CN110966407A - 液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，包括外包橡胶、外骨架、内骨架、PTFE密封体、蓄能弹簧和密封垫片；外骨架为环形结构，外骨架的内环一圈形成开放的容纳腔，密封垫片为环形片状结构，其设置在外骨架的容纳腔下端；PTFE密封体为环形结构，其内边缘向上倾翻形成唇形密封面；内骨架为环形结构，内骨架设置在PTFE密封体上，内骨架的上端与外骨架的容纳腔上端紧贴，在内骨架和PTFE密封体的密封面之间设置蓄能弹簧；本发明的蓄能弹簧在轴跳动量或环境振动较大时，能给PTFE提供补偿力，使其始终能与轴紧密接触，防止介质泄漏。

Description

液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封
技术领域
本发明属于橡胶密封件技术领域，特别是涉及一种液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封。
背景技术
火箭(导弹)液体燃料发动机因其具有发动机功率大(推重比大)、可通过地面控制燃料注入多少来控制火箭速度、可随时根据地面指令关掉/重启发动机等优点，应用日益广泛。但这些功能需要通过液压泵输送燃料和助推剂实现。因液态助推剂温度极低(如态氧-173℃、液态甲烷-153℃)，普通液压泵用橡胶油封由于低温弹性的丧失而无法起到密封作用，易造成助推剂的泄漏，即影响燃料的输送，又具有极大的危险性，而本项发明可有效解决此难题。
发明内容
本发明提供一种液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，解决现有技术中普通液压泵用橡胶油封由于低温弹性的丧失而无法起到密封作用，易造成助推剂泄漏的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，包括外包橡胶、外骨架、内骨架、PTFE密封体、蓄能弹簧和密封垫片；
所述外骨架为环形结构，外骨架的内环一圈形成开放的容纳腔，在容纳腔内从下向上依次设置所述密封垫片、PTFE密封体和内骨架，所述密封垫片为环形片状结构，其设置在外骨架的容纳腔下端；所述PTFE密封体为环形结构，其内边缘向上倾翻形成唇形密封面,设置在密封垫片之上；所述内骨架为环形结构，内骨架设置在PTFE密封体上，内骨架的上端与外骨架的容纳腔上端紧贴，在内骨架和PTFE密封体的密封面之间设置蓄能弹簧；
所述外包橡胶包覆在外骨架的外部。
进一步的，所述蓄能弹簧为椭圆截面的压缩弹簧圈，压缩弹簧圈设置在内骨架和PTFE密封体密封面之间的空隙中。
进一步的，所述蓄能弹簧为弹簧钢板，弹簧钢板形状与PTFE密封体相同，紧贴在PTFE密封体的上表面，其外段通过内骨架紧压。
进一步的，所述外包橡胶选用邵A硬度等级为65～75的甲基乙烯基硅橡胶、低苯基硅橡胶、氟硅橡胶或氟醚橡胶。
进一步的，所述外骨架2的厚度为(0.4～0.7)mm，其材质选用08F冷轧钢板、不锈钢冷轧板或铝板。
进一步的，所述内骨架材料选用优质结构钢、航空铝合金或不锈钢。
进一步的，所述PTFE密封体的厚度为(0.6～1.0)mm。
进一步的，所述密封垫片的厚度为(0.8～1.2)mm，其材质选用硅橡胶或氟硅橡胶。
进一步的，所述压缩弹簧圈的丝径为(0.2～0.3)mm，其材质选用碳素弹簧钢丝或不锈钢丝。
进一步的，所述弹簧钢板厚度为(0.1～0.3)mm，其材质选用弹簧钢板或不锈钢板。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的蓄能弹簧在轴跳动量或环境振动较大时，能给PTFE提供补偿力，使其始终能与轴紧密接触，防止介质泄漏；本发明利用改性PTFE薄片优异的耐高、低温，耐介质和耐磨性能，通过定型成为唇形密封主体、扣压内置蓄能弹簧，克服其弹性差的缺点，制备成耐高压(≤1MPa)、超高速(25000r/min，线速度≤39.3m/s)组合密封件(以下简称油封)，可在-173℃(100K)液氧或-153℃(120K)液态甲烷介质中长时间工作，用于输送这两类介质的液压泵或电动泵轴密封，也可用于其它工况的高速轴密封中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1是发明实施例1的结构示意图；
图2是发明实施例2的结构示意图；
图3是本发明外骨架的结构示意图；
图4是本发明PTFE密封体的结构示意图；
图5是本发明密封垫片的结构示意图；
