高壓管路透鏡墊連接件結構分析

閆 峰，趙宏軒，余愛英

（西安航天動力試驗技術研究所，陜西西安710100）

0 引言

液體火箭發動機由推力室、渦輪泵、燃氣發生器、閥門和調節器等組合件構成，組合件試驗成為發動機研制工作的重要組成部分。某試車臺設計用于發動機高壓組合件試驗，該試車臺的增壓系統管路和部件連接采用了透鏡墊和錐面連接的連接密封結構。擰緊力矩過大可能會導致螺栓擰斷，透鏡墊－錐面被壓碎、扭曲或斷裂，也可能使螺紋牙被剪斷而脫扣，最終影響密封質量。

本文主要通過連接結構力學分析進行了密封計算和螺栓強度校核，并在此基礎上用有限元分析軟件ANSYS對密封結構進行接觸分析，得出了透鏡墊－錐面結構在不同擰緊力矩作用下的受力狀況，為確定擰緊力矩與透鏡墊－錐面的接觸應力及接觸面積的關系及進行力學環境試驗研究提供必要的參數。

1 連接結構力學分析

在系統管路裝配過程中，透鏡墊球面和螺紋接管錐面結構在螺母擰緊力矩T的作用下，錐面和球面承受軸向預緊力F，表面之間逐漸旋合接觸壓緊，形成接觸面實現密封，連接結構如圖1所示。本文選取通徑DN65的連接結構進行結構分析和接觸分析。

1.1 密封計算

通過比較密封面計算比壓和必須比壓，對透鏡墊連接結構進行密封計算。高壓氣體管路設計壓力為45 MPa，透鏡墊和螺紋接管材料為0Cr18Ni10Ti。

密封面上的總作用力：

Qmj為密封面上的介質作用力：

式中：Dmn為密封面內徑，Dmn＝Dk－bm，其中Dk為圓直徑，，其中，R為球半徑，θ為錐角；……