摘要：针对液体火箭发动机涡轮泵机械密封浸渍石墨在N2O4环境下磨损量较大的现象,以宏观试验与微观检测相结合的方法探索其产生的机理。对机械密封石墨的磨损表面进行了电镜观测,根据磨损形貌对正常磨损区与异常磨损区进行了区分,并对异常磨损的诱因进行了假设。提出了石墨表面的树脂腐蚀模型与孔隙气蚀模型,设置了包含静态腐蚀及动态磨损的试验流程以验证树脂腐蚀和孔隙气蚀的作用结果,分别在水及N2O4环境下进行试验,并通过扫描电镜及红外光谱分析等手段观测了试验前后石墨表面的微观组织变化,介质试验后气孔平均直径为33μm,为试验前的2倍。研究结果表明:N2O4环境并不会造成石墨浸渍物酚醛树脂的腐蚀,造成石墨磨损量较大的诱因是气相N2O4在石墨表面孔隙内部破裂导致的气蚀,气蚀后石墨的磨损可达数十微米量级。针对减少浸渍石墨的气蚀,给出了3项制备工艺的改进措施。本文的研究成果也可为其他高速旋转机械的机械密封石墨磨损研究及选材提供参考。

关键词：火箭发动机 涡轮泵 机械密封 磨损 气蚀 

单位：西安理工大学机械与精密仪器工程学院; 西安710048; 中国航天科技集团公司西安航天动力研究所; 西安710100; 西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室; 西安710049