CN106523708B - 一种聚四氟乙烯接触式密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚四氟乙烯接触式密封装置，包括：静止轮盘与旋转轮盘同中心轴线安装，静止轮盘的密封面上设置有沿周向延伸的密封槽；固型钢圈及聚四氟乙烯密封环依次设置于密封槽内，且通过紧固螺钉相固定；静止轮盘的外侧面上设置有沿密封槽均布的止转螺钉和弹簧压紧螺钉，通过止转螺钉实现固型钢圈及聚四氟乙烯密封环的周向固定；承力弹簧套接于弹簧压紧螺钉尾部的圆柱体上，通过弹簧压紧螺钉调节承力弹簧对固型钢圈的压紧力度；静止轮盘的密封面上密封槽外侧设置有静止轮盘直通篦齿封严环，与旋转轮盘直通篦齿封严环相适配。本发明结构简单，便于安装和调整，且成本较低，能够获得良好的密封效果的同时具有较高的密封强度，工作可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚四氟乙烯接触式密封装置，属于航空发动机和燃气轮机转静交界面的测试密封技术。
背景技术
随着航空发动机设计技术的提高和试验验证的发展，旋转部件流动特性的实验研究越来越广泛和深入。在航空发动机和燃气轮机中轮盘是一种十分重要和普遍的元件，相邻的静止轮盘和旋转轮盘组成的转静盘腔或者由相邻的旋转轮盘组成的旋转盘腔是发动机内部空气系统设计和研究中的重要部分。无论是转静盘腔还是旋转盘腔，在模型流动特性试验过程中都涉及到转静交界面的密封问题。
现阶段常用的模型试验密封技术主要包括非接触式密封和接触式密封两类。现有的非接触式密封绝大部分是直通篦齿封严结构，其设计、加工和安装简单，当流体流经封严篦齿时能量在篦齿腔室内耗散，达到降低泄漏的目的。但在静止和旋转件之间始终留有间隙，无法将泄漏量保持在一个很低的水平或者达到完全无泄漏的水平，对于流动特性的研究不利。
现有的一种接触式密封为石墨密封，通过石墨密封环与转盘的接触式摩擦达到密封的目的，密封效果好，但由于石墨封严件的结构强度有限，在安装和调试和试验过程中的震动，磕碰和撞击容易使石墨环断裂，影响封严效果，且石墨密封环造价昂贵。另一种接触式密封装置为刷式密封，与石墨密封类似，利用密集的柔性金属刷丝与转盘的摩擦达到密封的目的，但接触面摩擦系数高，旋转轮盘高速旋转时的摩擦热会使金属刷丝融化或者断裂，轻者影响密封性能，严重时会出现损坏高精测试仪器的事故。
因此，本领域技术人员致力于开发一种成本较低、便于安装和调整、工作可靠的聚四氟乙烯接触式密封装置，能够实现良好的密封效果，同时具有较高的密封强度。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种聚四氟乙烯接触式密封装置，具有结构简单、安装和调整方便、成本较低等特点，能够获得良好的密封效果，同时具有较高的密封强度，工作可靠且不易损坏。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种聚四氟乙烯接触式密封装置，包括静止轮盘、旋转轮盘、聚四氟乙烯密封环、固型钢圈及承力弹簧；
