CN112096652B - 一种液体脱开式动密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体脱开式动密封装置，属于旋转机械动密封技术领域。所述液体脱开式动密封装置包括：端面密封石墨静环固定设置在石墨静环座内，端面密封石墨静环可与动环接触；弹性机构的第一端与石墨静环座固定连接，弹性机构的第二端与端面密封外壳固定连接；推进剂供给机构与端面密封外壳连通，推进剂供给机构的出液口设置在压力机构与石墨静环座之间；浮动密封机构设置在压力机构内，浮动密封机构套设于轴上。本发明液体脱开式动密封装置可实现涡轮泵在预冷阶段对推进剂的有效隔离，做到无泄漏，同时还可以实现工作阶段推进剂的最小流量损失，提高涡轮泵效率，且保证浮动环动密封工作发热可以被冷却，保证浮动环的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及旋转机械动密封技术领域，特别涉及一种液体脱开式动密封装置。
背景技术
液体火箭发动机涡轮泵中，需要采用动密封将低温推进剂(燃料或氧化剂)与涡轮燃气有效隔开，一方面在预冷阶段，也即涡轮转子不转的状态时，防止推进剂进入到涡轮侧，造成涡轮转动件在低温推进剂作用下结霜结冰，发生转动件和静止件之间的抱死故障，另一方面在工作状态，也即涡轮转子处于旋转状态时，只允许少量推进剂流经动密封进入到涡轮燃气侧，避免产生过多的推进剂损失和浪费，同时也满足动密封的冷却要求，防止旋转过程中动密封过热导致烧蚀故障，造成动密封失效。
但是，在现有技术中，没有可以同时实现在预冷阶段有效隔离推进剂，防止推进剂进入到涡轮腔，在工作状态，让部分推进剂进入到涡轮腔的设备。
发明内容
本发明提供一种液体脱开式动密封装置，解决了或部分解决了现有技术中没有可以同时实现在预冷阶段有效隔离推进剂，防止推进剂进入到涡轮腔，在工作状态，让部分推进剂进入到涡轮腔的设备的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种液体脱开式动密封装置，设置在轴上，所述液体脱开式动密封装置包括：动环、端面密封外壳、端面密封机构、压力机构、推进剂供给机构、浮动密封机构及堵盖；所述端面密封外壳与所述堵盖固定连接；所述动环固定设置在所述轴上；所述端面密封机构包括：端面密封石墨静环、石墨静环座及弹性机构；所述石墨静环座可滑动式地套设于所述轴上，所述石墨静环座设置在所述端面密封外壳内；所述端面密封石墨静环固定设置在所述石墨静环座内，所述端面密封石墨静环可与所述动环接触；所述弹性机构的第一端与所述石墨静环座固定连接，所述弹性机构的第二端与所述端面密封外壳固定连接；所述压力机构可滑动式地设置在所述端面密封外壳内，所述压力机构的第一端可与所述石墨静环座接触，所述压力机构的第二端可与所述堵盖接触；所述推进剂供给机构与所述端面密封外壳连通，所述推进剂供给机构的出液口设置在所述压力机构与所述石墨静环座之间；所述浮动密封机构设置在所述压力机构内，所述浮动密封机构套设于所述轴上。
进一步地，所述石墨静环座朝向所述轴的端面上设置有迷宫密封；所述石墨静环座与所述轴之间的间隙为0.06-0.16mm。
进一步地，所述弹性机构包括：波纹管及波纹管座；所述波纹管座与所述端面密封外壳固定连接；所述波纹管的第一端与所述石墨静环座固定连接，所述波纹管的第二端与所述波纹管座固定连接。
进一步地，所述压力机构包括：压力板及压力壳体；所述压力板的第一端可与所述石墨静环座接触，所述压力板的第二端与所述压力壳体固定连接；所述压力壳体可滑动式设置在所述端面密封外壳内，所述压力壳体可与所述堵盖接触。
进一步地，所述压力板朝向所述石墨静环座的端面上固定设置有第一凸起；所述石墨静环座朝向所述压力板的端面上开设有第一凹槽；所述凸起可滑动式地设置在所述凹槽内。
