冷却液射流均分件性能测试装置及方法与流程

本发明涉及一种针栓式发动机性能测试装置，具体涉及一种冷却液射流均分件性能测试装置及方法。

背景技术：

针栓式发动机工作时氧化剂和燃料在喷注器内撞击雾化形成高温燃气后喷出，再进入推力室身部，由于高温燃气的温度较高，为了避免推力室身部被烧蚀，一般会采用冷却液对推力室身部进行冷却，即在针栓式发动机的喷注器出口设置冷却液射流均分件7。参照图1和图2，冷却液射流均分件7为环形薄板件，其侧壁沿周向均布多个冷却液射流孔701；冷却液射流孔701与冷却液射流均分件轴线成一定夹角，且贯通冷却液射流均分件7的侧壁。

冷却过程中，如果冷却液分布不均匀就容易将推力室身部烧蚀，因此，对冷却液射流均分件7进行性能测试，并选取合格的冷却液射流均分件进行装配就至关重要。

冷却液射流均分件7的性能测试包括射流观察、给定反压和流量流阻测试。由于冷却液射流均分件7厚度很小，其外径尺寸远大于厚度尺寸，且测试过程中很容易发生折弯现象，导致测试结果不准确，故很难准确模拟实际工况，因此，目前并无专门适用于此类冷却液射流均分件的测试装置，导致此类冷却液射流均分件无法进行性能的精确测试。

技术实现要素：

为了解决现有冷却液射流均分件由于没有专门适用的测试装置，而导致其无法进行性能精确测试的技术问题，本发明提供了一种冷却液射流均分件性能测试装置及方法。

本发明的技术解决方案是：一种冷却液射流均分件性能测试装置，包括由上至下依次串接的顶盖、大连接环和底座；所述大连接环内套装小连接环；所述小连接环与所述大连接环之间设有间隙；小连接环的上部固连所述顶盖，小连接环的下部固连所述底座；

所述大连接环内设有凹槽；所述小连接环上设有外沿；所述凹槽的槽底和所述外沿的上端面平齐；

所述顶盖为环状，其下端面设有向下突起的环状结构；所述环状结构上设有环槽；所述环槽将所述环状结构分为内环结构和外环结构；所述环槽内设有挡板；所述挡板的内壁固连在内环结构上，其外径小于环槽的大径；所述顶盖的上端面设有分别连通环槽的进水嘴和第一测压嘴；

所述小连接环与所述大连接环之间用于套装被测冷却液射流均分件；冷却液射流均分件的外沿压紧在所述外环结构和所述凹槽的槽底之间；冷却液射流均分件的内沿压紧在所述内环结构和所述外沿的上端面之间，且冷却液射流均分件与所述凹槽、所述外沿之间均通过密封件密封；

所述顶盖与冷却液射流均分件之间形成冷却液进口环腔；所述底座、所述大连接环、所述小连接环与冷却液射流均分件之间形成冷却液出口环腔；所述冷却液进口环腔与所述冷却液出口环腔之间通过冷却液射流孔连通；

所述底座的下端面设有出水嘴和第二测压嘴；所述出水嘴和第二测压嘴均与所述冷却液出口环腔连通。

进一步地，所述大连接环的侧壁上设置多个沿周向均布的第二螺纹孔；所述第二螺纹孔位于所述凹槽的外侧且沿轴向贯通所述大连接环的侧壁；

所述小连接环的侧壁上设置多个沿周向均布的第一螺纹孔；所述第一螺纹孔位于所述外沿的内侧且沿轴向贯通所述小连接环的侧壁；

所述顶盖上设置多个沿周向均布的第一螺栓过孔和多个沿周向均布的第二螺栓过孔；所述第一螺栓过孔和第二螺栓过孔分别位于所述环状结构的两侧；

所述底座上设置多个沿周向均布的第三螺栓过孔和多个沿周向均布的第四螺栓过孔；所述第三螺栓过孔的中心圆的直径等于第一螺栓过孔的中心圆的直径，第四螺栓过孔的中心圆的直径等于第二螺栓过孔的中心圆的直径；

第一螺栓中一半数量的螺栓穿过第一螺栓过孔后拧入第二螺纹孔；第一螺栓中另一半数量的螺栓穿过第二螺栓过孔后拧入第一螺纹孔内；第二螺栓中一半数量的螺栓穿过第三螺栓过孔后拧入第二螺纹孔内；第二螺栓中另一半数量的螺栓穿过第四螺栓过孔后拧入第一螺纹孔内；所述第一螺栓与第二螺栓间隔设置。

