1 概述
   在跨超聲波風(fēng)洞運行過程中，隨著氣源壓力的降低，通過控制壓力調(diào)節(jié)閥的開度，確保穩(wěn)定段內(nèi)氣流壓力穩(wěn)定在一定的運行壓力值，以保持風(fēng)洞的正常運行。壓力調(diào)節(jié)閥的性能直接關(guān)系到試驗段的運行壓力、馬赫數(shù)控精度和流場質(zhì)量。實踐證明，環(huán)形間隙套筒壓力調(diào)節(jié)閥具有良好的調(diào)節(jié)特性，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外跨超聲波速度風(fēng)洞。但由于工作環(huán)境惡劣，副密封經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴重影響閥門的正常運行，給風(fēng)洞設(shè)備和參與者帶來安全風(fēng)險。因此，探索和改進副密封的結(jié)構(gòu)形式是提高閥門可靠性的關(guān)鍵。

圖1

   2 環(huán)形縫隙套筒式調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)
   常見的環(huán)形間隙套筒壓力調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)閥門關(guān)閉時，套筒兩端有兩個密封件，分別稱為主密封件和副密封件。副密封采用7形密封圈，壓板固定在內(nèi)缸上，主密封采用凸形密封圈，壓板固定在套筒上。閥門前后壓差為0.1~2.0MPa與此同時，當(dāng)閥門關(guān)閉時，套筒在氣缸的推動下同時壓緊主、副密封圈，從而起到密封作用。閥門開度小時，主、副密封流速快，對密封圈影響大。閥門開度增加后，氣流主要通過套筒前緣流出。
   3 副密封失效分析
   環(huán)形縫隙套筒式調(diào)壓閥副密封最常見的故障形式是密封圈斷裂脫落，導(dǎo)致閥門漏氣，關(guān)閉不到位或套筒撞擊導(dǎo)向套筒。當(dāng)套筒關(guān)閉時，副密封圈兩側(cè)被擠壓并處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)套筒打開時，由于環(huán)帶與套筒的附著力不夠緊密，副密封不再起密封作用。同時，氣流也通過環(huán)帶從副密封圈周圍流動。套筒開度小，閥門前后壓差大副密封圈周圍的氣流速度非常快，對密封圈的影響很大。密封圈左側(cè)只有一半得到支撐。在套筒的摩擦和右側(cè)強氣流的沖擊下，副密封圈的下緣逐漸出現(xiàn)裂紋，最終完全斷裂，進入套筒與內(nèi)筒體之間的空腔。在套筒的連續(xù)往復(fù)運動中，斷裂的密封圈被摩擦成棒狀，最后從套筒與內(nèi)筒之間的間的間隙中吹出。當(dāng)閥門關(guān)閉時，一些未吹出的碎片卡在壓板前，導(dǎo)致套筒與所有密封圈之間的沖擊力逐漸減弱，如圖2所示。當(dāng)主密封圈斷裂時，主密封圈將繼續(xù)向金屬表面的沖擊。

圖2 副密封圈斷裂及吹出過程

   副密封圈與主密封圈材料一致，沖擊基本相同，但結(jié)構(gòu)形式和固定方法差異較大。主密封圈如圖1所示P所示為凸形。無論套筒是關(guān)閉還是打開，密封圈的大部分都被緊緊地壓在槽里，只露出一小部分。該結(jié)構(gòu)不會在氣流的沖擊下斷裂或吹出。與主密封圈相比，副密封圈的結(jié)構(gòu)和壓縮方法不利于抵抗氣流的沖擊。因此，解決這一問題主要是基于不改變套筒結(jié)構(gòu)，從副密封圈結(jié)構(gòu)和壓縮方法兩個方面考慮。
   4 改進副密封圈的方案
   4.1 方案①
   如圖3所示。改變了副密封圈的外部形狀，增加了副密封圈的內(nèi)部⌈；形狀金屬彈性鋼架，增強氣流沖擊下副密封圈抗斷裂撕裂的能力，延伸副密封圈壓板下緣，壓板前端加工長16mm，厚1mm突出部分，保護副密封圈半包圍，避免下緣氣流沖擊。由于在副密封圈中增加彈性鋼框架后，副密封圈的周長方向不再有彈性，安裝副密封圈時必須從套筒前的主密封面位置插入。主密封圈的直徑大于副密封圈的內(nèi)徑。如果將副密封圈制成整個圓圈，則無法安裝，因為它不能拉伸。為此，該方案將副密封圈分為三段，以便于安裝。

圖3

   該方案的優(yōu)點是密封圈具有較強的抗彎性和抗撕裂性，密封圈的下邊緣不再受到套筒摩擦和氣流的影響。缺點是由于密封圈分段，段間接頭密封難以處理，存在泄漏風(fēng)險。此外，密封圈壓板下邊緣的延伸部分太薄，難以保證，安裝時容易卷曲。一旦與套筒摩擦，就會導(dǎo)致撕裂。如果與套筒咬合，則存在套筒堵塞的隱患。
   4.2 方案②
   如圖4所示。根據(jù)主密封圈的形狀和壓縮方法，將副密封圈改為J形狀，內(nèi)部不增加加強填充材料，也不再分段。壓板由四個部分的內(nèi)襯圈和壓板組成，兩個部分以兩面扣的形式將副密封圈緊緊地卡在槽中。在壓板和內(nèi)缸之間增加密封墊片，以確保氣流不會通過兩者之間。
   該方案的優(yōu)點是大大提高了副密封圈的應(yīng)力模式。無論套筒是開還是關(guān)，密封圈都始終處于合理的包裝狀態(tài)。為方便安裝，內(nèi)襯圈與壓板之間的徑向兩側(cè)設(shè)有定位止口。安裝時，內(nèi)襯圈壓入壓板槽，確保內(nèi)襯圈與壓板之間的徑向不能移動。內(nèi)襯圈與壓板之間形成的空腔為密封圈的固定槽。密封圈與套筒的貼面設(shè)計為平面。套筒關(guān)閉后，套筒上的柱面與密封圈的平面相連。即使密封圈徑向偏移，兩者之間的貼面仍然可以保證。

圖4

   風(fēng)洞試驗結(jié)果證明，方案º可操作性好，密封性能可靠，能有效提高密封圈的使用壽命。
   5 結(jié)語
   跨超聲風(fēng)洞環(huán)形縫隙套筒式調(diào)壓閥⌈；由于支撐不良，形副密封圈容易撕裂，閥門的副密封圈不宜使用，J由于支撐結(jié)構(gòu)好，耐氣流沖擊，形副密封圈適用于環(huán)形縫隙套筒式調(diào)壓閥的副密封圈。
   參考文獻
   [1]劉政崇.風(fēng)洞結(jié)構(gòu)設(shè)計1M2.北京:2005年中國宇航出版社.