CN110925434A - 一种超低温高承载双向密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超低温高承载双向密封装置，解决现有轴孔密封结构存在寿命短、成本高、密封性差的问题。该装置包括密封骨架和两组动密封单元，动密封单元包括弹簧片、塑料环和压套；密封骨架为套筒结构，套筒结构的外端面设置有环形密封板，环形密封板的两端面与被密封装置相接触，形成静密封面；套筒结构的内表面设置有隔板，将套筒内腔体分隔对称的两个密封腔，密封单元分别设置在密封腔内；压套设置在密封腔内，其末端内表面设置有环形凸台，环形凸台上设置有沿轴向的引压孔；塑料环的前端安装在密封骨架的隔板上，中间部分压紧在安装轴上，末端安装在压套的环形凸台上；弹簧片套装在塑料环和压套之间，其包括固定环和多个弹性膜片。

Description

一种超低温高承载双向密封装置
技术领域
本发明涉及密封装置，具体涉及一种超低温高承载双向密封装置。
背景技术
在液化天然气、超低温液体火箭发动机及试验系统中，轴孔密封结构具有广泛的用途。现有常用的超低温(最低到-196℃)轴孔密封结构有泛塞动密封、填料密封和金属薄壁密封等。其中，泛塞动密封在超低温下的寿命较短，金属薄壁密封结构对生产和加工的工艺性要求高，多次动作后泄漏量较大，工艺不稳定且寿命短，同时，金属薄壁结构加工难度较大，成本较高，生产周期长；填料密封使用寿命短，多次动作后由于缺少补偿结构，密封性变差。
在液体火箭发动机控制推进剂供应的阀门中存在大量低温的动密封部位，尤其是液氢液氧介质中，采用上述密封方式存在低温补偿不足容易导致泄漏的问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有轴孔密封结构存在寿命短、成本高、结构尺寸大和、工工艺性差和密封性差的问题，提供一种超低温高承载双向密封装置。本发明超低温高承载双向密封装置采用动静密封分离方案解决上述密封结构寿命短、密封性差、结构尺寸大和加工工艺性差等的问题，为超低温系统的动密封提供有效解决方案。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种超低温高承载双向密封装置，包括密封骨架和两组动密封单元，所述动密封单元包括弹簧片、塑料环和压套；所述密封骨架为套筒结构，所述套筒的外端面上设置有环形密封板，所述环形密封板的两端面与被密封装置相接触，形成静密封面；所述密封骨架的内表面设置有隔板，将套筒内腔体分隔为对称的两个密封腔，两组动密封单元对称设置在两个密封腔内；所述压套设置在密封腔内，其末端内表面设置有环形凸台，所述环形凸台上设置有沿轴向贯通的引压孔；所述塑料环的横截面为V形，其前端安装在密封骨架的隔板上，中间部分压紧在安装轴上，末端安装在压套的环形凸台上；所述弹簧片套装在塑料环和压套之间，其包括固定环和多个弹性膜片，所述多个弹性膜片沿周向设置在固定环的一端，且弹性膜片的形状与塑料环的形状相匹配。
进一步地，所述密封骨架的两端设置有滚边，将动密封单元压紧在密封腔内。
进一步地，所述固定环和压套、塑料环通过止口配合安装。
进一步地，所述塑料环的末端设置压紧凸起，所述压紧凸起设置在压套的环形凸台内侧，且与环形凸台通过止口配合安装。
进一步地，所述塑料环的前端设置有环形凹槽，所述密封骨架的隔板上设置有环形定位凸块，所述环形定位凸块和环形凹槽配合安装，使得密封骨架和塑料环的密封更加可靠。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明密封装置具有对介质压力大小不敏感、结构紧促、加工制造方便、装配简单、成本较低、使用寿命长等优点，可以应用在超低温高压介质控制管路的轴孔密封中，该密封装置上采取对称布局，可实现双向密封。
2.本发明密封装置将传统轴孔密封的两处动密封结构更改为一处静密封和一处动密封；介质通过压套上的引压孔和配合间隙进入密封金属和轴密封部位，弹簧片在装配预紧力的作用下对塑料环进行挤压实现一定密封比压，与此同时进入介质充填腔的介质压力会增加密封力，形成密封带，使其具有较好的密封性。当介质温度降低时，金属弹簧片线膨胀系数相比塑料小得多，其在低温下同样具有密封力补偿作用。
附图说明
图1为本发明超低温高承载双向密封装置结构图；
图2为图1中Ⅰ处的局部放大图；
图3为本发明超低温高承载双向密封装置中的弹簧片结构图。
附图标记：1-密封骨架，2-弹簧片，3-塑料环，4-压套，11-环形密封板，12-隔板，13-环形定位凸块，14-滚边，21-固定环，22-弹性膜片，31-压紧凸起，41-环形凸台，42-引压孔。
具体实施方式
为提高现有轴孔密封结构的压力适应性，提升其超低温特性，本发明提供一种超低温高承载双向密封装置，该装置一种可对轴和孔两端进行双向密封的结构，可作为直线运动轴孔密封的局部结构进行使用，其能够提高现有常见超低温需要轴孔密封的结构的密封性能，可在较大压力范围内工作，也可在较低温度下使用。
如图1至图3所示，本发明提供的超低温高承载双向密封装置包括密封骨架1和两组动密封单元。动密封单元包括弹簧片2、塑料环3和压套4；密封骨架1为套筒结构，套筒的外端面上设置有环形密封板11，环形密封板11的两端面与被密封装置相接触，形成静密封面。密封骨架1的两端设置有滚边14，将动密封单元压紧在密封腔内，滚边14即为设置在密封骨架1的两端且向内凹的凸起。
该装置结构上采取对称布局，实现双向密封，套筒结构的内表面设置有隔板12，隔板12将套筒内腔体分隔为对称的两个密封腔，两组动密封单元分别设置在两个密封腔内；压套4设置在密封腔内，其末端内表面设置有环形凸台41，环形凸台41上设置有沿轴向贯通的引压孔42，前端面与隔板12相接触；塑料环3的横截面为V形，其前端安装在密封骨架1的隔板12上，中间部分压紧在安装轴上，末端安装在压套4的凸台上；塑料环3的前端设置有环形凹槽，密封骨架1的隔板12上设置有环形定位凸块13，环形定位凸块13和环形凹槽配合安装，使得密封骨架1和塑料环3的密封更加可靠。塑料环3的末端设置压紧凸起31，压紧凸起31设置在压套4的环形凸台41内侧，且与环形凸台41通过止口配合。
弹簧片2套装在塑料环3和压套4之间，其包括固定环21和多个弹性膜片22，多个弹性膜片22沿周向设置在固定环21的一端，且弹性膜片22的形状与塑料环3的形状相匹配，固定环21和压套4、塑料环3具体可通过止口配合安装。
本发明密封装置通过在塑料环3背面设置弹簧片2，及在压套4上设置引压孔42，利用介质压力和弹簧片2提供密封力，可以通过调整弹簧片2上开槽宽度和深度实现密封力的调整，实现和密封直径与压力的匹配。
如图1所示，本发明密封装置中密封骨架1的平面A和B形成静密封表面；塑料环3和弹簧片2通过压套4与密封骨架1贴合，再通过对密封骨架1的滚边14实现四个零件的装配；塑料环3和轴直接接触，弹簧片2位于塑料环3密封面的背面，提供密封力，密封骨架1的滚边14和压套4连接，提供连接强度。
本发明密封装置通过密封骨架1、弹簧片2、塑料环3和压套4共同组成的动密封结构；弹簧片2和塑料环3共同组成的超低温密封力补偿结构。密封装置通过在压套4上设置引压孔42，使介质能够顺畅进入介质充填腔，提供密封力，在塑料环3背向密封部位设置弹簧片2，增强密封力。采用弹簧片2补偿提供超低温下的密封力，利用金属弹簧片2线膨胀系数相比塑料小得多的特点，在低温环境下及时塑料收缩较大，因为金属收缩相比很小，即使在低温环境下，仍能提供有效的密封力。
该密封结构的工作原理：将传统轴孔密封的两处动密封结构改为一处静密封和一处动密封，从而降低密封难度，增强密封可靠性；介质通过压套4上的引压孔和配合间隙进入密封金属和轴密封部位，弹簧片2在装配预紧力的作用下对塑料环3进行挤压实现一定密封比压，与此同时进入介质充填腔的介质压力会增加密封力，形成密封带。当介质温度降低时，金属弹簧片2线膨胀系数相比塑料小得多，其在低温下同样具有密封力补偿作用。
本发明具有对介质压力大小不敏感、结构紧促、加工制造方便、装配简单等优点，其中各要素均可以作为密封结构推广应用，本发明可以应用超低温高压介质控制管路的轴孔密封中。