进一步地，所述进水嘴的数量为两个，所述第一测压嘴和两个所述进水嘴沿周向设置在所述顶盖的上端面；两个所述进水嘴相对于所述顶盖的轴线对称设置，所述第一测压嘴位于两个所述进水嘴之间；

所述出水嘴的数量为两个，所述第二测压嘴和两个所述出水嘴沿周向设置在所述底座的下端面；两个所述出水嘴相对于所述底座的轴线对称设置，所述第二测压嘴位于两个所述出水嘴之间；

所述出水嘴、第二测压嘴、进水嘴和第一测压嘴均错位设置。

进一步地，所述密封件为“o”型圈；所述内环结构的下端面、所述外环结构的下端面、所述凹槽的槽底、所述底座的上端面和所述外沿的上端面均设有“o”型圈槽；所述“o”型圈位于所述“o”型圈槽内。

进一步地，所述进水嘴、第一测压嘴、出水嘴和第二测压嘴结构相同。

进一步地，所述小连接环的外壁和所述大连接环的内壁分别位于所述冷却液射流孔的两侧，且所述冷却液射流孔的中心线与所述大连接环的内壁的交点位于大连接环的下方。

同时，本发明还提供了一种冷却液射流均分件性能测试方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)在大连接环、小连接环上分别安装密封件，并将冷却液射流均分件放入装好密封件的大连接环和小连接之间；

2)在顶盖上安装密封件，并将顶盖与大连接环、小连接环固连，形成整体件；

3)将步骤2)中的整体件固连在试验台上；

4)由顶盖上的进水嘴进水，并通过第一测压嘴测压，保证进水流量要求；

5)从大连接环和小连接环的下部进行射流观察，若各冷却液射流孔的射流均匀性满足要求，则进入步骤6)；若各冷却液射流孔的射流的均匀性不满足要求，则将该冷却液射流均分件做报废处理；

6)将顶盖及大连接环、小连接环、冷却液射流均分件形成的整体件从试验台上拆除；

7)将底座固连在顶盖及大连接环、小连接环、冷却液射流均分件形成的整体件下部，形成新的整体件；

8)将步骤7)中的新的整体件固连在试验台上；

9)由顶盖上的进水嘴进水，由出水嘴出水，并通过第二测压嘴测压，保证出水压力和流量符合要求，测冷却液射流均分件的流阻；若反压流阻值满足要求，则该冷却液射流均分件判定合格；若反压流阻值不满足要求，则该冷却液射流均分件报废处理。

本发明相比现有技术的有益效果是：

1、本发明结构紧凑，包括由上至下依次串接的顶盖、大连接环和底座，大连接环内套装小连接环，小连接环与大连接环之间设有间隙；顶盖上设有进水嘴，底座上设有出水嘴；冷却液射流均分件被压紧在顶盖与大连接环、小连接环之间，保证了检测过程中该件不变形；冷却液射流均分件与顶盖、大连接环、小连接环之间形成冷却液入口环腔，冷却液射流均分件与大连接环、小连接环、底座之间形成冷却液出口环腔；试验用水由进水嘴经冷却液入口环腔、冷却液射流孔、冷却液出口环腔后由出水嘴流出，可实现定反压和流量的流阻测试；拆除底座后，试验用水由进水嘴经冷却液入口环腔、冷却液射流孔流出，由小连接环与大连接环之间的间隙和底面即可进行射流观察，冷却液射流孔没有任何遮挡，可清楚看到每个射流孔的射流是否有抖动、偏移等异常；本发明只需一套设备即可实现两项检测，节省了成本；本发明还在冷却液入口环腔内设有挡板，用来模拟工作状态时水的流动状态，检测结果更准确。

2、本发明的顶盖和底座上分别设置位于不同节圆的相同数量、相同通径的通孔，并在大、小连接环上分别设计与顶盖、底座中其中一组通孔相对应的相同数量、相同通径的螺纹孔；需要进行射流观察时，半数螺栓间隔设置，从上部穿入，将顶盖与大、小连接环紧固；需要进行定反压和流量的流阻测试时，另半数螺栓从下部穿入大、小连接环的剩余螺纹孔内，将底座与大、小连接环紧固和顶盖连接为一个整体；本发明无需拆除所有螺栓即可完成拆装，节省了检测项目之间的拆装时间。

