[发明专利]一种低温火箭发动机涡轮泵双向浮动环隔离动密封装置

说明书

一种低温火箭发动机涡轮泵双向浮动环隔离动密封装置，属于低温火箭发动机涡轮泵密封结构技术领域；密封壳体I、密封壳体II、盖板均为空心结构，空心部分安装密封轴套，一级浮动环置于由密封壳体II、密封壳体I、密封轴套组成的腔体内，二级浮动环置于由密封壳体II、盖板、密封轴套组成的腔体内，一级浮动环两侧设置凸台，腔体内压力变化使其某侧凸台与侧壁接触，二级浮动环靠近盖板的一侧设置凸台，通过预载力使凸台与侧壁接触；通过上述凸台实现径向接触密封；一级浮动环、二级浮动环与密封轴套之间设置间隙，在涡轮泵高速旋转时，利用在间隙形成液膜实现轴向密封。本发明满足在主级段控制泄漏量的双向密封装置，并提高了密封的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种低温火箭发动机涡轮泵双向浮动环隔离动密封装置，尤其适用于低温火箭发动机，属于低温火箭发动机涡轮泵密封结构技术领域。

背景技术

进入21世纪以来，世界各航天大国纷纷提出载人火星和深空探测计划，大推力火箭是必不可少的运输工具，涡轮泵是火箭发动机的核心组件之一，而动密封是涡轮泵的关键零组件之一，其工作可靠性会影响整个发动机的成败。随着发动机推力的提高，涡轮泵转速、压力和轴径增大，动密封的滑动速度提高，涡轮泵动密封是一项技术难点。

涡轮泵动密封主要位于泵腔和涡轮腔之间，泵腔和涡轮腔设置动密封，主要功能是低温发动机预冷时，阻止泵端低温介质泄漏到涡轮腔，在发动机工作时，可允许泵端与涡轮端之间有少量泄漏以增加动密封的可靠性。由于动密封工作环境恶劣，接触式密封的密封面很容易被磨平，为了提高发动机的可靠性，选用非接触式密封。因此预冷段需引入隔离气体（氦气或氮气）建立高于泵腔预冷压力的隔离腔压力来隔离阻止泵腔介质泄漏到涡轮腔；在发动机主级段，隔离气撤离，动密封起动限流作用，减少泵腔介质泄漏到涡轮腔的泄漏量。

因此低温发动机涡轮泵动密封需具备双向密封的功能，且能在预冷段建立一个隔离腔，主级段限制密封泄漏量，因此发明了一种低温火箭发动机涡轮泵用双向浮动环隔离动密封装置。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为满足大推力低温火箭发动机在预冷阶段防止泵端低温介质泄漏至涡轮腔和主级控制泄漏量的要求，提出了一种双向浮动环隔离动密封装置，可以满足建立一个隔离腔实现预冷段泵腔介质零泄漏，并满足在主级段控制泄漏量的双向密封装置，并提高了密封的可靠性。

本发明解决技术的方案是：一种低温火箭发动机双向浮动环隔离动密封装置，包括一级浮动环、二级浮动环、密封壳体I、密封壳体II、盖板、密封轴套；

所述密封壳体I、密封壳体II、盖板均为空心结构，三者依顺序连接并由空心部分组成一个中心通孔，所述中心通孔内安装密封轴套，一级浮动环置于由密封壳体II、密封壳体I、密封轴套组成的腔体内，二级浮动环置于由密封壳体II、盖板、密封轴套组成的腔体内，所述一级浮动环两侧设置凸台，根据腔体内压力变化导致一级浮动环所受合力方向的改变，实现一级浮动环的某侧凸台与侧壁接触，二级浮动环靠近盖板的一侧设置凸台，通过预载力使凸台与侧壁接触；通过上述凸台实现径向接触密封；所述一级浮动环、二级浮动环与所述密封轴套之间设置间隙，利用涡轮泵高速旋转在所述间隙形成液膜的方式实现轴向密封。

优选的，所述一级浮动环、二级浮动环的中心孔均为圆柱孔与锥孔结合的方式，通过中心孔的内径与密封轴套之间的间隙实现轴向密封；所述锥孔的锥度比在1.5~2.0范围内。

优选的，所述锥孔的锥度比优选1.8。

优选的，所述的间隙为0.04~0.08mm。

优选的，一级浮动环、二级浮动环的锥孔均安装在正面，即相对圆柱孔，锥孔靠近泵腔。

优选的，所述一级浮动环、二级浮动环均由两部分组成，外部为带防转凸台的金属结构件，内部为石墨结构件，二者过盈配合。

优选的，所述浮动环内径喷涂聚四氟乙烯，密封轴套喷涂氧化铬涂层。