CN110285219B - 一种高效双重零泄漏浮环密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，本发明属于旋转轴的密封领域；本发明主要由第一级浮环密封和第二级浮环密封组成；第一级浮环密封主要由密封座、外浮环、外垫片、外波形弹簧、外卡圈组成；外浮环由外石墨环和外石墨环座过盈压配而成；密封座周向开有一字型凹槽；外浮环右侧外垫片与外石墨环紧密贴合，外垫片通过外波形弹簧与第二级浮环密封相连接；第二级浮环密封主要由衬套、内浮环、内垫片、内波形弹簧、内卡圈组成；内浮环由内石墨环和内石墨环座组成；内浮环外侧通入高压气体，为第二重气体密封；密封座线膨胀系数大于衬套。本发明能够实现对旋转轴高效双重零泄漏浮环密封，尤其适用于航空发动机旋转轴密封。

Description

一种高效双重零泄漏浮环密封装置
技术领域
本发明属于旋转轴的密封领域，涉及一种浮环密封装置，尤其涉及一种用于航空发动机等旋转机械的轴端密封装置。
背景技术
目前，浮环密封装置已广泛用于航空发动机及离心压缩机等旋转轴机械的轴端密封。属于非接触式密封，寿命长，可靠性高，适用于高速、高压工况。主要缺点是，密封润滑油向密封介质一侧的泄漏量较大。该高效双重零泄漏浮环密封装置可以做到对密封介质的零泄漏。
申请号00132605.8，授权公告号CN 1131380C组合式浮环密封装置提高了浮环密封装置对油气压差的适应性并降低密封油的内泄漏量。在全球化生产的背景下，技术状态不容易固定，不利于大范围组织生产。且只能建立油站，去密封气体，存在弊端。
申请号201320367958.5，授权公告号CN 203395062 U波纹弹簧及装设有该波纹弹簧的浮环密封装置，结构简单、易于装设、能够应用于温度较高的环境且使用寿命长。此装置属于单级浮环密封装置，密封效果较差。
申请号201310336511.6，授权公告号CN 104343722 A一种浮环密封装置，提供了一种浮环密封，主要是高压油在浮环与轴套之间形成油膜而产生节流降压阻止机内与机外的气体相同，存在间隙，避免了固体摩擦，既可封堵液体，也可封堵气体，但泄漏较大。
发明内容
本发明公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置要解决的技术问题是：为旋转轴提供一种高效双重零泄漏的浮环密封装置，实现对旋转轴高效双重零泄漏浮环密封。本发明尤其适用于航空发动机旋转轴密封。
本发明目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，置于航空发动机旋转机械的机匣壳体内，主要由第一级浮环密封和第二级浮环密封组成。
第一级浮环密封主要由密封座、外浮环、外垫片、外波形弹簧、外卡圈组成。
所述外浮环由外石墨环和外石墨环座过盈压配而成，过盈量为0.2～0.025mm之间。
所述密封座周向开有一字型凹槽，数量为4～6个，凹槽宽度为1～2mm，长度为mm，凹槽作为第一级高压气体入口Ⅱ，用于增大进气量。
所述密封座的两处外径处，与机匣壳体进行过盈安装，起到径向定位的作用。
外浮环右侧外垫片与外石墨环紧密贴合，外垫片为平薄类的环形零件，外垫片通过外波形弹簧与第二级浮环密封相连接。
所述第二级浮环密封主要由衬套、内浮环、内垫片、内波形弹簧、内卡圈组成。所述内浮环由内石墨环和内石墨环座组成。
所述内浮环和所述外浮环孔与轴之间均有间隙。所述外浮环靠近被密封滑油一侧，所述外浮环一个端面与密封座内端面贴合。
所述内浮环外侧通入高压气体，为第二重气体密封。
所述外卡圈、内卡圈均选用卡圈，所述卡圈由一个圆环薄片构成，上下为两个直边，便于安装。所述内浮环和外浮环与轴之间的间隙为0.1～0.2mm。
所述衬套与密封座在常温下过度配合，密封座线膨胀系数大于衬套，高温下实现过盈配合，保证两者之间的密封性能。所述外石墨环、内石墨环均选用石墨环座，所述石墨环座内径周向开有石墨环座凹槽，石墨环座凹槽数量为1～3个。
所述波形弹簧指外波形弹簧或内波形弹簧。
本发明公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置的工作方法是：所述一种高效双重零泄漏浮环密封装置左侧为润滑油，中间和右侧均为高压气体，且右侧气压大于左侧气压，旋转轴进行高速旋转，中间高压气体和右侧高压气体对润滑油实现双重密封。浮环密封以旋转轴与浮环之间的狭窄间隙中所产生的节流作用为基础的。随着浮环两端压差的不断增大，从而使浮环的总体润滑油膜力逐渐增大。对于浮环密封，由于摩擦力对气体的不断加速作用，阻塞流将在密封出口处产生，浮环在间隙中的流体动力的作用下浮起，波形弹簧与浮环通过垫片紧密贴合为浮环提供轴向力，通过轴向力使得浮环与壳体端面之间紧密贴合，实现密封作用。高压气体Ⅱ通过凹槽进入浮环密封装置内部，在内浮环间隙产生阻塞流，高压气体Ⅰ在外浮环间隙产生阻塞流，阻止润滑油泄漏。此外，所述密封座周向开有一字型凹槽能够增大高压气体Ⅱ的进气量，通过增加进气量进一步保证密封效果。
