CN114909231A - 超低温双向静密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超低温双向静密封结构，该静密封结构包括：轴、第一轴套、第二轴套、密封环和锁紧螺母。其中，轴包括具有螺纹的第一轴段、与第一轴段连接的第二轴段和直径大于第二轴段且与第二轴段连接的第三轴段。第一轴套具有第一密封凸起，第一轴套设置于第二轴段上。第二轴套具有密封槽，第二轴套设置于第二轴段上，第二轴套与第一轴套相邻。密封环位于密封槽内，且密封环设置于第二轴段上，用于密封第一轴套和第二轴套。锁紧螺母设置于第一轴段上的螺纹处，用于拧紧第二轴段上的第一轴套和第二轴套。本发明提供的静密封结构能够实现超低温环境下的轴向和径向的双向密封，且密封效果显著，不会因环境温度的变化而出现密封不严的现象。

Description

超低温双向静密封结构

技术领域

本发明涉及密封技术领域，尤其涉及双向静密封结构，具体为一种超低温双向静密封结构。

背景技术

轴套静密封在液体火箭发动机涡轮泵轮中是一个关键的结构。氧化剂泵和燃料泵之间必须有可靠的动密封及静密封结构，来阻止氧化剂和燃料的相遇。而轴套之间以及轴套与轴之间的密封是急需解决的问题，一旦氧化剂和燃料通过轴套与轴之间的配合间隙发生泄漏，氧化剂与燃料就会相遇发生爆炸。所以必须设计轴套静密封结构来阻止氧化剂和燃料的相遇。

现有技术中，液体火箭发动机静密封结构通常有O型圈、柔性石墨垫、F4垫以及铝垫等。其中橡胶O型圈在超低温(-50℃以下)环境下弹性会急剧降低，甚至消失，导致密封失效，因此不能用于超低温轴套静密封；柔性石墨垫存在分层结构，仅可以作为单方向的静密封；F4垫存在“冷流性”(蠕变)，即在超过特定的紧缩应力时，会发生永久塑性变形，又因为其线膨胀系数很大，在超低温环境下很可能导致密封失效；在特定的压力下普通结构的密封铝垫直径变形量有限，很难实现轴向和径向的双向密封。

因此本领域技术人员亟需一种能够在超低温状态下实现轴向和径向的双向静密封结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超低温双向静密封结构，该密封结构能够在超低温状态下实现密封，且能够实现轴向和径向的双向密封，充分避免液氧或燃料的泄露。

本发明提供了一种超低温双向静密封结构，该静密封结构包括：轴，包括具有螺纹的第一轴段、与所述第一轴段连接的第二轴段和直径大于所述第二轴段且与所述第二轴段连接的第三轴段；具有第一密封凸起的第一轴套，设置于所述第二轴段上，且所述第一密封凸起为环形密封凸起；具有密封槽的第二轴套，设置于所述第二轴段上，所述第二轴套与所述第一轴套相邻，且所述第一轴套具有所述第一密封凸起的一侧与所述第二轴套具有所述密封槽的一侧相邻；位于所述密封槽内的密封环，设置于所述第二轴段上，所述密封环的厚度大于所述密封槽的轴向深度，且所述密封环能够挤压变形，用于密封所述第一轴套和所述第二轴套；以及锁紧螺母，设置于所述第一轴段上的螺纹处，用于压紧所述第二轴段上的所述第一轴套和所述第二轴套。

本发明的具体实施方式中，所述第一轴套和所述第二轴套的总长度大于所述第二轴段的长度。

作为本发明的一种实施方式，所述第一轴套设置于所述第二轴段与所述第三轴段的分界处。

作为本发明的一种实施方式，所述第二轴套设置于所述第二轴段与所述第三轴段的分界处。

本发明的具体实施方式中，所述第一轴套与所述第二轴段之间为间隙配合，所述第二轴套与所述第二轴段之间为间隙配合。

本发明的具体实施方式中，所述密封环为铝垫。

作为本发明的一种实施方式，所述密封环靠近所述第二轴套的一侧具有第二密封凸起。

其中，所述第二轴套上的所述密封槽内与所述第二密封凸起对应的位置具有密封凹槽，所述第二密封凸起与所述密封凹槽配合。

本发明的具体实施方式中，所述密封凹槽的尺寸小于所述第二密封凸起的尺寸。

本发明的具体实施方式中，所述第二密封凸起为环形密封凸起。

根据上述实施方式可知，本发明提供的一种超低温双向静密封结构具有以下益处：本发明提供的静密封结构利用铝受压力易变性的特点，将其作为密封环设置于需要密封的轴段上，且铝制的密封环受到挤压后能够实现径向和轴向上的变形，进而实现轴向密封，径向上因为特殊设置的密封凸体挤压密封环，所以能够实现径向上的密封。另外，与现有技术相比，该密封结构能够实现超低温环境下的密封，不会因为温度的变化而改变密封状态。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

