[发明专利]一种具有密封油腔稳压功能的涡轮泵动密封结构

说明书

一种具有密封油腔稳压功能的涡轮泵动密封结构，属于机械技术领域。本发明包括弹簧式端面密封、膜盒式端面密封、氟醚油腔、管嘴、稳压阀和堵头，其中氟醚油腔位于弹簧式端面密封和膜盒式端面密封之间；所述弹簧式端面密封位于泵侧；所述膜盒式端面密封位于涡轮侧；所述管嘴设置在壳体上，通过壳体上的通孔与氟醚油腔相通；第一管嘴安装堵头，用于加注氟醚油，第二管嘴安装稳压阀，用于控制油腔压力；所述稳压阀根据端面密封的比压要求设置一定的打开压力，在油腔压力超过打开压力时稳压阀打开，低于打开压力时稳压阀关闭，从而保持油腔压力稳定。

技术领域

本发明涉及一种具有密封油腔稳压功能的涡轮泵动密封结构，属于机械技术领域。

背景技术

在液体火箭发动机涡轮泵中，动密封结构一般设置在氧化剂泵、燃料泵、涡轮各部件之间，其作用是减少推进剂的泄漏，保证涡轮泵的性能稳定性和工作可靠性。

在涡轮与氧化剂泵之间，其动密封结构一方面要满足氧化剂泵侧流路密封性能的要求，减少氧化剂的泄漏量；另一方面要隔绝涡轮侧燃气热反浸的影响，避免密封结构过热失效。为了改善动密封摩擦副的工作环境，一般采用氟醚油等润滑油对密封摩擦副进行冷却和润滑，通过在油腔内加注一定量的氟醚油，保证涡轮泵工作过程中的密封性能。这种密封结构的可靠性隐患在于：油腔是个封闭腔，受泵侧推进剂泄漏、摩擦副摩擦生热及涡轮侧燃气热反浸等因素的影响，使得泄漏的少量推进剂汽化，造成了油腔的压力急剧升高(从1MPa迅速升高至9MPa)，引起端面密封的密封比压异常增大，密封摩擦功耗增大导致涡轮泵性能大幅下降(转速下降60％)，甚至导致密封磨损失效等严重后果。

为了提高该密封结构的可靠性，针对上述问题，目前有的密封采用了外置稳压装置的方式(如油气源组件)调节油腔压力。但这种方式需要设置带有活塞的油缸及相关密封件、管路、阀门等，并配备一定压力的控制气源等，装配要求高，结构复杂、显著增加了结构尺寸和重量(约2.5kg)，稳压装置的结构可靠性易受发动机力热振动环境的影响。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种具有密封油腔稳压功能的涡轮泵动密封结构，解决了外置稳压装置结构复杂、尺寸和重量大、发动机力热振动环境下可靠性不足的技术问题。

本发明的技术解决方案是：一种具有密封油腔稳压功能的涡轮泵动密封结构，包括弹簧式端面密封、膜盒式端面密封、氟醚油腔、管嘴、稳压阀和堵头，其中氟醚油腔位于弹簧式端面密封和膜盒式端面密封之间；

所述弹簧式端面密封位于泵侧；

所述膜盒式端面密封位于涡轮侧；

所述管嘴设置在壳体上，通过壳体上的通孔与氟醚油腔相通；第一管嘴安装堵头，用于加注氟醚油，第二管嘴安装稳压阀，用于控制油腔压力；

所述稳压阀根据端面密封的比压要求设置一定的打开压力，在油腔压力超过打开压力时稳压阀打开，低于打开压力时稳压阀关闭，从而保持油腔压力稳定。

进一步地，所述弹簧式端面密封包括动环和静环组件；

所述动环安装在转轴上轴承内环的相邻位置，随转轴旋转，将摩擦副产生的热量传导至周围推进剂介质，并通过轴承冷却回流带走热量；

所述静环组件安装在涡轮泵的壳体上靠近泵一侧，镶嵌石墨环作为摩擦副，与所述动环的密封面配合，实现氧化剂内流路与氟醚油腔之间的密封，并通过调整弹簧的压缩量控制密封比压。

进一步地，所述膜盒式端面密封包括动环和静环组件；

所述动环安装在转轴上随转轴旋转，将摩擦副产生的热量传导至所述氟醚油腔内的氟醚油，减少在涡轮泵高速运转过程中密封面磨损，保证密封性；

所述静环组件安装在涡轮泵的壳体上靠近涡轮一侧，镶嵌耐高温的石墨环作为摩擦副，与所述动环的密封面配合，实现氟醚油腔与涡轮燃气之间的密封，并通过调整膜盒的弹性压缩量控制密封比压。