一种氢氧发动机氧涡轮泵用圆周分段式氦密封装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种氢氧发动机氧涡轮泵用圆周分段式氦密封装置，其在盖板和密封壳体形成的腔内放置圆周分段密封环一和圆周分段密封环二；在圆周分段密封环一和圆周分段密封环二的圆环内放置密封轴套；所述的圆周分段密封环一和圆周分段密封环二背靠背放置并且两者之间采用预紧弹簧预紧；所述的圆周分段密封环一和圆周分段密封环二分别由若干个结构相同的扇形状弧段首尾相连组成，并且在外圆面通过箍簧约束。本发明专利技术中密封环由若干扇形弧段构成，并引入流体动压槽结构，充分利用密封间隙流体的动压效应，使得氦密封在极小的间隙下可靠工作，并维持较低泄漏量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及密封装置，具体涉及一种氢氧发动机氧涡轮泵用圆周分段式氦密封装置。
技术介绍
新世纪以来，世界范围内迎来了一波航天科技发展的大潮。世界各航天大国纷纷提出了振兴航天的一系列大工程，如登陆火星、探月等，而大推力火箭是完成这些计划必不可少的运输工具。氢氧火箭发动机具有高比冲、高可靠性、良好的适应性，以及无污染等优点，在国内外新一代运载火箭中得到普遍应用。氧涡轮泵是氢氧火箭发动机的核心组件之一，采用富氢燃气涡轮驱动高压氧泵，为保证氧涡轮泵安全、可靠工作，需完全隔离液氧与富氢燃气，氦密封是实现这两种不兼容介质完全隔离的关键组件，其隔离氦气用量影响到火箭的有效载荷，是一个需要严格控制的指标。目前氢氧火箭发动机氧涡轮泵的氦密封主要采用端面密封、迷宫密封和流体动压浮动环等结构形式。端面密封存在结构复杂、尺寸大、制造散差大、摩擦生热量大、可靠性偏低等缺点。迷宫密封泄漏量大，无法满足发动机性能要求。流体动压浮动环适合于低粘度气体介质场合，其泄漏量介于端面密封与迷宫密封之间，可靠性高，但随着结构尺寸增大，泄漏量会大幅提高。随着火箭发动机推力进一步加大，氧涡轮泵结构尺寸增大，而系统要求氧涡轮泵氦密封具有氦泄漏量低、结构简单、寿命长、可靠性高等特性。上述端面密封、迷宫密封和流体动压浮动环密封均不再满足要求。
技术实现思路
为了克服氢氧发动机氧涡轮泵传统的端面密封、迷宫密封和流体动压浮动环密封一系列不适应于大推力发动机要求的缺点，本专利技术提出一种氢氧发动机氧涡轮泵用圆周分段式氦密封装置，其工作密封间隙极小、泄漏率低于
流体动压浮动环0.2倍(相同的密封直径)、结构简单、可靠性高。实现本专利技术目的的技术方案：一种用于氢氧发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其在盖板和密封壳体形成的腔内放置圆周分段密封环一和圆周分段密封环二；在圆周分段密封环一和圆周分段密封环二的圆环内放置密封轴套；所述的圆周分段密封环一和圆周分段密封环二背靠背放置并且两者之间采用预紧弹簧预紧；所述的圆周分段密封环一和圆周分段密封环二分别由若干个结构相同的扇形状弧段首尾相连组成，并且在外圆面通过箍簧约束；装配状态下，受箍簧约束的圆周分段密封环一和圆周分段密封环二抱紧于密封轴套外表面以形成径向密封面，并且受预紧弹簧的作用，圆周分段密封环一和圆周分段密封环二的端面分别贴紧于密封壳体和盖板对应的端面上以形成轴向密封面，在圆周分段密封环一和圆周分段密封环二、盖板、密封壳体和密封轴套之间形成一个氦密封腔。如上所述的一种用于氢氧发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其所述的圆周分段密封环一和圆周分段密封环二的每个扇形状弧段一侧内表面带有一个密封坝，其与低压区密封轴套之间接触或保持小间隙，起到有效节流、密封作用；在密封坝上游设置一个周向槽，在周向槽与氦密封腔之间的密封面上设置若干个横向槽，其方向从氦密封腔指向低压区，每个横向槽均连着周向槽，氦密封腔中的介质通过横向槽进入周向槽，被密封坝节流；横向槽将密封面分割成若干个独立的密封瓦，在每个密封瓦上均设置一个动压槽，动压槽一端开口处连着横向槽，另一端沿着周向在密封瓦的某处截止，即动压槽终点；动压槽具有动压效应，进入横向槽的介质沿周向进入动压槽，受动压槽终点的节流，在动压槽和密封瓦上产生动压力。横向槽将密封面分割成若干个独立的密封瓦，在每个密封瓦上均设置一个动压槽，动压槽一端开口处连着横向槽；动压槽具有动压效应，进入横向槽的介质沿周向进入动压槽，受动压槽终点的节流，在动压槽和密封瓦上产生动压力。如上所述的一种用于氢氧发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其在所述的圆周分段密封环一和圆周分段密封环二的外圆面上设置一圈环槽，用
