一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置制造方法及图纸

一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置，包括静环(1)、副密封组件(2)、密封壳体(3)、支撑环(4)、压盖(5)、弹簧(6)、挡圈(7)、动环(8)，在泵端与涡轮端之间采用端面密封实现涡轮泵预冷时密封、工作时在密封压力作用下密封端面自动脱开，利用轴面阶梯斜齿形成迷宫密封起到节流并维持脱开状态，从而保证火箭发动机能够实现隔离氦气零消耗，密封能够实现预冷时零泄漏、工作时零磨损的高可靠性能。

An Automatic Open Dynamic Sealing Device with End Labyrinth Combination for Turbopump of Engine

The utility model relates to an automatic end labyrinth combination detachable dynamic seal device for an engine turbopump, which comprises a static ring (1), a secondary seal component (2), a sealing shell (3), a supporting ring (4), a pressure cover (5), a spring (6), a baffle ring (7) and a moving ring (8). The end face seal is used between the pump end and the turbine end to realize the seal when the turbopump is pre-cooled, and the sealing end face is automatically detached under the action of sealing pressure when working. The labyrinth seal formed by staircase helical teeth can throttle and maintain the detachment state, thus ensuring that the rocket engine can achieve zero helium consumption isolation and high reliability of zero leakage and zero wear and tear during pre-cooling.

【技术实现步骤摘要】
一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置
本专利技术涉及一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置，属于发动机密封

