CN105443762A - 一种双环圆周密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双环圆周密封装置，其特征在于，包括密封座1、主密封环2、背环3、周向拉伸弹簧4、弹簧套5、轴向弹簧6、防转销套7、弹簧挡圈8、卡簧9和防转销10；其中，密封座1通过螺栓安装在壳体11上，为截面“T”形的环形金属件，对其它零件进行支撑和保护；本发明避免了三环结构接头处气体不平衡负荷大，且滑油进入接头缝隙时易泄漏的问题，工作能力有所增强；与现有的双环结构相比，没有盖环的限制，密封环的径向高度的增加带来了密封装置强度的提高；与单环结构相比，阶梯形的搭接头的制造工艺比起三角形凸舌-凹窝插入式的接头结构加工制造相对简单，从而具有生产周期短，生产成本低的优点。

Description

一种双环圆周密封装置

技术领域

本发明专利属于航空发动机设计领域，涉及用于发动机轴承腔和附件传动轴端的滑油或空气封严装置。

背景技术

航空发动机主轴承腔和附件传动轴端常用的滑油密封装置类型有端面石墨密封、圆周石墨密封、篦齿密封和浮环密封等。端面石墨密封具有气体泄漏低、工作能力高的优点，但在航空发动机中的应用受限于尺寸、重量大及难于装配的缺点。篦齿密封结构简单，速度不受限制，但泄漏大，难于控制，需辅助机构减小滑油泄漏。浮动环密封具有结构简单，成本低的优点，但泄漏较大。圆周密封作为一种内径接触式的密封装置在航空发动机主轴承腔密封上的应用已有30多年的历史，而且还广泛应用于石油、化工等工业领域，近年来，克服粘性液体动压浮升力技术的进步，又将它发展成高性能的滑油密封，用于航空附件及传动系统。圆周密封主要优点是结构紧凑，重量轻，装配方便，不限制转、静子轴向相对位移，密封气体泄漏低，具有破损-安全性的优点，但其难于压力平衡，对液体环境敏感。

目前的圆周密封装置有单环、主环-盖环双环结构、主环-盖环-背环三环结构三种结构。如图1所示，单环圆周密封装置的密封件沿圆周均分为几段，由周向拉伸弹簧箍到旋转的密封跑道外径表面上，构成主密封界面来限制轴向滑油的泄漏，再通过波形弹簧将密封件推靠在经过研磨的密封座内伸凸边端面上，构成辅助密封界面来限制径向滑油的泄漏，为了限制分段环接头缝隙的泄漏，在端部采用三角形凸舌-凹窝插入式接头结构。为减少主密封接口上的压力负荷，在近低压侧的密封环内环面上，带有两端不通的周向槽，形成主密封凸缘，通过轴向槽与高压侧相通。类似地，辅助密封表面上也有卸荷槽并构成辅助密封凸缘。单环结构虽然零件数量少，但是接头制造极其困难，需要专用成形铣刀，加工难度大，制造成本高，且单环结构较脆弱。图2所示为主环-盖环双环结构的圆周密封，其工作原理和单环类似，不同之处在于主环上增加了一个盖环，这是因为此结构的主环各段端头采用的是轴向阶梯式搭接结构，需要盖环来堵塞泄漏缝隙。此结构的圆周密封加工工艺较单环结构简单，但盖环限制了主密封环的径向高度，密封件的强度下降，在工作时，发动机机匣和壳体的振动对密封装置的强度要求不容忽视。图3所示的三环结构的密封环由主环、盖环和背环组成，分段的主环端头采用直接头，在径向和轴向都易产生泄漏，因此需要盖环和背环来封闭接头缝隙，与前两种结构不同的是在盖环和背环上各有一个周向弹簧来分别箍紧密封环达到轴向密封的作用。其密封原理与单环类似。三环结构虽然制造工艺简单，但零件数量多，占用空间大，且接头处气体不平衡负荷大，滑油进入接头缝隙时易泄漏，工作能力低。

发明内容

本发明的目的：本发明的目的是为燃气涡轮发动机提供一种能够在高温、高速条件下长期使用、并具有优良封严性能，低成本的轴承腔和附件传动轴端密封装置。相对于单环圆周密封、主环-盖环双环圆周密封和三环圆周密封结构，本双环圆周密封具有更低的成本和更高的工作可靠性。

本发明的技术方案：

一种双环圆周密封装置，其特征在于，包括密封座(1)、主密封环(2)、背环(3)、周向拉伸弹簧(4)、弹簧套(5)、轴向弹簧(6)、防转销套(7)、弹簧挡圈(8)、卡簧(9)和防转销(10)；其中，密封座(1)通过螺栓安装在壳体(11)上，为截面“T”形的环形金属件，对其它零件进行支撑和保护；

主密封环(2)为分段结构，采用径向搭接的方式，三段依次各有一端搭在相邻段端头上，组成主密封环(2)，采用石墨或C/C复合材料；

背环(3)采用直接头的分段形式，通过周向拉伸弹簧(4)箍在一起形成整环，与旋转的密封跑道(12)外径表面相贴合，起主要的轴向密封作用，背环(3)采用石墨或C/C复合材料，在轴向弹簧(6)的压缩作用下，密封环与密封座(1)贴合，形成二次密封面；

弹簧套(5)和防转销套(7)用来固定轴向弹簧(6)，防转销套(7)除了固定轴向弹簧(6)外，还起到防止主密封环(2)和背环(3)相对转动的作用，卡簧(9)安装在密封座(1)上，将弹簧挡圈(8)固定在密封座(1)上；