图中，1-外包橡胶，2-外骨架，3-内骨架，4-PTFE密封体，5-密封垫片，6-压缩弹簧圈，7-弹簧钢板。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
本发明涉及液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，其工作原理是利用PTFE薄片制成的密封唇口与转动轴的过盈配合，产生径向力(紧箍力)，对被密封流体起到密封作用。蓄能弹簧在轴跳动量或环境振动较大时，能给PTFE提供补偿力，使其始终能与轴紧密接触，防止介质泄漏。同时，根据流体动力学原理，轴在高速旋转时在油封唇口的内外两侧空气会产生微小压力差，由于油封的特殊结构，在空气侧一端产生的压力要稍大于被密封介质一侧的压力，使泄漏出的介质有被“推”回去的趋势，这也会起到辅助密封的作用。
实施例1：
参见图1、图3、图4和图5，一种液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，包括外包橡胶1、外骨架2、内骨架3、PTFE密封体4、蓄能弹簧和密封垫片5；
外骨架2为环形结构，外骨架2的内环一圈形成开放的容纳腔，在容纳腔内从下向上依次设置密封垫片5、PTFE密封体4和内骨架3，密封垫片5为环形片状结构，其设置在外骨架2的容纳腔下端；PTFE密封体4为环形结构，其内边缘向上倾翻形成唇形密封面，设置在密封垫片5之上；内骨架3为环形结构，内骨架3设置在PTFE密封体上，内骨架3的上端与外骨架1的容纳腔上端紧贴，在内骨架3和PTFE密封体4的密封面之间设置蓄能弹簧；
外包橡胶1包覆在外骨架2的外部。
本实施例中，蓄能弹簧为椭圆截面的压缩弹簧圈6，压缩弹簧圈6设置在内骨架3和PTFE密封体4密封面之间的空隙中。压缩弹簧圈6的丝径为(0.2～0.3)mm，其材质选用碳素弹簧钢丝或不锈钢丝。
外包橡胶1选用邵A硬度等级为65～75的甲基乙烯基硅橡胶、低苯基硅橡胶、氟硅橡胶或氟醚橡胶。
外骨架2的厚度为(0.4～0.7)mm，其材质选用08F冷轧钢板、不锈钢冷轧板或铝板；
内骨架3材料选用优质结构钢、航空铝合金或不锈钢。
PTFE密封体4的厚度为(0.6～1.0)mm。
密封垫片5的厚度为(0.8～1.2)mm，其材质选用硅橡胶或氟硅橡胶。
实施例2：
参见图2、图3、图4和图5一种液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，包括外包橡胶1、外骨架2、内骨架3、PTFE密封体4、蓄能弹簧和密封垫片5；
外骨架2为环形结构，外骨架2的内环一圈形成开放的容纳腔，在容纳腔内从下向上依次设置密封垫片5、PTFE密封体4和内骨架3，密封垫片5为环形片状结构，其设置在外骨架2的容纳腔下端；PTFE密封体4为环形结构，其内边缘向上倾翻形成唇形密封面，设置在密封垫片5之上；内骨架3为环形结构，内骨架3设置在PTFE密封体上，内骨架3的上端与外骨架1的容纳腔上端紧贴，在内骨架3和PTFE密封体4的密封面之间设置蓄能弹簧；
外包橡胶1包覆在外骨架2的外部。
本实施例中，蓄能弹簧为弹簧钢板7，弹簧钢板7形状与PTFE密封体4相同，紧贴在PTFE密封体4的上表面，其外段通过内骨架3紧压。弹簧钢板7厚度为(0.1～0.3)mm，其材质选用弹簧钢板或不锈钢板。
外包橡胶1选用邵A硬度等级为65～75的甲基乙烯基硅橡胶、低苯基硅橡胶、氟硅橡胶或氟醚橡胶。
内骨架3材料选用优质结构钢、航空铝合金或不锈钢。
PTFE密封体4的厚度为(0.6～1.0)mm。
密封垫片5的厚度为(0.8～1.2)mm，其材质选用硅橡胶或氟硅橡胶。
下面介绍本发明的加工过程：
1.生产工艺
(A)外骨架：通过冲床冲压而成，后期修整去毛刺和锯齿边；
(B)内骨架：车床车削加工；
(C)PTFE密封体：购置改性PTFE薄片，用冲刀(或冲床)冲制成圆环片，在成型模具中预成型为皮碗状；
(D)蓄能弹簧：如为异型压缩弹簧圈，用碳素弹簧钢丝或不锈钢弹簧钢丝在绕簧机上先绕成普通压缩弹簧，然后再碾压定型为椭圆截面弹簧，低温回火后裁剪长度，首尾焊接；如为弹簧钢板，先用弹簧钢板冲制(切割)成内齿状圆环片，然后冲压(或模具)定型为弹簧片；
(E)橡胶密封垫：在橡胶模具中硫化成型或用厚度为(0.8～1.2)mm的橡胶板冲制成型；
(F)将以上部件由外到内、由下至上组合(即外骨架-橡胶垫片、PTFE预成型片-蓄能弹簧-内骨架)后，在车床上(或工装中)将外骨架向内卷边扣压；
(G)外骨架侧面喷砂(磷化)处理，涂刷胶粘剂；
(H)在橡胶模具中成型外包橡胶；
(I)飞边修整，按设计尺寸滚压定型PTFE唇口；
