CN115727130A - 一种静密封件和密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种静密封件和密封结构，包括：密封主体，呈耐热陶瓷材质设置，适于朝向高温环境一侧，并阻挡流体穿过；弹性件，设置在密封主体外侧，与密封主体连接设置，适于沿远离高温环境一侧设置。通过设置耐热陶瓷材质的密封主体，比金属材质可以承受更高的工作温度，提高了静密封件的适用范围，同时，在密封主体外侧连接设置弹性件，可以向密封主体施加弹性作用力，将密封主体压设在所需密封的缝隙处，提高静密封件的回弹性能和对缝隙工况的适应性，可以在所处密封结构如法兰件等发生形变时，保持结构的密封性能，此外，通过增大距离和提高密封主体的隔热作用，有效降低对弹性件的耐高温要求，进一步提高静密封件的使用寿命。

Description

一种静密封件和密封结构

技术领域

本发明涉及高温密封技术领域，具体涉及一种静密封件和密封结构。

背景技术

对于航天航空技术而言，高温静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，因此高温静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，高温静密封主要包括金属密封和普通陶瓷密封两种。其中，金属密封作为高温密封使用时，通常采用高温合金材料，但是由于金属硬度较大，一般会在密封表面喷涂软金属材料，如银层、铜层、金层等，通过软金属层的塑性变形填充法兰表面的加工和材质导致的凹凸不平，进而增强金属密封的密封性能。但是，作为高温金属密封最常使用的材料如GH4169、GH4145等，材料的最高使用温度均不超过650℃，限制了金属密封的在更高温度范围使用。

而普通陶瓷密封主要使用氧化铝纤维、硅酸铝纤维等材质，工作温度可达1200℃，但是当法兰变形量较大，或者高压下螺栓拉伸导致法兰与密封结构分离时，普通陶瓷密封回弹性差难以适应工况。

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高温静密封的两种密封方式分别存在温度适应范围小以及回弹性差密封性低的缺陷，从而提供一种静密封件和密封结构。

本发明提供一种静密封件，包括：密封主体，呈耐热陶瓷材质设置，适于朝向高温环境一侧，并阻挡流体穿过；弹性件，设置在所述密封主体外侧，与所述密封主体连接设置，适于沿远离所述高温环境一侧设置。

密封主体包括：壳体，至少部分所述壳体呈弹性设置；容纳腔，设置在所述壳体内，所述容纳腔内填充设置有耐热密封介质。

壳体包括：密封部，呈弹性设置，适于朝向高温环境一侧凸出设置；承载部，与所述密封部连接并成型有所述容纳腔，所述承载部远离所述密封部的一侧连接设置有所述弹性件，所述弹性件的弹性作用力沿朝向密封部方向作用在承载部上。

容纳腔呈闭合设置，所述耐热密封介质在所述容纳腔内呈均匀分布设置。

壳体在外力作用下的压缩量占比为A，25％≤A≤35％。

壳体呈陶瓷纤维层设置，所述耐热密封介质呈高温棉设置。

高温棉的材质为硅酸铝，和/或，石棉，和/或，氧化铝。

陶瓷纤维层的材质为氧化铝纤维，和/或，硅酸铝纤维，和/或，碳纤维。

弹性件的材质为耐高温金属材料，或耐高温复合材料。

弹性件呈波形弹簧结构，或，金属橡胶垫结构，或，斜圈弹簧结构，或，普通弹簧。

本实施例提供一种密封结构，包括：法兰组件，包括相互连接设置的第一法兰件和第二法兰件，所述第二法兰件与所述第一法兰件之间成型有第一槽体，所述法兰组件的内侧适于通过高温流体；

上述的静密封件，设置在所述第一槽体内，适于密封所述第一法兰件和所述第二法兰件的间隙，所述弹性件沿所述第一槽体的槽底一侧设置，所述密封主体沿所述第一槽体的槽口一侧设置。

第一槽体设置在所述第二法兰件上，所述第一法兰件适于封盖所述第一槽体的槽口，并与所述密封主体的密封部抵接设置。

壳体的弹性压缩量为B，所述弹性件的弹性压缩量为C，C＞B。

密封主体与所述第一法兰件的接触压强为P_C，所述缝隙在环境流体的作用下所受压强为P_W，P_C＞3P_W。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一种静密封件，包括：密封主体，呈耐热陶瓷材质设置，适于朝向高温环境一侧，并阻挡流体穿过；弹性件，设置在所述密封主体外侧，与所述密封主体连接设置，适于沿远离所述高温环境一侧设置.

