制造用于火箭发动机燃烧室的高热通量再生回路的方法技术

一再生回路结构（１０）具体由实施以下步骤构成：＄.在一反映结构（１０）内侧面的支承芯（１１）上制成一中间层（１２）；＄.制成一系列均匀绕芯（１１）分布的通道，使通道朝中间层（１２）开口，每个通道设有一可溶嵌件；＄.预热支承芯（１１）并在真空下通过热喷镀形成结构（１０）的本体（１４）；＄.从本体（１４）的外侧加工通道，并且用可溶嵌件（１５２）填充所述通道；＄.形成一闭合层（１７）关闭本体（１４）中的通道，并且在预热后在真空下通过热喷镀形成一外表层（１８）；以及＄.去除所有的可溶嵌件和中间层（１２）。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造一高热通量再生回路的方法，其中再生回路包括一结构，此结构具有一同一第一流体相接触的内工作表面以及一套形成在结构本体中用于传递同第一流体进行热交换的一第二流体的通道，所述方法包括绕一可再用支承芯使用热喷镀和加工操作以从所述内工作表面形成结构。本专利技术还涉及一种由此方法得到的高热通量再生回路，如火箭发动机燃烧室。组成高热通量再生回路的结构用于不同的场合，例如在热交换器中，在由循环冷却液冷却的涡轮叶片中，或在燃烧室的壁中。从而，燃烧室例如火箭发动机的燃烧室和排气口尤其是使用液体推进剂的发动机具有同构成一高温介质的燃烧气体相接触的壁，这种壁通常在其处于运行状态下会变冷。一常用的冷却技术在于对这种腔室的壁提供冷却通道。这运用于卫星发射器和太空船，也应用于卫星推进器、核反应堆、以及高效率的锅炉中，而且它也可以用于高速行驶的运载工具中的隔热板和头部。具体对火箭发动机而言，为了加工燃烧室的壁以使沿纵向延伸的冷却通道能包括在其中，而提出了许多不同的方法，其中通道传送一种可以是用于推进火箭发动机的推进剂中的冷却液，这样冷却系统就构成了一再生系统。然而制造这种燃烧室的技术实施起来很困难，时间很长，而且成本高。在特定的具体应用中，能通过使一热流体经形成在腔室壁中的通道循环加热一冷的腔室也很有用，这也构成了一再生回路。在一制造液体推进剂火箭发动机再生冷却燃烧室的第一种技术中，冷却通道在由一整块良好的导热体金属如铜形成的一内本体中形成。冷却通道由本体的隔板相互分开，并且由电解淀积多层镍形成一外层，其中交替进行在每层电解淀积之间必须的加工修正。在电解淀积之前通过施加一具有传导性的树脂关闭通道。附图说明图14示出了使用此技术制成的一燃烧室的例子。通过锻造一金属材料如Narloy Z制成的一内层104具有加工制成的冷却通道105。关闭通道105的一层107由电解淀积形成且其本身由镍层覆盖，而镍层同样由电解淀积形成。由一超级合金如Inconel-718制成的外壳109的各种部件通过电电子束焊接经结合部110装在一起。形成燃烧室内层104以及通过电解淀积关闭通道105的操作构成了此方法的主要缺点。这些操作时间很长，且成本很高。此外，每个用于腔室部件最终组件的焊接部110存在潜在的断裂的危险。在第二种制造燃烧室的现有技术中，进行了通过使用等离子形成法以清除那些缺点的尝试。图15示出了使用所述第二种制造技术形成的一燃烧室的一例子，此项技术在于通过热喷镀特定合金粉末形成所有的燃烧室结构的部分。在这种方法中，燃烧室的壁是从燃烧室内侧开始向外侧形成的，在这种方法的一个例子中，一喷镀芯1由低碳钢制成，加工成符合要获得的燃烧室的内部尺寸。于是首先在部分真空下使用铜合金(Narloy Z，厖)进行第一次喷镀，以在芯1的表面上形成未来腔室的层4。接下来的操作在于加工冷却通道5以及在其中填充一可消耗的填充材料。在通过加工去除多余的填充物后，在部分真空下的第二次喷镀铜合金的操作使可以形成一层7以关闭通道。紧接此后，直接在铜层上通过热喷镀形成超级合金壳8。最后的操作在于通过化学方法去除填充材料，以打开通道5并且还可以移去喷镀芯1。还提出建议提供一由多个部分构成的一支承芯，从而可以使芯再使用。例如，一个芯可以由两个不锈钢锥形体构成，两个锥形体相互之间由一低碳钢垫圈隔开，而此组件覆盖有一钢镀层。当燃烧室制成后，伴随着溶解位于冷却通道中的嵌件垫圈和钢镀层溶解。两个锥形体从而可以取下并回收。然而，现有方法仍不十分令人满意，具体说是因为嵌件溶解和临时层消除的过程很慢，以及因为以令人满意的方式制造大尺寸的结构很困难。本专利技术的目的是消除上述缺点并能以一种比现有技术方便得多的方式制造再生回路结构，同时还可以优化所制结构的特性，即使当结构尺寸较大且承受高热通量时亦然。根据本专利技术这些目的是由一种制造一高热通量再生回路的方法实现的，其中再生回路包括一结构，此结构具有一同一第一流体相接触的内工作表面以及一套形成在结构本体中用于传递同第一流体进行热交换的一第二流体的通道，所述方法包括绕一可再用支承芯使用热喷镀和加工操作以从所述内工作表面形成结构，其特征在于此方法包括以下步骤a)绕一转动轴线放置一反映结构内侧面的支承芯，支承芯由一种热膨胀系数接近或略大于结构的材料制成。