在近低压侧的主密封环(2)内表面上，设有带有两端不通的周向槽，减少主密封接口上的压力负荷，形成主密封凸缘，通过轴向槽与高压侧相通。

本发明的有益效果：

本发明的结构因取消了盖环，与三环结构相比，减少零件数量，节省安装空间，同时避免了三环结构接头处气体不平衡负荷大，且滑油进入接头缝隙时易泄漏的问题，工作能力有所增强；与现有的双环结构相比，没有盖环的限制，密封环的径向高度的增加带来了密封装置强度的提高；与单环结构相比，阶梯形的搭接头的制造工艺比起三角形凸舌-凹窝插入式的接头结构加工制造相对简单，从而具有生产周期短，生产成本低的优点。

附图说明

图1是单环结构及搭接方式示意图；

图2是主环-盖环双环结构及搭接方式示意图；

图3是三环结构示意图；

图4是本发明双环圆周密封装置第一实施方式的结构示意图；

图5是图4中主密封环2的正等侧视图；

图6是图4中背环3的正等侧视图；

图7是本发明双环圆周密封装置第二实施方式的结构示意图；

其中，1-密封座，2-主密封环、3-背环、4-周向拉伸弹簧、5-弹簧套、6-轴向弹簧，7-防转销套、8-弹簧挡圈、9-卡簧、10-防转销、11-壳体、12-密封跑道、13-密封圈。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

请参阅图4，其是本发明双环圆周密封装置一较佳实施方式的结构示意图。所述双环圆周密封装置，其由密封座1、主密封环2、背环3、周向拉伸弹簧4、弹簧套5、轴向弹簧6、防转销套7、弹簧挡圈8、卡簧9和防转销10组成。密封座1通过螺栓安装在壳体11上，它是一块截面为“T”形的环形金属件，主要作用是对其它零件进行支撑和保护。主密封环2是分段的，采用径向搭接的方式，每段依次各有一端搭在相邻段端头上，组成主密封环2，见图5，其材料可以是石墨材料或C/C复合材料。背环3是直接头的分段形式，与主环2一样都是靠周向拉伸弹簧4箍在一起形成整环，与旋转的密封跑道12外径表面相贴合，起主要的轴向密封作用，背环3的材料也是石墨材料或C/C复合材料。在轴向弹簧6的压缩作用下，密封环与密封座1贴合，形成二次密封面。弹簧套5和防转销套7用来固定轴向弹簧6。防转销套7除了固定轴向弹簧6外，还起到防止主密封环2和背环3相对转动的作用。卡簧9安装在密封座1上，主要作用是将弹簧挡圈8固定在密封座1上。同时，防转销10起到防止密封环转动的作用。本实施方式中的，基本参数如下：密封直径30mm，主密封环2和背环3轴向厚度3mm、径向厚度2.5mm，主环2和背环3各分为3段，密封座上安装3个防转销10。

本发明的双环圆周密封装置密封环由主环和背环组成，零件数量少，安装空间小，密封环径向高度的增加可以提高密封装置的强度，同时接头处气体不平衡负荷较小，封严性能好。阶梯形的搭接头加工制造容易，具有生产周期短，生产成本低的优点。

请参阅图7，其是本发明双环圆周密封装置第二实施方式的结构示意图。本实施方式中，所述双环圆周密封装置由密封座1、主环2、背环3、防转销10、周向拉伸弹簧4、轴向弹簧6、弹簧套5、防转销套7、卡簧9、密封圈13及壳体11组成。其中密封座1外圆面与壳体11内圆面过渡配合在一起，用密封圈13防止气体的泄露。卡簧9将密封座1固定在壳体11上。密封座1内伸凸边端的内径表面上有螺旋槽，用以将跑道12甩起的油滴返回到油腔。轴向弹簧6压靠在壳体11上来对密封环施加预紧力。本实施方式中，密封直径600mm，主密封环2和背环3轴向厚度15mm、径向厚度12mm，主环2和背环3各分为12段，密封座上安装12个防转销10。

上述两个实施方式揭示了本发明双环圆周密封装置的两个较佳实施方式，但本发明不限于上述实施方式，在上述实施方式所揭示的基础上还可以作进一步的改进。如本发明双环圆周密封装置中周向拉伸弹簧不限定为固定结构，只要能够提供周向预紧力都可以代替。

Claims (1)

1.一种双环圆周密封装置，其特征在于，包括密封座(1)、主密封环(2)、背环(3)、周向拉伸弹簧(4)、弹簧套(5)、轴向弹簧(6)、防转销套(7)、弹簧挡圈(8)、卡簧(9)和防转销(10)；其中，密封座(1)通过螺栓安装在壳体(11)上，为截面“T”形的环形金属件，对其它零件进行支撑和保护；

主密封环(2)为分段结构，采用径向搭接的方式，三段依次各有一端搭在相邻段端头上，组成主密封环(2)，采用石墨或C/C复合材料；

背环(3)采用直接头的分段形式，通过周向拉伸弹簧(4)箍在一起形成整环，与旋转的密封跑道(12)外径表面相贴合，起主要的轴向密封作用，背环(3)采用石墨或C/C复合材料，在轴向弹簧(6)的压缩作用下，密封环与密封座(1)贴合，形成二次密封面；

弹簧套(5)和防转销套(7)用来固定轴向弹簧(6)，防转销套(7)除了固定轴向弹簧(6)外，还起到防止主密封环(2)和背环(3)相对转动的作用，卡簧(9)安装在密封座(1)上，将弹簧挡圈(8)固定在密封座(1)上；

在近低压侧的主密封环(2)内表面上，设有带有两端不通的周向槽，减少主密封接口上的压力负荷，形成主密封凸缘，通过轴向槽与高压侧相通。