其中，静止轮盘与旋转轮盘同中心轴线安装，且静止轮盘与旋转轮盘相接触的一侧为密封面，其相远离的一侧为外侧面；静止轮盘的密封面上设置有沿周向延伸的密封槽，固型钢圈及聚四氟乙烯密封环依次设置于密封槽内，即固型钢圈设置于密封槽内侧，聚四氟乙烯设置于固型钢圈外侧而与旋转轮盘相接触；固型钢圈与聚四氟乙烯密封环之间通过紧固螺钉固定，且静止轮盘的外侧面上设置有沿密封槽周向均布的止转螺钉和弹簧压紧螺钉，通过止转螺钉实现固型钢圈与聚四氟乙烯密封环的周向固定；弹簧压紧螺钉尾部设置有直径比上端螺纹内径小的圆柱体，承力弹簧套接于弹簧压紧螺钉尾部的圆柱体上，通过弹簧压紧螺钉调节承力弹簧对固型钢圈的压紧力度。
本发明采用的接触式密封介质为聚四氟乙烯材质，具有耐高温、耐腐蚀、高韧性、摩擦系数低等特点，作为转静交界面的摩擦介质，能够大大降低摩擦力和摩擦损耗，并降低因密封介质破坏造成的试验事故和误差。聚四氟乙烯密封环与固型钢圈固定可以消除聚四氟乙烯材质刚性不足的缺点，保持聚四氟乙烯密封环在安装和工作过程中的形状，防止局部变形对安装和工作产生不利影响。承力弹簧作用于固型钢圈上能够避免直接作用于聚四氟乙烯密封环上产生受力不均匀而限制密封效果。采用承力弹簧这种柔性作用方式，使聚四氟乙烯密封环与转盘之间的摩擦力可调节，避免了采用刚性承力方式带来的调整难题。弹簧压紧螺钉尾部的圆柱体对承力弹簧起到导向作用，防止弹簧在压紧过程中发生歪斜和倒伏。通过止转螺钉的周向固定作用，避免固型钢圈和聚四氟乙烯密封环受旋转轮盘带动而可能产生的旋转位移对承力弹簧产生的不利影响。
优选的，所述静止轮盘的密封面上密封槽外侧设置有沿周向延伸的静止轮盘直通篦齿封严环，且旋转轮盘的密封面上设置有与静止轮盘直通篦齿封严环相适配的旋转轮盘直通篦齿封严环。通过静止轮盘直通篦齿封严环与旋转轮盘直通篦齿封严环的配合进一步增强了该装置的密封可靠性，同时改善了聚四氟乙烯密封环在高压条件下的工作环境，有效避免了高压使聚四氟乙烯密封环与刚性密封槽长期接触产生压痕和变形，提高了聚四氟乙烯密封环的使用寿命和可靠性。
优选的，所述紧固螺钉为沉头螺钉或内六角圆柱头螺钉。进一步的，所述紧固螺钉为内六角圆柱头螺钉时，承力弹簧的上端套接于弹簧压紧螺钉尾部的圆柱体上，其下端套接于内六角圆柱头螺钉的圆柱头上，这样能够对承力弹簧起到更好的导向作用。
优选的，所述止转螺钉及紧固螺钉均不穿透聚四氟乙烯密封环，且圆柱体尾部不接触固型钢圈，避免影响到聚四氟乙烯密封环的密封效果。
优选的，所述密封槽的深度为聚四氟乙烯密封环厚度的1～3倍，且密封槽的内外径与聚四氟乙烯密封环一致，便于安装和调整。进一步的，所述固型钢圈的厚度为聚四氟乙烯密封环厚度的0.1～1倍，且固型钢圈的内外径与聚四氟乙烯密封环一致。
有益效果：本发明提供的一种聚四氟乙烯接触式密封装置，相对于现有技术，具有以下优点：1、结构简单，承力弹簧的压紧力可调，便于安装和调整，成本较低，工作可靠且不易损坏；2、在聚四氟乙烯密封环的基础上增加了直通篦齿封严环，对于转静交界面处的密封性给予了双重保证；3、具有较高的密封强度，大大降低了因密封介质破坏造成的试验事故和误差，节约成本。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例二的结构示意图；
图3为本发明实施例中静止轮盘的结构图；
图4为本发明实施例中旋转轮盘的结构图；
图5为本发明实施例一中承力弹簧的安装剖视图；
图6为本发明实施例二中承力弹簧的安装剖视图；
图7为本发明实施例中止转螺钉的安装剖视图；
图8为本发明实施例的空气流路示意图；
