CN112178191B - 一种油泵用集成式组合旋转动密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开一种油泵用集成式组合旋转动密封结构，密封结构中，石墨衬套套设在电机轴上，压装在油泵的进油口位置，石墨衬套的内壁设置有单螺向旋转槽，且石墨衬套内的螺旋槽旋向与电机轴的旋转方向相反；端面密封环、弹簧，弹簧座和上密封环从下到上套设在电机轴上，弹簧位于上密封环和弹簧座之间，用于向弹簧座提供压紧端面密封环的力，使得端面密封环下端面与石墨衬套的上端面紧密贴合；上密封环与下密封环的配合端面设置有环槽结构，上密封环下端面的凸起环插入到下密封环上端面的凹槽中。本发明实施例解决了现有电机轴采用唇形动密封结构，由于密封性能逐渐降低，而导致油泵产品的寿命短，可靠性低等问题。

Description

一种油泵用集成式组合旋转动密封结构
技术领域
本发明涉及但不限于机械工程密封技术领域，尤指一种油泵用集成式组合旋转动密封结构。
背景技术
在油泵产品中，为了防止燃油通过旋转的电机轴进入电机内部，电机轴通常采用唇形动密封结构，受工作环境、密封材料、零组件加工，以及装配精度等因素的限制，唇形动密封结构的密封性能随产品工作时间的延长而逐渐降低，而导致动密封效果变差，从而使得燃油进入油泵驱动电机内部，导致有刷直流电动机产生故障，使油泵的工作可靠性和寿命降低。
针对现有油泵中电机轴密封结构存在的问题，采用一种适用于燃油等渗透性较高的液体密封环境，高转速和长寿命要求的新型密封结构，对于提高产品的可靠性和工作寿命具有重要意义。
发明内容
本发明的目的：本发明提供一种油泵用集成式组合旋转动密封结构，以解决现有电机轴采用唇形动密封结构，由于密封性能逐渐降低，而导致油泵产品的寿命短，可靠性低等问题。
本发明的技术方案：
本发明实施例提供一种油泵用集成式组合旋转动密封结构，包括：上密封环1，下密封环4，弹簧2，弹簧座3，端面密封环6，石墨衬套7；
其中，所述石墨衬套7套设在电机轴8上，压装在油泵壳体9的进油口位置，石墨衬套7的内壁设置有单螺向旋转槽，且石墨衬套7内的单螺向旋转槽旋向与电机轴8的旋转方向相反；
所述端面密封环6、弹簧座3、弹簧2和上密封环1从下到上套设在电机轴8上，具体安装结构为：所述端面密封环6套设在电机轴8上，且端面密封环6下端面与石墨衬套7的上端面接触，端面密封环6上端面安装有弹簧座3，弹簧2套设在弹簧座3外侧，上密封环1压装在电机轴8上，使得弹簧2安装于上密封环1与弹簧座3之间，从而通过上密封环1和弹簧2向弹簧座3提供压紧端面密封环6的力，使得端面密封环6下端面与石墨衬套7的上端面紧密贴合；
所述下密封环4固定压装在油泵壳体9内，且所述上密封环1与下密封环4的配合端面设置有环槽结构，上密封环1下端面的凸起环插入到下密封环4上端面的凹槽中。
可选地，如上所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构中，集成式组合旋转动密封结构包括：
由所述石墨衬套7与电机轴8的旋转配合面之间形成的螺旋密封结构；
由端面密封环6下端面与石墨衬套7的上端面之间形成的端面机械密封结构；
由上密封环1与下密封环4的配合端面形成的迷宫密封结构。
可选地，如上所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构中，所述螺旋密封结构为非接触式密封，形成所述集成式组合旋转动密封结构的第一道密封，所述石墨衬套7压装在油泵壳体9安装槽的第一级台阶上；
所述螺旋密封结构，用于在电机轴8旋转时填充在石墨衬套7螺旋槽内的燃油产生泵送压力，螺旋密封结构的赶油方向朝向叶轮端，从而防止燃油进入电机内部。
可选地，如上所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构中，所述端面机械密封结构为轴向接触式密封，形成所述集成式组合旋转动密封结构的第二道密封结构，上密封环1的一端采用过盈配合压装在电机轴8上，另一端加工有2个180°对称分布的拨叉，所述拨叉装配时插入端面密封环6上对应的两个槽拨叉中，在端面密封环6上端面安装有弹簧座3，弹簧2安装于在上密封环1与弹簧座3之间；
所述端面机械密封结构，用于电机轴8旋转时通过上密封环1带动端面密封环6旋转，通过弹簧2提供的预压力使得端面密封环6的下端面与石墨衬套7的上端面紧密贴合，从而对端面密封环6和石墨衬套7发热磨损起到轴向补偿作用。
可选地，如上所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构中，还包括：安装于端面密封环6与电机轴8之间的O型密封圈5，O型密封圈5与电机轴8和端面密封环6均沿径向紧密贴合；
