CN109611551B - 一种密封工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密封工装，包括：连接杆；支撑架，绕第一轴线转动安装于连接杆的一端，具有与连接杆的轴线方向形成倾斜角以供支撑架通过喷管喉部的第一状态、以及在外力作用下搭接在喷管收敛段上以供支撑架与喷管收敛段的内壁相抵的第二状态；密封结构，沿连接杆的轴线方向活动安装于连接杆，支撑架搭接在喷管收敛段位置后，密封结构在驱动装置作用下运动至与喷管扩张段的内壁密封相抵的密封位置。通过转动安装在连接杆上的支撑架与喷管收敛段的内壁相抵，并使密封结构与喷管扩张段的内壁完全紧贴，实现对推力室喷管的密封，解决了常见密封工装容易对喷管收敛段的内壁造成磨损的问题，具有简单可靠、拆卸便捷、安全有效的优点。

Description

一种密封工装

技术领域

本发明涉及火箭发动机密封性检测技术领域，具体涉及一种用于液态火箭发动机推力室密封性试验的密封工装。

背景技术

火箭发动机推力室在热试车之前，需要经过严格的密封性试验，其主要是检查其焊缝和组件的密封性。密封性试验是对有气密性要求的封闭腔体注入一定压力的压缩气体，待压力显示稳定后，在其焊缝周围用专用检测设备，检查是否有气体渗流现象。

在对发动机推力室进行密封性试验时，一般是对喷管喉部临界截面以上的内腔及全部夹层通过接管嘴注入一定压力的氦气，依靠氦气极强的渗透能力和专业检测设备检查焊缝或者连接部位的渗漏情况。

火箭发动机喷管一般是收缩－扩张型的拉伐尔喷管，其通常由位于两端的喷管扩张段以及连接在两个喷管扩张段之间的喷管收敛段构成，喷管缩颈段的内径小于喷管扩张段的内径。现有技术中，为了进行密封性测试，往往需要将密封工装通过喷管收敛段，为了能够搭接在喷管收敛段上，密封工装的尺寸往往大于喷管收敛段的内径。这会导致在通过喷管收敛段时，密封工装容易对喷管收敛段的内壁造成磨损，且由于密封工装的尺寸大于喷管收敛段的内径，密封工装在进入或离开喷管时会受到喷管收敛段的限制，导致拆装不便。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中密封工装拆卸困难，且易划伤推力室内外壁面，影响发动机可靠性的问题，从而提供一种简单可靠、拆卸便捷、安全有效的密封工装。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种密封工装，包括：

连接杆；

支撑架，绕第一轴线转动安装于所述连接杆的一端，具有与所述连接杆的轴线方向形成倾斜角以供所述支撑架通过喷管喉部的第一状态、以及在外力作用下搭接在所述喷管收敛段上以供所述支撑架与所述喷管收敛段的内壁相抵的第二状态；

密封结构，沿所述连接杆的轴线方向活动安装于所述连接杆，所述支撑架搭接在所述喷管收敛段位置后，所述密封结构在驱动装置作用下运动至与喷管扩张段的内壁密封相抵的密封位置。

进一步地，所述密封结构包括：

密封盖板，沿所述连接杆的轴线方向活动安装于所述连接杆；

第一密封圈，连接于所述密封盖板，当所述密封结构运动至所述密封位置时，所述第一密封圈密封设于所述密封盖板和所述喷管扩张段的内壁之间的间隙。

进一步地，所述密封盖板与所述连接杆的配合面上设有密封凹槽，所述密封凹槽内填充用于防止气体沿所述连接杆的轴线方向发生泄漏的第二密封圈。

进一步地，所述驱动装置包括绕所述连接杆的轴线方向转动安装于所述连接杆相对安装有所述支撑架的一端的螺母，所述螺母和所述密封结构之间设有套设在所述连接杆外部的杆套，所述螺母作用于所述杆套以使所述密封结构沿所述连接杆的轴线方向运动。

