一种固体燃料真空浇注装置的制作方法

本发明涉及固体火箭发动机和固液混合发动机装药领域，具体是一种固体推进剂和固体燃料真空浇注装置。

背景技术：

固体火箭发动机和固液混合发动机均是航天器的动力装置，在燃烧室壳体中均装有一定形状的固体推进剂药柱或固体燃料药柱，其药型按照发动机内弹道设计要求设置。为了保证发动机的装填密度和内弹道稳定，要求药柱结构完整，表面和内部无孔隙、裂纹和海绵状疏松组织。此外，在实验中常通过药条研究固体推进剂或燃料的力学性能和燃烧特性时，要求制备的药条表面和内部不能有孔隙或裂纹等缺陷，否则易影响实验结果。因此在浇注时可采用抽真空的方法除去药浆中的气泡。然而，为了提高药柱的力学性能，配方中往往含有一定量的粘合剂体系，这导致药浆粘度较高，药浆中夹杂的气泡难以除去，药浆固化后，从而影响发动机内弹道稳定性，严重时导致发动机爆炸，因此在药柱制备时常采用真空浇注法，除去药浆中的气泡。

1984年汪志清在《推进技术》期刊第5卷3期11-18页论文题目为《定量插管浇注工艺装置》中公开了一种固体推进剂真空浇注装置。整套浇注装置主要由料斗、蝶阀1，除气装置、蝶阀2、插管装置、自动称量装置、液压升降装置和真空罐组成，其中插管装置由6根直径为19mm，长度为300mm沿圆周均匀布置的细管组成。浇注过程中该真空浇注装置无法对药浆保温，因温度较低，药浆粘度较大，流动性和流平性降低，易导致药浆无法顺利通过花板，而且药浆中的气泡难以去除，尤其对于粘度受温度影响较大的药浆，例如含石蜡燃料，浇注过程中因无法对药浆保温，药浆凝固而无流动性，导致浇注失败；插管装置使用复杂，只能浇注直径较大的药柱，无法实现方坯药条以及小药柱的真空浇注，插管长度较长，且插管内径较小，浇注完毕后清理插管中的药浆较为困难。

技术实现要素：

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种固体燃料真空浇注装置，利用循环热水对料斗和浇注缸体加热保温，能够实现对药浆的保温；并通过真空环境将药浆中的气泡有效的抽出，装置操作简单方便，浇注后装置可拆卸，清理更便捷。

本发明的技术方案是：一种固体燃料真空浇注装置，其特征在于：包括料斗、柱塞式流量调节阀芯、花板、浇注缸盖、浇注缸体、水浴循环加热器、水浴硅胶软管、真空压力表、真空管道、真空泵、手动三通球阀和成型模具；

所述浇注缸体为中空且上端开口的柱状结构，其侧壁为封闭的双层结构，所述浇注缸体的双层结构的夹层中填充循环水，所述浇注缸体的侧壁的外壁上开有浇注缸体水浴循环入口和浇注缸体水浴循环出口，所述浇注缸体水浴循环入口位于浇注缸体下端，浇注缸体水浴循环出口位于浇注缸体上端；所述浇注缸体上端开口处设置有法兰盘，所述浇注缸盖通过螺栓和硅胶平垫安装于所述法兰盘上，用于密封所述浇注缸体；所述浇注缸盖上开有通孔，所述料斗底端穿过所述浇注缸盖的通孔并与所述浇注缸盖的通孔同轴密封安装；所述浇注缸体、真空压力表、手动三通球阀和真空泵之间依次通过真空管道连接；所述成型模具放置于所述浇注缸体内；

所述料斗的侧壁为封闭的双层结构，所述料斗的双层结构的夹层中填充循环水，所述料斗的侧壁的外壁上开有料斗水浴循环入口和料斗水浴循环出口，所述料斗水浴循环入口位于所述料斗的下端，料斗水浴循环出口位于所述料斗的上端；所述料斗下端开有锥形通孔，所述锥形通孔与料斗中心轴垂直且相交，所述柱塞式流量调节阀芯同轴贴合安装于所述锥形通孔中，所述柱塞式流量调节阀芯的轴线与料斗的中心轴垂直相交，通过柱塞式流量调节阀芯控制所述料斗内药浆的流量；所述花板固定于所述料斗的底部，其上设置有通孔用于将药浆根据需要分割为满足要求的药条；

