[实用新型]一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构

说明书

本实用新型涉及一种迷宫密封结构，尤其涉及一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构。该结构设置在叶轮与固定的泵壳体之间形成的间隙中，该结构包括金属基体，所述金属基体一侧与泵壳体相连，所述金属基体另一侧设置L型放置槽口，所述L型放置槽口上设置非金属内芯，且L型放置槽口一端设置锁边结构，另一端通过设置金属压板将其非金属内芯可拆卸式的锁至L型放置槽口内，所述的非金属内芯与叶轮接触端设置多个密封槽与其叶轮凸肩相配合密封副。本实用新型金属基体提供整体刚度，并与金属压板配合，实现非金属内芯维持较高刚性所需的压力分布环境；密封副失效后，仅需对非金属内芯进行更换，操作简便、经济。

技术领域

本实用新型涉及一种迷宫密封结构，尤其涉及一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构。

背景技术

离心泵结构中，叶轮出口流出的高压介质会通过旋转的叶轮与固定的泵壳体之间形成的间隙又回到叶轮入口，从而引发一定的内泄漏损失。为合理控制这部分损失，泵壳体与叶轮间需要设置凸肩密封实施限流。凸肩密封的结构形式大体上可分为平环式、直角式、迷宫式和浮环式四种，限流效果依次增强，但结构的复杂性和生产制造成本也随之增加。液体火箭发动机涡轮泵中，出于对损失的严格控制要求，广泛采用了迷宫式凸肩密封结构。同时，液体火箭发动机的推进剂往往比较特殊(如低温、强氧化、强腐蚀等)，迷宫式凸肩密封的密封面所用材料除应与推进剂相容外，还需与叶轮材料配合形成定向摩擦副(即磨损只发生在凸肩密封侧)。截至目前，按照摩擦副的实现方式，迷宫式凸肩密封的实现形式分非金属整体式和异种金属复合式两种方案。

非金属整体式迷宫密封方案采用与推进剂相容的非金属材料整体机加而成，成本低、便于加工，但由于非金属材料强度低、刚度弱、收缩系数大的特点，具体使用过程中存在如下缺点：1)非金属2收缩系数大，低温下密封间隙大幅减小，且与泵壳体1的定位面发生分离，高压力作用区域增加，以上综合因素作用下，密封环易与叶轮3发生抱死，导致涡轮泵转速降低甚至停转；2)与泵壳体1连接用紧固件4的拧紧力矩需进行严格控制，太大会使密封环产生严重变形，密封面快速磨损失效，严重时也易导致抱死故障，太小时紧固件在低温和振动环境下易松脱，容易引发二次故障； 3)为了实现较高的结构刚度，需要非金属整体式凸肩密封采用较大的宏观尺寸，但密封面部位一旦失效，密封环整体报废，经济性较差；4)结构尺寸越大，非金属整体式凸肩密封的刚度越小，低温下收缩量也会更大，密封的可靠性控制难度增加，因此一般只适用于中低压力和中小结构涡轮泵中。

异种金属复合式迷宫密封方案，内环采用与泵介质相容的软金属(如铜、银等)，外环采用与泵介质相容、收缩系数相近的刚性较强的金属，两者通过焊接连成一体(如钎焊、电子束焊等)。相比非金属整体式方案，异种金属复合式方案的强度更高、刚性更好、与叶轮的收缩匹配性更好，可以适用于更高压力和更大结构尺寸的涡轮泵。

但由于引入了异种金属焊接工艺，具体使用过程中也存在一些缺点：1)异种金属焊接难度高，研制前期需较长的工艺摸底研究，工艺稳定也需要较长的周期；2) 软金属自身价格高，生产工艺复杂、周期长，整体制造成本较高；3)焊缝受力复杂、苛刻，焊缝质量要求较高，检测成本高、效率低；4)密封面一旦磨损后无法修复，只能整体更换，经济性也较差。

发明内容

为了解决上述问题，本实用使用新型提供了一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构。

本实用使用新型为实现上述目的而采取的技术方案为：

一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构，该结构设置在叶轮与固定的泵壳体之间形成的间隙中，该结构包括金属基体，所述金属基体一侧与泵壳体相连，所述金属基体另一侧设置L型放置槽口，所述L型放置槽口上设置非金属内芯，且L型放置槽口一端设置锁边结构，另一端通过设置金属压板将其非金属内芯可拆卸式的锁至L型放置槽口内，所述的非金属内芯与叶轮接触端设置多个密封槽与其叶轮凸肩相配合密封副。

作为进一步改进，所述金属基体上设置多个低压平衡孔与L型放置槽口相连通。