CN107939722A - 一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，包括静环、密封组件、壳体、第一弹簧、挡圈和动环；壳体采用空心圆柱体结构，壳体中设有通孔，壳体内侧分别设有两个用于安装密封组件的凹槽和用于安装第一弹簧的盲孔，壳体一端分别设有用于安装挡圈的沟槽和用于防止静环旋转的卡槽，壳体另一端设有用于连接涡轮泵的法兰；动环与静环端面密封。本发明通过静环、密封组件、壳体、第一弹簧、挡圈和动环的配合，实现了发动机预冷时，动环与静环端面密封，发动机启动时，动环与静环自动脱开，发动机关机时，动环与静环重新贴合，既弥补了传统浮动环密封结构氦气消耗量过大的缺陷，又保证了密封的高可靠性以及发动机的重复起动。
Description
技术领域
本发明涉及一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，尤其适用于液体火箭发动机，属于液体火箭发动机涡轮泵密封结构技术领域。
背景技术
进入21世纪以来，世界各航天大国纷纷提出载人火箭和深空探测计划，其中，大推力火箭是必不可少的运输工具，如何降低成本、减少污染、提高可靠性和运载能力自然而然的成为了运载火箭未来的发展方向。
现有技术中，氢氧发动机具有理论比冲高、无污染、冷却性能好等优点，在国内外新一代运载火箭中得到普遍应用。
由于液氢介质的密度比较低，仅有水的1/14，氢涡轮泵必须在很高的转速下工作，才能提供给发动机足够的压力，而且由于液氢黏度非常小，几乎没有润滑性能，使得动密封的工作环境比较恶劣。尤其对于大推力氢氧发动机，氢涡轮泵的尺寸较大，压力更高，使得氢涡轮泵动密封的滑动速度很高。由于传统的浮动环密封结构需要在发动机预冷时，在两级浮动环之间充入隔离氦气进行密封，随着涡轮泵结构尺寸增大，氦气耗费量急剧增加，这对于二级发动机而言，火箭需自带大量氦气，势必降低有效载荷，难以满足设计要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，通过静环、密封组件、壳体、第一弹簧、挡圈和动环的配合，实现了发动机预冷时，动环与静环端面密封，发动机启动时，动环与静环自动脱开，发动机关机时，动环与静环重新贴合，既弥补了传统浮动环密封结构氦气消耗量过大的缺陷，又保证了密封的高可靠性以及发动机的重复起动。
本发明的技术解决方案是：
一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，包括静环、密封组件、壳体、第一弹簧、挡圈和动环；壳体采用空心圆柱体结构，壳体中设有用于通气的通孔，壳体内侧分别设有两个用于安装密封组件的凹槽和用于安装第一弹簧的盲孔，壳体一端分别设有用于安装挡圈的沟槽和用于防止静环旋转的卡槽，壳体另一端设有用于连接涡轮泵的法兰；用于密封壳体和静环的密封组件、第一弹簧、静环依次同轴套装在壳体中，并安装挡圈，形成一个用于配合动环的组件；动环与静环之间采用端面密封。
在上述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置中，所述密封组件包括密封圈、第二弹簧、压块、挡板和卡环；密封圈安装在壳体与静环之间，并与压块贴合；第二弹簧安装在压块中，用于向密封圈施加载荷；挡板一侧与弹簧端部贴合，挡板另一侧与卡环贴合，卡环与壳体固定连接。
在上述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置中，所述密封圈的材料采用聚酰亚胺。
在上述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置中，所述密封圈的形状为楔形。
在上述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置中，所述密封圈与壳体接触平面、密封圈与静环接触平面的粗糙度均不大于0.4。
在上述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置中，所述静环与壳体之间设有低压气腔，低压气腔与壳体的通孔连通，低压气腔的周向截面积不小于1000mm2。
在上述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置中，所述静环与壳体之间的间隙范围设为1～2mm。
在上述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置中，所述静环端部设有用于配合动环的凸台。
在上述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置中，所述静环由石墨镶装金属而成。
在上述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置中，所述动环由金属喷涂氧化铬涂层而成。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
【1】本发明巧妙设计了动环和静环的配合方式，并设置了两个密封组件，使得静环与壳体之间形成了低压气腔，借用压差实现了静环在发动机低速下自动脱开的功能，同时达到了密封零磨损的高可靠性要求。
【2】本发明利用弹簧推动静环顶止在动环上形成端面密封，有效确保了发动机预冷时液氢介质的零泄漏，相较于传统浮动环密封结构，实现了氦气的零消耗，同时满足了发动机预冷时的密封要求。
【3】本发明整体结构紧凑，适用于多种工作环境，使用寿命相对较长，在复杂工况下依然能够良好运转，具有适用范围广的特点，具备良好的市场应用前景。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的剖视图
