涡轮泵端面密封性能与漏气量影响研究

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1、第36卷第1期2010年2月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．36．№．1Feb．2010涡轮泵端面密封性能与漏气量影响研究白东安，段增斌，张翠儒(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：从端面密封结构方面和密封性能稳定性影响因素方面，对在用和放置发动机密封性能检查中出现的泵端面密封泄漏量严重超标现象进行了深入分析以及模拟试验验证，并进行实际工作考核验证，给出了不影响使用的明确结论。关键词：涡轮泵；端面密封；密封性能；漏气量中图分类号：V434文献标识码：A文章编号：(2010)01—0038—05Effectsofleakingra

2、teonturbopumpend-facesealingperformanceBaiDong"an，DuanZenbin，ZhangCuiru(Xi'anAerospacePropulsionInstitute，Xi7an710100，China)Abstract：Thephenomenaofseriousleakagefromtheend-facesealingsofliquidrocketengineturbopumpswereanalyzed．Itseffectsonsealingperformancewereexperimentallystudiedthroughh

3、ottest．Thetestsresultsshowthatsealingperformancewasnotdegradedbytheexistingleakingrate．Keywords：turbopump；end-facesealing；sealingperformance；leakingrate0引言发动机涡轮泵端面密封研制中存在两类漏气量超标的现象，一类是在用发动机气密检查发现涡轮泵端面密封的泄漏气量超标；另外一类是长期放置发动机检查中也有部分端面密封漏气量严重超标的问题。这两类泄漏从机理上是不一样的，第一种泄漏因静环组件没有变形，在反复检查或转动转子情况下具有可

4、以恢复的能力；而放收稿日期：2009—07—18；修回日期：2009—09—10。作者简介：白东安(1966一)，男，研究员，研究领域为液体火箭发动机涡轮泵技术。第36卷第1期白东安，等：涡轮泵端面密封性能与漏气量影响研究39置发动机出现的漏气量问题因静环组件出现了塑性变形形状为马鞍型，高低点相差为微级，属于不可恢复的。对上述两类端面密封漏气量超标问题从端面密封结构方面以及密封性能稳定性影响因素方面所进行的大量模拟验证试验工作进行了总结，在此基础上进行了实际工作验证，验证了漏气量超标对发动机可靠性的影响。1端面密封结构简介涡聋啄端面密封结构如图1所示，端面密封由动环部件和静

5、环组件组成。动环部件包括动环、密封圈和衬套(序号1、2、3)。静环组件包括密封壳体(序号8)、弹簧(序号6)、静环座(序号5)、石墨环(序号4)和密封圈(序号7)。不工作时由动环和静环组成的摩擦副在弹簧作用力下保持贴合状态，工作时主要依靠介质形成的压力使摩擦副贴紧达到可靠密封。图1涡轮泵端面密封结构示意图Fig．1End—facesealingstructureoftheturbopump2在用发动机端面密封漏气量变化试验验证与分析2．1发动机端面密封泄漏模式分析根据在用发动机端面密封漏气量变化现象分析，造成漏气量变化的原因应是发动机端面密封的摩擦副因在运输、充放气等环节中

6、出现了微变，摩擦副曾出现了微米级的缝隙，使得密封漏气量超标。以下从端面密封结构方面分析，引起摩擦副贴合微变的原因有结构因素和诱发因素。第一个方面为端面密封结构因素，主要为：(1)弹簧：弹簧为弹性元件，压缩量随外力变化而变化，能够引起静环组件的浮动。(2)胶圈：静环外套用以密封的胶圈(图1序号7)为一个软支点，使得静环组件具有摆动的趋势。(3)静环组件：为防止静环组件在工作中随动环旋转，用两个螺栓穿过静环组件法兰上的两个定位孔，拧紧在密封壳体上，静环组件在径向存在自由度。(4)动环部件：在气密性检查时的充气和放气过程中，动环与动环衬套之间会出现0．5mm的轴向位移，此位移使得

7、动环在气密性检查充气和放气过程中处于变化状态。为深人了解端面密封气密性检查过程摩擦副状态变化，进行了分析计算。在涡轮泵装配过程中进行气密检查时，分析计算表明，充压缩空气对动环的作用力约500N，需克服压缩空气对静环组件的力、弹簧力以及胶圈的摩擦力的合力约300N，因受到轴上调整套的限位，动环向着静环方向位移约0．5mm。由于气体外力大于摩擦力，使得氧化剂端面密封动环和静环摩擦副贴合良好，保证了气密检查漏气量结果合格。’端面密封气密检查放气后，弹簧推动动环向相反方向回移0．5ram。这时摩擦副贴合压紧状态与气密性检查