所述O型密封圈5，用于在工作中随电机轴8与端面密封环6同步转动，从而对端面密封环6与电机轴8起到径向密封作用。
可选地，如上所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构中，所述弹簧座3，用于对弹簧2起到径向定位作用，并限定O型密封圈5的轴向位置。
可选地，如上所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构中，所述石墨衬套7与端面密封环6接触的上端面上加工有储油环槽；
所述石墨衬套7的储油环槽内填充有燃油，用于在石墨衬套7与端面密封环6的接触面之间形成润滑油膜。
可选地，如上所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构中，所述迷宫密封结构为非接触密封结构，用于对螺旋密封结构和端面机械密封结构起到辅助密封作用，所述下密封环4压装在油泵壳体9安装槽的第二级台阶上，上密封环1与下密封环4接触的端面设置有密封环槽，且上密封环1端面凸起环插入下密封环4端面凹槽中，二者之间有一间隙；
所述迷宫密封结构中的上密封环1与下密封环4在工作中互不接触，下密封环4压装在油泵壳体9内，静止不动，上密封环1随电机轴8进行转动。
本发明的优点：
本发明实施例提供一种油泵用集成式组合旋转动密封结构，在较小的轴向空间内，实现了螺旋密封结构、端面机械密封结构和迷宫密封结构三种密封结构的有效组合；该集成式组合旋转动密封结构适用于密封介质压力在1.0MPa以下，密封面线速度小于5m/s，在航空燃油等渗透性较强的液体环境的密封。采用本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构，可以在较小轴向空间内实现三种密封结构的有效组合，且密封结构简单，加工难度小，同时密封结构消耗功率小，密封可靠性好，满足燃油环境下高转速、长使用寿命的要求。可以取代燃油系统油泵中的唇形密封，提高密封可靠性。
附图说明：
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例提供的一种油泵用集成式组合旋转动密封结构的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种油泵用集成式组合旋转动密封结构的具体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构中上密封环的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构中端面密封环的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构中石墨衬套的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构中下密封环的结构示意图；
图7为将本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构应用于油泵中的实施示意图。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
为了克服现有油泵中使用的唇形动密封结构使用寿命短、可靠性低的缺点，本发明实施例提供了一种新型组合式旋转动密封结构，如图1所示，为本发明实施例提供的一种油泵用集成式组合旋转动密封结构的整体结构示意图，通过图1可以看出，该油泵用集成式组合旋转动密封结构可以在有限的轴向空间内，实现迷宫动密封、端面机械密封和螺旋密封三种密封结构的组合，从而提高油泵的密封可靠性，延长工作寿命，本发明实施例中的密封结构可满足燃油环境、高速旋转、长使用寿命等要求。
本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构，具体为一种适合于燃油等渗透性较高的液体密封环境，高转速和长寿命要求的新型组合密封结构，用于解决现有产品采用唇形动密封结构寿命短，可靠性低的问题。
图2为本发明实施例提供的一种油泵用集成式组合旋转动密封结构的具体结构示意图。本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构，可以包括：上密封环1，下密封环4，弹簧2，弹簧座3，端面密封环6，石墨衬套7。
如图2所示油泵用集成式组合旋转动密封结构中，石墨衬套7套设在电机轴8上，压装在油泵壳体9的进油口位置，石墨衬套7的内壁设置有单螺向旋转槽，且石墨衬套7内的单螺向旋转槽旋向与电机轴8的旋转方向相反。