3、本发明进水嘴的数量为两个，第一测压嘴和两个进水嘴沿周向设置在顶盖的上端面，两个进水嘴相对于顶盖的轴线对称设置，第一测压嘴位于两个进水嘴之间，可保证试验用水沿周向均匀进入冷却液射流均分件内，可实现入口压力的准确测量，并使得本发明结构更加紧凑。

附图说明

图1是冷却液射流均分件的主视图；

图2是冷却液射流均分件的俯视图；

图3是本发明一个实施例的结构示意图；

图4是该实施例的俯视图；

图5是该实施例的仰视图；

图6是该实施例中顶盖的结构示意图；

图7是该实施例中小连接环的结构示意图；

图8是该实施例中大连接环的结构示意图；

图9是该实施例中底座的结构示意图；

附图标记为：

1-顶盖，101-进水嘴，102-第一测压嘴，103-环槽，104-内环结构，105-外环结构，106-挡板，107-第一螺栓过孔，108-第二螺栓过孔，109-密封件，110-第一“o”型圈槽，111-第二“o”型圈槽，112-连接耳，2-小连接环，201-外沿，202-第一螺纹孔，203-第三“o”型圈槽，3-大连接环，301-凹槽，302-第二螺纹孔，303-第四“o”型圈槽，4-底座，401-出水嘴，402-第二测压嘴，403-第三螺栓过孔，404-第四螺栓过孔，405-第五“o”型圈槽，406-第六“o”型圈槽，5-冷却液进口环腔，6-冷却液出口环腔，7-冷却液射流均分件，701-冷却液射流孔，8-第一螺栓，9-第二螺栓。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

参照图3至图5，本测试装置包括由上至下依次串接的顶盖1、大连接环3和底座4。大连接环3内套装小连接环2，小连接环2与大连接环3之间设有间隙。小连接环2的外壁和大连接环3的内壁分别位于冷却液射流孔701的两侧，小连接环2与大连接环3之间的间隙需保证大连接环3的内侧壁不接触或遮挡冷却液射流孔701的射流。

小连接环2的上部固连顶盖1，小连接环2的下部固连底座4。本实施例中的大连接环3和小连接环2的高度相等。

小连接环2与大连接环3之间套装被检测的冷却液射流均分件7，冷却液射流均分件7的外沿压紧在外环结构105和凹槽301的槽底之间，其内沿压紧在内环结构104和外沿201的上端面之间。顶盖1与冷却液射流均分件7之间形成冷却液进口环腔5。底座4、大连接环3、小连接环2与冷却液射流均分件7之间形成冷却液出口环腔6。冷却液进口环腔5与冷却液出口环腔6之间通过冷却液射流孔701连通。冷却液进口环腔5与冷却液出口环腔6的容积根据具体的试验要求确定。

参照图4和图6，顶盖1为环状，其下端面设有向下突起的环状结构，环状结构上设有环槽103，环槽103将环状结构分为内环结构104和外环结构105。外环结构105的下端面设有第一“o”型圈槽110，内环结构104的下端面设有第二“o”型圈槽111。第一顶盖1的上端面设有分别连通环槽103的进水嘴101和第一测压嘴102。本实施例中，为了保证水沿周向均匀进入冷却液射流均分件7内，进水嘴101的数量为两个，第一测压嘴102和两个进水嘴101沿周向设置在顶盖1的上端面；两个进水嘴101相对于顶盖1的轴线对称设置，第一测压嘴102位于两个进水嘴101之间，实现入口压力测量。

为了模拟实际工况下的水流状态，使检测结果更准确，环槽103内设有挡板106；挡板106的内壁固连在内环结构104上，其外径小于环槽103的大径。顶盖1上还设置十二个沿周向均布的第一螺栓过孔107和十二个沿周向均布的第二螺栓过孔108，第一螺栓过孔107和第二螺栓过孔108分别位于环状结构的两侧。

参照图4，为了解决该测试装置与试验台的固定连接问题，顶盖1的外圆对称设有两个连接耳112，连接耳112上设有通孔，可通过螺栓将该测试装置固定在试验台上。

参照图7，小连接环2上设有外沿201，外沿201的上端面和凹槽301的槽底平齐，外沿201的上端面设有第三“o”型圈槽203。小连接环2的侧壁上设置十二个沿周向均布的第一螺纹孔202；第一螺纹孔202位于外沿201的内侧且沿轴向贯通小连接环2的上下面。

参照图8，大连接环3内设有凹槽301，凹槽301的槽底设有第四“o”型圈槽303。大连接环3的侧壁上设置十二个沿周向均布的第二螺纹孔302；第二螺纹孔302位于凹槽301的外侧且沿轴向贯通大连接环3的侧壁上下面。

