CN113446400B - 一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，包括安装于喷管段上的连接面静密封组件、运动部件间密封组件及集气室，连接面静密封组件包括第一静密封部件与第二静密封部件，第一静密封部件分别安装于喷管段前法兰面、支座与框架的连接面、盒盖与框架的连接面、侧壁与框架的连接面、观察窗的连接面及过线孔，第二静密封部件安装于喷管段后法兰面与下游支架段法兰面之间，运动部件密封组件分别安装于柔壁组件侧面、可调收缩段侧面、固定收缩段侧面、柔板侧面及集气室的隔板滑动面上，集气室内安装有电动调压阀，本发明具有整体结构简单、密封性能可靠、泄漏量小、集气室压力可调节等显著优点。适应于风洞结构技术领域。

Description

一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统

技术领域

本发明属于风洞结构技术领域，具体地说，涉及一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统。

背景技术

连续式风洞的试验马赫数范围宽广、流场性能指标要求高。喷管段是建立流场的核心设备，它的气体泄漏必须控制在极低的范围之内。喷管段的气体泄漏包含两方面：一是流道内部的窜气(内泄漏)；二是喷管段与外界环境的气体交换(外泄漏)。半柔壁喷管在成型过程中，可调收缩段相对于固定收缩段和喉块均处于动态运动中，柔壁组件和侧壁也处于相对滑动中。气体极易从这些运动副处发生泄漏，进而影响试验流场的有效建立。目前控制半柔壁喷管内泄漏的方法是使用软质密封条，控制半柔壁喷管外泄漏的方法是将喷管段置于整体驻室中。前者不能完全阻断内泄漏路径，泄漏量较大，后者的结构复杂，投资成本高为此，我们提出一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统。

发明内容

本发明提供了一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，以解决连续式风洞半柔壁喷管气体泄漏的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，关键点在于，包括安装于喷管段上的连接面静密封组件、运动部件间密封组件及集气室，所述连接面静密封组件包括第一静密封部件与第二静密封部件，所述第一静密封部件分别安装于喷管段前法兰面、支座与框架的连接面、盒盖与框架的连接面、侧壁与框架的连接面、观察窗的连接面及过线孔，所述第二静密封部件安装于喷管段后法兰面与下游支架段法兰面之间，所述运动部件密封组件分别安装于柔壁组件侧面、可调收缩段侧面、固定收缩段侧面、柔板侧面及集气室的隔板滑动面上，所述集气室由所述隔板分为前腔室与后腔室，所述集气室内安装有用于调节所述前腔室与后腔室之间压力的电动调压阀。

进一步的，所述第一静密封部件包括安装于连接件与被连接件之间的橡胶密封条，所述连接件与被连接件之间保持相对静止，所述橡胶密封条被压缩后产生变形，进而补偿连接件和被连接件之间由于加工和安装误差存在的小间隙。

进一步的，所述橡胶密封条被裁剪成若干个长度段，相邻两所述长度段首尾相互拼接并固连于所述被连接件开设的密封槽中，相邻两所述长度段相互结合处形成楔形切口相互搭接，所述切口的角度为15°-30°。

进一步的，第二静密封部件包括安装于喷管段后法兰面与下游支架段法兰面之间的充气式密封结构，所述充气式密封结构通过所述下游支架段法兰面压紧于喷管段后法兰上。

进一步的，所述充气式密封结构包括与中空密封管相连通的金属充气管，所述中空密封管为环形封闭结构且活动安装于所述喷管段后法兰上的充气密封槽内，所述金属充气管插接于所述喷管段后法兰内并通过压板压紧。

进一步的，所述运动部件间密封组件包括安装于相对运动的第一运动面和第二运动面之间的动密封条，所述动密封条卡入所述第一运动面开设的动密封槽内并与第一运动面固连，所述第一运动面与第二运动面之间的间隙为1mm以内，所述动密封条的外表面固连有润滑涂层，所述动密封条被所述第二运动面压缩。

进一步的，所述动密封条的截面为异型，并且与第二运动面接触的一面一体形成有多点接触结构，所述动密封条的两侧分别凹陷形成凹槽，所述动密封槽内一体成型有与所述凹槽相适配的突出部，以防止第一运动面与第二运动面相互运动时，动密封条的脱落，所述动密封条与动密封条为间隙配合。

