CN205026098U - 双支撑浮动环密封装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双支撑浮动环密封装置，用于燃气涡轮发动机中，装设于传动轴上用以对所述传动轴进行气体封严，所述双支撑浮动环密封装置包括：密封座，套设于所述传动轴上，所述密封座为回转体结构，包括底壁和侧壁，所述密封座的内部形成容置腔，所述容置腔的内环壁面具有沿径向凹陷的卡槽；浮动环，套设于所述传动轴上，并装设于所述容置腔的内部；第一垫片、第二垫片，套设于所述传动轴上，装设于所述容置腔内部并贴合于所述浮动环的两侧；第一波纹弹簧、第二波纹弹簧，套设于所述传动轴上，装设于所述容置腔内部，并分别抵接于所述第一垫片和所述第二垫片的相反的一侧；以及锁片,套设于所述传动轴上，卡设于所述卡槽内。

Description

双支撑浮动环密封装置

技术领域

本实用新型涉及燃气涡轮发动机的密封技术，特别地，本实用新型涉及一种双支撑浮动环密封装置。

背景技术

浮动环密封装置是一种非接触式流体密封装置，装设于传动轴上，在传动轴与静子之间实现流体封严，其一般包括密封座、浮动环以及对浮动环沿传动轴的轴线方向的自由度进行限位的止动部件，其中，浮动环与传动轴形成小间隙配合，借助密封间隙内的流体阻力效应达到封严的目的。浮动环密封装置中的浮动环可随传动轴的径向跳动而产生径向位移，但浮动环的轴向自由度需要在一定程度上进行限制，否则浮动环在自由状态下会因重力而下落，引起浮动环与传动轴相碰撞，不但无法有效封严，还可能损伤浮动环，并进一步影响轴的正常工作。

现有技术中，已经有用于气体封严的浮动环密封装置，该装置通过一只波纹弹簧向浮动环提供轴向推力来阻止浮动环轴向移动，浮动环沿轴向一端靠在密封座容置腔的内侧端面，另一端依次放置垫片、波纹弹簧和锁片。

当采用上述设计时，波纹弹簧从端面的一侧向浮动环提供轴向推力来阻止浮动环的轴向位移，该结构只适用于轴向气动载荷方向不变的情况，且如果密封座的一端长期处于高温环境，或密封座本身处于强震动、轴向气动载荷交变的环境下时，波纹弹簧极易僵化失效，导致密封装置无法正常封严并进一步危及传动轴的正常工作。

发明内容

本实用新型旨在提供一种结构简单、加工方便、易于装设、可用于高温、强震动和交变轴向气动载荷环境且使用寿命长的传动轴与静子间气体密封的浮动环密封装置，以解决现有的浮动环密封装置存在的不能在高温、强震动或交变轴向气动载荷环境下长期使用的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提出一种双支撑浮动环密封装置，装设于传动轴上用以对所述传动轴进行气体封严，其特征在于，所述双支撑浮动环密封装置包括：

密封座，套设于所述传动轴上，所述密封座为回转体结构，包括底壁和侧壁，所述密封座的内部形成容置腔，所述容置腔的内环壁面具有沿径向凹陷的卡槽；

浮动环，套设于所述传动轴上，并装设于所述容置腔的内部；

第一垫片、第二垫片，套设于所述传动轴上，装设于所述容置腔内部并贴合于所述浮动环的两侧；

第一波纹弹簧、第二波纹弹簧，套设于所述传动轴上，装设于所述容置腔内部，并分别抵接于所述第一垫片和所述第二垫片的相反的一侧；以及

锁片,套设于所述传动轴上，卡设于所述卡槽内；

其中，所述第一波纹弹簧还抵接于所述锁片，所述第二波纹弹簧还抵接于所述密封座的所述底壁。

在一实施例中，所述容置腔包括同心设置且具有不同直径的外环腔和内环腔，所述外环腔和所述内环腔相交处呈台阶面。

在一实施例中，所述第一波纹弹簧的尺寸大于所述第二波纹弹簧的尺寸，所述第一垫片的尺寸大于所述第二垫片的尺寸，所述第一垫片和所述第一波纹弹簧装设在所述外环腔内，所述第二垫片和所述第二波纹弹簧装设在所述内环腔中。

