专利名称：一种适用于过氧化氢介质的动密封装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于发动机涡轮泵密封技术领域，更具体地讲，属于发动机涡轮泵强氧化介质下的动密封系统。本实用新型也可用于石油、化工试验装置，以及泵旋转轴密封的地方。
背景技术：
未来的大推力助推级发动机已转向采用液氧/煤油、液氢/液氧等无毒推进剂。 对于需要在空间长期运行、有可能载人的轨道机动发动机、轨道转移发动机、运载火箭上面级发动机，除无毒无污染的要求以外，还要求推进剂可以在空间长期贮存。国外飞行实践表明，如果采用液氧、液氢等低温推进剂，则空间飞行器在轨时间不能超过一个月，而且需要飞行器设置复杂的热控系统，增加了地面和空间维护操作的复杂性和再生成本。在此背景下，过氧化氢作为液体推进剂的一些优良特性又重新获得了关注。与液氧、液氢等低温推进剂相比，过氧化氢有其特殊的使用领域，特别适用于需长期(大于3个月)在空间运行、载人、反复穿越大气层、重复使用的近地轨道飞行器，可以减小飞行器体积和阻力、避免对环境、飞行器和乘员的污染，提高安全性、维护性和可操作性，降低飞行器的开发和运行成本。过氧化氢系列发动机可用于卫星、飞船、空间作战平台的姿轨控发动机，也可用作空间飞行器的轨道机动/转移发动机，运载火箭的上面级发动机。由于过氧化氢具有140°C温度下形成链式分解，容易引起爆炸，而在过氧化氢泵中密封是处于高温燃气和过氧化氢介质的双重环境下的，这就给密封提出了极大的挑战。
实用新型内容本实用新型目的是提供一种适用于过氧化氢介质的动密封装置，该密封装置实现了对发动机涡轮泵过氧化氢介质密封装置结构紧凑、占据轴向空间小、密封性能好的技术要求。本实用新型的技术解决方案是—种适用于过氧化氢介质的动密封装置，其特殊之处在于其包括设置在涡轮泵轴14上用来密封高温燃气的膜盒式密封1、设置在涡轮泵轴14上用来密封过氧化氢的弹簧式端面密封2、设置在涡轮泵壳体15上的油气源组件4 ；所述膜盒式密封1包括焊接金属波纹管11、后环10、第一动环8、第一静环座91、 第一静环9，所述第一静环9固定在第一静环座91上，所述后环10固定在涡轮泵壳体15 上，所述金属波纹管11的一端焊接在后环10上，另一端焊接在第一静环座91上；所述第一静环9和第一动环8摩擦连接，所述第一动环8固定在涡轮泵轴14上；所述弹簧式端面密封2包括第二动环组件、第二静环座61、第二静环6、弹簧壳体 7、多个小弹簧13，所述第二静环6固定在第二静环座61上，所述弹簧壳体7固定在涡轮泵壳体15上，所述小弹簧13的一端设置在弹簧壳体7的弹簧孔17内，另一端顶住第二静环座61的端面，所述第二静环6与第二动环组件摩擦连接，所述第二动环座组件固定在涡轮泵轴14上；所述涡轮泵壳体15、膜盒式密封1、弹簧式端面密封2、涡轮泵轴14围成隔离油腔 3，其内充满隔离油，所述油气源组件4与隔离油腔3相通，用于向隔离油提供设定的压力。上述第二动环组件包括第二动环座51、第二动环5以及设置在第二动环5和第二动环座51之间用于密封的弹性圈52 ；所述第二动环5上设置有两个中心相对设置的卡齿 56，所述第二动环座51设置有两个中心相对且与卡齿相配合的卡槽55 ；所述第二静环6与第二动环5摩擦连接，所述第二动环5固定在第二动环座51上，所述第二动环座51固定在涡轮泵轴14上。上述第二动环5与第二静环6相接触的摩擦面53上设置有环形沟槽M，所述环形沟槽讨设置在第二动环5的摩擦面53的内侧。上述弹簧壳体7和第二静环座61周向分别开多个用于加强过氧化氢介质的流动性的回流孔16。上述弹簧壳体7和第二静环座61上回流孔16的数量为六个且圆周均布。上述膜盒式密封1还包括阻尼带12，所述阻尼带12设置在金属波纹管的外侧面圆周且与轮泵壳体15固连。上述第一静环9和第二静环6为石墨静环，所述隔离油为抗化学润滑油。本实用新型与现有技术相比的优点在于1、本实用新型用于发动机涡轮泵中，密封过氧化氢介质和高温燃气，以免两种介质相互接触引起爆炸。