图中包括：1、静止轮盘，11、静止轮盘直通篦齿封严环，12、密封槽，2、旋转轮盘，21、旋转轮盘直通篦齿封严环，3、聚四氟乙烯密封环，4、固型钢圈，5、承力弹簧，6、弹簧压紧螺钉，61、圆柱体，7、止转螺钉，8、沉头螺钉，9、内六角圆柱头螺钉。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1、2所示为一种聚四氟乙烯接触式密封装置，其特征在于，包括静止轮盘1、旋转轮盘2、聚四氟乙烯密封环3、固型钢圈4及承力弹簧5；
其中，静止轮盘1与旋转轮盘2同中心轴线安装，且静止轮盘1与旋转轮盘2相接触的一侧为密封面，其相远离的一侧为外侧面；静止轮盘1的密封面上设置有沿周向延伸的密封槽12，固型钢圈4及聚四氟乙烯密封环3依次设置于密封槽12内，固型钢圈4与聚四氟乙烯密封环3之间通过紧固螺钉固定；静止轮盘1的外侧面上设置有止转螺钉7和弹簧压紧螺钉6，两者均沿密封槽12周向均布，通过止转螺钉7实现固型钢圈4与聚四氟乙烯密封环3的周向固定；弹簧压紧螺钉6的尾部设置有直径小于承力弹簧5内径的圆柱体61，承力弹簧5套接于弹簧压紧螺钉6尾部的圆柱体61上，通过弹簧压紧螺钉6调节承力弹簧5对固型钢圈4的压紧力度。
如图3、4所示，所述静止轮盘1的密封面上密封槽12外侧设置有沿周向延伸的静止轮盘直通篦齿封严环11，且旋转轮盘2的密封面上设置有与静止轮盘直通篦齿封严环11相适配的旋转轮盘直通篦齿封严环21。
如图7所示，所述止转螺钉7及紧固螺钉均不穿透聚四氟乙烯密封环3，且圆柱体61尾部不接触固型钢圈4。
本实施例中，所述密封槽12的深度为聚四氟乙烯密封环3厚度的1～3倍，且密封槽12的内外径与聚四氟乙烯密封环3一致；所述固型钢圈4的厚度为聚四氟乙烯密封环3厚度的0.1～1倍，且固型钢圈4的内外径与聚四氟乙烯密封环3一致。
实施例一：如图1、5所示，所述紧固螺钉为沉头螺钉8，且承力弹簧5仅套接于弹簧压紧螺钉6尾部的圆柱体61上。
实施例二：如图2、6所示，所述紧固螺钉为内六角圆柱头螺钉9，且承力弹簧5的上端套接于圆柱体61上，其下端套接于内六角圆柱头螺钉9的圆柱头上。
如图8所示，通过该密封装置实现静止轮盘1及旋转轮盘2的密封后，气流在流至聚四氟乙烯密封环3之前会先通过直通篦齿封严环，首先通过若干级直通篦齿封严环的初级密封作用，降低来流的压力；之后气流冲击聚四氟乙烯密封环3的外侧面而分成两路：其中向右的一路由于聚四氟乙烯密封环3与旋转轮盘2密封面的紧密贴合，使气流不能从此处泄漏；向左的一路由于固型钢圈4和聚四氟乙烯密封环3组件与密封槽12的接触，阻碍了气流的向左泄漏，从而达到接触式密封的效果。尤其是在来流压力较高的时候，通过静止轮盘直通篦齿封严环11可以有效减低冲击聚四氟乙烯密封环3外侧面的气流压力，提高了高压条件下的密封可靠性。
本发明中，旋转轮盘2与静止轮盘1的最小轴向距离范围为0.1～1mm，且直通篦齿封严环级数为0～10；静止轮盘1上弹簧压紧螺纹通孔和止转螺纹通孔均沿密封槽12位置周向均布，且螺纹范围均为M3～M16，周向个数范围均为2～36个。
本发明中，所述承力弹簧5的钢丝直径范围为0.1～1.5mm，螺距为0.2～1.5mm，其完全压紧长度为聚四氟乙烯密封环3厚度的0.3～1倍，且承力弹簧5的胡克系数范围为35N/m～200N/m。
本发明中，聚四氟乙烯密封环3上紧固螺纹孔和止转定位孔的直径均为聚四氟乙烯密封环3厚度的0.2～0.8倍，其深度均为聚四氟乙烯密封环3厚度的0.1～0.9倍，且紧固螺纹孔的个数有4～36个。