Claims (5)

1.一种超低温高承载双向密封装置，其特征在于：包括密封骨架(1)和两组动密封单元，所述动密封单元包括弹簧片(2)、塑料环(3)和压套(4)；
所述密封骨架(1)为套筒结构，所述套筒的外端面上设置有环形密封板(11)，所述环形密封板(11)的两端面与被密封装置相接触，形成静密封面；
所述密封骨架(1)的内表面设置有隔板(12)，将套筒内腔体分隔为对称的两个密封腔，两组动密封单元对称设置在两个密封腔内；
所述压套(4)设置在密封腔内，其末端内表面设置有环形凸台(41)，所述环形凸台(41)上设置有沿轴向贯通的引压孔(42)；
所述塑料环(3)的横截面为V形，其前端安装在密封骨架(1)的隔板(12)上，中间部分压紧在安装轴上，末端安装在压套(4)的环形凸台(41)上；
所述弹簧片(2)套装在塑料环(3)和压套(4)之间，其包括固定环(21)和多个弹性膜片(22)，多个弹性膜片(22)沿周向设置在固定环(21)的一端，且弹性膜片(22)的形状与塑料环(3)的形状相匹配。
2.根据权利要求1所述的超低温高承载双向密封装置，其特征在于：所述密封骨架(1)的两端设置有滚边(14)，将动密封单元压紧在密封腔内。
3.根据权利要求2所述的超低温高承载双向密封装置，其特征在于：所述固定环(21)和压套(4)、塑料环(3)通过止口配合安装。
4.根据权利要求1或2或3所述的超低温高承载双向密封装置，其特征在于：所述塑料环(3)的末端设置压紧凸起(31)，所述压紧凸起(31)设置在压套(4)的环形凸台(41)内侧，且与环形凸台(41)通过止口配合安装。
5.根据权利要求4所述的超低温高承载双向密封装置，其特征在于：所述塑料环(3)的前端设置有环形凹槽，所述密封骨架(1)的隔板(12)上设置有环形定位凸块(13)，所述环形定位凸块(13)和环形凹槽配合安装，使得密封骨架(1)和塑料环(3)的密封更加可靠。
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