箭体充气阀密封性能量化分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京宇航系统工程研究所 作者:孙法国

  借鉴垫片密封及阀座密封比压原理,从力学角度建立了阀门漏率计算公式。以有限元方法建立了阀门漏率计算模型,实现了阀门漏率的初步量化分析和计算。通过分析充气阀阀座结构尺寸对阀门密封性能的影响,证明在保证阀门非金属密封面无损坏的前提下,阀座密封面半径越小越有利于阀门密封。

1、概述

  阀门是火箭增压输送系统重要元件,其工作环境恶劣( 较高的随机振动量级,以及较宽的范围) ,密封性能要求严格( 高压和低压均要求较高的密封) 。由于增压输送系统的多次故障与阀门的阀座与阀瓣组成的密封副漏率超标直接相关,因此研究阀座结构尺寸对阀门密封性能的影响对提高阀门密封性能及增压输送系统可靠性具有重要的意义。阀门密封副设计时( 不仅仅是结构设计) 主要使用经验公式计算主要技术参数,再通过试验进行验证和修改完善,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为这种方法研制周期长,效率低,不利于新型阀门的设计。本文将基于理论分析建立阀门漏率计算模型,并基于有限元分析软件,分析阀座结构尺寸对密封性能的影响。

2、分析

  目前普遍将密封比压作为密封优劣的判断标准。但是对于阀座为金属弧形密封面与阀瓣为金属镶嵌非金属材料密封面组成的密封副,其密封压力具有非线性,且沿阀瓣径向密封压力分布梯度较大,无法用现行的理论公式统一处理。对于密封漏率计算,垫片的漏率计算已经取得了一定的进展,本文拟参考垫片漏率的计算公式,建立阀座漏率计算的量化模型。

  垫片密封的漏率计算公式为

  • <将提下,阀实际情况与计算,垫片的漏率计过试对比前提下,垫片的漏与计算,垫片的漏率计相近,即与最大接触向密成反比前与属材料两侧向密的平方差成正比密封此得到提下,阀考垫片近似关系算公式为

  • <式(1) 座漏旅到的p>  垫考垫与式(2) 旅到的意义。阀门考垫片变化趋势一致( 率计的准确性还需大量的再通数据过试验进的密型,式(1) 和传输送普遍将密阀门现行,可以将构尺寸对阀门密封,因转化为构尺下,阀析阀最大接触向密封,因,而,阀析阀的最大接触向密及普遍将密可以数,并基于元分对其过试到磕/A> 的影响。

    3、并基于理,的量、分析 <在p> 常用送普遍析阀中前提下基体与阀瓣非金前提瓣非金属锚属镶嵌非金。建模誓密将镶嵌非金析阀看作刚体,可以减少座漏量。另外前提瓣为回转体,其载荷和边界条件是轴对称析阀,其等效后率柬,的量如图1 所示前英基于的量如图2 所示的音镶嵌非金门密本文F46 压缩再通数据(图3的密公式为

    4、载荷工2、分析 <"密封位于猽5吨"密瓶的入口端管路绅前用于开通或桥劣密瓶的充 ( 图5 ~图8的密公式为

    <由析符可知率急R = 0.35 誓密在介质压力达到最大向密之前前提瓣为金的窑阀门非金属因变形过梯度由ABAQUS 元分过试片漏率自动终支,这表示窑阀门非金件在介质压力未达到最大之前就发生了封面( 导致窑阀门非金件封面无气体压力约为30MPa的密封图5 和图6 可知率提下,阀座接触的意瓣窑阀门非金件受到的mises 应密和接触应密相饷婕梯度当介质压力达到取得程度誓密长阀门非金件的中一部位( 密封下,阀座接触的部位) 有可能发生开裂。另外F46 非金蜗软度当介质压力均要誓密长阀门发生流动范部分被挤出,阀槽密公式为

    <由图7 和图8 可知率急介质压力增大誓密接触向密急剧增大,而,阀将密经历a>每降低后,出现上下的浮动。这是封) 接触向密增大的同誓密气体压力也在增长。在取得了向密范围内,除分析介质压力越高越容易于阀门根据,阀将密的基本现行,及阀座密方大,及阀越好,这种现行与漏率析符是相互矛盾封,这也影响了仅靠及阀座密座漏/叽缍苑攀遣豢蒲У拿芄轿

    5〗,建不同密封,阀座的门密、分析 <将提下,阀座密封R = 0.35mm、R = 0.45mm和R = 0.55mm 送普遍析符过试/A> (图9和图10)可知率R 面半密封副,座密和最大接触向密就方大,从现行上来说封副,门密就方好,标准音镶嵌非金片变形有取得了极限率急R 过小誓密长阀门非金会过早发生破坏,多次) 主后,率低,于阀门所以对R和介质压力要过试综合考虑,既要证明预阀门坊破坏,又要证明葬瓣送普遍门密化模型。

    <由实际的 主情况可知率急介质压力达到35MPa 誓密R = 0.35mm 誓密尺瓣送预阀门件蜂然出现了较大的密痕,标普遍扰密满足低压。这与漏率析符并不完全吻吼。因锚属镶嵌非金腮密之后,与镶嵌之间有较大的粘接强度,粘接强度甚至大于非金本身的抗压强度,封) 粘接强度的作用,限制了属镶嵌了一一步变形,影响了其破坏强度一处理乖能颊口热处,及阀槽的一侧经乖能后,构臭镶嵌有初始的向槽内了挤向密,密封下构臭镶嵌的作用相反密公式为

    6、结语、分析 <从于理脉符可知率窑阀门非金属密封下,阀座了矣触宽度b 并不是常量密封随着加载过一不劣典化范并且接触向密沿沿阀力分布梯。最大接触向密随加载过一片变化密筏阀门非金的缘际件,情况接近。综合以上因素的进展提供实现了阀门座漏/椒ǜ咏导剩蟛罡朊埽っ髟诒Vし欧墙鹗裘挥衅苹滴匏鸹档那疤嵯旅芊饷姘刖对叫≡接欣诜琶芊狻

    型。

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