CN108488385B - 一种高温高压气体片式弹性动密封结构、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高温高压气体动密封技术领域，具体应用于气体高温高压状态下的无润滑轴端滑动密封、径向滑动密封及缸筒滑动密封。一种高温高压气体片式弹性动密封结构，包括密封件以及位于密封件两侧的主固定板和侧固定板；其中，所述密封件为圆环形或弧形、锥形、条形密封件；若密封件为圆环形或弧形，其径向截面形状为三角形；若密封件为条形密封件，其截面形状为三角形。本发明无需油液润滑，在满足普通工况高温高压气体动密封时更可用于油室设置困难的复杂工况，减少润滑油消耗，降低环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及高温高压气体动密封技术领域，具体应用于气体高温高压状态下的无润滑轴端滑动密封、径向滑动密封及缸筒滑动密封。
背景技术
高温高压气体的动密封目前主要有软、硬填料密封，迷宫密封，活塞环密封及刷式密封。密封的核心即相同条件下尽可能降低单位时间内密封介质的泄露量。
软填料密封在适当填料及结构下，最高适用压力35MPa、温度600℃、线速度20m/s,可以满足一般条件下的密封要求，其在明火条件下易发生填料硬结现象，磨损补偿不足；硬填料密封使用压力350MPa,线速度12m/s,其需要对填料进行冷却或加热。
迷宫密封则是在旋转件和固定件之间形成很小曲折间隙，流体经多次节流达到密封目的。其属于非接触式密封，密封效果远不及接触式密封。
活塞环密封为现有最常用发动机及类似结构的高温高压气体密封结构，其必须在持续润滑及冷却条件下工作，工况适应性低，极易磨损。
刷式密封作为现代透平机械的关键技术，其接触面为120根/mm2的金属丝组生长于成型基体上制成，生产制造困难成本高，润滑和冷却条件高。另外，刷丝对轴的刷磨严重。
发明内容
本发明旨在针对上述问题，提出一种无需油液润滑，相较于密封效果高于刷式密封，使用环境广泛的高温高压气体片式弹性动密封结构。
本发明的技术方案在于：
一种高温高压气体片式弹性动密封结构，包括密封件以及位于密封件两侧的主固定板和侧固定板；其中，所述密封件为圆环形或弧形、锥形、条形密封件；若密封件为圆环形或弧形，其径向截面形状为三角形；若密封件为条形密封件，其截面形状为三角形。
所述主固定板外侧还设有辅助密封板，所述主固定板以及辅助密封板之间还可设辅助密封环。
所述密封件为层状结构，该层状结构包括间隔设置的编织物层以及新型合金层；所述新型合金层为铍锡合金层或者钴基合金层；合金层厚度为5层至15层；编织物层包括碳纤维布层、玻璃纤维布层或高硅氧布层；所述每一层碳纤维布、玻璃纤维布或高硅氧布等编织物层两侧分别设有一层新型合金层。
一种高温高压气体片式弹性动密封结构制备方法，如上所述一种高温高压气体片式弹性动密封结构包括若干层碳纤维布、玻璃纤维布或高硅氧布等编织物以及若干层新型合金通过耐高温结构胶胶压成型。
一种高温高压气体片式弹性动密封结构应用，如上所述一种高温高压气体片式弹性动密封结构用于气体高温高压状态下的无润滑轴端滑动密封、径向滑动密封及缸筒滑动密封。
本发明的技术效果在于：
1、本发明无需油液润滑，在满足普通工况高温高压气体动密封时更可用于油室设置困难的复杂工况，减少润滑油消耗，降低环境污染；
2、本发明可在轴端动密封、径向动密封及缸筒动密封间任意组合使用，结构形式简单，避免产品种类复杂混乱，制造良品率高；
3、本发明相较透平刷式密封漏气量是其1/20~1/10；
4、本发明使用环境温度≦1200℃，可在该工况下起到良好的密封效果；
5、密封体由碳纤维布、玻璃纤维布或高硅氧布等编织物层以及新型合金层组合而成，其刚性和弹性介于软密封材料和硬密封材料之间，使得其综合性能明显优于以上两种密封材料；
6、锥形密封体结构使得端面密封面压紧时圆周方向的密封面会变大，同时压紧力相应变大，这样可以杜绝由于机器震动或系统内瞬时的压力脉动产生的泄漏。
附图说明
图1为本发明一种高温高压气体片式弹性动密封结构的结构示意图。
图2为本发明实施例4一种高温高压气体片式弹性动密封结构的应用示意图。
附图标记：1-主固定板，2-侧固定板，3-密封件，4-辅助密封板，5-辅助密封环，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ-有效密封面，7-中间缸筒；8-端盖；9-高温高压气体片式弹性动密封结构；10-轴；11-轴承；12-弹簧。
具体实施方式
一种高温高压气体片式弹性动密封结构9，包括密封件3以及位于密封件3两侧的主固定板1和侧固定板2；其中，所述密封件3为环状密封件3，所述环状密封件3上设有凸面，所述凸面在该环状密封件3的径向截面上的形状为三角形。使得端面密封面压紧时圆周方向的密封面会变大，同时压紧力相应变大，这样可以杜绝由于机器震动或系统内瞬时的压力脉动产生的泄漏。
其中，所述主固定板1外侧还设有辅助密封板4，所述主固定板1以及辅助密封板4之间还设有辅助密封环5。
