根據(jù)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵的設(shè)計(jì)要求,進(jìn)行了高壓低溫靜密封檢漏試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)該型號(hào)渦輪泵密封結(jié)構(gòu)和密封材料的選用至關(guān)重要,對(duì)提高液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性起到了重要作用。渦輪泵高壓低溫靜密封檢漏試驗(yàn)的試驗(yàn)臺(tái)為專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)臺(tái),主要由控制柜、真空測(cè)量系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、真空室、液氮槽、真空機(jī)組和卡具等組成。真空室浸泡在液氮槽內(nèi),以獲得- 96 ℃超低溫,加熱系統(tǒng)安裝在真空室內(nèi),用于烘烤真空設(shè)備,渦輪泵由卡具固定后置于真空室內(nèi),真空機(jī)組在真空測(cè)量和控制系統(tǒng)的作用下將真空室抽至1×10-4Pa超高真空,向卡具內(nèi)渦輪泵沖高壓氦氣,進(jìn)行檢漏試驗(yàn)。本真空室為該型號(hào)渦輪泵靜密封結(jié)構(gòu)方案試驗(yàn)提供DN800 大直徑, -196℃超低溫,1×10-4Pa超高真空和漏率小于1×10-7Pa·m3/s的試驗(yàn)環(huán)境。

       目前國(guó)內(nèi)超低溫、超高真空的真空室直徑一般不大于DN400 ,DN800大直徑真空室的研制在國(guó)內(nèi)尚屬首創(chuàng)。在超低溫、超高真空、大直徑真空室研制中,密封結(jié)構(gòu)和密封材料是兩個(gè)最關(guān)鍵的問(wèn)題。

      本文采用有限元分析軟件COSMOS,對(duì)該真空室的V 型槽鉛絲密封進(jìn)行了數(shù)值模擬,并進(jìn)行了相應(yīng)的抽真空密封試驗(yàn)。

密封結(jié)構(gòu)及密封材料

密封結(jié)構(gòu)

       直徑小于DN200的真空室密封,一般采用平面密封、斜楔密封、圓錐面密封、刀口密封、臺(tái)階密封和惠勒(Wheeler)密封等標(biāo)準(zhǔn)密封形式,但具有形狀復(fù)雜、加工精度要求高等缺點(diǎn),直徑大于DN800的真空室密封難以達(dá)到。為克服上述缺點(diǎn),在該真空室設(shè)計(jì)中,采用了60°V型槽密封結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖1。

圖1 　60°V 型槽鉛絲密封結(jié)構(gòu)

       可見(jiàn),超低溫、超高真空、大直徑真空密封中,60°V型槽鉛絲密封的結(jié)構(gòu)要素有4個(gè),即錐角θ、密封面的表面粗糙度、密封件材料和密封件絲徑。其中錐角θ和密封面的表面粗糙度屬于密封結(jié)構(gòu)要素,密封件材料和密封件絲徑屬于材料要素。

       先來(lái)研究密封結(jié)構(gòu)的密封面的表面粗糙度問(wèn)題。直徑DN200以下的密封面,標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)資料中,建議表面粗糙度取1.6～0.2,但直徑DN800的法蘭密封槽60°V 型槽處較難達(dá)到,由于鉛絲密封比壓小(у= 2.5 MPa),本設(shè)計(jì)中表面粗糙度取為3.2,加工較容易達(dá)到,試驗(yàn)表明密封效果良好。

密封件材料

       密封件材料的選取是設(shè)計(jì)的另一關(guān)鍵,超高真空的靜密封由于受高溫烘烤和出氣率(見(jiàn)表1)的限制,橡膠密封不能滿足密封要求。真空室內(nèi)在平衡壓強(qiáng)1×10-4Pa下(真空室設(shè)計(jì)指標(biāo))的允許放氣量為

Q= pS=1×10-4×0.0075 = 7.5×10-7