燃燒室機匣液壓密封試驗夾具的設(shè)計

摘 要：文章介紹了某發(fā)動機燃燒室機匣壓力實驗所用夾具的設(shè)計結(jié)構(gòu)以及與傳統(tǒng)機匣壓力試驗夾具的區(qū)別，著重介紹了該夾具的密封過程，材料的選用，密封結(jié)構(gòu)的合理性，保證夾具在經(jīng)過100～150噸試驗壓力的情況下不產(chǎn)生泄露。

關(guān)鍵詞：密封夾具；活動封嚴；中心立柱結(jié)構(gòu)；密封結(jié)構(gòu)

1 引言

發(fā)動機燃燒室機匣是一個重要零件，其工作環(huán)境為高溫、高壓，由于工作環(huán)境苛刻，需要在加工環(huán)節(jié)完成密封性試驗，以檢驗筒體、焊縫等結(jié)構(gòu)強度，保證機匣裝機使用安全可靠。一般試驗壓力要求25～28Mpa，試驗時內(nèi)壁將承受100～150噸的水壓，而且燃燒室機匣結(jié)構(gòu)為薄壁件，內(nèi)腔承壓面積大，上下安裝邊強度低，安裝座形狀各異等，都給密封試驗夾具的設(shè)計、制造帶來極大的難度和考驗。在不同型號發(fā)動機燃燒室機匣液壓密封試驗的實踐過程中，經(jīng)過反復(fù)攻關(guān)、改進，燃燒室機匣液壓密封試驗從最初近兩個月的周期，最終到一次試驗成功。

2 零件結(jié)構(gòu)工藝特點

2.1 燃燒室機匣結(jié)構(gòu)工藝特點

2.1.1 結(jié)構(gòu)復(fù)雜

該件主體由外腔體、內(nèi)腔體和連接段三大部分焊接組成，外腔體上焊接、加工有47處安裝孔和安裝座。內(nèi)、外腔體之間在試驗過程中不允許相通，而內(nèi)腔體的圓柱內(nèi)壁體部分僅有5mm長，端面部分僅有2mm。

2.1.2 尺寸大、壁厚薄，精度高。安裝邊的最大直徑為ф610mm，總高度為282mm，內(nèi)腔體壁厚2.4mm，在試驗過程中由于壓力大，極易產(chǎn)生變，從而形成縫隙形成泄漏。

2.1.3 安裝座結(jié)構(gòu)各異，接口形式有錐面連接、端面連接、柱面連接等形式。

2.2 燃燒室機匣液壓密封試驗夾具設(shè)計要求

2.2.1 工藝要求試驗過程中，試驗水壓為25MPa，保持穩(wěn)壓10分鐘，需要夾具具有足夠的剛性和強度。

2.2.2 工藝要求密封內(nèi)腔體上、下兩個端面，保證內(nèi)腔與外腔的隔絕，分別進行密封試驗保證外腔體與外界的隔絕。

2.2.3 工藝要求密封47處安裝座，試驗過程中無泄壓現(xiàn)象，保持穩(wěn)壓狀態(tài)。

2.2.4 密封試驗夾具與試驗器連接可靠，實現(xiàn)分腔供壓等。

3 燃燒室機匣液壓密封試驗夾具總體設(shè)計

基于零件的結(jié)構(gòu)特點及工藝對密封試驗夾具的要求，結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗，夾具承力結(jié)構(gòu)剛性對密封效果影響起到關(guān)鍵作用，設(shè)計應(yīng)考慮有足夠的強度，同時考慮承載巨大拉力時壓緊力的可調(diào)節(jié)性。因此，該夾具設(shè)計總體結(jié)構(gòu)采用中心立柱輔以拉桿共同承擔(dān)拉力的結(jié)構(gòu)形式，摒棄了以往密封試驗夾具主要由螺栓承擔(dān)拉力的結(jié)構(gòu)。同時放棄長期防銹考慮，中心立柱和四周拉桿材料由1Cr18N9Ti改為45鋼發(fā)藍。

燃燒室機匣液壓密封試驗夾具總體結(jié)構(gòu)圖

3.1 主壓緊密封的設(shè)計

夾具主壓緊采用中心立柱及8個輔助拉桿壓緊的結(jié)構(gòu)，在此夾具基本達到了機匣上下端口密封的壓緊力需求，同時，安裝邊加橡膠墊，借助機匣安裝邊安裝孔采用螺栓壓緊密封。由于安裝邊孔徑較小（M6螺釘），密度不足，在以往設(shè)計時隨著那壓力上升機匣開始變形，隨之安裝邊變形影響密封，采取扇形段壓板輔助壓緊，彌補安裝邊強度，控制其變形，增加壓緊力的辦法達到密封效果，此夾具因機匣直徑和高度相對較小些，整體剛性較好，沒有采取扇形段壓板輔助壓緊結(jié)構(gòu)。