通过设置耐热陶瓷材质的密封主体，比金属材质可以承受更高的工作温度，提高了静密封件的适用范围，同时，在密封主体外侧连接设置弹性件，可以向密封主体施加弹性作用力，将密封主体压设在所需密封的缝隙处，提高静密封件的回弹性能和对缝隙工况的适应性，可以在所处密封结构如法兰件等发生形变时，保持结构的密封性能，此外，通过将弹性件和密封主体分别设置在远离高温环境一侧和朝向高温环境的一侧，在保证密封主体材质足以承受高温时，通过增大距离和提高密封主体的隔热作用，有效降低对弹性件的耐高温要求，进一步提高静密封件的使用寿命，因此，这样设置，有效克服现有技术中高温静密封的两种密封方式分别存在温度适应范围小以及回弹性差密封性低的缺陷。

2.本发明提供的一种静密封件，所述密封主体包括：壳体，至少部分所述壳体呈弹性设置；容纳腔，设置在所述壳体内，所述容纳腔内填充设置有耐热密封介质。

通过设置部分壳体呈弹性，可以使得壳体本身在抵接过程中发生形变，提高与待密封结构的抵接紧密程度，结合弹性件的弹性作用力，进一步提高了密封主体的密封效果，同时，壳体内容纳腔填充设置有耐热密封介质，既可以在壳体发生形变时，随之发生运动，避免出现空隙，有效结合壳体本身，保持对流体的阻挡效果。

3.本发明提供的一种静密封件，所述壳体呈陶瓷纤维层设置，所述耐热密封介质呈高温棉设置。

设置充有高温棉的陶瓷纤维层，其中陶瓷纤维层为柔性材质，可以在外力作用下发生弹性形变，相比金属材质可以承受更高的工作温度，还具有隔热和抗磨的性质，可以有效提高静密封件的使用寿命，降低对弹性件的耐高温要求，同时，陶瓷纤维层内充的高温棉，耐热性较高，可以阻止气体穿过。

4.本发明提供的一种密封结构，所述密封主体与所述第一法兰件的接触压强为P_C，所述缝隙在环境流体的作用下所受压强为P_W，P_C＞3P_W。

通过设置P_C＞3P_W，使得在同一位置处，密封主体与第一法兰件间的结合作用力，远大于环境流体对缝隙的拓张作用力，这样设置，在提供保护冗余度的情况下，有效保证了密封的可靠性。

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为本发明的实施例中提供的静密封件的截面结构示意图；

图2为本发明的实施例中提供的密封结构的截面结构示意图；

图3为图2所示的密封结构的结构爆炸示意图；

附图标记说明：

1、密封主体；11、壳体；111、密封部；112、承载部；12、容纳腔；13、耐热密封介质；2、弹性件；3、第一法兰件；4、第二法兰件；41、第一槽体。

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－图3，本实施例提供一种静密封件，包括：密封主体1和弹性件2。

密封主体1呈耐热陶瓷材质设置，适于朝向高温环境一侧设置，可以阻挡流体穿过，在本实施例中，流体具体为高热气体，如高温燃气等。

弹性件2设置在密封主体1外侧，与密封主体1连接，沿远离高温环境一侧设置。在外力作用下，弹性件2的弹性作用力作用在所述密封主体1上。在本实施例中，弹性件2材质为耐高温金属材料，或耐高温复合材料，具体材质可以为GH4145或GH4169或GH2132或GH4090或SiC，进一步地，在本实施例中，弹性件2呈波形弹簧结构，也可以为金属橡胶垫结构或斜圈弹簧结构或普通柱状弹簧。

具体而言，弹性件2是可以是高温合金材质，在给定温度下对柔性密封件提供一定的回弹力。进一步地，可以根据不同的使用温度来确定弹性件220的具体材质。当介质温度在750℃以下使用GH2132，当介质温度在800℃以下使用GH4145，当介质温度在1000℃以下使用GH4169，当介质温度超过1000℃使用GH4090。进一步地，弹簧件使用温度超过了弹簧件材料的使用温度，是由于弹簧件工作时陶瓷密封件良好的隔热性使其所在处的温度大幅降低，根据试验数据，通过陶瓷密封件隔热降低后的温度比实际工作温度低300℃以上。