于放置箍簧。如上所述的一种用于氢氧发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其在所述的圆周分段密封环一和圆周分段密封环二靠近氦密封腔的上游端面上均布若干个圆孔用于放置预紧弹簧。如上所述的一种用于氢氧发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其在所述的圆周分段密封环一和圆周分段密封环二靠近低压区的下游端面上设置一段卸荷环槽，其作用是部分平衡上游端面压力。如上所述的一种用于氢氧发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其在密封壳体和盖板上分别设置若干个销钉，装配时，这些销钉分别放置于圆周分段密封环一和圆周分段密封环二上设有的销钉槽内，起到防止圆周分段密封环一和圆周分段密封环二旋转的作用。如上所述的一种用于氢氧发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其在所述的圆周分段密封环一和圆周分段密封环二靠近低压区的下游端面上还设置若干个销钉槽，用于容纳密封壳体和盖板上的销钉。如上所述的一种用于氢氧发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其所述的圆周分段密封环一和圆周分段密封环二采用石墨材料，与其配合的密封轴套采用金属基体喷涂氧化铬涂层，两者之间形成良好的摩擦副。本专利技术的效果在于：本专利技术提供一种氢氧火箭发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其密封环由若干扇形弧段构成，并引入流体动压槽结构，充分利用密封间隙流体的动压效应，使得氦密封在极小的间隙下可靠工作，并维持较低泄漏量。进一步讲，本专利技术设计的圆周分段式氦密封装置适用于氢氧发动机氧涡轮泵，与现有技术相比优点在于：(1)圆周分段密封环具有动压浮动能力。在发动机预冷阶段，圆周分段氦密封环抱紧密封轴套，两者的配合密封面直径相同，因此间隙极小，泄漏量小。当发动机主级工作时，涡轮泵转子旋转，使圆周分段密封环内表面产生动压效应，其动压力克服外载荷，使得圆周分段密封环浮起，与密封轴套保持极小的密封间隙，泄漏量与预冷阶段基本一致。(2)在发动机主级阶段，圆周分段密封环动压力足以使其与密封轴套保持极小的密封间隙，避免两者之间接触摩擦。仅在发动机启动和关机过渡段，因圆周分段密封环动压力不足，其与密封轴套存在瞬间接触，这种瞬间接触磨损减小了圆周分段密封环上动压槽的深度，反而提高了其动压能力，反过来减小了因过渡阶段瞬间接触摩擦的可能性，并且稍微增大主级工作的密封间隙，延长圆周分段氦密封装置使用寿命，提高其重复使用能力和工作可靠性。(3)圆周分段式氦密封装置轴向尺寸比端面密封和浮动环密封都更小，可有效减小涡轮泵转子悬臂尺寸，对转子动特性调整更有利，尤其适合于提高刚性转子临界转速。(4)相比浮动环式氦密封，可将圆周分段式氦密封的氦密封腔供气压力进一步降低，而不影响工作性能，可以有效控制氦泄漏率。(5)圆周分段式氦密封装置结构简单，装配方便，结构可靠性高。附图说明图1为圆周分段式氦密封装置结构示意图；图2为圆周分段式氦密封装置剖视图；图3为圆周分段式氦密封装置局部放大图；图4为圆周分段密封环一单弧段展开图；图5为圆周分段密封环二单弧段展开图；图6为图4中圆周分段密封环的A向视图；图7为图4中圆周分段密封环的B向视图；图8为预先安装销钉的密封壳体结构图；图9为预先安装销钉的盖板结构图。图中：1.圆周分段密封环一；2.圆周分段密封环二；3.密封壳体；4.盖板；5.密封轴套；6.箍簧；7.预紧弹簧；8.销钉；9.密封垫圈；10.螺栓；11.垫圈；12.径向密封面；13.轴向密封面；14.氦密封腔；15.扇形状弧段；16.周向槽；17.密封坝；19.横向槽；20.动压槽；21.密封瓦；