进一步地，所述压力板背离所述石墨静环座的端面通过波形弹簧与所述浮动密封机构连接；所述压力壳体与所述堵盖之间设置有弹簧。
进一步地，所述堵盖朝向所述端面密封外壳的端面上开设有第二凹槽，所述第二凹槽内固定设置有第一石墨垫，所述端面密封外壳朝向所述堵盖的端面上固定设置有第二凸起，所述第二凸起与所述第一石墨垫接触；所述堵盖朝向所述压力壳体的端面上开设有第三凹槽，所述第三凹槽内固定设置有第二石墨垫，所述压力壳体朝向所述堵盖的端面上固定设置有第三凸起，所述第三凸起与所述第二石墨垫接触。
进一步地，所述推进剂供给机构包括：推进剂输送管及阀门；所述推进剂输送管与所述端面密封外壳连通，所述推进剂输送管的出液口设置在所述压力机构与所述石墨静环座之间；所述阀门设置在所述推进剂输送管上。
进一步地，所述浮动密封机构包括：浮动环石墨及浮动环座；所述浮动环石墨固定设置在所述浮动环座朝向所述轴的端面上，所述浮动环石墨套设于所述轴上；所述浮动环座设置在所述压力机构内。
进一步地，所述浮动环石墨与所述轴之间的间距为0.2-1mm。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于端面密封外壳与堵盖固定连接，动环固定设置在轴上，石墨静环座可滑动式地套设于轴上，石墨静环座设置在端面密封外壳内，端面密封石墨静环固定设置在石墨静环座内，端面密封石墨静环可与动环接触，弹性机构的第一端与石墨静环座固定连接，弹性机构的第二端与端面密封外壳固定连接，压力机构可滑动式地设置在端面密封外壳内，压力机构的第一端可与石墨静环座接触，压力机构的第二端可与堵盖接触，推进剂供给机构与端面密封外壳连通，推进剂供给机构的出液口设置在压力机构与石墨静环座之间，浮动密封机构设置在压力机构内，浮动密封机构套设于轴上，所以，当在预冷阶段，涡轮泵的转子不旋转时，弹性机构处于伸展状态，弹性机构推动石墨静环座，石墨静环座带动端面密封石墨静环与动环紧密贴合，推进剂供给机构保持关闭状态，端面密封可有效将推进剂隔离在推进腔内，可实现涡轮泵在预冷阶段对推进剂的有效隔离，做到无泄漏，当在工作状态，涡轮泵的转子旋转时，推进剂供给机构打开，引入与推进剂腔体压力相近的一定流量的推进剂，推进剂作用于压力机构，压力机构带动石墨静环座一起运动，压力机构和堵盖接触，石墨静环座带动端面密封石墨静环与动环产生一个轴向间隙，由于推进剂腔压力高，而涡轮腔压力低，此时推进剂将通过该轴向间隙，流经石墨静环座，再经过浮动密封机构进入到涡轮腔，通过推进剂供给机构引入的推进剂也有一部分通过压力机构和石墨静环座之间的缝隙，与推进剂腔流过来的推进剂一起再通过浮动密封机构进入到涡轮腔，可以实现工作阶段推进剂的最小流量损失，提高涡轮泵效率，且保证浮动密封机构工作发热可以被冷却，保证浮动密封机构的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的液体脱开式动密封装置的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种液体脱开式动密封装置，设置在轴1上，所述液体脱开式动密封装置包括：动环2、端面密封外壳3、端面密封机构4、压力机构5、推进剂供给机构6、浮动密封机构7及堵盖8。
动环2固定设置在轴1上。
端面密封机构4包括：端面密封石墨静环4-1、石墨静环座4-2及弹性机构4-3。
石墨静环座4-2可滑动式地套设于轴1上，石墨静环座4-2设置在端面密封外壳3内。
端面密封石墨静环4-1固定设置在石墨静环座4-2内，端面密封石墨静环4-1可与动环2接触。
弹性机构4-3的第一端与石墨静环座4-2固定连接，弹性机构的第二端与端面密封外壳3固定连接。
压力机构5可滑动式地设置在端面密封外壳3内，压力机构5的第一端可与石墨静环座3-2接触，压力机构5的第二端可与堵盖8接触。
推进剂供给机构6与端面密封外壳3连通，推进剂供给机构6的出液口设置在压力机构5与石墨静环座4-2之间。
