CN113124165B - 适应高pv值可重复使用的组合式密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封装置，具体涉及一种适应高PV值可重复使用的组合式密封装置。本发明的目的是解决现有适应高PV值的动密封装置存在工况适应性差和重复使用性差的技术问题。该装置，采用迷宫密封和两道浮动环密封串联结构形成组合式非接触密封结构，形成第一、第二、第三道密封组合，其中，轴端螺母的与泵壳体内壁形成的迷宫密封为第一道密封，靠近轴端螺母的第一密封单元和第三石墨环与旋转轴形成的浮动环密封为第二道密封，所述靠近法兰的第二密封单元与旋转轴形成的浮动环密封为第三道密封，第二道密封与第三道密封之间设置介质泄漏通道；通过这三道密封，可实现逐级减压功能，减少液氧介质的泄漏。

Description

适应高PV值可重复使用的组合式密封装置

技术领域

本发明涉及一种密封装置，具体涉及一种适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，可用于液体火箭发动机涡轮泵、船舶、核工业等领域，以及其他领域对可靠性要求高且允许一定泄漏量的旋转装置中。

背景技术

在液体火箭发动机涡轮泵、船舶、核工业等领域，以及其他领域对可靠性要求高且允许一定泄漏量的旋转装置中，通常需要用到动密封装置。比如低温液体火箭发动机中的液氧煤油发动机氧化剂泵的密封，要求具有温度低、介质易气化、强氧化等特性。为防止氧化剂介质与燃料介质相遇而发生起火现象，通常在发动机氧化剂泵一侧设置一套动环和静环配合的端面密封装置，这种密封装置需要适应高PV值(PV值等于密封流体压力和密封端面平均滑移速度的乘积)，但其存在工况适应性差，不能充分适应低温和高压环境，重复使用性差，需要经常更换的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有适应高PV值的动密封装置存在工况适应性差和重复使用性差的技术问题，提供一种适应高PV值可重复使用的组合式密封装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，其特殊之处在于：

包括泵壳体、旋转轴、轴端螺母、密封组件、过流环和法兰；所述密封组件包括第一密封单元、第二密封单元和第三石墨环；

所述轴端螺母、第一密封单元、第三石墨环、过流环和第二密封单元均位于泵壳体内且沿旋转轴依次设置；所述泵壳体内壁上沿周向设有凸缘a，所述轴端螺母和第一密封单元分别位于凸缘a的两侧，并与凸缘a之间采用间隙配合；所述法兰与泵壳体靠近第二密封单元的一端通过螺栓连接，法兰内圆小于第二密封单元外圆，通过法兰将第二密封单元、过流环第一密封单元的外边缘沿旋转轴的轴向依次顶紧在凸缘a处；

所述轴端螺母与旋转轴螺纹连接，轴端螺母的外周与泵壳体内壁间隙配合；所述第一密封单元与第三石墨环之间、第三石墨环与过流环之间、过流环与第二密封单元内侧靠近旋转轴的部分之间均采用间隙配合，第一密封单元、过流环和第二密封单元分别与泵壳体内壁之间均采用间隙配合，第一密封单元、第三石墨环、过流环和第二密封单元分别与旋转轴之间均采用间隙配合；

所述过流环靠近第三石墨环的端面外边缘沿周向设有凸缘b，所述第三石墨环位于凸缘b内侧，二者间隙配合；过流环上沿径向设有第一通孔c，所述泵壳体上设有第二通孔d，第一通孔c与第二通孔d相对应，用于泵壳体内外空间的连通。

进一步地，所述第一密封单元和第二密封单元结构相同，均包括密封座和第一石墨环；

所述密封座为底部设有通孔的圆筒形结构，所述第一石墨环设置于密封座的筒体内，二者间隙配合；

所述密封座分别与泵壳体的内壁和旋转轴间隙配合，第一石墨环与旋转轴间隙配合；

第二密封单元的密封座外边缘、过流环的外边缘和第一密封单元的密封座外边缘被所述法兰沿旋转轴的轴向依次顶紧在所述凸缘a处。

进一步地，所述轴端螺母的外周上设有多个迷宫密封齿e。

进一步地，所述泵壳体内壁上与第一通孔c和第二通孔d对应位置处设有环腔f。

进一步地，所述螺栓有多个，多个螺栓沿法兰的同一圆周均布。

进一步地，所述泵壳体、旋转轴、轴端螺母、过流环、法兰、密封座和螺栓，均为不锈钢材质。

进一步地，所述第一石墨环和第三石墨环采用各向同性热解石墨材料。

进一步地，所述第一密封单元和第二密封单元均有两个。

本发明相比现有技术具有的有益效果如下：

1、本发明提供的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，采用迷宫密封和两道浮动环密封串联结构形成组合式非接触密封结构，形成第一、第二、第三道密封组合，其中，轴端螺母的与泵壳体内壁形成的迷宫密封为第一道密封，靠近轴端螺母的第一密封单元和第三石墨环(也可称为浮动环)与旋转轴形成的浮动环密封为第二道密封，所述靠近法兰的第二密封单元与旋转轴形成的浮动环密封为第三道密封，第二道密封与第三道密封之间设置介质泄漏通道；通过这三道密封，可实现逐级减压功能，减少液氧介质的泄漏，结构简单紧凑，通用性强，径向空间尺寸小，密封可靠性高，耐低温，稳定性好，可以适应高线速度、高压环境并实现多次重复使用，能够防止氧化剂介质与燃料介质相遇而发生起火，完全满足低温液体火箭发动机氧化剂泵高转速、低温、介质易气化和须多次重复使用的要求。

