一种预压涡轮进口壳体及其加工方法技术

本发明专利技术提供了一种预压涡轮进口壳体及其加工方法，目的是解决现有火箭发动机用预压涡轮壳体无法实现高可靠性焊接的问题。本发明专利技术预压涡轮进口壳体包括壳体本体、法兰、集合器、挡板和进口管，壳体本体为圆形套管结构，法兰设置在壳体本体的下方，且与壳体本体同轴；集合器包括横截面均为半环形的第一连接段和第二连接段，第一连接段固定设置在壳体本体外壁上，且与第二连接段扣合形成弧形圆管；弧形圆管进口沿壳体本体切向布置，且与进口管的出口连通，出口通过挡板实现封闭；第一连接段与壳体本体连接处设置有多个超音速喷嘴，超音速喷嘴的进口与集合器的内腔连通，出口与壳体本体内腔连通，且超音速喷嘴的中心线与法兰端面倾斜设置。

【技术实现步骤摘要】
一种预压涡轮进口壳体及其加工方法
本专利技术属于液体火箭发动机涡轮泵领域，具体涉及一种预压涡轮进口壳体及其加工方法。
技术介绍
新一代液体火箭发动机用涡轮泵一般采用前置预压泵进行预增压技术，预压泵通过预压涡轮获得驱动力，驱动介质一般为主泵后高压推进剂、高压气体或发生器后燃气，因此具有高温、高压的特点。现有预压涡轮静子一般采用喷嘴结构，当喷嘴数量大于2个时，喷嘴前进口通道采用集合器焊接结构。为提高预压涡轮性能，减小喷嘴前回流损失，集合器入口设计为切向入口，从而避免了径向入口产生的反向(介质流动方向与喷嘴方向)回流及冲击损失。进口管布置于喷嘴进口方向一侧，分别与集合器及壳体进行焊接。进口管与壳体侧焊缝由于壳体外壁面空间限制，无法实现坡口焊接，为保证焊接空间，需将壳体局部打豁口后进行角焊缝焊接。但是，由于结构空间限制，以上角焊缝焊接时焊枪倾角较大，导致工艺性较差，且在高工况条件工作时焊缝强度及可靠性均无法得到保证。此外，对于小尺寸预压泵结构，无法实现角焊缝焊接。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有火箭发动机用预压涡轮壳体无法实现高可靠性焊接的问题，提出了一种加工工艺性好、可靠性高的预压涡轮进口壳体及其加工方法。为实现以上目的，本专利技术技术方案为：一种预压涡轮进口壳体，包括壳体本体、法兰、集合器、挡板和进口管，所述壳体本体为圆形套管结构，所述法兰设置在壳体本体的下方，且与壳体本体同轴；所述集合器包括横截面均为半环形的第一连接段和第二连接段，所述第一连接段固定设置在壳体本体外壁上，且与第二连接段扣合形成弧形圆管；所述弧形圆管进口沿壳体本体切向布置，且与进口管的出口连通，出口通过挡板实现封闭；所述第一连接段与壳体本体连接处设置有多个超音速喷嘴，所述超音速喷嘴的进口与集合器的内腔连通，出口与壳体本体内腔连通，且超音速喷嘴的中心线与法兰端面倾斜设置；所述第一连接段的侧面管壁上设置有第一Y型向外坡口，端面管壁上设置有第一Y型向内坡口；所述第二连接段的侧面管壁上设置有第三Y型向外坡口，其端面管壁上设置有第二Y型向外坡口；所述进口管的出口端面管壁上设置有与第一Y型向内坡口配合的第二Y型向内坡口，以及与第二Y型向外坡口相配合的第四Y型向外坡口；所述第一连接段和第二连接段通过第一Y型向内坡口和第三Y型向外坡口焊接；所述第一连接段的一端和进口管通过第一Y型向外坡口和第二Y型向内坡口焊接，另一端通过角焊缝与挡板连接；所述第二连接段的一端和进口管通过第二Y型向外坡口和第四Y型向外坡口焊接，另一端通过角焊缝与挡板连接；所述壳体本体和法兰通过电子束焊接连为一体，且壳体本体与法兰的电子束焊缝圆柱面上设置有定位槽。进一步地，所述壳体本体与法兰的电子束焊缝位置和超音速喷嘴出口延长线与壳体本体内腔面交点处的最小距离e大于0.5mm。进一步地，所述第一Y型向外坡口的分界角度为α＝80°～90°,β＝110°～130°,所述第二Y型向内坡口包角为α+β，所述第四Y型向外坡口包角为γ＝360°-α-β。进一步地，所述定位槽包括相配合的壳体本体半槽和法兰半槽，所述壳体本体半槽和法兰半槽的深和宽均为0.5mm～0.7mm。