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气缸端盖密封性分析

【摘要】:由于结构限制,气缸与前后端盖之间无法使用垫片来保证密封,只能通过施加合适的螺栓预紧力使气缸与端盖之间产生一定接触压力以确保密封。因此主要分析此工况下气缸与端盖的密封状况。但过大的螺栓预紧力会使发动机发生过大的变形,过多的螺栓会削弱结构的强度,因此需要合理地进行结构改进。可以通过增加螺栓个数或增大螺栓预紧力来改善这部分区域的密封性能。

转子发动机气缸、前后端盖通过螺栓连成为一个整体。由于结构限制,气缸与前后端盖之间无法使用垫片来保证密封,只能通过施加合适的螺栓预紧力使气缸与端盖之间产生一定接触压力以确保密封。

根据密封机理,防止泄漏的基本方法就是在密封口增加流体的流动阻力。当介质通过密封口的阻力大于密封口两侧的压力差时,介质就被密封。接触面上的接触压力靠螺栓预紧力提供,当接触面上的接触压力P0大于被密封介质的压力Pc时,流体不会发生泄漏。为了提高密封可靠性,设置安全系数k,当P0>k×Pc的区域构成一个封闭的区域,则认为密封是可靠的。安全系数的取值一般为1.2~2.5。转子发动机额定转速为17 000r/min,在此转速下的热负荷、机械负荷最大,密封环境最为恶劣。因此主要分析此工况下气缸与端盖的密封状况。额定工况下,发动机内最大气体爆发压力为1.85MPa(Pc),将气缸端面的接触压力大于2.5MPa(>1.5Pc)用灰色显示,可以显示气缸与前后端盖的密封状况,如图3.44所示。在气体压力较高的燃烧区域,接触压力大于2.5MPa的面积基本形成了封闭的区域,说明此部分密封可靠。在进气口区域的接触压力为0.2MPa左右,小于2.5MPa。但作用于此区域的进气压力略低于大气压力(0.103MPa),因此,尽管此部分接触压力仅为0.2MPa,仍然可以认为密封可靠。

图3.44 气缸端面接触压力分布(17 000r/min)

另外,观察气缸端面的接触压力分布,可以发现两螺栓之间的区域是密封的薄弱环节。可以通过增加螺栓个数或增大螺栓预紧力来改善这部分区域的密封性能。但过大的螺栓预紧力会使发动机发生过大的变形,过多的螺栓会削弱结构的强度,因此需要合理地进行结构改进。