涡轮泵机械密封泄漏机理分析及试验验证

针对某液体火箭发动机涡轮泵试车过程中机械密封故障进行了分析,研究了机械密封泄漏机理。通过N2O4介质运转试验,从石墨材料物理性能和组织结构两个方面分析了机械密封泄漏原因,试验证明石墨材料的导热性、动环材料的导热性对密封性能起着关键作用。     

旋转式唇形密封圈开启特性研究

为研究对唇形密封圈可重复使用至关重要的开启性能,建立了唇形密封圈临界开启判据和仿真计算模型,求解了临界开启转速.研究了弹簧紧箍力、唇口过盈量以及泵入口压力对临界开启转速的影响规律,进行了唇形密封圈水运转试验.结果表明:随着弹簧紧箍力的增加,临界开启转速呈线性增加,推荐弹簧紧箍力取值范围为0.1～0.3 N/mm;当唇口过盈量从0.1 mm增加到0.8 mm时,临界开启转速增加量仅为1％,推荐唇口过盈量取值范围为0.3～0.6 mm;泵入口压力对临界开启转速影响较大,当泵入口压力较高时,可以通过减小弹簧紧箍力来降低临界开启转速;泵入口压力从0.4～0.75 MPa变化时,临界开启转速的理论研究结果与试验研究结果偏差范围为2％～7.2％,表明关于唇形密封圈开启转速的数值计算是正确的.     

RP-3和RP-5燃油对全环回流燃烧室点火性能影响研究

为了了解RP-3与RP-5燃油对某小型全环回流燃烧室高空点火性能的影响,在低温低压点火试验器上,保持燃油温度与进口空气温度相同,在-40℃、-30℃、-20℃和0℃,空气压力为44kPa、54kPa、62kPa和101kPa条件下,分别对使用RP-3、RP-5燃油的全环回流燃烧室试验件开展点火试验。结果表明：RP-3燃油在试验的低温、低压条件下可以点火成功,RP-5燃油在温度为-40℃的条件下不能点火成功;燃烧室进口空气参数相同、两种燃油均能成功点火时,RP-5燃油的燃烧室点火边界比RP-3燃油窄20%左右,且其平均着火时间比RP-3长6.8s,但从着火成功到全环周向联焰成功的间隔时间比RP-3短2s;随着燃烧室进口温度降低,两种燃油在相同状态下的点火边界差别逐渐扩大,燃烧室进口空气压力对点火边界的影响比空气和燃油温度的影响大。     

U-E密封设计研究

基于ABAQUS平台建立了发动机燃气摇摆装置——推力室对接法兰处用U-E密封有限元模型,采用ABAQUS/Standard模块隐式算法求解了U-E密封与法兰副相接触时,UE密封环结构参数;主、副密封唇压缩量发生变化时,压缩量与密封环等效Mises应力、塑性应变和接触压强之间的关系等。由此得到了U-E密封材料选择准则与密封结构设计准则,采用该设计准则设计、制造的U-E密封通过了37.5 MPa液压强度和25 MPa高压气密试验。试验结果表明:U-E密封设计准则正确、合理、适用,密封性能满足使用要求。     

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.     

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。     

高性能旋转动密封环设计研究

基于ANSYS软件平台,对高性能旋转动密封环流场进行了数值仿真分析与计算,研究了高性能旋转动密封环圆弧槽槽形结构和圆弧槽几何结构尺寸与密封环液膜压力和剪切应力之间的关系,由此得出了高性旋转动密封环设计准则,采用该准则设计、制造的高性能旋转动密封环通过了坦克专用传动系统密封试验台密封性能和密封可靠性试验考核,试验结果表明,高性能旋转动密封环满足设计与使用要求.     

非实例化标准件消耗式装配工艺设计技术研究

针对飞机产品数据中大量非实例化标准件尚未实现消耗式工艺设计的难题,提出了依据装配需求对非实例化标准件进行二级拆分及消耗式分配的思路。结合业务架构流程梳理,采用CATIA CAA二次开发开展非实例化标准件R模型的工位级拆分,并系统研究了装配工艺设计过程中非实例化标准件的消耗式分配和管理技术,在某项目产品上开展了系统测试及应用验证,完成了AO创建,实现了所有参装件的消耗式装配工艺设计,保证了制造数据与工程数据的一致性和准确性,取得了较好的应用效果。     

液体火箭发动机端面密封用石墨材料内部缺陷检测工艺方法

介绍了石墨材料的制造工艺和缺陷类型,并结合液体火箭发动机端面密封的工作特性,阐明了端面密封用石墨材料内部缺陷检测的必要性。对目前通用的无损检测方法进行了对比分析,确定了适用于液体火箭发动机端面密封用石墨材料内部缺陷的X射线检测方法,并对X射线检测过程中图像灰度、对比度、电压、电流、滤片及积分时间等关键工艺参数的影响因素进行了对比分析,确定了石墨材料内部缺陷检测的工艺参数设置准则及高精度检测方法,实现了石墨材料内部孔隙的可视化仿真分析,并提出了一种基于图像处理的石墨材料气孔率统计计算方法,最终建立了液体火箭发动机端面密封用石墨材料内部典型缺陷的特征标样。