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)
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。

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 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); 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。 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 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 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.
2 泄漏量的計(jì)算







3 試驗(yàn)和分析
3.1 泄漏量與材料的關(guān)系
3.2 泄漏量與壓力的關(guān)系


3.3 泄漏量與動(dòng)力粘度的關(guān)系


4 結(jié)論