[发明专利]一种用于大功率氢氧涡轮泵的阻尼密封装置

说明书

一种用于大功率氢氧涡轮泵的阻尼密封装置，属于火箭发动机技术领域，包括阻尼密封组件（1）、密封轴套（2）；所述阻尼密封组件（1）安装在外部涡轮泵壳体（3）上；所述密封轴套（2）安装在外部转轴（4）上；所述阻尼密封组件（1）包括外壳（5）和内衬（6）；所述外壳（5）和内衬（6）之间采用锥面配合；所述内衬（6）与密封轴套（2）形成摩擦副；所述内衬（6）靠近密封轴套（2）的内表面设有交错排列的孔；所述内衬（6）在高压液体的端面设有防旋叶片（9）。本发明通可以提高节流能力，显著降低密封泄漏率；显著提高转子稳定性。

技术领域

本发明涉及一种用于大功率氢氧涡轮泵的阻尼密封装置，属于火箭发动机技术领域。

背景技术

氢氧发动机具有高性能、高可靠性、环保等优点。世界主要航天大国纷纷将其作为大推力运载火箭的主动力系统。氢氧涡轮泵是氢氧发动机的核心组件，其技术水平往往体现了发动机的技术水平。

相比于小推力发动机，大推力或重型发动机涡轮泵的工况极高，其功率大幅增加，如航天飞机主发动机氢涡轮泵功率达到兆瓦级，泵出口压力达到40MPa以上。为达到涡轮泵的高效率、轻质量等综合性能要求，重型涡轮泵一般采用超临界转子设计，其工作转速超过临界转速，这增加了涡轮泵设计复杂性。

在涡轮泵的内流路中，如泵叶轮凸肩、多级泵的两级之间，通常设置迷宫密封、直孔密封等径向间隙密封进行节流，减小从泵内的容积损失。对于重载荷涡轮泵而言，为达到系统规定的效率指标，需要减小密封间隙来达到减小内流路容积损失的目的。超临界转子通常存在特别突出的径向密封间隙流体激振问题，当工作转速接近或达到转子一阶临界转速的两倍时，密封间隙流体产生作用于转子的激振力，其振动频率约为转速的一半，是典型的次同步振动问题。其振动能量较大，并且不会随着工作转速提高而消失，极易造成轴承、密封以及一些结构件的过早失效，降低涡轮泵的可靠性和寿命，是旋转设备无法满负荷运转的主要因素。

涡轮泵径向间隙密封流体激振次同步振动是重载荷涡轮泵研制不可避免的问题。涡轮泵转子除了自转外，还存在绕支承连接线的进动，进动方向与自转相同。从机理分析可知，由于径向间隙密封内流体周向流速，产生作用于转子上的，方向与转子进动方向相同的切向力，此切向力随密封间隙流体周向速度增大而增大，在转子动力学上表现为密封流体交叉刚度较大、阻尼较小。当转子受扰动时，较大的密封流体交叉刚度极易使其进动振幅增大，甚至失稳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于大功率氢氧涡轮泵的阻尼密封装置，包括阻尼密封组件、密封轴套；所述阻尼密封组件安装在外部涡轮泵壳体上；所述密封轴套安装在外部转轴上；所述阻尼密封组件包括外壳和内衬；所述外壳和内衬之间采用锥面配合；所述内衬与密封轴套形成摩擦副；所述内衬靠近密封轴套的内表面设有交错排列的孔；所述内衬在高压液体的端面设有防旋叶片。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种用于大功率氢氧涡轮泵的阻尼密封装置，包括阻尼密封组件、密封轴套；

所述阻尼密封组件安装在外部涡轮泵壳体上；所述密封轴套安装在外部转轴上；所述阻尼密封组件包括外壳和内衬；所述外壳和内衬之间采用锥面配合；所述内衬与密封轴套形成摩擦副；

所述内衬靠近密封轴套的内表面设有交错排列的孔；所述内衬在高压液体的端面设有防旋叶片。

优选的，所述外壳和内衬之间锥面配合的锥度为1°～2°。

优选的，所述内衬靠近密封轴套的内表面设有交错排列的圆孔；所述圆孔为平底孔，圆孔的深度h为0.4mm～1.0mm；相邻的两个圆孔之间最小壁厚s为0.3mm～0.5mm。

优选的，所述阻尼密封组件的内衬与所述密封轴套之间的间隙Cs，与所述密封轴套的直径D的比值为1×10^-3～3×10^-3。