面向動(dòng)環(huán)加工工藝的低溫端面密封試驗(yàn)研究

王洪福，董麗雙，蘇衛(wèi)民，李 晗，王晨光

面向動(dòng)環(huán)加工工藝的低溫端面密封試驗(yàn)研究

王洪福，董麗雙，蘇衛(wèi)民，李 晗，王晨光

（北京航天動(dòng)力研究所，北京，100076）

某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)作為長(zhǎng)征八號(hào)運(yùn)載火箭的二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，其渦輪泵中采用端面密封的結(jié)構(gòu)形式，為了確保端面密封性能，需對(duì)其進(jìn)行低溫端面密封試驗(yàn)。其中某端面密封中動(dòng)環(huán)的動(dòng)壓槽加工合格率一直很低，為了適應(yīng)高密度的發(fā)射需求，需對(duì)某端面密封的動(dòng)環(huán)加工工藝進(jìn)行改進(jìn)。介紹了某動(dòng)環(huán)的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)壓槽的不同加工工藝的特點(diǎn)，并對(duì)不同加工工藝的動(dòng)壓槽的微觀形貌進(jìn)行測(cè)量，采用理論仿真及地面試驗(yàn)相結(jié)合的方式，對(duì)改進(jìn)工藝后的端面密封性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，不同加工工藝的動(dòng)環(huán)對(duì)低溫密封性能有較大的影響，這為今后動(dòng)環(huán)的設(shè)計(jì)及加工改進(jìn)提供了借鑒意義。

端面密封；動(dòng)壓槽；密封性能

0 引 言

氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵動(dòng)密封系統(tǒng)對(duì)火箭發(fā)射的成功尤為重要，渦輪泵被譽(yù)為液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，其動(dòng)密封結(jié)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中發(fā)揮著重要的作用[1]。渦輪泵中動(dòng)密封失效將會(huì)引起推進(jìn)劑泄漏、推力不足，甚至?xí)?dǎo)致氧化劑和燃料混合發(fā)生爆炸[2]。在氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)、試車和飛行過程中多次出現(xiàn)過渦輪泵動(dòng)密封的故障問題。

目前針對(duì)端面密封的研究，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者均對(duì)機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其性能分析展開了較為深入的研究。陳銀等[3]提出一種斜線槽上游泵送機(jī)械密封，運(yùn)用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)上游泵送機(jī)械密封試驗(yàn)方案，分析各個(gè)試驗(yàn)參數(shù)對(duì)密封端面開啟力和泄漏量的影響。張國(guó)淵等[4]得出考慮密封副固體、被密封流體、彈性補(bǔ)償支撐單元等在內(nèi)的熱、流、固、力耦合的密封綜合性能求解模型，對(duì)低溫、低黏度潤(rùn)滑介質(zhì)的機(jī)械密封的運(yùn)轉(zhuǎn)性能進(jìn)行分析并優(yōu)化關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。時(shí)禮平[5]利用試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同類型織構(gòu)化機(jī)械端面密封性能的理論進(jìn)行研究。俞樹榮等[6]采用基于LabVIEW的測(cè)試平臺(tái)對(duì)影響端面密封性能的參數(shù)（泄漏量、功耗、膜壓）和端面穩(wěn)定性參數(shù)（膜厚及振動(dòng)位移）進(jìn)行測(cè)試，研究不同工況下壓力和轉(zhuǎn)速對(duì)端面參數(shù)的影響。

但是這些對(duì)端面密封的研究大多集中在結(jié)構(gòu)優(yōu)化及失效分析上，忽略了對(duì)端面密封微小結(jié)構(gòu)加工工藝的不同進(jìn)行分析，以及不同加工工藝在低溫端面密封試驗(yàn)中的性能表現(xiàn)。某型號(hào)為了提高動(dòng)環(huán)加工的效率，對(duì)其加工工藝進(jìn)行改進(jìn)。為了確保密封性能的可靠性，本文基于低溫端面密封試驗(yàn)系統(tǒng)，針對(duì)動(dòng)環(huán)加工工藝的不同進(jìn)行研究，同時(shí)采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）仿真分析以及低溫端面密封試驗(yàn)相結(jié)合的方式，對(duì)不同工藝引起低溫密封性能的影響進(jìn)行了研究。