本发明实施例中的端面密封环6、弹簧座3、弹簧2和上密封环1从下到上套设在电机轴8上，具体安装结构为：所述端面密封环6套设在电机轴8上，且端面密封环6下端面与石墨衬套7的上端面接触，端面密封环6上端面安装有弹簧座3，弹簧2套设在弹簧座3外侧，上密封环1压装在电机轴8上，使得弹簧2安装于上密封环1与弹簧座3之间，从而通过上密封环1和弹簧2向弹簧座3提供压紧端面密封环6的力，使得端面密封环6下端面与石墨衬套7的上端面紧密贴合。
本发明实施例中的下密封环4固定压装在油泵壳体9内，且上密封环1与下密封环4的配合端面设置有环槽结构，上密封环1下端面的凸起环插入到下密封环4上端面的凹槽中。
如上所述油泵用集成式组合旋转动密封结构中，参考图1和图2所示，集成式组合旋转动密封结构的三种密封结构分别，包括：
第一种密封结构：在石墨衬套7与电机轴8的旋转配合面之间形成的螺旋密封结构；
第二种密封结构：在端面密封环6下端面与石墨衬套7的上端面之间形成的端面机械密封结构；
第三种密封结构：由上密封环1与下密封环4的配合端面形成的迷宫密封结构。
上述实施例已经对上述三种密封结构中的各部件及其配合关系进行说明，故在此不再赘述，以下对三种密封结构的具体实施方式进行详细说明。
本发明实施例提供的螺旋密封结构实际为非接触式密封，该螺旋密封结构为集成式组合旋转动密封结构的第一道密封，石墨衬套7压装在油泵壳体9安装槽的第一级台阶上。
该螺旋密封结构，用于在电机轴8旋转时填充在石墨衬套7螺旋槽内的燃油产生泵送压力，螺旋密封结构的赶油方向朝向叶轮端，从而防止燃油进入电机内部，显然，该螺旋密封结构作为集成式组合旋转动密封结构的第一道密封。
本发明实施例提供的端面机械密封结构为轴向接触式密封，形成集成式组合旋转动密封结构的第二道密封结构，如图3所示为本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构中上密封环的结构示意图，如图4所示为本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构中端面密封环的结构示意图。参考图2到图4所示，上密封环1的一端采用过盈配合压装在电机轴8上，另一端加工有2个180°对称分布的拨叉，拨叉装配时插入端面密封环6上对应的两个槽拨叉中，在端面密封环6上端面安装有弹簧座3，弹簧2安装于在上密封环1与弹簧座3之间。
该端面机械密封结构，用于电机轴8旋转时通过上密封环1带动端面密封环6旋转，通过弹簧2提供的预压力使得端面密封环6的下端面与石墨衬套7的上端面紧密贴合，从而对端面密封环6和石墨衬套7发热磨损起到轴向补偿作用。
实际应用中，本发明实施例的密封结构还可以包括：安装于端面密封环6与电机轴8之间的O型密封圈5，O型密封圈5与电机轴8和密封环6均沿径向紧密贴合。
该O型密封圈5，用于在工作中随电机轴8与端面密封环6同步转动，从而对端面密封环6与电机轴8起到径向密封作用。
本发明实施例中的弹簧座3，用于对弹簧2起到径向定位作用，并限定O型密封圈5的轴向位置。
如图5所示，为本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构中石墨衬套的结构示意图，左图为石墨衬套7的俯视图，右图为石墨衬套7的侧视图，可以看出，石墨衬套7与端面密封环6接触的上端面上加工有储油环槽；石墨衬套7的储油环槽内填充有燃油，用于在石墨衬套7与端面密封环6的接触面之间形成润滑油膜。
本发明实施例提供的迷宫密封结构为非接触密封结构，用于对螺旋密封结构和端面机械密封结构起到辅助密封作用，下密封环4压装在油泵壳体9安装槽的第二级台阶上，如图6所示，为本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构中下密封环的结构示意图，参考图3和图6可以看出，上密封环1与下密封环4接触的端面设置有密封环槽，且上密封环1端面凸起环插入下密封环4端面凹槽中，二者之间有一间隙；
该迷宫密封结构中的上密封环1与下密封环4在工作中互不接触，下密封环4压装在油泵壳体9内，静止不动，上密封环1随电机轴8进行转动。
本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构，在较小的轴向空间内，实现了螺旋密封结构、端面机械密封结构和迷宫密封结构三种密封结构的有效组合；该集成式组合旋转动密封结构适用于密封介质压力在1.0MPa以下，密封面线速度小于5m/s，在航空燃油等渗透性较强的液体环境的密封。采用本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构，可以在较小轴向空间内实现三种密封结构的有效组合，且密封结构简单，加工难度小，同时密封结构消耗功率小，密封可靠性好，满足燃油环境下高转速、长使用寿命的要求。可以取代燃油系统油泵中的唇形密封，提高密封可靠性。