进一步的，所述集气室包括由框架、柔壁组件、固定收缩段、可调收缩段、侧壁及盒盖所围城的封闭腔体，所述隔板包括与框架固连的上连接板，所述上连接板的底部固连有波形板，所述波形板的末端固连有下连接板，所述下连接板的底端固连有喉块，于所述后腔内且与上连接板的侧面上固连有所述电动调压阀，所述下连接板的末端进行局部减薄处理，从而降低局部刚度，增大其角度摆动范围，所述波形板为波浪型薄壁结构，可自由伸缩和弯曲，起到补偿喉块位移的作用，所述波形板的两侧设置有左限位板与右限位板。

进一步的，所述波形板的前后两侧与侧壁之间安装有波形板动密封条，所述波形板的前后两端采用T型接头，所述T型接头与波形板动密封条固连，所述波形板动密封条的表面固连有润滑涂层。

进一步的，所述波形板的前后两侧与侧壁之间安装有充气式动密封条，所述充气式动密封条的侧面固连有密封搭接片，所述波形板与密封搭接片固连，所述充气式动密封条的表面固连有润滑涂层。

本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：本发明包括安装在喷管段上的连接面静密封组件、运动部件间密封组件及集气室，连接面静密封组件包括第一静密封部件和第二静密封部件，第一静密封部件分别安装在喷管段前法兰面、支座与框架的连接面、盒盖与框架的连接面、侧壁与框架的连接面、观察窗的连接面及过线孔上，第二静密封部件安装在喷管段后法兰面和下游支架段法兰面之间，运动部件密封组件分别安装在柔壁组件侧面、可调收缩段侧面、固定收缩段侧面、柔板侧面及集气室的隔板滑动面上，集气室由隔板分为前腔室与后腔室，集气室内安装有用于调节所述前腔室与后腔室之间压力的电动调压阀，本发明通过设置连接面静密封组件、运动部件间密封组件，可以对本发明整体系统进行密封，可以减少喷管与外界大气环境之间的泄漏路径，整体结构简单；通过设置集气室、隔板及电动调压阀，集气室被隔板分为前腔室和后腔室，前腔室和后腔室之间的压力由电动调压阀调节，通过电动调压阀的开合来调节前腔室和后腔室的压力，防止前腔室和后腔室压差过大导致隔板变形超限，影响密封性能，电动调压阀的线缆由过线孔进出；本发明相比于传统的半柔壁喷管密封具有整体结构简单、密封性能可靠、泄漏量小、集气室压力可调节的显著优点。本发明在不需要建设大型驻室的前提下就可以实现实验介质零外泄漏，并且可以有效防止试验气体在流道前后的窜气，从而将喷管段内外泄漏量控制在极低的范围之内，有利于提高试验流场质量，理想情况下可以实现零泄漏。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1中的第一静密封部件安装的剖视图；

