[发明专利]一种高温高压条件下的动密封装置

说明书

技术领域

本发明属于结构密封的技术领域，具体地涉及一种高温高压条件下的动密封装置，其主要可以用于高超声速变马赫数风洞中运动的喷管型面部件和静止部件之间的密封。

背景技术

高超声速风洞是高超声速技术研究必不可少的地面设备，其作用是用来模拟高超声速飞行过程中的气流环境。为了模拟这种气流环境，要求实验气流总温总压很高。风洞喷管出口马赫数4～7的情况下，一般要求总温在900K～2100K之间，总压在1MPa～6.5MPa之间。

高超声速定马赫数风洞喷管结构一般采用焊接方法连接各个部件，不存在密封问题。喷管与上游加热器的连接需要密封，一般采用子母接口，内衬黄铜垫圈进行密封。

中国科学院力学研究所将要建设一座高超声速变马赫数风洞，这种风洞是在实验过程中风洞喷管出口实验气流马赫数和其他状态参数能够根据试验需要作连续变化的高超声速风洞，不但要求实验气流的总温总压很高，同时喷管的型面结构在实验中也根据要求连续运动以改变实验马赫数。运动的喷管型面部件和静止部件之间，必须设计有效的密封以阻止气流的泄漏，否则若有高温高压气流经过，将会带来喷管设备的烧毁。因此这是变马赫数喷管正常工作的关键。

但是由于工作条件的极端性，常规密封方法很难有效。上述子母结构密封只能用于静密封，即密封面不能相对运动。目前国内外现有的变马赫数风洞均为超声速低焓风洞，尚没有建成的高超声速变马赫数风洞，如NASA Langley研究中心的变马赫数喷管是常温风洞，日本JAXA的变马赫数喷管也采用了常温气流。目前也没有查到在如上所述的高温高压气流条件下进行动密封的相关文献资料。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高温高压条件下的动密封装置,其能够保证密封面相对运动不受限制，使用过程中密封面相对运动的阻力相对小，耐高温高压，抗氧化，结构简单，价格低廉。

本发明的技术解决方案是：这种高温高压条件下的动密封装置，上方的第一密封面与下方的第二密封面相对运动，第一密封面为平板，第二密封面设有矩形槽，矩形槽内填充石墨层。

由于第一密封面为平板，第二密封面设有矩形槽，所以保证了密封面相对运动不受限制；由于矩形槽内填充自润滑性的石墨层，所以使用过程中密封面相对运动的阻力相对小，耐高温高压，抗氧化，结构简单，价格低廉。

附图说明

图1是本发明的高温高压条件下的动密封装置的一个优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，这种高温高压条件下的动密封装置，上方的第一密封面1与下方的第二密封面2相对运动，第一密封面为平板，第二密封面设有矩形槽3，矩形槽内填充石墨层。

由于第一密封面为平板，第二密封面设有矩形槽，所以保证了密封面相对运动不受限制；由于矩形槽内填充自润滑性的石墨层，所以使用过程中密封面相对运动的阻力相对小，耐高温高压，抗氧化，结构简单，价格低廉。

另外，所述石墨层包括柔性石墨层4。柔性石墨具有可压缩性，所以能够大大增强密封效果。

另外，所述柔性石墨层内夹有金属波纹板5。柔性石墨层内夹有金属波纹板增加了密封的回弹力，更好地增强了密封效果。

另外，所述石墨层还包括硬质石墨层6，所述柔性石墨层4在所述矩形槽3的底部，硬质石墨层的上、下表面分别接触第一密封面、柔性石墨层。硬质石墨层具有耐磨性，可以增强该动密封装置的使用寿命。

另外，所述柔性石墨层的宽度等于所述矩形槽的宽度，所述硬质石墨层的宽度小于所述矩形槽的宽度。夹有金属波纹板的柔性石墨层与矩形槽同宽，处于矩形槽底部，承担密封压力带来的绝大部分材料变形；硬质石墨层宽度小于矩形槽宽度，给下面的柔性石墨层留出挤压变形空间，使受压面压得更紧实。

如图1所示，在整个密封结构中，密封平面垂直压力和金属波纹板的回弹力共同作用达到密封效果。

本发明的石墨密封结构选材巧妙，结构合理，工程上具有适用性、工艺性和经济性良好的优点。

本发明可以用于任意尺寸高温高压运动部件密封的设计，上述实例是为了阐述本发明，不对本发明的保护范围构成限制。凡与本发明设计思路相同的实施方式均在本发明的保护范围内。