以下通过一个具体实施示例对本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构的具体实施例方式进行详细说明。
参考图1到图6所示油泵用集成式组合旋转动密封结构，以及其中三种密封结构中各部件的实际结构，图7为将本发明实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构应用于油泵中的实施示意图，图7中示意出油泵的出油嘴10，端盖11，密封圈12，波形弹簧13，叶轮件14，后端盖15，后端密封圈16，锥形衬套17，螺母18，且图7中油泵的电机为有刷直流电动机。
本实施示例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构，在有限的轴向空间内实现了包括螺旋密封结构、端面机械密封结构和迷宫密封结构的有效组合，密封结构见图1。
该组合密封结构图见图2，其中，螺旋密封结构由电机轴8和石墨衬套7见图5和油泵壳体9组成。石墨衬套7压装在油泵壳体9进油口部位，在石墨衬套7上加工有单旋向螺旋槽，其电机轴8旋向为逆时针方向从叶轮端看，石墨衬套7上的单螺向旋转槽旋向为右旋，电机轴8旋转时填充在石墨衬套7螺旋槽内的燃油产生泵送压力，其赶油方向为朝向叶轮的方向，参考图7中叶轮14的位置，以防止燃油进入电机内部，该螺旋密封为非接触式密封，形成组合密封的第一道密封。
端面机械密封结构由上密封环1(见图4)、端面密封环6(见图4)、弹簧2、弹簧座3、O型密封圈5以及石墨衬套7、电机轴8组成。其中，上密封环1一端采用过盈配合压装在电机轴8上，其另一端加工有2个180°对称分布的拨叉，该拨叉装配时插入端面密封环6上对应的两个槽中，电机轴旋转时通过上密封环1带动端面密封环6旋转。端面密封环6下端面与石墨衬套7上端面紧密贴合，石墨衬套7与端面密封环6接触面上加工有储油环槽，其内填充燃油，工作中在石墨衬套7与端面密封环6接触面间形成润滑油膜，可以起到密封和润滑双重作用。端面密封环6上端面装有O型密封圈5，其与电机轴8和端面密封环6均沿径向紧密贴合，工作中随电机轴8与密封环6同步转动，可以对端面密封环6与电机轴8起到径向密封作用。在端面密封环6上端面还装有弹簧座3，对弹簧2起到径向定位作用，同时可以防止O型密封圈5沿电机轴向滑出。弹簧2放置在上密封环1与弹簧座3之间，具有一定的预压力以保证端面密封环6与石墨衬套5在产品整个工作寿命其内紧密贴合，始终起到可靠密封作用并对端面密封环6和石墨衬套7发热磨损起到轴向补偿作用，该密封为轴向接触式密封，形成组合密封的第二道密封结构。也是该集成式组合密封的主密封。
迷宫密封结构由上密封环1(见图3)和下密封环4(见图6)组成，在上、下密封环端面加工有密封环槽，上密封环1端面凸起环插入下密封环4端面凹槽中，二者之间有一间隙，工作时互不接触，下密封环4压装在油泵壳体9内，静止不动，上密封环1随电机轴转动，形成非接触密封结构。对螺旋密封和端面机械密封结构起到辅助密封作用，形成组合密封的第三道密封结构。
本发明实施示例提供的密封结构在装配时，将石墨衬套7和下密封环4分别压装到油泵壳体9上的第一级台阶和第二级台阶上，在石墨衬套7工作面储油槽内填充16号精密仪表油；将上密封环1压装到电机输出轴8上，然后依次装入弹簧2、弹簧座3，将O型密封圈5先装到端面密封环6上，再将端面密封环6装到电机轴上，并使弹簧座3与密封环6端面贴合，将上密封环1的拨叉插入密封环6的槽中，再将电机整体装入油泵壳体9内，实现组合密封结构的装配。
本发明各实施例提供的油泵用集成式组合旋转动密封结构，应用在航空燃油泵中，如图7所示，该燃油泵采用有刷直流电动机驱动，有刷电机安装在油泵内部，油泵安装在油箱底部，油泵安装盘以上部分浸泡在航空煤油中，工作时，由于电机轴带动叶轮旋转，航空煤油可能随电机轴进入电机内部，引起有刷电机电刷与换向器接触故障或电刷异常磨损，使油泵可靠性，工作寿命降低。油泵原采用的唇形密封结构随工作时间延长密封性能降低，影响油泵工作寿命。采用本发明实施例提供的组合式旋转动密封结构可以有效的提高密封性，与单独的唇形密封相比，油泵工作寿命延长约2倍以上。实施方案见附图说明。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种油泵用集成式组合旋转动密封结构，其特征在于，包括：上密封环(1)，下密封环(4)，弹簧(2)，弹簧座(3)，端面密封环(6)，石墨衬套(7)；