2、本发明提供的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，第二道密封后设置第一通孔与第二通孔组合形成的泄漏通道，使泄漏的大部分介质由泄漏通道泄出，之后设置第三道密封，进一步避免液氧介质和煤油介质相接触，确保涡轮泵可靠工作。

3、本发明提供的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，轴端螺母与泵壳体内壁形成的迷宫密封，可节约密封空间，同时降低浮动环密封前的密封压力，减小密封的介质泄漏量。

4、本发明提供的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，第一石墨环和第三石墨环均采用各向同性热解石墨材料，耐低温，抗冲击能力强。

5、本发明提供的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，用于液氧煤油火箭发动机涡轮泵时，可保证氧化剂介质在涡轮泵的工作和滑行阶段不发生大量泄漏。

附图说明

图1为本发明适应高PV值可重复使用的组合式密封装置实施例的结构示意图；

图2为本发明适应高PV值可重复使用的组合式密封装置实施例中轴端螺母的结构示意图；

附图标记说明：

1-泵壳体、2-旋转轴、3-轴端螺母、4-过流环、5-法兰、6-第三石墨环、7-螺栓、8-密封座、9-第一石墨环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

一种适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，如图1和图2所示，包括泵壳体1、旋转轴2、轴端螺母3、密封组件、过流环4和法兰5；所述密封组件包括第一密封单元、第二密封单元和第三石墨环6；第三石墨环6采用各向同性热解石墨材料；所述轴端螺母3、第一密封单元、第三石墨环6、过流环4和第二密封单元均位于泵壳体1内且沿旋转轴2依次设置；所述泵壳体1内壁上沿周向设有凸缘a，所述轴端螺母3和第一密封单元分别位于凸缘a的两侧，并与凸缘a之间采用间隙配合；所述法兰5与泵壳体1靠近第二密封单元的一端通过多个螺栓7连接，多个螺栓7沿法兰5的同一圆周均布，法兰5内圆小于第二密封单元外圆，通过法兰5将第二密封单元、过流环4第一密封单元的外边缘沿旋转轴2的轴向依次顶紧在凸缘a处。

所述轴端螺母3与旋转轴2螺纹连接，轴端螺母3的外周上设有多个迷宫密封齿e，与泵壳体1内壁间隙配合(当然也可以只是间隙配合，不采用迷宫密封齿e)，轴端螺母3的外周与泵壳体1内壁形成微小间隙，用于实现对低温液体介质的密封；所述第一密封单元与第三石墨环6之间、第三石墨环6与过流环4之间、过流环4与第二密封单元内侧靠近旋转轴2的部分之间，第一密封单元、过流环4和第二密封单元分别与泵壳体1内壁之间，第一密封单元、第三石墨环6、过流环4和第二密封单元分别与旋转轴2之间，均采用间隙配合。

所述过流环4靠近第三石墨环6的端面外边缘沿周向设有凸缘b，所述第三石墨环6位于凸缘b内侧，二者间隙配合；过流环4上沿径向设有第一通孔c，所述泵壳体1上设有第二通孔d，第一通孔c与第二通孔d组合作为泄漏通道，第一通孔c与第二通孔d相对应，用于泵壳体1内外空间的连通，当然第一通孔c也可设置多个，多个第一通孔c都与第二通孔d相通。泵壳体1内壁上与第一通孔c和第二通孔d对应位置处设有环腔，便于保证第一通孔c和第二通孔d连通，并用于缓冲泄漏通道处的压力。

所述第一密封单元和第二密封单元结构相同，均包括密封座8和第一石墨环9，第一石墨环9采用各向同性热解石墨材料；所述密封座8为底部设有通孔的圆筒形结构，所述第一石墨环9设置于密封座8的筒体内，二者间隙配合；所述密封座8分别与泵壳体1的内壁和旋转轴2间隙配合，第一石墨环9与旋转轴2间隙配合；第二密封单元的密封座8外边缘、过流环4的外边缘和第一密封单元的密封座8外边缘被所述法兰5沿旋转轴2的轴向依次顶紧在所述凸缘a处。所述泵壳体1、旋转轴2、轴端螺母3、过流环4、法兰5、密封座8和螺栓7，均为不锈钢材质。

