CN110513323B - 一种用于涡轮泵的非接触式隔离密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于涡轮泵的非接触式隔离密封结构，属于机械密封领域，包括由浮动环、中间轴套和腔体所组成的中间隔离密封以及由旋转动环、静环、弹性元件和压盖构成的用于限制燃料和助燃剂泄漏的流体动压端面润滑密封，流体动压端面润滑密封在中间隔离密封的两侧各设置有一个，所述中间隔离密封用于通入惰性气体从而对两侧的流体动压端面润滑密封泄漏的少量燃料以及助燃剂进行隔离，位于中间隔离密封一侧的流体动压端面润滑密封用于对低温助燃剂进行密封、位于中间隔离密封另一侧的流体动压端面润滑密封用于对低温液态燃料进行密封，本发明具有降低燃料与液态助燃剂的泄漏、隔离燃料与液态助燃剂使得两者不相接触且降低密封端面的磨损的优点。
Description
技术领域
本发明涉及机械密封领域，尤其是涉及一种用于涡轮泵的非接触式隔离密封结构。
背景技术
机械密封是一种流体旋转机械的轴封装置,又称端面密封。传统的接触式机械密封是在补偿机构弹性力的作用下,使其充分贴合,以阻止密封介质从密封端面间泄漏。但机械密封也有其不足之处，其动/静环组成的摩擦副一般处于边界摩擦或混合摩擦状态,在高参数工况条件下,摩擦因数较大,功耗高,磨损严重,寿命短,使用和维护成本较高。总的来说，实质上机械密封存在的问题主要是密封泄漏量大以及端面磨损大，造成液态燃料与助燃剂均从泄漏处进入到泵内后相接触，从而在一定程度上降低了涡轮泵的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低泄漏量以及端面磨损的涡轮泵干气密封结构，具有降低燃料与助燃剂的泄漏、隔离燃料与助燃剂使得两者不相接触且降低密封端面的磨损的优点。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种用于涡轮泵的非接触式隔离密封结构，包括由浮动环、中间轴套和腔体所组成的中间隔离密封以及由旋转动环、静环、弹性元件和压盖构成的用于限制燃料和助燃剂泄漏的流体动压端面润滑密封，流体动压端面润滑密封在中间隔离密封的两侧各设置有一个；
所述中间隔离密封用于通入惰性气体从而对两侧的流体动压端面润滑密封泄漏的少量燃料以及助燃剂进行隔离，所述腔体开设在压盖上，所述浮动环在中间轴套上设置有两个，两个所述浮动环之间留有与腔体连通的间隙，高压惰性气体便从外界通过腔体进入到两个浮动环之间的间隙内；
位于中间隔离密封一侧的流体动压端面润滑密封用于对低温助燃剂进行密封、位于中间隔离密封另一侧的流体动压端面润滑密封用于对低温液态燃料进行密封，所述旋转动环在中间轴套的两侧分别设置有一个，所述静环固定设置在压盖上且与旋转动环相贴合，所述弹性元件设置在压盖与静环之间且使得静环始终具有向旋转动环侧运动的趋势；
所述中间隔离密封与流体动压端面润滑密封之间设置有通腔，所述通腔包括第一腔道和第二腔道，所述第一腔道、第二腔道、腔体以及间隙连通设置，一个所述浮动环设置在间隙与第一腔道之间、另一个所述浮动环设置在间隙与第二腔道之间；
所述压盖上位于腔体的一侧开设有与第一腔道相连通的第一排气道，所述第一排气道供氧气以及惰性气体排出，所述压盖上位于腔体的另一侧开设有与第二腔道相连通的第二排气道，所述第二排气道供燃料以及惰性气体排出。
