1 概述
在跨超声波风洞运行过程中，随着气源压力的降低，通过控制压力调节阀的开度，确保稳定段内气流压力稳定在一定的运行压力值，以保持风洞的正常运行。压力调节阀的性能直接关系到试验段的运行压力、马赫数控精度和流场质量。实践证明，环形间隙套筒压力调节阀具有良好的调节特性，广泛应用于国内外跨超声波速度风洞。但由于工作环境恶劣，副密封经常出现故障，严重影响阀门的正常运行，给风洞设备和参与者带来安全风险。因此，探索和改进副密封的结构形式是提高阀门可靠性的关键。
图1
2 环形缝隙套筒式调压阀结构
常见的环形间隙套筒压力调节阀结构如图1所示。当阀门关闭时，套筒两端有两个密封件，分别称为主密封件和副密封件。副密封采用7形密封圈，压板固定在内缸上，主密封采用凸形密封圈，压板固定在套筒上。阀门前后压差为0.1~2.0MPa与此同时，当阀门关闭时，套筒在气缸的推动下同时压紧主、副密封圈，从而起到密封作用。阀门开度小时，主、副密封流速快，对密封圈影响大。阀门开度增加后，气流主要通过套筒前缘流出。
3 副密封失效分析
环形缝隙套筒式调压阀副密封最常见的故障形式是密封圈断裂脱落，导致阀门漏气，关闭不到位或套筒撞击导向套筒。当套筒关闭时，副密封圈两侧被挤压并处于稳定状态。当套筒打开时，由于环带与套筒的附着力不够紧密，副密封不再起密封作用。同时，气流也通过环带从副密封圈周围流动。套筒开度小，阀门前后压差大副密封圈周围的气流速度非常快，对密封圈的影响很大。密封圈左侧只有一半得到支撑。在套筒的摩擦和右侧强气流的冲击下，副密封圈的下缘逐渐出现裂纹，最终完全断裂，进入套筒与内筒体之间的空腔。在套筒的连续往复运动中，断裂的密封圈被摩擦成棒状，最后从套筒与内筒之间的间的间隙中吹出。当阀门关闭时，一些未吹出的碎片卡在压板前，导致套筒与所有密封圈之间的冲击力逐渐减弱，如图2所示。当主密封圈断裂时，主密封圈将继续向金属表面的冲击。
图2 副密封圈断裂及吹出过程
副密封圈与主密封圈材料一致，冲击基本相同，但结构形式和固定方法差异较大。主密封圈如图1所示P所示为凸形。无论套筒是关闭还是打开，密封圈的大部分都被紧紧地压在槽里，只露出一小部分。该结构不会在气流的冲击下断裂或吹出。与主密封圈相比，副密封圈的结构和压缩方法不利于抵抗气流的冲击。因此，解决这一问题主要是基于不改变套筒结构，从副密封圈结构和压缩方法两个方面考虑。
4 改进副密封圈的方案
4.1 方案①
如图3所示。改变了副密封圈的外部形状，增加了副密封圈的内部⌈；形状金属弹性钢架，增强气流冲击下副密封圈抗断裂撕裂的能力，延伸副密封圈压板下缘，压板前端加工长16mm，厚1mm突出部分，保护副密封圈半包围，避免下缘气流冲击。由于在副密封圈中增加弹性钢框架后，副密封圈的周长方向不再有弹性，安装副密封圈时必须从套筒前的主密封面位置插入。主密封圈的直径大于副密封圈的内径。如果将副密封圈制成整个圆圈，则无法安装，因为它不能拉伸。为此，该方案将副密封圈分为三段，以便于安装。
图3
该方案的优点是密封圈具有较强的抗弯性和抗撕裂性，密封圈的下边缘不再受到套筒摩擦和气流的影响。缺点是由于密封圈分段，段间接头密封难以处理，存在泄漏风险。此外，密封圈压板下边缘的延伸部分太薄，难以保证，安装时容易卷曲。一旦与套筒摩擦，就会导致撕裂。如果与套筒咬合，则存在套筒堵塞的隐患。
4.2 方案②
如图4所示。根据主密封圈的形状和压缩方法，将副密封圈改为J形状，内部不增加加强填充材料，也不再分段。压板由四个部分的内衬圈和压板组成，两个部分以两面扣的形式将副密封圈紧紧地卡在槽中。在压板和内缸之间增加密封垫片，以确保气流不会通过两者之间。
该方案的优点是大大提高了副密封圈的应力模式。无论套筒是开还是关，密封圈都始终处于合理的包装状态。为方便安装，内衬圈与压板之间的径向两侧设有定位止口。安装时，内衬圈压入压板槽，确保内衬圈与压板之间的径向不能移动。内衬圈与压板之间形成的空腔为密封圈的固定槽。密封圈与套筒的贴面设计为平面。套筒关闭后，套筒上的柱面与密封圈的平面相连。即使密封圈径向偏移，两者之间的贴面仍然可以保证。
图4
风洞试验结果证明，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寿命。
5 结语
跨超声风洞环形缝隙套筒式调压阀⌈；由于支撑不良，形副密封圈容易撕裂，阀门的副密封圈不宜使用，J由于支撑结构好，耐气流冲击，形副密封圈适用于环形缝隙套筒式调压阀的副密封圈。
参考文献
[1]刘政崇.风洞结构设计1M2.北京:2005年中国宇航出版社.
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