本发明公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置通过两重高压气体，对润滑油进行密封作用，润滑油压力在0～0.07MPa，第一级高压气体气压引自低压压气机二级叶轮，压力为0.1～0.3MPa，第二级高压气体气压引自低压压气机三级叶轮，压力为0.2～0.5MPa。所述浮环指外浮环或内浮环。
有益效果：
1、本发明公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，中间和右侧均为高压气体，且右侧气压大于左侧气压，旋转轴进行高速旋转，中间高压气体和右侧高压气体对润滑油实现双重密封。浮环密封以旋转轴与浮环之间的狭窄间隙中所产生的节流作用为基础的。
2、本发明公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，随着浮环两端压差的不断增大，从而使浮环的总体润滑油膜力逐渐增大。对于浮环密封，由于摩擦力对气体的不断加速作用，阻塞流将在密封出口处产生，浮环在间隙中的流体动力的作用下浮起，波形弹簧与浮环通过垫片紧密贴合为浮环提供轴向力，通过轴向力使得浮环与壳体端面之间紧密贴合，实现密封作用。
3、本发明公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，所述密封座周向开有一字型凹槽能够增大高压气体Ⅱ的进气量，通过增加进气量进一步保证密封效果。
4、本发明公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，所述衬套与密封座在常温下过度配合，密封座线膨胀系数大于衬套，高温下实现过盈配合，保证两者之间的密封性能。
附图说明
图1是本发明公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置的结构示意图；
图2是本发明专利的衬套结构图；
图3是本发明专利的卡圈结构示意图；
图4是本发明专利中石墨环座结构示意图。
图5是本发明专利的壳体结构示意图。
其中：11—密封座、12—外浮环、121—外石墨环座、122—外石墨环、13—外垫片、14—外波形弹簧、15—外卡圈、21—衬套、22—内浮环、221—内石墨环座、222—内石墨环、23—内垫片、24—内波形弹簧、25—内卡圈、14—轴承、Ⅲ—滑油入口、Ⅱ—第一级高压气体、Ⅰ—第二级高压气体、20—石墨环座凹槽、30—一字凹槽、31—旋转轴、32—机匣壳体。
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高效双重零泄漏浮环密封装置置于航空发动机旋转机械的机匣内，包括第一级浮环密封和第二级浮环密封组成。
第一级浮环密封由密封座11、外浮环12、外垫片13、外波形弹簧14、外卡圈15组成。卡圈结构如图3所示。
所述外浮环由外石墨环122和外石墨环座121过盈压配而成，过盈量为0.2～0.025mm之间。
所述第二级浮环密封由衬套21、内浮环22、内垫片23、内波形弹簧24、内卡圈25等组成。所述内浮环22由内石墨环222和内石墨环座221组成。
所述内浮环22和所述外浮环孔与轴之间均有间隙。所述外浮环12靠近被密封滑油一侧，所述外浮环12一个端面与密封座11内端面贴合。
如图5所示，密封座1安装于机匣内，外浮环12和内浮环22内径与旋转轴18配合，中间留有间隙，内石墨环座221和内石墨环222过盈安装在一起，外石墨环座121和外石墨环122过盈安装在一起，外石墨环122左端面贴于密封座1内端面，外石墨环122右端面与垫片贴合，外波形弹簧14提供轴向力，将外石墨环122紧贴于密封座端面。石墨环座如图4所示。
另一部分，衬套结构如图2所示。衬套21与密封座进行过渡配合，密封座11和衬套21材料不同，密封座11线膨胀系数大于衬套，在工作时温度高，两者过盈配合，阻止气体泄漏。
