火箭发动机端面密封静环热压工艺及故障分析

静环是端面密封的主要组成部分,石墨环热压环节是整个静环生产的核心,热压成品率直接关系端面密封的质量可靠性。结合生产工艺过程,深入分析了热压工艺机理,建立了静环热压的数学模型,明确了镶嵌应力、过盈量校核等一系列参数。在此基础上,形成了一套完备的热压工艺方法。结合某型号试车端面密封故障问题,对静环进行了仿真分析和试验验证。结果表明,在热反浸过程端面密封受到高温作用,由于石墨材料线性膨胀系数发生变化,导致石墨环和静环座间的过盈量减小,过盈连接部位局部存在微缝隙,石墨环受高压介质挤压不均匀脱出,石墨环脱出不均匀导致石墨端面变形,产生泄漏。     

全氟醚橡胶低温密封性能和工艺研究

对全氟醚橡胶密封圈低温条件下密封泄漏问题进行了理论分析,从改善材料压缩永久变形性能方面出发,调整二段硫化工艺参数,并进行产品低温密封试验。试验表明,调整后的二段硫化条件在保证全氟醚橡胶本身物理机械性能的条件下,提高了全氟醚橡胶密封圈在低温条件下的密封性能。     

流体动压集装式机械密封的选型及应用

介绍了流体动压集装式机械密封的原理及应用,针对输油泵的工作环境和技术特点,设计出符合要求的流体动压型集装式机械密封,对端面动力槽进行了对比、选型,并进行了多种摩擦副材料配对试验验证,分析认为采用圆弧深槽方案可以有效地改善密封端面的润滑情况,使密封具有高的可靠性和好的密封性能。     

影响石墨材料浸泡N2O4后密封性的研究分析

为验证石墨材料与N2O4介质的相容性,对4种不同石墨材料进行了N2O4介质浸泡试验。针对试验结果,从石墨材料气孔率、浸渍树脂、石墨基材、石墨元素分析及石墨微观结构等方面,研究分析了石墨材料介质浸泡后影响其密封性能的原因。分析认为石墨杂质和微观组织结构对石墨材料耐N2O4介质有重要影响。     

膜盒式机械密封设计研究

基于膜盒式机械密封理论与经验,研究了膜盒式机械密封密封材料、密封结构、密封性能、密封比压、泄漏量等之间的关系.基于ANSYS有限元软件平台面-面接触分析模块Contact Pressure,仿真分析和计算了膜盒式静环组件在过盈配合压装条件下端面块应力、应变场分布与变形量之间的关系,得出了膜盒式机械密封密封材料选择、结构、静环组件、密封性能参数设计准则.在该准则中端面块过盈量选取范围为0.16-0.18 mm之间.采用该设计准则设计的膜盒式机械密封已经用于某战略弹道导弹武器系统用液体火箭发动机之中,该发动机已经通过了地面热试车考核.     

长服役期橡胶密封性能分析与寿命评估

鉴于在橡胶密封性能分析过程中鲜有考虑长期老化效应影响,文章首先基于时温等效理论,构建考虑热氧老化效应的橡胶密封性能分析理论模型,并采用该模型研究不同压缩率和性能变化指标对橡胶接触性能的影响规律。然后,建立橡胶密封计算的平均接触压力与试验测试的橡胶密封泄漏率间的函数关系,并将采用这一关系预测的橡胶密封的泄漏率与试验测试结果进行对比。最后,拟合橡胶密封泄漏率与老化时间之间的函数关系,经外推,实现对O形橡胶密封寿命的精确预测。     

多级串联密封系统泄漏规律及应用研究

多级串联密封结构的泄漏过程非常复杂,其泄漏规律对多级密封结构的设计、检漏和密封安全评估等具有重要意义。建立了多级串联密封系统的数学模型,揭示了多级串联密封结构正压泄漏的漏率、漏量与泄漏时间关系的一般规律,通过三级密封系统泄漏的仿真计算实例和泄漏实验,验证了多级串联密封泄漏理论的正确性,并总结了多级串连密封泄漏规律的应用方法。     

球面密封结构密封性能初步测试

球面密封结构是卫星推进系统中重要的密封结构。为了对它的密封性能进行研究,专门设计了一个试验平台,选择了相应的检漏设备、充气设备和安装设备。经过试验,发现了密封表面加工质量对密封性能的影响。经过分析,研究了球面结构的泄漏机理,提出了保证密封性能的措施。     

