CN105422863B - 一种液氧泵用组合式密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液氧泵用组合式密封装置，包括依次串联布置的三种非接触式密封，分别为一级离心密封、二级干气密封、三级浮动环密封。一级离心密封的叶片和二级干气密封的动压槽同向布置，且背向液氧泵入口。二级干气密封、三级浮动环密封和密封壳体之间形成密封腔，并在密封壳体上设置有流体通道，三级浮动环密封上设置有流体通道。该密封装置很好地解决了目前液氧泵密封端面磨损失效或者泄漏量大的问题，并且具有寿命高、可靠性高的特点。

Description

一种液氧泵用组合式密封装置

技术领域

本发明涉及流体密封装置技术领域，适用于液氧泵入口密封，特别是液体火箭发动机液氧泵的入口密封。

背景技术

液氧泵作为液体火箭发动机的重要组成部分，其作用是输送发动机工作时所需的低温液氧，由于液氧泵通常工作在极高的转速下，加之液氧极易汽化，因此给液氧泵的密封设计带来极高的挑战，目前主要有两种密封形式：一种为在液氧泵入口设置脱开式机械密封，发动机工作时密封端面处于脱开状态，此种密封由于密封脱开间隙为毫米量级，因此会导致大量介质泄漏，降低液氧泵的工作效率；另一种为在液氧泵入口设置接触式机械，发动机工作时密封端面处于闭合状态，此种密封由于密封端面高速摩擦，因此会导致摩擦副严重磨损，密封泄漏量急剧增大，影响发动机的工作寿命和可重复使用性。

基于以上可知，目前现存的液氧泵密封技术具有泄漏量大或者摩擦副严重磨损的缺点。

发明内容

为克服上述密封技术的不足，本发明提供一种泄漏量小、密封端面无摩擦的组合式密封装置。

本发明的具体技术方案如下：

本发明所提供的液氧泵用组合式密封装置，其特殊之处在于：包括一级离心密封I及二级干气密封II，所述一级离心密封I及二级干气密封II依次串联布置于液氧泵入口处的转轴上，

所述一级离心密封I上设置有叶片1′，所述叶片1′背向液氧泵入口设置，

所述二级干气密封II与一级离心密封I的叶片1′之间具有密封间隙H，所述密封间隙H与二级干气密封II的密封腔相通，

在液氧泵旋转时，所述一级离心密封I封住大部分的液氧，并将泄漏的少量液氧变为气氧，所述气氧经密封间隙H后进入二级干气密封II的密封腔，作为二级干气密封II的密封气源使二级干气密封II非接触运转；

在液氧泵静止时，所述二级干气密封II作为接触式密封阻挡液体的泄漏。

以上为本发明的基本结构框架，基于该基本结构，本发明还作出以下优化限定：

对于以液氧作为氧化剂的液体火箭发动机而言，推进剂除液氧泵输送的液氧外，还需要另一种介质作为燃料(例如煤油)，燃料是通过燃料泵输送，燃料泵通常和液氧泵同轴布置，发动机工作时，两种介质不能串腔，相互接触。本发明在二级干气密封II之后还设置三级浮动环密封III，可以进一步阻止从二级干气密封II泄漏的气氧沿轴向泄漏致A腔(例如燃料泵入口)，防止气氧与介质A(例如煤油)接触。

进一步的，本发明液氧泵用组合式密封装置还包括密封壳体3，所述二级干气密封II、三级浮动环密封III和密封壳体3之间形成密封腔，并在密封壳体3上设置有流体通道3′，三级浮动环密封III上设置有流体通道6′。从二级干气密封II泄漏的大部分气氧可以从流体通道3′泄出(一般排放到外界环境)；当允许泄漏的气氧和A腔的介质A接触，三级浮动环密封III的流体通道6′可以进一步作为气氧的泄出通道；当不允许泄漏的气氧和A腔的介质A接触，三级浮动环密封III的流体通道6′可以作为阻封气体(氮气或者空气等)的入口，通入的阻封气体可以完全阻止气氧沿轴向泄漏致A腔。

再进一步的，本发明的二级干气密封II包括动环2及静环组件，所述静环组件包括石墨环11、辅助密封10、弹性组件9、静环座8、压盖5及锁片4；

所述动环2与石墨环11相对设置并安装在转轴上，所述二级干气密封II的动环2上加工有动压槽2′，所述石墨环11浮动安装在静环座8里面，辅助密封10设置在石墨环11与弹性组件9之间；