下面的附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。

图1为本发明提供的一种超低温双向静密封结构的使用状态图。

图2为本发明提供的一种超低温双向静密封结构的剖视图。

图3为本发明提供的一种超低温双向静密封结构的实施例一局部图。

图4为本发明提供的一种超低温双向静密封结构的第一轴套的实施例一的结构图。

图5为本发明提供的一种超低温双向静密封结构的第一轴套的实施例二的结构图。

图6为本发明提供的一种超低温双向静密封结构的第一轴套的实施例三的结构图。

图7为发明提供的一种超低温双向静密封结构的实施例二的局部图。

附图标记说明：

1-轴、2-第一轴套、3-第二轴套、4-密封环、5-锁紧螺母；

11-第一轴段、12-第二轴段、21-第一密封凸起、31-密封槽、32-密封凹槽、41-第二密封凸起。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

如图1所示为本发明提供的一种超低温双向静密封结构的使用状态图。图中所示的为一整个密封系统，包括了动密封结构和静密封结构。在一些应用场景中，动密封结构的第二轴套3侧可以是高压超低温液氧，在动密封结构的第一轴套2侧可以是高压超低温燃料。动密封结构具有三个通道，其中中间通道为惰性气体的进入通道，两侧分别为惰性气体和泄露的燃料的流出通道以及惰性气体和泄露的液氧的流出通道。这其中惰性气体起到了隔离的作用，避免液氧和燃料相遇发生爆炸。

又由于第一轴套2与第二轴段12之间是间隙配合，且第二轴套3与第二轴段12之间也是间隙配合。液氧和燃料也可以从轴套与轴之间的配合间隙发生泄漏，液氧与燃料相遇后发生爆炸。所以需要超低温环境下的轴套静密封结构来阻止液氧和燃料的相遇，而该处的静密封结构必须具有轴向和径向两个方向的密封作用，这样才能起到最佳的密封效果。

图2为本发明提供的一种超低温双向静密封结构的剖视图。如图2所示的实施例中，该静密封结构包括：轴1、第一轴套2、第二轴套3、密封环4和锁紧螺母5。其中，轴1包括具有螺纹的第一轴段11、与第一轴段11连接的第二轴段12和直径大于第二轴段12且与所述第二轴段12连接的第三轴段13。如图3所示，第一轴套2具有第一密封凸起21，且第一轴套2设置于第二轴段12上。具体实施方式中，第一密封凸起21为环形密封凸起，环形密封可以使轴的一周都能够达到相同的密封效果，避免某一处出现泄漏。第二轴套3具有密封槽31，且第二轴套3设置于第二轴段12上，并与第一轴套2相邻，且第一轴套2具有第一密封凸起21的一侧与第二轴套3具有密封槽31的一侧相邻。密封环4设置于密封槽31内，并且密封环4设置于第二轴段12上。具体实施方式中，密封环4的厚度大于密封槽31的轴向深度，且密封环4的材质能够挤压变形，密封环4是用于密封第一轴套2和第二轴套3。锁紧螺母5设置于第一轴段11上的螺纹处，锁紧螺母5用于压紧第二轴段12上的第一轴套2和第二轴套3，使得第一轴套2和第二轴套3相互挤压，使得密封环4能够在压紧力的作用下变形，即密封环4轴向变薄，外圈直径变大，内圈直径变小，与第二轴段12过盈配合。另外，第一密封凸起21将密封槽31内的密封环4挤压变形，使密封环4箍紧第二轴段12，实现密封环4与第二轴段12过盈配合，发挥密封环4的轴向密封作用，同时第一密封凸起21挤进密封环4内，从而实现了径向密封。

本发明的具体实施方式中，第一轴套2和第二轴套3的总长度大于第二轴段12的长度，而密封槽31的位置是位于第二轴段12处。只有当第一轴套2和第二轴套3的总长度大于第二轴段12的长度，位于第一轴段11上的锁紧螺母5才能够通过旋转来对第一轴套2和第二轴套3进行紧固以及挤压。另外，第一轴套2设置于第二轴段12与第三轴段13的分界处，且第一轴套2具有第一密封凸起21的一侧与第二轴套3具有密封槽31的一侧相邻。因为第三轴段13的直径大于第二轴段12，所以第三轴段13与第二轴段12的分界处会形成的轴径差，这样第三轴段13就可以阻挡设置于第二轴段12上的第一套筒2向第三轴段的方向移动。

本发明的另外一种实施方式中，第二轴套3设置于第二轴段12与第三轴段13的分界处，且第一轴套2具有第一密封凸起21的一侧与第二轴套3具有密封槽31的一侧相邻。同理，因为第三轴段13的直径大于第二轴段12，所以第三轴段13与第二轴段12的分界处会形成的轴径差，这样第三轴段13就可以阻挡设置于第二轴段12上的第二套筒3向第三轴段的方向移动。

本发明的具体实施方式中，密封环4为铝垫，所以密封环4在受到压力时很容易发生形变。且密封环4的厚度大于密封槽31的轴向深度，当第一轴套2和第二轴套3被压紧时，密封环4会被挤压变形与第二轴段12过盈配合，进而实现径向的密封。

