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。     

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。     

基于金属密封垫圈非线性变形仿真的预紧设计

为确保密封结构能有效阻止箱体内部介质的泄漏,要求密封面具备一定的密封比压,即通过施加合理的拧紧力矩来控制密封件的压缩量。目前主要采用试验方法验证一系列拧紧力矩下的密封效果,从而获取临界力矩值并确定可靠的拧紧力矩设计值。文章基于试验经验做出了合理的假设以建立简化的非线性有限元分析模型,对金属垫圈在压紧力下的塑性变形进行仿真,通过金属垫圈发生临界变形量的压紧力反推出拧紧力矩的临界值。该方法获取的临界力矩值与试验方法相近,可以有效地提高设计效率,降低试验成本。     

一种新型Bang-Bang电磁阀的研制

针对系统提出的轻质长寿命、氙气工作介质的要求,特别设计了一种新型Bang-Bang电磁阀。该电磁阀采用"弹簧+单簧片"的设计方案,通过对5. 70～6. 72 MPa密封比压、0. 12～0. 14 mm配合间隙、0. 20 mm行程等参数的合理选取,阀门顺利地通过了振动试验、最大量级1 600 g的冲击试验、20 g加速度试验、(10～75)℃热真空试验和(-10～+75)℃热循环等环境试验的考核以及100万次的寿命试验验证,试验前后阀门漏率及响应时间等参数稳定,满足了系统要求。     

球面密封结构的漏率预估

球面密封结构是国内卫星推进系统管路中经常使用的密封结构,其工作性能直接关系着卫星的在轨安全。针对球面密封的密封机理,通过非线性有限元法分析了安装条件下的密封状态。在此基础上,研究了泄漏气流的流动状态,结合Roth模型建立了分子流状态下的漏率计算模型,得出了泄漏漏率和拧紧力矩、表面粗糙度的对应关系,对检漏条件下结构的漏率进行了预估。在理论计算的同时,通过实验证明了漏率预估方法的准确性。     

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。     

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。     

推进剂贮箱箱底密封外焊罩结构设计及焊接热效应实验研究

为对运载火箭推进剂贮箱箱底传感器及阀门管路与贮箱箱底法兰的密封面实现备保密封,提出一种密封外焊罩结构。并针对箱底传感器对于外焊罩焊接热效应承受能力较低的风险,开展外焊罩焊接热效应摸底实验,制定焊接过程的散热方案,确定焊接时间、焊接时间间隔等工艺参数,以期为后续传感器外焊罩箭上焊接提供技术支持。     

面向涡轮泵端面密封性能要求的装配工艺研究

通过分析某型号液体火箭发动机涡轮泵端面密封装配质量及泄漏原因,提出一种面向端面密封性能要求的锁紧螺母静压锁紧技术,开发出轴端螺母间歇式递增拧紧的工艺方法。采用接触非线性有限元技术和弹性相互作用理论建立了涡轮泵锁紧螺母连接的有限元模型,研究涡轮泵轴端螺母锁紧方式、拧紧力矩大小与密封性能之间的关系,根据工况载荷下涡轮泵对密封性能的要求反求装配连接拧紧力矩大小。通过对该型号涡轮泵进行工艺试验研究,解决了端面密封泄漏量超差问题,端面密封一次装配成功率由原来的50%提高到90%,验证了该技术方法的可行性。     

飞船部组件的检漏试验方法

飞船上许多密封结构的部组件需要进行泄漏率检测，以验证密封效果的可靠性。文章主要介绍了神舟飞船部组件在环模试验中进行漏率测试所涉及的各种方法、原理及特点，可对未来型号产品的密封性能检测试验方案设计，提供一定的参考。     