实施上述技术方案，往腔体内压入惰性气体，惰性气体便会进入到两个浮动环之间的间隙内；在涡轮泵运转的过程中，惰性气体便会进入到浮动环与中间轴套之间产生气膜并且随即进入到第一腔道和第二腔道内，此时浮动环与中间轴套之间便会分隔开，即旋转中的中间轴套不会与浮动环产生直接接触，在一定程度上降低了两者的磨损。由于旋转动环与静环的贴合处位于通腔的端部，因此进入第一腔道以及第二腔道内的惰性气体会在压力作用下进入到旋转动环与静环相正对的端面内，弹性元件这时被压缩，将旋转动环与静环分隔开，分隔开之后旋转动环不与静环直接接触，因而降低了旋转动环与静环之间的端面磨损。由于惰性气体处于旋转动环与静环之间，助燃剂端的助燃剂以及燃料端的燃料受到惰性气体的阻挡便很难泄漏进入到第一腔道和第二腔道内，如果有一些助燃剂端的助燃剂变成氧气进入到第一腔道内以及燃料端的燃料进入到第二腔道内后，存在于第一腔道以及第二腔道内的惰性气体不与氧气以及燃料发生反应，而是会相互排斥，因此会阻挡氧气以及燃料气体的继续前进，会在受压的条件下将第一腔道内的氧气从第一排气道内推出、将第二腔道内的燃料从第二排气道内推出，至始至终不会让助燃剂与燃料直接接触，将两者完全隔离；即引入干气密封后，泄漏量减小，动/静环密封端面脱开运行，在实际工况下端面只会有极小的磨损或是基本不存在端面摩擦，减小了动/静环密封端面的消耗，提升了涡轮泵的效率。因而，本发明既能够降低燃料与助燃剂的泄漏，又能够隔离燃料与助燃剂使得两者不相接触，还能够达到降低密封端面的磨损的效果。
进一步，所述弹性元件包括设置在压盖与静环之间且位于通腔内的波纹管，所述压盖上设置有与波纹管固定连接的管座，所述波纹管远离管座的一端与静环连接。
实施上述技术方案，由于波纹管本身具有可伸缩性，能够实现压缩，并且波纹管为管状实体，助燃剂端的氧气以及燃料端的燃料不易通过波纹管处泄漏到通腔内，从而使得密封的效果更佳。
进一步，所述波纹管为金属波纹管。
实施上述技术方案，金属制成的波纹管耐受性较好，寿命长。
进一步，所述压盖上设置有用于限制浮动环位置的浮环座，所述腔体开设在压盖上位于两个浮环座之间的位置，所述浮环座与浮动环之间留有浮动空腔。
实施上述技术方案，浮动空腔的设置能够让浮环座在转动轴上有一定的径向移动的空间，从而能够让浮动环与转动轴正常分离。
进一步，燃料端与涡轮端之间的转动轴上也设置有旋转动环，燃料端和涡轮端之间的压盖上也设置有管座，所述管座上设置有金属波纹管，所述金属波纹管远离管座的一侧也设置有与旋转动环相贴合的静环，所述通腔的一侧与涡轮端连通、另一侧与静环和旋转动环的贴合处连通。
实施上述技术方案，燃料端与涡轮端之间的旋转动环与静环的设置能够在一定程度上阻止燃料端内的燃料泄漏到涡轮端内，从而达到密封的效果。
进一步，所述压盖与管座之间、浮环座与压盖之间、旋转动环与转动轴之间均设置有密封圈。
实施上述技术方案，密封圈的设置能够进一步对密封结构内的部件连接处的缝隙进行密封，从而使得密封结构整体的密封性能更好。
进一步，所述密封圈均为C型密封圈。
实施上述技术方案，C型密封圈是一种新型复合密封元件，也是一种金属截面C形结构的单向密封形式，它通过介质内压的作用形成加强密封圈与刚体之间的接触压力，在压缩过程中，使得C型密封圈和密封面以线密封方式紧密结合，从而让密封的效果更佳。
进一步，所述流体动压润滑端面密封的旋转动环正对静环的端面上开设有供液态燃料以及助燃剂进入的动压槽。
实施上述技术方案，在旋转动环的端面上开设动压槽后，能够让液体燃料以及助燃剂有一个稳定存在的槽腔，进而使得液体燃料以及助燃剂能够更为稳定地处于旋转动环与静环之间，让隔离的效果更佳，并且可以实现密封端面的非接触运行，减少端面的磨损。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
