一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置

本发明涉及先进涡轮设备密封的，尤其涉及一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置。

背景技术：

1、柔性膜盒密封，是一种新型的旋转动密封，可以被应用于空天动力推进装置。针对高速形成的偏摆，以及低压油供送至高压油气端形成的交变温度，具有极强的可靠性与密封性。目前，国内在理论研究到实际结构设计的技术能力尚存不足，密封关键部件材料韧性不足以及表面改性技术落后，因此寻找密封效果更好的高参数旋转机械轴端密封并突破高端密封件材料-结构-功能化一体成套技术瓶颈迫在眉睫。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足和缺陷，提供一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，为实现提高使用寿命、提高可靠性、密封效果好的目的，本发明提供以下技术方案。

2、一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，包括推力涡轮盘、耐磨静止环、柔性膜盒组件、定位盖板以及密封基座，所述定位盖板、所述柔性膜盒组件、所述耐磨静止环与所述推力涡轮盘依序配合设置，所述柔性膜盒组件包括柔性膜盒、镶装环以及后环，所述镶装环与所述后环分别焊接在所述柔性膜盒两侧，所述后环定位在所述定位盖板上，所述耐磨静止环一端配合固定在所述镶装环上，另一端和所述推力涡轮盘配合设置；所述密封基座套设在所述柔性膜盒组件外端。

3、与现有技术相比，本发明通过采用柔性膜盒组件来代替常规的弹簧组件，由于传统的弹簧式密封结构需要使用密封圈来隔绝补偿环与弹簧座之间的介质，而绝大多数密封圈在交变温度下将失效，达不到预期密封效果，使用柔性膜盒组件可以有效补偿产生的轴向力，大大提高了装置的密封效果以及使用寿命；同时密封基座套设在柔性膜盒组件外侧，进一步提高了密封性。

4、进一步地，所述推力涡轮盘包括密封转动环与涡轮，所述密封转动环与所述涡轮一体化设置。

5、通过以上改进，密封转动环与涡轮一体化设置稳定了密封旋转表面的转动，提高了密封旋转件的精度，避免了因加工装配产生的误差，保证了密封旋转件的稳定运行，防止了高速运转的密封零部件在受高剪切力与交变温度的极端工况下发生惯性偏摆。

6、进一步地，所述柔性膜盒包括若干膜片，所述膜片呈同心圆排布；所述膜片包括第一弹性片以及第二弹性片，所述第一弹性片与所述第二弹性片交错设置且首尾相连。

7、通过以上改进，柔性膜盒由若干膜片，若干膜片依次首尾相焊接，形成柔性膜盒，能够排除在原密封圈位置发生泄漏的安全隐患，提高了使用时的密封性。

8、进一步地，所述第一弹性片包括向上凸起的第一圆弧部、向下凸起的第一弧线部以及第一弹性部；所述第二弹性片包括向上凸起的第二圆弧部、向下凸起的第二弧线部以及第二弹性部，所述第一圆弧部的首端与所述第二圆弧部的首端相连，所述第一弧线部与所述第二弧线部对应设置。

9、通过以上改进，弹性片设置有多端，使得弹性片抗弹性失效能力大大提高，提高了使用寿命；向下凸起的第一弧线部与向下凸起的第二弧线部对应设置，可以使弹性片在安装时在位置上得到对应，防止出现偏位。

10、进一步地，所述膜片由弹性薄性材料经冲压后获得。

11、通过以上改进，膜片由弹性薄性材料经冲压后获得，使得膜片在焊接后仍能承受极端的高温和压力，保证了密封装置在高速高温下的稳定运行。

12、进一步地，所述密封基座套设在所述柔性膜盒组件外端，具体指的是所述镶装环外壁上设置有密封块，所述密封基座内壁与所述密封块的端部相抵，同时所述密封块上端设置有弹性间隙。

13、通过以上改进，镶装环外壁上设置有密封块，密封块与密封基座内壁相抵，使得密封基座与镶装环能够较好地固定在一起，提高了装置内部的密封性；同时密封块上端出现了弹性间隙，方便膜片进行形变。

14、进一步地，所述后环定位在所述定位盖板上，具体指的是，所述后环上设置有定位槽，所述定位盖板朝轴心方向延伸有突出部，所述突出部与所述定位槽配合设置，使得所述定位盖板上端面与所述后环上端面处于同一水平面。

15、通过以上改进，后环上的定位槽与定位盖板的突出部相配合，使得后环能够较好定位，同时通过柔性膜盒的压缩与拉伸，能够将轴向的波簧补偿力传递给耐磨静止环，允许耐磨静止环进行轴向运动。

16、进一步地，所述耐磨静止环一端配合固定在所述镶装环上，具体指的是所述耐磨静止环通过热套工艺固定在所述镶装环上，且通过过盈装配限制了所述耐磨静止环与所述镶装环之间的相对周向旋转。

17、通过以上改进，耐磨静止环通过热套工艺固定在柔性膜盒组件的镶装环上，通过热套工艺，增加了整体的安装精度，并通过过盈装配防止了高强耐磨静止环和柔性膜盒组件的相对周向旋转，同时使整体结构简单化，避免了过多部件安装的繁琐，使整体结构微小化，模块化便于密封装置的安装。