b)由一种不同于支承芯及结构本体的材料在支承芯上形成一中间层；c)形成一系列均匀沿芯分隔开并朝向所述中间层开口的通道，每个通道设有包括一有机粘合剂和金属粉末混合物的可溶嵌件；d)预热支承芯至高于约850℃的温度并在真空或低压下由一等离子喷管通过热喷镀形成结构的本体，同时保持支承芯的温度在所述的高于850℃的温度下；e)在结构本体的外侧中加工槽形通道而不用拆除支承芯；f)向结构本体中的通道填充由有机粘合剂和金属板粉末混合物组成的可溶嵌件；g)在预热及同时保持支承芯在高于850℃的温度下之后形成一层关闭结构本体中的通道并由一等离子喷管在真空或低压下通过热喷镀形成结构的一外表层；h)去除结构本体的通道中的可溶嵌件、绕支承芯形成的通道中的可溶嵌件以及中间层；以及i)撤出可再用的支承芯。根据一优选特征，在填充形成在结构本体中或绕支承芯形成的通道之前，在形成通道的槽底部插入管状嵌件细丝，以使随后可以通过在可溶嵌件下的通道底部形成腔室。在下面的热喷镀步骤之前取出细丝或管状嵌件。在一具体实施例中，用可溶嵌件填充结构本体中的通道的步骤包括不完全填充通道的操作，之后是热喷镀一金属材料的步骤，它结束了对通道的填充，以形成一金属层，此金属层还盖住通道之间的肋，然后是加工所述金属层表面的步骤，直到露出所述肋的自由顶部。当制造大尺寸结构时，在预热支承芯至一高于850℃的温度而进行热喷镀的操作中，通过接近支承芯的一另外的加热装置在整个热喷镀的过程中提供额外的热量。根据本专利技术一特别的特征·结构的本体是由热喷镀一Cu-Ag-Zr合金粉末制成；·支承芯是由纯铜制成；·中间层是由热喷镀铁粉制成；·细丝状嵌件基于聚酰胺树脂的细丝构成；·热喷镀一金属材料以结束填充通道的步骤包括通过一等离子喷管在真空或低压下热喷镀铁粉；·形成一层以关闭结构本体中的通道的步骤在于热喷镀Cu-Ag-Zr合金粉末，而形成一外表层的步骤在于热喷镀一基于镍的合金粉末，如一种由MONEL K500或NU30AT构成的镍-铜基合金；以及·从结构本体中的通道或从绕芯形成的通道去除可溶嵌件的步骤是由循环一液体如盐酸完成的。此方式可以包括一在结构的本体中形成关闭通道的层的步骤与形成一外表层的步骤之间通过热喷镀形成一能渗透铜层的额外步骤。在本专利技术一第一优选实施例中，形成一系列通常绕芯分布的通道的步骤c)在形成一中间层的步骤b)之前进行，并包括在芯安装在所述的转轴上之后从芯外侧加工它们以得到槽形通道，以及用一种有机粘合剂和金属粉末混合物组成的可溶嵌件填充支承芯中的所述通道。在此例中，此方法可以进而在形成一中间层的步骤之后包括一额外的步骤，此额外步骤在于用一等离子喷管在真空或低压下通过热喷镀形成一低粗糙度的层，此低粗糙度层由一种形成金属型或氧化物型的绝热层制成。示例性的，绝热层是通过热喷镀一种超级合金MCrAlYTa制成。最好，绝热层是在喷镀超级合金之前通过喷镀含钇的氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造一高热通量再生回路的方法，其中再生回路包括一结构（１０），结构（１０）具有一同一第一流体相接触的内工作表面（１３）以及一套形成在结构（１０）本体（１４）中用于传递同第一流体进行热交换的一第二流体的通道（１５０），所述方法包括绕一可再用支承芯（１１）使用热喷镀和加工操作以从所述内工作表面（１３）形成结构（１０），其特征在于此方法包括以下步骤： ａ）绕一转动轴线（１１３）放置一反映结构（１０）内侧面的支承芯（１１），支承芯（１１）由一种热膨胀系数根据接近或略大于结构（１０）的材料制成。 ｂ）由一种不同于支承芯（１１）及结构（１０）的本体（１４）的材料在支承芯（１１）上形成一中间层（１２）； ｃ）形成一系列均匀沿芯（１１）分隔开并朝向所述中间层（１２）开口的通道（１２０；１９５Ａ），每个通道（１２０，１９５Ａ）设有包括一有机粘合剂和金属粉末混合物的可溶嵌件； ｄ）预热支承芯（１１）至高于约８５０℃的温度并在真空或低压下由一等离子喷管通过热喷镀形成结构（１０）的本体（１４），同时保持支承芯（１１）的温度在所述的高于８５０℃的温度下； ｅ）在结构（１０）本体（１４）的外侧中加工槽形通道（１５０）而不用拆除支承芯（１１）； ｆ）向结构（１０）本体（１４）中的通道（１５０）填充由有机粘合剂和金属板粉末混合物组成的可溶嵌件（１５２）； ｇ）在预热及同时保持支承芯（１１）在高于８５０℃的温度下之后形成一层（１７）关闭结构（１０）本体（１４）中的通道（１５０）并由一等离子喷管在真空或低压下通过热喷镀形成结构（１０）的一外表层（８）； ｈ）去除结构（１０）本体（１４）的通道（１５０）中的可溶嵌件（１５２）、绕支承芯形成的通道（１２０；１９５Ａ）中的可溶嵌件以及中间层（１２）；以及 ｉ）撤出可再用的支承芯（１１）。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔科尔尼，克里斯托夫韦尔迪，让米歇尔德莫尼科，克里斯提昂克德特，
申请(专利权)人：航空发动机的结构和研究公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]