进一步地，所述螺母和所述杆套之间还设有垫片。

进一步地，所述螺母相对于所述连接杆轴线方向的外周壁设置有螺母连接杆。

进一步地，所述支撑架相对于所述连接杆的轴线方向为非对称式结构，在自身重力作用下所述支撑架处于垂直于所述连接杆的平衡位置。

进一步地，所述支撑架上位于所述支撑架重心所在的一端具有第一限位端，所述第一限位端上成型有豁口，所述豁口形成供所述第一限位端发生朝向所述连接杆方向运动的空间。

进一步地，所述支撑架上设置有与所述第一限位端相对设置的第二限位端，所述支撑架处于第二状态时，所述第二限位端与所述连接杆相抵。

进一步地，所述支撑架与所述喷管收敛段的内壁相抵的部分具有圆弧过渡。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的密封工装，在对发动机推力室进行密封性检测的过程中，先将连接杆安装有支撑架的一端向喷管内推进，使支撑架完全移动到喷管收敛段内部，晃动支撑杆，使支撑架在自身重力作用下绕第一轴线从与连接杆的轴线方向形成倾斜角的第一状态转动到与喷管收敛段的内壁相抵的第二状态；然后沿喷管的管口向外缓慢移动连接杆，使支撑架卡在喷管收敛段的内壁；之后驱动装置驱动密封结构沿连接杆的轴线方向向喷管内部移动，使密封结构与喷管扩张段的内壁完全紧贴，实现对推力室喷管的密封。之后就可以通过接管嘴向推力室内充填氦气，即可进行密封性试验；这种密封工装可以有效地对型面特殊的收缩－扩张型喷管进行密封，具有结构简单、拆卸方便、安全可靠的优点。

2.本发明提供的密封工装，采用第一密封圈紧贴喷管扩张段的内壁，可以有效第喷管扩张段进行密封，还能防止对喷管内壁面造成的划伤。

3.本发明提供的密封工装，在密封盖板和连接杆之间采用第二密封圈进行密封，可以防止空气出现沿连接杆的轴线方向出现泄漏，进一步提高了密封工装对喷管的密封效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的用于液态火箭发动机推力室内密封性试验的密封工装的剖视图；

图2为本发明实施例中密封工装对推力室进行密封时的原理图。

附图标记说明：1、支撑架；101、第一限位端；102、第二限位端；103、豁口；2、喷管；201、喷管收敛段；202、喷管扩张段；3、连接杆；4、第二密封圈；5、第一密封圈；6、密封盖板；7、杆套；8、螺母连接杆；9、垫片；10、螺母；11、把手；12、连接轴。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1－2所示的一种密封工装，包括连接杆3、支撑架1、密封结构和驱动装置。其中，连接杆3为一轴向设置的杆体结构；支撑架1绕第一轴线转动安装于连接杆3的一端，具有与连接杆3的轴线方向形成倾斜角以供支撑架1通过喷管收敛段201内部空腔的第一状态、以及在重力作用下搭接在喷管收敛段201上以供支撑架1与喷管收敛段201的内壁相抵的第二状态；密封结构沿连接杆3的轴线方向活动安装于连接杆3，支撑架1搭接在喷管收敛段201位置后，密封结构在驱动装置作用下运动至与喷管扩张段202的内壁密封相抵的密封位置。第一轴线具体为连接轴12的轴线，支撑架1通过连接轴12转动安装在支撑杆上。

在对发动机推力室进行密封性检测的过程中，先将连接杆3安装有支撑架1的一端向喷管2内推进，使支撑架1完全移动到喷管收敛段201内部，晃动支撑杆，使支撑架1在自身重力作用下绕第一轴线从与连接杆3的轴线方向形成倾斜角的第一状态转动到与喷管收敛段201的内壁相抵的第二状态；然后沿喷管2的管口向外缓慢移动连接杆3，使支撑架1卡在喷管收敛段201的内壁；之后驱动装置驱动密封结构沿连接杆3的轴线方向向喷管2内部移动，使密封结构与喷管扩张段202的内壁完全紧贴，实现对推力室喷管2的密封。之后就可以通过接管嘴向推力室内充填氦气，即可进行密封性试验；这种密封工装可以有效地对型面特殊的收缩－扩张型喷管2进行密封，具有结构简单、拆卸方便、安全可靠的优点。

密封结构包括密封盖板6和第一密封圈5，密封盖板6沿连接杆3的轴线方向活动安装于连接杆3；第一密封圈5与密封盖板6连接，当密封结构运动至密封位置时，第一密封圈5密封设于密封盖板6和喷管扩张段202的内壁之间的间隙。具体的，第一密封圈5为环绕安装于密封盖板6外周边缘的O型密封圈，由于O型密封圈的线径较粗，可以有效使O型密封圈贴紧喷管扩张段202的内表面，从而防止对喷管2内表面造成刮伤。

在本实施例的一种优选实施方式中，在密封盖板6与连接杆3的配合面上设有密封凹槽，密封凹槽内填充用于防止气体沿连接杆3的轴线方向发生泄漏的第二密封圈4。本实施方式中，密封凹槽和第二密封圈4的数量均有两个，应该可以理解的是，密封凹槽的数量可以为一个，或沿连接杆3轴线方式设置的多个，设置多个密封凹槽和第二密封圈4，可以起到多层保护的作用，提高密封盖板6与连接杆3之间的密封结构的可靠性，防止出现气体沿连接杆3的轴线方向发生泄漏的现象。此外，当密封盖板6在驱动装置作用下沿连接杆3的轴线方向运动时，第二密封圈4起到阻碍密封盖板6运动的作用，使密封盖板6运动过程中不至于运动过快，从而减少密封工装使用过程中出现与喷管2发生碰撞的现象，不易对喷管2造成损伤。

