壓力對(duì)膜盒式端面密封平衡直徑的影響

吳 霖，姜緒強(qiáng)，李 銘

( 北京航天動(dòng)力研究所，北京市 100076)

0 引言

膜盒式端面密封由于不需要輔助密封，能夠適應(yīng)低溫、高溫、強(qiáng)腐蝕或氧化環(huán)境，并且泄漏量極小，廣泛應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵中。密封環(huán)配對(duì)材料多為軟-硬組合，需要在高振動(dòng)、高壓力、高轉(zhuǎn)速及特殊的密封介質(zhì)環(huán)境下工作。一般在PV值不高的場(chǎng)合，多采用接觸式結(jié)構(gòu)；在PV值較高的場(chǎng)合，則采用端面開槽的非接觸式結(jié)構(gòu)。由于低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵一般轉(zhuǎn)速較高，即摩擦面線速度V較高，對(duì)于密封的端面比壓

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的要求較高，而密封端面比壓過(guò)大則易引起磨損嚴(yán)重、摩擦發(fā)熱溫升過(guò)高等問(wèn)題，端面比壓過(guò)小則易引起泄漏量增大、密封工作不穩(wěn)定等問(wèn)題。

端面比壓由兩部分組成，一部分是膜盒壓縮產(chǎn)生的壓縮力，另一部分是正反向介質(zhì)壓力作用面積不同產(chǎn)生的軸向力。介質(zhì)壓力對(duì)膜盒作用力一般通過(guò)平衡直徑來(lái)計(jì)算，但平衡直徑一般是受壓力影響的，而關(guān)于壓力波動(dòng)影響平衡直徑的國(guó)內(nèi)外資料少之又少，簡(jiǎn)單理論公式一般不予考慮，各生產(chǎn)廠家的經(jīng)驗(yàn)公式誤差也很大，與實(shí)際表現(xiàn)完全不符。本文采用數(shù)值算法研究了壓縮量、工作壓力對(duì)膜盒應(yīng)力分布、平衡直徑、載荷系數(shù)和端面比壓的影響，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了比壓測(cè)量裝置，驗(yàn)證了數(shù)值仿真得出的規(guī)律。根據(jù)仿真分析和測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)某型氦氣端面密封實(shí)際端面比壓較初始理論設(shè)計(jì)值顯著偏大，可以適當(dāng)降低，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)了降低摩擦發(fā)熱的效果，而泄漏量沒(méi)有顯著增大。……