所述静环座8依靠压盖5的与密封壳体3连接，静环座8与压盖5之间安装有锁片4。

再进一步的，本发明的动环2靠近一级离心密封I，所述密封壳体3的一端插入动环2与一级离心密封I之间，所述密封壳体3与一级离心密封I的叶片1′之间形了密封间隙H，所述密封壳体3与动环2之间也具有与密封间隙H相连通的气体通道。

再进一步的，本发明一级离心密封I和二级干气密封II的动环2依靠轴套7压紧安装；

所述轴套7与动环2之间设置有第一静密封12，所述一级离心密封I与二级干气密封II的动环2之间设置有第二静密封13。

再进一步的，由于一级离心密封I的密封能力和叶片1′的径向尺寸有关，叶片1′的径向尺寸越大，密封能力越强，本发明的叶片1′的内径可小于二级干气密封II的动环2的外径，因此一级离心密封I的叶片1′可以充分利用径向空间，提高密封能力。

再进一步的，本发明的弹性组件9为焊接金属波纹管。焊接金属波纹管具有弹力稳定，补偿性好的优点。

再进一步的，本发明的辅助密封10为弹簧蓄能密封圈。

普通的橡胶密封圈不能应用在低温氧环境，而本发明的弹簧蓄能密封圈在低温环境下具有优异的密封性。

本发明的工作原理为：液氧泵运转时，一级离心密封I可以封住大部分的液氧，泄漏的少量液氧将转变为气氧；通过一级离心密封I泄漏的气氧可作为二级干气密封II的气源，使其非接触运转；通过二级干气密封II泄漏的极少气氧将被三级浮动环密封III密封，大部分气氧将从流体通道3′泄出。根据二级干气密封II的泄漏量或者实际需要，三级浮动环密封III的流体通道6′可做为气氧泄出通道或者阻封气(例如氮气或者空气)进入通道；在液氧泵静止时，二级干气密封II作为接触式密封阻挡液体的泄漏。

本发明与现有技术相比，优点在于：

1.由于组合式密封所包含的三种密封均为非接触式密封，因而不受液氧泵转轴速度的限制，且能够实现密封端面零磨损，长时间运转、多次启停。

2.由于组合式密封中引入了干气密封，所以本发明具有泄漏量少的特点。

3.由于组合式密封中的干气密封不需要外加气源，所以本发明具有结构简单的特点，由于石墨环11浮动安装，所以具有轴向和角向补偿性好的优点。

4.由于组合式密封中的离心密封的叶片内径可以低于干气密封动环的外径，因而可以最大程度利用离心密封的径向空间。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明的一种离心密封叶片结构。

图3是本发明的一种干气密封动压槽结构。

图中：I-一级离心密封；II-二级干气密封；III-三级浮动环密封；1′-叶片；2-动环；2′-动压槽；3-密封壳体；3′-流体通道；4-锁片；5-压盖；6′-流体通道；7-轴套；8-静环座；9-弹性组件；10-辅助密封；11-石墨环；12-第一静密封；13-第二静密封，14-第三静密封；H-密封间隙。

具体实施方式

以下结合附图1～3所示的具体实施方式，对本发明的上述内容再做进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅局限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

如图1所示，本发明的一种液氧泵用组合式密封装置，包括在液氧泵入口依次串联布置的三种非接触式密封，分别为一级离心密封I、二级干气密封II、三级浮动环密封III。

一级离心密封I上加工有叶片1′，图2是一种离心密封叶片结构，为等宽直线叶片，周向均匀分布。

二级干气密封II包括动环2、石墨环11、辅助密封10、弹性组件9、静环座8、压盖5、锁片4。其中在动环2上加工有动压槽2′，图3是一种动压槽结构，为螺旋线动压槽，周向均匀分布。

二级干气密封II的石墨环11浮动安装在静环座8里面，辅助密封10安装在石墨环11与弹性组件9之间。静环座8依靠压盖5的螺纹连接在密封壳体3上，静环座8与压盖5之间安装有锁片4，防止压盖松动。此处采用的弹性组件9为焊接金属波纹管，辅助密封10为弹簧蓄能密封圈。