本发明的具体实施方式中，第一密封凸起21为环形密封凸起。环形密封可以使轴的一周都能够达到相同的密封效果，避免某一处出现泄漏。如图4所示，第一密封凸起21的切面为三角形凸刺，三角形凸刺更有利于刺入铝制的密封环4内部，更好的实现径向密封。当拧紧锁紧螺母5的时候，第一轴套2和第二轴套3会相互挤压位于密封槽31内部的密封环4，同时第一密封凸起31会挤压进入密封环4的内部，进而使得密封环4发生径向和轴向的变形。其中，密封环4的外径会变大，且密封环4的内径也会变小，而密封环4变小的内径会箍紧第二轴段12，这样就实现了周向的密封。而第一套筒2和第二套筒3挤压密封环4，再加上第一密封凸起21紧紧的挤入密封环4的内部，这样就实现了径向的密封。

如图5所示为本发明提供的一种超低温双向静密封结构的第一轴套的实施例二的结构图，图中，第一密封凸起21的截面为圆弧形。圆弧形凸起结构可以使第一密封凸起21与密封环4之间的贴合的更加的紧密，不易发生泄漏。

如图6所示为本发明提供的一种超低温双向静密封结构的第一轴套的实施例三的结构图，图中，第一轴套2上具有多个第一密封凸起21，多个第一密封凸起21可以使密封环4的径向变化更大，使密封环4与第二轴段12的连接更加的紧固。

如图7所示为发明提供的一种超低温双向静密封结构的实施例二的局部图。图中，密封环4靠近第二轴套3的一侧具有第二密封凸起41。第二密封凸起41为环形密封凸起，环形密封可以使轴的一周都能够达到相同的密封效果，避免某一处出现泄漏。另外，第二轴套3上的密封槽31内与第二密封凸起41对应的位置具有密封凹槽32，且第二密封凸起41与密封凹槽32配合。这种密封方式可以提高第二轴套3与密封环4之间的密封效果，且第一密封凸起21和第二密封凸起41的共同作用能够使得密封效果得到更大的提升。本发明的具体实施方式中，密封凹槽32的尺寸小于第二密封凸起41的尺寸，从而使密封环4更多的发生挤压、变形，进一步改善周向和径向的密封效果。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.超低温双向静密封结构，其特征在于，该静密封结构包括：

轴(1)，包括具有螺纹的第一轴段(11)、与所述第一轴段(11)连接的第二轴段(12)和直径大于所述第二轴段(12)且与所述第二轴段(12)连接的第三轴段(13)；

具有第一密封凸起(21)的第一轴套(2)，设置于所述第二轴段(12)上，且所述第一密封凸起(21)为环形密封凸起；

具有密封槽(31)的第二轴套(3)，设置于所述第二轴段(12)上，所述第二轴套(3)与所述第一轴套(2)相邻，且所述第一轴套(2)具有所述第一密封凸起(21)的一侧与所述第二轴套(3)具有所述密封槽(31)的一侧相邻；

位于所述密封槽(31)内的密封环(4)，设置于所述第二轴段(12)上，所述密封环(4)的厚度大于所述密封槽(31)的轴向深度，且所述密封环(4)能够挤压变形，用于密封所述第一轴套(2)和所述第二轴套(3)；以及

锁紧螺母(5)，设置于所述第一轴段(11)上的螺纹处，用于压紧所述第二轴段(12)上的所述第一轴套(2)和所述第二轴套(3)。

2.根据权利要求1所述的超低温双向静密封结构，其特征在于，所述第一轴套(2)和所述第二轴套(3)的总长度大于所述第二轴段(12)的长度。

3.根据权利要求1所述的超低温双向静密封结构，其特征在于，所述第一轴套(2)设置于所述第二轴段(12)与所述第三轴段(13)的分界处。

4.根据权利要求1所述的超低温双向静密封结构，其特征在于，所述第二轴套(3)设置于所述第二轴段(12)与所述第三轴段(13)的分界处。

5.根据权利要求1所述的超低温双向静密封结构，其特征在于，所述第一轴套(2)与所述第二轴段(12)之间为间隙配合，所述第二轴套(3)与所述第二轴段(12)之间为间隙配合。

6.根据权利要求1所述的超低温双向静密封结构，其特征在于，所述密封环(4)为铝垫。

7.根据权利要求1所述的超低温双向静密封结构，其特征在于，所述密封环(4)靠近所述第二轴套(3)的一侧具有第二密封凸起(41)。

8.根据权利要求7所述的超低温双向静密封结构，其特征在于，所述第二轴套(3)上的所述密封槽(31)内与所述第二密封凸起(41)对应的位置具有密封凹槽(32)，所述第二密封凸起(41)与所述密封凹槽(32)配合。

9.根据权利要求8所述的超低温双向静密封结构，其特征在于，所述密封凹槽(32)的尺寸小于所述第二密封凸起(41)的尺寸。

10.根据权利要求7-9任一项所述的超低温双向静密封结构，其特征在于，所述第二密封凸起(41)为环形密封凸起。

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