充气卸荷开关泄漏机理分析

某发射场进行火箭发动机气瓶充气时出现充气卸荷开关关闭后泄漏故障,分解卸荷开关后发现卸荷开关阀芯导向部位存在异常磨损,且阀芯非金属密封面周向密封压痕深度不均匀,结合故障形貌,采用有限元仿真计算压痕深度,对泄漏故障的根本原因进行深入剖析。分析结果表明:卸荷开关阀芯导向部位存在微小原始缺陷,多次动作后在阀芯与壳体导向部位产生粘着磨损,阀芯在壳体导向孔中回位发生偏斜,造成阀芯非金属密封面出现不均匀压痕,最终导致卸荷开关在测试时漏率超标。     

液氧煤油发动机碟形金属密封特性

碟形金属密封是一种精密的封闭式密封结构,在预紧过程和工作过程中表现出强烈的非线性特征,采用试验手段或者线性有限元方法无法对其密封特性进行直观量化研究。为了解决该问题,以1 200 kN推力液氧煤油发动机中的一种小直径碟形金属密封结构为研究对象,采用非线性弹塑性有限元仿真计算方法,分析了密封结构轴向压缩量、各密封面的密封面积及密封应力随加载载荷的变化规律,研究了碟形密封结构的密封机理和轴向刚度特性。分析结果表明:预紧载荷作用后4个密封面均形成密封面积和密封应力,预紧状态下碟形环发生"S"形变形并出现失稳现象,介质的压力载荷和温度载荷造成各密封面的密封性能下降。     

一种新型深空探测样品封装技术

对样品进行真空封装是深空探测取样及返回任务中的一项核心技术,它能够成功维持样品成分原态。文章提出了一种能够符合我国深空探测任务的样品封装技术,其封装机构由复合式开合机构及火工锁紧机构组成,是一种极低漏率、高可靠的多层金属真空密封容器。通过对这种复合式开合机构和火工锁紧机构的特性方程的推导,对多层金属真空密封的材料匹配等机理的分析,确认这种新型的样品封装技术的原理是正确和可行的。最后对原理样机的性能进行了验证,结果表明:封装机构的体积小、功耗低、可靠性高,样机的密封性能良好,设计具有创新性及工程实用性。     

软金属密封结构密封性能数值仿真研究

针对液氧煤油发动机管路中广泛应用的软金属密封结构,采用单边接触模型和材料弹塑性模型相结合的方法,通过有限元软件Nastran隐式非线性模块对其进行数值仿真。得到并分析了结构应力、位移及接触应力等相关参数。结果表明,软金属密封结构在45 MPa内压下,结构强度满足使用要求,密封面接触应力大于300 MPa,密封安全系数大于1.67。     

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。     

大型薄壁焊接密封舱体工艺技术研究

描述了神舟号飞船研制中大型薄壁密封舱的焊接变形控制技术、整舱组合加工工装的设计制造方法、大尺寸密封面和密封槽的加工技术、舱体对接密封接口的加工技术、舱体轮廓度保证及测量技术等。提出了大量标准件+极少量专用件=有效的工装的工装设计技术途径，用于神舟号飞船密封舱体加工，取得较好的效果。     

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。     

航天复合材料压力容器研制技术

分析了航天复合材料压力容器技术指标特点。提出了容器金属内衬、增强纤维和树脂基体的选材要求。讨论了金属内衬全金属承压区、薄膜区、封头过渡区、封头/筒体界面、焊接区的结构设计方法,以及圆柱形、球形、近球形、椭球形、环形、锥形容器纤维缠绕复合材料壳体结构特点。简述了结构设计算法,以及包括疲劳寿命、应力断裂寿命、爆破前先泄漏(LBB)安全失效模式等容器安全设计的分析和试验方法。     

高压小直径筒体密结构分析设计

采用以弹性应力分析和塑失效准则基础的分析设计方法，对液体介质的高压小直径密封结构进行了理论分析及工艺试验，同时分析了影响密封效果的各种规范参数，经实际应用，证明该设计方法完全达到了设计要求。     

高压小直径筒体密封结构分析设计

采用以弹性应力分析和塑性失效准则为基础的分析设计方法，对液体介质的高压小直径密封结构进行了理论分析及工艺试验，同时分析了影响密封效果的各种规范参数。经实际应用，证明该设计方法完全达到了设计要求。