CN110906007A - 一种航空油冷发电机用机械密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种航空油冷发电机用机械密封结构，包括弹性轴、静环组件、端盖组件、壳体组件；壳体组件作为航空油冷发电机壳体，其与端盖组件内侧端面固定连接且静密封配合；端盖组件外侧端面与静环组件固定连接且静密封配合；静环组件与作为航空油冷发电机旋转输出的弹性轴中的外侧台阶面动密封配合；在端盖组件和壳体组件中具有最终出油口朝向静环组件与弹性轴的动密封配合面的滑油冲洗油路。该结构具有两个优点：(1)动环(旋转环)与弹性轴一体化，简化结构，减小振动；(2)滑油冲洗(冷却)功能，适用转速范围宽。且该结构具有较强的适应性，可在原有基础上进行适当改装而适用于多种场合。

Description

一种航空油冷发电机用机械密封结构
技术领域
本发明属于航空类发电机机械密封技术领域,涉及航空油冷发电机机械密封结构，对油冷发电机进行密封，使发电机泄漏量控制在可接受范围内，满足技术指标要求。
背景技术
大型客机和大型运输机对航空发电机容量要求越来越大，从而油冷发电机的优势越来越突出。对于航空油冷发电机，为了防止发电机内部的滑油泄漏污染或影响飞机上其他设备的正常工作，需要控制发电机滑油泄漏量在飞机可接受范围内，故而滑油泄漏量是非常关键的一个技术指标，从而衍生出航空发电机机械密封技术，机械密封结构(动密封结构)也成为自带油泵的航空油冷发电机的关键件之一。与传统的填料密封相比，机械密封使用寿命长；与间隙密封、迷宫密封等相比，机械密封尺寸更紧凑、安装方便、可靠性高。故而综合考虑，针对航空油冷发电机的滑油泄漏量问题，选取机械密封更为合理。
机械密封又称端面密封，是旋转轴用动密封。机械密封广泛的应用于石油、化工、冶金、航空、原子能等工业中。机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。
常用的机械密封结构如图1所示，由静止环(静环)1.1、旋转环(动环)1.2、弹性元件1.3、弹簧座1.4、紧定螺钉1.5、旋转环辅助密封圈1.6和静止环辅助密封圈1.8等元件组成，防止销1.7固定在压盖1.9上以防止静止环转动。
申请人目前采用的一种机械密封件结构如图2所示。包括动环2.1和静环组件。静环组件包括严压块2.2、安装座2.3、鞍形弹簧2.4、垫圈2.5、O型密封圈2.6和静环2.7。该方案中，鞍形弹簧2.4对静环2.7提供外力，使其顶抵在动环端面，保持紧密贴合，且鞍形弹簧2.4的设置，可以使得在动、静环接触端面被磨损后，可以推动静环2.7沿轴向移动，始终保持紧密贴合；O型密封圈2.6可以使静环2.7或者动环2.1产生角向浮动，在旋转轴的中心稍微移动轴线时，动环或者静环做适应性的移动，从而加强了机械密封件的密封效果。
但随着航空发电机对结构及其重量的要求越来越严格，且发电机内部所处压力、温度等工况也越来越恶劣，上述这种结构还有优化的空间，可以在重量、转速和温度上进一步提高性能。
发明内容
在现有机械密封结构的基础上，针对航空发电机领域，本发明提出一种适用于航空油冷发电机用的具有滑油冲洗冷却功能、结构紧凑、适用转速范围宽等优点的机械密封结构。该结构具有两个优点：(1)动环(旋转环)与弹性轴一体化，简化结构，减小振动；(2)滑油冲洗(冷却)功能，适用转速范围宽。且该结构具有较强的适应性，可在原有基础上进行适当改装而适用于多种场合。
本发明的技术方案为：
所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：包括弹性轴(1)、静环组件(2)、端盖组件(3)、壳体组件(4)；所述壳体组件(4)作为航空油冷发电机壳体，其与端盖组件(3)内侧端面固定连接且静密封配合；所述端盖组件(3)外侧端面与静环组件(2)固定连接且静密封配合；所述静环组件(2)与作为航空油冷发电机旋转输出的弹性轴(1)中的外侧台阶面动密封配合；在端盖组件(3)和壳体组件(4)中具有最终出油口朝向静环组件(2)与弹性轴(1)的动密封配合面(8)的滑油冲洗油路。
进一步的优选方案，所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：端盖组件(3)和/或壳体组件(4)中具有滑油回收油路，供冲洗冷却动密封配合面(8)后的滑油回油。
进一步的优选方案，所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：壳体组件(4)与端盖组件(3)通过“O”型密封圈(5)静密封配合，端盖组件(3)与静环组件(2)通过“O”型密封圈(7)和密封垫(6)静密封配合。
