CN110513483A - 一种发动机用组合密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发动机用组合密封结构，属于机械密封技术领域，包括燃气与液态助燃剂之间的双端面隔离密封以及位于双端面隔离密封两侧的单端面密封，位于所述双端面隔离密封两侧的单端面密封用于限制燃气与液态助燃剂的泄露，所述双端面隔离密封用于隔离两侧单端面密封少量泄漏的介质，燃气与液态燃料之间也设置有两组单端面密封，本发明具有将燃气与助燃剂、燃气与燃料进行隔离的优点。
Description
技术领域
本发明涉及机械密封技术领域，尤其是涉及一种发动机用组合密封结构。
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。而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(高温、高压、高速等)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。特别是用在发动机的下，由于发动机中会使用高温高压的燃气驱动叶轮转动，而发动机的另一部分则需要用到液态助燃剂，由于机械密封的长期磨损，会使得动/静环组成的摩擦副之间存在间隙，进而会使得密封效果较差，导致燃气与液态助燃剂均产生泄露，使得两者接触之后很容易产生爆炸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机用组合密封结构，具有能完全地把燃气与助燃剂进行隔离进而阻止两侧密封泄露的燃气和液态助燃剂混合发生爆炸的优点。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种发动机用组合密封结构，包括燃气与液态助燃剂之间的双端面隔离密封以及位于双端面隔离密封两侧的单端面密封，所述双端面隔离密封用于隔离双端面隔离密封两侧的介质，位于所述双端面隔离密封两侧的单端面密封用于限制燃气与液态助燃剂泄露；
所述双端面隔离密封包括中心轴套、双端面动环、第一弹簧、第一弹簧座以及第一静环，所述中心轴套设置在发动机转动轴上且与发动机转动轴同步旋转，所述双端面动环设置在中心轴套上，所述第一静环分别设置在双端面动环的两侧且与所述双端面动环密封接触，所述第一弹簧座设置在发动机壳体上，所述第一弹簧设置在第一弹簧座上且所述第一静环设置在第一弹簧远离第一弹簧座的一端；
所述单端面密封包括单端面动环、第二静环、第二弹簧以及第二弹簧座，所述单端面动环设置在发动机转动轴上且与发动机转动轴同步旋转，所述第二弹簧座设置在发动机壳体上，所述第二弹簧设置在第二弹簧座上，所述第二静环设置在第二弹簧远离第二弹簧座的一端且与单端面动环密封接触；
两个所述第一弹簧座的中间设置有供隔离气体进入的注气通道，所述双端面动环与第一静环的密封接触端面与注气通道连通，所述第一弹簧座与第二弹簧座之间设置有供气体排放的排气道，两侧的单端面密封处泄漏的介质也从分别从两个排气道进行排放；
燃气与液态燃料之间也设置有两组单端面密封，其中一组单端面密封位于燃气侧、另一组单端面密封位于液态燃料处，两组单端面密封之间的两个第二弹簧座中间设置有供泄漏的燃气和泄漏的燃料排出的排气腔。
实施上述技术方案，启动发动机，让发动机转动轴开始带动双端面动环转动，接着往注气通道内注入惰性气体，由于双端面动环与第一静环的密封接触端面位于注气通道内，在双端面动环转动的过程中，惰性气体便会进入到双端面动环与第一静环的密封端面内并产生气膜，此时双端面动环与第一静环内便会充斥着惰性气体，将双端面动环的端面与第一静环的端面分隔开，让两者的端面不直接接触，也降低了两者密封端面的磨损；接着惰性气体会继续通过双端面动环与第一静环之间的密封端面进入到发动机转动轴与发动机壳体之间的空隙内，而在发动机转动轴两侧的单端面动环与第二静环处，通过接触式密封将这两处进行密封，从而使得燃气以及液体助燃剂在两侧均不易泄漏到发动机转动轴与发动机壳体之间的空隙内。