CN107191459A - 一种强密封爆炸螺栓装置 - Google Patents
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Abstract
一种强密封爆炸螺栓装置，在主轴上从左至右依次安装螺栓壳体、活塞、缓冲环、O型橡胶圈、非金属垫片、火炸药和点火器。活塞和缓冲环安装在螺栓壳体的容腔内，螺栓壳体上设计V型槽作为强度薄弱环节，活塞上设计有两个密封槽和一个卸爆槽，双O型橡胶圈分别安装在活塞的两个密封槽内，非金属垫片通过固化胶粘贴在活塞底端面，点火器内安装火炸药，然后与螺栓壳体通过螺纹配合连接。本发明可以防止螺栓断裂后火炸药产生的爆燃气体从V型槽处泄漏，起到非常好的密封效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种强密封爆炸螺栓装置。
背景技术
爆炸螺栓装置是一项重要的航天器技术，主要作为动力源，实现航天器本体和部件之间、舱段之间、航天器与运载火箭之间的分离功能，也可以按特定需求实现载荷或设备的在轨解锁与释放功能。
一般而言，爆炸螺栓装置的基本组成相似，通常由发火组件、主装药和活塞运动部件构成，其中，活塞运动部件通常采用O型橡胶圈设计，为火炸药爆炸过程建立高压环境提供密封作用，一旦橡胶圈没有起到密封作用，发生了爆炸燃气泄漏现象，则会严重影响装置的功能，甚至导致作动功能完全丧失，这对航天器系统而言，关系到任务成败，是完全不可接受的。
美国C.J.Moening先生曾对1963年至1984年大约600次世界航天器发射活动进行了调查研究，根据研究结果，有多个航天器故障与爆炸螺栓装置的密封失效有关，最终对航天器飞行任务带来严重影响。此外，1986年1月28日，美国“挑战者”号航天飞机升空后发生了爆炸，7名宇航员在这次事故中丧生。根据调查这一事故的总统委员会的报告，其爆炸原因是一个O型密封环失效所致。这个封环位于右侧固体火箭推进器的两个低层部件之间，失效的密封封环使炽热的气体点燃了外部燃料罐中的燃料。
目前，我国航天器上应用的连接解锁装置多为爆炸螺栓装置，其主要优点是可靠性高、结构简单紧凑、比能量大、作动速度快；不足的地方是密封设计要求高，且只能一次性使用，试验费用昂贵。随着我国航天技术的快速发展，航天器的可靠性问题越来越受到重视，尤其对于爆炸螺栓、切割器、分离螺母、火工锁、火工作动筒、火工作动阀等爆炸螺栓装置，其可靠性要求极高，一般要求不低于0.9995(r＝09.5)。这对爆炸螺栓装置的每个环节设计提出相应的高要求，其中，活塞的密封设计更是至关重要，一直是国内外相关行业研究人员面临的一项共性技术难点。
对于现有爆炸螺栓装置的密封设计方法，基本都是采用行业惯用的双O型橡胶圈，并按照企业标准《O形橡胶圈的选用和密封腔设计规范QJ1035.2-86》中的径向活塞密封方法，对爆炸螺栓装置的活塞进行设计，然后依靠设计师经验进行装置的密封试验验证。这种方法采用的模式为：即“密封件设计—发火试验验证—密封改进设计—再发火试验验证”，不仅需要消耗大量的试验样品，花费较多的科研经费和较长的设计周期；还会导致设计人员对自己设计的产品的密封特性没有究根揭底的认识；且当产品在实际应用过程中出现密封失效问题后，设计人员都无法判断问题源自何处。
