CN114542327B - 一种液氧泵用机械密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液氧泵用机械密封装置，叶轮推进环、介质侧动环、介质侧静环、背部静环及背部动环依次安装在轴套上，叶轮推进环与介质侧动环连接，介质侧动环与介质侧静环采用镶装硬环结构连接，背部静环与介质侧静环密封连接，叶轮推进环、介质侧动环、介质侧静环、背部静环、背部动环与轴套之间形成密封腔一，背部动环与背部静环连接。本密封装置为双端面机械密封，合理的降低机械密封的功耗及泄漏量。根据空腔的压力改变形状，进而改变机械密封端面坝区的压力分布趋势，可以尽可能的降低密封功耗和泄漏量，满足液氧泵的要求。

Description

一种液氧泵用机械密封装置
技术领域
本发明涉及一种密封装置，尤其涉及一种液氧泵用机械密封装置，属于机械技术领域。
背景技术
液体火箭发动机液氧泵工作温度为-183℃，工作压力为1～2MPa，端面平均线速度为60～75m/s。机械密封要经受涡轮泵轴向和径向较大振动载荷，工作环境非常恶劣。
液氧泵用机械密封对空间要求较高，而且因为液氧溢出的高危险性，对泄漏量也比较敏感。因此液氧泵机械密封设计的一般要求为：密封结构简单可靠，且不需要辅助密封系统；发动机预冷充填时，密封泄漏量为零；发动机工作时，密封后端只允许泄漏少量气氧；机械密封必须具有多次启动工作能力。
目前一般采用波纹管机械密封结构形式，采用焊接方式将波纹管焊接在法兰盘与静环之间。但是液氧泵机械密封用金属波纹管在生产、装配、试验过程中，轴向如果产生拉伸塑性变形，导致金属波纹管自由高度偏离设计值，密封装配后波纹管将会受压，增大密封摩擦功耗，从而降低了密封工作可靠性。
发明内容
本发明是针对现有技术的不足，提供一种液氧泵用机械密封装置，可增强的密封效果，延长密封装置的使用寿命。
这种液氧泵用机械密封装置，叶轮推进环、介质侧动环、介质侧静环、背部静环及背部动环依次安装在轴套上，叶轮推进环与介质侧动环连接，叶轮推进环与轴套之间及叶轮推进环与介质侧动环之间形成双端面机械密封，介质侧动环与介质侧静环采用镶装硬环结构连接，用于抵抗轴向和径向振动载荷，背部静环与介质侧静环密封连接，叶轮推进环、介质侧动环、介质侧静环、背部静环、背部动环与轴套之间形成密封腔一，密封腔一承接介质侧密封泄漏的液氧，背部动环与背部静环连接。
进一步优化，所述的叶轮推进环与介质侧动环之间设置环座，叶轮推进环与轴套之间设有锁紧环及传动销。
进一步优化，所述的介质侧静环与背部静环之间设有辅助密封环，背部动环与轴套之间设有辅助密封环。
进一步优化，所述的背部动环与轴套之间设置有弹性元件，一般采用弹簧。
进一步优化，所述的背部动环上设置有密封腔二，进一步增大容纳液氧的空间，减少泄漏量。
进一步优化，所述的密封腔二空间可变，随着密封腔一压力的增加产生自适应变形，进而可以有效的调节密封端面坝区压力，减少泄漏量。
进一步优化，所述的背部动环通过动环环座安装在轴套上，动环本体安装在动环环座上，背部动环的膜片安装在动环本体上，动环环座上开有毛细孔，保证膜片端面变形的时候背部压力平衡。
进一步优化，为保证膜片受压后的可恢复，所述的膜片为弹性膜片。
进一步优化，所述的叶轮推进环采用聚四氟乙烯材料。
本发明优点在于：1.本密封装置为双端面机械密封，介质测的密封采用叶片的推进力作为机械密封闭合力，可以兼顾机械密封在泵运转时和非运转时的两种情况，合理的降低机械密封的功耗及泄漏量。2.根据空腔的压力自适应改变膜片的形状，进而改变机械密封端面坝区的压力分布趋势，可以尽可能的降低密封功耗和泄漏量，满足液氧泵的要求。
附图说明
图1为一种液氧泵用机械密封装置的结构示意图。
图2为背部动环和背部静环放大结构示意图。
图3为背部动环放大结构示意图。
图中标记：1-叶轮推进环，2-介质侧动环，3-介质侧静环，4-辅助密封环，5-背部静环，6-背部动环，7-弹簧，8-轴套，9-锁紧环，10-传动销，6.1-膜片，6.2-动环环座，A-密封腔一，B-密封腔二。
具体实施方式
下面结合附图对一种液氧泵用机械密封装置进行进一步说明。