若还是有一些燃气以及液体助燃剂泄漏到发动机转动轴与发动机壳体之间的空隙内，此时充斥在发动机转动轴与发动机壳体之间的空隙内的惰性气体会将燃气以及液体助燃剂分别阻挡住，最后在受压条件下惰性气体会将发动机转动轴与发动机壳体之间的空隙内的燃气从排气道排出，同时惰性气体也会把发动机转动轴与发动机壳体之间的空隙内的液体助燃剂从另一排气道排出，使得燃气以及液体助燃剂在惰性气体的隔离下不会接触到；即发动机启动后，两侧的单端面动环与第二静环之间可能会使得燃料和助燃剂有轻微的端面泄漏，通过中间隔离密封注入压力稍高的惰性气体，达到阻隔两端密封泄漏的燃料和阻燃剂隔离的目的，同理，燃气与液态燃料之间的两组单端面密封也达到阻隔燃气与液态燃料的目的。中间的双端面动环形成的隔离密封的两个端面将形成的微小气膜，进而减小了惰性气体的消耗，且实现了燃气与液体助燃剂的隔离，完全地避免两侧密封泄露的燃气和液态助燃剂混合而发生爆炸；总的来说，两端的端面密封用于阻止或减少燃料和助燃剂的泄漏，中间的隔离密封为阻止两侧密封泄漏的少量燃料和助燃剂的混合，进而有效的减少了隔离惰性气体的消耗和提高了密封的隔离可靠性。
进一步，所述第一弹簧使得第一静环始终具有向双端面动环侧移动的趋势，所述第二弹簧使得第二静环始终具有向单端面动环侧移动的趋势。
实施上述技术方案，第一弹簧使得第一静环始终与双端面动环抵紧并形成机械密封状态，第二弹簧使得第二静环始终与单端面动环抵紧并形成机械密封状态，进而使得密封的效果更佳。
进一步，所述双端面隔离密封采用流体动压端面密封的形式，所述双端面动环上设置有供气体进入的浅槽。
实施上述技术方案，浅槽的设置能够让惰性气体更为稳定地处于动/静环组成的密封端面内，从而使得动/静环的密封端面实现隔离的效果更佳。
进一步，所述第一弹簧座与发动机壳体之间、第二弹簧座与发动机壳体之间均设置有密封圈。
实施上述技术方案，密封圈的设置能够对第一弹簧座与发动机壳体之间、第二弹簧座与发动机壳体之间缝隙进行密封，使得燃气以及液体助燃剂不易从缝隙处泄漏出。
进一步，位于燃气侧的所述单端面动环上也设置有供燃气进入的浅槽。
实施上述技术方案，此处浅槽的设置能够让燃气能够充当隔离气体，将单端面动环与第二静环的密封端面隔开，降低两者的磨损，由于惰性气体的阻挡，燃气泄漏后也会受到惰性气体的二次阻挡，使得燃气不会与液体助燃剂或液态燃料进行接触。
进一步，燃气与液态燃料之间的两组单端面密封均采用接触式机械密封的形式。
实施上述技术方案，接触式机械密封所产生的密封效果更为直观。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
一、本发明实现了燃气与液体助燃剂的隔离，在一定程度上避免两侧密封泄露的燃气和液态助燃剂混合而发生爆炸；
二、本发明也实现了燃气与液态燃料的隔离，在一定程度上避免两侧密封泄露的燃气与液态燃料接触。
附图说明
图1是本发明实施例的用于展示高温高压燃气与液态助燃剂之间的密封结构示意图；
图2是本发明实施例的用于展示液体燃料与高温高压燃气之间的密封结构示意图。
附图标记：1、双端面隔离密封；11、中心轴套；12、双端面动环；13、第一弹簧；14、第一弹簧座；15、第一静环；2、单端面密封；21、单端面动环；22、第二静环；23、第二弹簧；24、第二弹簧座；3、注气通道；4、排气道；5、排气腔；6、密封圈；7、发动机壳体；8、发动机转动轴。
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，一种发动机用组合密封结构，包括燃气与液态助燃剂之间的双端面隔离密封1以及位于双端面隔离密封1两侧的单端面密封2(在本密封结构中，从左到右依次是液态燃料、燃气以及液态助燃剂)，双端面隔离密封1用于隔离双端面隔离密封1两侧的介质，位于双端面隔离密封1两侧的单端面密封2用于限制燃气侧与液态助燃剂侧的介质泄露。
