CN104565363B - 一种低温发动机氧化剂泵用组合式密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机械密封装置，其主要涉及一种用于低温发动机氧化剂泵用组合式密封装置。该装置的结构为：氧化剂泵壳体和氧化剂泵转轴之间形成一个空腔；空腔中依次设置有非接触式密封组件和接触式机械密封；其中，非接触式密封组件为密封轮结构，封轮套装在氧化剂泵转轴上并位于氧化剂泵壳体的入口端；接触式机械密封组件由石墨环、支撑环、弹簧、波纹管以及固定法兰组成。本发明具有在高线速度、低温、高压条件下的密封性能好、可靠性高、适用范围广的优点。

Description

一种低温发动机氧化剂泵用组合式密封装置
技术领域
本发明涉及一种机械密封装置，其主要涉及一种用于低温发动机氧化剂泵用组合式密封装置。
背景技术
目前，国内外用于低温环境的机械密封主要有两种，第一种类型是非接触式密封，其特征是采用迷宫或浮动环来改变介质流动特性实现逐级减压和密封；第二种类型是接触式机械密封，其特征是利用弹簧和波纹管等弹性元件使静环和旋转环紧密贴合实现密封。第一种非接触型组合式密封具有结构简单、工作时无接触摩擦、可靠性高的优点，但该结构会占用较大的尺寸空间，同时存在泄漏量大的问题。第二种接触式机械密封，密封结构较为成熟，密封补偿性和跟随性较好，但由于低温介质在密封端面极易膨胀气化，在较高的工作压力和较大的振动环境下，该结构对低温介质存在泄漏量较大和端面磨损量较大的问题，重复使用性能不佳。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种在高线速度、低温、高压条件下的密封性能好、可靠性高、适用范围广的用于低温工况下发动机氧化剂泵用组合式密封装置。
本发明的具体技术方案是：
一种低温发动机氧化剂泵用组合式密封装置，其特征在于：氧化剂泵壳体和氧化剂泵转轴之间形成一个空腔；所述空腔中依次设置有非接触式密封组件和接触式机械密封。
上述非接触式密封组件为密封轮；所述密封轮套装在氧化剂泵转轴上并位于氧化剂泵壳体的入口端；所述密封轮为液封轮或者螺旋轮。
上述接触式机械密封包括石墨环、支撑环、弹簧、波纹管以及固定法兰；
所述支撑环、波纹管、固定法兰均依次套装在氧化剂泵的转轴上；所述支撑环、波纹管、固定法兰形成一个弹簧腔；所述弹簧安装在弹簧腔内；所述弹簧的一端与支撑环接触，另一端与固定法兰接触；所述支撑环能够沿着氧化剂泵转轴作轴向移动；所述固定法兰通过螺钉固定安装在氧化剂泵壳体上；
所述石墨环设置在支撑环和密封轮之间，石墨环的一端安装在支撑环上，另一端与密封轮端面接触。
上述接触式机械密封组件还包括脱开装置以及引压通道；所述脱开装置包括固定环、销钉；所述固定环的外环壁与氧化剂泵壳体的内壁固定连接；固定环体上开设有销孔；所述销钉安装在销孔内且销孔和销钉为间隙配合；所述氧化剂泵壳体、固定环形成一个小空腔；所述引压通道在氧化剂泵壳体上开设；所述小空腔与引压通道连通。
上述固定环与氧化剂泵壳体通过螺纹进行连接。
上述销孔的数量为多个且均匀分布在固定环上；所述销钉的数量与销孔数量相同。
上述固定法兰上设置有凸台；所述凸台与氧化剂泵壳体内壁紧密贴合；所述凸台上设置有凹槽；凹槽内安装有密封环；所述密封环的截面呈倒“V”字形。
上述非接触式密封组件和接触式机械密封在空腔内依次设置有多组。
本发明的优点在于：
1、本发明采用非接触式密封组件和接触式机械密封组件结合的方式，利用非接触式密封组件对氧化剂泵入口的高压液氧进行密封和减压，从而降低接触式机械密封的工作压力，将难以密封的高压液氧转化为易于密封的低压气氧；
2、本发明的接触式密封组件中采用脱开装置，保证发动机在预冷充填阶段无液氧泄漏，工作时密封面脱开，实现低磨损，停车时自动闭合，可适应发动机的多次起动。
3、本发明的接触式机械密封组件对经密封轮减压后形成的低压气氧进行密封，采用高性能石墨作为摩擦副材料，具有较好的摩擦特性，可保证密封在气氧环境中稳定工作。
4、本发明采用倒“V”字形环做为辅助密封，既节省空间又能防止低温介质向隔离腔泄漏；
5、本发明采用的组合式密封装置在空腔内多组设置，可以实现逐级减压功能，大大提高了密封装置的可靠性和稳定性。
附图说明
图1为本发明密封装置的结构简图；
其中，1-氧化剂泵壳体、2-氧化剂泵转轴、3-空腔、4-密封轮、5-接触式机械密封组件、6-石墨环、7-支撑环、8-弹簧、9-波纹管、10-固定法兰、11-凹槽、12-密封环、13-凸台、14-螺栓、15-弹簧腔。
图2为本发明密封装置的优化实施方案的结构示意图。
其中，16-脱开装置、17-固定环、18-引压通道、19-销钉、20-销孔、21-小空腔
具体实施方式
本发明提出了一种低温发动机氧化剂泵用组合式密封装置，结合图1对本装置的结构进行描述：
该密封装置设置在发动机氧化剂泵中，特殊之处是：该氧化剂泵壳体1和氧化剂泵转轴2之间形成一个空腔3；空腔3中依次设置有非接触式密封组件和接触式机械密封5。
具体来讲，该非接触式密封组件为密封轮4；密封轮套装在氧化剂泵的转轴2上并位于氧化剂泵壳体1的入口端；密封轮4为液封轮或者螺旋轮，其作用为对氧化剂泵入口液氧进行降压，将难以密封的高压液氧转化为易于密封的低压气氧。
具体来讲，该接触式机械密封5包括石墨环6、支撑环7、弹簧8、波纹管9以及固定法兰10；
支撑环7、波纹管9、固定法兰10均依次套装在氧化剂泵转轴2上，支撑环7、波纹管9、固定法兰10形成一个弹簧腔15；弹簧8安装在弹簧腔15内；弹簧8的一端与支撑环7接触，另一端与固定法兰10接触；支撑环7能够沿着氧化剂泵转轴2作轴向移动；固定法兰10通过螺钉固定安装在氧化剂泵壳体上；
石墨环6设置在支撑环7和密封轮4之间，石墨环6的一个端面安装在支撑环7上，另一端面与密封轮4端面的接触；其作用是：利用弹簧8提供的预紧力使石墨环6与密封轮4接触，在发动机预冷、工作时和关机后处于闭合状态，实现密封。
为了进一步提高该组合式密封装置的工作性能，本发明还提出了该组合式密封装置的优化方案，下面结合附图1和附图2对优化技术方案进行描述：
该优化方法的基本结构与上述结构一致，主要优化的方案是以下几处：
发动机工作时接触式密封组件5处于打开状态，减轻密封端面磨损；发动机起动前合关机后处于接触状态，可很好地实现涡轮泵在起动前和关机后的的密封和重复使用要求。
接触式机械密封组件5设置有脱开装置16以及引压通道；脱开装置16包括固定环17、销钉19；固定环的外环壁与氧化剂泵壳体的内壁固定连接；固定环体上开设有销孔；销钉安装在销孔内且销孔和销钉为间隙配合；一般优选的配合公差为H8/d7。氧化剂泵壳体、固定环形成一个小空腔；引压通道在氧化剂泵壳体上开设；小空腔与引压通道连通。
工作时，引压通道18将压力引入小空腔21后，只需要很小的压力就可以推动销钉19向支撑环7的方向移动，使得石墨环6远离密封轮4。
为了确保支撑环移动时受力的稳定性，该脱开装置中销孔20的数量为多个且均匀分布在固定环17上；且销钉19的数量与销孔20相同。
特别之处还有：固定法兰10上设置有凸台13；凸台13与氧化剂泵壳体1内壁紧密贴合；凸台上13设置有凹槽11；凹槽11内安装有密封环12；密封环的截面呈倒“V”字形。利用此密封环作为辅助密封，进一步的提高了密封效果。
此处需要特别说明的是：密封轮4和石墨环6选择钢S-07对高性能石墨作为摩擦副配对材料具有较好的摩擦特性，可保证密封在气氧环境中稳定工作；引压通道18开设在氧化泵的壳体1上或者氧化剂泵转轴2上；密封环12选用钢S-07材料作为基体，其上喷涂F3，可实现对5MPa液氧的可靠密封。
在实际的工作过程中，氧化剂泵的液氧压力可能比较大，因此，需要将非接触式密封组件和接触式机械密封在空腔内交替设置有多组，从而确保实现对液氧进行逐级减压和密封，为发动机提供良好的工作环境。

