縫隙間隙密封在閥設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

胡雅玲，武 強(qiáng)，陳根生，陳章發(fā)

(中航工業(yè)洪都，江西 南昌 330024)

0 引言

某型飛機(jī)在維護(hù)中要浪費(fèi)大量的航空煤油，需在某處加裝一閥，該處由于空間極小不便操縱，因此，要求閥的手柄只能在90°的范圍內(nèi)操縱，采用一般的閥的密封形式，在90°的范圍內(nèi)用手操縱閥通、閉是不可能的，原因是要保證密封，一般的閥是靠閥芯和閥座的壓緊程度（見圖1），用旋轉(zhuǎn)90°很難控制閥芯和閥座的壓緊程度，故只能采用縫隙間隙密封，從圖2中不難知道，只要閥芯旋轉(zhuǎn)90°，閥即可關(guān)閉。

1 計(jì)算模型的確定

圖1 閥的密封形式

航空煤油由于動(dòng)力粘度非常小，它具有非常強(qiáng)的滲透力，為此在飛機(jī)燃油系統(tǒng)的閥一般采用圖1中的密封形式。采用縫隙間隙密封存在著幾個(gè)關(guān)鍵性的問題：第一個(gè)是壓力與間隙尺寸的關(guān)系，即在什么壓力下能用縫隙間隙尺寸密封？第二個(gè)是工作介質(zhì)動(dòng)力粘度與縫隙間隙尺寸的關(guān)系，工作介質(zhì)動(dòng)力粘度隨縫隙間隙尺寸如何變化？第三個(gè)是閥體和閥芯的材質(zhì)密度、硬度、光潔度與縫隙間隙尺寸關(guān)系，閥體和閥芯的材質(zhì)密度、硬度、光潔度又如何影響縫隙密封間隙尺寸？由于這些問題存在，在工作介質(zhì)是航空煤油燃油的系統(tǒng)中則很少使用縫隙間隙密封。

圖2 旋轉(zhuǎn)密封形式

據(jù)圖2取兩固定平板間的壓差流的計(jì)算模型，圖中b=3.14×d1=3.14×4=12.56mm， 即P1工作介質(zhì)流過的閥孔周長(zhǎng)；l=3.14×d2=3.14×20=60.28mm，即閥芯周長(zhǎng)；h=d2-d3（閥芯尺寸）=-=0.02mm，即閥體和閥芯的間隙；h<

圖3 計(jì)算模型

2 泄漏量的計(jì)算

閥距某型飛機(jī)燃油系統(tǒng)的液面最高距離為920mm（7×103Pa）。

計(jì)算公式 q=Δpbh3/12ul

式中：q—流過縫隙間隙的流量（mm3/s）；

P1—縫隙間隙前的壓力（Pa）；

P2—縫隙間隙后的壓力（Pa）；

P2=0（通大氣）；h—兩平行板的間隙（mm）；

b—平行板的寬度（mm）；

u—煤油動(dòng)力粘度（Pa·s）；

l—平行板的長(zhǎng)度（mm）；

3 試驗(yàn)和分析

3.1 泄漏量與材料的關(guān)系

1）由閥體是鋁合金材料、閥芯是鋼材料組合的閥在試驗(yàn)中泄漏量略大于計(jì)算結(jié)果（0.650mm3/s），與計(jì)算結(jié)果不一致。

由閥體是鋁合金材料、閥芯是鋼材料組合的閥在試驗(yàn)中略有泄漏量是因?yàn)椋洪y體材料酥松、光潔度（0.4）難于滿足要求，間隙尺寸達(dá)不到要求，從而形成泄漏量。

2）閥體和閥芯同為鋼材料組合的閥不存在泄漏量，與計(jì)算結(jié)果略有差別。

閥體和閥芯同為鋼材料組合的閥不存在泄漏量，第一個(gè)原因是材料密度大，硬度（熱處理后硬度58RC）高，光潔度好（0.4），煤油的清潔度等因素形成的；第二個(gè)原因是選取兩固定平板間的壓差流的計(jì)算模型是假設(shè)工作流向是均勻從左到右的，實(shí)際有一部分工作流先流向密封件再流向出口，見圖2。

閥體和閥芯同為鋼材料組合的閥在實(shí)際工作壓力（≤7×103Pa）下允許有微量泄漏量，但實(shí)際工作中沒有泄漏量，幾百架飛機(jī)十多年的運(yùn)用中都是如此，運(yùn)用證明在一定縫隙間隙尺寸和一定的壓力的情況下，閥體和閥芯的選材是十分重要的。

3.2 泄漏量與壓力的關(guān)系

為了明確泄漏量與壓力的關(guān)系，選擇了閥體和閥芯同為鋼材料組合的閥進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)的工作介質(zhì)為煤油，縫隙間隙尺寸為0.02mm，在試驗(yàn)中，不斷增加壓力，得出了泄漏量與壓力的關(guān)系曲線，見圖4，從曲線中知道，低壓力，小縫隙的情況是可以密封的，間隙大承受的壓力也小，泄漏量也越大；試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

圖4 泄漏量與壓力的關(guān)系

表1 間隙與泄漏的關(guān)系

3.3 泄漏量與動(dòng)力粘度的關(guān)系

在同一個(gè)閥中，為了找出動(dòng)力粘度與泄漏量的關(guān)系，用不同種類油進(jìn)行了試驗(yàn)，在試驗(yàn)中縫隙間隙尺寸為0.02mm，在相同的壓力下，動(dòng)力粘度越大泄漏量越小，由于10號(hào)紅油的動(dòng)力粘度大于煤油的動(dòng)力粘度，而10號(hào)紅油泄漏量小于煤油泄漏量，所以得出粘度大的泄漏量小，圖5中曲線只能定性的表現(xiàn)泄漏量與動(dòng)力粘度的關(guān)系，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

圖5 泄漏量與動(dòng)力粘度的關(guān)系

表2 間隙與粘度、泄漏量的關(guān)系

4 結(jié)論

閥芯的材料。

1）閥在采用縫隙間隙密封時(shí)，應(yīng)根據(jù)泄漏量的大小，弄清泄漏量與壓力、間隙尺寸、動(dòng)力粘度的關(guān)系。

（1）壓力越大則泄漏量越大；（2）間隙越大則泄漏量越大；（3）動(dòng)力粘度越大則泄漏量越小。

2）閥在采用縫隙間隙密封時(shí)，對(duì)于材料的選擇同樣是十分重要的，不僅要考慮材料的熱處理硬度的選擇（應(yīng)注意鍍層的選擇），同時(shí)還要考慮材料的加工光潔度的選擇。

3）鋁合金材料不適合做縫隙間隙密封的閥體、

[1]路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.1.

[2]周謨?nèi)?流體力學(xué):泵與風(fēng)機(jī).北京：中國(guó)建筑出版社.

[3]飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第13冊(cè)).北京：航空工業(yè)出版社,2006.