图3为本发明实施例1中的橡胶密封条的长度段搭接的剖视图；

图4为本发明实施例1中的第二静密封部件安装的剖视图；

图5为本发明实施例1中的动密封条安装的剖视图；

图6为本发明实施例1中的隔板的结构示意图；

图7为本发明实施例1中的隔板运动时的结构示意图；

图8为本发明实施例1中波形板侧面密封的剖视图；

图9为本发明实施例2中波形板封面密封的剖视图。

标注部件：101-喷管段前法兰面，102-支座与框架的连接面，103-盒盖与框架的连接面，104-过线孔，105-侧壁与框架的连接面，106-观察窗的连接面，11-橡胶密封条，12-连接件，13-被连接件，14-第一运动面，15-第二运动面，201-喷管段后法兰面，202-下游支架段法兰面，21-金属充气管，22-中空密封管，23-压板，24-充气密封槽，301-柔壁组件，302-可调收缩段，303-固定收缩段，304-隔板，31-动密封条，32-动密封槽，33-润滑涂层，401-框架，402-侧壁，403-盒盖，404-前腔室，405-后腔室，406-上连接板，407-波形板，408-下连接板，409-电动调压阀，410-喉块，411-左限位板，412-右限位板，413-柔板，414-推杆，51-波形板动密封条，52-充气式动密封条，53-密封搭接片，54-T型接头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例公开了一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，如图1-9所示，安装在喷管段上的连接面静密封组件、运动部件间密封组件及集气室，连接面静密封组件包括第一静密封部件和第二静密封部件，第一静密封部件分别安装在喷管段前法兰面101、支座与框架的连接面102、盒盖与框架的连接面103、侧壁与框架的连接面105、观察窗的连接面106及过线孔104上，第二静密封部件安装在喷管段后法兰面201和下游支架段法兰面202之间，运动部件密封组件分别安装在柔壁组件301侧面、可调收缩段302侧面、固定收缩段303侧面、柔板413侧面及集气室的隔板304滑动面上，集气室由隔板304分为前腔室404与后腔室405，集气室内安装有用于调节前腔室404与后腔室405之间压力的电动调压阀409，本实施例通过设置连接面静密封组件、运动部件间密封组件，可以对本实施例整体系统进行密封，可以减少喷管与外界大气环境之间的泄漏路径，整体结构简单；通过设置集气室、隔板304及电动调压阀409，集气室被隔板304分为前腔室404和后腔室405，前腔室404和后腔室405之间的压力由电动调压阀409调节，通过电动调压阀409的开合来调节前腔室404和后腔室405的压力，防止前腔室404和后腔室405压差过大导致隔板304变形超限，影响密封性能，电动调压阀409的线缆由过线孔104进出；本实施例相比于传统的半柔壁喷管密封具有整体结构简单、密封性能可靠、泄漏量小、集气室压力可调节的显著优点。本实施例在不需要建设大型驻室的前提下就可以实现实验介质零外泄漏，并且可以有效防止试验气体在流道前后的窜气，从而将喷管段内外泄漏量控制在极低的范围之内，有利于提高试验流场质量，理想情况下可以实现零泄漏。

如图2所示，本实施例的第一静密封部件包括安装在连接件12和被连接件13之间的橡胶密封条11，连接件12和被连接件13之间保持相对静止，橡胶密封条11被压缩后产生变形，进而补偿连接件12和被连接件13之间由于加工和安装误差存在的小间隙，在具体实施时，橡胶密封条11被裁减成多个长度段，相邻两个长度段首尾相互拼接并粘贴固定连接在被连接件13开设的密封槽中，如图3所示，相邻两个长度段相互结合处形成楔形切口相互搭接，切口的角度为15°-30°，从而保证密封性能。

如图1、4所示，本实施例的第二静密封部件包括安装在喷管段后法兰面201和下游支架段法兰面202之间的充气式密封结构，充气式密封结构通过下游支架段法兰面202压紧在喷管段后法兰面201上，充气式密封结构包括金属充气管21，金属充气管21和中空密封管22相连通，中空密封管22为环形封闭结构，且活动安装在喷管段后法兰面202上的充气密封槽24内，金属充气管21插接在喷管段后法兰面201内并通过压板23压紧，中空密封管22根据充气密封槽24的形状尺寸进行定制生产，在具体实施时，根据密封需求向中空密封管22中冲入一定压力的空气，中空密封管22膨胀后可以有效补偿喷管段后法兰面201和下游支架段法兰面202之间的加工误差及安装间隙，试验结束后泄压，中空密封管22缩回充气密封槽24中，在脱开喷管段和下游支架段的过程中，中空密封管22不会被剐蹭和破坏，通过设置充气式密封结构，以适应喷管段后法兰面201与下游支架段法兰面202经常性拆装需求。

如图1、5所示，本实施例的运动部件密封组件的具体结构为，运动部件间密封组件包括安装在相对运动的第一运动面14和第二运动面15之间的动密封条31，动密封条31卡入第一运动面14开设的动密封槽32内并和第一运动面14固定连接，第一运动面14和第二运动面15之间的间隙为1mm以内，动密封条31的外表面固定连接有润滑涂层33，可以减小运动过程中的摩擦阻力，降低动密封条31的磨损，动密封条31被第二运动面15压缩，动密封条31的截面为异型，并且和第二运动面15接触的一面一体形成有多点接触结构，动密封条31的两侧分别凹陷形成凹槽，动密封槽32内一体成型有和凹槽相适配的突出部，从而防止第一运动面14与第二运动面15相互运动时，动密封条31的脱落，为便于动密封条31的安装，动密封条31与动密封槽32为间隙配合，动密封条31采用弹性材料，截面形状为异形，与第二运动面15之间采用多点接触设计，侧面设计两条凹槽，卡入动密封槽32的突出部中，确保在运动过程中不会脱落；动密封条31的弹性模量、截面尺寸、自由厚度、被压缩量等参数需要根据密封需求确定，在具体实施时，动密封条31安装前需确保动密封槽32的粗糙度和各配合尺寸达到设计要求。安装时使用工装将动密封条31穿入动密封槽32中，就位后粘接固定，第一运动面14和第二运动面15安装就位后间隙为1mm以内，此时动密封条31被压缩，紧贴第二运动面15，第一运动面14和第二运动面15相对运动时，动密封条在第二运动面15上自由滑动，同时保持压缩量和密封性。

