QJ 2748A-2004 固体火箭发动机密封结构通用技术要求.pdf
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1、QJ中华人民共和国航天行业标准FL 1337 QJ 2748A2004代替 QJ 27481995固体火箭发动机密封结构通用技术要求 General technical requirements for seal structure of solid rocket motor 20040901发布 20041201实施国防科学技术工业委员会发布 QJ 2748A2004 I前言 本标准代替QJ 27481995固体火箭发动机密封结构通用技术要求。 本标准与QJ 27481995相比,有以下主要技术内容变化: a) 根据固体火箭发动机研制工作的实际需要,增加了目前常用的O形橡胶密封圈(以下简称O
2、形圈)材料及其性能,并提出材料选择的一般原则; b) 补充给出了O形圈内径(d1)和O形圈截面直径(d2)的选择设计关系和区域; c) 根据国内固体火箭发动机对O形圈截面直径(d2)的使用频率以及初始压缩率(0)一般选择设计值,提出了适用于国内本行业的d2第一与第二系列,并相应给出了d1与d2的公差范围与0的选择范围; d) 在QJ 27481995基础上对d2的选择范围也作了适当扩大; e) 增加了O形圈预拉伸率计算方法及密封结构变形对O形圈初始压缩率(0)的影响,并给出了考虑上述预拉伸率与变形后修正的初始压缩率(r,0)计算公式; f) 据自然贮存或加速老化试验,可进一步得到既考虑O形圈预
3、拉伸和密封结构变形,又考虑O形圈永久变形条件下最终剩余压缩率,并根据试验对密封圈贮存后密封寿命提出了一般设计步骤; g) 增加了O形圈溢出间隙量要求; h) 在O形圈质量检验技术要求中,增加了O形圈模压件分模面和粘接件粘接面要求以及材料性能测定等要求。 本标准由中国航天科工集团公司提出。 本标准由中国航天标准化研究所归口。 本标准起草单位:中国航天科工集团公司六院四十一所。 本标准主要起草人:伍天健。 本标准于1995年5月首次发布,本次为第一次修订。 QJ 2748A2004 1固体火箭发动机密封结构通用技术要求 1 范围 本标准规定了固体火箭发动机(以下简称发动机)O形橡胶密封圈(以下简称
4、O形圈)的选择、一般密封结构与分类、密封结构设计、不溢出间隙量要求、预拉伸与结构变形对压缩率的修正、O形圈寿命设计、质量检验技术要求等。 本标准适用于O形圈工作温度在50200,发动机工作时间不超过180s、工作压强在30MPa以下的静密封结构设计。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包含勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。 GB/T 3211988 优先数和优先数系 GB/T 1184 形状和位
5、置公差未注公差的规定 GB/T 1800.41999 极限与配合 标准公差等级和孔、轴的极限偏差表 GB/T 3512 硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化和耐热试验 GB/T 57201993 O形橡胶密封圈试验方法 GJB 248 氟橡胶制品 GJB 464 专用橡胶零件 GJB 990.31990 军用橡胶密封材料 舰对地导弹用 3 术语和定义、符号 3.1 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1.1 截面直径 cross section diameter O形圈横截面的直径。 3.1.2 压缩量 press capacity O形圈在截面直径方向压缩时的变形量。 3.1.3