所述水浴循环加热器和浇注缸体水浴循环入口之间、所述浇注缸体水浴循环出口和料斗水浴循环入口之间、料斗水浴循环出口和水浴循环加热器之间均通过水浴硅胶软管连通，通过水浴循环加热器提供循环热水，实现对所述料斗内药浆的保温。

本发明的进一步技术方案是：所述料斗底端与所述浇注缸盖的通孔之间通过硅橡胶o型密封圈密封安装。

本发明的进一步技术方案是：所述花板包括圆形花板和方形花板，所述圆形花板上的通孔为圆形阵列，所述方形花板的通孔为线性阵列；与所述成型模具匹配，使用圆柱状成型模具浇注外轮廓为圆柱形的药柱时，选择圆形花板；使用立方体状成型模具浇注外轮廓为方块形的药条时，选择方形花板。

本发明的进一步技术方案是：所述花板通过螺钉固定于所述料斗的底部。

本发明的进一步技术方案是：所述浇注缸盖朝向所述浇注缸体外的表面为上表面，所述上表面对称分布有两个方形手环；所述浇注缸盖的下表面设置有凸出的密封环，所述密封环与所述浇注缸体法兰盘上设置的密封槽配合安装，所述密封环深度为密封槽深度的1.5倍。

本发明的进一步技术方案是：所述硅胶平垫内、外直径与所述密封槽相同，硅胶平垫圈的厚度为密封槽深度的0.6倍。

有益效果

本发明的有益效果在于：本发明将料斗和浇注缸体设计为双层结构，并使用循环水浴加热器对其进行加热、保温，保证药浆温度能长时间维持在浇注工艺所要求的温度范围内，使得药浆具的流动性和流平性符合浇注工艺要求，从而实现药浆的正常浇注，实现浇注过程中对药浆保温，解决了因浇注时间较长，药浆散热严重，药浆温度低于浇注工艺的要求，使得药浆粘度较大，药浆的流动性和流平性较差，造成浇注工艺失败或浇注的药柱质量不合格的问题。本发明装置还能适用于大型、长时间固体推进剂和固体燃料药浆的浇注。

通过螺钉将花板与料斗底部连接，并且花板的形状可根据燃料的大小和形状调整更换，其中，浇注圆柱形燃料时可安装圆形花板，当浇注方形燃料时可安装方形花板，实现浇注大小和形状不同的燃料，还可浇注形状较小的方形药条，且便捷安装、拆卸和方便清理。解决了固体推进剂和固体燃料的不同药形真空浇注困难的问题，实现了实验设备的多功能普适性。

将浇注缸体内部通过真空导管与真空泵连接，使得药浆在真空环境下浇注至成型模具中，实现浇注后的燃料无气泡或气孔。解决了固体推进剂和固体燃料成型过程中存在气泡且难以去除，导致成型后的药柱或药条存在缺陷，从而无法满足使用条件的问题。具体为通过花板使得药浆被分割成多个小药条，在掉落至成型模具过程，因处于真空环境中，药浆中的气泡被有效的抽出，从而能够解决固化后的推进剂或燃料中存在气泡的问题。

在料斗与浇注缸盖接触面安装一个硅橡胶o型密封圈，能多次使用，使得料斗与浇注缸盖之间密封，由于浇注缸体内处于负压，因此该密封方式可靠且操作简便，实现了良好密封性、方便快捷地安装与拆卸。

