CN116221533A - 一种高可靠性的发动机打压接头密封结构 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空发动机的零部件设计领域，为一种高可靠性的发动机打压接头密封结构，包括打压接嘴、进油接嘴、出油接嘴和球面密封堵头；球面密封堵头包括堵帽和螺母；堵帽和螺母同轴设置并且堵帽滑移连接于螺母内，螺母螺纹连接于打压接嘴内；堵帽包括插设于打压接嘴内部的球头，球头的直径大于螺母内腔的直径，打压接嘴在螺母内侧的内壁上开设锥形环面，球头能够与锥形环面的内壁相抵；装配时，力矩扳手施加在螺母上的拧紧力转化为压紧力推动堵帽沿轴向运动，堵帽的球头和打压接嘴的锥面在压紧力作用下逐渐接触贴合，随着拧紧力矩增大，配合面相互挤压使球头发生弹塑性变形逐渐填满微观空隙，形成一个环形密封面达到密封效果。

Description

一种高可靠性的发动机打压接头密封结构

技术领域

本申请属于航空发动机的零部件设计领域，特别涉及一种高可靠性的发动机打压接头密封结构。

背景技术

航空发动机通过液压作动机构实现对流道几何面积和方向的调节以保证多种工况下的最优性能。为实现精准控制，发动机液压作动机构需要先进行打压和标定试验再正式使用。打压接头是安装在发动机作动机构管路之间，实现作动机构油封、启封、打压、标定功能的零件，与普通管路接嘴相比，打压接嘴在发动机工作过程中维护拆装频繁，且要承受作动机构高达20MPa以上的介质内压，因此对结构的装配性和可靠性有较高要求。

当前航空发动机普遍采用的打压接头结构见图1，打压接头用螺栓或卡箍固定在发动机机匣表面，打压接头有进油接嘴2、出油接嘴3和打压接嘴1三个接嘴，其中进油接嘴2和出油接嘴3分别与供油管路和出油管路连接，用于作动机构高压燃油介质的输送。打压接嘴1用于发动机的打压、标定，在发动机工作时不使用，由堵盖4和密封垫片5封堵。

发动机打压和标定前拆下堵盖4和密封垫片5，打压接嘴1连接地面设备，完成后通过拧紧打压接嘴1和堵盖4的连接螺纹产生预紧力压紧密封垫片5，密封垫片5发生弹塑性变形，实现发动机工作状态打压接嘴1的密封。

与本发明相比，现有技术方案的技术缺点如下：

1、现有技术方案的密封效果受制造和装配因素影响大，装配角度偏离或拧紧力矩不足容易导致打压接头渗油、漏油，影响发动机工作安全，大尺寸规格打压接头的渗油、漏油问题尤为突出；

2、反复装拆后密封垫片的压缩变形能力下降，容易出现密封失效的情况；

3、密封垫片无法多次重复使用，要准备大量备用垫片配合作动机构油封、启封和标定等工作频繁更换，增加使用成本和管理成本。

因此如何提高打压接头的装配精度，防止渗油或者漏油是一个需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种高可靠性的发动机打压接头密封结构，以解决现有技术中打压接头的装配密封效果差、容易产生渗油或者漏油的问题。

本申请的技术方案是：一种高可靠性的发动机打压接头密封结构，包括打压接嘴、进油接嘴、出油接嘴和球面密封堵头；所述打压接嘴、进油接嘴和出油接嘴相互连通，所述球面密封堵头对应打压接嘴设置，所述球面密封堵头包括堵帽和螺母；所述堵帽和螺母同轴设置并且堵帽滑移连接于螺母内，所述螺母的外壁上开设有外螺纹，所述打压接嘴的内壁上开设有内螺纹，所述螺母螺纹连接于打压接嘴内；所述堵帽包括插设于打压接嘴内部的球头，所述球头的直径大于螺母内腔的直径，所述打压接嘴在螺母内侧的内壁上开设锥形环面，所述球头能够与锥形环面的内壁相抵。

优选地，所述堵帽还包括滑动杆和定位柱，所述定位柱一体连接于滑动杆和球头之间，所述定位柱的直径小于球头的直径；所述螺母的内壁上设有直径小于螺母内壁的滑动环，所述滑动杆与滑动环滑移配合，所述定位柱与螺母的内壁滑移配合。