浮动密封机构7设置在压力机构5内，浮动密封机构7套设于轴1上。
本申请具体实施方式由于动环2固定设置在轴1上，石墨静环座4-2可滑动式地套设于轴1上，石墨静环座4-2设置在端面密封外壳3内，端面密封石墨静环4-1固定设置在石墨静环座4-2内，端面密封石墨静环4-1可与动环2接触，弹性机构4-3的第一端与石墨静环座4-2固定连接，弹性机构的第二端与端面密封外壳3固定连接，压力机构5可滑动式地设置在端面密封外壳3内，压力机构5的第一端可与石墨静环座3-2接触，压力机构5的第二端可与堵盖8接触，推进剂供给机构6与端面密封外壳3连通，推进剂供给机构6的出液口设置在压力机构5与石墨静环座4-2之间，浮动密封机构7设置在压力机构5内，浮动密封机构7套设于轴1上，所以，当在预冷阶段，涡轮泵的转子不旋转时，弹性机构4-3处于伸展状态，弹性机构4-3推动石墨静环座4-2，石墨静环座4-2带动端面密封石墨静环4-1与动环2紧密贴合，推进剂供给机构6保持关闭状态，端面密封可有效将推进剂隔离在推进腔内，可实现涡轮泵在预冷阶段对推进剂的有效隔离，做到无泄漏，当在工作状态，涡轮泵的转子旋转时，推进剂供给机构6打开，引入与推进剂腔体压力相近的一定流量的推进剂，推进剂作用于压力机构5，压力机构5带动石墨静环座4-2一起运动，压力机构5和堵盖8接触，石墨静环座4-2带动端面密封石墨静环4-1与动环2产生一个轴向间隙，由于推进剂腔压力高，而涡轮腔压力低，此时推进剂将通过该轴向间隙，流经石墨静环座4-2，再经过浮动密封机构7进入到涡轮腔，通过推进剂供给机构6引入的推进剂也有一部分通过压力机构5和石墨静环座4-2之间的缝隙，与推进剂腔流过来的推进剂一起再通过浮动密封机构7进入到涡轮腔，可以实现工作阶段推进剂的最小流量损失，提高涡轮泵效率，且保证浮动密封机构工作发热可以被冷却，保证浮动密封机构的安全性。
其中，当在工作状态，涡轮泵的转子旋转时，端面密封石墨静环4-1不与动环2接触，端面密封石墨静环4-1与动环2之间不会产生摩擦，保证了端面密封石墨静环4-1与动环2使用寿命，降低设备损耗。
具体地，石墨静环座4-2朝向轴1的端面上设置有迷宫密封；石墨静环座4-2与轴1之间的间隙为0.06-0.16mm，通过迷宫密封起到节流降压的作用，进剂流量损失少，可以有效保证推进剂的利用效率。
具体地，弹性机构4-3包括：波纹管4-31及波纹管座4-32。
波纹管座4-32与端面密封外壳3固定连接。
波纹管4-31的第一端与石墨静环座4-2固定连接，波纹管4-31的第二端与波纹管座4-32固定连接。
当在预冷阶段，涡轮泵的转子不旋转时，波纹管4-31伸展，波纹管4-31的第二端推动波纹管座4-32，波纹管4-31的第一端推动石墨静环座4-2，使石墨静环座4-2带动端面密封石墨静环4-1与动环2紧密贴合。当在工作状态，涡轮泵的转子旋转时，压力机构5带动石墨静环座4-2一起运动，石墨静环座4-2压缩波纹管4-31，使端面密封石墨静环4-1与动环2产生一个轴向间隙。
具体地，压力机构5包括：压力板5-1及压力壳体5-2。
压力板5-1的第一端可与石墨静环座4-2接触，压力板5-1的第二端与压力壳体5-2固定连接。在本实施方式中，压力板5-1的第二端可通过内六角螺钉14及弹簧垫片11与压力壳体5-2固定连接，保证连接的稳定性。
压力壳体5-2可滑动式设置在端面密封外壳3内，压力壳体5-2可与堵盖8接触。
压力板5-1朝向石墨静环座4-2的端面上固定设置有第一凸起。
石墨静环座4-2朝向压力板5-1的端面上开设有第一凹槽。
凸起可滑动式地设置在凹槽内。
压力板5-1背离石墨静环座4-2的端面通过波形弹簧9与浮动密封机构7连接。
压力壳体5-2与堵盖8之间设置有弹簧10。
