論述了航天發動機閥門中金屬波紋管動密封零泄漏技術的密封原理。介紹了金屬波紋管動密封的構成、加工、試驗以及在航天閥門中低溫、高壓、高溫工況下的應用。

1、概述

　　零泄漏的金屬波紋管動密封技術不僅是液體火箭發動機閥門的關鍵技術,也是各行各業(航天、航空、艦艇、石油和化工等)使用閥門的關鍵技術。特別是在低溫、高溫、高壓、有毒及腐蝕性的介質中使用的閥門,確保在閥門開關調節動作中零泄漏,是閥門研制、設計和使用的難點和關鍵,也是確保航天液體火箭發動機系統、航空、艦艇、石油和化工等介質輸送系統工作安全可靠的難點和關鍵。由于金屬波紋管動密封技術能實現動密封的零泄漏,機械式動密封難于實現零泄漏,所以許多國家在航天技術閥門領域、閥門技術領域都進行了金屬波紋管動密封技術的大量研究和應用。

　　我國從70年代開始,在航天的液體火箭發動機閥門上使用金屬波紋管動密封技術,特別是液氫液氧火箭發動機閥門采用了金屬波紋管動密封技術后,取得了多個型號火箭發動機閥門研制成功。多年來, 4個型號液氫液氧火箭發動機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動機閥門使用中占據了相當重要的位置。

2、金屬波紋管動密封

2.1、結構

　　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行拉伸或壓縮,阻隔氣控腔和介質腔之間的泄漏,起零泄漏動密封的作用,并承受著介質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,靠氣控或介質壓力的驅動,使閥瓣移動起開、關和調節作用。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、結語

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

　　(1) 金屬波紋管動密封相對機械式密封, 具有零泄漏、無接觸、無摩擦和無磨損等優點, 在低溫技術領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動機閥門, 也可應用于一般液體火箭發動機閥門, 不僅可用于國防(火箭、導彈、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, 實現零泄漏。

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

　　(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用前途的閥門零泄漏動密封元件。

參考文獻

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