其中，所述石墨衬套(7)套设在电机轴(8)上，压装在油泵壳体(9)的进油口位置，石墨衬套(7)的内壁设置有单螺向旋转槽，且石墨衬套(7)内的单螺向旋转槽旋向与电机轴(8)的旋转方向相反；
所述端面密封环(6)、弹簧座(3)、弹簧(2)和上密封环(1)从下到上套设在电机轴(8)上，具体安装结构为：所述端面密封环(6)套设在电机轴(8)上，且端面密封环(6)下端面与石墨衬套(7)的上端面接触，端面密封环(6)上端面安装有弹簧座(3)，弹簧(2)套设在弹簧座(3)外侧，上密封环(1)压装在电机轴(8)上，使得弹簧(2)安装于上密封环(1)与弹簧座(3)之间，从而通过弹簧(2)向弹簧座(3)提供压紧端面密封环(6)的力，使得端面密封环(6)下端面与石墨衬套(7)的上端面紧密贴合；
所述下密封环(4)固定压装在油泵壳体(9)内，且所述上密封环(1)与下密封环(4)的配合端面设置有环槽结构，上密封环(1)下端面的凸起环插入到下密封环(4)上端面的凹槽中。
2.根据权利要求1所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构，其特征在于，油泵用集成式组合旋转动密封结构包括：
在所述石墨衬套(7)与电机轴(8)的旋转配合面之间形成的螺旋密封结构；
在端面密封环(6)下端面与石墨衬套(7)的上端面之间形成的端面机械密封结构；
由上密封环(1)与下密封环(4)的配合端面形成的迷宫密封结构。
3.根据权利要求2所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构，其特征在于，所述螺旋密封结构为非接触式密封，形成所述油泵用集成式组合旋转动密封结构的第一道密封，所述石墨衬套(7)压装在油泵壳体(9)安装槽的第一级台阶上；
所述螺旋密封结构，用于在电机轴(8)旋转时填充在石墨衬套(7)单螺向旋转槽内的燃油产生泵送压力，螺旋密封结构的赶油方向朝向叶轮端，从而防止燃油进入电机内部。
4.根据权利要求2所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构，其特征在于，所述端面机械密封结构为轴向接触式密封，形成所述油泵用集成式组合旋转动密封结构的第二道密封结构，上密封环(1)的一端采用过盈配合压装在电机轴(8)上，另一端加工有2个180°对称分布的拨叉，所述拨叉装配时插入端面密封环(6)上对应的两个拨叉槽中；
所述端面机械密封结构，用于电机轴(8)旋转时通过上密封环(1)带动端面密封环(6)旋转，通过弹簧(2)提供的预压力使得端面密封环(6)的下端面与石墨衬套(7)的上端面紧密贴合，从而对端面密封环(6)和石墨衬套(7)发热磨损起到轴向补偿作用。
5.根据权利要求4所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构，其特征在于，还包括：安装于端面密封环(6)与电机轴(8)之间的O型密封圈(5)，O型密封圈(5)与电机轴(8)和端面密封环(6)均沿径向紧密贴合；
所述O型密封圈(5)，用于在工作中随电机轴(8)与端面密封环(6)同步转动，从而对端面密封环(6)与电机轴(8)起到径向密封作用。
6.根据权利要求4所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构，其特征在于，所述弹簧座(3)，用于对弹簧(2)起到径向定位作用，并限定O型密封圈(5)的轴向位置。
7.根据权利要求4所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构，其特征在于，所述石墨衬套(7)与端面密封环(6)接触的上端面上加工有储油环槽；
所述石墨衬套(7)的储油环槽内填充有燃油，用于在石墨衬套(7)与端面密封环(6)的接触面之间形成润滑油膜。
8.根据权利要求4所述的油泵用集成式组合旋转动密封结构，其特征在于，所述迷宫密封结构为非接触密封结构，用于对螺旋密封结构和端面机械密封结构起到辅助密封作用，所述下密封环(4)压装在油泵壳体(9)安装槽的第二级台阶上，上密封环(1)与下密封环(4)接触的端面设置有密封环槽，且上密封环(1)端面凸起环插入下密封环(4)端面凹槽中，二者之间有一间隙；
所述迷宫密封结构中的上密封环(1)与下密封环(4)在工作中互不接触，下密封环(4)压装在油泵壳体(9)内，静止不动，上密封环(1)随电机轴(8)进行转动。
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