高压液氧涡轮泵孔型/蜂窝阻尼密封的设计

针对某型火箭发动机高压液氧涡轮泵离心轮的前、后凸肩动密封,采用孔型/蜂窝阻尼密封代替原始迷宫密封方案,并对密封结构参数进行优化设计,旨在减小泵内动静间隙泄漏,提高泵容积效率。采用经水工质孔型密封泄漏量实验数据验证的,基于k-ε湍流模型和三维定常Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的液体孔型密封泄漏量数值计算方法,研究了孔深、孔径对液氧孔型阻尼密封、蜂窝阻尼密封泄漏特性的影响规律,并与迷宫密封的封严性能进行了比较。计算分析了孔径在0.3~2.0 mm范围内、孔深在0.1~2.0 mm范围内连续变化时孔型阻尼密封的泄漏量。结果表明:相同孔径和孔深下,孔型阻尼密封和蜂窝阻尼密封具有相近的封严性能,均优于迷宫密封;有限的密封轴向长度下,液氧孔型/蜂窝阻尼密封泄漏量随孔径的增大(轴向孔数目减小)先减小后增大,孔型/蜂窝阻尼密封最佳孔径为1.4 mm;不同孔径下,液氧孔型/蜂窝密封均存在最佳深径比0.5,泄漏量达到最小值;相比于原始迷宫密封方案,优化设计的孔型/蜂窝阻尼密封使液氧涡轮泵离心轮前、后凸肩动密封泄漏量分别减小了约19%和21%。     

发射箱导轨用石墨填充碳/酚醛复合材料研究

采用石墨填充碳/酚醛模压复合材料技术成形导轨面材料,通过试验,研究和分析了材料各组分对材料摩擦磨损性能的影响。试验结果表明,在石墨含量为10%,碳纤维含量为30%时,石墨、碳纤维填充酚醛树脂复合材料的摩擦磨损性能、烧蚀性能较好,且摩擦系数低,适于用作导轨表面材料。     

基于故障树分析的飞船检漏间泄漏分析与建模

检漏间是飞船在航天发射场进行检漏分析的重要设施设备。在对飞船检漏间的基本结构组成进行分析的基础上,建立了基于小孔泄漏模型的飞船检漏间泄漏过程数学模型,并进行了仿真分析。同时,对飞船检漏间迷宫式密封结构的泄漏途径进行了分析,在此基础上,建立了飞船检漏间泄漏因素的故障树模型。依据该模型,通过分析排查试验,明确了泄漏故障发生的具体位置、泄漏原因以及泄漏机理。在采取针对性维修措施的基础上,飞船检漏间漏率指标达到了平均<100Pa/24h的范围,满足了设计指标<150Pa/24h的要求。实际泄漏检测试验表明：上述方法简单、有效。     

膜盒式机械密封阻尼设计研究

针对膜盒式机械密封膜盒存在疲劳裂纹的问题,以焊接膜盒为研究对象,在分析研究机械密封动力学模型的基础之上,提出了用增加阻尼来提高膜盒抗疲劳裂纹能力的方法,并给出了膜盒式机械密封阻尼设计规范,带阻尼的膜盒式机械密封通过了模态、振动试验和发动机热试车考核,并已应用到发动机的设计中。     

流体动压密封设计

基于有限元Matlab软件平台对流体动压密封进行了计算机数值仿真分析与计算,研究了流体动压密封动环对数螺旋槽半径和螺旋角与流体动压密封开启力和泄漏量之间的关系,得出了流体动压密封设计准则;通过激光打标工艺试验得出了激光打标刻蚀对数螺旋槽的工艺规范,采用该工艺规范加工出的对数螺旋槽动环满足设计要求。流体动压密封介质运转试验结果表明:流体动压密封有限元Matlab计算机数值仿真分析与计算是合理的,流体动压密封设计和工艺规范是正确和有效的。     

铝垫片的力学性能及对典型连接结构应力分布的影响

铝垫片-榫槽结构是液体火箭发动机常用的管路连接形式,其长期贮存密封性能对发动机的可靠性起着重要作用。该结构的密封性能取决于密封区的应力分布,从铝垫片这一连接结构中的主要密封元件着手,研究其力学特性及其对密封区应力分布的影响。首先,开展L4铝垫片材料的力学性能试验,建立了L4铝材料的本构关系;其次,开展常温及200℃下L4铝材料的蠕变试验,建立铝垫片的时间硬化型蠕变模型;最后,使用Abaqus有限元软件分析5~25 N·m预紧力矩下垫片的应力分布规律,以及垫片密封面接触压力随时间变化关系。计算结果表明,垫片的应力分布与装配预紧力矩紧密相关;材料的蠕变特性会导致垫片密封面接触压力随时间松弛,是造成结构泄漏的一个重要隐患。     