技术介绍
进入21世纪以来，世界各航天大国纷纷提出载人火星和深空探测计划，大推力火箭是必不可少的运输工具，进一步降低成本和污染、提高可靠性和运载能力是运载火箭未来的发展方向。氢氧发动机具有理论比冲高、无污染、冷却性能好等优点，在国内外新一代运载火箭中得到普遍应用。由于液氢介质的密度比较低，仅有水的1/14，氢涡轮泵必须在很高的转速下工作，才能提供给发动机足够的压力，而且由于液氢黏度非常小，几乎没有润滑性能，使得动密封的工作环境比较恶劣。尤其对于大推力氢氧发动机，氢涡轮泵的尺寸较大，压力更高，氢涡轮泵动密封的密封压力及滑动速度均很高，综上所述，大推力氢氧发动机涡轮泵动密封是一项技术难点。氢涡轮泵动密封的主要功能是发动机预冷时，阻止泵端液氢泄漏到涡轮腔，在发动机工作时，由于涡轮端是富氢燃气，允许泵端液氢少量泄漏到涡轮腔。以往设计氢涡轮泵往往采用可靠性较高的浮动环密封，但预冷时需要在两级浮动环之间充入隔离氦气进行密封，随着涡轮泵结构尺寸增大，氦气耗费量急剧增加，对于芯级发动机来说可以采用地面供氦气，而对于二级发动机，火箭需自带大量氦气，增加系统复杂性，降低了有效载荷。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对目前现有技术中，大推力发动机需要满足对氦气低消耗、对密封高要求的问题，提出了一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置。本专利技术解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置，包括静环、密封壳体、压盖、弹簧、挡圈、动环、阶梯斜齿，所述动环设置于密封壳体顶部中心位置，密封壳体内侧侧壁设置有压盖安装槽及密封槽，静环安装于压盖安装槽及密封槽朝向动环一侧，所述压盖安装于压盖安装槽内，所述弹簧穿过压盖中空位置并于轴向顶住静环保证静环与动环凸起连接端不脱落，所述挡圈设置于静环另一侧保证静环于发动机不工作时位置稳定，并使静环紧贴动环凸起连接端，发动机工作时，静环、密封壳体、动环形成的腔体压力增大，推动静环沿轴向向动环反方向脱开，动环底部设置轴套，轴套与静环连接端面设置保证发动机工作时密封的阶梯斜齿，发动机停止工作后，静环归位与动环凸起连接端紧贴。还包括支撑环、副密封组件，所述支撑环安装于密封槽底部，副密封组件压装于支撑环顶部加强装置密封性，所述副密封组件包括密封壳、O型弹簧，O型弹簧包覆于密封壳，O型弹簧为双层合金弹簧。所述静环设置有两处用于固定位置及防转的凸耳，静环轴向凸耳紧贴密封槽并与副密封组件进一步进行装置密封，径向凸耳安装于设置于动环凸起连接端外侧的止动槽内，所述静环与压盖安装槽端面间存在脱开间隙，所述静环径向凸耳与止动槽朝向动环相反方向存在脱开间隙，所述脱开间隙为1mm～2mm。所述密封槽壁厚为2.5mm～3mm，静环直径与密封壳体端面直径间隙为0.05mm～0.08mm所述静环材料为不锈钢钎焊纯银或银镁镍合金。所述O型弹簧材料为聚四氟乙烯。所述支撑环材料为聚醚醚酮。所述动环为金属材料涂覆氧化铬涂层。优选的，所述轴套表面涂覆焊银或银镁镍合金耐磨层。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术提供的一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置，可以满足大推力氢氧发动机涡轮泵在预冷阶段防止液氢泄漏至涡轮腔，并在发动机启动时在涡轮泵介质压力作用下自动脱开，能够在低速下脱开，实现密封零磨损，提高了动密封的工作可靠性，同时该脱开式动密封可以实现预冷时发动机的氦气零消耗，并满足预冷时密封性能要求，采用的阶梯斜齿满足了发动机工作节流，维持端面密封脱开状态的要求；(2)本专利技术提出的脱开式密封采用静环镶装铜石墨与等离子喷涂氧化铬涂层动环形成主密封副，满足介质兼容性要求和耐磨损要求，采用金属弹簧与聚四氟乙烯组合的弹簧蓄能密封圈作为副密封。在极低温下弹簧蓄能密封圈仍具有良好的弹性和密封性。而采用聚四氟乙烯材料与金属配对，可降低摩擦系数，形成良好的摩擦对偶性，并具备介质兼容性，密封轴套为高强度的高温合金材料，其配合面为焊银或银镁镍合金耐磨层，具有良好的摩擦磨损性能和液氢环境兼容性。附图说明图1为专利技术提供的密封装置示意图；图2为专利技术提供的副密封组件结构示意图；图3为专利技术提供的凸耳防转结构示意图；图4为专利技术提供的静环与密封壳体定位结构示意图；图5为专利技术提供的静环脱开间隙结构示意图；图6为专利技术提供的静环结构图；图7为专利技术提供的密封壳体结构图；具体实施方式一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置，包括静环1、副密封组件2、密封壳体3、支撑环4、压盖5、弹簧6、挡圈7、动环8，本装置的安装方式是先将副密封组件2及支撑环4安装在密封壳体3上，再将压盖5固定至密封壳体3上，固定时对准压盖5上一系列通孔与密封壳体3弹簧孔位置，之后再将弹簧6安装在密封壳体3上。放置好弹簧6后，将静环1装上，静环1的凸耳放置于密封壳体对应的止动槽内，利用挡圈7将静环1固定在密封壳体3上，形成静环1组件，便于安装到涡轮泵上。下面结合具体实施例进行进一步说明：如图1所示，所述密封壳体3两端轴向设置有压盖安装槽及密封槽，静环1安装于压盖安装槽及密封槽一侧，所述支撑环4安装于密封槽底部，副密封组件2压装于支撑环4顶部，所述静环1设置有两处用于固定静环1位置的凸耳，静环1轴向凸耳紧贴密封槽并与支撑环4、副密封组件2进一步进行装置密封，所述动环8设置于密封壳体3顶部中心位置，动环8两端均设置凸起连接端，用于进一步固定静环位置的止动槽设置于动环8凸起连接端外侧，静环1径向凸耳安装于止动槽内使静环1紧贴动环凸起连接端，所述压盖5安装于压盖安装槽内，所述弹簧6穿过压盖5中空位置并于轴向顶住静环1保证静环1与动环8连接端不脱落，所述挡圈7设置于静环另一侧保证静环1于发动机不工作时稳定。所述动环8底部设置轴套，轴套与静环1轴向凸耳连接端面设置保证发动机工作时密封的阶梯斜齿。脱开式动密封装置中，弹簧6对静环1施加轴向力，使静环1与动环8的端面能够贴合并维持一定的密封比压，从而阻止预冷时泵端介质泄漏到涡轮端。当发动机启动时，静环·的上下游压差增大，使静环·在压差的作用下克服弹簧6力和副密封组件2的摩擦力自动脱开。在发动机工作时，轴套与凸耳接触端面组成的迷宫密封起到节流作用，维持静环1上下游压差，保证端面密封处于脱开状态。当发动机关机的时，介质压力降低，静环1两端的压差降低到一定的程度，静环1在弹簧6的作用力下重新闭合并有效密封，从而实现发动机的重复起动。该脱开式动密封的静环1采用过平衡型设计，平衡直径大于动环8连接端外径。当静环1压差增大时，作用于静环1上的流体推开力也增大。该脱开式动密封的主密封是动环8、静环1间形成的端面密封，采用硬对软的密封材料，动环8采用喷涂氧化铬，静环，如图6a、6b所示，采用镶装石墨环结构，其石墨材料必须具有较高的抗冲击性能。该脱开式密封的迷宫密封由静环1与轴套形成，迷宫密封采用阶梯斜齿，在轴套上设置迷宫齿，在静环1对用位置处设置阶梯状密封面。为了防止硬对硬碰磨，并且满足氢环境下介质兼容性，轴套采用高温合金材料，静环1采用不锈钢钎焊纯银或银镁镍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置，其特征在于：包括静环(1)、密封壳体(3)、压盖(5)、弹簧(6)、挡圈(7)、动环(8)、阶梯斜齿(9)，所述动环(8)设置于密封壳体(3)顶部中心位置，密封壳体(3)内侧侧壁设置有压盖安装槽及密封槽，静环(1)安装于压盖安装槽及密封槽朝向动环(8)一侧，所述压盖(5)安装于压盖安装槽内，所述弹簧(6)穿过压盖(5)中空位置并于轴向顶住静环(1)保证静环(1)与动环(8)凸起连接端不脱落，所述挡圈(7)设置于静环另一侧保证静环(1)于发动机不工作时位置稳定，并使静环(1)紧贴动环(8)凸起连接端，发动机工作时，静环(1)、密封壳体(3)、动环(8)形成的腔体压力增大，推动静环(1)沿轴向向动环(8)反方向脱开，动环(8)底部设置轴套，轴套与静环(1)连接端面设置保证发动机工作时密封的阶梯斜齿(9)，发动机停止工作后，静环(1)归位与动环(8)凸起连接端紧贴。