附图说明

图1是本发明的全剖视图；

图2是本发明中料斗的全剖主视图、全剖左视图、俯视图和仰视图；

图3是本发明中柱塞式流量调节阀芯的全剖主视图、全剖左视图和俯视图；

图4是本发明中圆形花板；

图5是本发明中方形花板；

图6是本发明中浇注缸盖的全剖主视图和俯视图；

图7是本发明中浇注缸体的全剖主视图和俯视图；

图8是本发明图1中a处的局部放大图；

图9是本发明图1中b处的局部放大图。

附图标记说明：1.料斗；2.柱塞式流量调节阀芯；3.水浴硅胶软管a；4.浇注缸盖；5.浇注缸体；6.真空压力表；7.手动三通球阀；8.真空管道；9.真空泵；10.水浴循环加热器；11.圆形花板；12.方形花板；13.螺钉；14.硅橡胶o型密封圈；15.螺栓；16.硅胶平垫圈；17.水浴硅胶软管b；18.水浴硅胶软管c；19.浇注缸体水浴循环入口；20.浇注缸体真空泵接头；21.浇注缸体水浴循环出口；22.料斗水浴循环入口；23.料斗水浴循环出口。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-9，本发明是一种能用于固体火箭发动机推进剂药柱、固液混合发动机固体燃料、推进剂方形药条、固体燃料方形药条去除气泡装填的真空浇注装置。包括料斗1、柱塞式流量调节阀芯2、水浴硅胶软管a3、浇注缸盖4、浇注缸体5、真空压力表6、手动三通球阀7、真空管道8、真空泵9、水浴循环加热器10、圆形花板11、方形花板12、螺钉13、硅橡胶o型密封圈14、螺栓15、硅胶平垫圈16、水浴硅胶软管b17、水浴硅胶软管c18、浇注缸体水浴循环入口19、浇注缸体真空泵接头20、浇注缸体水浴循环出口21、料斗水浴循环入口22、料斗水浴循环出口23。

其中，料斗1的底面上均布有四个m4×0.7的内螺纹孔，通过四颗螺钉13将圆形花板11与料斗1的底面固定，能够适用于浇注外轮廓为圆柱形的药柱，或者通过四颗螺钉13将方形花板12与料斗1的底面固定，能够适用于浇注外轮廓为方形的药条。料斗的外轮廓为两节直径不同的阶梯圆柱，其中上层圆柱的直径比下层直径大，上层圆柱的侧壁上焊接料斗水浴循环出口23与有所述水浴硅胶软管b17的一端连接，下层圆柱的侧壁上焊接料斗水浴循环入口22与有所述水浴硅胶软管a3的一端连接，料斗与为双层结构，内层呈现漏斗状，其夹层中充填水，料斗的下层有一锥孔，其锥角与柱塞式流量调节阀芯的外轮廓锥角相同。所述柱塞式流量调节阀芯2插入料斗1下端的锥孔中，通过旋转柱塞式流量调节阀芯实现药浆浇注时的流量调节。

所述的硅橡胶o型密封圈14套装在料斗1下端的台阶面处，要求硅橡胶o型密封圈14的内径比料斗下端外径小2mm，使得硅橡胶o型密封圈与料斗下端侧壁紧密贴合。将安装好硅橡胶o型密封圈的料斗插入浇注缸盖4的中心圆孔中，并按压料斗1使得硅橡胶o型密封圈与浇注缸盖4中心圆孔中的密封槽配合。

所述的浇注缸盖4为圆环形，浇注缸盖4的中心圆孔直径与料斗1下端外径相同，在浇注缸盖4上均匀分布有8个螺纹孔，与浇注缸体5上的8个螺纹孔相对应，浇注缸盖4的正面对称分布有两个方形手环，用于移动浇注缸盖，浇注缸盖4的底面有一凸出的密封环，其密封环内、外直径与浇注缸体5的密封槽内外直径相同，密封环深度为密封槽深度的1.5倍。

所述的浇注缸体5为圆筒状，浇注缸体5的上端为一法兰盘，法兰盘上均匀分布有8个螺纹孔，与浇注缸盖4上的螺纹孔相对应，法兰盘上还加工有一环形密封槽，密封槽的宽度与浇注缸盖4上的密封环相同，在浇注缸体5的密封槽内放置一硅胶平垫圈16，硅胶平垫圈16的内、外直径与密封槽相同，硅胶平垫圈的厚度为密封槽深度的0.6倍，通过螺栓15将浇注缸盖4和浇注缸体5连接，并通过硅胶平垫圈16密封。浇注缸体5的缸壁为双层结构，其夹层中通入循环热水，在浇注缸体5缸壁外侧的左下方焊接浇注缸体水浴循环入口19，穿透浇注缸体外壁与夹层相通，浇注缸体水浴循环入口19通过水浴硅胶软管c18与水浴循环加热器的出口连通，在浇注缸体5缸壁外侧的右上方焊接浇注缸体水浴循环出口21，穿透浇注缸体外壁与夹层相通浇注缸体水浴循环出口21通过水浴硅胶软管a3与料斗水浴循环加热入口22连通。在浇注缸的右下侧焊接浇注缸体真空泵接头20，穿透浇注缸体外壁、夹层和内壁，与浇注缸体内部连通，浇注缸体真空泵接头20通过真空泵管道8依次与真空压力表6、手动三通球阀7和真空泵9连接，其中，真空压力表6能显示浇注缸内的真空压力，手动三通球阀7能排泄的真空压力，真空泵9用实现浇注缸内真空压力。

