CN110285218B - 一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，尤其涉及适用于高转速、高机动性、复杂载荷航空发动机轴端密封装置，属于机械密封技术领域。本发明包括密封壳体、第一密封胶圈、压板、搭口波形弹簧、第二密封胶圈、挡圈、石墨环、密封动环和第三密封胶圈。所述的恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置用于把油腔与空气腔隔离，防止油腔的滑油泄漏到空气腔，起到封油的目的。所述的搭口波形弹簧用于产生轴向力，通过压板传递给石墨环，保证石墨环与密封动环紧密接触，形成主密封面。本发明能够减少机械密封装置磨损，提升机械密封装置密封性和稳定性，进而延长所述一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置寿命。

Description

一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置
技术领域
本发明涉及一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，尤其涉及适用于高转速、高机动性、复杂载荷航空发动机轴端密封装置，属于机械密封技术领域。
背景技术
近年来，随着航空事业的飞速发展，对航空发动机性能指标和效率要求越来越高，导致系统温度、压力、转速提高，从而要求密封产品具备长寿命、低泄漏、低功耗、高可靠等特点。普通机械密封装置在高工况参数条件下，摩擦因数较大，功耗高，磨损严重，寿命短，滑油泄漏严重，使用和维护成本较高。
为改善传统机械密封装置磨损严重的问题，提高机械密封的使用寿命，可在密封端面开螺旋槽。螺旋槽密封装置在稳定工作状态下，气体会被吸入到螺旋槽内，进入到密封端面之间，由于密封堰的节流作用，进入密封面的气体被压缩，并在螺旋槽的根部压力升高，产生流体动压效应，使密封面分开实现非接触运转。但目前行业中螺旋槽密封装置仍然存在端面磨损严重、泄漏率高等问题，密封失效事故时有发生，造成螺旋槽密封装置存在以上问题的原因主要有以下几点：
1)螺旋槽槽形不合理。螺旋槽槽形不合理导致密封面产生的动压效应效果不佳，影响密封性能。
2)密封面仍存在磨损。航空发动机在起动和停止阶段，转速不稳定，密封装置未能实现非接触运转，导致动环密封面磨损。
3)波形弹簧力值变化。工作过程中由于轴承游隙、振动等原因导致波形弹簧工作高度变化，从而导致波形弹簧力值变化，破坏了螺旋槽密封装置原平衡状态，影响密封性能。
发明内容
为解决机械密封装置在面对高工况参数条件下存在的寿命短、滑油泄漏严重问题，本发明公开的一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置要解决的技术问题是：减少机械密封装置磨损，提升机械密封装置密封性和稳定性，进而延长所述一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置寿命。
本发明目的通过以下技术方案实现。
本发明公开的一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，包括密封壳体、第一密封胶圈、压板、搭口波形弹簧、第二密封胶圈、挡圈、石墨环、密封动环和第三密封胶圈。所述的恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置用于把油腔与空气腔隔离，防止油腔的滑油泄漏到空气腔，起到封油的目的。所述的搭口波形弹簧用于产生轴向力，通过压板传递给石墨环，保证石墨环与密封动环紧密接触，形成主密封面；所述的密封壳体与机匣壳体之间通过第二密封胶圈密封，所述的石墨环与密封壳体之间通过第一密封胶圈密封，所述的密封动环与旋转轴之间通过第三密封胶圈密封，通过所述第一密封胶圈、第二密封胶圈、第三密封胶圈形成次级密封。
所述的密封动环密封面所镀的薄膜为类金刚石薄膜；所述的类金刚石薄膜的厚度是恒定的，厚度范围是2μm～50μm。
所述的密封动环密封面所开的螺旋槽为x＝r(cosθ+θsinθ)；y＝r(sinθ-θcosθ)的渐开线螺旋槽。
所述的波形弹簧的形式为搭口形式；所述的搭口波形弹簧的搭口长度为内径周长的5％～15％。
所述的搭口波形弹簧的波数为2～10。
有益效果：
与普通机械密封装置相比，
1、本发明公开的一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，在动环密封面镀有厚度恒定的类金刚石薄膜，能够减小发动机在起动和停止阶段对动环密封面的磨损，同时增强动环密封面的耐腐蚀性能。
2、本发明公开的一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，动环密封面开有渐开线螺旋槽，可产生更佳的流体动压效应，使得密封装置的抗干扰能力更强。
3、本发明公开的一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，波形弹簧为搭口形式，使得波形弹簧力值在工作范围内基本保持恒定，能够避免破坏密封装置原平衡状态、尺寸干涉问题。
附图说明
