[發(fā)明專利]一種用于大功率氫氧渦輪泵的阻尼密封裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910955885.3
• 申請日: 2019-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN110671357B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃克松;李小芬;葉小強(qiáng);沈文金;蔣文山;崔壘;楊文靜;周丹洋;金志磊;林奇燕;孫紀(jì)國
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天動(dòng)力研究所
• 主分類號(hào): F04D29/08
• 分類號(hào): F04D29/08;F04D29/10;F04D29/66;F02K9/46
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 褚鵬蛟

一種用于大功率氫氧渦輪泵的阻尼密封裝置，屬于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，包括阻尼密封組件（1）、密封軸套（2）；所述阻尼密封組件（1）安裝在外部渦輪泵殼體（3）上；所述密封軸套（2）安裝在外部轉(zhuǎn)軸（4）上；所述阻尼密封組件（1）包括外殼（5）和內(nèi)襯（6）；所述外殼（5）和內(nèi)襯（6）之間采用錐面配合；所述內(nèi)襯（6）與密封軸套（2）形成摩擦副；所述內(nèi)襯（6）靠近密封軸套（2）的內(nèi)表面設(shè)有交錯(cuò)排列的孔；所述內(nèi)襯（6）在高壓液體的端面設(shè)有防旋葉片（9）。本發(fā)明通可以提高節(jié)流能力，顯著降低密封泄漏率；顯著提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于大功率氫氧渦輪泵的阻尼密封裝置，屬于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)具有高性能、高可靠性、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。世界主要航天大國紛紛將其作為大推力運(yùn)載火箭的主動(dòng)力系統(tǒng)。氫氧渦輪泵是氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的核心組件，其技術(shù)水平往往體現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)水平。

相比于小推力發(fā)動(dòng)機(jī)，大推力或重型發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵的工況極高，其功率大幅增加，如航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)氫渦輪泵功率達(dá)到兆瓦級，泵出口壓力達(dá)到40MPa以上。為達(dá)到渦輪泵的高效率、輕質(zhì)量等綜合性能要求，重型渦輪泵一般采用超臨界轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，其工作轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速，這增加了渦輪泵設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

在渦輪泵的內(nèi)流路中，如泵葉輪凸肩、多級泵的兩級之間，通常設(shè)置迷宮密封、直孔密封等徑向間隙密封進(jìn)行節(jié)流，減小從泵內(nèi)的容積損失。對于重載荷渦輪泵而言，為達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的效率指標(biāo)，需要減小密封間隙來達(dá)到減小內(nèi)流路容積損失的目的。超臨界轉(zhuǎn)子通常存在特別突出的徑向密封間隙流體激振問題，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速接近或達(dá)到轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速的兩倍時(shí)，密封間隙流體產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)子的激振力，其振動(dòng)頻率約為轉(zhuǎn)速的一半，是典型的次同步振動(dòng)問題。其振動(dòng)能量較大，并且不會(huì)隨著工作轉(zhuǎn)速提高而消失，極易造成軸承、密封以及一些結(jié)構(gòu)件的過早失效，降低渦輪泵的可靠性和壽命，是旋轉(zhuǎn)設(shè)備無法滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的主要因素。

渦輪泵徑向間隙密封流體激振次同步振動(dòng)是重載荷渦輪泵研制不可避免的問題。渦輪泵轉(zhuǎn)子除了自轉(zhuǎn)外，還存在繞支承連接線的進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)方向與自轉(zhuǎn)相同。從機(jī)理分析可知，由于徑向間隙密封內(nèi)流體周向流速，產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)子上的，方向與轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)方向相同的切向力，此切向力隨密封間隙流體周向速度增大而增大，在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)上表現(xiàn)為密封流體交叉剛度較大、阻尼較小。當(dāng)轉(zhuǎn)子受擾動(dòng)時(shí)，較大的密封流體交叉剛度極易使其進(jìn)動(dòng)振幅增大，甚至失穩(wěn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于大功率氫氧渦輪泵的阻尼密封裝置，包括阻尼密封組件、密封軸套；所述阻尼密封組件安裝在外部渦輪泵殼體上；所述密封軸套安裝在外部轉(zhuǎn)軸上；所述阻尼密封組件包括外殼和內(nèi)襯；所述外殼和內(nèi)襯之間采用錐面配合；所述內(nèi)襯與密封軸套形成摩擦副；所述內(nèi)襯靠近密封軸套的內(nèi)表面設(shè)有交錯(cuò)排列的孔；所述內(nèi)襯在高壓液體的端面設(shè)有防旋葉片。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種用于大功率氫氧渦輪泵的阻尼密封裝置，包括阻尼密封組件、密封軸套；

所述阻尼密封組件安裝在外部渦輪泵殼體上；所述密封軸套安裝在外部轉(zhuǎn)軸上；所述阻尼密封組件包括外殼和內(nèi)襯；所述外殼和內(nèi)襯之間采用錐面配合；所述內(nèi)襯與密封軸套形成摩擦副；

所述內(nèi)襯靠近密封軸套的內(nèi)表面設(shè)有交錯(cuò)排列的孔；所述內(nèi)襯在高壓液體的端面設(shè)有防旋葉片。

優(yōu)選的，所述外殼和內(nèi)襯之間錐面配合的錐度為1°～2°。

優(yōu)選的，所述內(nèi)襯靠近密封軸套的內(nèi)表面設(shè)有交錯(cuò)排列的圓孔；所述圓孔為平底孔，圓孔的深度h為0.4mm～1.0mm；相鄰的兩個(gè)圓孔之間最小壁厚s為0.3mm～0.5mm。

優(yōu)選的，所述阻尼密封組件的內(nèi)襯與所述密封軸套之間的間隙Cs，與所述密封軸套的直徑D的比值為1×10^-3～3×10^-3。