同时，本专利技术还提供一种预压涡轮进口壳体的加工方法，包括以下步骤：步骤一、在壳体本体外圆柱面上加工第一连接段，并在第一连接段与壳体本体连接处加工超音速喷嘴；步骤二、在第一连接段的侧面管壁上加工第一Y型向外坡口，端面管壁上加工第一Y型向内坡口；在第二连接段的侧面管壁上加工第三Y型向外坡口，端面管壁上加工第二Y型向外坡口；在进口管的出口端面管壁上加工第二Y型向内坡口和第四Y型向外坡口；步骤三、依次完成第一Y型向内坡口与第二Y型向内坡口内焊缝焊接、第一Y型向外坡口与第三Y型向外坡口外焊缝焊接、第二Y型向外坡口与第四Y型向外坡口外焊缝焊接、挡板与集合器的角焊缝焊接；步骤四、在壳体本体和法兰连接处圆柱面上加工定位槽；步骤五、通过电子束将壳体本体与法兰焊接为一体。进一步地，步骤三中，采用氩弧焊依次进行焊接。与现有技术相比，本专利技术技术方案的优点为：1.本专利技术提供的预压涡轮进口壳体通过焊接的连接形式将壳体本体、进口管、集合器、挡板及法兰连接为一体，结构紧凑，且进口管设置内、外组合坡口形式，实现了与集合器的高质量焊接，解决了切向入口进口管无法实现高可靠性焊接的问题。2.本专利技术壳体本体与法兰为分体结构，分体状态完成超音速喷嘴加工，保证了高精度加工要求。采用电子束将壳体本体与法兰焊接为一体，且电子束焊缝顶部设置定位槽，可保证焊接时电子束精确定位。采用的电子束焊能量密度高、熔化金属范围小、焊接变形小，能够保证提前加工好的喷嘴及进口管接口位置度基本不受焊接变形的影响。附图说明图1为本专利技术预压涡轮进口壳体的结构示意图；图2为图1的A-A剖视图；图3为图2的局部放大示意图；图4为图3的I处电子束焊缝局部放大示意图；图5为图1的俯视图；图6为图5的J处组合焊缝局部放大示意图；图7为图5的B-B剖视图；图8为图7的K处壳体本体与法兰分段位置局部放大示意图。附图标记：1-壳体本体，2-集合器，3-挡板，4-法兰，5-进口管，6-第一Y型向内坡口，7-超音速喷嘴，8-第一Y型向外坡口，9-第二Y型向外坡口，11-第三Y型向外坡口，12-第二Y型向内坡口，13-第四Y型向外坡口，14-电子束焊缝，15-定位槽，21-第一连接段，22-第二连接段。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术的内容作进一步详细描述。本专利技术提供了一种预压涡轮进口壳体及其加工方法，将预压涡轮进口部件设计成壳体本体1、进口管5、集合器2、挡板3及法兰4为一体的组合体结构，进口管5设置内、外组合坡口形式，实现了与集合器2的高质量焊接，解决了切向入口进口管5无法实现高可靠性焊接的问题。本专利技术的实质是通过组合坡口焊接及电子束焊接的方式得到了性能可靠、工艺更易实现的预压涡轮进口壳体。该预压涡轮进口壳体已经在产品上成功进行了验证试验，可广泛应用于火箭发动机用预压涡轮泵设计及具有类似特征的组合体结构设计中。如图1至图8所示，本专利技术预压涡轮进口壳体包括壳体本体1、法兰4、集合器2、挡板3和进口管5，壳体本体1为圆形套管结构，法兰4设置在壳体本体1的下方，且与壳体本体1同轴；集合器2包括横截面均为半环形的第一连接段21和第二连接段22，第一连接段21固定设置在壳体本体1外壁上，且与第二连接段22扣合形成弧形圆管；弧形圆管进口沿壳体本体1切向布置，且与进口管5的出口连通，出口通过挡板3实现封闭，进口管5的入口为预压涡轮驱动介质入口。第一连接段21与壳体本体1连接处设置有多个超音速喷嘴7，超音速喷嘴7从第一连接段21内表面延伸至壳体本体1内端面，且超音速喷嘴7的中心线与法兰4端面倾斜设置，使得超音速喷嘴7的进口与集合器2的内腔连通，出口与壳体本体1内腔连通。