以液氧煤油火箭发动机涡轮泵的液氧侧密封为例，第一密封单元和第二密封单元各采用两个，通过试车测试可满足以下要求：

密封介质压力：0.5～0.7MPa；

密封介质：液氧；

运转速度：45000±2000r/min；

温度：-191～-180℃。

工作原理：

轴端螺母3前充满低温液氧介质，轴端螺母3的迷宫密封齿e与泵壳体1内壁形成的迷宫密封为第一道密封，用于降低浮动环密封前的压力；靠近轴端螺母3的三道石墨环与旋转轴2形成的浮动环密封为第二道密封，第二道密封后设置介质的泄漏通道，液氧介质经第二道密封进一步减压后降至环境压力；靠近法兰5的两道石墨环与旋转轴2形成的浮动环密封为第三道密封，第三道密封前后压差为零，隔离了液氧介质和密封装置另一侧的燃料介质，二者不存在相遇的可能。

安装顺序：

装配前对泵壳体1内腔进行检查，防止残存多余物；将第一密封单元的第一石墨环9和密封座8先后装入泵壳体1中，将第三石墨环6、过流环4先后装入泵壳体1中，将第二密封单元的第一石墨环9和密封座8先后装入泵壳体1中，将法兰5与泵壳体1通过螺栓7连接，利用法兰5实现第二密封单元最左端的密封座8装配到位；将轴端螺母3装入旋转轴2上，与旋转轴2螺纹连接；将旋转轴2装入泵壳体1中，依次穿过第一密封单元的第一石墨环9和密封座8、第三石墨环6、过流环4、第二密封单元的第一石墨环9和密封座8，轴端螺母3外圆周面与泵壳体1内壁保持一定间隙。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，其特征在于：

包括泵壳体(1)、旋转轴(2)、轴端螺母(3)、密封组件、过流环(4)和法兰(5)；所述密封组件包括第一密封单元、第二密封单元和第三石墨环(6)；

所述轴端螺母(3)、第一密封单元、第三石墨环(6)、过流环(4)和第二密封单元均位于泵壳体(1)内且沿旋转轴(2)依次设置；所述泵壳体(1)内壁上沿周向设有凸缘a，所述轴端螺母(3)和第一密封单元分别位于凸缘a的两侧，并与凸缘a之间采用间隙配合；所述法兰(5)与泵壳体(1)靠近第二密封单元的一端通过螺栓(7)连接，法兰(5)内圆小于第二密封单元外圆，通过法兰(5)将第二密封单元、过流环(4)、第一密封单元的外边缘沿旋转轴(2)的轴向依次顶紧在凸缘a处；

所述轴端螺母(3)与旋转轴(2)螺纹连接，轴端螺母(3)的外周与泵壳体(1)内壁间隙配合；所述第一密封单元与第三石墨环(6)之间、第三石墨环(6)与过流环(4)之间、过流环(4)与第二密封单元的右侧下端之间均采用间隙配合，第一密封单元、过流环(4)和第二密封单元分别与泵壳体(1)内壁之间均采用间隙配合，第一密封单元、第三石墨环(6)、过流环(4)和第二密封单元分别与旋转轴(2)之间均采用间隙配合；

所述过流环(4)靠近第三石墨环(6)的端面外边缘沿周向设有凸缘b，所述第三石墨环(6)位于凸缘b内侧，二者间隙配合；过流环(4)上沿径向设有第一通孔c，所述泵壳体(1)上设有第二通孔d，第一通孔c与第二通孔d相对应，用于泵壳体(1)内外空间的连通。

2.根据权利要求1所述的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，其特征在于：

所述第一密封单元和第二密封单元结构相同，均包括密封座(8)和第一石墨环(9)；

所述密封座(8)为底部设有通孔的圆筒形结构，所述第一石墨环(9)设置于密封座(8)的筒体内，二者间隙配合；

所述密封座(8)分别与泵壳体(1)的内壁和旋转轴(2)间隙配合，第一石墨环(9)与旋转轴(2)间隙配合；

第二密封单元的密封座(8)外边缘、过流环(4)的外边缘和第一密封单元的密封座(8)外边缘被所述法兰(5)沿旋转轴(2)的轴向依次顶紧在所述凸缘a处。

3.根据权利要求1或2所述的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，其特征在于：

所述轴端螺母(3)的外周上设有多个迷宫密封齿e。

4.根据权利要求3所述的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，其特征在于：

所述泵壳体(1)内壁上与第一通孔c和第二通孔d对应位置处设有环腔f。

5.根据权利要求4所述的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，其特征在于：

所述螺栓(7)有多个，多个螺栓(7)沿法兰(5)的同一圆周均布。

6.根据权利要求2所述的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，其特征在于：

所述泵壳体(1)、旋转轴(2)、轴端螺母(3)、过流环(4)、法兰(5)、密封座(8)和螺栓(7)，均为不锈钢材质。

7.根据权利要求6所述的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，其特征在于：

所述第一石墨环(9)和第三石墨环(6)采用各向同性热解石墨材料。

8.根据权利要求1所述的适应高PV值可重复使用的组合式密封装置，其特征在于：

所述第一密封单元和第二密封单元均有两个。

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