通过设置耐热陶瓷材质的密封主体1，比金属材质可以承受更高的工作温度，提高了静密封件的适用范围，同时，在密封主体1外侧连接设置弹性件2，可以向密封主体1施加弹性作用力，将密封主体1压设在所需密封的缝隙处，提高静密封件的回弹性能和对缝隙工况的适应性，可以在所处密封结构如法兰件等发生形变时，保持结构的密封性能，此外，通过将弹性件2和密封主体1分别设置在远离高温环境一侧和朝向高温环境的一侧，在保证密封主体1材质足以承受高温时，通过增大距离和提高密封主体1的隔热作用，有效降低对弹性件2的耐高温要求，进一步提高静密封件的使用寿命，因此，这样设置，有效克服现有技术中高温静密封的两种密封方式分别存在温度适应范围小以及回弹性差密封性低的缺陷。

密封主体1包括壳体11和容纳腔12，壳体11的形状可以根据设置位置适应性调节，可以为环形、条形或块状设置，在本实施例中，壳体11部分呈弹性设置，可以在外力作用下发生弹性形变，且在撤去外力后可以回弹至原形状，作为可变换的实施方式，壳体11整体也可以呈弹性设置。壳体11内设置的容纳腔12，在容纳腔12内填充设置有耐热密封介质13，具体地，耐热密封介质13可以呈流体状、颗粒状或絮状等多种形式设置，并完全填充整个容纳腔12，可以随着壳体11形变而移动，且保持在容纳腔12内的完全填充。

通过设置部分壳体11呈弹性，可以使得壳体11本身在抵接过程中发生形变，提高与待密封结构的抵接紧密程度，结合弹性件2的弹性作用力，进一步提高了密封主体1的密封效果，同时，壳体11内容纳腔12填充设置有耐热密封介质13，既可以在壳体11发生形变时，随之发生运动，避免出现空隙，有效结合壳体11本身，保持对流体的阻挡效果。

壳体11包括密封部111和承载部112。承载部112的形状可以根据密封位置和密封结构适应性调节，可以为环形或方形设置，具体地，在本实施例中，承载部112呈环形设置，横截面呈方形，在顶部与密封部111连接，具体为一体成型，两者内部成型有环形的容纳腔12，密封部111呈弹性设置，并对应承载部112的形状适应性调节，具体呈环形圆弧突出于密封部111顶侧设置，进一步地，密封部111顶侧朝向高温环境一侧设置。

此外，承载部112远离密封部111的一侧连接设置有弹性件2，弹性件2的弹性作用力沿朝向密封部111方向作用在承载部112上。

在本实施例中，容纳腔12为闭合腔体，闭合腔体的设置一方面可以降低耐热密封介质13的环境温度，降低对耐热密封介质13的耐热性要求，提高耐热密封介质13的选择范围，另一方面，可以有效约束耐热密封介质13，避免其从容纳腔12内逸出。作为可变换的实施方式，容纳腔12上设置有开口，耐热密封介质13可以与容纳腔12内壁连接，相互约束，避免逸出。此外，耐热密封介质13在容纳腔12内呈均匀分布设置，提高密封主体1的密封性，避免介质集中带来的部分位置密封性下降。

在本实施例中，壳体11在外力作用下的压缩量占比为A，25％≤A≤35％。壳体11在外力作用下的压缩量具体指，在外力作用方向上壳体11形变长度与原长度的比值。通过对壳体11上至少密封部111呈弹性设置，对壳体11形变压缩量范围的控制，可以保证壳体11对待密封面的抵接紧密性，避免密封主体1和弹性件2间材质差异导致，密封主体1密封效果不足的问题出现。

具体的，在本实施例中，壳体11呈陶瓷纤维层设置，耐热密封介质13呈高温棉设置。高温棉的材质为硅酸铝或石棉或氧化铝等也可以是硅酸铝和石棉以及氧化铝其中两种或三种的混合材质。陶瓷纤维层的材质为氧化铝纤维或硅酸铝纤维或碳纤维材质，也可以是其中一种或多种的混合材质。

设置充有高温棉的陶瓷纤维层，其中陶瓷纤维层为柔性材质，可以在外力作用下发生弹性形变，相比金属材质可以承受更高的工作温度，还具有隔热和抗磨的性质，可以有效提高静密封件的使用寿命，降低对弹性件2的耐高温要求，同时，陶瓷纤维层内充的高温棉，耐热性较高，可以阻止气体穿过。

本发明还提供一种密封结构，包括：法兰组件和上述的静密封件。法兰组件包括通过连接件，如螺栓和螺母等，相互连接设置的第一法兰件3和第二法兰件4，第二法兰件4与第一法兰件3之间成型有第一槽体41，法兰组件内侧的腔体适于通过高温流体。

静密封件设置在第一槽体41内，在本实施例中，第一槽体41上呈环形设置，可以环绕法兰组件内侧的腔体，并密封第一法兰件3和第二法兰件4的间隙，弹性件2沿第一槽体41的槽底一侧设置，密封主体1沿第一槽体41的槽口一侧设置。

