[發明專利]一種自強制冷卻耐高溫機械密封裝置

在審

• 申請號: 201711184698.7
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107975600A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 張峰;李建克;王良;宋勇;李正大;傅春
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: F16J15/30
• 分類號: F16J15/30;F16J15/18;F16J15/16
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 唐沛

技術領域

本發明涉及密封技術領域，具體涉及一種自強制冷卻耐高溫機械密封裝置。

背景技術

現有技術中渦輪泵組件是液體火箭發動機推進劑供應系統的核心部件，主要實現對來流介質增壓，并按設計要求流量和壓力向燃燒室輸送推進劑，通常在液體火箭發動機渦輪泵中的泵入口和渦輪之間的轉軸上設置一套機械密封裝置，目的是為了實現推進劑介質微量或無推進劑泄漏至渦輪腔里。

現有的機械密封裝置工作時，最大PV值接近60MPa.m/s，這樣一來就會存在以下問題：

1、機械密封摩擦副端面溫度快速上升，摩擦副出現干磨、熱裂、變形等現象。

2、渦輪腔溫度高達650～800℃，現有的機械密封裝置沒有輔助冷卻功能只能依靠自身能力進行散熱，摩擦副周邊液體介質會出現汽化，導致機械密封出現不穩定工作、密封面泄漏甚至密封失效等問題。

發明內容

為了解決背景技術中的問題，本發明提供了一種在高溫環境下密封性能好且結構簡單的自強制冷卻耐高溫機械密封裝置。

本發明的技術方案是：

本發明提供一種自強制冷卻耐高溫機械密封裝置，包括O型橡膠圈、動環、石墨環、靜環座、環形膜片組、環形殼體以及隔熱環；

動環固定套裝在轉軸靠近泵入口的一端且動環的內環壁與轉軸外表面之間安裝O型橡膠圈，靜環座套裝在轉軸遠離泵入口的一端；動環和靜環座之間設置有石墨環，石墨環一個端面與動環接觸，石墨環的另一個端面與靜環座間隙配合；

隔熱環套裝在轉軸遠離泵入口的一端且位于靜環座的后方；環形殼體套裝在隔熱環和靜環座上，并且環形殼體一側與隔熱環固定密封，環形殼體的另一側內壁與靜環座的外圓表面形成一個液體介質環形入口，環形膜片組套裝在隔熱環上且與隔熱環的外環壁具有間隙，環形膜片組的兩側外邊緣分別與靜環座、隔熱環在圓周方向上進行滿焊；從而環形殼體、環形膜片組之間形成一個腔體；所述環形殼體的外壁上沿圓周方向均勻設置有與腔體連通的至少兩個小孔；所述液體介質環形入口、所述腔體以及小孔形成一個冷卻通道。

進一步地，為了使防止動環周圍液態介質因高溫汽化，所述動環的外圓表面沿圓周方向設置有多條導流槽。

進一步地，導流槽與液體介質流向之間的夾角為α°，25°＜α°＜45°。

進一步地，為了有效消除軸系波動對動環密封性能的影響，浮動性好，同時為了確保轉軸順時針和逆時針旋轉時機械動環導流槽的散熱能力相同，需要對動環進行拆裝，所述動環為分體式結構，包括環本體以及襯套；所述襯套包括圓形環以及設置在圓形環端面的環形凸起，所述環本體套裝在環形凸起上；環本體與環形凸起之間也設置有O型橡膠圈；環本體的端面與所述圓形環的端面之間間隙配合；所述導流槽設置環本體的外圓表面上。

進一步地，為了使環本體與圓形環之間不相對轉動，所述環本體與所述圓形環間隙配合的端面設置有第一防轉槽，所述圓形環上設置有與第一防轉槽相適配的第一防轉耳。

進一步地，為了使靜環座與環形殼體之間不相對轉動，所述靜環座外圓表面設置有第二防轉耳；所述環形殼體內壁設置有與第二防轉耳相適配的第二防轉槽。

進一步地，所述環形膜片組由N個環形片沿著轉軸的軸向從左至右依次焊接而成；其具體的焊接方式是：第一個環形片的內孔右側外邊緣與第二環形片的內孔左側外邊緣焊接，第二環形片的外圓表面右側外邊緣與第三環形片的外圓表面左側外邊緣焊接，依照此規律直至焊接完N個環形片；N≥10。

進一步地，環形片的截面呈波浪形。

進一步地，所述靜環座與石墨環接觸的端面上設有環形凸臺，所述環形凸臺的內表面與石墨環的外圓表面緊密貼合；所述環形凸臺的內表面上設置有應力釋放環形槽。

進一步地，石墨環的端面與靜環座之間的間隙≤0.03mm，環形膜片組與隔熱環的外環壁之間的間隙為≤5mm；導流槽槽深為0.5～1.5mm，導流槽槽寬為3～5mm。

本發明的有益效果是：

1、本發明的機械密封結構采用在摩擦副(摩擦副是由動環、石墨環構成)后端設置冷卻通道，使得摩擦副產生的高溫，能夠通過液體介質進行熱交換，從而避免了摩擦副出現干磨、熱裂、變形等現象，同時也避免了摩擦副周邊液體介質會出現汽化，導致機械密封出現不穩定工作、密封面泄漏甚至密封失效等問題。

2、本發明動環外圓側設置有多個導流槽，工作時螺旋槽隨轉軸旋轉，可以加快機械密封摩擦副附近的介質流速，進一步地防止摩擦副周圍液態介質因高溫汽化。