在一实施例中，所述第一波纹弹簧和所述第二波纹弹簧具有相同的内径和不同的外径，并且所述第一波纹弹簧和所述第二波纹弹簧的材料、热处理方式、刚度系数均不同。

在一实施例中，所述第一垫片的外环壁上设有第一凸舌，所述外环腔的内环壁上开设有第一直槽，所述第一凸舌卡设在所述第一直槽中并能够沿着所述第一直槽移动；所述第二垫片的外环壁上设有第二凸舌，所述内环腔的内环壁上开设有第二直槽，所述第二凸舌卡设在所述第二直槽中并能够沿着所述第二直槽移动。

在一实施例中，所述第一垫片和所述第一波纹弹簧设置在所述台阶面的一侧，所述第二垫片和所述第二波纹弹簧设置在所述台阶面的另一侧。

在一实施例中，所述第二波纹弹簧的最大压缩量为所述第二波纹弹簧自身高度的2/3。

在一实施例中，所述浮动环包括石墨环和套设于所述石墨环外且与所述石墨环紧配合的金属环。

在一实施例中，所述密封座、所述第一垫片、所述第二垫片、所述第一波纹弹簧、所述第二波纹弹簧和所述锁片的内径均大于所述浮动环的内径。

在一实施例中，所述密封座为法兰盘状，所述卡槽为环装的卡槽。

本实用新型具有以下有益效果：

根据本实用新型实施例提供的双支撑浮动环密封装置，结构简单、加工方便、易于装设、能够用于高温、强震动和交变轴向气动载荷环境且使用寿命长，相比现有技术，本实用新型容置腔内的直槽和台阶面设计使得第二波纹弹簧的最大压缩量受到控制，可提高其使用寿命；本实用新型在浮动环两侧均放置了波纹弹簧，工作时将第二波纹弹簧一端卡设于高温端，当第二波纹弹簧因高温、强震动或交变轴向气动载荷等原因失效时，因为有第一波纹弹簧的支撑，浮动环依然能够正常封严，提高了系统的可靠性和安全性，扩大了浮动环密封装置的应用范围，提高了封严结构的使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一实施例的双支撑浮动环密封装置的局部剖视结构示意图；

图2为图1中密封座的局部剖视结构示意图；

图3为图2的左视结构示意图；

图4为图1的第二垫片的主视结构示意图。

其中：1、密封座；2、容置腔；3、外环腔；4、内环腔；5、卡槽；6、浮动环；7、第一垫片；8、第二垫片；9、第一波纹弹簧；10、第二波纹弹簧；11、锁片；12、石墨环；13、金属环；14、凸舌；15、凸舌；16、小直槽；17、大直槽；18、凸缘；19、安装孔；101、底壁；102、侧壁；S、台阶面。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本实用新型一实施例提出一种双支撑浮动环密封装置，装设于传动轴上用以对传动轴进行气体封严，所述双支撑浮动环密封装置包括密封座1、浮动环6、第一垫片7、第二垫片8、第一波纹弹簧9、第二波纹弹簧10和锁片11。

密封座1套设于传动轴(图未示)上。图2所示为密封座的剖视示意图，图3为图2的左视结构示意图；。如图2所示，密封座1呈回转体，包括底壁101和侧壁102。并优选为法兰盘状，该密封座1内部加工形成容置腔2，该容置腔2为圆环形，容置腔2包括同心的、外径不同的外环腔3和内环腔4，两者交接处形成台阶面S；在靠近密封座1端面处、外环腔3的内环壁面上沿径向向外加工有环形卡槽5。

如图1所示，浮动环6套设于传动轴上，且装设于容置腔2的中部；装置还包括第一垫片7和第二垫片8，第一垫片7的尺寸在本实施例中大于第二垫片8的尺寸，两者套设于传动轴上且分别从两侧紧贴浮动环6安装；第一波纹弹簧9和第二波纹弹簧10套设于传动轴上且分别从两侧紧贴第一垫片7和第二垫片8安装；此处所说的“两侧”是指第一垫片7和第二垫片8相互远离的一侧，或者说相反的一侧(而非第一垫片7和第二垫片8的相对的一侧)。第一波纹弹簧9在本实施例中尺寸大于第二波纹弹簧10。锁片11套设于传动轴上，且固设于外环腔3的外壁面的卡槽5内。