22.环槽；23.圆孔；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于氢氧发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其特征在于：在盖板(4)和密封壳体(3)形成的腔内放置圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)；在圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)的圆环内放置密封轴套(5)；所述的圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)背靠背放置并且的两者之间采用预紧弹簧(7)预紧；所述的圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)分别由若干个结构相同的扇形状弧段(15)首尾相连组成，并且在外圆面通过箍簧(6)约束；装配状态下，受箍簧(6)约束的圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)抱紧于密封轴套(5)外表面以形成径向密封面(12)，并且受预紧弹簧(7)的作用，圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)的端面分别贴紧于盖板(4)和密封壳体(3)对应的端面上以形成轴向密封面(13)，在圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)、盖板(4)、密封壳体(3)和密封轴套(5)之间形成一个氦密封腔(14)。

【技术特征摘要】
1.一种用于氢氧发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其特征在于：在盖板(4)和密封壳体(3)形成的腔内放置圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)；在圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)的圆环内放置密封轴套(5)；所述的圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)背靠背放置并且的两者之间采用预紧弹簧(7)预紧；所述的圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)分别由若干个结构相同的扇形状弧段(15)首尾相连组成，并且在外圆面通过箍簧(6)约束；装配状态下，受箍簧(6)约束的圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)抱紧于密封轴套(5)外表面以形成径向密封面(12)，并且受预紧弹簧(7)的作用，圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)的端面分别贴紧于盖板(4)和密封壳体(3)对应的端面上以形成轴向密封面(13)，在圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)、盖板(4)、密封壳体(3)和密封轴套(5)之间形成一个氦密封腔(14)。2.根据权利要求1所述的一种用于氢氧发动机氧涡轮泵圆周分段式氦密封装置，其特征在于：所述的圆周分段密封环一(1)和圆周分段密封环二(2)的每个扇形状弧段(15)一侧内表面带有一个密封坝(17)，其与低压区密封轴套(4)之间接触或保持小间隙，起到有效节流、密封作用；在密封坝(17)上游设置一个周向槽(16)，在周向槽(16)与氦密封腔(14)之间的密封面上设置若干个横向槽(19)，其方向从氦密封腔指向低压区，每个横向槽(19)均连着周向槽(16)，氦密封腔中的介质通过横向槽(19)进入周向槽(16)，被密封坝(17)节流；横向槽(19)将密封面分割成若干个独立的密封瓦(21)，在每个密封瓦(21)上均设置一个动压槽(20)，动压槽(20)一端开口处连着横向槽(19)，另一端沿着周向在密封瓦(21)的某处截止，即动压槽终点；动压槽(20)
\t具有动压效应，进入横向槽(19)的介质沿周向进入动压槽(20)，受动压槽终点的节流，在动压槽(20)和密封瓦(21)上产生动压力。3.根据权利要求1所述的一种用于氢氧发动机氧涡轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶小强，夏德新，金志磊，陶瑞峰，沈文金，孙晓伟，张玺，张召磊，黄克松，
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