优选地，所述滑动杆的外壁上开设有环形凹槽，所述环形凹槽上同轴设有钢丝挡圈，所述钢丝挡圈位于螺母的外侧。

优选地，所述打压接嘴端部开设有限位槽，所述螺母的外壁上同轴设置有限位环，所述限位环与限位槽的直径相同并且限位环能够插入至限位槽内。

本申请的一种高可靠性的发动机打压接头密封结构，包括打压接嘴、进油接嘴、出油接嘴和球面密封堵头；球面密封堵头包括堵帽和螺母；堵帽和螺母同轴设置并且堵帽滑移连接于螺母内，螺母螺纹连接于打压接嘴内；堵帽包括插设于打压接嘴内部的球头，球头的直径大于螺母内腔的直径，打压接嘴在螺母内侧的内壁上开设锥形环面，球头能够与锥形环面的内壁相抵；装配时，力矩扳手施加在螺母上的拧紧力转化为压紧力推动堵帽沿轴向运动，堵帽的球头和打压接嘴的锥面在压紧力作用下逐渐接触贴合，随着拧紧力矩增大，配合面相互挤压使球头发生弹塑性变形逐渐填满微观空隙，形成一个环形密封面达到密封效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为背景技术中的打压接嘴局部剖视结构示意图；

图2为背景技术中打压接嘴微观表面示意图；

图3为本申请整体结构剖视图；

图4为本申请堵帽和螺母剖视结构示意图；

图5为本申请球头与锥形环面的配合结构示意图。

1、打压接嘴；2、进油接嘴；3、出油接嘴；4、堵盖；5、密封垫片；6、堵帽；7、螺母；8、滑动杆；9、定位柱；10、球头；11、滑动环；12、钢丝挡圈；13、限位环。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

一种高可靠性的发动机打压接头密封结构，对现有的密封结构进行技术分析可知，现有技术方案依靠打压接嘴1和密封垫片5的接触面实现密封。如图1-2所示，在微观上，打压接嘴1和密封垫片5的表面都有一定的粗糙度，接触面实际存在凹凸不平的细微峰区和谷区；其中带剖面线位置为峰区，空白位置为谷区。装配过程中力矩扳手施加在堵盖4上的拧紧力矩转化为安装预紧力，密封垫片5表面和打压接嘴1表面接触程度逐渐加深，材料屈服强度较低的密封垫片5发生弹塑性变形嵌入打压接嘴1的空隙填充表面。

微观空隙的变化过程可以表征为：

（1）

（2）

式中，h为初始空隙高度，决于加工表面粗糙度；h1为被压缩后的空隙高度；P为密封接触面的平均压力；Rc为材料密封性能参数；F为接触力，与拧紧力矩T成正比；S为接触面积。

从公式1和2可以看出，影响打压接嘴1密封效果的因素包括介质压力、密封面加工质量和接触压力。由于工艺水平相同的打压接嘴1粗糙度无明显差异，因此接触力F（或拧紧力矩T）和接触面积S是决定密封效果的主要因素。

打压接嘴1用于发动机作动机构的打压和标定，工作时承受来自作动机构的高压，密封需要的接触压力P高于普通管路接嘴，若拧紧力矩T不足或螺纹轴线不对正导致密封垫片5受力不均匀时，接触压力过低的区域容易渗油、漏油。

现有打压接嘴1密封方式的接触面积S为密封垫片5沿轴向的截面面积。当螺纹公称直径d增大时，打压接嘴1和密封垫片5的接触面积S随公称直径d呈平方关系增长，密封所需的拧紧力矩T随之增大，因此大尺寸规格的打压接嘴1更容易出现渗油、漏油现象。

针对上述问题，如图3-4，采取的具体结构包括打压接嘴1、进油接嘴2、出油接嘴3和球面密封堵头；打压接嘴1、进油接嘴2和出油接嘴3相互连通，球面密封堵头对应打压接嘴1设置，球面密封堵头包括堵帽6和螺母7；堵帽6和螺母7同轴设置并且堵帽6滑移连接于螺母7内，螺母7的外壁上开设有外螺纹，打压接嘴1的内壁上开设有内螺纹，螺母7螺纹连接于打压接嘴1内；堵帽6包括插设于打压接嘴1内部的球头10，球头10的直径大于螺母7内腔的直径，打压接嘴1在螺母7内侧的内壁上开设锥形环面，球头10能够与锥形环面的内壁相抵，形成了球面-锥面的配合形式。

装配时，力矩扳手施加在螺母7上的拧紧力转化为压紧力推动堵帽6沿轴向运动，堵帽6的球头10和打压接嘴1的锥面在压紧力作用下逐渐接触贴合，随着拧紧力矩增大，配合面相互挤压使球头10发生弹塑性变形逐渐填满微观空隙，形成一个环形密封面达到密封效果。

在工作条件和加工质量一定时，对打压结构密封效果影响最显著的因素是密封配合面的接触面积和密封面受到的压紧力，为提升密封效果采用了一下技术方案：

①采用了球面-锥面配合的密封方法减小接触面积和所需拧紧力矩值。装配时拧紧力矩T作用到螺母上，拧紧力矩T和接触压力P的关系如下：

（3）

式中：T为螺母上的拧紧力矩；K为拧紧力矩系数；d为螺纹公称直径；θ为打压接嘴的内锥面角度。

对比图1和图3，现有的密封接触区域为一条“密封面”；而本申请的密封接触区域更接近于一条“密封线”，接触形式从面接触变为了线接触；接触面积S远小于现有的垫片密封方法，降低了配合状态的压力分散度，螺纹规格d相同时只需要很小的拧紧力矩T即可达到所需接触压力P。