根据本实用新型实施例提供的双支撑浮动环密封装置，浮动环6的一侧通过第二波纹弹簧10与内环腔4的内侧抵接，浮动环6的另一侧通过第一波纹弹簧9与锁片11抵接，由于锁片11固设于卡槽5内，故浮动环6被定位于容置腔2的中部、两个波纹弹簧9和10之间，从而避免了浮动环2在自由状态下与传动轴相碰撞。

进一步地，如上所述，容置腔2分为大小不同的两级环腔：外环腔3和内环腔4，第二波纹弹簧10和第二垫片8装设于内环腔4内部，第一波纹弹簧9和第一垫片7装设于外环腔3内部，两级环腔之间呈台阶面S，台阶面S的存在使第一垫片7的轴向自由度被限制，从而限制了浮动环6的轴向位移和第二波纹弹簧10的最大压缩量，工作时第二波纹弹簧10不会因长期处在变形量过大的状态而导致弹簧刚度系数变小。

进一步地，如上所述，浮动环6与第一波纹弹簧9、第二波纹弹簧10之间分别设有第一垫片7和第二垫片8，且第一垫片7、第二垫片8的外环壁分别与外环腔3、内环腔4的内环壁紧贴。

优选地，如图4所示，第二垫片8与第一垫片7的外环壁上分别沿着各自的径向具有向外凸出的凸舌14和凸舌15，内环腔4和外环腔3的内环壁上开设有沿其轴线延伸的小直槽16和大直槽17；凸舌14和凸舌15分别卡设于小直槽16和大直槽17内，这样垫片与环腔不仅能够更加紧密地配合，且垫片沿传动轴周线方向的旋转也被限制，从而避免了垫片随浮动环转动、与大第二波纹弹簧9、10产生摩擦进而导致波纹弹簧寿命缩短的情况。

进一步地，第二波纹弹簧10最大压缩量设计为自身高度的2/3；此处的自身高度为第二波纹弹簧10在可压缩方向上的高度。第一波纹弹簧9和第二波纹弹簧10的尺寸、材料、热处理方式均不同，刚度系数也不同，工作状态下将第二波纹弹簧10的一端卡设于高温端，当第二波纹弹簧10因高温、强震动或交变轴向气动载荷等原因而失效时，第一波纹弹簧9也能正常工作，对浮动环6提供轴向推力阻止其在重力作用下与传动轴相碰撞，保证封严结构稳定可靠。

更进一步地，如图2和图3所示，外环腔3的内环壁上在开口端面附近沿径向向外开设有卡槽5，锁片11卡设于卡槽5内，由于锁片11具有弹性，故装设时只需在锁片11上作用一定的力使锁片11套设在传动轴上时，其在传动轴径向的高度变短，即可把锁片11的边缘卡设于卡槽5内，从而使锁片11稳定的装设于传动轴上。

进一步地，本实施例中浮动环6包括石墨环12和套设于所述石墨环12外且与所述石墨环12紧配合的金属环13。

再进一步地，如图2所示，密封座1的凸缘18上加工有安装孔19，螺栓等连接件穿过安装孔19后，把密封座1固设于发动机的机匣上。

优选地，第一垫片7、第二垫片8、第一波纹弹簧9、第二波纹弹簧10以及锁片11的内径均略大于浮动环6的内径。浮动环密封装置是依靠浮动环6与转轴之间的封严间隙内的流体阻力效应而产生封严效果的，因此在设计时最小内径应在浮动环处。另外，工作状态下转轴会有小幅度的轴向跳动，为避免垫片、锁片或波纹弹簧与转轴碰磨，它们的内径需大于浮动环的内径。

本实用新型实施例提出的浮动环密封装置和密封结构至少具有如下技术效果：

根据本实用新型的双支撑浮动环密封装置，结构简单、加工方便、易于装设、能够应用于温度较高的环境且使用寿命长，相比现有技术，本实用新型采用的容置腔内的直槽和台阶面设计使得第二波纹弹簧的最大压缩量受到限制，可提高结构可靠性，延长其使用寿命；本实用新型在浮动环两侧装设了不同的波纹弹簧，工作时可将第二波纹弹簧一端卡设于高温端，当第二波纹弹簧因高温、强震动或交变轴向气动载荷等原因而失效时，第一波纹弹簧也能正常工作，因此浮动环依然能正常封严，提高了系统的可靠性和安全性，扩大了浮动环密封装置的应用范围，提高了封严结构的使用寿命。