【技术特征摘要】
1.一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置，其特征在于：包括静环(1)、密封壳体(3)、压盖(5)、弹簧(6)、挡圈(7)、动环(8)、阶梯斜齿(9)，所述动环(8)设置于密封壳体(3)顶部中心位置，密封壳体(3)内侧侧壁设置有压盖安装槽及密封槽，静环(1)安装于压盖安装槽及密封槽朝向动环(8)一侧，所述压盖(5)安装于压盖安装槽内，所述弹簧(6)穿过压盖(5)中空位置并于轴向顶住静环(1)保证静环(1)与动环(8)凸起连接端不脱落，所述挡圈(7)设置于静环另一侧保证静环(1)于发动机不工作时位置稳定，并使静环(1)紧贴动环(8)凸起连接端，发动机工作时，静环(1)、密封壳体(3)、动环(8)形成的腔体压力增大，推动静环(1)沿轴向向动环(8)反方向脱开，动环(8)底部设置轴套，轴套与静环(1)连接端面设置保证发动机工作时密封的阶梯斜齿(9)，发动机停止工作后，静环(1)归位与动环(8)凸起连接端紧贴。2.根据权利要求1所述的一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置，其特征在于：还包括支撑环(4)、副密封组件(2)，所述支撑环(4)安装于密封槽底部，副密封组件(2)压装于支撑环(4)顶部加强装置密封性，所述副密封组件(2)包括密封壳(201)、O型弹簧(202)，O型弹簧(202)包覆于密封壳(201)，O型弹簧(202)为双层合金弹簧。3.根据权利要求2所述的一种发动机涡轮泵用端面迷宫组合自动脱开式动密封装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小芬，叶小强，黄克松，沈文金，连军伟，涂霆，吴霖，
申请(专利权)人：北京航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11