如图1、6所示，本实施例的集气室的具体结构为，集气室包括由框架401、柔壁组件301、固定收缩段303、可调收缩段302、侧壁402及盒盖403所围城的封闭腔体，集气室被隔板304分为前腔室404和后腔室405，两个腔室保持独立，其中柔壁组件301、可调收缩段302及固定收缩段303为运动部件，其余为静止部件，为了保证柔壁组件301顺利成型，侧壁402与柔壁组件301之间设计有1mm左右的间隙，可调收缩段302与固定收缩段303之间存在相对转动，与喉块410之间存在相对滑动，这两个运动副与侧壁402之间存在漏点，流道305内的试验气体和集气室中的气体会发生交换，由于集气室是封闭空间，当流道和集气室的压力平衡以后，泄漏就会停止，隔板304包括和框架401固定连接的上连接板406，上连接板406的底部固定连接有波形板407，波形板407的末端固定连接有下连接板408，下连接板408的底端固定连接有喉块410，在后腔室405内并且和上连接板406的侧面上固定连接有电动调压阀409，下连接板408的末端进行局部减薄处理，从而降低局部刚度，增大其角度摆动范围，隔板304的侧面与框架401和侧壁402的距离均控制在1mm以内，隔板304的侧面安装弹性密封条，该弹性密封条和喉块410侧面的密封条保证连续；波形板407为波浪型薄壁结构，可自由伸缩和弯曲，起到补偿喉块410位移的作用，波形板407的两侧设置有左限位板411与右限位板412，波形板407在压力作用下的变形由左限位板411和右限位板412进行限制，左限位板411和右限位板412布置合适的加强筋板，以提高整体刚性，波形板407的材料、厚度、刚度、形状等参数根据承压条件和密封需求确定，本实施例的隔板304的主要作用是调节控制推杆414所在的后腔室405的压力，以保证推杆414处于合适的压力下，并且防止柔板413内外的压差过大，减小柔板413受到的压力载荷和承压变形。

如图8所示，波形板407的前后两侧和侧壁之间安装有波形板动密封条51，波形板动密封条51采用弹性材料，波形板407前后两端采用T型接头54，T型接头54与波形板动密封条51固定连接，具体的，T型接头54和波形板动密封条51之间采用粘接工艺连接，波形板动密封条51表面带润滑涂层33，可以减小运动过程中的摩擦阻力，降低波形板动密封条51的磨损，波形板动密封条51的弹性模量、截面尺寸、自由厚度、被压缩量等参数需要根据密封需求确定。

在具体实施时，柔壁组件301中的喉块410在推杆414作用下成型到所需的位置，隔板304跟随喉块410一起运动，起到隔离前腔室404和后腔室405的压力的作用，成型后的位置如图7所示，在成型过程中，可调收缩段302绕上游铰链点转动，与喉块410保持搭接状态，此时可调收缩段302与固定收缩段303、喉块410均处于相对运动状态，流道305内的试验气体和前腔室406中的气体通过运动副处的漏点发生交换；前腔室404是封闭空间，当流道305和前腔室404的压力平衡以后，泄漏就会停止；当流道305内的压力较大时，隔板304左右的压差也较大，为了防止隔板304产生过大的变形导致侧面动密封失效，通过控制电动调压阀409的开合使前腔室404和后腔室405之间的压差处于合理范围之内，在隔板304变形可控的前提下，后腔室405的压力应尽量小，以防止柔板413内外的压差过大，从而减小柔板413受到的压力载荷和承压变形。

本实施例相比于传统的半柔壁喷管密封具有整体结构简单、密封性能可靠、泄漏量小、集气室压力可调节等显著优点，该系统在不需要建设大型驻室的前提下就可以实现实验介质零外泄漏，并且可以有效防止试验气体在流道305前后的窜气，有利于提高试验流场质量。