一、本发明既能够降低燃料与助燃剂的泄漏，又能够隔离燃料与助燃剂使得两者不相接触，还能够达到降低密封端面的磨损的效果;
二、燃料端与涡轮端之间的旋转动环与静环的设置能够在一定程度上阻止燃料端内的燃料泄漏到涡轮端内，从而达到密封的效果。
附图说明
图1是本发明实施例的用于展示助燃剂端与燃料端之间的密封结构的结构示意图；
图2是本发明实施例的用于展示燃料端与涡轮端之间的密封结构的结构示意图。
附图标记：1、中间轴套；2、动压槽；21、旋转动环；3、压盖；31、腔体；32、静环；33、第一排气道；34、第二排气道；35、管座；36、浮环座；36、浮动空腔；4、通腔；41、第一腔道；42、第二腔道；43、波纹管；5、浮动环；51、间隙；6、密封圈。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例的技术方案进行描述。
如图1、2所示，一种用于涡轮泵的非接触式隔离密封结构，包括由浮动环5、中间轴套1和腔体31所组成的中间隔离密封以及由旋转动环21、静环32、弹性元件和压盖3构成的用于限制燃料和助燃剂泄漏的流体动压端面润滑密封，流体动压端面润滑密封在中间隔离密封的两侧各设置有一个(在本实施例中，在中间轴套1的长度方向上依次分为助燃剂端、燃料端以及涡轮端)；
中间隔离密封用于通入惰性气体从而对两侧的流体动压端面润滑密封泄漏的少量燃料以及助燃剂进行隔离，腔体31开设在压盖3上，浮动环5在中间轴套1上设置有两个，两个浮动环5之间留有与腔体31连通的间隙51，高压惰性气体便从外界通过腔体31进入到两个浮动环5之间的间隙51内；
如图1、2所示，位于中间隔离密封一侧的流体动压端面润滑密封用于对低温助燃剂进行密封、位于中间隔离密封另一侧的流体动压端面润滑密封用于对低温液态燃料进行密封，旋转动环21在中间轴套1的两侧分别设置有一个，静环32固定设置在压盖3上且与旋转动环21相贴合，弹性元件设置在压盖3与静环32之间且使得静环32始终具有向旋转动环21侧运动的趋势；弹性元件为设置在压盖3与静环32之间且位于通腔4内的波纹管43，压盖3上设置有与波纹管43固定连接的管座35，波纹管43远离管座35的一端与静环32连接，且波纹管43为金属波纹管43。
由于波纹管43本身具有可伸缩性，能够实现压缩，并且波纹管43为管状实体，助燃剂端的氧气以及燃料端的燃料不易通过波纹管43处泄漏到通腔4内，从而使得密封的效果更佳，而金属制成的波纹管43耐受性较好，寿命长。
如图1、2所示，中间隔离密封与流体动压端面润滑密封之间设置有通腔4，通腔4包括第一腔道41和第二腔道42，第一腔道41、第二腔道42、腔体31以及间隙51连通设置，一个浮动环5设置在间隙51与第一腔道41之间、另一个浮动环5设置在间隙51与第二腔道42之间。
如图1、2所示，压盖3上位于腔体31的一侧开设有与第一腔道41相连通的第一排气道33，第一排气道33供氧气以及惰性气体排出，压盖3上位于腔体31的另一侧开设有与第二腔道42相连通的第二排气道34，第二排气道34供燃料以及惰性气体排出；压盖3上设置有用于限制浮动环5位置的浮环座36，腔体31开设在压盖3上位于两个浮环座36之间的位置，浮环座36与浮动环5之间留有浮动空腔37，浮动空腔37的设置能够让浮环座36在转动轴上有一定的径向移动的空间，从而能够让浮动环5与转动轴正常分离。