Claims (5)

1.一种低温发动机氧化剂泵用组合式密封装置，其特征在于：氧化剂泵壳体和氧化剂泵转轴之间形成一个空腔；所述空腔中依次设置有非接触式密封组件和接触式机械密封；
所述非接触式密封组件为密封轮；所述密封轮套装在氧化剂泵转轴上并位于氧化剂泵壳体的入口端；所述密封轮为液封轮或者螺旋轮；
所述接触式机械密封包括石墨环、支撑环、弹簧、波纹管以及固定法兰；
所述支撑环、波纹管、固定法兰均依次套装在氧化剂泵的转轴上；所述支撑环、波纹管、固定法兰形成一个弹簧腔；所述弹簧安装在弹簧腔内；所述弹簧的一端与支撑环接触，另一端与固定法兰接触；所述支撑环能够沿着氧化剂泵转轴作轴向移动；所述固定法兰通过螺钉固定安装在氧化剂泵壳体上；
所述石墨环设置在支撑环和密封轮之间，石墨环的一端安装在支撑环上，另一端与密封轮端面接触；所述接触式机械密封还包括脱开装置以及引压通道；所述脱开装置包括固定环、销钉；所述固定环的外环壁与氧化剂泵壳体的内壁固定连接；固定环体上开设有销孔；所述销钉安装在销孔内且销孔和销钉为间隙配合；所述氧化剂泵壳体、固定环形成一个小空腔；所述引压通道在氧化剂泵壳体上开设；所述小空腔与引压通道连通。
2.根据权利要求1所述的低温发动机氧化剂泵用组合式密封装置，其特征在于：所述固定环与氧化剂泵壳体通过螺纹进行连接。
3.根据权利要求2所述的低温发动机氧化剂泵用组合式密封装置，其特征在于：所述销孔的数量为多个且均匀分布在固定环上；所述销钉的数量与销孔数量相同。
4.根据权利要求3所述的低温发动机氧化剂泵用组合式密封装置，其特征在于：所述固定法兰上设置有凸台；所述凸台与氧化剂泵壳体内壁紧密贴合；所述凸台上设置有凹槽；凹槽内安装有密封环；
所述密封环的截面呈倒“V”字形。
5.根据权利要求4所述的低温发动机氧化剂泵用组合式密封装置，其特征在于：所述非接触式密封组件和接触式机械密封在空腔内依次设置有多组。
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