实施例2

基于实施例1的基础上，如图9所示，本实施例的波形板407的前后两侧与侧壁之间安装有充气式动密封条52，充气式动密封条52的截面为圆形，充气式动密封条52的侧面固定连接有密封搭接片53，波形板407和密封搭接片53固定连接，具体的，密封搭接片53和波形板407之间采用粘接工艺连接，充气式动密封条51的表面固定连接有润滑涂层33，在具体实施时，在充气式动密封条52内冲入一定压力的气体，膨胀后紧贴框架401和侧壁402，通过调节充气式动密封条52的充气压力，可以满足不同的密封压力需求；通过调节充气式动密封条52的压缩量，可以适应不同的密封间隙变化。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，其特征在于：包括安装于喷管段上的连接面静密封组件、运动部件间密封组件及集气室，所述连接面静密封组件包括第一静密封部件与第二静密封部件，所述第一静密封部件分别安装于喷管段前法兰面、支座与框架的连接面、盒盖与框架的连接面、侧壁与框架的连接面、观察窗的连接面及过线孔，所述第二静密封部件安装于喷管段后法兰面与下游支架段法兰面之间，所述运动部件间 密封组件分别安装于柔壁组件侧面、可调收缩段侧面、固定收缩段侧面、柔板侧面及集气室的隔板滑动面上，所述集气室由所述隔板分为前腔室与后腔室，所述集气室内安装有用于调节所述前腔室与后腔室之间压力的电动调压阀。

2.根据权利要求1所述的一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，其特征在于：所述第一静密封部件包括安装于连接件与被连接件之间的橡胶密封条，所述连接件与被连接件之间保持相对静止，所述橡胶密封条被压缩后产生变形，进而补偿连接件和被连接件之间由于加工和安装误差存在的小间隙。

3.根据权利要求2所述的一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，其特征在于：所述橡胶密封条被裁剪成若干个长度段，相邻两所述长度段首尾相互拼接并固连于所述被连接件开设的密封槽中，相邻两所述长度段相互结合处形成楔形切口相互搭接，所述切口的角度为15°-30°。

4.根据权利要求1所述的一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，其特征在于：第二静密封部件包括安装于喷管段后法兰面与下游支架段法兰面之间的充气式密封结构，所述充气式密封结构通过所述下游支架段法兰面压紧于喷管段后法兰上。

5.根据权利要求4所述的一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，其特征在于：所述充气式密封结构包括与中空密封管相连通的金属充气管，所述中空密封管为环形封闭结构且活动安装于所述喷管段后法兰上的充气密封槽内，所述金属充气管插接于所述喷管段后法兰内并通过压板压紧。

6.根据权利要求1所述的一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，其特征在于：所述运动部件间密封组件包括安装于相对运动的第一运动面和第二运动面之间的动密封条，所述动密封条卡入所述第一运动面开设的动密封槽内并与第一运动面固连，所述第一运动面与第二运动面之间的间隙为1mm以内，所述动密封条的外表面固连有润滑涂层，所述动密封条被所述第二运动面压缩。

7.根据权利要求6所述的一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，其特征在于：所述动密封条的截面为异型，并且与第二运动面接触的一面一体形成有多点接触结构，所述动密封条的两侧分别凹陷形成凹槽，所述动密封槽内一体成型有与所述凹槽相适配的突出部，以防止第一运动面与第二运动面相互运动时，动密封条的脱落，所述动密封条与动密封条为间隙配合。

8.根据权利要求1所述的一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，其特征在于：所述集气室包括由框架、柔壁组件、固定收缩段、可调收缩段、侧壁及盒盖所围城的封闭腔体，所述隔板包括与框架固连的上连接板，所述上连接板的底部固连有波形板，所述波形板的末端固连有下连接板，所述下连接板的底端固连有喉块，于所述后腔内且与上连接板的侧面上固连有所述电动调压阀，所述下连接板的末端进行局部减薄处理，从而降低局部刚度，增大其角度摆动范围，所述波形板为波浪型薄壁结构，可自由伸缩和弯曲，起到补偿喉块位移的作用，所述波形板的两侧设置有左限位板与右限位板。

9.根据权利要求8所述的一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，其特征在于：所述波形板的前后两侧与侧壁之间安装有波形板动密封条，所述波形板的前后两端采用T型接头，所述T型接头与波形板动密封条固连，所述波形板动密封条的表面固连有润滑涂层。

10.根据权利要求8所述的一种适用于连续式风洞半柔壁喷管的密封系统，其特征在于：所述波形板的前后两侧与侧壁之间安装有充气式动密封条，所述充气式动密封条的侧面固连有密封搭接片，所述波形板与密封搭接片固连，所述充气式动密封条的表面固连有润滑涂层。

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