CN209838757U - 一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种迷宫密封结构，尤其涉及一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构。该结构设置在叶轮与固定的泵壳体之间形成的间隙中，该结构包括金属基体，所述金属基体一侧与泵壳体相连，所述金属基体另一侧设置L型放置槽口，所述L型放置槽口上设置非金属内芯，且L型放置槽口一端设置锁边结构，另一端通过设置金属压板将其非金属内芯可拆卸式的锁至L型放置槽口内，所述的非金属内芯与叶轮接触端设置多个密封槽与其叶轮凸肩相配合密封副。本实用新型金属基体提供整体刚度，并与金属压板配合，实现非金属内芯维持较高刚性所需的压力分布环境；密封副失效后，仅需对非金属内芯进行更换，操作简便、经济。

Description

一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构

技术领域

本实用新型涉及一种迷宫密封结构，尤其涉及一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构。

背景技术

离心泵结构中，叶轮出口流出的高压介质会通过旋转的叶轮与固定的泵壳体之间形成的间隙又回到叶轮入口，从而引发一定的内泄漏损失。为合理控制这部分损失，泵壳体与叶轮间需要设置凸肩密封实施限流。凸肩密封的结构形式大体上可分为平环式、直角式、迷宫式和浮环式四种，限流效果依次增强，但结构的复杂性和生产制造成本也随之增加。液体火箭发动机涡轮泵中，出于对损失的严格控制要求，广泛采用了迷宫式凸肩密封结构。同时，液体火箭发动机的推进剂往往比较特殊(如低温、强氧化、强腐蚀等)，迷宫式凸肩密封的密封面所用材料除应与推进剂相容外，还需与叶轮材料配合形成定向摩擦副(即磨损只发生在凸肩密封侧)。截至目前，按照摩擦副的实现方式，迷宫式凸肩密封的实现形式分非金属整体式和异种金属复合式两种方案。

非金属整体式迷宫密封方案采用与推进剂相容的非金属材料整体机加而成，成本低、便于加工，但由于非金属材料强度低、刚度弱、收缩系数大的特点，具体使用过程中存在如下缺点：1)非金属2收缩系数大，低温下密封间隙大幅减小，且与泵壳体1的定位面发生分离，高压力作用区域增加，以上综合因素作用下，密封环易与叶轮3发生抱死，导致涡轮泵转速降低甚至停转；2)与泵壳体1连接用紧固件4的拧紧力矩需进行严格控制，太大会使密封环产生严重变形，密封面快速磨损失效，严重时也易导致抱死故障，太小时紧固件在低温和振动环境下易松脱，容易引发二次故障； 3)为了实现较高的结构刚度，需要非金属整体式凸肩密封采用较大的宏观尺寸，但密封面部位一旦失效，密封环整体报废，经济性较差；4)结构尺寸越大，非金属整体式凸肩密封的刚度越小，低温下收缩量也会更大，密封的可靠性控制难度增加，因此一般只适用于中低压力和中小结构涡轮泵中。

异种金属复合式迷宫密封方案，内环采用与泵介质相容的软金属(如铜、银等)，外环采用与泵介质相容、收缩系数相近的刚性较强的金属，两者通过焊接连成一体(如钎焊、电子束焊等)。相比非金属整体式方案，异种金属复合式方案的强度更高、刚性更好、与叶轮的收缩匹配性更好，可以适用于更高压力和更大结构尺寸的涡轮泵。

但由于引入了异种金属焊接工艺，具体使用过程中也存在一些缺点：1)异种金属焊接难度高，研制前期需较长的工艺摸底研究，工艺稳定也需要较长的周期；2) 软金属自身价格高，生产工艺复杂、周期长，整体制造成本较高；3)焊缝受力复杂、苛刻，焊缝质量要求较高，检测成本高、效率低；4)密封面一旦磨损后无法修复，只能整体更换，经济性也较差。

发明内容

为了解决上述问题，本实用使用新型提供了一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构。

本实用使用新型为实现上述目的而采取的技术方案为：

一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构，该结构设置在叶轮与固定的泵壳体之间形成的间隙中，该结构包括金属基体，所述金属基体一侧与泵壳体相连，所述金属基体另一侧设置L型放置槽口，所述L型放置槽口上设置非金属内芯，且L型放置槽口一端设置锁边结构，另一端通过设置金属压板将其非金属内芯可拆卸式的锁至L型放置槽口内，所述的非金属内芯与叶轮接触端设置多个密封槽与其叶轮凸肩相配合密封副。