目前，随着火炸药爆炸特性研究的深入，人们逐渐认识到爆炸螺栓装置的密封设计是一个静密封与动密封的交叉融合问题。在火炸药爆炸前，O型橡胶圈起到的静密封作用，航天器发射过程主要保证活塞部件可承受力学环境条件；在火炸药爆炸时，也需要起到静密封作用，保证密封腔内快速建立爆炸燃气压力，提供强大的动力源；在火炸药爆炸后，起到可靠动密封作用，保证活塞运动过程没有爆炸燃气泄漏，提供稳定的动力源。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种强密封爆炸螺栓装置，解决了现有爆炸螺栓密封可靠性不高、容易密封失效等问题。
本发明的技术解决方案是：一种强密封爆炸螺栓装置，包括螺栓壳体、活塞、缓冲环、密封圈、火炸药和点火器；活塞和缓冲环安装在螺栓壳体的容腔内，螺栓壳体上设有V型槽作为强度薄弱环节；活塞上设有两个密封槽，在每个密封槽内安装有密封圈；点火器内安装火炸药，然后与螺栓壳体通过螺纹配合连接；点火器通电起爆后，引燃火炸药产生高温高压燃气，推动活塞运动，活塞快速挤压缓冲环并撞击螺栓壳体的V型槽处端面，致使螺栓壳体从V型槽处断裂。
所述密封圈采用O型橡胶圈。
将所述O型橡胶圈放入密封槽内进行压缩时的压缩率为％～％。
还包括非金属垫片，非金属垫片通过固化胶粘贴在活塞底端面上。
所述缓冲环、非金属垫片、O型橡胶圈以及卸爆槽均做密封处理。
所述活塞上还设有卸爆槽；用于防止火炸药产生的爆燃气体冲过第一道O型橡胶圈后，对第二道O型橡胶圈形成冲击。
所述卸爆槽位于两个密封槽的中间位置；
所述卸爆槽宽度为0.5mm～1mm，深度为1mm～2mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：
与传统的爆炸螺栓装置密封方法相比，本发明提出的新方法有以下优势：
(1)在橡胶圈与壳体动摩擦过程，通过预置非金属垫片，当火炸药爆炸后形成碎屑爆炸产物，填充橡胶圈与壳体间隙，可以有效增强第一道O型橡胶圈的抗爆炸密封能力；
(2)在活塞的两个密封槽之间，通过预置“卸爆槽”，当第一道O型橡胶圈在火炸药爆炸过程中发生了密封失效时，可以起到卸压作用，避免高温高压燃气造成第二道O型橡胶圈失效，能保证密封冗余设计可靠有效；
(3)通过联合采用非金属垫片及“卸爆槽”设计，可以同步增加两道O型橡胶圈的密封性能，降低爆炸螺栓装置的泄漏风险，提高装置的功能可靠性；
(4)本发明提出的新方法可以适用于爆炸螺栓、切割器、分离螺母、火工锁、火工作动筒、火工作动阀、火工拔销器等爆炸螺栓装置的密封设计，具有良好的通用性和普适性。
附图说明
图1为一种强密封爆炸螺栓装置的结构图。
具体实施方式
如图1所示，一种强密封爆炸螺栓装置，包含螺栓壳体1、活塞2、缓冲环3、O型橡胶圈4、非金属垫片5、火炸药6和点火器7。活塞2和缓冲环3安装在螺栓壳体1的容腔内，螺栓壳体1上设计V型槽9作为强度薄弱环节，活塞2上设计有两个密封槽和一个卸爆槽8，O型橡胶圈4分别安装在活塞2的两个密封槽内，非金属垫片5通过固化胶粘贴在活塞2底端面，点火器7内安装火炸药8，然后与螺栓壳体1通过螺纹配合连接。点火器7通电起爆后，引燃火炸药6产生高温高压燃气，推动活塞2运动，活塞快速挤压缓冲环3并撞击螺栓壳体1的V型槽9处端面，致使螺栓壳体1从V型槽9处断裂，缓冲环3、非金属垫片5、活塞2上的O型橡胶圈4以及卸爆槽8均为密封措施，可以防止螺栓壳体1断裂后火炸药6产生的爆燃气体从V型槽9处泄漏，起到非常好的密封效果。