6、压缩率 press rate O形圈的压缩量与截面直径之比。 3.1.4 密封面 seal face O形圈在压缩时,在压缩方向上O形圈与密封结构上的平面或斜面相接触的面(包括密封沟槽底面)。 QJ 2748A2004 23.1.5 接触宽度 contact wide 密封圈在压缩条件下,O形圈横截面与密封面相接触的宽度。 3.1.6 面积比 area ratio 密封槽的横截面面积与O形圈横截面积之比。 3.1.7 轴向(端面)密封 axial (end face) seal O形圈在压缩条件下,其压缩方向和密封结构的轴线方向相同时为轴向(端面)密封。 3.1.8 径向(侧面)密封 diam
7、etral (rateral face) seal O形圈在压缩条件下,其压缩方向和密封结构的轴线方向垂直的密封。 3.1.9 压缩永久变形率 press perpetual deformed rate O形圈压缩后的永久变形量与初始压缩量之比。 3.1.10 初始压缩率 initial press rate O形圈在装配到位后,所产生的压缩量与截面直径之比。 3.2 符号 以下符号适用于本标准。 A密封沟槽与O形圈横截面积面积比; A1密封沟槽截面面积,单位为平方毫米(mm2); A2O形圈截面面积,单位为平方毫米(mm2); b密封沟槽宽度,单位为毫米(mm); BO形圈在压缩后变形最大宽
8、度(图2),单位为毫米(mm); CO形圈在密封结构密封面上接触宽度(图2),单位为毫米(mm); db螺栓最小径,单位为毫米(mm); d1O形圈内径(图2),单位为毫米(mm); d2O形圈截面直径,单位为毫米(mm); d3轴向密封沟槽内径,单位为毫米(mm); d4轴向密封沟槽外径,单位为毫米(mm); d5径向密封沟槽配合面直径(图6图8),单位为毫米(mm); Eb螺栓材料弹性模量,单位为兆帕(MPa); g密封结构配合偶件间隙量(图4图8),单位为毫米(mm); gmax最大间隙控制量,单位为毫米(mm); h矩形密封槽深度,单位为毫米(mm); h1梯形密封槽小端深度,单位为毫
9、米(mm); h2梯形密封槽大端深度,单位为毫米(mm); QJ 2748A2004 3h梯形密封槽平均深度,单位为毫米(mm); L下法兰外柱面至密封槽中点的距离(图4、图5、图9),单位为毫米(mm); Lmin径向密封双矩形沟槽邻边最小间距(图7、图8),单位为毫米(mm); Lb法兰密封结构螺栓露出下法兰的长度,单位为毫米(mm); Nb法兰密封结构螺栓个数; pmax发动机最大工作压强,单位为兆帕(MPa); rg密封槽棱角倒圆半径; r1密封槽底内角圆半径,单位为毫米(mm); r2密封槽或密封凸台锐边 倒圆半径,单位为毫米(mm); Zmin径向密封装配导引段最小长度,单位为毫米
10、(mm); 预拉伸率, 用百分比(%)表示; t压缩永久变形率,用百分比(%)表示; 0不考虑预拉伸和结构变形时的初始压缩率,用百分比(%)表示; r,0考虑预拉伸和结构变形后剩余压缩率,用百分比(%)表示; r考虑预拉伸、结构变形和永久变形后O形圈剩余压缩率,用百分比(%)表示; 1,0预拉伸率引起的压缩率,用百分比(%)表示; 2,0结构变形引起的压缩率,用百分比(%)表示; 0初始压缩量,单位为毫米(mm); rO形圈永久变形量(图10),单位为毫米(mm); r,0考虑O形圈预拉伸和结构变形后的剩余压缩量,单位为毫米(mm); 下法兰第一道密封圈导引面斜角(图9),单位为度(); 梯形
11、密封槽槽底或凸台倾斜角(图4、图5),单位为度(); 径向密封导引段倾斜角(图6、图7),单位为度(); max法兰密封结构上、下法兰张角变形,单位为度()。 4 O形圈选择 4.1 材料选择 4.1.1 常用的O形圈材料主要性能 GJB 990.31990及目前发动机常用的O形圈材料性能见表1。 表1 O形圈材料主要性能 材料种类 氟 橡 胶 硅 橡 胶 丁腈橡胶 材料代号 F111 F108 G105 G601 抗拉强度 MPa 14 17 4.5 7.0 12 扯断伸长率 % 90 130 100 150 130 邵氏硬度 A 705 755 655 655 805 玻璃化温度 20 3
