一种圆弧块石墨环密封结构的制作方法

本实用新型属于接触密封技术领域，涉及燃气轮机等高速转轴的润滑油密封，具体是涉及一种圆弧块石墨环密封结构。

背景技术：

石墨密封材料技术经过长期的发展，已经成功应用于航空发动机轴承腔的密封。但是，针对小型化和微型化的燃气轮机，因其尺寸小则转速大幅度提高，石墨密封材料与转轴密封面之间的摩擦速度也相应的大幅度提高，由此所产生的高温如何控制，针对一定程度的转轴扰动将如何包容等都对石墨密封装置的结构技术提出了苛刻的要求。

当前的石墨密封装置，其结构复杂，加工精度要求高，尚不能满足以上提出的苛刻要求，容易造成石墨密封环破碎、断裂、重度磨损等问题，严重影响石墨密封装置的密封性能和使用寿命，从而影响燃气轮机的可靠性。

由于制造误差，必然会导致的转轴扰动(包括转轴的圆柱度误差和支撑系统合成的角向误差和径向跳动)，如果这些扰动不能被包容，石墨密封环很容易就会被磨损或损坏。

申请号为cn201820384838.9的中国实用新型专利公开了一种用于旋转密封的动密封环及其机构，将密封环分割为至少两段密封环块，通过密封环块之间的插接形成圆环结构，插接位置接触紧密，有比较好的密封性；与现有轴向叠加拼接石墨环密封相比，本方案采用单组插接结构动密封环即可满足密封要求，安装结构简单，密封压紧可靠，轴向尺寸可控，可用于小直径轴密封。该结构很好地解决了小直径轴的密封问题，但轴产品制造误差导致的转轴扰动、摩擦发热等问题依然存在。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种圆弧块石墨环密封结构，以有效发挥石墨材料耐磨、耐高温的特性，从而达到高性能的润滑油密封效果。

本实用新型是通过如下技术方案予以实现的。

一种圆弧块石墨环密封结构，包括转轴护套和密封基座，所述转轴护套为圆筒状，所述密封基座为本密封结构的壳体，嵌套在转轴护套上，所述密封基座与转轴护套之间设有石墨环；所述石墨环一端面与密封基座内右端面贴靠，另一端面通过挡板限位，内圈与转轴护套紧密接触；所述挡板外侧设有波形弹簧，波形弹簧外设有卡圈，所述卡圈安装在密封基座内的环形槽中。

进一步地，所述石墨环包括至少3个完全相同的圆弧块，所述圆弧块之间交替搭接形成一个完整的环形接触密封结构。

进一步地，所述圆弧块的弓背面中间设有轴向通槽，所述密封基座内对应设有凸肩，圆弧块安装到密封基座中后，所述凸肩嵌入到轴向通槽中，所述凸肩顶端与轴向通槽底面之间留有间隙。

进一步地，在所述轴向通槽的两边，设有凸台，圆弧块交替组合成石墨环后，两组相邻的凸台之间形成沿弧低于最大外径的圆环段，所述圆弧块和密封基座之间围成弧形槽；所述弧形槽中设有平直的弹簧片。

进一步地，所述石墨环的圆弧块搭接处填充有非金属弹性材料层。

进一步地，所述石墨环的圆弧块搭接处填充的非金属弹性材料层为硅橡胶。

进一步地，所述石墨环内环与转轴护套接触的形式为面接触或线接触。

进一步地，所述石墨环的圆弧块可为3-6个组合的结构形式。

进一步地，所述转轴护套表面设有螺旋槽。

进一步地，所述转轴护套外表面是光滑表面，根据转轴的转向确定采用左旋或右旋的螺旋槽，所述螺旋槽的头数可以是单头或多头，螺旋槽的形状可为矩形、梯形、三角形或者篦齿形。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所述的一种圆弧块石墨环密封结构，针对石墨密封技术所面临的材料接触摩擦高温问题和转轴扰动需要包容的问题，从结构原理上提出了新的解决方案，达到了结构简单、制造难度低、发热量低、装配简单、维护方便、使用寿命长等有益效果。

