[實用新型]一種用于高速液氧渦輪泵的機械式端面密封比壓測量裝置

有效

• 申請號: 201720292667.2
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN206683829U
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 吳霖;姜緒強;褚寶鑫;竇唯;須村;劉洋;劉洪杰;李銘;葉小明;于檳愷
• 申請（專利權）人: 北京航天動力研究所
• 主分類號: G01M3/26
• 分類號: G01M3/26
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

技術領域

本實用新型涉及液體火箭發動機渦輪泵用機械密封應用領域，是一種用于高速液氧渦輪泵的機械式端面密封比壓測量裝置，主要應用于液氫液氧推進劑的火箭發動機端面密封比壓測量試驗。

背景技術

進入21世紀以來，世界各航天大國紛紛推出了各自的新一代運載火箭，氫氧膨脹循環火箭發動機因其系統簡單、可靠性高、性能高、適應性強、可多次啟動等優點而在國外新一代運載火箭上面級得到普遍應用。

氫氧渦輪泵是氫氧膨脹循環火箭發動機的核心組件之一，其常采用的密封形式有端面密封、迷宮密封等形式，其中端面密封泄漏量小，但是存在結構復雜、摩擦生熱量大、膜盒變形大等缺點。特別是在液氫液氧發動機渦輪泵中，為確保安全工作，氫氧介質需要氦氣起隔離氫、氧介質的作用，但是氦氣潤滑性較差，而且限于發動機工作條件，氦氣端面密封工作時無冷卻液，在發動機正常試車中常出現氦腔壓力升高，發熱量較大的現象。

氦密封腔溫度和壓力升高不僅會造成氦密封的工況嚴重偏離設計工況，造成密封性能改變，同時還存在一定的安全隱患，溫度過高會造成氦密封石墨環與靜環座過盈量不足，使石墨環從靜環座中脫出斷裂，動環涂層產生嚴重磨損甚至熱裂現象，壓力過高會造成膜盒應力過大，產生變形甚至破裂，均會導致氦密封失效，無法起到隔絕氫氧介質的作用，影響氧渦輪泵工作可靠性，并且會造成氦氣用量過大，發動機控制氣不足，閥門無法動作導致發動機無法關機或二次起動。

目前氦密封比壓計算均是采用理論公式計算不充壓狀態下的密封比壓，并選取經驗公式計算密封腔壓力對密封比壓的影響，無法實際測量真正充壓狀態下密封比壓的數值，因此工作壓力下的密封比壓計算存在較大誤差。實際使用時，由于對氦氣端面密封的比壓沒有實際數據的支持，導致對于密封腔壓力升高問題無法進行準確的定量分析和定位，因而無法采取有效的控制措施，從根本上有效避免密封腔壓力升高的現象，也無法詳細掌握端面密封的設計及使用。

實用新型內容

本實用新型解決的技術問題是：針對傳統氦氣端面密封無法實際測量真正充壓狀態下密封比壓的數值導致無法有效控制密封腔壓力升高的問題，提出了一種用于高速液氧渦輪泵的機械式端面密封比壓測量裝置，能夠精確測量液氫液氧推進劑的火箭發動機端面密封比壓數值。

本實用新型解決上述技術問題是通過如下技術方案予以實現的：

一種用于高速液氧渦輪泵的機械式端面密封比壓測量裝置，包括密封靜環組件、動環、第一軸套、殼體、軸、充壓管嘴、密封墊、第二軸套、壓力傳感器，其中軸為兩段式結構，包括細段的軸體部分與粗段的活塞部分，第一軸套和第二軸套從上部和下部分別套接在所述軸體部分上，第一軸套和第二軸套的連接處通過密封墊與動環固定連接，密封靜環組件固定于第一軸套上，殼體的上端與密封靜環組件固定連接，動環的上端與密封靜環組件緊貼，殼體的下端與活塞部分相連，殼體、密封靜環組件、第一軸套、第二軸套及活塞部分共同圍成一個密閉的充壓腔，壓力傳感器位于所述活塞部分的底端，充壓管嘴固定在殼體外部并與所述充壓腔連通。

優選的，活塞部分與殼體為間隙配合，活塞部分直徑應與端面密封靜環組件中石墨環的內徑一致。

進一步的，所述密封靜環組件包括靜環殼體，金屬膜盒，石墨環，金屬膜盒裝于靜環殼體內，石墨環裝于靜環殼體下端，其中石墨環下端與動環相連，靜環殼體與殼體相連，密封靜環組件壓縮量通過密封墊片進行調節。

本實用新型與現有技術相比的優點在于：

(1)本實用新型解決了現有的端面密封比壓無法測量的問題，在傳統的理論分析中，端面密封比壓被認為是恒定不變的，但在實際測量中該數值會不斷變化，與傳統的理論分析相比，本裝置通過充壓管嘴向由密封靜環組件、第一軸套、第二軸套、殼體及活塞部分組成的充壓腔中充氣，在金屬膜盒壓力不斷變化的情況下，通過軸體部分與活塞部分對壓力的傳遞及壓力傳感器的數值檢測，實現了對不斷變化的壓力的實時監控，克服了原有密封設計時不能準確測量的密封比壓數據的問題，彌補了原有的數據不足的缺失。

(2)本實用新型采用活塞軸活塞部分與殼體小間隙配合保證密封腔建壓，避免了O型圈密封的摩擦力影響，測量的準確度大大提高。

(3)本實用新型在設計時考慮了液體火箭發動機中所使用的成品氦氣端面密封。針對成品氦氣密封，為了使活塞軸在高壓下的受力平衡，通過提前計算預設壓縮量選擇密封墊，活塞直徑和動環外徑一致，充壓情況下有氣體充入，石墨部分與活塞部分受力相同，這樣消除了活塞軸受力的不平衡。