第一连接段21的侧面管壁上设置有第一Y型向外坡口8，端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预压涡轮进口壳体，包括壳体本体(1)、法兰(4)、集合器(2)、挡板(3)和进口管(5)，/n所述壳体本体(1)为圆形套管结构，所述法兰(4)设置在壳体本体(1)的下方，且与壳体本体(1)同轴；/n所述集合器(2)包括横截面均为半环形的第一连接段(21)和第二连接段(22)，所述第一连接段(21)固定设置在壳体本体(1)外壁上，且与第二连接段(22)扣合形成弧形圆管；/n所述弧形圆管进口沿壳体本体(1)切向布置，且与进口管(5)的出口连通，出口通过挡板(3)实现封闭；/n所述第一连接段(21)与壳体本体(1)连接处设置有多个超音速喷嘴(7)，所述超音速喷嘴(7)的进口与集合器(2)的内腔连通，出口与壳体本体(1)内腔连通，且超音速喷嘴(7)的中心线与法兰(4)端面倾斜设置；/n所述第一连接段(21)的侧面管壁上设置有第一Y型向外坡口(8)，端面管壁上设置有第一Y型向内坡口(6)；/n所述第二连接段(22)的侧面管壁上设置有第三Y型向外坡口(11)，其端面管壁上设置有第二Y型向外坡口(9)；/n所述进口管(5)的出口端面管壁上设置有与第一Y型向内坡口(6)配合的第二Y型向内坡口(12)、以及与第二Y型向外坡口(9)相配合的第四Y型向外坡口(13)；/n所述第一连接段(21)和第二连接段(22)通过第一Y型向外坡口(8)和第三Y型向外坡口(11)焊接；/n所述第一连接段(21)的一端和进口管(5)通过第一Y型向内坡口(6)和第二Y型向内坡口(12)焊接，另一端通过角焊缝与挡板(3)连接；/n所述第二连接段(22)的一端和进口管(5)通过第二Y型向外坡口(9)和第四Y型向外坡口(13)焊接，另一端通过角焊缝与挡板(3)连接；/n所述壳体本体(1)和法兰(4)通过电子束焊接连为一体，且壳体本体(1)与法兰(4)的电子束焊缝(14)圆柱面上设置有定位槽(15)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种预压涡轮进口壳体，包括壳体本体(1)、法兰(4)、集合器(2)、挡板(3)和进口管(5)，
所述壳体本体(1)为圆形套管结构，所述法兰(4)设置在壳体本体(1)的下方，且与壳体本体(1)同轴；
所述集合器(2)包括横截面均为半环形的第一连接段(21)和第二连接段(22)，所述第一连接段(21)固定设置在壳体本体(1)外壁上，且与第二连接段(22)扣合形成弧形圆管；
所述弧形圆管进口沿壳体本体(1)切向布置，且与进口管(5)的出口连通，出口通过挡板(3)实现封闭；
所述第一连接段(21)与壳体本体(1)连接处设置有多个超音速喷嘴(7)，所述超音速喷嘴(7)的进口与集合器(2)的内腔连通，出口与壳体本体(1)内腔连通，且超音速喷嘴(7)的中心线与法兰(4)端面倾斜设置；
所述第一连接段(21)的侧面管壁上设置有第一Y型向外坡口(8)，端面管壁上设置有第一Y型向内坡口(6)；
所述第二连接段(22)的侧面管壁上设置有第三Y型向外坡口(11)，其端面管壁上设置有第二Y型向外坡口(9)；
所述进口管(5)的出口端面管壁上设置有与第一Y型向内坡口(6)配合的第二Y型向内坡口(12)、以及与第二Y型向外坡口(9)相配合的第四Y型向外坡口(13)；
所述第一连接段(21)和第二连接段(22)通过第一Y型向外坡口(8)和第三Y型向外坡口(11)焊接；
所述第一连接段(21)的一端和进口管(5)通过第一Y型向内坡口(6)和第二Y型向内坡口(12)焊接，另一端通过角焊缝与挡板(3)连接；
所述第二连接段(22)的一端和进口管(5)通过第二Y型向外坡口(9)和第四Y型向外坡口(13)焊接，另一端通过角焊缝与挡板(3)连接；
所述壳体本体(1)和法兰(4)通过电子束焊接连为一体，且壳体...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建园，王晓锋，毛凯，李春乐，金路，于晴，袁伟为，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61