論述了航天發(fā)動機(jī)閥門中金屬波紋管動密封零泄漏技術(shù)的密封原理。介紹了金屬波紋管動密封的構(gòu)成、加工、試驗以及在航天閥門中低溫、高壓、高溫工況下的應(yīng)用。

1、概述

　　零泄漏的金屬波紋管動密封技術(shù)不僅是液體火箭發(fā)動機(jī)閥門的關(guān)鍵技術(shù),也是各行各業(yè)(航天、航空、艦艇、石油和化工等)使用閥門的關(guān)鍵技術(shù)。特別是在低溫、高溫、高壓、有毒及腐蝕性的介質(zhì)中使用的閥門,確保在閥門開關(guān)調(diào)節(jié)動作中零泄漏,是閥門研制、設(shè)計和使用的難點和關(guān)鍵,也是確保航天液體火箭發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、航空、艦艇、石油和化工等介質(zhì)輸送系統(tǒng)工作安全可靠的難點和關(guān)鍵。由于金屬波紋管動密封技術(shù)能實現(xiàn)動密封的零泄漏,機(jī)械式動密封難于實現(xiàn)零泄漏,所以許多國家在航天技術(shù)閥門領(lǐng)域、閥門技術(shù)領(lǐng)域都進(jìn)行了金屬波紋管動密封技術(shù)的大量研究和應(yīng)用。

　　我國從70年代開始,在航天的液體火箭發(fā)動機(jī)閥門上使用金屬波紋管動密封技術(shù),特別是液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)閥門采用了金屬波紋管動密封技術(shù)后,取得了多個型號火箭發(fā)動機(jī)閥門研制成功。多年來, 4個型號液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)的多種閥門中采用金屬波紋管從8種已增加到約30種,零泄漏的金屬波紋管動密封在液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)閥門使用中占據(jù)了相當(dāng)重要的位置。

2、金屬波紋管動密封

2.1、結(jié)構(gòu)

　　閥門中的金屬波紋管動密封是通過金屬波紋管組合件實現(xiàn)動密封。金屬波紋管組合件一般由金屬波紋管、法蘭連接件和蓋連接件組成(圖1) 。金屬波紋管靠波紋管彈性薄板材料的強度和彈性,在金屬波紋管組合件中與閥瓣一起移動時進(jìn)行拉伸或壓縮,阻隔氣控腔和介質(zhì)腔之間的泄漏,起零泄漏動密封的作用,并承受著介質(zhì)腔和氣控腔的壓力差的作用。最常用的波紋管形式是多層U形金屬波紋管,圖2是常用三層U形金屬波紋管的剖視立體圖。金屬波紋管組合件通過法蘭盤連接件與閥門殼體連接成一體。蓋連接件與閥瓣直接或間接相連,靠氣控或介質(zhì)壓力的驅(qū)動,使閥瓣移動起開、關(guān)和調(diào)節(jié)作用。3個金屬零件由手工或自動氬弧焊焊接、電子束焊焊接和錫焊焊接等。

5、結(jié)語

　　液氫和液氧火箭發(fā)動機(jī)閥門的研制證明, 金屬波紋管動密封技術(shù)是確保低溫、高壓、高溫的火箭發(fā)動機(jī)閥門零泄漏動密封關(guān)鍵技術(shù), 是有效和可靠的閥門動密封技術(shù)。

　　(1) 金屬波紋管動密封相對機(jī)械式密封, 具有零泄漏、無接觸、無摩擦和無磨損等優(yōu)點, 在低溫技術(shù)領(lǐng)域中是可靠和安全的閥門動密封。

　　(2) 金屬波紋管動密封不僅可用于液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)閥門, 也可應(yīng)用于一般液體火箭發(fā)動機(jī)閥門, 不僅可用于國防(火箭、導(dǎo)彈、艦艇和原子能) 閥門, 也可用于民用(石油、化工、水力、煤炭) 閥門中, 實現(xiàn)零泄漏。

　　(3) 除在低溫技術(shù)領(lǐng)域外, 在特殊工況下的高溫、有毒和腐蝕等介質(zhì)閥門中使用時, 金屬波紋管動密封也是可靠和安全的動密封結(jié)構(gòu)。

　　(4) 雙曲率肋式波紋管和S 形波紋管是兩種有使用價值和有應(yīng)用前途的閥門零泄漏動密封元件。

參考文獻(xiàn)

　　〔1〕　魏國儉. 零泄漏波紋管動密封技術(shù)研究〔R〕. 國防科技報告, 2005.
　　〔2〕　魏國儉, 喬桂玉. 氫氧火箭發(fā)動機(jī)高壓低溫大流量閥門技術(shù)研究〔J〕. 航天推進(jìn)與動力, 2004.
　　〔3〕　徐開先. 波紋管類組件的制造及其應(yīng)用〔M〕. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1998.
　　〔4〕　楊源泉. 閥門設(shè)計手冊〔M〕. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1992.
　　〔5〕　余三民. 雙曲肋式波紋管〔P〕. 1985.