一种分区检测机匣液压强度的试验装置的制作方法

本发明属于航空发动机燃烧室试验测试技术领域，特别是关于腔体液压强度试验的装置。

背景技术：

环形燃烧室是航空发动机核心机的主体部件，组件分别由火焰筒和机匣组合而成，燃烧室工作在高温高压的燃气之中，高温燃气在火焰筒中燃烧膨胀产生很大的压力，火焰筒体压力通过安装边传递到燃烧室机匣的安装边上，其中一部分压力随气流传到高压涡轮的零件上，机匣和火焰筒之间同样有高温高压的混合气流，所以，机匣也承受自身空间的气压压强以及火焰筒传递的压力，该压力除机匣壳体自身承受外，其轴向力都由机匣安装边来承受。

为保证组件在工作时能承受燃气的压力和各种脉动冲击力，经技术验证，机匣要求用煤油或水作为强度试验介质，对机匣的材料，工艺以及结构的可靠性进行强度检测试验。

图1为某中推航空发动机主燃烧室机匣结构。该机匣材料为高温合金，主体结构为环形薄壁钣金成型结构，机匣前端为带支板连接的铸件扩压器16，扩压器16内安装边16-2焊接一环形蜂窝柱面环(封严环1，即由网状结构蜂窝通过真空钎焊接到薄壁高温合金内环上的一种封严组件)，外安装边16-1为一环形圆环状安装边，扩压器16后端内外环分别焊接机匣内外筒体，内外筒体的后边分别焊接两个独立环形安装边，即机匣内安装边17-1和机匣外安装边17-2。

如图2所示，机匣的液压强度试验的技术要求：

1.1例行试验时，用3.760±0.1MPa水压对K腔进行液压试验，持续时间5分钟，不允许压力下降。

1.2破坏性试验时，试验压力不低于5.42MPa，持续加压到6.5MPa±0.1MPa，如果在6.5MPa压力下燃烧室机匣未破坏则零件材料及工艺满足产品设计要求。

常规的液压密封强度试验是在机匣前后安装边分别连接上密封压板，在压板和主体件装上密封胶皮，在前后端接通出水和进水口，待腔体内注满水后对水进行加压，在一定压力下保持一段时间检查零件主体和安装边是否破坏，是否出现水的泄露来确定零件的质量。但由于机匣结构的特殊性(如扩压器16、封严环1、后端环形分区压力等)，常规密封方式无法满足试验要求。

具体来说，密封试验需要解决机匣头部的柱面、端面密封，后端环形通道的分区域压力传递和密封。机匣头部焊接着带凹槽1-1的封严环1，封严环1外侧为带台阶的圆柱型面，封严环1下面是扩压器16，封严环1通过电子束焊接到扩压器16内安装边16-2上，与扩压器16前端接口形成一个凹槽形状的圆柱表面，在机匣中间，主体为两个环形薄壁壳体18，环形壳体的前端面与扩压器16后端的内外边用氩弧焊对接焊，壳体尾部分别焊接两个独立的机匣安装边。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对环形类腔体结构组件提供一种分区检测液压强度的试验装置，该装置的的密封结构能满足试验需求。试验在给试验介质一定压力和时间下，检测机匣壳体在该压力下零件密封性及变形和强度的抵抗能力，试验中面对的密封问题是机匣头部内壁的特殊密封和尾部的分区强度检验和密封的问题，因此，必须设计满足机匣前段扩压器柱面密封的特殊胶圈结构和机匣后端安装边的密封连接结构。

本发明的技术方案如下：

一种分区检测机匣液压强度的试验装置，包括机匣前端内环柱面密封结构，前端端面密封结构和后端中间环形通道密封结构，所述前端内环柱面密封结构包括上座内侧壁上的内槽，内槽与封严环外侧柱面上的凹槽之间设置有U型密封胶圈；所述前端端面密封结构包括上座下端面的凹形环面，凹形环面内为密封胶片，密封胶片外侧的上座外圆周面上方为上压板，下方为扩压器外安装边，扩压器外安装边下方为下压板；所述后端中间环形通道密封结构包含与机匣内安装边相连的内环以及与机匣外安装边相连的外环，内环与外环之间为中间环，内环外表面和中间环的外表面分别设置有截面为方形带状环槽，环槽内为O型橡胶密封圈。