1 動(dòng)環(huán)的結(jié)構(gòu)及加工工藝

本文研究的動(dòng)環(huán)為某型號(hào)氧渦輪泵的機(jī)械密封零件，其作用為防止氧化劑泄漏過大，保持穩(wěn)定的密封效果。研究的動(dòng)密封為內(nèi)流式、流動(dòng)動(dòng)壓式機(jī)械密封，動(dòng)環(huán)密封面開設(shè)有周向雷列槽，雷列槽分為雷列深槽、雷列淺槽。深槽具有引流功能，亦稱為導(dǎo)流槽；淺槽起到動(dòng)壓效果，稱為動(dòng)壓槽。動(dòng)壓槽工作時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)壓力使得密封面位置形成穩(wěn)定的、剛度極好的流體動(dòng)壓液膜，從而將密封介質(zhì)作為潤(rùn)滑劑并保證動(dòng)環(huán)與靜環(huán)端面的直接接觸，減小動(dòng)、靜環(huán)端面的摩擦磨損，以適應(yīng)高壓、高轉(zhuǎn)速的工況[7]。端面密封結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 端面密封結(jié)構(gòu)示意

動(dòng)環(huán)動(dòng)壓槽的結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，動(dòng)環(huán)的材質(zhì)為鎳基高溫合金GH4169，動(dòng)環(huán)表面加工有6個(gè)圓周分布的雷列槽，其動(dòng)壓槽主體尺寸為寬約1 mm，深度為0.015～0.029 mm。

圖2 動(dòng)環(huán)動(dòng)壓槽的結(jié)構(gòu)示意

動(dòng)環(huán)雷列槽的加工工藝原采用電解刻蝕加工。電解刻蝕加工是將電解加工和光刻技術(shù)相結(jié)合的特種加工工藝[8]，其加工工藝繁瑣，工藝可控性差。由于動(dòng)環(huán)零件加工部位電力線分布及加工區(qū)電解液流場(chǎng)分布無法準(zhǔn)確控制，且導(dǎo)流槽、動(dòng)壓槽加工區(qū)濃差極化的存在，使動(dòng)環(huán)零件表面不同部位的腐蝕速度不一致，導(dǎo)致電解刻蝕后的動(dòng)環(huán)質(zhì)量不穩(wěn)定[8]。

航天發(fā)射任務(wù)的增加對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量提出了更高的要求，為此需解決阻礙動(dòng)環(huán)生產(chǎn)效率的瓶頸問題，采用新的加工工藝對(duì)動(dòng)壓槽進(jìn)行加工迫在眉睫，飛秒激光加工是一種選擇。

通過CHICHKOV等[9]對(duì)納秒、皮秒及飛秒脈沖激光在鋼片上進(jìn)行打孔試驗(yàn)證明，飛秒激光加工可獲得邊緣光滑的圓孔，加工質(zhì)量?jī)?yōu)越。飛秒激光加工原理為：在極短的時(shí)間內(nèi)將極高的能量傳遞給材料，在極短時(shí)間內(nèi)使材料的電子溫度達(dá)到極高值并將能量傳遞給晶格。由于脈沖時(shí)間極短，脈沖作用材料的溫度還來不及提高，脈沖作用已經(jīng)結(jié)束，周圍仍處于“冷”狀態(tài)，熱影響區(qū)較小。飛秒脈沖可以突破光束的衍射極限。因此，飛秒激光加工可以實(shí)現(xiàn)真正的亞微米甚至納米級(jí)別的超微細(xì)加工[10]。

為了對(duì)比兩種加工工藝的特點(diǎn)，分別采用電解刻蝕技術(shù)和飛秒激光技術(shù)對(duì)動(dòng)環(huán)進(jìn)行加工，并對(duì)加工后動(dòng)環(huán)的微觀形貌進(jìn)行分析。

2 微觀形貌測(cè)量

本文采用洛陽軸承研究所的XM-200型表面形貌測(cè)量?jī)x對(duì)動(dòng)環(huán)的動(dòng)壓槽輪廓進(jìn)行測(cè)量。XM-200型表面形貌測(cè)量?jī)x采用觸針式接觸法測(cè)量原理[11]，將差動(dòng)電感傳感器測(cè)頭接觸被測(cè)量部位，沿單一方向拾取表面輪廓變化信號(hào)。電感傳感器由電機(jī)-滾珠絲桿系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，采用光柵進(jìn)行位置測(cè)量，光柵靈敏性達(dá)0.5 μm以內(nèi)，差動(dòng)電感傳感器測(cè)量靈敏度高達(dá)0.01 μm以內(nèi)，測(cè)試系統(tǒng)將電感傳感器、光柵的位移系統(tǒng)經(jīng)處理后得到所測(cè)量的輪廓。用表面形貌測(cè)量?jī)x分別對(duì)電解刻蝕及飛秒激光加工動(dòng)環(huán)的動(dòng)壓槽沿徑向進(jìn)行測(cè)量，動(dòng)壓槽輪廓測(cè)量方向如圖3所示。