3.2 內(nèi)腔體上端面密封的設(shè)計

主要難點是內(nèi)腔體止口厚度僅2mm，可利用密封高度僅5mm。設(shè)計時采用夾具主體上壓蓋與內(nèi)腔上壓蓋上下滑動壓緊密封圈的密封方式。既通過擰緊螺栓64帶動密封蓋8向上移動壓緊密封圈57，密封圈57在軸向被壓緊充分變形，從而使O型密封圈密封時所需的密封長度大大縮短，并形成O型密封圈外徑漲大而內(nèi)徑縮小，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)O型密封圈與所要密封面的徑向間隙大小來調(diào)節(jié)O型密封圈的變形程度，使密封面被O型密封圈充分壓緊密實，使密封圈變形消除與零件之間的間隙從而達到密封效果。而且反向拉緊密封在盲裝狀態(tài)下，對正、裝配相對方便、易于操作。與此同時，采用環(huán)形O型密封圈解決內(nèi)腔體密封蓋板與夾具主體上蓋板之間的密封問題；采用澆注聚氨酯橡膠環(huán)塊壓緊、密封內(nèi)腔體上端面，形成雙重密封。

3.3 內(nèi)腔體下端面密封的設(shè)計

內(nèi)腔體下安裝邊與外腔體之間也是采用滑動密封，不同的是采用了內(nèi)外壁擠壓O型密封圈的變形方式實現(xiàn)密封。通過安裝邊與滑動密封座63連接，滑動密封座63安裝3組密封膠圈并與下底板1相應(yīng)的直口配合，使得內(nèi)腔體與外腔體隔絕，底板1環(huán)帶外徑安裝3組密封膠圈通過密封環(huán)5、密封圈25（軟聚氯乙烯）與外腔體連接，使外腔體得到密封。

3.4 中心立柱與主體上下密封壓蓋密封的設(shè)計

中心立柱與主體上下密封壓蓋的密封均屬軸、盤之間的滑動密封，因此采用了多重O型密封圈密封的常規(guī)密封形式。由于上蓋屬懸壓狀態(tài)，而且需要反復(fù)拆裝，容易造成O型密封圈的損傷，考慮采用了4組O型密封圈封嚴；下蓋固定不需拆裝，考慮采用了3組O型密封圈封嚴。試驗證明，此結(jié)構(gòu)比較可靠，未發(fā)生泄漏。

4 油嘴及安裝座密封的設(shè)計

4.1 內(nèi)長錐油嘴的密封

噴油嘴采用錐堵的防滲漏措施，錐堵與壓緊螺母采用間隙加彈簧片的連接方式，保證錐堵不卡滯，能夠自由擺動而與零件錐孔面密合。

4.2 內(nèi)短錐油嘴的密封

噴油結(jié)構(gòu)，追面較短，貼合密封難以達到效果。采用球面密封并輔以端面O型密封圈密封的方式實現(xiàn)雙重密封，試驗效果良好。

4.3 帶螺孔安裝座的密封

帶安裝螺孔的安裝座，有方形、三角形等多種形式，直接采用橡膠墊端面密封由于接觸面積大，螺釘壓緊力小等因素，很容易造成滲漏，更換不同硬度的橡膠墊，效果均不理想。此夾具盡量采用了O型密封圈密封輔以端面橡膠墊密封的方式，試驗中滲漏較少，經(jīng)過調(diào)整全部可靠封嚴。

4.4 螺紋孔的密封

螺紋孔的密封改變了端面橡膠墊的密封方式，采用了端面O型密封圈密封，專用O型密封圈的彈性和密封結(jié)構(gòu)使這類密封非常可靠，只需在試驗過程中略加調(diào)整即可達到密封效果。

5 結(jié)束語

液壓密封試驗在航空發(fā)動機制造過程中是一項應(yīng)用比較普遍的強度、密封性能試驗工藝方法，在油路、機匣等承載較大壓力負荷的零組件中均有應(yīng)用。液壓密封試驗夾具作為試驗載體，起到很重要的作用。本夾具通過前期同類夾具的經(jīng)驗積累和結(jié)構(gòu)改進，在夾具剛性、密封效果方面都有很大的提高，完全滿足密封試驗工藝參數(shù)要求，密封試驗一次成功。

參考文獻

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[2]《航空工藝裝備夾具設(shè)計手冊》.

[3]《機匣制造技術(shù)》-《透平機械現(xiàn)代化制造技術(shù)叢書》.

[4]《公差配合與技術(shù)測量》.