2、本实用新型设计的过氧化氢介质动密封装置，采用两级串联式密封，中间隔离油腔加隔离油的密封组合结构，抛开了传统密封的一味的“堵”或“疏”的方案，结合了 “堵” 和“疏”各自之长，将密封处于良好的运行环境中，降低了过氧化氢介质接触环境的温度。3、本实用新型设计的过氧化氢介质动密封装置过氧化氢侧端面密封的第二动环组件采用分体式结构，即第二动环组件包括第二动环座、第二动环以及设置在第二动环和第二动环座之间用于密封的弹性圈；第二动环上设置有两个中心相对设置的卡齿，第二动环座设置有两个中心相对的卡槽，卡齿啮合在卡槽内，因此第二动环组件具有一定的浮动性，可防止发动机振动时引起端面偏斜。本实用新型还在密封摩擦面53以内加工有环形沟槽，以克服密封比压带来的端面摩擦面应力变形，避免引起密封工作时摩擦偏斜、摩擦加剧、泄漏乃至密封失效。4、由于过氧化氢的特性，以往发动机密封不曾遇到。所以本实用新型设计的过氧化氢介质动密封装置，凡是与过氧化氢及有可能与过氧化氢接触的零件产品与过氧化氢介质均具有良好的相容性。5、本实用新型设计的过氧化氢介质动密封装置，弹簧式端面密封的弹簧壳体及第二静环座开有六个相互通畅的回流孔，以加强过氧化氢介质在密封腔的流动，起到带走热量的作用，降低了过氧化氢介质升温的可能性。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型弹簧式端面密封的第二动环和第二动环座的结构示意图；[0025]图3是图2中第二动环的结构示意图；图4是图2中第二动环座的结构示意图；图5是本实用新型弹簧式端面密封的第二静环座的结构示意图；图6是本实用新型弹簧式端面密封的弹簧壳体的结构示意图；其中1-膜盒式密封，2-弹簧式端面密封，3-隔离油腔，4-油气源组件，5-第二动环，51-第二动环座、52-弹性圈，53-摩擦面，54-环形沟槽，55-卡槽，56-卡齿，6-第二静环，61-第二静环座、7-弹簧壳体，8-第一动环，9-第一静环，91-第一静环座，10-后环， 11-金属波纹管，12-阻尼带，13-小弹簧，14-涡轮泵轴，15-涡轮泵壳体，16-回流孔，17-弹簧孔。
具体实施方式
如图1所示，过氧化氢介质经过冷却轴承后进入弹簧式端面密封2前，通过第二静环座61，弹簧孔17以及弹簧壳体7上开设的周向斜的回流孔16，先进行局部流通，再回流到泵前，使端面密封局部不会因为介质流通不畅导致滞留或发生阻塞现象。弹簧式端面密封2为内流式，过氧化氢介质流向摩擦副间要克服第二动环5产生的离心力，只要适当增加隔离油腔3压力或调整密封比压，就可确保弹簧式端面密封2摩擦副间的油楔是隔离油。作为油楔工作后的极微量隔离油向外流出混入过氧化氢是无害的。膜盒式密封1用来密封左侧的高温燃气，金属波纹管11起到辅助静密封的作用，阻尼带12增强了金属波纹管在使用过程中的弹力回复，增长了寿命。隔离油将第一动环8浸泡其中，起到冷却第一动环8和端面密封摩擦表面的作用，隔离油腔3的压力也可平衡燃气的压力，减轻密封压力。采用焊接金属1波纹管型式，免除了以往辅助密封采用0型圈难耐高温的困扰，膜盒式密封的焊接波纹管能够提供相应弹力，满足弹簧比压的使用要求，且耐温性能好。如图2、图3和图4所示，弹簧式端面密封2的第二动环组件采用第二动环5和第二动环座51和弹性圈52组合型式，第二动环座51加工成周向两个卡齿56，装配时插入第二动环5的卡槽55中，中间采用弹性圈52密封。因此，弹簧式端面密封2具有结构紧凑， 简单可靠的特点。如图3所示，第二动环5在其摩擦面以内加工有环形沟槽54，以克服密封比压带来的端面摩擦面应力变形，避免引起密封工作时摩擦偏斜，摩擦加剧，泄漏，乃至密封失效。第二动环5采用分体式结构，具有一定的浮动性，防止发动机振动时引起端面偏斜。弹簧壳体7与涡轮泵壳体15的配合采用螺纹连接的型式，螺纹的方向与发动机工作时轴的旋转方向一致，这样节省了空间，简单可靠。如图5和图6所示第二静环座61周向加工六个回流孔16，与弹簧孔17及弹簧壳体7的六个回流孔16相连，加强过氧化氢介质的流动性，避免介质积聚太多热量且可冷却密封端面。抗化学润滑油对介质相容性好，不燃，高温500°C对不锈钢不腐蚀。本实用新型原理密封装置采用膜盒式密封+弹簧式端面密封组合，并在两密封间充填隔离油的密封组合型式。左侧靠近燃气侧为膜盒式密封、右侧靠近过氧化氢侧为弹簧式密封、两道密封分别有各自的动环。右侧靠近过氧化氢侧的弹簧式密封为内流式，介质流向摩擦副间要克服动环产生的离心力，只要适当增加隔离油腔压力或调整密封比压，就可确保弹簧密封端摩擦副间的油楔是油。
