檢漏收集室充氣密封圈設計研究

充氣密封圈是實現檢漏收集室密封的關鍵，研究其密封性的設計具有重要的工程意義。舊檢漏收集室采用的無棱充氣密封圈的密封效果不佳，且密封可靠性也較差，因此，針對某收集室的新建要求，有必要對充氣密封圈進行重新的設計，以提高檢漏收集室的密封性及可靠性。本文首先根據充氣密封圈的密封機理，設計出一種新型截面型式的充氣密封圈;其次，通過有限元仿真的對比分析，得到了新舊兩種不同截面型式充氣密封圈密封面上的應力分布規律，并以此為基礎，確定了新型截面型式充氣密封圈的*性；后，通過對新建收集室的密封性測試試驗，進一步驗證了新型截面型式充氣密封圈密封性和可靠性。本文的結論可以為航天器用檢漏收集室充氣密封圈的設計提供重要的技術支撐。

 

　　目前，國內外的航天機構主要采用氦質譜非真空累積檢漏法對航天器的總漏率進行測試，如美國先后采用該方法完成了ISS( 空間站) Node1、Node3 的總漏率測試，國內的大型航天器( 如衛星、飛船等) 也幾乎均是采用該方法。而該方法需要的核心設備之一，即是檢漏收集室。檢漏收集室的本質作用是在試驗周期內，累積被檢航天器所泄漏的微量示漏氣體( 約在10-6量級) ，故檢漏收集室的密封性是收集室的核心技術指標。收集室一般為剛性結構，主要由鋼室、大門、風機循環系統、控制臺等組成，如圖1 所示。收集室主體通常由鋼材焊接而成，焊接后，所有焊縫均需要經過嚴格的漏率測試，因此，焊縫的密封性是有保證的。但檢漏收集室的大門為活動機構，需要經常開關操作。為方便使用，收集室大門一般采用縱向密封設計型式，如圖2 所示，以使收集室無門檻，方便被檢航天器的進出。

 

　　目前，國內外通常采用充氣密封圈的方案來實現收集室大門的密封，主要過程是：充氣密封圈內部被抽真空，則充氣密封圈整體縮至密封槽內，大門可以正常開關；當充氣密封圈充氣至規定壓力，則充氣密封圈遇壓膨脹，填充大門和門框間的間歇，進而實現了密封。由此可見，收集室充氣密封圈的設計對確保收集室整體密封性是至關重要的。

 

檢漏收集室的系統組成

 

 

　檢漏收集室在檢漏測試過程中處于常壓狀態，但由于環境溫度和壓力的變化，會造成檢漏收集室的內外壓力形成約幾千帕的壓差，進而使得檢漏收集室內外氣體發生交換。目前，國內外檢漏收集室往往采用無棱充氣密封圈的設計，如圖3 所示，但密封效果不佳。究其原因，主要有兩點：

 

 　　①密封面上的大接觸應力不夠，從而不能形成更加有效的密封；

 

　　②只能形成單級密封，密封的可靠性不高。通常檢漏收集室大門的密封長度較長。

 

　　目前，國內檢漏收集室長的密封長度已近30 m。采用無棱充氣密封圈，只要密封長度上的密封面有些許損傷或多余物，就會造成密封的整體失效。

 

　　針對國家某重大專項工程的需求，需要研制一個有效空間尺寸為5 m(L) × 5 m(W) × 6 m(H) 的新收集室，因此，有必要對充氣密封圈進行重新的設計，以克服舊檢漏收集室的密封性不佳及可靠性較差的問題。

 

　　本文首先根據充氣密封圈的密封機理，設計出一種新型截面型式的充氣密封圈；其次，通過有限元仿真的對比分析，得到了新舊兩種不同截面型式充氣密封圈密封面上的應力分布規律，并以此為基礎，確定了新型截面型式充氣密封圈的*性;后，通過對新建收集室的密封性測試試驗，進一步驗證了新型截面型式充氣密封圈密封性和可靠性。