一级离心密封I的叶片1′和二级干气密封II的动压槽2′同向布置，且背向液氧泵入口。一级离心密封I的叶片1′与密封壳体3之间形成密封间隙H，叶片1′的内径小于二级干气密封II动环2的外径，最大程度利用了离心密封的径向空间。一级离心密封I和二级干气密封II的动环2依靠轴套7压紧安装，并且在一级离心密封I、二级干气密封II的动环2和轴套7上依次设置有第三静密封14、第二静密封13和第一静密封12。

三级浮动环密封III安装在密封壳体3上，内径与轴套7配合，与二级干气密封II之间形成密封腔。在密封壳体3上设置有流体通道3′，三级浮动环密封III上设置有流体通道6′。

在实际的工作过程中，根据液氧泵入口压力，调整一级离心密封I的密封能力。根据二级干气密封II的泄漏量或者实际需要，三级浮动环密封III的流体通道6′可以做为气氧泄出通道，或者阻封气(例如氮气或者空气)进入通道。

Claims (9)

1.液氧泵用组合式密封装置，其特征在于：包括一级离心密封(I)及二级干气密封(II)，所述一级离心密封(I)及二级干气密封(II)依次串联布置于液氧泵入口处的转轴上，

所述一级离心密封(I)上设置有叶片(1′)，所述叶片(1′)背向液氧泵入口设置，

所述二级干气密封(II)与一级离心密封(I)的叶片(1′)之间具有密封间隙(H)，所述密封间隙(H)与二级干气密封(II)的密封腔相通，

在液氧泵旋转时，所述一级离心密封(I)封住大部分的液氧，并将泄漏的少量液氧变为气氧，所述气氧经密封间隙(H)后进入二级干气密封(II)的密封腔，作为二级干气密封(II)的密封气源使二级干气密封(II)非接触运转；

在液氧泵静止时，所述二级干气密封(II)作为接触式密封阻挡液体的泄漏。

2.根据权利要求1所述的液氧泵用组合式密封装置，其特征在于：所述液氧泵用组合式密封装置还包括三级浮动环密封(III)，所述三级浮动环密封(III)串联在二级干气密封(II)之后。

3.根据权利要求2所述的液氧泵用组合式密封装置，其特征在于：所述液氧泵用组合式密封装置还包括密封壳体(3)，所述二级干气密封(II)、三级浮动环密封(III)和密封壳体(3)之间形成密封腔，并在密封壳体(3)上设置有流体通道(3′)，三级浮动环密封(III)上设置有流体通道(6′)。

4.根据权利要求3所述的液氧泵用组合式密封装置，其特征在于：所述二级干气密封(II)包括动环(2)及静环组件，所述静环组件包括石墨环(11)、辅助密封(10)、弹性组件(9)、静环座(8)、压盖(5)及锁片(4)；

所述动环(2)与石墨环(11)相对设置并安装在转轴上，所述二级干气密封(II)的动环(2)上加工有动压槽(2′)，所述石墨环(11)浮动安装在静环座(8)里面，所述辅助密封(10)设置在石墨环(11)与弹性组件(9)之间；

所述静环座(8)依靠压盖(5)的与密封壳体(3)连接，静环座(8)与压盖(5)之间安装有锁片(4)。

5.根据权利要求4所述的液氧泵用组合式密封装置，其特征在于：所述动环(2)靠近一级离心密封(I)，所述密封壳体(3)的一端插入动环(2)与一级离心密封(I)之间，所述密封壳体(3)与一级离心密封(I)的叶片(1′)之间形了密封间隙(H)，所述密封壳体(3)与动环(2)之间也具有与密封间隙(H)相连通的气体通道。

6.根据权利要求5所述的液氧泵用组合式密封装置，其特征在于：所述一级离心密封(I)和二级干气密封(II)的动环(2)依靠轴套(7)压紧安装；

所述轴套(7)与动环(2)之间设置有第一静密封(12)，所述一级离心密封(I)与二级干气密封(II)的动环(2)之间设置有第二静密封(13)。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的液氧泵用组合式密封装置，其特征在于：所述一级离心密封(I)的叶片(1′)的内径小于二级干气密封(II)的动环(2)的外径。

8.根据权利要求4或5或6所述的液氧泵用组合式密封装置，其特征在于：所述的弹性组件(9)为焊接金属波纹管。

9.根据权利要求8所述的液氧泵用组合式密封装置，其特征在于：所述辅助密封(10)为弹簧蓄能密封圈。