高压补燃发动机Э形弹性金属密封机理研究.pdf

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1、第40卷第6期2014年12月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSl0NV01．40．№．6Dec．2014高压补燃发动机3形弹性金属密封机理研究雷征1，刘志让2，陈建华1，白旭东-(1．西安航天动力研究所，陕西西安710100；2．航天推进技术研究院，陕西西安710100)摘要：3形弹性金属密封是一种适用于大通径、低温、高压密封环境的金属密封结构，已成功应用于高压补燃液氧／煤油发动机液氧管路密封。针对100吨级高压补燃发动机中的3形弹性金属密封，建立了其非线性有限元弹塑性分析模型，基于ABAQus6．1

2、0进行了仿真计算，得到了4个密封面的接触面积和接触应力随预紧载荷的变化规律，确定了各密封面形成的先后顺序。对于密封机理的研究结果表明，3形环刚度过大是造成3形密封装配困难的根本原因。关键词：高压补燃发动机；3形弹性金属密封；密封机理；装配困难中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2014)06—0013—06Researchonsealingmechanismsof3一shapedelasticmetalsealinhigh—pressurestagedcoIllbustionrocket

3、engineLEIZhen91，LIUZ11i—m乎，cHENJian-hual，BAJxu—don91(1．Xi’anAerospacePropulsionIllsti仉te，Xi’an710100，China2．AcadeInyofAerospacePropulsionTecllllology，Xi’an710l00，China)Abs岫Ict：3一shapedelasticmetalsealissuitableforlargediametersealingjoint，hi曲pressureandlowtempera

4、tureenVim砌ent．nhasbeensuccessmllyusedintheLOXpipelinesystemofhi曲pressures魄edcombustionLOX／kerosenerocketen西ne．Tllenonlinearanalysismodelof3-shapedelasticmetalsealinme100tstagedhigh-pressurecombustionrocketenginewasestablished．Bycon(1uctingthenonlillearfiniteeleme

5、ntanalysiswithABAQUS6．10，theVadationregularityofcontactareaandaveragecontacts仃essonthefoursealingsumceswithpre—ti曲tenloadwasc印tured，andthefo姗iIlgsequenceofthesealingsu渤ceswasconfinIled．TheresearchresultofsealingmechaIlismi11dicates廿1attheexcessiVeaxialstifmessof3

6、一shapedringistheultimatereasonwhichcausesmeassemblydimcul锣．K∞啊0rds：high—pressurestagedcombustionrocketengine；3一shapedelasticmetalseal；sealingmechanism；assemblydimcult)r收稿日期：2014一08—13；修回日期：2014—08-29基金项目：国家863项目(2012AA702302)作者简介：雷征(1988一)，男，硕士研究生，研究领域为低温液体火箭发动机总

7、体设计14火箭推进2014年12月0引言与常规液体火箭发动机相比，高压补燃液氧／煤油发动机的室压更高，温度更低，并且高温燃气富氧[1】。在这种严酷的密封环境下，传统的金属0形圈密封【2-5]、球头喇叭口密封【删已不再适用【101。为解决100吨级高压补燃液氧，煤油发动机低温液氧管路的高压密封问题，西安航天动力研究所研制了适用于大通径、低温、高压环境的3形弹性金属密封(简称3形密封结构见图1)。球面法兰密封件垫圈螺栓C(a)结构装配示意图DEA(b)3形环图19形弹性金属密封Fig．13一shapedelasticmeta

8、lseal3形密封是一种自紧式密封，在结构设计上具有以下特点：1)采用了冗余设计，3形环分别与凸球面法兰和凹球面法兰形成内、外2道(共4道)线接触而实现密封作用。2)采用开槽凸球面与凹球面法兰连接，螺栓设计成球形螺栓，垫圈设计成球形垫圈，具有装配偏斜补偿作用。3)采用了双自紧式密封设计，正常状态下由密封面A、D之间的