进一步的优选方案，所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：所述静环组件(2)包括波形弹簧(21)、“O”型密封圈(23)、石墨环(24)和支撑环组件(25)；所述支撑环组件(25)包括支架(251)、键(252)、“O”型密封圈(253)、支撑环(254)；
所述支撑环(254)外侧面具有与端盖组件(3)固定静密封连接的法兰和密封槽，内侧面具有与支架(251)静密封配合的密封槽以及对支架(251)进行轴向限位的台阶面；“O”型密封圈(253)安装在支撑环(254)内侧面的密封槽内；所述支架(251)为单侧截面形状为U形的环形结构，且U形空间内的外环面上具有轴向的键(252)；支架(251)外侧面与支撑环(254)内侧面紧密密封配合；
在支架(251)的U形空间中，底部安装有波形弹簧(21)，开口位置安装有石墨环(24)；所述石墨环(24)的径向厚度等于U形空间的径向宽度，且石墨环(24)外侧面与键(252)配合，防止石墨环(24)周向转动，石墨环(24)内侧面与支架(251)U形空间内的内环面之间安装有“O”型密封圈(23)；波形弹簧(21)的预紧力使石墨环(24)的轴向外端面与弹性轴(1)的外侧台阶面动密封配合。
进一步的优选方案，所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：当动密封配合面(8)磨损后，波形弹簧(21)的预紧力能够使石墨环(24)沿轴向作补偿移动，同时“O”型密封圈(23)也相应作补偿移动。
进一步的优选方案，所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：所述支架(251)中U形结构的外环边缘具有向内的收口，防止石墨环(24)脱离U形空间。
进一步的优选方案，所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：所述静环组件(2)包括波形弹簧(21)、“O”型密封圈(23)、石墨环(24)、支撑环(25)和卡圈(26)；
所述支撑环(25)外侧面具有与端盖组件(3)固定静密封连接的法兰和密封槽，内侧面具有单侧截面形状为U形的环形凹腔，环形凹腔的外环面上具有轴向的键；
在环形凹腔，底部安装有波形弹簧(21)，开口位置安装有石墨环(24)；所述石墨环(24)的径向厚度等于环形凹腔的径向宽度，且石墨环(24)外侧面与键配合，防止石墨环(24)周向转动，石墨环(24)内侧面与环形凹腔内环面之间安装有“O”型密封圈(23)；波形弹簧(21)的预紧力使石墨环(24)的轴向外端面与弹性轴(1)的外侧台阶面动密封配合；环形凹腔的开口位置还安装有卡圈(26)，防止石墨环(24)脱离环形凹腔。
进一步的优选方案，所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：当动密封配合面(8)磨损后，波形弹簧(21)的预紧力能够使石墨环(24)沿轴向作补偿移动，同时“O”型密封圈(23)也相应作补偿移动。
有益效果
采用本发明具有以下优点及效果：
1、动环(旋转环)与弹性轴一体化：合理利用发电机结构，将动环与弹性轴一体化，一方面可简化精简发电机整体结构，减小振动，另一方面可消除动环与轴之间的间隙通道产生的泄露，并省去动环与轴之间的密封结构(旋转环辅助密封圈)；
2、滑油冲洗(冷却)：利用发电机内部动力提供的滑油冷却介质对密封结构进行局部循环冲洗，从而防止或者减小端面大量摩擦热可能造成的危害，例如1)摩擦热造成端面间的液膜汽化，恶化润滑条件，甚至使摩擦面完全处于干摩擦状态，从而使摩擦加剧，甚至导致密封环的热裂、变形；2)石墨浸渍物碳化析出而划伤相对的密封面等；3)摩擦热量使密封圈等材料老化、分解而失效；
3、卡圈与支架一体化：密封件外壳组件中的支架在静环组件中做收口处理，从而实现卡圈作用，使石墨环轴向位置在可控范围内。
4、辅助密封圈：当动摩擦端面磨损后，在弹簧力的作用下，密封圈随补偿环沿轴向作微小的补偿移动(补偿和吸振效果，可提高密封端面的贴合度)。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1机械密封结构示意图；
图2机械密封件结构示意图；
图3航空油冷发电机用机械密封结构示意图；
图4静环组件结构示意图(第一种)；
图5支撑环组件结构示意图(第一种)；
图6静环组件结构示意图(第二种)。
具体实施方式