所述U型密封胶圈的开口向下。

所述密封胶片截面为矩形。

所述上压板、扩压器外安装边和下压板通过第一螺钉和螺母与上座外圆周面相连。

所述上压板和下压板位于上座外圆周面外侧部分通过第二螺钉相连。

所述内环外表面和中间环外表面的环槽各有3条。

所述内环外表面和中间环外表面的3条环槽等间距分布。

要实现整个腔体密封，机匣后端内环和外环都得密封，密封方式与前端外侧端面密封一样。

本发明根据组件产品试验的技术要求，机匣后端面内、外安装边的承压力要按一定环形面积通道内压力形成平衡，就是说，机匣基体的内压强度压力分段作用到后端面的内、外端面，而中间通道的压力则作用到前端面外侧法兰边上，达到分段压力检查检测的要求，同时确认各零件材料和工艺的有效性。

结合组件的具体特征，机匣前端面外侧用端面密封，采用压板压紧密封胶皮的方式，在安装边端面设置环形胶皮，在安装边两面设计环状上压板和下压板，利用安装边上均布通孔装配螺钉，将胶皮压紧密封前段外端面，内侧面因封严环内壁为蜂窝，外壁与扩压器为焊接连接，所以，内侧面用柱面结构密封，密封装置设置一定台阶，配合封严环的环形沟槽，用专用U型密封胶圈，实行端面压紧，侧面密封来达到要求。

机匣后端面为环形薄壁法兰结构，在端面上分别有不同的花边和月牙槽，在外筒体壁面上还分布不同直径的各种安装孔，所以，密封结构设置时要考虑不同的状态及连接方式，为实现密封的要求，分别采用了柱面密封，端面密封和涨紧密封等等方式。

密封装置中间基体(连接座)以一个筒形体构成前端面和后端通道承压环的强度试验要求，采用螺钉连接为固定结构，后端通道承压环(中间环)做成环形柱面形状，避免该处的轴向压力传递到后安装边上。

后安装边内侧为端面环形结构，在端面上也均布一定通孔，由于结构限制，密封采用单侧压板，在端面下表面设置一环状夹紧零件(即夹紧环，是两块用于夹紧零件环形平面和环形胶皮的密封装置零件，通过安装两组螺钉压紧实现密封。前端外侧，后端内侧，外侧平面都是用胶皮贴到零件平面上，通过上下压板夹紧胶皮和零件实现密封，U形密封胶圈只用于封严环与密封装置连接处的特殊柱状密封位置)，环状零件中间有一环形凹槽，用于安装密封胶皮，环状零件与产品零件用螺钉连接，而螺钉的孔位置处于零件的型腔内，为端面密封时提供压力，又保证螺钉处的密封要求，

后安装边外侧为端面环形结构，在外端表面有数量众多的月牙型浅槽，且有很大安装孔，针对具体结构，应用端面密封的形式，在端面设置带槽型的环形零件，装上密封胶皮，运用环形压板将带槽零件与产品后安装边压紧，通过螺钉连接实现后安装边的密封。

液压密封装置是分区是密封试验的核心结构，分区密封的结构设计是采用内外环柱面配合连接和密封，外环区域取产品所需压力下环形的面积大小，内环同样取一定面积的环形区域作为承压力的连接板，以实现内外环各个不同的压力强度检测的目的，内外环之间采用柱面微小间隙配合，消除内外安装边与中间柱面间产生轴向压力的传递和影响，实现了后端出口(内外环之间形成的下端环形通道)分区检测的目的。