如图1、2所示，燃料端与涡轮端之间的转动轴上也设置有旋转动环21，燃料端和涡轮端之间的压盖3上也设置有管座35，管座35上设置有金属波纹管43，金属波纹管43远离管座35的一侧也设置有与旋转动环21相贴合的静环32，通腔4的一侧与涡轮端连通、另一侧与静环32和旋转动环21的贴合处连通，燃料端与涡轮端之间的旋转动环21与静环32的设置能够在一定程度上阻止燃料端内的燃料泄漏到涡轮端内，从而达到密封的效果。
如图1、2所示，压盖3与管座35之间、浮环座36与压盖3之间、旋转动环21与转动轴之间均设置有密封圈6，密封圈6均为C型密封圈6；密封圈6的设置能够进一步对密封结构内的部件连接处的缝隙进行密封，从而使得密封结构整体的密封性能更好，而C型密封圈6是一种新型复合密封元件，也是一种金属截面C形结构的单向密封形式，它通过介质内压的作用形成加强密封圈6与刚体之间的接触压力，在压缩过程中，使得C型密封圈6和密封面以线密封方式紧密结合，从而让密封的效果更佳。
如图1、2所示，流体动压润滑端面密封的旋转动环21正对静环32的端面上开设有供液态燃料以及助燃剂进入的动压槽2；在旋转动环21的端面上开设动压槽2后，能够让液体燃料以及助燃剂有一个稳定存在的槽腔，进而使得液体燃料以及助燃剂能够更为稳定地处于旋转动环21与静环32之间，让隔离的效果更佳，并且可以实现密封端面的非接触运行，减少端面的磨损。
具体工作过程：往腔体31内压入惰性气体，惰性气体便会进入到两个浮动环5之间的间隙51内；在涡轮泵运转的过程中，惰性气体便会进入到浮动环5与中间轴套1之间产生气膜并且随即进入到第一腔道41和第二腔道42内，此时浮动环5与中间轴套1之间便会分隔开，即旋转中的中间轴套1不会与浮动环5产生直接接触，在一定程度上降低了两者的磨损。由于旋转动环21与静环32的贴合处位于通腔4的端部，因此进入第一腔道41以及第二腔道42内的惰性气体会在压力作用下进入到旋转动环21与静环32相正对的端面内，弹性元件这时被压缩，将旋转动环21与静环32分隔开，分隔开之后旋转动环21不与静环32直接接触，因而降低了旋转动环21与静环32之间的端面磨损。由于惰性气体处于旋转动环21与静环32之间，助燃剂端的助燃剂以及燃料端的燃料受到惰性气体的阻挡便很难泄漏进入到第一腔道41和第二腔道42内，如果有一些助燃剂端的助燃剂变成氧气进入到第一腔道41内以及燃料端的燃料进入到第二腔道42内后，存在于第一腔道41以及第二腔道42内的惰性气体不与氧气以及燃料发生反应，而是会相互排斥，因此会阻挡氧气以及燃料气体的继续前进，会在受压的条件下将第一腔道41内的氧气从第一排气道33内推出、将第二腔道42内的燃料从第二排气道34内推出，至始至终不会让助燃剂与燃料直接接触，将两者完全隔离；即引入隔离密封后，泄漏量减小，动/静环32密封端面脱开运行，在实际工况下端面只会有极小的磨损或是基本不存在端面摩擦，减小了动/静环32密封端面的消耗，提升了涡轮泵的效率。因而，本发明既能够降低燃料与助燃剂的泄漏，又能够隔离燃料与助燃剂使得两者不相接触，还能够达到降低密封端面的磨损的效果。
Claims (6)
1.一种用于涡轮泵的非接触式隔离密封结构，其特征在于:包括由浮动环(5)、中间轴套(1)和腔体(31)所组成的中间隔离密封以及由旋转动环(21)、静环(32)、弹性元件和压盖(3)构成的用于限制燃料和助燃剂泄漏的流体动压端面润滑密封，流体动压端面润滑密封在中间隔离密封的两侧各设置有一个；