驱动装置包括绕连接杆3的轴线方向转动安装于连接杆3相对安装有支撑架1的一端的螺母10，螺母10和密封结构之间设有套设在连接杆3外部的杆套7，在连接杆3与螺母10相对应的部位设置有相互配合的螺纹，螺母10作用于杆套7以使密封结构沿连接杆3的轴线方向运动。杆套7的一端可以与密封盖板6螺纹装配或过盈配合或简单的抵接，另一端与螺母10相抵。转动螺母10，杆套7在螺母10旋转的作用下带动密封盖板6缓慢向喷管2内部移动，直至第二密封圈4贴到喷管扩张段202内壁面为止。采用螺母10作为驱动装置通过杆套7传递力的作用，带动密封盖板6对喷管扩张段202进行密封的方式，结构简单，操作方便，密封盖板6运动过程缓慢且方便人工调控，既能保证密封盖板6对喷管2进行有效密封，又能避免出现密封盖板6运动过快与喷管2发生碰撞甚至损伤喷管2内壁面的现象。

在本实施例的另一种优选实施方式中，在螺母10和杆套7之间设置有垫片9，垫片9的外径大于螺母10靠近杆套7一端的外径，可以起到增大接触面积，平衡压力，防止松动和保护螺母10等作用。

为了方便转动螺母10，螺母10的外壁面固定连接有螺母连接杆8，螺母连接杆8的轴线方向垂直于螺母10的轴线方向。优选的，螺母连接杆8相对于螺母10中心轴线方向为非对称式结构，也即是螺母连接杆8以螺母10为支点，两端一长一短的结构。这种结构的螺母连接杆8既能保证了螺母连接杆8相对于螺母10有较长的力臂，转动过程中可以更加省力，又方便双手操作螺母连接杆8转动，而且螺母连接杆8占用的空间相对较小，可以减少密封工装的体型大小。

连接杆3相对安装有支撑架1一端的端部还安装有把手11，把手11可拆卸连接在连接杆3上，把手11的设置一方面可以防止螺母10沿连接杆3的轴线方向转出连接杆3，减少密封工装出现部件遗失的现象。更重要的是，在转动螺母连接杆8的过程中，握紧把手11，可以防止出现螺母10带动连接杆3转动的现象，进而方便转动螺母10使密封盖板6上的第一密封圈5与喷管扩张段202的内壁面完全贴紧。

支撑架1相对于连接杆3的轴线方向为非对称式结构，在自身重力作用下支撑架1处于垂直于连接杆3的平衡位置。当支撑架1进入喷管2喉部内后，由于重量不同，支撑架1在重力的作用下，具有自动平衡的能力。该密封工装运用到液体火箭发动机推力室的密封性试验中时，根据推力室喷管2的型面结构，喷管2喉部的直径一般在90mm－125mm之间的区域，相应的支撑架1为柱状结构，支撑架1的直径一般要大于喷管2喉部的直径，本实施方式中，支撑架1的直径选取为130mm，支撑架1相对于连接杆3的倾斜角小于56度，当倾斜角过大时，支撑架1容易从喷管2的喉部被拉出，当倾斜角过小时，不方便将支撑架1调整到垂直于连接杆3轴线方向的状态，也会影响支撑架1与喷管收敛段201相抵结构的密封性，还可能导致出现喷管收敛段201内壁面各处受力不均，造成喷管2内表面受损的现象。

支撑架1上位于支撑架1重心所在的一端具有第一限位端101，第一限位端101上成型有豁口103，豁口103形成供第一限位端101发生朝向连接杆3方向运动的空间。当支撑架1转动到第二状态时，支撑架1与第一限位端101相抵；支撑架1上设置有与第一限位端101相对设置的第二限位端102，第二限位端102呈锥形具有相对豁口103的倾斜表面。支撑架1处于第一状态时，第二限位端102与连接杆3相抵；通过两者之间的摩擦力使支撑架1保持与连接杆3的轴线方向呈倾斜角度的第一状态。第一限位端101和第二限位端102的设置可以对支撑架1的转动角度进行限制，使支撑架1只能在第一状态和第二状态之间的空间内转动。

