一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109611374A(43)申请公布日2019.04.12(21)申请号201910031661.3(22)申请日2019.01.14(71)申请人北京星际荣耀空间科技有限公司地址100176北京市大兴区北京经济技术开发区地盛南街9号1幢3层329(72)发明人不公告发明人(74)专利代理机构北京卫智畅科专利代理事务所(普通合伙)11557代理人邵胜男(51)Int.Cl.F04D29/16(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构(57)摘要本发明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。本发明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。CN109611374ACN109611374A权利要求书1/1页1.一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，其特征在于：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。2.根据权利要求1所述的一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构，其特征在于：所述金属压板与非金属内芯之间通过法兰相连。4.根据权利要求2所述的一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构，其特征在于：所述金属基体上设置4个低压平衡孔。2CN109611374A说明书1/3页一种低温液体火箭发动机涡轮泵用夹芯式迷宫密封结构技术领域[0001]本发明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[0002]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。[0003]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。[0004]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。