周正
中国航发湖南动力机械研究所 湖南株洲 412000
摘要：对几种航空领域常用管路连接件的密封方式、连接特性和防松性能进行了分析，对应用成熟的扩口式管路连接的锁紧结构的改进进行介绍，为发动机管路连接的设计与选用提供一些参考和思路。
关键词：发动机管路；密封方式；连接特性；锁紧结构
引言
随着航空发动机的发展，对发动机的可靠性、维护性要求越来越高，其中发动机外部管路作为发动机的重要组成部分，也对发动机管路的密封性、可靠性、装配性和维修性等同样提出了更高要求。良好的管路密封性、可靠性对避免发动机的漏油和漏气，保证发动机燃油、滑油、空气等系统的正常工作具有重要作用；装配性和维修性对缩短发动机的交付和维护时间，提高发动机的使用效率具有重要意义。管接头作为发动机管路系统设计的重要组成部分，其连接性能直接影响发动机管路系统的各项性能。总结分析航空发动机的故障案例，航空发动机管路系统大部分的漏油、漏气等故障都发生在管路管接头的连接处，因此管路管接头的可靠连接直接影响发动机的正常使用。目前发动机上广泛使用的管路连接件主要有74°扩口式管接头、24°无扩口式管接头，其他较少应用的还有球面连接接头、梁式管接头和锥套式无扩口管接头。
本文主要对各种形式的管路连接特点进行分析，为发动机管路连接件的设计与选用提供参考。
1常用管路连接的特点
1.1扩口式管路连接
74°扩口式管接头通过管接头和平管嘴夹紧导管进行密封，是应用最早的一种连接结构，主要适用于工作压力不大于15MPa的管路连接结构。由于该连接结构为全约束连接，会导致管路整体刚性较大，由于制造误差等影响，在发动机安装过程中容易出现管路安装应力大、管路憋劲等情况，在发动机使用过程中密封面可能逐渐出现缝隙，导致密封失效，进而导致管路漏油或漏气，影响发动机的正常工作。
通过74°扩口式管接头的连接结构可知，74°扩口式管接头无锁紧结构，而发动机一般工作在复杂的振动环境下，振动可能导致连接螺母出现松动从而导致密封失效，因此该连接结构一般需要使用保险丝进行固定防松，但使用保险丝防松会导致管路的安装结构复杂及费时费力，对发动机的装配性和维护性产生不利影响，另外还可能出现保险丝断裂掉入发动机内部等问题，影响发动机的安全使用。
1.2无扩口管路连接
24°无扩口管路连接件通过导管接头内侧和管套外侧的挤压进行密封，且该密封结构在管路内部压力的作用下密封性能可进一步提高。但24°无扩口管路连接的连接处安装约束大，导致管路连接的刚性大，同样在安装过程中容易出现管路安装应力大、管路憋劲等情况，对发动机管路的一致性和加工精度要求较高。目前24°无扩口管路连接分为卡套式连接、挤压式连接和焊接式连接，其中卡套式连接由于加工工艺复杂，加工成本高，因此该结构使用相对较少；相对于卡套式连接，挤压式连接和焊接式连接的防松性能较差，但具有更好的密封性能，其中又以焊接式接头的密封可靠性最好，因此现在24°无扩口连接中使用最广泛的为焊接式24°无扩口连接管接头。
根据目前的使用情况，24°无扩口管路连接件一般适用于工作压力不大于2IMPa的管路连接结构，在该工作压力下，相对于其他连接结构其具有更可靠的密封性能。
1.3球面管路连接
球面管路连接分为球面连接和全球面连接两种，其密封原理基本相同。球面连接通过球面接头与无扩口导管接头的相互挤压形成密封。相对于球面连接管接头，全球面连接管接头在三个方向上都能转动，其安装过程中产生安装应力的可能性较小，装配性更高，但同时也导致使用全球面连接管接头的管路连接刚度较小，在管路内压力过大的情况下可能会出现连接处的渗漏情况。同时球面管路连接结构在振动环境下也容易出现松脱，其防松性能较差，一般需要对管路进行卡箍固定以提高其防松能力。
1.4梁式管路连接
梁式管路连接通过梁式密封阳接头和阴接头的挤压形成密封。该结构在流体压力越大时，对连接梁的压迫性越大，其密封效果就越好。在工程使用中，通过合理的管路结构设计，梁式密封结构可以承受35MPa以上的工作压力。梁式密封结构仅通过轴向位移进行约束，因此安装过程中产生安装应力的可能性较小，其装配性和可靠性相对较高。但由于中小型航空发动机管路压力一般较小，无法体现出该结构的优势，而且由于梁式管路连接仅靠螺纹的配合锁紧，在发动机复杂的振动使用环境下，其锁紧性能较差。
1.5锥套式管路连接
锥套式无扩口管路连接依靠锥形套与外套螺母和管接头的挤压进行密封。使用过程中，管路在内部介质压力的作用下向外膨胀挤压锥形套，从而使锥形套与管接头的挤压更贴合，以获得更好的密封效果。但由于锥套式无扩口连接处的结构复杂，整体连接的刚性较大，安装过程容易产生安装应力，导致其装配性较差，同时由于仅靠螺纹的配合锁紧，其防松性能较差。
2带锁紧弹片的自锁管路连接
由上文可知，除了需要额外进行保险丝固定外，在发动机管路上采用扩口连接是合适的，因此在74°扩口式管路连接的基础上进行改进，避免需要进行保险丝防松，可提高管路的装配性和维护性。带锁紧弹片的自锁管路连接这种改进结构由平管嘴、带凸台的管接头和带锁紧弹片的外套螺母组成，采用成熟的74°锥面密封结构，主体结构与传统管接头相同，主要区别是管接头上有一个锥形凸台，外套螺母上增加了锁紧弹片。在组合装配后，通过凸台向外支撑挤压外套螺母的锁紧弹片，外套螺母和管接头的凸台的摩擦力可以提供一个锁紧力矩，从而达到很好的抗振防松和锁紧性能。这种结构通过摩擦锁紧替代保险丝锁紧，在保证管路接头的密封性能，减少发动机的漏油几率的前提下，既保证了管路的防松性能，又提高了管路连接的裝配性，节省工时也方便维修，还可以继承扩口管路连接的成熟使用经验，可有效的减少使用成本。
3结论
(1)本文对各种航空常用管路连接件的密封方式、连接特性和防松性能进行了分析，总结了各种连接结构的优缺点，对发动机管路连接的设计具有一定参考意义。
(2)带锁紧弹片的自锁管接头在74°扩口管路连接的基础上改进而来，在保留了扩口式管路连接使用经验方面的优势、保证管路连接密封性能的基础上，即保证了管路的防松性能，提高了管路连接的装配性，节省工时也方便维修，同时可以有效减少使用成本。
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