12、0 60 70 45 性 能 参 数 压缩永久变形 % (200,24h,25%压缩率) 30 20 50 50 40 QJ 2748A2004 44.1.2 材料选择的一般原则 4.1.2.1 材料抗拉强度、伸长率与硬度 一般在发动机压强较高、结构刚度又较弱的情况下,通常选用抗拉强度与邵氏硬度较高的橡胶材料。 4.1.2.2 耐低温性能 材料的玻璃化温度应低于发动机最低使用环境温度,一般玻璃化温度应不高于-50,当环境使用温度低于-20时推荐采用耐低温的硅橡胶。 4.1.2.3 橡胶材料与介质的相容性 在发动机密封结构中常在密封槽或O形圈表面涂敷腻子(如铬酸锌或聚苯醚撑单组分室温不固化腻子)
13、。使用这种腻子时必须通过专门试验确定它们对密封圈溶胀、抗拉强度、扯断伸长率等影响很小时才允许使用。 4.1.2.4 耐高温性能 对多道密封结构,其中靠近燃气的密封圈,推荐采用氟橡胶材料。 4.2 尺寸和初始压缩率(0)的选择 4.2.1 O形圈的d1与d2的选择 首先根据发动机总体给定的开孔直径和密封结构空间,选择密封结构形式(即轴向或径向)和与开孔直径相适应的d1(见图1);然后按表2优先数选定d2的初值,其比值d1/d2应在图2所示的阴影区内;如果密封结构刚度较小,应选用较大的d2值。 d2d1bBcgmaxrgd20图1 O形圈参数和初始压缩量0 4.2.2 O形圈初始压缩率(0)和d2
14、与d1的公差选择 4.2.2.1 初始压缩率 O形圈通过机械外力而产生初始压缩量0,而得到初始压缩率0,并按公式(1)计算,即: %100200=d(1) 式中0与d2见图1。 4.2.2.2 O形圈d2的公差和0的选择 跟据GB/T 3211980规定的优先数以及GJB 464,并考虑到实际使用状况,将d2编制成第一和第二两个系列,并给出对应的尺寸公差和0常用的使用范围,见表2。 d2d1gmaxd20C B b rgQJ 2748A2004 5跟据表2的密封结构形式(即轴向或径向)和d2的范围选择合适的初始压缩率0,对密封结构变形较大而直接影响0的,应选择较大的压缩率。 200150100
15、500 12 456 7 8 90d1d 23d2/mm图2 d1与d2的参数之间关系一般使用范围 表2 O形圈d2、d2的公差与0的一般选择范围 截面直径 d2 mm 初始压缩率0% 第一系列 第二系列 公 差 mm 轴向(端面) 径向(侧面) 2.00 1.80 0.08 2.50 2.25 0.09 3.00 2.80 0.10 4.00 3.55 0.11 2832 1822 4.50 4.25 0.12 5.00 5.30 5.60 0.13 6.00 6.30 6.50 0.14 7.00 7.50 0.15 8.00 9.00 0.16 2228 1518 4.2.2.3 O形圈
16、d1的公差 O形圈d1的公差按表3确定。 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 d2/mm d1d2200 QJ 2748A2004 6表3 O形圈d1的公差 d1mm 1018 1830 3050 5080 80120 120180 180250 250315d1mm 0.17 0.21 0.26 0.33 0.41 0.51 0.64 0.80 d1mm 315400 400500 500630 630800 8001000 10001250 1250 d1mm 1.00 1.25 1.56 1.95 2.44 3.05 3.80 5 密封结构分类与结构形式 5
17、.1 结构分类 5.1.1 轴向(端面)静密封 包括矩形、梯形密封沟槽结构,见图3图5。 5.1.2 径向(侧面)静密封 包括单矩形、多矩形或梯形密封沟槽结构,见图6图8。 5.1.3 轴向、径向组合静密封 包括矩形、梯形密封沟槽组合结构,见图9。 5.2 结构形式 5.2.1 轴向(端面)静密封 5.2.1.1 矩形密封沟槽结构 5.2.1.1.1 结构形式见图3。 (a)(b)(a)平面矩形槽(b)凸台矩形槽gr2r1hbgr2r2r1hbbb d3d3bd3图3 矩形(含凸台矩形)密封沟槽及应用实例 gh b a)平面矩形槽 gh b b)平面矩形槽 b)a)(d3)b ()(d3)bb
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