所述密封件3为层状结构，该层状结构包括间隔设置的编织物层以及新型合金层；所述新型合金层为铍锡合金层或者钴基合金层；若介质温度低于350℃，则使用铍锡合金层；若介质温度高于350℃，则使用钴基合金层；合金层厚度为5层至15层；编织物层包括碳纤维布层、玻璃纤维布层或高硅氧布层。所述每一层碳纤维布、玻璃纤维布或高硅氧布等编织物层两侧分别设有一层新型合金层。
所述一种高温高压气体片式弹性动密封结构制备方法，如上所述一种高温高压气体片式弹性动密封结构9包括若干层碳纤维布、玻璃纤维布或高硅氧布等编织物以及若干层新型合金通过耐高温结构胶胶压成型。
一种高温高压气体片式弹性动密封结构应用，如上所述一种高温高压气体片式弹性动密封结构9用于气体高温高压状态下的无润滑轴端滑动密封、径向滑动密封及缸筒滑动密封。
实施例1
层状结构为间隔设置的编织物层和新型合金层，该层状结构层数为9层；其中，新型合金层为铍锡合金层，层数为5层；编织物层为碳纤维布，层数为4层；每一层碳纤维布两侧分别设有一层铍锡合金层。
实施例2
层状结构为间隔设置的编织物层和新型合金层，该层状结构层数为29层；其中，新型合金层为钴基合金层，层数为15层；编织物层为玻璃纤维布，层数为14层；每一层玻璃纤维布两侧分别设有一层钴基合金层。
实施里3
层状结构为间隔设置的编织物层和新型合金层，该层状结构层数为19层；其中，新型合金层为钴基合金层，层数为10层；编织物层为高硅氧布，层数为9层；每一层高硅氧布两侧分别设有一层钴基合金层。
实施例4
本实施例4为本高温高压气体片式弹性动密封结构的一种应用方式，即将该高温高压气体片式弹性动密封结构9应用在发动机上，如图2所示。本发明高温高压气体片式弹性动密封结构9、轴10，中间缸筒7和端盖8共同形成密闭环形腔室，中间缸筒7和端盖8以静密封形式形成刚性连接，轴10在转动过程中要求轴端形成动密封，还设有轴承11。
发动机上设有弹性补偿结构，位于辅助密封板4外侧；本实施例中弹性补偿结构弹性补偿结构为弹簧12，弹簧12使密封组件整体沿轴向向密封方向（做补偿）移动，其端面密封面受弹簧12压力压紧时外圆周方向（做挤紧膨胀位移）直径变大；内圆周方向密封面变小，同时圆周方向（直径缩小）压紧力相应变大；接触面的密封材料自身结构具有微量的弹性补偿，与辅助密封板4后面的弹簧12共同形成跟随性及时的过盈量补偿。这样可以杜绝由于机器震动或系统内瞬时的压力脉动产生的泄漏。
高温高压气体片式弹性动密封结构9在弹簧12的弹簧12预紧力作用下沿轴向移动，使密封面Ⅰ、Ⅲ始终紧贴轴端，形成良好密封条件。密封面磨损后则在弹簧12的预紧力下实现自动磨损补偿；弹簧12预紧力作用下工作面Ⅱ则向外膨胀，密封面Ⅳ向内收缩，在形成良好密封条件的情况下实现磨损自动补偿，最终实现高温高压气体的动密封。
本高温高压气体片式弹性动密封结构9集轴端动密封、径向动密封及缸筒动密封于一体。现有气体动密封技术如刷式密封及活塞环密封均需在油液润滑条件下完成且无法在三种密封需求下任意组合。本发明高温高压片式动密封技术则可在三者之间任意两两组合，单独使用或集三者于一体。
Claims (2)
1.一种高温高压气体片式动密封结构的应用，其特征在于：所述高温高压气体片式动密封结构，包括密封件（3）以及位于密封件（3）两侧的主固定板（1）和侧固定板（2）；其中，所述密封件（3）为圆环形、锥形、条形密封件（3）；若密封件（3）为圆环形密封件，所述圆环形密封件上设有凸面，所述凸面在该圆环形密封件的径向截面上的形状为三角形；若密封件（3）为条形密封件（3），其截面形状为三角形；
所述主固定板（1）外侧还设有辅助密封板（4），所述主固定板（1）以及辅助密封板（4）之间还可设辅助密封环（5）；
所述密封件（3）为层状结构，该层状结构包括间隔设置的编织物层以及新型合金层；所述新型合金层为铍锡合金层或者钴基合金层；合金层厚度为5层至15层；编织物层包括碳纤维布层、玻璃纤维布层或高硅氧布层；每一层碳纤维布、玻璃纤维布或高硅氧布两侧分别设有一层新型合金层；
将上述高温高压气体片式动密封结构用于发动机中；高温高压气体片式动密封结构（9）与轴（10），中间缸筒（7）和端盖（8）共同形成密闭环形腔室，中间缸筒（7）和端盖（8）以静密封形式形成刚性连接，轴（10）在转动过程中轴端形成动密封，还设有轴承（11）；发动机上设有弹性补偿结构，位于辅助密封板外侧；弹性补偿结构为弹簧（12），弹簧（12）使高温高压气体片式动密封结构（9）整体沿轴向向密封方向移动，其端面密封面受弹簧压力压紧时外圆周方向直径变大；内圆周方向密封面变小，同时圆周方向压紧力相应变大；接触面与辅助密封板后面的弹簧共同形成跟随性及时的过盈量补偿。
2.根据权利要求1所述高温高压气体片式动密封结构的应用，其特征在于：所述高温高压气体片式动密封结构中，间隔设置的编织物层以及新型合金层之间通过无机结构修补胶胶压成型。
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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