图1为本发明公开的一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，结构示意图；
图2为渐开线螺旋槽示意图；
图3为搭口波形弹簧结构示意图；
图4为密封面开启的示意图。
其中：1—密封壳体、2—第一密封胶圈、3—压板、4—搭口波形弹簧、5—机匣壳体、6—第二密封胶圈、7—挡圈、8—石墨环、9—密封动环、10—第三密封胶圈、11—旋转轴。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例公开的一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，包括密封壳体1、第一密封胶圈2、压板3、搭口波形弹簧4、第二密封胶圈6、挡圈7、石墨环8、密封动环9和第三密封胶圈10。所述的恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置用于把油腔与空气腔隔离，防止油腔的滑油泄漏到空气腔，起到封油的目的。所述的搭口波形弹簧4用于产生轴向力，通过压板3传递给石墨环8，保证石墨环8与密封动环9紧密接触，形成主密封面；所述的密封壳体1与机匣壳体5之间通过第二密封胶圈6密封，所述的石墨环8与密封壳体1之间通过第一密封胶圈2密封，所述的密封动环9与旋转轴(11)之间通过第三密封胶圈10密封，通过所述第一密封胶圈2、第二密封胶圈6、第三密封胶圈10形成次级密封。所述的石墨环8与密封壳体1之间有防转结构，防止二者之间相对转动。本发明用于把油腔与外界隔离，防止油腔的滑油泄漏到空气腔，起到封油的目的。
所述的密封动环9密封面所镀的类金刚石薄膜的厚度是恒定的，厚度范围是2μm～50μm。类金刚石薄膜降低摩擦系数，提高摩擦过程中的稳定性，同时具有优异的耐腐蚀性能，减小发动机在起动和停止阶段对动环密封面的磨损。
如图2所示，所述的密封动环9密封面所开的螺旋槽轮廓线由ri、ro、S1和S2围成，其中S1、S2为渐开线。S1为x＝r1(cosθ+θsinθ)；y＝r1(sinθ-θcosθ)，S2为x＝r2(cosθ+θsinθ)；y＝r2(sinθ-θcosθ)。相比于其他槽形，渐开线形式的螺旋槽更容易使气体进入到螺旋槽内，可产生更佳的流体动压效应，形成的气膜刚度更大，在高参数条件下，使得密封装置的抗干扰能力更强。
如图3所示，所述的搭口波形弹簧4的搭口长度L为内径周长的5％～15％；所述的搭口波形弹簧4的波数为2～10。搭口波形弹簧4压缩时搭接处会发生相对移动，使得波形弹簧力值在工作范围内基本保持恒定，避免了由于波形弹簧力值变化导致螺旋槽密封装置平衡状态破坏问题。同时，由于存在搭接结构，搭口波形弹簧4轴向压缩时外径尺寸不会发生变化，避免了普通闭口波形弹簧轴向压缩时外径变大，与密封壳体1内径发生尺寸干涉问题。
当密封动环9随旋转轴11转动时，气体会被吸入到螺旋槽内，进入到密封端面之间，由于密封堰的节流作用，进入密封面的气体被压缩，并在螺旋槽的根部压力升高，产生流体动压效应，使得密封动环与石墨环之间存在微米级工作间隙d，如图4所示。本发明能够实现石墨环8与密封动环9之间非接触运转，使密封副基本不受材料PV值的限制，减小密封面磨损，延长密封装置的使用寿命。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，其特征在于：包括密封壳体(1)、第一密封胶圈(2)、压板(3)、搭口波形弹簧(4)、第二密封胶圈(6)、挡圈(7)、石墨环(8)、密封动环(9)和第三密封胶圈(10)；所述的恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置用于把油腔与空气腔隔离，防止油腔的滑油泄漏到空气腔，起到封油的目的；所述的搭口波形弹簧(4)用于产生轴向力，通过压板(3)传递给石墨环(8)，保证石墨环(8)与密封动环(9)紧密接触，形成主密封面；所述的密封壳体(1)与机匣壳体(5)之间通过第二密封胶圈(6)密封，所述的石墨环(8)与密封壳体(1)之间通过第一密封胶圈(2)密封，所述的密封动环(9)与旋转轴(11)之间通过第三密封胶圈(10)密封，通过所述第一密封胶圈(2)、第二密封胶圈(6)、第三密封胶圈(10)形成次级密封；
所述的密封动环(9)密封面所开的螺旋槽为x＝r(cosθ+θsinθ)；y＝r(sinθ-θcosθ)的渐开线螺旋槽。
2.如权利要求1所述的一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，其特征在于：所述的密封动环(9)密封面所镀的薄膜为类金刚石薄膜；所述的类金刚石薄膜的厚度是恒定的，厚度范围是2μm～50μm。
3.如权利要求1或2所述的一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，其特征在于：所述的波形弹簧(4)的形式为搭口形式；所述的搭口波形弹簧(4)的搭口长度为内径周长的5％～15％。
4.如权利要求3所述的一种恒弹力镀膜渐开线螺旋槽长寿命密封装置，其特征在于：所述的搭口波形弹簧(4)的波数为2～10。
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