本发明提供一种航空油冷发电机用机械密封结构，属于非平衡式(K≥1)、内装式、内流式、弹簧静止式、单端面机械密封、端面直接冷却(局部循环冲洗)的机械密封结构。通过弹性轴、静环组件、端盖组件、壳体组件和密封件组成机械密封结构，可实现发电机内部滑油与发电机外部的有效隔离，控制滑油泄漏量在合理范围内。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
本实施例中的航空油冷发电机用机械密封结构如图3所示，由弹性轴1、静环组件2、端盖组件3、壳体组件4、“O”型密封圈5、密封垫6和“O”型密封圈7组成。
所述壳体组件4作为航空油冷发电机壳体，其与端盖组件3内侧端面固定连接且通过“O”型密封圈5静密封配合；所述端盖组件3外侧端面与静环组件2固定连接且通过“O”型密封圈7和密封垫6静密封配合。所述静环组件2与作为航空油冷发电机旋转输出的弹性轴1中的外侧台阶面动密封配合。在端盖组件3和壳体组件4中具有最终出油口朝向静环组件2与弹性轴1的动密封配合面8的滑油冲洗油路。在端盖组件3中还具有滑油回收油路，供冲洗冷却动密封配合面8后的滑油回油。
本实施例中将动环(旋转环)与弹性轴一体化，一方面可简化精简发电机整体结构，另一方面可消除动环与轴之间的间隙通道产生的泄露并省去动环与轴之间的密封结构(旋转环辅助密封圈)。
滑油通过发电机内部提供的动力由油路A进入油路B，对静环组件2与弹性轴1的接触面8进行冲洗(冷却)，然后滑油靠重力回油进入油路C，继而经过滑油冷却系统后再一次循环进入油路A，从而实现对机械密封结构的冲洗(冷却)。
本实施例中的所述静环组件2如图4所示,由波形弹簧21、垫圈22、“O”型密封圈23、石墨环24和支撑环组件25组成；其中，支撑环组件25结构示意图如图5所示，由支架251、键252、“O”型密封圈253、支撑环254组成。
所述支撑环254外侧面具有与端盖组件3固定静密封连接的法兰和密封槽，内侧面具有与支架251静密封配合的密封槽以及对支架251进行轴向限位的台阶面；“O”型密封圈253安装在支撑环254内侧面的密封槽内；所述支架251为单侧截面形状为U形的环形结构，且U形空间内的外环面上具有轴向的键252；支架251外侧面与支撑环254内侧面紧密密封配合。
在支架251的U形空间中，底部安装有波形弹簧21，开口位置安装有石墨环24；所述石墨环24的径向厚度等于U形空间的径向宽度，且石墨环24外侧面与键252配合，防止石墨环24周向转动，使石墨环24圆周方向的位置可控，石墨环24内侧面与支架251U形空间内的内环面之间安装有“O”型密封圈23；波形弹簧21的预紧力使石墨环24的轴向外端面与弹性轴1的外侧台阶面紧密贴合，并可适应发电机承受的来自附件机匣的轴向力而仍维持端面的贴合度，实现动密封配合。当动密封配合面8磨损后，波形弹簧21的预紧力能够使石墨环24沿轴向作补偿移动，同时“O”型密封圈23随石墨环24也相应作补偿移动，实现补偿和吸振效果，可提高密封端面的贴合度。
在静环组件安装完成后，对支架251中U形结构的外环边缘做向内的收口处理，从而实现卡圈作用，防止石墨环24脱离U形空间，使石墨环轴向位置在可控范围内。
实施例2：
本实施例与实施例1中的区别在于静环组件结构有变化。
本实施例中的静环组件如图6所示,由波形弹簧21、垫圈22、“O”型密封圈23、石墨环24、支撑环25和卡圈26组成。
所述支撑环25外侧面具有与端盖组件3固定静密封连接的法兰和密封槽，内侧面具有单侧截面形状为U形的环形凹腔，环形凹腔的外环面上具有轴向的键；
在环形凹腔，底部安装有波形弹簧21，开口位置安装有石墨环24；所述石墨环24的径向厚度等于环形凹腔的径向宽度，且石墨环24外侧面与键配合，防止石墨环24周向转动，石墨环24内侧面与环形凹腔内环面之间安装有“O”型密封圈23；波形弹簧21的预紧力使石墨环24的轴向外端面与弹性轴1的外侧台阶面紧密贴合，并可适应发电机承受的来自附件机匣的轴向力而仍维持端面的贴合度，实现动密封配合；环形凹腔的开口位置还安装有卡圈26，防止石墨环24脱离环形凹腔，使石墨环轴向位置在可控范围内。当动密封配合面8磨损后，波形弹簧21的预紧力能够使石墨环24沿轴向作补偿移动，同时“O”型密封圈23随石墨环24也相应作补偿移动，实现补偿和吸振效果，可提高密封端面的贴合度。
相较于实施例1，本实施例多了卡圈26部件。支撑环25包容了实施例1中支撑环组件中的支架251、键252、“O”型密封圈253和支撑环254，实现了支撑环一体化，从而一方面简化了结构，另一方面可消除支架251与支撑环254之间的间隙通道产生的泄露并省去支架251与支撑环254之间的“O”型密封圈253。
静环组件的组合形式可以在上面两种形式的基础上做多种改装以适应于多种不同发电机的应用场合，具有很强的适应性。
