CN114962645A - 动密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动密封结构，包括：柔性密封件，柔性密封件包括高温棉以及包裹在高温棉外的陶瓷纤维层；弹性件，设置在柔性密封件的外侧。该密封件相较于陶瓷栅板密封而言柔性更好，可以根据待密封处的形状适应成不同形式结构，尤其是对弯折处有密封要求的结构。由于将弹性件设置在了柔性密封件的外侧，因此相比于基线密封而言，可以不受金属材料耐温性的影响，使得动密封结构可以适用于更高的工作温度。因此本发明的技术方案解决了现有技术中的高温动密封结构的回弹性差，使用温度受限的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种动密封结构。
背景技术
随着航空航天、核工业、石油化工及通用机械等领域的快速发展，对密封技术提出了更高的要求，传统的橡胶、塑料或金属密封已难以满足使用要求。尤其是在航空航天和武器装备上的应用，某些部位的服役环境相当苛刻，特别是对耐高温抗氧化性能提出了更高的要求。对于航天航空技术而言，高温密封是高超声速飞行器热防护系统和发动机中的关键技术之一，高速飞行器在飞行过程中要承受高热负荷及氧化环境和高达1000℃以上的气体冲击，因此高温密封结构的性能对于飞行器的运行而言至关重要。
现有技术中，高温动密封主要包括陶瓷栅板密封和基线密封两种结构。其中，陶瓷栅板密封栅板片为碳化硅陶瓷，正常使用温度可达1357℃，栅板间的相对滑动可依照侧壁的扭曲变形来调整。但对于大缝隙结构，栅板密封的回弹性略差。基线密封主要有三部分组成：高温合金丝编织弹性元件，其用以保证回弹性；弹性元件内部填充高温棉，起密封作用；在弹性元件外面包覆着一层或两层陶瓷纤维编织层作为防热及抗磨屏障。但是在上述结构中，中间层的金属弹簧与高温介质直接接触，基线密封的使用温度受到金属材料的限制。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的高温动密封结构的回弹性差，使用温度受限的缺陷，从而提供一种动密封结构。
为了解决上述问题，本发明提供了
一种动密封结构，包括：柔性密封件，柔性密封件包括高温棉以及包裹在高温棉外的陶瓷纤维层；弹性件，设置在柔性密封件的外侧。
可选地，高温棉的材质为硅酸铝或者石棉。
可选地，陶瓷纤维层的材质为氧化铝纤维、硅酸铝纤维或者碳纤维。
可选地，弹性件的材质为GH4145、GH4169、GH2132、GH4090或者SiC复合材料。
可选地，柔性密封件为环形结构，弹性件为环形结构，弹性件环绕设置在柔性密封件外。
可选地，弹性件为中空结构。
可选地，陶瓷纤维层的内侧面为弧形面，陶瓷纤维层的外侧面为平面。
可选地，弹性件的截面直径与柔性密封件的高度的比例在0.7至0.9的范围内。
可选地，动密封结构还包括保护层，保护层设置在柔性密封件和弹性件之间。
可选地，保护层为高温隔热毡。
本发明具有以下优点：
利用本发明的技术方案，柔性密封件相较于陶瓷栅板密封而言柔性更好，可以根据待密封处的形状适应成不同形式结构，尤其是对弯折处有密封要求的结构。由于将弹性件设置在柔性密封件的外侧，因此相比于基线密封而言，可以不受金属材料耐温性的影响，使得动密封结构可以适用于更高的工作温度。因此本发明的技术方案解决了现有技术中的高温动密封结构的回弹性差，使用温度受限的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的动密封结构的安装示意图；
图2示出了图1中动密封结构被压缩的结构示意图；
图3示出了图1中动密封结构的剖视示意图；
图4示出了图1中动密封结构的柔性密封件的结构示意图；
图5示出了图1中动密封结构的弹性件的结构示意图；
图6示出了用于安装图1中动密封结构的安装槽的结构示意图。
附图标记说明：
10、柔性密封件；11、高温棉；12、陶瓷纤维层；20、弹性件；30、保护层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1和图2所示，本实施例的动密封结构包括柔性密封件10和弹性件20。其中，柔性密封件10包括高温棉11以及包裹在高温棉11外的陶瓷纤维层12。弹性件20设置在柔性密封件10的外侧。
利用本实施例的技术方案，柔性密封件10相较于陶瓷栅板密封而言柔性更好，可以根据待密封处的形状适应成不同形式结构，尤其是对弯折处有密封要求的结构。由于将弹性件20设置在了柔性密封件10的外侧，因此相比于基线密封而言，可以不受金属材料耐温性的影响，使得动密封结构可以适用于更高的工作温度。因此本实施例的技术方案解决了现有技术中的高温动密封结构的回弹性差，使用温度受限的缺陷。同时，本实施例中的动密封结构具有可靠性靠，降低了密封的泄漏率，增加了密封的可重复使用性和寿命，提高了构件的可靠性等优点。
需要说明的是，弹性件20位于柔性密封件10的外侧指的是，弹性件20位于柔性密封件10的远离高温密封处的一侧，进而使得弹性件20不与高温环境接触，因此使得本实施例的动密封结构能够适用于更高的环境温度中。
本实施例中，柔性密封件10的高温棉11起到了密封作用，柔性密封件10的陶瓷纤维层12具有隔热和抗磨的作用。弹性件20用以保证密封回弹性以及密封与密封轴的跟随性。本实施例的动密封结构利用弹性件20的高温弹性使柔性密封件10被持续压紧，起到密封作用。
优选地，柔性密封件10的高温棉11需要被陶瓷纤维层12全部包裹。并且高温棉11需要均布在陶瓷纤维层12内。
优选地，本实例中的高温棉11的材质为硅酸铝或者石棉。或者，高温棉11也可以由其他的硅酸盐材质制成。