第一槽体41可以选择第一法兰件3和第二法兰件4其中之一上，在本实施例中，设置在第二法兰件4上，第一法兰件3可以封堵第一槽体41的槽口，并与密封主体1的密封部111抵接设置。在本实施例中，第一槽体41的截面宽度为静密封件宽度的1.1至1.3倍，优选为1.2倍。

设置壳体11的弹性压缩量为B，弹性件2的弹性压缩量为C，在本实施例中，C＞B。同时，密封主体1与第一法兰件3的接触压强为P_C，间隙在环境流体的作用下所受压强为P_W，P_C＞3P_W。作为可变换的实施方式，C可以小于或等于B。

通过设置P_C＞3P_W，使得在同一位置处，密封主体1与第一法兰件3间的结合作用力，远大于环境流体对间隙的拓张作用力，这样设置，在提供保护冗余度的情况下，有效保证了密封的可靠性。

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他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。而由此所引申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 (14)

1.一种静密封件，其特征在于，包括：

密封主体(1)，呈耐热陶瓷材质设置，适于朝向高温环境一侧，并阻挡流体穿过；

弹性件(2)，设置在所述密封主体(1)外侧，与所述密封主体(1)连接设置，适于沿远离所述高温环境一侧设置。

2.根据权利要求1所述的静密封件，其特征在于，所述密封主体(1)包括：

壳体(11)，至少部分所述壳体(11)呈弹性设置；

容纳腔(12)，设置在所述壳体(11)内，所述容纳腔(12)内填充设置有耐热密封介质(13)。

3.根据权利要求2所述的静密封件，其特征在于，所述壳体(11)包括：

密封部(111)，呈弹性设置，适于朝向高温环境一侧凸出设置；

承载部(112)，与所述密封部(111)连接并成型有所述容纳腔(12)，所述承载部(112)远离所述密封部(111)的一侧连接设置有所述弹性件(2)，所述弹性件(2)的弹性作用力沿朝向密封部(111)方向作用在承载部(112)上。

4.根据权利要求2或3所述的静密封件，其特征在于，所述容纳腔(12)呈闭合设置，所述耐热密封介质(13)在所述容纳腔(12)内呈均匀分布设置。

5.根据权利要求2或3所述的静密封件，其特征在于，所述壳体(11)在外力作用下的压缩量占比为A，25％≤A≤35％。

6.根据权利要求2或3所述的静密封件，其特征在于，所述壳体(11)呈陶瓷纤维层设置，所述耐热密封介质(13)呈高温棉设置。

7.根据权利要求6所述的静密封件，其特征在于，所述高温棉的材质为硅酸铝，和/或，石棉，和/或，氧化铝。

8.根据权利要求6所述的静密封件，其特征在于，所述陶瓷纤维层的材质为氧化铝纤维，和/或，硅酸铝纤维，和/或，碳纤维。

9.根据权利要求1－3、7－8任一项所述的静密封件，其特征在于，所述弹性件(2)的材质为耐高温金属材料，或耐高温复合材料。

10.根据权利要求9所述的静密封件，其特征在于，所述弹性件(2)呈波形弹簧结构，或，金属橡胶垫结构，或，斜圈弹簧结构，或柱状弹簧结构。

11.一种密封结构，其特征在于，包括：

法兰组件，包括相互连接设置的第一法兰件(3)和第二法兰件(4)，所述第二法兰件(4)与所述第一法兰件(3)之间成型有第一槽体(41)，所述法兰组件的内侧适于通过高温流体；

权利要求1－10任一项所述的静密封件，设置在所述第一槽体(41)内，适于密封所述第一法兰件(3)和所述第二法兰件(4)的间隙，所述弹性件(2)沿所述第一槽体(41)的槽底一侧设置，所述密封主体(1)沿所述第一槽体(41)的槽口一侧设置。

12.根据权利要求11所述的密封结构，其特征在于，所述第一槽体(41)设置在所述第二法兰件(4)上，所述第一法兰件(3)适于封盖所述第一槽体(41)的槽口，并与所述密封主体(1)的密封部(111)抵接设置。

13.根据权利要求11所述的密封结构，其特征在于，壳体(11)的弹性压缩量为B，所述弹性件(2)的弹性压缩量为C，C＞B。

14.根据权利要求12或13任一项所述的密封结构，其特征在于，所述密封主体(1)与所述第一法兰件(3)的接触压强为P_C，所述间隙在环境流体的作用下所受压强为P_W，P_C＞3P_W。

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