这种液氧泵用机械密封装置，叶轮推进环1(可采用聚四氟乙烯)、介质侧动环2、介质侧静环3、背部静环5及背部动环6依次安装在轴套8上，叶轮推进环1与介质侧动环2之间设置环座，叶轮推进环1通过环座将力传递给介质侧动环2，叶轮推进环1与轴套8之间及叶轮推进环1与介质侧动环2之间形成双端面机械密封，在泵轴旋转时，叶轮推进环1采用特殊设计，叶轮推进环1与轴套8之间设有锁紧环9及传动销10，叶轮推进环1与介质侧动环2之间设置环座，介质侧动环2与介质侧静环3采用镶装硬环结构连接，用于抵抗轴向和径向振动载荷，背部静环5与介质侧静环3密封连接，叶轮推进环1、介质侧动环2、介质侧静环3、背部静环5、背部动环6与轴套8之间形成密封腔一A，密封腔一A承接介质侧密封泄漏的液氧，背部动环6与背部静环5连接，背部动环6与背部静环5配合形成第二道密封，防止泄露。
为进一步增强该密封装置的密封可靠性，介质侧静环3与背部静环5之间设有辅助密封环4，背部动环6与轴套8之间设有辅助密封环4。
背部动环6与轴套8之间设置有弹性元件，一般采用弹簧7。
为进一步增大容纳液氧的空间，背部动环6上设置有密封腔二B，且密封腔二B空间可变。背部动环6通过动环环座6.2安装在轴套8上，动环本体安装在动环环座6.2上，背部动环6的膜片6.1安装在动环本体上，动环环座6.2上开有毛细孔，保证膜片6.1端面变形的时候背部压力平衡。为保证膜片6.1受压后的可恢复，膜片6.1为弹性膜片。
原理：这种液氧泵用机械密封装置，为双端面机械密封，其中介质侧采用聚四氟乙烯叶轮推进环1作为机械密封介质侧动环2与介质侧静环3端面闭合力的来源。在泵轴旋转时，叶轮推进环1与轴共同旋转产生向前推力与介质测的压力达到密封环面闭合的作用，泵轴不旋转时，紧靠介质压力产生的压紧力使密封环闭合，能量损失小。介质侧机械密封的介质侧动环2与介质侧静环3，采用镶装硬环结构形式用于抵抗轴向和径向振动载荷，并形成第一道密封结构。背部密封的背部动环6与背部静环5配对组成第二道密封阻止泄漏。
密封腔一A承接介质侧密封泄漏的液氧，液氧气化后密封腔一A压力会增加，在密封腔一A压力增大的情况下，背部动环6上的环面上的膜片会根据密封腔一A压力的变化产生变形，自内而外的适应压力的变化，即：膜片的内径变形量增大，同时外径的变形量降低，见图2，此微米级变形会改变机械密封端面坝区的受力，在流体沿箭头向外泄漏趋势时，会增大坝区液膜阻力，降低背部机械密封泄漏量。动环环座6.2上开有毛细孔与外界连通，保证膜片变形的时候背部压力平衡，见图3。
以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的任何修改、等效变换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液氧泵用机械密封装置，其特征在于：叶轮推进环、介质侧动环、介质侧静环、背部静环及背部动环依次安装在轴套上，叶轮推进环与介质侧动环连接，介质侧动环与介质侧静环采用镶装硬环结构连接，背部静环与介质侧静环密封连接，叶轮推进环、介质侧动环、介质侧静环、背部静环、背部动环与轴套之间形成密封腔一，背部动环与背部静环连接。
2.根据权利要求1所述的一种液氧泵用机械密封装置，其特征在于：所述的叶轮推进环与介质侧动环之间设置环座，叶轮推进环与轴套之间设有锁紧环及传动销。
3.根据权利要求1所述的一种液氧泵用机械密封装置，其特征在于：所述的介质侧静环与背部静环之间设有辅助密封环，背部动环与轴套之间设有辅助密封环。
4.根据权利要求1所述的一种液氧泵用机械密封装置，其特征在于：所述的背部动环与轴套之间设置有弹性元件。
5.根据权利要求1所述的一种液氧泵用机械密封装置，其特征在于：所述的背部动环上设置有密封腔二。
6.根据权利要求5所述的一种液氧泵用机械密封装置，其特征在于：所述的密封腔二空间可变。
7.根据权利要求1或5所述的一种液氧泵用机械密封装置，其特征在于：所述的背部动环通过动环环座安装在轴套上，动环本体安装在动环环座上，背部动环的膜片安装在动环本体上，动环环座上开有毛细孔。
8.根据权利要求7所述的一种液氧泵用机械密封装置，其特征在于：所述的膜片为弹性膜片。
9.根据权利要求1所述的一种液氧泵用机械密封装置，其特征在于：所述的叶轮推进环采用聚四氟乙烯材料。
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