优选地，本实施例中的陶瓷纤维层12的材质为氧化铝纤维、硅酸铝纤维或者碳纤维。其中，陶瓷纤维不仅耐高温，材料耐磨性好，表面摩擦力低，在密封轴进行往复运动时，所需的摩擦力小，大幅度提升了系统的使用寿命。
优选地，本实施例中的弹性件20的材质为GH4145、GH4169、GH2132、GH4090或者SiC复合材料。具体而言，弹性件20是可以是高温合金材质或复合材料材质，在给定温度下对柔性密封件10提供一定的回弹力。进一步地，可以根据不同的使用温度来确定弹性件20的具体材质。在使用温度不超过910℃使用高温合金金属加工的弹性元件，当温度在550℃以下使用GH2132，当温度在600℃以下使用GH4145，当温度在650℃以下使用GH4169，当温度在650℃～910℃使用GH4090，超过910℃采用SiC复合材料加工的弹性元件。
如图3至图5所示，在本实施例的技术方案中，柔性密封件10为环形结构，弹性件20为环形结构，弹性件20环绕设置在柔性密封件10外。具体而言，柔性密封件10和弹性件20被安装在轴孔的侧壁的环形凹槽内。柔性密封件10和弹性件20均为环形结构，并且弹性件20环绕在柔性密封件10外，因此弹性件20远离高温区域。从图1还可以看到，动密封结构安装在环形凹槽内后，柔性密封件10的内侧凸出于环形凹槽的内壁面。如图2所示，当轴体穿入至轴孔内后，柔性密封件10被挤压压缩。
当然，根据待密封处的结构不同，本领域技术人员可以将柔性密封件10和弹性件20设置成不同的结构形式。
优选地，本实施例中的弹性件20为中空结构。进一步地，管状的弹性件20有高温合金丝编织形成。
如图2所示，在本实施例的技术方案中，陶瓷纤维层12的内侧面为弧形面，陶瓷纤维层12的外侧面为平面。上述结构使得柔性密封件10的截面形成“D”型结构。陶瓷纤维层12的内侧面为弧形面，进而使得柔性密封件10与轴体的外侧壁配合的更加紧密；陶瓷纤维层12的外侧面为平面，能够使得柔性密封件10与弹性件20更好配合。
如图1所示，在本实施例的技术方案红，动密封结构还包括保护层30，保护层30设置在柔性密封件10和弹性件20之间。具体而言，保护层30起到了隔热和保护的效果，一方面能够进一步将弹性件20与高温环境隔绝，提高弹性件20的使用寿命，另一方面，能够防止弹性件20划伤柔性密封件10的外表面。
优选地，保护层30为高温隔热毡，保护层30可以由陶瓷材质制成。
进一步地，装配时，依次将弹性件20、保护层30和柔性密封件10装入至密封安装槽内。
进一步地，本实施中的各个结构的尺寸关系如下：
如图2所示，在本实施例的技术方案中，弹性件20的截面直径与柔性密封件10的高度的比例在0.7至0.9的范围内，优选地，该比例为0.8。也即图4和图5中，Φd＝0.8a。
如图2和图6所述，环形凹槽的深度为f，且该深度f为动密封结构的截面长度l的80％，也即f＝0.8l。上述结构保证密封的压缩量为20％。环形凹槽的高度为e与柔性密封件10的高度相同，即e＝a。
本实施例中的动密封结构属于流体密封技术领域。主要应用于航空、航天、核工业、石油化工及通用机械等领域涉及往复运动密封等场合，特别是工作中密封副存在较大位移高温工况。具体涉及航空发动机、飞行器等领域用密封，可实现多次重复使用的场合。本发明采用组合式弹性基线热阻密封装置，突破了高温环境下阻隔介质泄漏的难题，提高了附件结构设备的工作可靠性，同时具备密封性能好、隔热效果好、重复使用寿命长等特点，维护简单，使用成本低。
本实施例的动密封结构经某高校航天学院发动机热试验考核，该动密封装置泄漏率低，满足高温1000℃的工作环境密封要求，并且具备可重复使用功能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种动密封结构，其特征在于，包括：
柔性密封件(10)，所述柔性密封件(10)包括高温棉(11)以及包裹在所述高温棉(11)外的陶瓷纤维层(12)；
弹性件(20)，设置在所述柔性密封件(10)的外侧。
2.根据权利要求1所述的动密封结构，其特征在于，所述高温棉(11)的材质为硅酸铝或者石棉。
3.根据权利要求1所述的动密封结构，其特征在于，所述陶瓷纤维层(12)的材质为氧化铝纤维、硅酸铝纤维或者碳纤维。
4.根据权利要求1所述的动密封结构，其特征在于，所述弹性件(20)的材质为GH4145、GH4169、GH2132、GH4090或者SiC复合材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的动密封结构，其特征在于，所述柔性密封件(10)为环形结构，所述弹性件(20)为环形结构，所述弹性件(20)环绕设置在所述柔性密封件(10)外。
6.根据权利要求5所述的动密封结构，其特征在于，所述弹性件(20)为中空结构。
7.根据权利要求5所述的动密封结构，其特征在于，陶瓷纤维层(12)的内侧面为弧形面，所述陶瓷纤维层(12)的外侧面为平面。
8.根据权利要求5所述的动密封结构，其特征在于，所述弹性件(20)的截面直径与柔性密封件(10)的高度的比例在0.7至0.9的范围内。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的动密封结构，其特征在于，所述动密封结构还包括保护层(30)，所述保护层(30)设置在柔性密封件(10)和弹性件(20)之间。
10.根据权利要求9所述的动密封结构，其特征在于，所述保护层(30)为高温隔热毡。
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