②依靠球面的补偿能力提高对制造和装配的容差能力。

考虑到工程实际中的制造偏差，内锥面角度θ会有小范围波动，装配时“密封接触线”将适应实际的内锥面角度θ沿轴线方向移动并实现密封。根据公式3，内锥面角度θ的小幅度变化对拧紧力矩T的影响很小，因此本申请对制造精度的包容性高。

当堵帽6的轴线偏离打压接嘴1轴线时，球头10结构可在锥面上转动以始终与打压接嘴1的锥面保持接触，此时只需要调整拧紧力矩T即可对装配偏差进行有效补偿，解决了现有密封方法角度偏离带来的配合面不贴合的问题。

③球面和锥面轴线的对中角度会影响压紧力F沿圆周方向的分布，压紧力F分布不均通常会导致打压接嘴1渗油、漏油。为保证密封面均匀受力，本申请在堵帽6的球头10区域附近和螺母7间设计了1处间隙配合见图5，拧紧螺母7时可以优先保证配合用于密封配合的球头10轴线和打压接嘴1螺纹同轴，减小实际装配角度与打压接口轴线的偏离。

因此本申请可在施加较小的拧紧力矩时实现高压流体作用下打压接嘴1的密封，同时结构简单、配合紧密。

优选地，堵帽6还包括滑动杆8和定位柱9，定位柱9一体连接于滑动杆8和球头10之间，定位柱9的直径小于球头10的直径；螺母7的内壁上设有直径小于螺母7内壁的滑动环11，滑动杆8与滑动环11滑移配合，定位柱9与螺母7的内壁滑移配合。这样拧动螺母7推动堵帽6沿轴向运动时，滑动杆8在滑动环11内沿轴向滑动，同时定位柱9沿着螺母7的内壁进行轴向移动，从而实现对堵帽6移动过程中的高精度定位，有效提升装配的精度。

优选地，滑动杆8的外壁上开设有环形凹槽，环形凹槽上同轴设有钢丝挡圈12，钢丝挡圈12位于螺母7的外侧，用于防止装拆过程中堵帽6掉落或者丢失，提升装配和维护的安全性。

优选地，打压接嘴1端部开设有限位槽，螺母7的外壁上同轴设置有限位环13，限位环13与限位槽的直径相同并且限位环13能够插入至限位槽内。通过限位环13与限位槽的相互配合，实现对螺母7的精准定位，从而进一步提升堵帽6与打压接嘴1之间装配的精度。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种高可靠性的发动机打压接头密封结构，其特征在于：包括打压接嘴(1)、进油接嘴(2)、出油接嘴(3)和球面密封堵头；所述打压接嘴(1)、进油接嘴(2)和出油接嘴(3)相互连通，所述球面密封堵头对应打压接嘴(1)设置，所述球面密封堵头包括堵帽(6)和螺母(7)；所述堵帽(6)和螺母(7)同轴设置并且堵帽(6)滑移连接于螺母(7)内，所述螺母(7)的外壁上开设有外螺纹，所述打压接嘴(1)的内壁上开设有内螺纹，所述螺母(7)螺纹连接于打压接嘴(1)内；所述堵帽(6)包括插设于打压接嘴(1)内部的球头(10)，所述球头(10)的直径大于螺母(7)内腔的直径，所述打压接嘴(1)在螺母(7)内侧的内壁上开设锥形环面，所述球头(10)能够与锥形环面的内壁相抵。

2.如权利要求1所述的高可靠性的发动机打压接头密封结构，其特征在于：所述堵帽(6)还包括滑动杆(8)和定位柱(9)，所述定位柱(9)一体连接于滑动杆(8)和球头(10)之间，所述定位柱(9)的直径小于球头(10)的直径；所述螺母(7)的内壁上设有直径小于螺母(7)内壁的滑动环(11)，所述滑动杆(8)与滑动环(11)滑移配合，所述定位柱(9)与螺母(7)的内壁滑移配合。

3.如权利要求2所述的高可靠性的发动机打压接头密封结构，其特征在于：所述滑动杆(8)的外壁上开设有环形凹槽，所述环形凹槽上同轴设有钢丝挡圈(12)，所述钢丝挡圈(12)位于螺母(7)的外侧。

4.如权利要求1所述的高可靠性的发动机打压接头密封结构，其特征在于：所述打压接嘴(1)端部开设有限位槽，所述螺母(7)的外壁上同轴设置有限位环(13)，所述限位环(13)与限位槽的直径相同并且限位环(13)能够插入至限位槽内。

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