如图1、2所示，双端面隔离密封1包括中心轴套11、双端面动环12、第一弹簧13、第一弹簧座14以及第一静环15，中心轴套11设置在发动机转动轴8上，且中心轴套11与发动机转动轴8同步旋转，双端面动环12设置在中心轴套11上，第一静环15分别设置在双端面动环12的两侧且与双端面动环12密封接触，且双端面动环12上设置有供气体进入的浅槽，即在双端面动环12正对第一静环15侧的端面上开设有浅槽，浅槽的设置能够让惰性气体更为稳定地处于动/静环组成的密封端面内，从而使得动/静环的密封端面实现隔离的效果更佳。
如图1、2所示，第一弹簧座14设置在发动机壳体7上，第一弹簧13设置在第一弹簧座14上，且第一静环15设置在第一弹簧13远离第一弹簧座14的一端，第一弹簧13使得第一静环15始终具有向双端面动环12侧移动的趋势。
如图1、2所示，双端面隔离密封1采用流体动压端面密封的形式，即双端面动环12与第一静环15相对的面之间并没有直接接触，而是中间充斥着惰性气体，通过中间的惰性气体的存在实现密封，这样能减小双端面动环12与第一静环15的磨损，并且达到密封的效果。
如图1、2所示，单端面密封2包括单端面动环21、第二静环22、第二弹簧23以及第二弹簧座24，单端面动环21设置在发动机转动轴8上，且单端面动环21与发动机转动轴8同步旋转，第二弹簧座24设置在发动机壳体7上，第二弹簧23设置在第二弹簧座24上，第二静环22设置在第二弹簧23远离第二弹簧座24的一端且与单端面动环21密封接触，第二弹簧23使得第二静环22始终具有向单端面动环21侧移动的趋势。
如图1、2所示，两个第一弹簧座14的中间设置有供隔离气体进入的注气通道3，双端面动环12与第一静环15的密封接触端面与注气通道3连通，第一弹簧座14与第二弹簧座24之间设置有供气体排放的排气道4，两侧的单端面密封2处泄漏的介质也从分别从两个排气道4进行排放。
如图1、2所示，燃气与液态燃料之间也设置有两组单端面密封2，燃气与液态燃料之间的两组单端面密封2均采用接触式机械密封的形式，其中一组单端面密封2位于燃气侧、另一组单端面密封2位于液态燃料处，即燃气与液态燃料之间的单端面密封2也包括单端面动环21、第二静环22、第二弹簧23以及第二弹簧座24，单端面动环21设置在发动机转动轴8上，且单端面动环21与发动机转动轴8同步旋转，第二弹簧座24设置在发动机壳体7上，第二弹簧23设置在第二弹簧座24上，第二静环22设置在第二弹簧23远离第二弹簧座24的一端且与单端面动环21密封接触，第二弹簧23使得第二静环22始终具有向单端面动环21侧移动的趋势。
两组单端面密封2之间的两个第二弹簧座24中间设置有供泄漏的燃气和泄漏的燃料排出的排气腔5，且位于燃气处的单端面动环21上也设置有供燃气进入的浅槽，此处浅槽的设置能够让燃气能够充当隔离气体，将单端面动环21与第二静环22的密封端面隔开，降低两者的磨损，由于惰性气体的阻挡，燃气泄漏后也会受到惰性气体的二次阻挡，使得燃气不会与液体助燃剂或液态燃料进行接触。
如图1、2所示，第一弹簧座14与发动机壳体7之间、第二弹簧座24与发动机壳体7之间均设置有密封圈6，密封圈6的设置能够对第一弹簧座14与发动机壳体7之间、第二弹簧座24与发动机壳体7之间缝隙进行密封，使得燃气以及液体助燃剂不易从缝隙处泄漏出。
具体工作过程：启动发动机，让发动机转动轴8开始带动双端面动环12转动，接着往注气通道3内注入惰性气体，由于双端面动环12与第一静环15的密封接触端面位于注气通道3内，在双端面动环12转动的过程中，惰性气体便会进入到双端面动环12与第一静环15的密封端面内并产生气膜，此时双端面动环12与第一静环15内便会充斥着惰性气体，将双端面动环12的端面与第一静环15的端面分隔开，让两者的端面不直接接触，也降低了两者密封端面的磨损；接着惰性气体会继续通过双端面动环12与第一静环15之间的密封端面进入到发动机转动轴8与发动机壳体7之间的空隙内，而在发动机转动轴8两侧的单端面动环21与第二静环22处，通过接触式密封将这两处进行密封，从而使得燃气以及液体助燃剂在两侧均不易泄漏到发动机转动轴8与发动机壳体7之间的空隙内。