圖3 動(dòng)壓槽輪廓測(cè)量方向

分別對(duì)電解刻蝕、飛秒激光加工動(dòng)環(huán)的周向6個(gè)動(dòng)壓槽進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)動(dòng)環(huán)動(dòng)壓槽槽深的波動(dòng)情況對(duì)比如圖4、圖5所示。

圖4 電解刻蝕動(dòng)壓槽的槽深

圖5 飛秒激光加工動(dòng)壓槽的槽深

對(duì)采用電解刻蝕及飛秒激光加工方法的動(dòng)壓槽底部進(jìn)行放大觀察發(fā)現(xiàn)：電解刻蝕加工的動(dòng)壓槽呈現(xiàn)邊緣部位明顯凹陷的形狀，圖6為某一動(dòng)壓槽電解刻蝕的輪廓圖，中間凸點(diǎn)深度約為13.85 μm，兩側(cè)凹處深度逐漸深至31～36 μm。飛秒激光加工的動(dòng)壓槽的邊緣整齊，深度較為一致，約為19.4～23.55 μm，見圖7。

通過對(duì)電解刻蝕、飛秒激光加工的動(dòng)環(huán)的動(dòng)壓槽尺寸及形貌進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)采用飛秒激光加工的動(dòng)環(huán)動(dòng)壓槽的輪廓更加平整，加工一致性更好，更符合設(shè)計(jì)圖紙的要求。

圖6 電解刻蝕動(dòng)壓槽的輪廓

圖7 飛秒激光加工動(dòng)壓槽的輪廓

3 低溫端面密封試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證不同加工工藝動(dòng)環(huán)在低溫端面密封試驗(yàn)中的密封性能，需對(duì)不同加工工藝的動(dòng)環(huán)進(jìn)行低溫端面密封試驗(yàn)。該試驗(yàn)基于某型號(hào)低溫高速密封試驗(yàn)系統(tǒng)開展，試驗(yàn)介質(zhì)為液氮，低溫密封試驗(yàn)系統(tǒng)見圖8。該試驗(yàn)系統(tǒng)通過電機(jī)-齒輪箱驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)裝置高速旋轉(zhuǎn)，采用氣源對(duì)液氮進(jìn)行加壓，使密封腔的壓力達(dá)到試驗(yàn)工況。通過在泄漏腔測(cè)量泄漏的液氮以及測(cè)量試驗(yàn)后靜環(huán)組件石墨凸臺(tái)的磨損量，來評(píng)定被試產(chǎn)品的低溫密封性能。其試驗(yàn)參數(shù)與實(shí)際工況保持一致，具體試驗(yàn)參數(shù)見表1。

圖8 低溫高速端面密封試驗(yàn)系統(tǒng)

表1 臺(tái)架試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)及采集系統(tǒng)參數(shù)

Tab.1 Parameters of running test and acquistion system

參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值 設(shè)定密封腔壓力/MPa1.8采集密封腔壓力范圍/MPa0～3.5 設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)·min-120000采集密封腔溫度范圍/℃-200～50

續(xù)表1

參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值 設(shè)定膜盒壓縮量/mm2.6～3.0采集泄漏量范圍L·min-10～100 允許泄漏量范圍L·min-1<60采集主軸轉(zhuǎn)速范圍轉(zhuǎn)·min-10～45000 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間/min5——

為了保證低溫運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)的可比性，本試驗(yàn)采用同一批次的靜環(huán)組件、動(dòng)環(huán)進(jìn)行試驗(yàn)。動(dòng)環(huán)為上文所用的微觀形貌測(cè)量的動(dòng)環(huán)，假設(shè)同一批次動(dòng)環(huán)的動(dòng)壓槽深度以及同一批次靜環(huán)組件的性能無差別。該試驗(yàn)存在兩個(gè)因素[12]：不同加工工藝（A、B）；靜環(huán)組件不同的壓縮量（C），壓縮量分為大、中、小3個(gè)級(jí)別。由于試驗(yàn)中靜環(huán)組件壓縮量的調(diào)整墊的規(guī)格限制，不同加工工藝同一級(jí)別的壓縮量不能完全一致。每次試驗(yàn)前對(duì)動(dòng)環(huán)、靜環(huán)組件進(jìn)行研磨，以保證表面的一致性，并在臺(tái)架試驗(yàn)前對(duì)靜環(huán)組件石墨凸臺(tái)的高度進(jìn)行測(cè)量。參加低溫端面密封試驗(yàn)的產(chǎn)品組別見表2。