(J)检验外观、尺寸是否合格；
(K)检验合格产品，包装发货。
其中密封垫片和外包橡胶硫化胶料物理性能应满足下表要求。
序号 项目及试验条件 试验方法 指标
1 硬度邵A GB/T 531.1-2008 65～75
2 拉伸强度MPa GB/T 528-2009Ⅱ型试样 ≥6
3 拉断伸长率％ GB/T 528-2009Ⅱ型试样 ≥200
4 脆性温度℃ GB/T 1682-2014 不高于-50℃
5 100℃×24h 25％压缩永久变形％ GB/T 1695-2005 ≤30
2.关键工艺
PTFE密封体的加工和外骨架扣压成型是本发明油封制造的关键，在生产过程中，一定要保证工作面及唇部的光滑、完好，不能有任何缺陷，否则易造成油封的损坏，影响密封性能(动力回油槽除外)。
3.PTFE油封安装注意事项
(A)油封安装应有专用工具，以保证油封与安装壳体定位基准面有良好的垂直度以免装偏；
(B)油封安装时，应在外径处涂抹润滑油(外包橡胶油封)或厌氧密封胶(外露骨架油封)，在密封唇处涂抹一层干净的耐高、低温润滑脂以利装配，并防止早期干摩擦；
(C)油封安装时如轴是从油封的正面(带弹簧一面)穿入，为防止损坏工作面，应使用弹头式导入工装。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，其特征在于：包括外包橡胶(1)、外骨架(2)、内骨架(3)、PTFE密封体(4)、蓄能弹簧和密封垫片(5)；
所述外骨架(2)为环形结构，外骨架(2)的内环一圈形成开放的容纳腔，在容纳腔内从下向上依次设置所述密封垫片(5)、PTFE密封体(4)和内骨架(3)；所述密封垫片(5)为环形片状结构，其设置在外骨架(2)的容纳腔下端；所述PTFE密封体(4)为环形结构，其内边缘向上倾翻形成唇形密封面，设置在密封垫片(5)之上；所述内骨架(3)为环形结构，内骨架(3)设置在PTFE密封体上，内骨架(3)的上端与外骨架(1)的容纳腔上端紧贴，在内骨架(3)和PTFE密封体(4)的密封面之间设置蓄能弹簧；
所述外包橡胶(1)包覆在外骨架(2)的外部。
2.根据权利要求1所述液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，其特征在于：所述蓄能弹簧为椭圆截面的压缩弹簧圈(6)，压缩弹簧圈(6)设置在内骨架(3)和PTFE密封体(4)密封面之间的空隙中。
3.根据权利要求1所述液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，其特征在于：所述蓄能弹簧为弹簧钢板(7)，弹簧钢板(7)形状与PTFE密封体(4)相同，紧贴在PTFE密封体(4)的上表面，其外段通过内骨架(3)紧压。
4.根据权利要求2或3所述液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，其特征在于：所述外包橡胶(1)选用邵A硬度等级为65～75的甲基乙烯基硅橡胶、低苯基硅橡胶、氟硅橡胶或氟醚橡胶。
5.根据权利要求4所述液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，其特征在于：所述外骨架(2)的厚度为0.4～0.7mm，其材质选用08F冷轧钢板、不锈钢冷轧板或铝板。
6.根据权利要求5所述液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，其特征在于：所述内骨架(3)材料选用优质结构钢、航空铝合金或不锈钢。
7.根据权利要求6所述液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，其特征在于：所述PTFE密封体(4)的厚度为0.6～1.0mm。
8.根据权利要求7所述液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，其特征在于：所述密封垫片(5)的厚度为0.8～1.2mm，其材质选用硅橡胶或氟硅橡胶。
9.根据权利要求2所述液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，其特征在于：所述压缩弹簧圈(6)的丝径为0.2～0.3mm，其材质选用碳素弹簧钢丝或不锈钢丝。
10.根据权利要求3所述液氧及液态甲烷输送泵用自紧组合油封，其特征在于：所述弹簧钢板(7)厚度为0.1～0.3mm，其材质选用弹簧钢板或不锈钢板。
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