所述中间隔离密封用于通入惰性气体从而对两侧的流体动压端面润滑密封泄漏的少量燃料以及助燃剂进行隔离，所述腔体(31)开设在压盖(3)上，所述浮动环(5)在中间轴套(1)上设置有两个，两个所述浮动环(5)之间留有与腔体(31)连通的间隙(51)，高压惰性气体便从外界通过腔体(31)进入到两个浮动环(5)之间的间隙(51)内；
位于中间隔离密封一侧的流体动压端面润滑密封用于对低温助燃剂进行密封、位于中间隔离密封另一侧的流体动压端面润滑密封用于对低温液态燃料进行密封，所述旋转动环(21)在中间轴套(1)的两侧分别设置有一个，所述静环(32)固定设置在压盖(3)上且与旋转动环(21)相贴合，所述弹性元件设置在压盖(3)与静环(32)之间且使得静环(32)始终具有向旋转动环(21)侧运动的趋势；
所述中间隔离密封与流体动压端面润滑密封之间设置有通腔(4)，所述通腔(4)包括第一腔道(41)和第二腔道(42)，所述第一腔道(41)、第二腔道(42)、腔体(31)以及间隙(51)连通设置，一个所述浮动环(5)设置在间隙(51)与第一腔道(41)之间、另一个所述浮动环(5)设置在间隙(51)与第二腔道(42)之间；
所述压盖(3)上位于腔体(31)的一侧开设有与第一腔道(41)相连通的第一排气道(33)，所述第一排气道(33)供氧气以及惰性气体排出，所述压盖(3)上位于腔体(31)的另一侧开设有与第二腔道(42)相连通的第二排气道(34)，所述第二排气道(34)供燃料以及惰性气体排出；
所述弹性元件包括设置在压盖(3)与静环(32)之间且位于通腔(4)内的波纹管(43)，所述压盖(3)上设置有与波纹管(43)固定连接的管座(35)，所述波纹管(43)远离管座(35)的一端与静环(32)连接；
所述流体动压润滑端面密封的旋转动环(21)正对静环(32)的端面上开设有供液态燃料以及助燃剂进入的动压槽(2)。
2.根据权利要求1所述的一种用于涡轮泵的非接触式隔离密封结构，其特征在于：所述波纹管(43)为金属波纹管(43)。
3.根据权利要求1所述的一种用于涡轮泵的非接触式隔离密封结构，其特征在于：所述压盖(3)上设置有用于限制浮动环(5)位置的浮环座(36)，所述腔体(31)开设在压盖(3)上位于两个浮环座(36)之间的位置，所述浮环座(36)与浮动环(5)之间留有浮动空腔(37)。
4.根据权利要求3所述的一种用于涡轮泵的非接触式隔离密封结构，其特征在于：燃料端与涡轮端之间的转动轴上也设置有旋转动环(21)，燃料端和涡轮端之间的压盖(3)上也设置有管座(35)，所述管座(35)上设置有金属波纹管(43)，所述金属波纹管(43)远离管座(35)的一侧也设置有与旋转动环(21)相贴合的静环(32)，所述通腔(4)的一侧与涡轮端连通、另一侧与静环(32)和旋转动环(21)的贴合处连通。
5.根据权利要求4所述的一种用于涡轮泵的非接触式隔离密封结构，其特征在于：所述压盖(3)与管座(35)之间、浮环座(36)与压盖(3)之间、旋转动环(21)与转动轴之间均设置有密封圈(6)。
6.根据权利要求5所述的一种用于涡轮泵的非接触式隔离密封结构，其特征在于：所述密封圈(6)均为C型密封圈(6)。
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2019
- 2019-09-17 CN CN201910877788.7A patent/CN110513323B/zh active Active
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