表2 參加臺(tái)架試驗(yàn)的產(chǎn)品組別設(shè)置

Tab.2 Groups setting of running test

試驗(yàn)序號(hào)動(dòng)環(huán)狀態(tài)動(dòng)環(huán)編號(hào)靜環(huán)組件編號(hào)壓縮量/mm 1#飛秒激光加工A1C12.68 2#A2C22.72 3#A3C32.85 4#電解刻蝕加工B1C32.69 5#B2C22.75 6#B3C12.93

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

采用表2設(shè)計(jì)的兩種狀態(tài)的動(dòng)環(huán)進(jìn)行低溫運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，經(jīng)低溫臺(tái)架運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)泄漏量進(jìn)行測(cè)量，并再次測(cè)量運(yùn)轉(zhuǎn)后的靜環(huán)組件石墨凸臺(tái)的高度并計(jì)算其磨損量，其結(jié)果見表3。

表3 運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果

Tab.3 Result of running test

試驗(yàn)序號(hào)動(dòng)環(huán)狀態(tài)動(dòng)環(huán)編號(hào)靜環(huán)組件編號(hào)壓縮量mm泄漏量均值L·min-1磨損量mm 1#飛秒激光加工A1C12.6844.890 2#A2C22.7232.080.058 3#A3C32.8523.460.134 4#電解刻蝕加工B1C32.691000 5#B2C22.7575.270 6#B3C12.9335.560

經(jīng)低溫端面密封運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)表明：隨著壓縮量的增大，泄漏量呈逐漸遞減的趨勢(shì)；在同級(jí)別壓縮量下，飛秒激光動(dòng)環(huán)的泄漏量較電解刻蝕的較小，但靜環(huán)組件石墨凸臺(tái)的磨損量較大。導(dǎo)致該試驗(yàn)結(jié)果的原因可能是由于電解刻蝕實(shí)際加工的動(dòng)壓槽更淺，動(dòng)壓效應(yīng)強(qiáng)、開啟力比飛秒激光大，當(dāng)密封的閉合力不變時(shí)，飛秒激光的動(dòng)環(huán)及靜環(huán)組件間的液膜減薄，則泄漏量減小，靜環(huán)組件石墨凸臺(tái)的磨損可能性增加。

4 密封性能仿真分析

為了探討不同加工工藝、不同動(dòng)壓槽的槽深對(duì)端面密封性能的影響，采用CFD軟件開展仿真分析。

根據(jù)微觀形貌測(cè)量的結(jié)果，對(duì)電解刻蝕、飛秒激光加工的動(dòng)環(huán)與靜環(huán)組件間的液膜建立三維模型。電解刻蝕加工所產(chǎn)生的液膜在動(dòng)壓槽區(qū)域會(huì)產(chǎn)生邊緣凸起，如圖9所示。飛秒激光加工的液膜在動(dòng)壓槽區(qū)域則進(jìn)行等厚處理，如圖10所示。

圖9 電解刻蝕加工液膜單周期三維模型

圖10 飛秒激光加工液膜單周期三維模型

為了便于評(píng)價(jià)，只針對(duì)動(dòng)環(huán)與靜環(huán)組件之間的液膜膜厚為1 μm情況下的液膜開啟力、液氮泄漏量進(jìn)行研究分析，參與仿真分析的端面密封結(jié)構(gòu)及邊界條件如表4所示。

表4 端面密封仿真邊界條件

Tab.4 Boundary parameters of the face seal

參數(shù)數(shù)值 動(dòng)壓槽深度/μm10，15，20，25 流體介質(zhì)液氮 進(jìn)介質(zhì)壓力/MPa1.8 出介質(zhì)壓力/MPa0.1 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速/（轉(zhuǎn)·min-1）20000