按照《O形橡胶圈的选用和密封腔设计规范QJ1035.2-86》，在活塞2上设计两个密封槽，并在两个密封槽的中间位置增加一个宽度0.5mm～1mm、深度1mm～2mm的卸爆槽8，防止爆燃气体冲过第一道O型橡胶圈4后，对第二道O型橡胶圈4形成强大的冲击力，进一步保证两个O型橡胶圈4的冗余设计可靠有效。
本发明一种强密封爆炸螺栓装置是基于传统的O型橡胶圈密封形式，采用O型橡胶圈4设计，并将O型橡胶圈4的压缩率控制在15％～25％之间，O型橡胶圈4材料根据爆炸螺栓装置的工作温度范围进行选用，例如，某航天爆炸螺栓装置的工作温度范围为-40℃～+100℃，对应选择的O型橡胶圈4材料的极限低温适应范围应该在-40℃以下，极限高温适应范围应该在+100℃以上。
本发明一种强密封爆炸螺栓装置是在活塞2与火炸药6之间增加一个非金属垫片5，其直径尺寸与活塞2大端外径相同，通过GD-414胶粘剂与靠近火炸药6方向的活塞2端面进行贴合粘结，当火炸药6爆炸以后，形成高温、高压爆燃气体，将非金属垫片5炸碎，形成细碎的残渣，在活塞2运动过程中非金属垫片5残渣在高温、高压气体的冲击作用下，会不断填充O型橡胶圈4与螺栓壳体1之间的间隙，增强第一道O型橡胶圈的密封能力。
本发明的创新点是：
(1)在爆炸螺栓装置的活塞与火炸药之间预置一个非金属垫片，增强第一道O型橡胶圈的密封能力。
(2)在爆炸螺栓装置的活塞上设计两个密封槽，并在两个密封槽的中间位置预置一个“卸爆槽”，防止爆燃气体冲过第一道O型橡胶圈后，对第二道O型橡胶圈形成强大的冲击力，进一步保证两个O型橡胶圈的冗余设计可靠有效。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种强密封爆炸螺栓装置，其特征在于：包括螺栓壳体(1)、活塞(2)、缓冲环(3)、密封圈、火炸药(6)和点火器(7)；活塞(2)和缓冲环(3)安装在螺栓壳体(1)的容腔内，螺栓壳体(1)上设有V型槽(9)作为强度薄弱环节；活塞(2)上设有两个密封槽，在每个密封槽内安装有密封圈；点火器(7)内安装火炸药(6)，然后与螺栓壳体(1)通过螺纹配合连接；点火器(7)通电起爆后，引燃火炸药(6)产生高温高压燃气，推动活塞(2)运动，活塞(2)快速挤压缓冲环(3)并撞击螺栓壳体(1)的V型槽(9)处端面，致使螺栓壳体(1)从V型槽(9)处断裂。
2.根据权利要求1所述的一种强密封爆炸螺栓装置，其特征在于：所述密封圈采用O型橡胶圈(4)。
3.根据权利要求2所述的一种强密封爆炸螺栓装置，其特征在于：将所述O型橡胶圈(4)放入密封槽内进行压缩时的压缩率为15％～25％。
4.根据权利要求2或3所述的一种强密封爆炸螺栓装置，其特征在于：还包括非金属垫片(5)，非金属垫片(5)通过固化胶粘贴在活塞(2)底端面上。
5.根据权利要求4所述的一种强密封爆炸螺栓装置，其特征在于：所述缓冲环(3)、非金属垫片(5)、O型橡胶圈(4)以及卸爆槽(8)均做密封处理。
6.根据权利要求3或5所述的一种强密封爆炸螺栓装置，其特征在于：所述活塞(2)上还设有卸爆槽(8)；用于防止火炸药(6)产生的爆燃气体冲过第一道O型橡胶圈(4)后，对第二道O型橡胶圈(4)形成冲击。
7.根据权利要求6所述的一种强密封爆炸螺栓装置，其特征在于：所述卸爆槽(8)位于两个密封槽的中间位置。
8.根据权利要求6或7所述的一种强密封爆炸螺栓装置，其特征在于：所述卸爆槽(8)宽度为0.5mm～1mm，深度为1mm～2mm。
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