CN207539437U - 一种超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构 - Google Patents

Abstract

超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，涉及用于超低温装置用的转轴动密封结构领域；包括非金属楔形密封环、金属挡圈、加载碟簧组和调整垫片；非金属楔形密封环位于外部阀门壳体与外部阀门转轴的连接处；金属挡圈套装在外部阀门转轴的外壁；金属挡圈固定安装在外部阀门壳体内的顶端小径凹槽内；加载碟簧组固定安装在外部阀门壳体内的下端达径凹槽内；且加载碟簧组的上表面与金属挡圈的下表面接触；调整垫片的上表面与加载碟簧组的下表面接触；调整垫片的下表面与外部阀门壳体的下表面位于同一平面；本实用新型不仅具备隔离发动机介质和控制气的功能，同时具备结构尺寸小，质量轻，高可靠，成型工艺简单等特点。

Description

一种超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构

技术领域

本实用新型涉及一种用于超低温装置用的转轴动密封结构领域，特别是一种超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构。

背景技术

涉及航天航空领域的超低温气动转轴密封装置，用于隔离发动机介质与控制气。以往型号中的气动转轴密封装置结构，大多采用波纹管组件的串、并联实现对控制气和发动机介质的隔离，此种结构对于小口径密封装置优势较大。随着发动机推力不断增加，阀门口径相应增大，波纹管的尺寸和行程都大大增加，需要多个波纹管串、并联复杂机构满足高压、大行程使用要求，导致运动系统复杂，容易出现运动卡滞，且使密封装置体积大、质量重。同时大尺寸波纹管组件的成型工艺复杂，生产周期较长，与航空航天系统产品轻质化、高可靠需求不符。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，不仅具备隔离发动机介质和控制气的功能，同时具备结构尺寸小，质量轻，高可靠，成型工艺简单等特点。

本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，包括非金属楔形密封环、金属挡圈、加载碟簧组和调整垫片；外部阀门壳体内设置有台阶凹槽；外部阀门转轴沿轴向设置在外部阀门壳体的轴心；非金属楔形密封环为环状结构；非金属楔形密封环套装在外部阀门转轴的外壁，且位于外部阀门壳体与外部阀门转轴的连接处；金属挡圈套装在外部阀门转轴的外壁；金属挡圈固定安装在外部阀门壳体内的顶端小径凹槽内；且金属挡圈与非金属楔形密封环的下表面接触；加载碟簧组套装在外部阀门转轴的外壁；加载碟簧组固定安装在外部阀门壳体内的下端达径凹槽内；且加载碟簧组的上表面与金属挡圈的下表面接触；调整垫片套装在外部阀门转轴的外壁。

在上述的超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，所述的非金属楔形密封环为倒角结构；非金属楔形密封环的外侧壁与竖直方向夹角为43-47°。

在上述的超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，所述金属挡圈为环状结构；金属挡圈与非金属楔形密封环的接触面为响应的倒角结构。

在上述的超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，所述的非金属楔形密封环与外部阀门转轴的外壁、外部阀门壳体顶端小径的下表面均存在4-7°的分离角度。

在上述的超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，所述动密封结构应用于超低温液氢、液氧环境，环境温度为20-500K。

在上述的超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，所述调整垫片的上表面与加载碟簧组的下表面接触；调整垫片的下表面与外部阀门壳体的下表面位于同一平面。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

(1)本实用新型采用了改性聚酰亚胺作为非金属楔形密封环的材料，实现了在液氢、液氧环境中同时使用的效果；

(2)本实用新型采用了碟簧组作为提供预紧载荷的结构，能够以小变形承受大载荷，节省了轴向安装空间，减小了结构尺寸；

(3)本实用新型通过在非金属楔形密封环两端面设置分离角度，减小了接触面积，增加了密封比压，实现了高压介质下的密封；

(4)本实用新型零组件少，成型工艺简单，能够缩短生产周期的同时还可以实现长寿命高可靠密封。

附图说明

图1为本实用新型碟簧加载型楔形动密封结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：

本实用新型采用碟簧加载型楔形动密封结构，可以有效代替传统波纹管密封，实现动密封装置小型化、轻量化、高可靠，同时对阀门转轴动密封技术进行结构创新设计；动密封结构应用于超低温液氢、液氧环境，环境温度为20-500K。