不同加工工藝、不同槽深的雷列槽端面流場(chǎng)壓力分布如圖11、圖12所示。隨著動(dòng)壓槽槽深減小，壓力逐漸增大，且飛秒激光加工的壓力要高于電解刻蝕的壓力分布，壓力越大產(chǎn)生的動(dòng)壓效應(yīng)越強(qiáng)。

圖11 電解刻蝕加工動(dòng)環(huán)在20000轉(zhuǎn)/min、1.8MPa下端面壓力分布

圖12 飛秒激光加工動(dòng)環(huán)在20000轉(zhuǎn)/min、1.8MPa下端面壓力分布

續(xù)圖12

同一種工藝的動(dòng)環(huán)，隨著槽深的增加，動(dòng)環(huán)開啟力逐漸減小，如圖13所示。槽深相同時(shí)，飛秒激光加工的動(dòng)環(huán)開啟力大于電解刻蝕的動(dòng)環(huán)。同一種工藝的動(dòng)環(huán)，隨著槽深的增加，介質(zhì)泄漏量逐漸減小，如 圖14所示。槽深相同時(shí)，飛秒激光動(dòng)環(huán)的泄漏量大于電解刻蝕動(dòng)環(huán)的泄漏量。

圖13 不同加工工藝、不同槽深的開啟力變化規(guī)律

圖14 不同加工工藝不同槽深的泄漏量變化規(guī)律

綜合以上說明，槽深越淺，流體動(dòng)壓效應(yīng)越強(qiáng)，開啟力越大，液膜越厚，泄漏量越大。同時(shí)說明電解刻蝕的動(dòng)環(huán)產(chǎn)生了邊緣凹坑，動(dòng)壓槽不平整，削弱了動(dòng)壓槽產(chǎn)生的流體動(dòng)壓效應(yīng)。

5 結(jié) 論

此次研究得出以下結(jié)論：

a）經(jīng)對(duì)采用不同工藝的動(dòng)環(huán)進(jìn)行微觀形貌測(cè)量，發(fā)現(xiàn)飛秒激光加工較電解刻蝕加工的形貌更整齊、尺寸波動(dòng)性更小，更加滿足批量生產(chǎn)的要求。

b）經(jīng)低溫端面密封試驗(yàn)證明，壓縮量越大，泄漏量越??；在同級(jí)別壓縮量下，由于電解刻蝕比激光飛秒加工動(dòng)壓槽的槽深更淺，采用飛秒激光加工動(dòng)環(huán)的密封性能更好，但由于其開啟力變小，石墨凸臺(tái)更容易磨損，因此若采用飛秒激光加工，可適當(dāng)調(diào)整加工工藝參數(shù)，減小動(dòng)壓槽的槽深。

c）經(jīng)CFD仿真分析得出，隨著動(dòng)壓槽槽深的增加，動(dòng)環(huán)開啟力逐漸減小，泄漏量逐漸減?。辉谕N工況下，飛秒激光加工的動(dòng)環(huán)開啟力大于電解刻蝕的，其泄漏量大于電解刻蝕的。

[1] 孫開元, 郝振潔. 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)圖例及應(yīng)用[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2017.

SUN Kaiyuan, HAO Zhenjie. The structure drawing library and application of mechanical seal[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2017.

[2] 陳鵬飛, 尚冬琴, 周立新. 靜環(huán)振動(dòng)對(duì)渦輪泵端面密封失效的影響[J]. 推進(jìn)技術(shù), 2019, 40(5): 1129-1135.

CHEN Pengfei, SHANG Dongqin, ZHOU Lixin. Effects of stationary seal ring vibration on end-face sealing failure in turbo pump[J]. Journal of Propulsion Technology, 2019, 40(5): 1129-1135.

[3] 陳銀, 朱維兵, 王和順, 等. 基于Fluent的上游泵送機(jī)械密封性能正交試驗(yàn)研究[J]. 潤(rùn)滑與密封, 2020, 45(4): 62-68.

CHEN Yin, ZHU Weibing, WANG Heshun, et al. Orthogonal experimental study on sealing performance of upstream pumping mechanical[J]. Seal Lubrication Engineering, 2020, 45(4): 62-68.

[4] 張國(guó)淵, 陳國(guó)忠, 趙偉剛, 等. 高速低溫動(dòng)靜結(jié)合型機(jī)械密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化及運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)[J]. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào), 2018, 33(5): 1093-1102.