本实施例公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置的工作方法是：所述一种高效双重零泄漏浮环密封装置左侧为润滑油，中间和右侧均为高压气体，且右侧气压大于左侧气压，旋转轴31进行高速旋转，中间高压气体和右侧高压气体对润滑油实现双重密封。浮环密封以旋转轴31与浮环之间的狭窄间隙中所产生的节流作用为基础的。随着浮环两端压差的不断增大，从而使浮环的总体润滑油膜力逐渐增大。对于浮环密封，由于摩擦力对气体的不断加速作用，阻塞流将在密封出口处产生，浮环在间隙中的流体动力的作用下浮起，波形弹簧与浮环通过垫片紧密贴合为浮环提供轴向力，通过轴向力使得浮环与壳体端面之间紧密贴合，实现密封作用。高压气体Ⅱ通过凹槽进入浮环密封装置内部，在内浮环间隙产生阻塞流，高压气体Ⅰ在外浮环间隙产生阻塞流，阻止润滑油泄漏。此外，如图5所示，所述密封座11周向开有一字型凹槽30能够增大高压气体Ⅱ的进气量，通过增加进气量进一步保证密封效果。
本实施例公开的一种高效双重零泄漏浮环密封装置通过两重高压气体，对润滑油进行密封作用，润滑油压力在0～0.07MPa，第一级高压气体气压引自低压压气机二级叶轮，压力为0.1～0.3MPa，第二级高压气体气压引自低压压气机三级叶轮，压力为0.2～0.5MPa。
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 (7)

1.一种高效双重零泄漏浮环密封装置，置于航空发动机旋转机械的机匣壳体(32)内，其特征在于：由第一级浮环密封和第二级浮环密封组成；
第一级浮环密封由密封座(11)、外浮环(12)、外垫片(13)、外波形弹簧(14)、外卡圈(15)组成；所述外浮环(12)由外石墨环(122)和外石墨环座(121)过盈压配而成；
所述密封座(11)周向开有一字型凹槽(30)，凹槽(30)作为第一级高压气体入口，用于增大进气量；
所述密封座(11)的两处外径处，与机匣壳体(32)进行过盈安装，起到径向定位的作用；
外浮环(12)右侧外垫片(13)与外石墨环(122)紧密贴合，外垫片(13)为平薄类的环形零件，外垫片(13)通过外波形弹簧(14)与第二级浮环密封相连接；
所述第二级浮环密封由衬套(21)、内浮环(22)、内垫片(23)、内波形弹簧(24)、内卡圈(25)组成；所述内浮环(22)由内石墨环(222)和内石墨环座(221)组成；
所述内浮环(22)外侧通入第二级高压气体，为第二重气体密封；
所述衬套(21)与密封座(11)在常温下过渡配合，密封座(11)线膨胀系数大于衬套(21)，高温下实现过盈配合，保证两者之间的密封性能。
2.如权利要求1所述的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，其特征在于：所述内浮环(22)和所述外浮环的孔与轴之间均有间隙；所述外浮环靠近被密封润滑油一侧，所述外浮环(12)一个端面与密封座(11)内端面贴合。
3.如权利要求2所述的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，其特征在于：外石墨环(122)和外石墨环座(121)过盈量为0.2～0.025mm之间。
4.如权利要求3所述的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，其特征在于：所述密封座(11)周向开有一字型凹槽(30)，数量为4～6个，凹槽(30)宽度为1～2mm，长度为20mm，凹槽(30)作为第一级高压气体入口(Ⅱ)，用于增大进气量。
5.如权利要求4所述的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，其特征在于：所述外卡圈(15)、内卡圈(25)均选用卡圈，所述卡圈由一个圆环薄片构成，上下为两个直边，便于安装。
6.如权利要求5所述的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，其特征在于：所述内浮环(22)和外浮环(12)与轴之间的间隙为0.1～0.2mm。
7.如权利要求6所述的一种高效双重零泄漏浮环密封装置，其特征在于：通过两重高压气体，对润滑油进行密封作用，润滑油压力在0～0.07MPa，第一级高压气体气压引自低压压气机二级叶轮，压力为0.1～0.3MPa，第二级高压气体气压引自低压压气机三级叶轮，压力为0.2～0.5MPa。
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