缝隙间隙密封在阀设计中的运用

胡雅玲，武 强，陈根生，陈章发

(中航工业洪都，江西 南昌 330024)

0 引言

某型飞机在维护中要浪费大量的航空煤油，需在某处加装一阀，该处由于空间极小不便操纵，因此，要求阀的手柄只能在90°的范围内操纵，采用一般的阀的密封形式，在90°的范围内用手操纵阀通、闭是不可能的，原因是要保证密封，一般的阀是靠阀芯和阀座的压紧程度（见图1），用旋转90°很难控制阀芯和阀座的压紧程度，故只能采用缝隙间隙密封，从图2中不难知道，只要阀芯旋转90°，阀即可关闭。

1 计算模型的确定

图1 阀的密封形式

航空煤油由于动力粘度非常小，它具有非常强的渗透力，为此在飞机燃油系统的阀一般采用图1中的密封形式。采用缝隙间隙密封存在着几个关键性的问题：第一个是压力与间隙尺寸的关系，即在什么压力下能用缝隙间隙尺寸密封？第二个是工作介质动力粘度与缝隙间隙尺寸的关系，工作介质动力粘度随缝隙间隙尺寸如何变化？第三个是阀体和阀芯的材质密度、硬度、光洁度与缝隙间隙尺寸关系，阀体和阀芯的材质密度、硬度、光洁度又如何影响缝隙密封间隙尺寸？由于这些问题存在，在工作介质是航空煤油燃油的系统中则很少使用缝隙间隙密封。

图2 旋转密封形式

据图2取两固定平板间的压差流的计算模型，图中b=3.14×d1=3.14×4=12.56mm， 即P1工作介质流过的阀孔周长；l=3.14×d2=3.14×20=60.28mm，即阀芯周长；h=d2-d3（阀芯尺寸）=-=0.02mm，即阀体和阀芯的间隙；h<

图3 计算模型

2 泄漏量的计算

阀距某型飞机燃油系统的液面最高距离为920mm（7×103Pa）。

计算公式 q=Δpbh3/12ul

式中：q—流过缝隙间隙的流量（mm3/s）；

P1—缝隙间隙前的压力（Pa）；

P2—缝隙间隙后的压力（Pa）；

P2=0（通大气）；h—两平行板的间隙（mm）；

b—平行板的宽度（mm）；

u—煤油动力粘度（Pa·s）；

l—平行板的长度（mm）；

3 试验和分析

3.1 泄漏量与材料的关系

1）由阀体是铝合金材料、阀芯是钢材料组合的阀在试验中泄漏量略大于计算结果（0.650mm3/s），与计算结果不一致。

由阀体是铝合金材料、阀芯是钢材料组合的阀在试验中略有泄漏量是因为：阀体材料酥松、光洁度（0.4）难于满足要求，间隙尺寸达不到要求，从而形成泄漏量。

2）阀体和阀芯同为钢材料组合的阀不存在泄漏量，与计算结果略有差别。

阀体和阀芯同为钢材料组合的阀不存在泄漏量，第一个原因是材料密度大，硬度（热处理后硬度58RC）高，光洁度好（0.4），煤油的清洁度等因素形成的；第二个原因是选取两固定平板间的压差流的计算模型是假设工作流向是均匀从左到右的，实际有一部分工作流先流向密封件再流向出口，见图2。

阀体和阀芯同为钢材料组合的阀在实际工作压力（≤7×103Pa）下允许有微量泄漏量，但实际工作中没有泄漏量，几百架飞机十多年的运用中都是如此，运用证明在一定缝隙间隙尺寸和一定的压力的情况下，阀体和阀芯的选材是十分重要的。

3.2 泄漏量与压力的关系

为了明确泄漏量与压力的关系，选择了阀体和阀芯同为钢材料组合的阀进行试验，试验的工作介质为煤油，缝隙间隙尺寸为0.02mm，在试验中，不断增加压力，得出了泄漏量与压力的关系曲线，见图4，从曲线中知道，低压力，小缝隙的情况是可以密封的，间隙大承受的压力也小，泄漏量也越大；试验数据见表1。

图4 泄漏量与压力的关系

表1 间隙与泄漏的关系

3.3 泄漏量与动力粘度的关系

在同一个阀中，为了找出动力粘度与泄漏量的关系，用不同种类油进行了试验，在试验中缝隙间隙尺寸为0.02mm，在相同的压力下，动力粘度越大泄漏量越小，由于10号红油的动力粘度大于煤油的动力粘度，而10号红油泄漏量小于煤油泄漏量，所以得出粘度大的泄漏量小，图5中曲线只能定性的表现泄漏量与动力粘度的关系，试验数据见表2。

图5 泄漏量与动力粘度的关系

表2 间隙与粘度、泄漏量的关系

4 结论

阀芯的材料。

1）阀在采用缝隙间隙密封时，应根据泄漏量的大小，弄清泄漏量与压力、间隙尺寸、动力粘度的关系。

（1）压力越大则泄漏量越大；（2）间隙越大则泄漏量越大；（3）动力粘度越大则泄漏量越小。

2）阀在采用缝隙间隙密封时，对于材料的选择同样是十分重要的，不仅要考虑材料的热处理硬度的选择（应注意镀层的选择），同时还要考虑材料的加工光洁度的选择。

3）铝合金材料不适合做缝隙间隙密封的阀体、

[1]路甬祥.液压气动技术手册.北京：机械工业出版社,2002.1.

[2]周谟仁.流体力学:泵与风机.北京：中国建筑出版社.

[3]飞机设计手册(第13册).北京：航空工业出版社,2006.