縫隙間隙密封在閥設計中的運用

胡雅玲，武 強，陳根生，陳章發(fā)

(中航工業(yè)洪都，江西 南昌 330024)

0 引言

某型飛機在維護中要浪費大量的航空煤油，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 計算模型的確定

圖1 閥的密封形式

航空煤油由于動力粘度非常小，它具有非常強的滲透力，為此在飛機燃油系統(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關(guān)鍵性的問題：第一個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？第二個是工作介質(zhì)動力粘度與縫隙間隙尺寸的關(guān)系，工作介質(zhì)動力粘度隨縫隙間隙尺寸如何變化？第三個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；l=3.14×d2=3.14×20=60.28mm，即閥芯周長；h=d2-d3（閥芯尺寸）=-=0.02mm，即閥體和閥芯的間隙；h<

圖3 計算模型

2 泄漏量的計算

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

計算公式 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—煤油動力粘度（Pa·s）；

l—平行板的長度（mm）；

3 試驗和分析

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中泄漏量略大于計算結(jié)果（0.650mm3/s），與計算結(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中略有泄漏量是因為：閥體材料酥松、光潔度（0.4）難于滿足要求，間隙尺寸達不到要求，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；第二個原因是選取兩固定平板間的壓差流的計算模型是假設工作流向是均勻從左到右的，實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際工作壓力（≤7×103Pa）下允許有微量泄漏量，但實際工作中沒有泄漏量，幾百架飛機十多年的運用中都是如此，運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行試驗，試驗的工作介質(zhì)為煤油，縫隙間隙尺寸為0.02mm，在試驗中，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 泄漏量與動力粘度的關(guān)系

在同一個閥中，為了找出動力粘度與泄漏量的關(guān)系，用不同種類油進行了試驗，在試驗中縫隙間隙尺寸為0.02mm，在相同的壓力下，動力粘度越大泄漏量越小，由于10號紅油的動力粘度大于煤油的動力粘度，而10號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)泄漏量與動力粘度的關(guān)系，試驗數(shù)據(jù)見表2。

圖5 泄漏量與動力粘度的關(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，應根據(jù)泄漏量的大小，弄清泄漏量與壓力、間隙尺寸、動力粘度的關(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）動力粘度越大則泄漏量越小。

2）閥在采用縫隙間隙密封時，對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（應注意鍍層的選擇），同時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.液壓氣動技術(shù)手冊.北京：機械工業(yè)出版社,2002.1.

[2]周謨?nèi)?流體力學:泵與風機.北京：中國建筑出版社.

[3]飛機設計手冊(第13冊).北京：航空工業(yè)出版社,2006.