CN111022645B - 一种适用于高压介质的静密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于高压介质的静密封结构，该静密封结构包括对接法兰A和对接法兰B，对接法兰A具有轴向延伸的导向段，导向段为圆环状且能够插入对接法兰B的通道中；对接法兰A的导向段的外表面上开设环状凹槽，环状凹槽内套设第一O型橡胶密封圈；对接法兰B的法兰盘侧面开设径向通孔，对接法兰A的导向段的外表面上对应径向通孔末端的部位开设环状盛液凹槽，由径向通孔向静密封结构中引入中等压强介质，中等压强介质通过径向通孔布满环状盛液凹槽；对接法兰A和对接法兰B的法兰盘通过法兰连接件紧固。本发明通过设置双道静密封并引入中等压强介质，将各道密封两侧压差显著降低，可在高密封介质压强下保证可靠密封。

Description

一种适用于高压介质的静密封结构

技术领域

本发明涉及一种静密封结构，具体涉及一种适用于高压介质的静密封结构，特别适用于压强超过30MPa以上的静密封结构。

背景技术

发动机性能是运载火箭运送有效载荷能力的决定性因素，开展的高压补燃发动机研制，与现役的开式循环的发动机相比，实现了火箭发动机比冲、推力的大幅提升，从根本上解决运载能力不足的问题。由于推力室的压力高，作为上游各组件的压力更高，一旦连接部位出现泄漏，轻则引发火箭舱内着火，发动机性能参数下降，重则引发爆炸，飞行失败。如何保证在上述高压下各连接部位的静密封可靠性，同时结构上力求轻质、简单，是设计中必须考虑的关键问题。因此，对于管路内的高压强介质，提供一种结构上轻质、简单的密封结构，解决高可靠性密封问题是十分迫切的。

发明内容

为了克服现有技术的难题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种适用于高压介质的静密封结构，密封采用双道静密封串联的结构，并在两道静密封之间引入中等压强的介质，该介质可以是管路内部经过节流降压后的同种介质，也可以是由其他管路中专门引入的另一种介质。中等压强介质的引入将各道密封两侧压差显著降低，有效提高密封可靠性和冗余度，因此可在高的密封介质压强下保证可靠密封，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下技术方案：一种适用于高压介质的静密封结构，该静密封结构包括对接法兰A和对接法兰B，对接法兰A和对接法兰B两侧连接高压管路，对接法兰A具有轴向延伸的导向段，导向段为圆环状且能够插入对接法兰B的通道中，导向段的外径逼近对接法兰B通道的内径；

对接法兰A的导向段的外表面上开设环状凹槽，环状凹槽内套设第一O型橡胶密封圈；

对接法兰B的法兰盘侧面开设径向通孔，对接法兰A的导向段的外表面上对应通孔末端的部位开设环状盛液凹槽，由径向通孔向静密封结构中引入中等压强介质，中等压强介质通过径向通孔布满环状盛液凹槽；

对接法兰A和对接法兰B的法兰盘通过法兰连接件紧固。

进一步地，中等压强介质可以是高压管路内部高压介质经过节流降压后的同种介质，也可以是专门引入的另外其他介质。

进一步地，该静密封结构还包括中等压强介质引入接口，中等压强介质引入接口与径向通孔上出口对接，用于向径向通孔中导入中等压强介质。

进一步地，导向段外表面上开设的凹槽中，除套设第一O型橡胶密封圈外，还套设有塑料挡圈。

进一步地，第一O型橡胶密封圈相较于塑料挡圈位于高压侧。

进一步地，对接法兰A上法兰面与导向段的连接夹角处加工成坡面，使法兰面与导向段夹角成钝角形状；对接法兰B的法兰面与其内圈的夹角部位同样加工成坡面，两坡面构成夹角开口朝向管道内部的锥体，该锥体中填充能密封该锥体空腔的第二O型橡胶密封圈，两坡面对第二O型橡胶密封圈进行挤压，实施密封。

进一步地，在管道轴向方向上，径向通孔和环状盛液凹槽介于第一O型橡胶密封圈或者塑料挡圈与第二O型橡胶密封圈之间。

本发明提供的一种适用于高压介质的静密封结构，带来了有益的技术效果：同传统的单道静密封结构相比，使原本单道静密封所承受的密封介质两侧的高压差，通过设置双道静密封并引入中等压强介质，将各道密封两侧压差显著降低，因此可在高的密封介质压强下保证可靠密封；同时采用双道密封，也进一步提升了密封冗余度。此技术对于承受高压静密封管路系统有较大的使用意义，且机构简单，具有可推广性。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式中适用于高压介质静密封的结构示意图。