当在工作状态，涡轮泵的转子旋转时，推进剂供给机构6打开，引入与推进剂腔体压力相近的一定流量的推进剂，推进剂进入端面密封外壳3内，到达压力机构5与石墨静环座4-2之间，作用于压力板5-1上，压力板5-1上的第一凸起勾住第一凹槽，拉动石墨静环座4-2，石墨静环座4-2带动端面密封石墨静环4-1与动环2产生一个轴向间隙。同时，压力板5-1背离石墨静环座4-2的端面压缩波形弹簧9与浮动密封机构7接触，压力壳体5-2压缩弹簧10与堵盖8。当在预冷阶段，涡轮泵的转子不旋转时，将推进剂供给机构6关闭，此时推进剂无法再通过推进剂供给机构6流入端面密封外壳3内，到达压力机构5与石墨静环座4-2之间，压力随之降低，波形弹簧9及弹簧10伸展，分别推动压力板5-1及压力壳体5-2，压力板5-1上的第一凸起不再勾住第一凹槽，便于石墨静环座4-2复位。
堵盖8朝向端面密封外壳3的端面上开设有第二凹槽，第二凹槽内固定设置有第一石墨垫12，端面密封外壳3朝向堵盖8的端面上固定设置有第二凸起，第二凸起与第一石墨垫12接触，端面密封外壳3与堵盖8之间通过第一石墨垫12进行密封。
其中，堵盖8可通过防转销钉15与端面密封外壳3固定连接，保证连接的稳定性。
堵盖8朝向压力壳体5-2的端面上开设有第三凹槽，第三凹槽内固定设置有第二石墨垫13，压力壳体5-2朝向堵盖8的端面上固定设置有第三凸起，第三凸起与第二石墨垫13接触，对堵盖8与压力壳体5-2进行密封，同时，可以进行缓冲，保证零件安全。
具体地，推进剂供给机构6包括：推进剂输送管6-1及阀门6-2。
推进剂输送管6-1与端面密封外壳3连通，推进剂输送管6-1的出液口设置在压力机构5与石墨静环座4-2之间。
阀门6-2设置在推进剂输送管6-1上。
当在工作状态，涡轮泵的转子旋转时，打开阀门6-2，引入与推进剂腔体压力相近的一定流量的推进剂，推进剂通过推进剂输送管6-1进入端面密封外壳3内，到达压力板5-1与石墨静环座4-2之间，作用于压力板5-1上。
具体地，浮动密封机构7包括：浮动环石墨7-1及浮动环座7-2。
浮动环石墨7-1固定设置在浮动环座7-2朝向轴1的端面上，浮动环石墨7-1套设于轴1上。
浮动环座7-2设置在压力机构5内。
浮动环石墨7-1与轴1之间的间距为0.2-1mm，浮动环石墨7-1起到节流降压作用，推进剂流量损失少，可以有效保证推进剂的利用效率，且对浮动环石墨起到良好的冷却作用。
为了更清楚介绍本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。
当涡轮泵的转子不旋转时，波纹管4-31伸展，波纹管4-31的第二端推动波纹管座4-32，波纹管4-31的第一端推动石墨静环座4-2，使石墨静环座4-2带动端面密封石墨静环4-1与动环2紧密贴合，阀门6-2保持关闭状态。此时端面密封可有效将推进剂隔离在推进腔内。
当涡轮泵的转子旋转时，阀门6-2打开，引入与推进剂腔体压力相近的一定流量的推进剂，推进剂通过推进剂输送管6-1进入端面密封外壳3内，到达压力板5-1与石墨静环座4-2之间，作用于压力板5-1上，压力板5-1上的第一凸起勾住第一凹槽，拉动石墨静环座4-2，石墨静环座4-2带动端面密封石墨静环4-1与动环2产生一个轴向间隙，此时，波纹管4-31收缩。压力板5-1背离石墨静环座4-2的端面压缩波形弹簧9与浮动环座7-2接触，压力壳体5-2压缩弹簧10与堵盖8接触。同时，由于压力板5-1勾着石墨静环座4-2运动，端面密封石墨静环4-1与动环2产生一个轴向间隙，由于推进剂腔压力高，而涡轮腔压力低，此时推进剂将通过该轴向间隙，再流经迷宫密封，再经过浮动环石墨7-1和浮动环座7-2组成的浮动环密封进入到涡轮腔。通过推进剂输送管6-1引入的推进剂也有一部分通过压力板5-1和石墨静环座4-2之间的缝隙，与推进剂腔流过来的推进剂一起再通过浮动环密封进入到涡轮腔。由于迷宫密封和浮动环的节流降压作用，该推进剂流量损失也较少，可以有效保证推进剂的利用效率，且对浮动环起到良好的冷却作用。