本发明中，弹簧压紧螺钉6的螺纹范围为M3～M16，尾部圆柱体61的直径范围为承力弹簧5内径的0.5～0.95倍；实施例一中，圆柱体61长度为承力弹簧5完全压紧长度的0.6～0.9倍；实施例二中，内六角圆柱头螺钉9的圆柱头直径为承力弹簧5内径的0.5～0.95倍，此时弹簧压紧螺钉6尾部圆柱体61的长度为承力弹簧完全压紧长度的0.3～0.6倍。
本发明中，所述止转螺钉7尾部光滑圆柱段的直径范围为固型钢圈4和聚四氟乙烯密封环3上止转定位孔直径的0.7～0.95倍，其长度范围为固型钢圈4和聚四氟乙烯密封环3上止转定位孔总深度的1～1.5倍。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种聚四氟乙烯接触式密封装置，其特征在于，包括静止轮盘(1)、旋转轮盘(2)、聚四氟乙烯密封环(3)、固型钢圈(4)及承力弹簧(5)；
其中，静止轮盘(1)与旋转轮盘(2)同中心轴线安装，且静止轮盘(1)与旋转轮盘(2)相接触的一侧为密封面，其相远离的一侧为外侧面；静止轮盘(1)的密封面上设置有沿周向延伸的密封槽(12)，固型钢圈(4)及聚四氟乙烯密封环(3)依次设置于密封槽(12)内，固型钢圈(4)与聚四氟乙烯密封环(3)之间通过紧固螺钉固定；静止轮盘(1)的外侧面上设置有止转螺钉(7)和弹簧压紧螺钉(6)，两者均沿密封槽(12)周向均布，通过止转螺钉(7)实现固型钢圈(4)与聚四氟乙烯密封环(3)的周向固定；弹簧压紧螺钉(6)的尾部设置有直径小于承力弹簧(5)内径的圆柱体(61)，承力弹簧(5)套接于弹簧压紧螺钉(6)尾部的圆柱体(61)上，通过弹簧压紧螺钉(6)调节承力弹簧(5)对固型钢圈(4)的压紧力度；
所述静止轮盘(1)的密封面上密封槽(12)外侧设置有沿周向延伸的静止轮盘直通篦齿封严环(11)，且旋转轮盘(2)的密封面上设置有与静止轮盘直通篦齿封严环(11)相适配的旋转轮盘直通篦齿封严环(21)。
2.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯接触式密封装置，其特征在于，所述紧固螺钉为沉头螺钉(8)或内六角圆柱头螺钉(9)。
3.根据权利要求2所述的一种聚四氟乙烯接触式密封装置，其特征在于，所述紧固螺钉为内六角圆柱头螺钉(9)时，承力弹簧(5)的上端套接于弹簧压紧螺钉(6)尾部的圆柱体(61)上，其下端套接于内六角圆柱头螺钉(9)的圆柱头上。
4.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯接触式密封装置，其特征在于，所述止转螺钉(7)及紧固螺钉均不穿透聚四氟乙烯密封环(3)，且圆柱体(61)尾部不接触固型钢圈(4)。
5.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯接触式密封装置，其特征在于，所述密封槽(12)的深度为聚四氟乙烯密封环(3)厚度的1～3倍，且密封槽(12)的内外径与聚四氟乙烯密封环(3)一致。
6.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯接触式密封装置，其特征在于，所述固型钢圈(4)的厚度为聚四氟乙烯密封环(3)厚度的0.1～1倍，且固型钢圈(4)的内外径与聚四氟乙烯密封环(3)一致。
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