附图标号说明：

1-对接法兰A、11-导向段、12-环状盛液凹槽、2-对接法兰B、21-径向通孔、3-第一O型橡胶密封圈、4-塑料挡圈、5-第二O型橡胶密封圈、6-中等压强介质引入接口、7-法兰连接紧固件。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

本发明提供了一种适用于高压介质的静密封结构，如图1所示，包括对接法兰A 1和对接法兰B 2，对接法兰A 1和对接法兰B 2两侧连接高压管路，对接法兰A1具有轴向延伸的导向段11，导向段11为圆环状且能够插入对接法兰B 2的通道中，导向段11的外径逼近对接法兰B 2通道的内径；

对接法兰A 1的导向段11的外表面上开设环状凹槽，环状凹槽内套设第一O型橡胶密封圈3；

对接法兰B 2的法兰盘侧面开设径向通孔21，对接法兰A 1的导向段11的外表面上对应径向通孔21末端的部位开设环状盛液凹槽12；由径向通孔21向静密封结构中引入中等压强介质，中等压强介质通过径向通孔21布满环状盛液凹槽12；这样中等压强介质的引入，使第一O型橡胶密封圈3两侧压差显著降低，利于在高的密封介质压强下保证可靠密封；

对接法兰A 1和对接法兰B 2的法兰盘通过法兰连接件7如螺栓和螺母紧固。

本发明中，高压介质是指压强大于30MPa的流体介质；中等压强介质是指压强低于30MPa，高于10MPa的流体介质。

在本发明中，该中等压强介质可以是高压管路内部高压介质经过节流降压后的同种介质，也可以是专门引入的另外其他介质，如由泵内部的压水室经过离心轮前、后密封凸边泄漏降压后的介质，通过内部径向通孔21引流到环状盛液凹槽12内，表述中的对接法兰A和对接法兰B相当于泵的外部壳体对接件。

本发明中，所述静密封结构还包括中等压强介质引入接口6，中等压强介质引入接口6与径向通孔21的出口对接，用于向径向通孔21中导入中等压强介质。该中等压强介质引入接口6可以为独立的一段管路接口，用于与输送中等压强介质的管路对接，也可为输送中等压强介质的管路的支路，该支路直接连通径向通孔21。

在本发明一种优选的实施方式中，导向段11外表面上开设的凹槽中，除套设第一O型橡胶密封圈3外，还套设有塑料挡圈4。第一O型橡胶密封圈3的圈体截面为O型，塑料挡圈4的圈体截面为矩型，两者组合，能够进一步提高密封性能。

进一步地，第一O型橡胶密封圈3相较于塑料挡圈4位于高压侧。原因在于：为防止第一O型橡胶密封圈3在右侧高压作用下密封圈的根部从导向段11和对接法兰B配合孔的微小间隙中挤出，造成密封失效，一般会在O型密封圈的承压侧安装截面为矩形的塑料挡圈(如聚四氟乙烯、聚醚醚铜)，以阻止密封圈因受到高压介质作用产生过度的形变，避免密封圈从微小间隙中挤出，造成密封失效。

本发明中，采用第一O型橡胶密封圈3+塑料挡圈4的方式，相较于单独使用第一O型橡胶密封圈3更耐高压，原因在于：橡胶密封圈3在右侧高压作用下密封圈会产生过度变形，之后密封圈的根部会从导向段11和对接法兰B配合孔的微小间隙中挤出，造成密封失效。而采用第一O型橡胶密封圈3+塑料挡圈4的方式，不会出现密封圈的根部从微小间隙中挤出的现象。

在本发明进一步优选的实施方式中，对接法兰A1上法兰面与导向段11的连接夹角处加工成坡面，使法兰面与导向段11夹角成钝角形状；对接法兰B 2的法兰面与其内圈的夹角部位(该部位对应于对接法兰A1的法兰面与导向段11的连接夹角处)同样加工成坡面，两坡面构成夹角开口朝向管道内部的锥体；该锥体中填充能密封该锥体空腔的第二O型橡胶密封圈5，两坡面对第二O型橡胶密封圈5进行挤压，实现密封。两坡面构成夹角开口朝向管道，两坡面与第二O型橡胶密封圈5构成了密封面，在右侧中等压强介质的作用下第二O型橡胶密封圈5会朝向两坡面构成夹角的交点变形，空间更加狭小，从而使密封面密封比压更大，进一步保证了该道密封可靠性。也即第二O型橡胶密封圈5的密封能力随着中等压强介质的压强升高而更强。