如图1所示为碟簧加载型楔形动密封结构示意图，由图可知，超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，其特征在于：包括非金属楔形密封环1、金属挡圈2、加载碟簧组3和调整垫片4；外部阀门壳体5内设置有台阶凹槽；外部阀门转轴6沿轴向设置在外部阀门壳体5的轴心；非金属楔形密封环1为环状结构；非金属楔形密封环1套装在外部阀门转轴6的外壁，且位于外部阀门壳体5与外部阀门转轴6的连接处；金属挡圈2套装在外部阀门转轴6的外壁；金属挡圈2固定安装在外部阀门壳体5内的顶端小径凹槽内；且金属挡圈2与非金属楔形密封环1的下表面接触；加载碟簧组3套装在外部阀门转轴6的外壁；加载碟簧组3固定安装在外部阀门壳体5内的下端达径凹槽内；且加载碟簧组3的上表面与金属挡圈2的下表面接触；调整垫片4套装在外部阀门转轴6的外壁，且调整垫片4的上表面与加载碟簧组3的下表面接触；调整垫片4的下表面与外部阀门壳体5的下表面位于同一平面。

其中，非金属楔形密封环1为倒角结构；非金属楔形密封环1的外侧壁与竖直方向夹角为43-47°。金属挡圈2为环状结构；金属挡圈2与非金属楔形密封环1的接触面为响应的倒角结构。非金属楔形密封环1与外部阀门转轴6的外壁、外部阀门壳体5顶端小径的下表面均存在4-7°的分离角度。非金属楔形密封环1采用改性聚酰亚胺材料。加载碟簧组3采用GH4169或铍青铜材料。

加载碟簧组3提供密封力的作用，其结构采用对合组合方式，其特点是疲劳极限较高，同一载荷下的变形量较大、便于调节。加载碟簧组3上端和末端分别设计支承平面，防止尖点与平面相接触时，在多次工作后出现划痕，导致3位置偏移的现象。金属挡圈2为传力机构，与非金属楔形密封环1的接触角度约为43-47°，用于将加载碟簧组加载碟簧组3提供的轴向密封力，转化为轴向和径向两个分力传递给非金属楔形密封环1，使非金属楔形密封环1上端面压紧外部阀门壳体5端面，同时内径侧面压紧外部阀门转轴6，实现外部阀门转轴6和外部阀门壳体5两处密封。非金属楔形密封环1与外部阀门转轴6和外部阀门壳体5均存在一定的分离角度，用于减小密封面积，增大密封比压，提高密封效果。碟簧加载型楔形动密封结构的预紧载荷的调节方法是在加载碟簧组3底部增加调整垫片4，通过改变调整垫片4的厚度，改变碟簧压缩量，从而改变碟簧组载荷。该技术方案的关键在于碟簧组载荷的选取、非金属楔形密封环与密封轴面/密封端面的接触角度、材料与液氢/液氧的相容性。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，其特征在于：包括非金属楔形密封环(1)、金属挡圈(2)、加载碟簧组(3)和调整垫片(4)；外部阀门壳体(5)内设置有台阶凹槽；外部阀门转轴(6)沿轴向设置在外部阀门壳体(5)的轴心；非金属楔形密封环(1)为环状结构；非金属楔形密封环(1)套装在外部阀门转轴(6)的外壁，且位于外部阀门壳体(5)与外部阀门转轴(6)的连接处；金属挡圈(2)套装在外部阀门转轴(6)的外壁；金属挡圈(2)固定安装在外部阀门壳体(5)内的顶端小径凹槽内；且金属挡圈(2)与非金属楔形密封环(1)的下表面接触；加载碟簧组(3)套装在外部阀门转轴(6)的外壁；加载碟簧组(3)固定安装在外部阀门壳体(5)内的下端达径凹槽内；且加载碟簧组(3)的上表面与金属挡圈(2)的下表面接触；调整垫片(4)套装在外部阀门转轴(6)的外壁。

2.根据权利要求1所述的超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，其特征在于：所述的非金属楔形密封环(1)为倒角结构；非金属楔形密封环(1)的外侧壁与竖直方向夹角为43-47°。

3.根据权利要求2所述的超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，其特征在于：所述金属挡圈(2)为环状结构；金属挡圈(2)与非金属楔形密封环(1)的接触面为响应的倒角结构。

4.根据权利要求3所述的超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，其特征在于：所述的非金属楔形密封环(1)与外部阀门转轴(6)的外壁、外部阀门壳体(5)顶端小径的下表面均存在4-7°的分离角度。

5.根据权利要求4所述的超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，其特征在于：所述动密封结构应用于超低温液氢、液氧环境，环境温度为20-500K。

6.根据权利要求5所述的超低温装置用碟簧加载型楔形动密封结构，其特征在于：所述调整垫片(4)的上表面与加载碟簧组(3)的下表面接触；调整垫片(4)的下表面与外部阀门壳体(5)的下表面位于同一平面。