18、进一步地，所述推力涡轮盘与所述耐磨静止环配合的转动环端面上设置有甩油槽，所述甩油槽沿轴心按顺时针分布。

19、通过以上改进，在转动环端面上设置甩油槽结构，利用高速运转密封件的表面动压效应，在密封端面间形成高压甩油油膜，能够将内侧的低温、低压燃油介质泵送到外侧的高温、高压燃气介质中，更高效地隔绝外侧燃气向内侧的泄漏，使密封更加安全可靠。

20、进一步地，所述转动环端面上加镀有高强度含cr、al、n和c的涂层。

21、通过以上改进，在转动环端面上镀高强度含cr、al、n和c的涂层，大大提高了接触面在油膜不充分下的耐磨性，极大提高了寿命，同时也提高了装置的强度。

技术特征：

1.一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，其特征在于:包括推力涡轮盘(1)、耐磨静止环(2)、柔性膜盒组件(3)、定位盖板(4)以及密封基座(5)，所述定位盖板(4)、所述柔性膜盒组件(3)、所述耐磨静止环(2)与所述推力涡轮盘(1)依序配合设置，所述柔性膜盒组件(3)包括柔性膜盒(3.1)、镶装环(3.2)以及后环(3.3)，所述镶装环(3.2)与所述后环(3.3)分别焊接在所述柔性膜盒(3.1)两侧，所述后环(3.3)定位在所述定位盖板(4)上，所述耐磨静止环(2)一端配合固定在所述镶装环(3.2)上，另一端和所述推力涡轮盘(1)配合设置；所述密封基座(5)套设在所述柔性膜盒组件(3)外端。

2.根据权利要求1所述的一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，其特征在于:所述推力涡轮盘(1)包括密封转动环(1.1)与涡轮(1.2)，所述密封转动环(1.1)与所述涡轮(1.2)一体化设置。

3.根据权利要求1所述的一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，其特征在于:所述柔性膜盒(3.1)包括若干膜片(3.11)，所述膜片(3.11)呈同心圆排布；所述膜片(3.11)包括第一弹性片(3.111)以及第二弹性片(3.112)，所述第一弹性片(3.111)与所述第二弹性片(3.112)交错设置且首尾相连。

4.根据权利要求3所述的一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，其特征在于:所述第一弹性片(3.111)包括向上凸起的第一圆弧部(3.1111)、向下凸起的第一弧线部(3.1112)以及第一弹性部(3.1113)；所述第二弹性片(3.112)包括向上凸起的第二圆弧部(3.1121)、向下凸起的第二弧线部(3.1122)以及第二弹性部(3.1123)，所述第一圆弧部(3.1111)的首端与所述第二圆弧部(3.1121)的首端相连，所述第一弧线部(3.1112)与所述第二弧线部(3.1122)对应设置。

5.根据权利要求3所述的一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，其特征在于:所述膜片(3.11)由弹性薄性材料经冲压后获得。

6.根据权利要求1所述的一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，其特征在于:所述密封基座(5)套设在所述柔性膜盒组件(3)外端，具体指的是所述镶装环(3.2)外壁上设置有密封块(3.21)，所述密封基座(5)内壁与所述密封块(3.21)的端部相抵，同时所述密封块(3.21)上端设置有弹性间隙(5.1)。

7.根据权利要求1所述的一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，其特征在于:所述后环(3.3)定位在所述定位盖板(4)上，具体指的是，所述后环(3.3)上设置有定位槽(3.31)，所述定位盖板(4)朝轴心方向延伸有突出部(4.1)，所述突出部(4.1)与所述定位槽(3.31)配合设置，使得所述定位盖板(4)上端面与所述后环(3.3)上端面处于同一水平面。

8.根据权利要求1所述的一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，其特征在于:所述耐磨静止环(2)一端配合固定在所述镶装环(3.2)上，具体指的是所述耐磨止环(2)通过热套工艺固定在所述镶装环(3.2)上，且通过过盈装配限制了所述耐磨静止环(2)与所述镶装环(3.2)之间的相对周向旋转。

9.根据权利要求1所述的一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，其特征在于:所述推力涡轮盘(1)与所述耐磨静止环(2)配合的转动环端面(1.11)上设置有甩油槽(1.12)，所述甩油槽(1.12)沿轴心按顺时针分布。

10.根据权利要求9所述的一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，其特征在于:所述转动环端面(1.11)上加镀有高强度含cr、al、n和c的涂层。

技术总结
本发明公开了一种适应高剪切力与交变温度的柔性膜盒式密封装置，包括推力涡轮盘、耐磨静止环、柔性膜盒组件、定位盖板以及密封基座，定位盖板、柔性膜盒组件、耐磨静止环与推力涡轮盘依序配合设置，柔性膜盒组件包括柔性膜盒、镶装环以及后环，镶装环与后环分别焊接在柔性膜盒两侧，后环定位在定位盖板上，耐磨静止环一端配合固定在镶装环上，另一端和推力涡轮盘配合设置；密封基座套设在柔性膜盒组件外端；与现有技术相比，本发明通过使用柔性膜盒组件可以有效补偿产生的轴向力，大大提高了装置的密封效果以及使用寿命；同时密封基座套设在柔性膜盒组件外侧，进一步提高了密封性。

技术研发人员：陆俊杰,方照东,张炜,张博劼,许少锋,王学良
受保护的技术使用者：浙大宁波理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16