为了防止支撑架1喷管收敛段201的内壁面造成损伤，支撑架1与喷管收敛段201的内壁相抵的部分具有圆弧过渡。

如图2所示，本实施例提供的密封工装对推力室喷管2进行密封试验过程如下：

第一步：拆掉连接杆3上的把手11，接着握紧螺母连接杆8，逆时针慢慢旋转螺母连接杆8，使螺母10随同螺母连接杆8向外缓慢移动，增大密封盖板6和支撑架1之间的距离(不必将螺母10旋下连接杆3)；然后，将支撑架1顺时针旋转到不能继续旋转的第一状态。

第二步：将连接杆3轻轻向喷管2内部推进，直至支撑架1全部移动到喷管2的喉部以内；

第三步：轻轻晃动密封工装，使得支撑架1在自身重力作用下，回复到平衡位置，然后向外缓慢移动连接杆3，使支撑架1卡在喷管收敛段201的内壁面；

第四步：顺时针缓慢转动螺母连接杆8，使密封盖板6、杆套7在螺母10旋转的作用下缓慢向喷管2内部移动，直至第一密封圈5贴到喷管扩张段202内壁面为止，然后装上把手11，左手握紧把手11，右手慢慢旋转螺母连接杆8，使第一密封圈5和喷管扩张段202的内壁面完全贴紧即可，然后可以通过接管嘴向推力室内充填氦气，进行密封性试验。

本实用新型提供的用于液态火箭发动机推力室密封性试验的密封工装，可以有效地对推力室上型面特殊的收缩－扩张型喷管2进行密封，具有结构简单、拆卸方便、安全可靠的优点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种密封工装，其特征在于，包括：

连接杆(3)；

支撑架(1)，绕第一轴线转动安装于所述连接杆(3)的一端，具有与所述连接杆(3)的轴线方向形成倾斜角以供所述支撑架(1)通过喷管喉部的第一状态、以及在自身重力作用下搭接在喷管收敛段(201)上以供所述支撑架(1)与所述喷管收敛段(201)的内壁相抵的第二状态；所述支撑架(1)相对于所述连接杆(3)的轴线方向为非对称式结构，在自身重力作用下所述支撑架(1)处于垂直于所述连接杆(3)的平衡位置；

密封结构，沿所述连接杆(3)的轴线方向活动安装于所述连接杆(3)，所述支撑架(1)搭接在所述喷管收敛段(201)位置后，所述密封结构在驱动装置作用下运动至与喷管扩张段(202)的内壁密封相抵的密封位置。

2.根据权利要求1所述的密封工装，其特征在于，所述密封结构包括：

密封盖板(6)，沿所述连接杆(3)的轴线方向活动安装于所述连接杆(3)；

第一密封圈(5)，连接于所述密封盖板(6)，当所述密封结构运动至所述密封位置时，所述第一密封圈(5)密封设于所述密封盖板(6)和所述喷管扩张段(202)的内壁之间的间隙。

3.根据权利要求2所述的密封工装，其特征在于，所述密封盖板(6)与所述连接杆(3)的配合面上设有密封凹槽，所述密封凹槽内填充用于防止气体沿所述连接杆(3)的轴线方向发生泄漏的第二密封圈(4)。

4.根据权利要求1所述的密封工装，其特征在于，所述驱动装置包括绕所述连接杆(3)的轴线方向转动安装于所述连接杆(3)相对安装有所述支撑架(1)的一端的螺母(10)，所述螺母(10)和所述密封结构之间设有套设在所述连接杆(3)外部的杆套(7)，所述螺母(10)作用于所述杆套(7)以使所述密封结构沿所述连接杆(3)的轴线方向运动。

5.根据权利要求4所述的密封工装，其特征在于，所述螺母(10)和所述杆套(7)之间还设有垫片(9)。

6.根据权利要求4所述的密封工装，其特征在于，所述螺母(10)相对于所述连接杆(3)轴线方向的外周壁设置有螺母连接杆(8)。

7.根据权利要求6所述的密封工装，其特征在于，所述支撑架(1)上位于所述支撑架(1)重心所在的一端具有第一限位端(101)，所述第一限位端(101)上成型有豁口(103)，所述豁口(103)形成供所述第一限位端(101)发生朝向所述连接杆(3)方向运动的空间。

8.根据权利要求7所述的密封工装，其特征在于，所述支撑架(1)上设置有与所述第一限位端(101)相对设置的第二限位端(102)，所述支撑架(1)处于第一状态时，所述第二限位端(102)与所述连接杆(3)相抵。

9.根据权利要求1或8所述的密封工装，其特征在于，所述支撑架(1)与所述喷管收敛段(201)的内壁相抵的部分具有圆弧过渡。