静环组件2的密封端面与弹性轴1的密封端面接触(密封端面8)，存在微小间隙，在弹性轴被传动端带动高速旋转时，滑油通过此间隙形成液膜，该液膜使一方面其润滑作用，一方面使得两个密封端面紧密贴合，并产生阻力，阻止滑油泄漏，从而获得良好的密封效果。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：包括弹性轴(1)、静环组件(2)、端盖组件(3)、壳体组件(4)；所述壳体组件(4)作为航空油冷发电机壳体，其与端盖组件(3)内侧端面固定连接且静密封配合；所述端盖组件(3)外侧端面与静环组件(2)固定连接且静密封配合；所述静环组件(2)与作为航空油冷发电机旋转输出的弹性轴(1)中的外侧台阶面动密封配合；在端盖组件(3)和壳体组件(4)中具有最终出油口朝向静环组件(2)与弹性轴(1)的动密封配合面(8)的滑油冲洗油路。
2.根据权利要求1所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：端盖组件(3)和/或壳体组件(4)中具有滑油回收油路，供冲洗冷却动密封配合面(8)后的滑油回油。
3.根据权利要求2所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：壳体组件(4)与端盖组件(3)通过“O”型密封圈(5)静密封配合，端盖组件(3)与静环组件(2)通过“O”型密封圈(7)和密封垫(6)静密封配合。
4.根据权利要求2所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：所述静环组件(2)包括波形弹簧(21)、“O”型密封圈(23)、石墨环(24)和支撑环组件(25)；所述支撑环组件(25)包括支架(251)、键(252)、“O”型密封圈(253)、支撑环(254)；
所述支撑环(254)外侧面具有与端盖组件(3)固定静密封连接的法兰和密封槽，内侧面具有与支架(251)静密封配合的密封槽以及对支架(251)进行轴向限位的台阶面；“O”型密封圈(253)安装在支撑环(254)内侧面的密封槽内；所述支架(251)为单侧截面形状为U形的环形结构，且U形空间内的外环面上具有轴向的键(252)；支架(251)外侧面与支撑环(254)内侧面紧密密封配合；
在支架(251)的U形空间中，底部安装有波形弹簧(21)，开口位置安装有石墨环(24)；所述石墨环(24)的径向厚度等于U形空间的径向宽度，且石墨环(24)外侧面与键(252)配合，防止石墨环(24)周向转动，石墨环(24)内侧面与支架(251)U形空间内的内环面之间安装有“O”型密封圈(23)；波形弹簧(21)的预紧力使石墨环(24)的轴向外端面与弹性轴(1)的外侧台阶面动密封配合。
5.根据权利要求4所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：当动密封配合面(8)磨损后，波形弹簧(21)的预紧力能够使石墨环(24)沿轴向作补偿移动，同时“O”型密封圈(23)也相应作补偿移动。
6.根据权利要求5所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：所述支架(251)中U形结构的外环边缘具有向内的收口，防止石墨环(24)脱离U形空间。
7.根据权利要求2所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：所述静环组件(2)包括波形弹簧(21)、“O”型密封圈(23)、石墨环(24)、支撑环(25)和卡圈(26)；
所述支撑环(25)外侧面具有与端盖组件(3)固定静密封连接的法兰和密封槽，内侧面具有单侧截面形状为U形的环形凹腔，环形凹腔的外环面上具有轴向的键；
在环形凹腔，底部安装有波形弹簧(21)，开口位置安装有石墨环(24)；所述石墨环(24)的径向厚度等于环形凹腔的径向宽度，且石墨环(24)外侧面与键配合，防止石墨环(24)周向转动，石墨环(24)内侧面与环形凹腔内环面之间安装有“O”型密封圈(23)；波形弹簧(21)的预紧力使石墨环(24)的轴向外端面与弹性轴(1)的外侧台阶面动密封配合；环形凹腔的开口位置还安装有卡圈(26)，防止石墨环(24)脱离环形凹腔。
8.根据权利要求7所述一种航空油冷发电机用机械密封结构，其特征在于：当动密封配合面(8)磨损后，波形弹簧(21)的预紧力能够使石墨环(24)沿轴向作补偿移动，同时“O”型密封圈(23)也相应作补偿移动。
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