ZHANG Guoyuan, CHEN Guozhong, ZHAO Weigang, et al. Optimization and test of parameters of the cryogenic hydrodynamic mechanical seal[J]. Journal of Aerospace Power, 2018, 33(5): 1093-1102.

[5] 時(shí)禮平. 不同類型織構(gòu)化機(jī)械端面密封性能的理論與試驗(yàn)研究[D]. 南京: 南京航空航天大學(xué), 2017.

SHI Liping. Theoretical and experimental investigation on mechanical face seal performance textured with typical surface texture patterns[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2017.

[6] 俞樹榮, 曹興巖, 丁雪興, 等. 螺旋槽干氣密封性能參數(shù)的測(cè)試技術(shù)及試驗(yàn)研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2012, 48(19): 118-121.

YU Shurong, CAO Xingyan, DING Xuexing, et al. Test technology and experiment research of performance parameters for spiral groove dry gas seal[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2012, 48(19): 118-121.

[7] 雷晨輝. 低溫易汽化介質(zhì)雷列槽非接觸式密封性能的研究[D]. 北京: 北京化工大學(xué), 2018.

LEI Chenhui. Study on sealing performance of ryrus groove seal in low temperature and easy vaporizing medium[D]. Beijing: Beijing University of Chemical Technology, 2018.

[8] 楊一明, 張昆, 孫超, 等. 群淺槽超快激光刻蝕與電解刻蝕工藝對(duì)比[J]. 電加工與模具, 2019(5): 51-54.

YANG Yiming, ZHANG Kun, SUN Chao, et al. Comparative of process on a group of shallow slots by ultrafast laser etching and electrolytic etching[J]. Electromachining and Mould, 2019(5): 51-54.

[9] KAWATA S, SUN H B, TANAKA T, et al. Finer features for functional microdevices[J]. Nature, 2001(412): 697-698.

[10] 毛文元, 宋鵬云, 鄧強(qiáng)國(guó), 等. 機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽加工工藝技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 潤(rùn)滑與密封, 2017, 42(11): 124-136.

MAO Wenyuan, SONG Pengyun, DENG Qiangguo, et al. A review on the study of the groove etched process for the hydrodynamic mechanical seals[J]. Lubrication Engineering, 2017, 42(11): 124-136.

[11] 劉金秀, 袁航, 方琳琳. XM200形貌儀在軸承滾子參數(shù)測(cè)量中的應(yīng)用[J].軸承, 2020(5): 54-59.

LIU Jinxiu, YUAN Hang, FANG Linlin. Application of XM200 topography instrument in measurement of parameters for bearing rollers[J]. Bearing, 2020(5): 54-59.

[12] 何為, 薛衛(wèi)東, 唐斌. 優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法及數(shù)據(jù)分析[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2011.

HE Wei, XUE Weidong, TANG Bin. Optimization method for test design and data analysis[M]. Beijing: Beijing Chemical Industry Press, 2011.

Experimental Research on the Face Seal in Low Temperature for Machining Process of Rotation Ring

WANG Hongfu, DONG Lishuang, SU Weimin, LI Han, WANG Chenguang

(Beijing Aerospace Propulsion Institute, Beijing, 100076)

A certain type of engine is the second-stage engine of the Long March 8 (LM-8) launch vehicle. The structure of face seal is applied to the turbine pump. The face seal running test is necessary to ensure the face sealing performance. The groove machining qualification rate of the rotation ring is always very low. In order to reach the requirement of high density launch, the machining process of the rotation ring is improved. The structure of the rotation ring and the characteristics of different machining process are introduced, and the difference is showed by measuring the micro morphology of the groove. The sealing performance of the face seal with different machining processes is evaluated by combining theoretical simulation and running test. The study shows that different machining processes of the rotation ring have a great impact on the low-temperature sealing performance, which provides a reference for the design and improvement of the rotation ring in the future.

face seal; groove; sealing performance

2097-1974(2023)02-0036-06

10.7654/j.issn.2097-1974.20230208

V434.21

A

2022-11-29；

2023-03-21

王洪福（1990-），男，工程師，主要研究方向?yàn)闇u輪泵密封試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

董麗雙（1972-），女，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

蘇衛(wèi)民（1971-），男，研究員，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

李 晗（1996-），男，助理工程師，主要研究方向?yàn)闇u輪泵密封設(shè)計(jì)。

王晨光（1996-），男，助理工程師，主要研究方向?yàn)闇u輪泵密封試驗(yàn)設(shè)計(jì)。