图2为密封组件剖视图
其中：1静环；2密封组件；3壳体；4第一弹簧；5挡圈；6动环；201密封圈；202第二弹簧；203压块；204挡板；205卡环；
具体实施方式
为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1～2所示，一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，包括静环1、密封组件2、壳体3、第一弹簧4、挡圈5和动环6；壳体3采用空心圆柱体结构，壳体3中设有用于通气的通孔，壳体3内侧分别设有两个用于安装密封组件2的凹槽和用于安装第一弹簧4的盲孔，壳体3一端分别设有用于安装挡圈5的沟槽和用于防止静环1旋转的卡槽，壳体3另一端设有用于连接涡轮泵的法兰；用于密封壳体3和静环1的密封组件2、第一弹簧4、静环1依次同轴套装在壳体3中，并安装挡圈5，形成一个用于配合动环6的组件；动环6与静环1之间采用端面密封。
优选的，密封组件2包括密封圈201、第二弹簧202、压块203、挡板204和卡环205；密封圈201安装在壳体3与静环1之间，并与压块203贴合；第二弹簧202安装在压块203中，用于向密封圈201施加载荷；挡板204一侧与弹簧202端部贴合，挡板204另一侧与卡环205贴合，卡环205与壳体3固定连接。
优选的，密封圈201的材料采用聚酰亚胺。
优选的，密封圈201的形状为楔形。
优选的，密封圈201与壳体3接触平面、密封圈201与静环1接触平面的粗糙度均不大于0.4。
优选的，静环1与壳体3之间设有低压气腔，低压气腔与壳体3的通孔连通，低压气腔的周向截面积不小于1000mm2。
优选的，静环1与壳体3之间的间隙范围设为1～2mm。
优选的，静环1端部设有用于配合动环6的凸台。
优选的，静环1由石墨镶装金属而成。
优选的，动环6由金属喷涂氧化铬涂层而成。
本发明的工作原理是：
发动机预冷时，静环1在第一弹簧4的弹力作用下，与动环6形成端面密封，阻止液氢介质泄漏至涡轮腔；
发动机起动时，泵端液氢和涡轮端燃气的压力均上升，与低压气腔形成压差，静环1在压差的作用下，与动环6自动脱开；
发动机关机时，泵端液氢和涡轮端燃气的压力均降低，与低压气腔形成压差减小，静环1在第一弹簧4的弹力作用下，与动环6重新贴合。本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，其特征在于：包括静环(1)、密封组件(2)、壳体(3)、第一弹簧(4)、挡圈(5)和动环(6)；壳体(3)采用空心圆柱体结构，壳体(3)中设有用于通气的通孔，壳体(3)内侧分别设有两个用于安装密封组件(2)的凹槽和用于安装第一弹簧(4)的盲孔，壳体(3)一端分别设有用于安装挡圈(5)的沟槽和用于防止静环(1)旋转的卡槽，壳体(3)另一端设有用于连接涡轮泵的法兰；用于密封壳体(3)和静环(1)的密封组件(2)、第一弹簧(4)、静环(1)依次同轴套装在壳体(3)中，并安装挡圈(5)，形成一个用于配合动环(6)的组件；动环(6)与静环(1)之间采用端面密封。
2.根据权利要求1所述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，其特征在于：所述密封组件(2)包括密封圈(201)、第二弹簧(202)、压块(203)、挡板(204)和卡环(205)；密封圈(201)安装在壳体(3)与静环(1)之间，并与压块(203)贴合；第二弹簧(202)安装在压块(203)中，用于向密封圈(201)施加载荷；挡板(204)一侧与弹簧(202)端部贴合，挡板(204)另一侧与卡环(205)贴合，卡环(205)与壳体(3)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，其特征在于：所述密封圈(201)的材料采用聚酰亚胺。
4.根据权利要求2所述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，其特征在于：所述密封圈(201)的形状为楔形。
5.根据权利要求2所述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，其特征在于：所述密封圈(201)与壳体(3)接触平面、密封圈(201)与静环(1)接触平面的粗糙度均不大于0.4。
6.根据权利要求1所述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，其特征在于：所述静环(1)与壳体(3)之间设有低压气腔，低压气腔与壳体(3)的通孔连通，低压气腔的周向截面积不小于1000mm2。
7.根据权利要求1所述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，其特征在于：所述静环(1)与壳体(3)之间的间隙范围设为1～2mm。
8.根据权利要求1所述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，其特征在于：所述静环(1)端部设有用于配合动环(6)的凸台。
9.根据权利要求8所述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，其特征在于：所述静环(1)由石墨镶装金属而成。
10.根据权利要求1所述的一种氢氧发动机涡轮泵用弹簧加载自动脱开式动密封装置，其特征在于：所述动环(6)由金属喷涂氧化铬涂层而成。
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