液态工质与示漏气体He的漏率等效关系研究

研究密封管路液态工质与示漏气体He间的漏率等效关系,对提高检漏工作的准确性和可靠性有着重要意义。文章以环控生保系统中密封管路所用的液态工质（全氟三乙胺,乙二醇）为研究对象,对液体的流态及泄漏的相态进行理论分析,得出液态工质与He气漏率等效关系的数值区间,并利用质谱分析技术,采用金属压扁型漏孔模拟真实的泄漏孔隙进行试验研究。试验结果表明,液态工质与示漏气体的漏率比值在理论数值区间之内,流动过程中呈现两相流的状态,并且乙二醇的漏率要比He气小,而全氟三乙胺的漏率要比He气大。试验结果为研究液体泄漏过程及液、气漏率等效关系提供了基本方法和基础数据。     

低温安全阀密封设计研究

低温安全阀是一种自动阀门。正常工作时低温安全阀应能在长期超低温环境下利用自身的弹簧力形成良好的密封,但由于密封材料在低温环境发生不可避免的变形导致阀门容易出现泄漏。为了解决上述问题,根据低温安全阀的设计要求提出密封结构方案,并运用ANSYS有限元软件对低温安全阀结构方案、锥面密封结构等进行了数值仿真和应力分析,研究了密封块与阀座之间夹角、密封面锥角和密封中径对密封面接触应力和密封块强度的影响,并从中得出了低温安全阀密封材料的材料选择、密封结构的设计规范和关键尺寸的设计准则,根据该规范设计加工出的低温安全阀通过了标准规定的常温和低温试验,满足设计要求,该阀门已应用于液化天然气、空分、乙烯等工程领域。     

航天器高温热密封设计方法及性能评价

针对先进航天器高温热密封设计领域缺乏系统的设计方法及性能评价准则的现状，基于飞行器热密封设计基本原理，通过理论分析及设计流程优化，设计并开展了高温热失重试验、高温压缩/回弹试验、高温摩擦/磨损试验、冲击和反复加载试验以及高温缝隙泄漏试验，获得了典型密封结构与密封材料的基本性能参数，并提出系统的高温热密封性能评价方法。在此基础上，利用电弧射流平台，对典型连接位置以及某折叠翼热密封设计方案的有效性进行了验证与性能评价，相关成果可为航天器高温热密封设计及性能评价提供理论基础与试验数据 支撑 。     

火箭涡轮泵机械密封研究综述

机械密封作为一种适合在苛刻工况下使用的轴封形式,在火箭各类涡轮泵中得到了广泛应用。涡轮泵的特殊性给机械密封的应用带来了一系列问题。对火箭涡轮泵机械密封方面的研究概况进行简述。首先从高速旋转轴系中的机械密封动力学方面,介绍了高速工况下轴系与机械密封的耦合关系和机械密封主动控制的尝试;然后对火箭涡轮泵机械密封中的摩擦磨损与润滑问题进行了介绍,涉及高速摩擦磨损下的可靠性、热力耦合与变形问题、材料配副、流体膜形成机理与端面几何特征优化等各方面问题;最后介绍了涡轮泵带压长期贮存的工作特点造成的静态慢渗问题。     

考虑法兰变形的U-E金属密封结构匹配优化设计

针对液体火箭发动机大直径高温高压轻量化法兰变形量大导致密封泄漏的问题,采用Walters法结合三维仿真实验对法兰变形进行分析,阐明了法兰变形量及U-E金属主/副密封面密封比压变化,通过法兰变形量对U-E主/副密封之间的高度进行匹配设计;对于U-E密封复杂横截面多结构参数,设计正交实验,结合法兰变形量,系统开展了U-E金属主/副密封设计。结果表明:法兰变形导致压缩量减小,密封回弹量增大,可导致U-E结构的密封比压不足;通过增加压缩量,增加U-E主/副密封高度差,U-E密封正交试验的结构优化,有效地解决了法兰变形下的密封比压不足问题。对优化后的结构进行重复充泄压试验,试验结果均满足要求。     

某型号发射机导热密封垫材料的确定

文章详细论述了某型号发射机导热密封垫的选用过程，对比了目前市场上可供选择的导热密封材料的性能指标，说明了导热密封垫的试验方案，对导热性能试验、漆膜的影响情况试验、随机振动功能试验进行了叙述，分析了试验结果并根据试验结果确定了发射机的导热密封垫材料。