参照图3和图9，底座4上设置十二个沿周向均布的第三螺栓过孔403和十二个沿周向均布的第四螺栓过孔404。十二个第三螺栓过孔403的中心圆与十二个第四螺栓过孔404的中心圆同心。十二个第三螺栓过孔403的中心圆的直径等于第一螺栓过孔107的中心圆的直径，十二个第四螺栓过孔404的中心圆的直径等于第二螺栓过孔108的中心圆的直径。

参照图3和图5，每个第三螺栓过孔403与相应的第一螺栓过孔107的位置相对应，每个第四螺栓过孔404与相应的第二螺栓过孔108的位置相对应。底座4的下端面设有出水嘴401和第二测压嘴402，出水嘴401和第二测压嘴402均与冷却液出口环腔6连通。出水嘴401的数量为两个，第二测压嘴402和两个出水嘴401沿周向设置在底座4的下端面。为了实现出口反压精确测量，两个出水嘴401相对于底座4的轴线对称设置，第二测压嘴402位于两个出水嘴401之间。出水嘴401还可转接阀门实现对反压和流量的调节。出水嘴401、第二测压嘴402、进水嘴101和第一测压嘴102均错位设置，且进水嘴101、第一测压嘴102、出水嘴401和第二测压嘴402结构相同。

底座4的上端面设有第五“o”型圈槽405和第六“o”型圈槽406，第五“o”型圈槽405位于第六“o”型圈槽406的内侧。

参照图3、图4和图5，为了便于拆卸底座4，第一螺栓8的数量为十二个，其中六个穿过相间隔的六个第一螺栓过孔107后拧入相应的第二螺纹孔302内，另外六个穿过相间隔的六个第二螺栓过孔108后拧入相应的第一螺纹孔202内。第二螺栓9数量为十二个，其中六个穿过相间隔的六个第三螺栓过孔403后拧入剩余的六个第二螺纹孔302内，另外六个穿过相间隔的第四螺栓过孔404后拧入剩余的六个第一螺纹孔202内。第一螺栓8与第二螺栓9间隔设置。密封件109为“o”型圈，第一“o”型圈槽110、第二“o”型圈槽111、第三“o”型圈槽203、第四“o”型圈槽303、第五“o”型圈槽405和第六“o”型圈槽406内均设有“o”型圈。

参照图3，一种冷却液射流均分件性能测试方法，包括以下步骤：

1)在大连接环和小连接环的“o”型圈槽内安装密封件，并将冷却液射流均分件套装在大连接环和小连接环之间；

2)在顶盖的“o”型圈槽内安装密封件，然后将六个第一螺栓穿过相间隔的六个第一螺栓过孔后拧入相应的第二螺纹孔内；再将另外六个第一螺栓穿过相间隔的六个第二螺栓过孔后拧入相应的第一螺纹孔内，保证冷却液射流均分件的外沿压紧在外环结构和凹槽的槽底之间，其内沿压紧在内环结构和外沿的上端面之间，顶盖、大连接环、冷却液射流均分件和小连接环形成整体件；

3)通过顶盖上的两个连接耳将步骤2)中的整体件固连在试验台上；

4)由顶盖上的进水嘴进水，并通过第一测压嘴测压，保证进水流量符合要求；

5)从大连接环和小连接环下部的间隙和底面进行射流观察，若各冷却液射流孔的射流均匀性满足要求，则进入步骤6)；若各冷却液射流孔的射流的均匀性不满足要求，则将该冷却液射流均分件做报废处理；

6)将顶盖及大连接环、小连接环、冷却液射流均分件形成的整体件从试验台上拆除；

7)将底座固连在顶盖及大连接环、小连接环、冷却液射流均分件形成的整体件下部，形成新的整体件；

将其中六个第二螺栓穿过相间隔的六个第三螺栓过孔后拧入剩余的六个第二螺纹孔内，另外六个穿过相间隔的第四螺栓过孔后拧入剩余的六个第一螺纹孔内；

8)通过顶盖上的两个连接耳将步骤7)中的新的整体件固连在试验台上部；

9)由顶盖上的进水嘴进水，由出水嘴出水，并通过第二测压嘴测压，保证出水压力和流量符合要求，测冷却液射流均分件的流阻；若反压流阻值满足要求，则该冷却液射流均分件判定合格；若反压流阻值不满足要求，则该冷却液射流均分件报废处理。

以上仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。