若还是有一些燃气以及液体助燃剂泄漏到发动机转动轴8与发动机壳体7之间的空隙内，此时充斥在发动机转动轴8与发动机壳体7之间的空隙内的惰性气体会将燃气以及液体助燃剂分别阻挡住，最后在受压条件下惰性气体会将发动机转动轴8与发动机壳体7之间燃气从排气道4排出，同时惰性气体也会把发动机转动轴8与发动机壳体7之间的空隙内的液体助燃剂从另一排气道4排出，使得燃气以及液体助燃剂在惰性气体的隔离下不会接触到；即发动机启动后，两侧的单端面动环21与第二静环22之间可能会使得燃料和助燃剂有轻微的端面泄漏，通过中间隔离密封注入压力稍高的惰性气体，达到阻隔两端密封泄漏的燃料和阻燃剂隔离的目的，同理，燃气与液态燃料之间的两组单端面密封2也达到阻隔燃气与液态燃料的目的。中间的双端面动环12形成的隔离密封的两个端面将形成的微小气膜，进而减小了惰性气体的消耗，且实现了燃气与液体助燃剂的隔离，完全地避免两侧密封泄露的燃气和液态助燃剂混合而发生爆炸；总的来说，两端的端面密封用于阻止或减少燃料和助燃剂的泄漏，中间的隔离密封为阻止两侧密封泄漏的少量燃料和助燃剂的混合，进而有效的减少了隔离惰性气体的消耗和提高了密封的隔离可靠性。
Claims (6)
1.一种发动机用组合密封结构，其特征在于:包括燃气与液态助燃剂之间的双端面隔离密封(1)以及位于双端面隔离密封(1)两侧的单端面密封(2)，所述双端面隔离密封(1)用于隔离双端面隔离密封(1)两侧的介质，位于所述双端面隔离密封(1)两侧的单端面密封(2)用于限制燃气与液态助燃剂泄露；
所述双端面隔离密封(1)包括中心轴套(11)、双端面动环(12)、第一弹簧(13)、第一弹簧座(14)以及第一静环(15)，所述中心轴套(11)设置在发动机转动轴(8)上且与发动机转动轴(8)同步旋转，所述双端面动环(12)设置在中心轴套(11)上，所述第一静环(15)分别设置在双端面动环(12)的两侧且与所述双端面动环(12)密封接触，所述第一弹簧座(14)设置在发动机壳体(7)上，所述第一弹簧(13)设置在第一弹簧座(14)上且所述第一静环(15)设置在第一弹簧(13)远离第一弹簧座(14)的一端；
所述单端面密封(2)包括单端面动环(21)、第二静环(22)、第二弹簧(23)以及第二弹簧座(24)，所述单端面动环(21)设置在发动机转动轴(8)上且与发动机转动轴(8)同步旋转，所述第二弹簧座(24)设置在发动机壳体(7)上，所述第二弹簧(23)设置在第二弹簧座(24)上，所述第二静环(22)设置在第二弹簧(23)远离第二弹簧座(24)的一端且与单端面动环(21)密封接触；
两个所述第一弹簧座(14)的中间设置有供隔离气体进入的注气通道(3)，所述双端面动环(12)与第一静环(15)的密封接触端面与注气通道(3)连通，所述第一弹簧座(14)与第二弹簧座(24)之间设置有供气体排放的排气道(4)，两侧的单端面密封(2)处泄漏的介质也从分别从两个排气道(4)进行排放；
燃气与液态燃料之间也设置有两组单端面密封(2)，其中一组单端面密封(2)位于燃气侧、另一组单端面密封(2)位于液态燃料处，两组单端面密封(2)之间的两个第二弹簧座(24)中间设置有供泄漏的燃气和泄漏的燃料排出的排气腔(5)。
2.根据权利要求1所述的一种发动机用组合密封结构，其特征在于：所述第一弹簧(13)使得第一静环(15)始终具有向双端面动环(12)侧移动的趋势，所述第二弹簧(23)使得第二静环(22)始终具有向单端面动环(21)侧移动的趋势。
3.根据权利要求1所述的一种发动机用组合密封结构，其特征在于：所述双端面隔离密封(1)采用流体动压端面密封的形式，所述双端面动环(12)上设置有供气体进入的浅槽。
4.根据权利要求1所述的一种发动机用组合密封结构，其特征在于：所述第一弹簧座(14)与发动机壳体(7)之间、第二弹簧座(24)与发动机壳体(7)之间均设置有密封圈(6)。
5.根据权利要求1所述的一种发动机用组合密封结构，其特征在于：位于燃气侧的所述单端面动环(21)上也设置有供燃气进入的浅槽。
6.根据权利要求1所述的一种发动机用组合密封结构，其特征在于：燃气与液态燃料之间的两组单端面密封(2)均采用接触式机械密封的形式。
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