当转子停止转动时，再将阀门6-2关闭，此时推进剂无法再通过推进剂输送管6-1流入，压力随之降低，波纹管4-31伸展，波纹管4-31的第二端推动波纹管座4-32，波纹管4-31的第一端推动石墨静环座4-2，使石墨静环座4-2带动端面密封石墨静环4-1与动环2紧密贴合，阀门6-2保持关闭状态。此时，端面密封可有效将推进剂隔离在推进腔内。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种液体脱开式动密封装置，设置在轴上，其特征在于，所述液体脱开式动密封装置包括：动环、端面密封外壳、端面密封机构、压力机构、推进剂供给机构、浮动密封机构及堵盖；
所述端面密封外壳与所述堵盖固定连接；
所述动环固定设置在所述轴上；
所述端面密封机构包括：端面密封石墨静环、石墨静环座及弹性机构；
所述石墨静环座可滑动式地套设于所述轴上，所述石墨静环座设置在所述端面密封外壳内；
所述端面密封石墨静环固定设置在所述石墨静环座内，所述端面密封石墨静环可与所述动环接触；
所述弹性机构的第一端与所述石墨静环座固定连接，所述弹性机构的第二端与所述端面密封外壳固定连接；
所述压力机构可滑动式地设置在所述端面密封外壳内，所述压力机构的第一端可与所述石墨静环座接触，所述压力机构的第二端可与所述堵盖接触；
所述推进剂供给机构与所述端面密封外壳连通，所述推进剂供给机构的出液口设置在所述压力机构与所述石墨静环座之间；
所述浮动密封机构设置在所述压力机构内，所述浮动密封机构套设于所述轴上；
所述压力机构包括：压力板及压力壳体；
所述压力板的第一端可与所述石墨静环座接触，所述压力板的第二端与所述压力壳体固定连接；
所述压力壳体可滑动式设置在所述端面密封外壳内，所述压力壳体可与所述堵盖接触；
所述堵盖朝向所述端面密封外壳的端面上开设有第二凹槽，所述第二凹槽内固定设置有第一石墨垫，所述端面密封外壳朝向所述堵盖的端面上固定设置有第二凸起，所述第二凸起与所述第一石墨垫接触；
所述堵盖朝向所述压力壳体的端面上开设有第三凹槽，所述第三凹槽内固定设置有第二石墨垫，所述压力壳体朝向所述堵盖的端面上固定设置有第三凸起，所述第三凸起与所述第二石墨垫接触。
2.根据权利要求1所述的液体脱开式动密封装置，其特征在于：
所述石墨静环座朝向所述轴的端面上设置有迷宫密封；
所述石墨静环座与所述轴之间的间隙为0.06-0.16mm。
3.根据权利要求1所述的液体脱开式动密封装置，其特征在于，所述弹性机构包括：波纹管及波纹管座；
所述波纹管座与所述端面密封外壳固定连接；
所述波纹管的第一端与所述石墨静环座固定连接，所述波纹管的第二端与所述波纹管座固定连接。
4.根据权利要求1所述的液体脱开式动密封装置，其特征在于：
所述压力板朝向所述石墨静环座的端面上固定设置有第一凸起；
所述石墨静环座朝向所述压力板的端面上开设有第一凹槽；
所述凸起可滑动式地设置在所述凹槽内。
5.根据权利要求1所述的液体脱开式动密封装置，其特征在于：
所述压力板背离所述石墨静环座的端面通过波形弹簧与所述浮动密封机构连接；
所述压力壳体与所述堵盖之间设置有弹簧。
6.根据权利要求1所述的液体脱开式动密封装置，其特征在于，所述推进剂供给机构包括：推进剂输送管及阀门；
所述推进剂输送管与所述端面密封外壳连通，所述推进剂输送管的出液口设置在所述压力机构与所述石墨静环座之间；
所述阀门设置在所述推进剂输送管上。
7.根据权利要求1所述的液体脱开式动密封装置，其特征在于，所述浮动密封机构包括：浮动环石墨及浮动环座；
所述浮动环石墨固定设置在所述浮动环座朝向所述轴的端面上，所述浮动环石墨套设于所述轴上；
所述浮动环座设置在所述压力机构内。
8.根据权利要求7所述的液体脱开式动密封装置，其特征在于：
所述浮动环石墨与所述轴之间的间距为0.2-1mm。
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