[发明专利]一种自强制冷却耐高温机械密封装置

说明书

技术领域

本发明涉及密封技术领域，具体涉及一种自强制冷却耐高温机械密封装置。

背景技术

现有技术中涡轮泵组件是液体火箭发动机推进剂供应系统的核心部件，主要实现对来流介质增压，并按设计要求流量和压力向燃烧室输送推进剂，通常在液体火箭发动机涡轮泵中的泵入口和涡轮之间的转轴上设置一套机械密封装置，目的是为了实现推进剂介质微量或无推进剂泄漏至涡轮腔里。

现有的机械密封装置工作时，最大PV值接近60MPa.m/s，这样一来就会存在以下问题：

1、机械密封摩擦副端面温度快速上升，摩擦副出现干磨、热裂、变形等现象。

2、涡轮腔温度高达650～800℃，现有的机械密封装置没有辅助冷却功能只能依靠自身能力进行散热，摩擦副周边液体介质会出现汽化，导致机械密封出现不稳定工作、密封面泄漏甚至密封失效等问题。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种在高温环境下密封性能好且结构简单的自强制冷却耐高温机械密封装置。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种自强制冷却耐高温机械密封装置，包括O型橡胶圈、动环、石墨环、静环座、环形膜片组、环形壳体以及隔热环；

动环固定套装在转轴靠近泵入口的一端且动环的内环壁与转轴外表面之间安装O型橡胶圈，静环座套装在转轴远离泵入口的一端；动环和静环座之间设置有石墨环，石墨环一个端面与动环接触，石墨环的另一个端面与静环座间隙配合；

隔热环套装在转轴远离泵入口的一端且位于静环座的后方；环形壳体套装在隔热环和静环座上，并且环形壳体一侧与隔热环固定密封，环形壳体的另一侧内壁与静环座的外圆表面形成一个液体介质环形入口，环形膜片组套装在隔热环上且与隔热环的外环壁具有间隙，环形膜片组的两侧外边缘分别与静环座、隔热环在圆周方向上进行满焊；从而环形壳体、环形膜片组之间形成一个腔体；所述环形壳体的外壁上沿圆周方向均匀设置有与腔体连通的至少两个小孔；所述液体介质环形入口、所述腔体以及小孔形成一个冷却通道。

进一步地，为了使防止动环周围液态介质因高温汽化，所述动环的外圆表面沿圆周方向设置有多条导流槽。

进一步地，导流槽与液体介质流向之间的夹角为α°，25°＜α°＜45°。

进一步地，为了有效消除轴系波动对动环密封性能的影响，浮动性好，同时为了确保转轴顺时针和逆时针旋转时机械动环导流槽的散热能力相同，需要对动环进行拆装，所述动环为分体式结构，包括环本体以及衬套；所述衬套包括圆形环以及设置在圆形环端面的环形凸起，所述环本体套装在环形凸起上；环本体与环形凸起之间也设置有O型橡胶圈；环本体的端面与所述圆形环的端面之间间隙配合；所述导流槽设置环本体的外圆表面上。

进一步地，为了使环本体与圆形环之间不相对转动，所述环本体与所述圆形环间隙配合的端面设置有第一防转槽，所述圆形环上设置有与第一防转槽相适配的第一防转耳。

进一步地，为了使静环座与环形壳体之间不相对转动，所述静环座外圆表面设置有第二防转耳；所述环形壳体内壁设置有与第二防转耳相适配的第二防转槽。

进一步地，所述环形膜片组由N个环形片沿着转轴的轴向从左至右依次焊接而成；其具体的焊接方式是：第一个环形片的内孔右侧外边缘与第二环形片的内孔左侧外边缘焊接，第二环形片的外圆表面右侧外边缘与第三环形片的外圆表面左侧外边缘焊接，依照此规律直至焊接完N个环形片；N≥10。

进一步地，环形片的截面呈波浪形。

进一步地，所述静环座与石墨环接触的端面上设有环形凸台，所述环形凸台的内表面与石墨环的外圆表面紧密贴合；所述环形凸台的内表面上设置有应力释放环形槽。

进一步地，石墨环的端面与静环座之间的间隙≤0.03mm，环形膜片组与隔热环的外环壁之间的间隙为≤5mm；导流槽槽深为0.5～1.5mm，导流槽槽宽为3～5mm。

本发明的有益效果是：

1、本发明的机械密封结构采用在摩擦副(摩擦副是由动环、石墨环构成)后端设置冷却通道，使得摩擦副产生的高温，能够通过液体介质进行热交换，从而避免了摩擦副出现干磨、热裂、变形等现象，同时也避免了摩擦副周边液体介质会出现汽化，导致机械密封出现不稳定工作、密封面泄漏甚至密封失效等问题。

2、本发明动环外圆侧设置有多个导流槽，工作时螺旋槽随转轴旋转，可以加快机械密封摩擦副附近的介质流速，进一步地防止摩擦副周围液态介质因高温汽化。