本发明从产品组件的技术要求出发，针对试验的技术条件，提出了强度试验的解决方式—特殊密封结构。

液压密封装置是直接给产品提供压力保障的一套结构，该装置应用了多种密封结构方式，其端面密封不同于一般的端面压紧，因其单侧有零件壳体限制，所以，压紧结构采用双压板连接方式，对端面花边特别有效，环槽柱面密封设计了特殊结构的密封胶圈，采用侧面压紧，轴向加压来满足密封条件，该结构属密封装置的一项关键技术创新。

出口环形区域的分区强度试验结构为本发明的另一个创新思想，因为，产品针对出口通道压力按一定要求分别分布到出口内、外安装边上，部分压力转移到前安装边上，又要实现密封不泄露，所以，在通道中央设置了两段环形柱面密封的结构，彻底解决了分区压力试验的技术要求。本发明经实践，完全解决了产品试验各项技术指标。

附图说明

图1为燃烧室机匣机构示意图；

图2为机匣试验技术要求示意图(封严环、进出口未画出)；

图3为机匣前端密封结构示意图；

图4为机匣后端密封结构示意图。

具体实施方式

如图3和4所示，机匣的腔体有前、后两个出口，内、外筒体形成变截面的环形通道，前端面有一个柱状表面和一个环形法兰状安装边，后端为内、外两个独立的法兰状安装边，发明所采取的密封结构包括机匣前、后端的3种密封结构，涉及的主要密封结构件包括上座3，U型密封胶圈2，上压板7，下压板8，内环10，环槽11，中间环12，O型橡胶密封圈13，外环14，连接座15。

1、机匣前端内环柱面密封结构：

如图3所示，先将专用U型密封胶圈2开口向下装入上座3的内槽3-1，然后将带U型密封胶圈2的上座3沿着封严环1外侧放入带凹槽1-1的柱面,保证U型密封胶圈2在凹槽1-1内不出现弯折和翻装情况。

2、前端端面密封结构：

如图3所示，将矩形截面密封胶片4用粘胶连接在上座3下端面的凹形环面3-2内，保证密封胶片4超出端面2～4mm，用上压板7套入上座3的圆柱面上并与圆周面3-3贴合，将第一螺钉5装入上压板7、上座3、扩压器16外安装边16-1和下压板8的孔内，第二螺钉6装入上压板7和下压板8的螺纹孔内，用螺母9拧紧第一螺钉5，交叉分步拧紧第一螺钉5和第二螺钉6，保证上座3与零件端面压紧。

3、后端中间环形通道密封结构:

如图4，内环10外径尺寸D1和外环14的内径尺寸D2按照试验要求的面积区域确定，中间环12的内、外径尺寸与内、外环保持一致，配合面采用H8/f9，在内环10外表面和中间环12的外表面分别设置了3个截面为方形尺寸为W1×W1的环槽11，槽内分别装入尺寸分别为d＝W1-2的O型橡胶密封圈13，制造标准按GB/T3452.1-2005。

将内环10连接安装到零件的机匣内安装边17-1上，外环14连接到零件的机匣外安装边17-2上，装配过程和密封结构同第2条(即机匣内、外安装边的密封与第2条中前端端面密封结构相同)，将相应尺寸的O型橡胶密封圈13装入对应的环槽11内，将中间环12安装到内、外环形成的环槽内，保证O型橡胶密封圈13不出现翻转扭曲。

连接上座3与中间的筒体(连接座15)为圆柱型零件，在筒体(连接座15)前后有供螺钉连接的内安装边，通过螺钉将中间环12与上座3连接，形成一个整体，试验时从下端进水口充入试验介质(水)，待零件腔体空气排完后开始加压，在一定压力下保持一定时间，后端内、外安装边内外分别承受各自的环形区域的轴向压力，中间压力通过中间环12连接到上座3，后安装边的压力通过内、外壳体传递到上座3，最后形成平衡的受力状态，检查零件的泄露情况和变形状态，以检验零件的变形抗力和强度是否保证产品的技术要求。

本实施例中提到的前、后分别对应于正视说明书附图时的上、下，内、外则分别对应于正视说明书附图时的左、右。