在本实施例中，当浇注方形固体燃料时，通过四个强度为12.9的m4×0.7螺钉13将方形花板12与料斗1底部连接。将柱塞式流量调节阀芯2装入料斗的锥形孔中，并顺时针转动柱塞式流量调节阀芯2使得阀门关闭。将内径100mm的硅橡胶o型密封圈14安装在料斗1下端的密封圈安装槽内，其中硅橡胶o型密封圈14的截面直径为2.65mm。将方形固体燃料成型模具放置在浇注缸体5内，并且使方形固体燃料成型模具置于浇注缸体中心。将内径600mm、外径608mm的硅胶平垫圈16安装在浇注缸体5的密封槽处，其中硅胶平垫圈16的厚度为5mm，然后将浇注缸盖4安装在浇注缸体5上，并通过八根强度为12.9的m12×1.5螺栓15将浇注缸盖4和浇注缸体5连接固定。通过水浴硅胶软管c18将水浴循环加热器10的出口与浇注缸体水浴循环加热入口19连接，通过水浴硅胶软管a将浇注缸体水浴循环加热出口21与料斗水浴循环加热入口22连接，通过水浴硅胶软管b17将料斗水浴循环加热出口23与水浴循环加热器10的入口连接。通过真空管道8依次将浇注缸体真空泵接头20、真空压力表6、手动三通球阀7及真空泵9串联连接。将料斗1的下端与浇注缸盖4中心100mm的孔配合安装。启动水浴循环加热器10，对浇注缸体和料斗加热并保温，打开手动三通球阀7使得真空泵9与浇注缸体连通，启动真空泵9，使得浇注缸内的压强为-0.098mpa，将药浆倒入料斗，顺时针转动柱塞式流量调节阀芯2使得药浆下流。当浇注完成后，关闭真空泵，调节手动三通球阀7，使得浇注缸内的压强恢复为大气压强，关闭水浴循环加热器并拆卸掉螺栓15即可将浇注缸盖打开并取出装有药浆的成型模具。

在本实施例中，当浇注圆柱状固体燃料时，通过四个强度为12.9的m4×0.7螺钉13将圆形花板11与料斗1底部连接。将柱塞式流量调节阀芯2装入料斗的锥形孔中，并顺时针转动柱塞式流量调节阀芯2使得阀门关闭。将内径100mm的硅橡胶o型密封圈14安装在料斗1下端的密封圈安装槽内，其中硅橡胶o型密封圈14的截面直径为2.65mm。将方形固体燃料成型模具放置在浇注缸体5内，并且使圆形固体燃料成型模具置于浇注缸体中心。将内径600mm、外径608mm的硅胶平垫圈16安装在浇注缸体5的密封槽处，其中硅胶平垫圈16的厚度为5mm，然后将浇注缸盖4安装在浇注缸体5上，并通过八根强度为12.9的m12×1.5螺栓15将浇注缸盖4和浇注缸体5连接固定。通过水浴硅胶软管c18将水浴循环加热器10的出口与浇注缸体水浴循环加热入口19连接，通过水浴硅胶软管a将浇注缸体水浴循环加热出口21与料斗水浴循环加热入口22连接，通过水浴硅胶软管b17将料斗水浴循环加热出口23与水浴循环加热器10的入口连接。通过真空管道8依次将浇注缸体真空泵接头20、真空压力表6、手动三通球阀7及真空泵9串联连接。将料斗1的下端与浇注缸盖4中心100mm的孔配合安装。启动水浴循环加热器10，对浇注缸体和料斗加热并保温，打开手动三通球阀7使得真空泵9与浇注缸体连通，将柱塞式流量调节阀芯装入料斗的阀门处并转动柱塞式流量调节阀芯调至完全关闭状态，启动真空泵9，使得浇注缸内的压强为-0.098mpa，将药浆倒入料斗，顺时针转动柱塞式流量调节阀芯2使得药浆下流。当浇注完成后，关闭真空泵，调节手动三通球阀7，使得浇注缸内的压强恢复为大气压强，关闭水浴循环加热器并拆卸掉螺栓15即可将浇注缸盖打开并取出装有药浆的成型模具。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。