泵前閥開關(guān)波紋管組件改進設(shè)計

孫 凱，羅 躍

（北京航天動力研究所，北京100076）

0 引言

波紋管組件是一種常用的彈性密封元件，由結(jié)構(gòu)支撐件和波紋管固連在一起形成組件，其在外載荷作用下改變形狀和尺寸，載荷消除后可恢復(fù)原來的狀態(tài)，依據(jù)其特性可實現(xiàn)轉(zhuǎn)換、隔離和密封。因其良好的隔離和耐低溫性能，被普遍采用于低溫發(fā)動機閥門中，作為閥門的承壓和動密封元件。

疲勞壽命水平是波紋管組件的重要性能指標。某型號泵前閥開關(guān)腔波紋管組件為完全對稱的設(shè)置，并使用同一種U形波紋管作為閥門承壓和動密封元件。當(dāng)波紋管組件處于自由狀態(tài)時，閥門處于半開半關(guān)狀態(tài)。在閥門開關(guān)動作中，閥門開腔波紋管組件處于壓縮/拉伸狀態(tài)，關(guān)腔波紋管組件處于拉伸/壓縮狀態(tài)，拉伸和壓縮位移量分別為閥門行程的1/2。在某批次抽典試驗中，閥門動作僅130多次就發(fā)生了開關(guān)腔波紋管組件疲勞失效，不滿足閥門動作次數(shù)不低于200次的壽命要求。經(jīng)分析，疲勞失效是波紋管在交變載荷作用下發(fā)生了雙向彎曲疲勞開裂，最終形成了穿透性裂紋所致。經(jīng)對發(fā)生疲勞失效的同批次閥門進行動作試驗，考核波紋管組件的疲勞壽命水平，對試驗結(jié)果按照對數(shù)正態(tài)分布進行統(tǒng)計，置信水平取0.8，動作次數(shù)要求為36次 (至飛行結(jié)束所要求的最少動作次數(shù))時，計算出可靠性下限0.9683；動作次數(shù)要求為70次 (至飛行結(jié)束所要求的最多動作次數(shù))時，計算出可靠性下限0.9098。從統(tǒng)計分析結(jié)果看，泵前閥開關(guān)腔波紋管組件可靠性水平較低，與發(fā)動機的高可靠性要求存在較大差距。……