第一O型橡胶密封圈+塑料挡圈的径向密封结构、以及采用第二O型橡胶密封圈的目型密封结构构成了双道静密封串联的结构。

在本发明更进一步优选的实施方式中，在管道轴向方向上，径向通孔21和环状盛液凹槽12介于第一O型橡胶密封圈3(或者塑料挡圈4，在有塑料挡圈4的情况下)与第二O型橡胶密封圈5之间。这样，中等压强介质的引入，使第一O型橡胶密封圈3以及第二O型橡胶密封圈5两侧压差均显著降低。

实施例1

图1示出一种适用于高压介质的静密封结构，它由对接法兰A1，对接法兰B2，第一O型橡胶密封圈3，塑料挡圈4，第二O型橡胶密封圈5、中等压强介质引入接口6、法兰连接紧固件7组成。

第一道直接和高压介质接触的静密封结构，可以有两种不同形式：采用第一O型橡胶密封圈3+塑料挡圈4的径向静密封结构，其中，第一O型橡胶密封圈3在高压侧；或者直接采用第一O型橡胶密封圈3不加装塑料挡圈4的径向密封结构。前一种适用于介质压强低于30MPa和高于30MPa的各种情况；后一种适用于介质压强低于30MPa的情况。

第二道静密封采用目型密封结构，由第二O型橡胶密封圈5对两坡面构成的夹角开口朝向管道内部的锥体进行密封，并通过前端的导向段-法兰轴配合进行径向定位。

对接法兰B 2的法兰盘侧面开设径向通孔21，对接法兰A1的导向段11的外表面上对应通孔21末端的部位开设环状盛液凹槽12；由径向通孔21向静密封结构中引入中等压强介质，中等压强介质通过径向通孔21布满环状盛液凹槽12；这样中等压强介质的引入，使第一O型橡胶密封圈3+塑料挡圈4、以及第二O型橡胶密封圈5两侧压差显著降低，利于在高的密封介质压强下保证可靠密封。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种适用于高压介质的静密封结构，其特征在于，该静密封结构包括对接法兰A(1)和对接法兰B(2)，对接法兰A(1)和对接法兰B(2)两侧连接高压管路，对接法兰A(1)具有轴向延伸的导向段(11)，导向段(11)为圆环状且能够插入对接法兰B(2)的通道中，导向段(11)的外径逼近对接法兰B(2)通道的内径；

对接法兰A(1)的导向段(11)的外表面上开设环状凹槽，环状凹槽内套设第一O型橡胶密封圈(3)；

对接法兰B(2)的法兰盘侧面开设径向通孔(21)，对接法兰A(1)的导向段(11)的外表面上对应径向通孔(21)末端的部位开设环状盛液凹槽(12)，由径向通孔(21)向静密封结构中引入中等压强介质，中等压强介质通过径向通孔(21)布满环状盛液凹槽(12)；

对接法兰A(1)和对接法兰B(2)的法兰盘通过法兰连接件(7)紧固；对接法兰A(1)上法兰面与导向段(11)的连接夹角处加工成坡面，使法兰面与导向段(11)夹角成钝角形状；对接法兰B(2)的法兰面与其内圈的夹角部位同样加工成坡面，两坡面构成夹角开口朝向管道内部的锥体，该锥体中填充能密封该锥体空腔的第二O型橡胶密封圈(5)，两坡面对第二O型橡胶密封圈(5)进行挤压，实施密封。

2.根据权利要求1所述的适用于高压介质的静密封结构，其特征在于，中等压强介质可以是高压管路内部高压介质经过节流降压后的同种介质，也可以是专门引入的另外其他介质。

3.根据权利要求1所述的适用于高压介质的静密封结构，其特征在于，该静密封结构还包括中等压强介质引入接口(6)，中等压强介质引入接口(6)与径向通孔(21)上出口对接，用于向径向通孔(21)中导入中等压强介质。

4.根据权利要求1所述的适用于高压介质的静密封结构，其特征在于，导向段(11)外表面上开设的凹槽中，除套设第一O型橡胶密封圈(3)外，还套设有塑料挡圈(4)。

5.根据权利要求4所述的适用于高压介质的静密封结构，其特征在于，第一O型橡胶密封圈(3)相较于塑料挡圈(4)位于高压侧。

6.根据权利要求1所述的适用于高压介质的静密封结构，其特征在于，在管道轴向方向上，径向通孔(21)和环状盛液凹槽(12)介于第一O型橡胶密封圈(3)与第二O型橡胶密封圈(5)之间。

7.根据权利要求4所述的适用于高压介质的静密封结构，其特征在于，在管道轴向方向上，径向通孔(21)和环状盛液凹槽(12)介于塑料挡圈(4)与第二O型橡胶密封圈(5)之间。

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