本实用新型所述的一种圆弧块石墨环密封结构具有以下优点：

(1)多圆弧块交替搭接形成的石墨环与转轴之间能够形成完整的周向弥合，轴向没有直通的缝隙(搭接段的周向缝隙也很小)，所以轴向密封的密闭性可以保持得非常好。并且，在与其接触的转轴护套表面设计有螺旋槽，螺旋槽具有阻止滑油外溢的作用。

(2)圆弧块的弧角都不超过180°，成弓形结构，圆弧块弓背面都有轴向通槽，轴向通槽槽深沿转轴径向，对应的密封基座上也有等分的凸肩，轴向通槽分别套装在凸肩上，就使圆弧块交替搭接成了圆环，由于槽宽和凸肩之间有间隙，凸肩高和槽深间有间隙，圆弧块都具备径向退让能力；同时，圆弧块的两侧都有径向推送弹片，使圆弧块始终贴附在转轴上，这样，转轴在圆弧块间转动，转轴的扰动量就不会造成圆弧块变形和摩擦力过大。也就是说，圆弧块构成的石墨密封环结构对转轴的扰动量具有包容能力。

(3)由于转轴的扰动量不会导致石墨密封环变形，也就不会使石墨密封环承受交变应力，也就不会导致石墨密封环疲劳损坏。

(4)圆弧块石墨密封环与转轴间的接触力是由圆弧两侧的弹片产生的，弹片的厚度改变即能有效和准确的调整弹力，通过调整弹力就可以将石墨环与转轴间的摩擦力控制到最小，这样摩擦所产生的热量也就能降到最小，实现减小摩擦，降低摩擦发热的效果。

(5)石墨环的圆弧块分开，各零件是一模一样的，组装时无须确定方向和位置，其工艺性和维护性都十分理想。

综上所述，本实用新型所述的一种圆弧块石墨环密封结构，由相互搭接的石墨环内圆面与转轴护套外径的接触性弥合，以及石墨环端面与密封基座内右端面的贴靠，即实现了轴向和径向的密封。由于石墨环和密封基座的镶嵌组合构成的柔性结构，以及弹簧片、波形弹簧等弹性元件形成的轴向和径向的弹性压力，使得石墨环能够实现对转轴系统扰动问题的包容，并保持良好的接触密封状态。石墨环不会因转轴扰动的交变应力作用和重摩擦导致的高温作用而磨损和损毁，从而改善其摩擦产生高温的问题和延长密封结构的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图。

图2为图1中a-a截面的结构示意图。

图3为本实用新型中石墨环的拆分结构示意图。

图4为本实用新型中石墨环的组合结构示意图。

图中：1-卡圈，2-波形弹簧，3-弹簧片，4-密封基座，401-凸肩，5-转轴，6-转轴护套，601-螺旋槽，7-石墨环，701-圆弧块，702-轴向通槽，703-凸台，704-弧形槽，8-挡板，9-轴承腔。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1所示，本实用新型所述的一种圆弧块石墨环密封结构，包括转轴护套6和密封基座4，所述转轴护套6为圆筒状，所述密封基座4为本密封结构的壳体，嵌套在转轴护套6上，所述密封基座4与转轴护套6之间设有石墨环7；所述石墨环7一端面与密封基座4内右端面贴靠，另一端面通过挡板8限位，内圈与转轴护套6紧密接触；所述挡板8外侧设有波形弹簧2，波形弹簧2外设有卡圈1，所述卡圈1安装在密封基座4内的环形槽中。

所述石墨环7包括至少3个完全相同的圆弧块701，所述圆弧块701之间交替搭接形成一个完整的环形接触密封结构。

所述石墨环7的圆弧块701搭接处填充有非金属弹性材料层。所述石墨环7的圆弧块701搭接处填充的非金属弹性材料层为硅橡胶。本技术方案的径向密封是靠石墨环7的左端面与密封基座4内右端面贴靠来密封的，在石墨环7的端面有三个径向搭接所留的间隙，不能完全密封，所以在此间隙内填充硅橡胶等非金属弹性材料，实现完整密封。