作为进一步改进，所述金属基体上设置多个低压平衡孔与L型放置槽口相连通。

作为进一步改进，所述金属压板与非金属内芯之间通过法兰相连。

作为进一步改进，所述金属基体上设置4个低压平衡孔。

本实用新型具有以下优点：

1)全部功能由金属基体、金属压板和非金属内芯三部分相互配合实现；

2)金属基体提供整体刚度，并与金属压板配合，实现非金属内芯维持较高刚性所需的压力分布环境；

3)非金属内芯实现密封副和摩擦副功能；

4)收缩系数由与叶轮收缩系数相近的金属基体和金属压板决定，密封间隙便于精确控制；

5)密封副失效后，仅需对非金属内芯进行更换，操作简便、经济；

6)无复杂特殊工艺，生产工艺简单、可控。

附图说明

图1-4是凸肩密封四种的结构示意图。

图5是非金属整体式迷宫密封的结构示意图。

图6是异种金属复合式迷宫密封的结构示意图。

图7是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做一个详细的说明。

如图7所示，一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构，该结构设置在叶轮3于固定的泵壳体1之间形成的间隙中，该结构包括金属基体6，所述金属基体6一侧与泵壳体1相连，所述金属基体6另一侧设置L型放置槽口，所述L型放置槽口上设置非金属内芯9，且L型放置槽口一端设置锁边结构8，另一端通过设置金属压板10将其非金属内芯9可拆卸式的锁至L型放置槽口内，所述的非金属内芯 9与叶轮接触端设置多个密封槽与其叶轮凸肩相配合密封副。

金属基6体外圆直径内圆直径厚度30mm；与非金属内芯9 的配合面沿周向均布打四个的低压平衡孔7，配合面直径长度18mm；与非金属内芯9+金属压板10配合的法兰装配面直径深度8mm。非金属内芯法兰外圆直径法兰厚度4mm；与金属压板锁边配合面直径取深度取4.5mm；与金属基体的配合面直径取长度18mm；与金属基体锁边的配合面直径取深度取4.5mm；与叶轮凸肩配合面直径取长度13mm，沿轴向开设3道密封槽。金属压板外圆直径内圆直径整体厚度8mm，锁边长度取4mm。叶轮凸肩外圆直径取轴向长度32mm。

工作过程中，非金属内芯受两端锁边的强约束，向内收缩有限；同时，开设低压平衡孔导致非金属内芯与金属基体的配合面形成低压区，非金属内芯在密封面内相对较高的压力作用下，整体向外扩张，可有效避免向内压溃的风险，且密封前压力越高，刚性增幅越明显，因此更适用于高压、大尺寸涡轮泵中使用。非金属内芯的刚性较弱，温度和压力作用下，变形量完全由刚性较强且线涨系数与叶轮接近的金属基体和金属压板决定，与叶轮凸肩形成的密封间隙与常温装配间隙基本一致，对密封间隙的控制力较强。非金属内芯约束在一个相对密闭的空间内，大的紧固件轴向预紧力下不易变形，可采取较大的拧紧力以补偿低温下的轴向变形。长时间工作或异常情况导致密封面失效后，仅仅更换非金属内芯即可，周期短且较为经济。

Claims (4)

1.一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构，该结构设置在叶轮与固定的泵壳体之间形成的间隙中，其特征在于：该结构包括金属基体，所述金属基体一侧与泵壳体相连，所述金属基体另一侧设置L型放置槽口，所述L型放置槽口上设置非金属内芯，且L型放置槽口一端设置锁边结构，另一端通过设置金属压板将其非金属内芯可拆卸式的锁至L型放置槽口内，所述的非金属内芯与叶轮接触端设置多个密封槽与其叶轮凸肩相配合密封副。

2.根据权利要求1所述的一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构，其特征在于：所述金属基体上设置多个低压平衡孔与L型放置槽口相连通。

3.根据权利要求1所述的一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构，其特征在于：所述金属压板与非金属内芯之间通过法兰相连。

4.根据权利要求2所述的一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构，其特征在于：所述金属基体上设置4个低压平衡孔。