎焊炉承重上限，并且当重量过大时，试件升温不均容易导致钎焊质量底下，从而报废率上升。目前最大量级的钎焊炉，其承重上限约为500kg，当燃烧室直径超过450mm、长度超过800mm，燃气压力超过8MPa时，设计的内外壁重量一般会到达1t以上，导致无法施焊。

当前，亟需发展一种具有三层结构的大尺寸水冷燃烧室及其制造方法。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种具有三层结构的大尺寸水冷燃烧室，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种具有三层结构的大尺寸水冷燃烧室的制造方法。

本发明的具有三层结构的大尺寸水冷燃烧室，其特点是，所述的大尺寸水冷燃烧室包括从内至外、同中心轴线的三层圆管，内层圆管为内壁，中间层圆管为外壁，外层带法兰圆管为承压外壳，内壁的外壁面或者外壁的内壁面设置有平行于中心轴线的若干纵向冷却槽，内壁和外壁通过钎焊固定连接，各纵向冷却槽之间封闭隔离不连通；

承压外壳的两端开有环槽，环槽进行冷却水汇流，前端的环槽与前端的环形塞块Ⅰ之间、后端的环槽与后端的环形塞块Ⅱ之间均通过真空电子束焊方式密封；承压外壳前端的法兰的周向固定有环形的冷却水供水汇流管，冷却水供水汇流管上开有冷却水进水口，冷却水供水汇流管通过若干个沿周向分布的冷却水供水支管连通前端的环槽；承压外壳后端的法兰的周向固定有环形的冷却水出水集流管，冷却水出水集流管上开有冷却水出水口，冷却水出水集流管通过若干个沿周向分布的冷却水出水支管连通后端的环槽。

大尺寸水冷燃烧室上还安装有2个用于测量燃烧室压力的压力传感器。

本发明的具有三层结构的大尺寸水冷燃烧室的制造方法，包括以下步骤：

S1.在内壁的外壁面或者外壁的内壁面加工平行于中心轴线的若干纵向冷却槽，然后进行镀银处理；

S2.将内壁和外壁套装在一起，并置入真空钎焊炉进行钎焊，得到组合件Ⅰ，组合件Ⅰ进行水压试验，直至满足设计要求；

S3.加工外壁外表面，直至组合件Ⅰ的外表面满足表面精度要求；