所述转轴护套6表面设有螺旋槽601。所述转轴护套6也称为石墨跑道，是与石墨环7形成旋转接触密封的转轴替代件。在转轴5的相应位置设置转轴护套6，是为了提高转轴5的耐久性，同时用于磨损更换，在转轴护套6上设置旋向利于阻止滑油溢出的螺旋槽601，能够形成更好的轴向运转封严性能。

如图2、图3、图4所示，所述圆弧块701的弓背面中间设有轴向通槽702，所述密封基座4内对应设有凸肩401，圆弧块701安装到密封基座4中后，所述凸肩401嵌入到轴向通槽702中，所述凸肩401顶端与轴向通槽702底面之间留有间隙。所述轴向通槽702既窄又深，用途是将圆弧块701的位置限定在密封基座4对应的凸肩上，限制圆弧块701沿周向的自由度，但未限制圆弧块701沿径向的自由度，这就使圆弧块701具备了径向退让的可能，也就使得石墨环7具有了径向柔性，能包容转轴5的径向扰动量。

如图4所示，在所述圆弧块701的弓背面，轴向通槽702的两边，设有凸台703，圆弧块701交替组合成石墨环7后，两组相邻的凸台703之间形成沿弧低于最大外径的圆环段。将石墨环7装入密封基座4中，在圆弧块701和密封基座4之间就形成了弧形槽704，如图2所示，在所述弧形槽704中嵌入平直的弹簧片3，弹簧片3在弧形槽704中朝向轴心的弹力或恢复力就给各圆弧块701施加了向心的作用力，在这个作用力的作用下石墨环7的每一圆弧块701都能贴附于转轴护套6上，使石墨环7构成该密封结构的主体。这个作用力的首要作用是给圆弧块701产生了包容转轴5扰动量的随附能力。同时，这个作用力的大小决定了石墨环7对转轴5接触面即转轴护套6的正压力，也就决定了摩擦力的大小，从而控制了摩擦发热量的大小。所述弹簧片3为平板型，通过弯曲变形产生恢复性弹力，调整弹簧片3的弹力只需要改变弹簧片3的厚度即可，所以，控制发热量就相对容易实现。弹簧片3数量与圆弧块701的数量一致。

实施例一

如图3、图4所示，就是一个小直径转轴使用的三个圆弧块701组成石墨环7密封装置的实例。安装时，以密封基座4为载体，三个圆弧块701搭接后构成石墨环7，密封基座4的三个凸肩401嵌入石墨环7外缘上的轴向通槽702中，推靠至密封基座4内左止端的右端面。石墨环7的左端面与密封基座4内右端面贴靠形成径向密封，在石墨环7的端面有三个径向搭接所留的间隙，不能完全密封，所以在此间隙内填充有硅橡胶等非金属弹性材料，以实现完整密封。

将弹簧片3弯曲装入石墨环7外缘的弧形槽704中后，石墨环7的右端再依次加装挡板8、波形弹簧2和卡圈1，三个圆弧块701就形成了一个轴向稳定的石墨环7。转轴5与转轴护套6组装成一体，穿入石墨环7中，轴承腔9就与外界形成密封状态。转轴5连同转轴护套6一起旋转，转轴护套6与石墨环7之间就形成接触密封的状态。以上所述技术优势都能在该实例中体现。

实施例二

根据转轴5设计直径的不同，构成石墨环7的圆弧块701可为3-6个组合的结构形式；所述石墨环7内环与转轴护套6接触的形式为面接触或线接触。

实施例三

转轴护套6外表面是光滑表面，根据转轴5的转向确定采用左旋或右旋的螺旋槽601，螺旋槽601的头数可以是单头或多头，螺旋槽601的形状可为矩形、梯形、三角形或者篦齿形。

实施例四

圆弧块701搭接段的设计也由转轴5的转向决定，可设为左端低右端高或者左端高右端低的结构。

上述的实施例只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本技术方案内容，不应理解为是对本实用新型保护范围的限制，只要是根据本实用新型技术方案所作的简单替换，均落入本实用新型的保护范围。