权利要求1.一种适用于过氧化氢介质的动密封装置，其特征在于其包括设置在涡轮泵轴(14) 上用来密封高温燃气的膜盒式密封(1)、设置在涡轮泵轴(14)上用来密封过氧化氢的弹簧式端面密封(2)、设置在涡轮泵壳体(15)上的油气源组件(4)；所述膜盒式密封(1)包括焊接金属波纹管(11)、后环(10)、第一动环(8)、第一静环座 (91)、第一静环(9)，所述第一静环(9)固定在第一静环座(91)上，所述后环(10)固定在涡轮泵壳体(15)上，所述金属波纹管(11)的一端焊接在后环(10)上，另一端焊接在第一静环座(91)上；所述第一静环(9)和第一动环(8)摩擦连接，所述第一动环(8)固定在涡轮泵轴(14)上；所述弹簧式端面密封(2)包括第二动环组件、第二静环座(61)、第二静环(6)、弹簧壳体(7)、多个小弹簧(13)，所述第二静环(6)固定在第二静环座(61)上，所述弹簧壳体(7) 固定在涡轮泵壳体(15)上，所述小弹簧(13)的一端设置在弹簧壳体(7)的弹簧孔(17)内， 另一端顶住第二静环座(61)的端面，所述第二静环(6)与第二动环组件摩擦连接，所述第二动环座组件固定在涡轮泵轴(14)上；所述涡轮泵壳体(15)、膜盒式密封(1)、弹簧式端面密封(2)、涡轮泵轴(14)围成隔离油腔(3)，其内充满隔离油，所述油气源组件(4)与隔离油腔(3)相通，用于向隔离油提供设定的压力。
2.根据权利要求1所述的适用于过氧化氢介质的动密封装置，其特征在于所述第二动环组件包括第二动环座(51)、第二动环(5)以及设置在第二动环(5)和第二动环座(51) 之间用于密封的弹性圈(52)；所述第二动环(5)上设置有两个中心相对设置的卡齿(56)， 所述第二动环座(51)设置有两个中心相对且与卡齿相配合的卡槽(55)；所述第二静环(6) 与第二动环(5)摩擦连接，所述第二动环(5)固定在第二动环座(51)上，所述第二动环座 (51)固定在涡轮泵轴(14)上。
3.根据权利要求1或2所述的适用于过氧化氢介质的动密封装置，其特征在于所述第二动环(5)与第二静环(6)相接触的摩擦面(53)上设置有环形沟槽(54)，所述环形沟槽 (54)设置在第二动环(5)的摩擦面(53)的内侧。
4.根据权利要求3所述的适用于过氧化氢介质的动密封装置，其特征在于所述弹簧壳体(7)和第二静环座(61)周向分别开多个用于加强过氧化氢介质的流动性的回流孔 (16)。
5.根据权利要求4所述的适用于过氧化氢介质的动密封装置，其特征在于所述弹簧壳体(7)和第二静环座(61)上回流孔(16)的数量为六个且圆周均布。
6.根据权利要求3所述的适用于过氧化氢介质的动密封装置，其特征在于所述膜盒式密封(1)还包括阻尼带(12)，所述阻尼带(12)设置在金属波纹管的外侧面圆周且与轮泵壳体(15)固连。
7.根据权利要求6所述的适用于过氧化氢介质的动密封装置，其特征在于所述第一静环(9)和第二静环(6)为石墨静环，所述隔离油为抗化学润滑油。
专利摘要本实用新型一种适用于过氧化氢介质的动密封装置，其包括设置在涡轮泵轴上用来密封高温燃气的膜盒式密封、设置在涡轮泵轴上用来密封过氧化氢的弹簧式端面密封、设置在涡轮泵壳体上的油气源组件；本实用新型解决了过氧化氢泵中密封处于高温燃气和过氧化氢介质的双重环境下的密封问题，该密封装置实现了对发动机涡轮泵过氧化氢介质密封装置结构紧凑、占据轴向空间小、密封性能好的技术要求。
文档编号F04D29/08GK201943995SQ20102025195
公开日2011年8月24日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者杨绍康, 王少鹏, 赵伟刚 申请人:中国航天科技集团公司第六研究院第十一研究所