Claims (10)

1.一种双支撑浮动环密封装置，装设于传动轴上用以对所述传动轴进行气体封严，其特征在于，所述双支撑浮动环密封装置包括：

密封座(1)，套设于所述传动轴上，所述密封座(1)为回转体结构，包括底壁(101)和侧壁(102)，所述密封座(1)的内部形成容置腔(2)，所述容置腔(2)的内环壁面具有沿径向凹陷的卡槽(5)；

浮动环(6)，套设于所述传动轴上，并装设于所述容置腔(2)的内部；

第一垫片(7)、第二垫片(8)，套设于所述传动轴上，装设于所述容置腔(2)内部并贴合于所述浮动环(6)的两侧；

第一波纹弹簧(9)、第二波纹弹簧(10)，套设于所述传动轴上，装设于所述容置腔(2)内部，并分别抵接于所述第一垫片(7)和所述第二垫片(8)的相反的一侧；以及

锁片(11),套设于所述传动轴上，卡设于所述卡槽(5)内；

其中，所述第一波纹弹簧(9)还抵接于所述锁片(11)，所述第二波纹弹簧(10)还抵接于所述密封座(1)的所述底壁(101)。

2.根据权利要求1所述的双支撑浮动环密封装置，其特征在于，所述容置腔(2)包括同心设置且具有不同直径的外环腔(3)和内环腔(4)，所述外环腔(3)和所述内环腔(4)相交处呈台阶面(S)。

3.根据权利要求2所述的双支撑浮动环密封装置，其特征在于，所述第一波纹弹簧(9)的尺寸大于所述第二波纹弹簧(10)的尺寸，所述第一垫片(7)的尺寸大于所述第二垫片(8)的尺寸，所述第一垫片(7)和所述第一波纹弹簧(9)装设在所述外环腔(3)内，所述第二垫片(8)和所述第二波纹弹簧(10)装设在所述内环腔(4)中。

4.根据权利要求3所述的双支撑浮动环密封装置，其特征在于，所述第一波纹弹簧(9)和所述第二波纹弹簧(10)具有相同的内径和不同的外径，并且所述第一波纹弹簧(9)和所述第二波纹弹簧(10)的材料、热处理方式、刚度系数均不同。

5.根据权利要求4所述的双支撑浮动环密封装置，其特征在于，所述第一垫片(7)的外环壁上设有第一凸舌(15)，所述外环腔(3)的内环壁上开设有第一直槽(17)，所述第一凸舌(15)卡设在所述第一直槽(17)中并能够沿着所述第一直槽(17)移动；所述第二垫片(8)的外环壁上设有第二凸舌(14)，所述内环腔(4)的内环壁上开设有第二直槽(16)，所述第二凸舌(14)卡设在所述第二直槽(16)中并能够沿着所述第二直槽(16)移动。

6.根据权利要求5所述的双支撑浮动环密封装置，其特征在于，所述第一垫片(7)和所述第一波纹弹簧(9)设置在所述台阶面(S)的一侧，所述第二垫片(8)和所述第二波纹弹簧(10)设置在所述台阶面(S)的另一侧。

7.根据权利要求6所述的双支撑浮动环密封装置，其特征在于，所述第二波纹弹簧(10)的最大压缩量为所述第二波纹弹簧(10)自身高度的2/3。

8.根据权利要求7所述的双支撑浮动环密封装置，其特征在于，所述浮动环(6)包括石墨环(12)和套设于所述石墨环(12)外且与所述石墨环(12)紧配合的金属环(13)。

9.根据权利要求8所述的双支撑浮动环密封装置，其特征在于，所述密封座(1)、所述第一垫片(7)、所述第二垫片(8)、所述第一波纹弹簧(9)、所述第二波纹弹簧(10)和所述锁片(11)的内径均大于所述浮动环(6)的内径。

10.根据权利要求1所述的双支撑浮动环密封装置，其特征在于，所述密封座(1)为法兰盘状，所述卡槽(5)为环状的卡槽。