一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构

本发明属于机械轴承密封，具体涉及一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，应用于高温工况的油润滑或油气润滑轴承支撑旋转机械轴承密封。

背景技术：

1、石墨圆周密封因能以极好的密封性能和对轴向窜动的适应性在航空发动机的轴承腔中得到应用。航空发动机轴承和石墨圆周密封为同轴布置方案，在工作过程中，密封环的密封工况复杂，轴系在运行过程中常会出现径向跳动和轴向窜动，且高压气体腔通常有着较高的工作温度和工作压力。石墨圆周密封在工作过程中会因为压力和温度产生压力、温度形变，其中搭接头处的变形程度最为严重，会对密封效果产生较大影响。

2、采用楔形推块的紧凑型石墨圆周密封有望显著降低密封搭接头处的变形问题。传统石墨圆周密封虽然通过扇形支架能够一定程度上的解决石墨圆周密封的搭接头形变问题，但还会破坏环的结构，使密封环更容易发生碎裂。另一方面，在航空发动机的带推环的紧凑型石墨圆周密封会略微增加石墨圆周密封的径向尺寸，如何通过更好的结构与材料减小楔形推块大小的方案有待开发。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的石墨圆周密封的密封搭接头在工作状态下发生变形影响泄漏量的技术问题，本发明提供一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，结构紧凑，且能减少密封搭接头处变形泄漏量增大的问题。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，其特征在于，包括壳体(7)以及安装在壳体(7)内的挡环(2)、石墨圆周密封环(3)、楔形推块(4)以及弹簧(5)，所述挡环(2)、石墨圆周密封环(3)、楔形推块(4)从上至下依次布置在壳体(7)内；远离挡环(2)的一侧为高压气体腔(91)，靠近挡环(2)的一侧为低压油气腔(92)，定义低压油气腔(92)侧为上端，定义高压气体腔(91)侧为下端；其中：

4、所述石墨圆周密封环(3)的上端面(37)与挡环(2)相接触，下端面(36)与楔形推块(4)相接触；所述楔形推块(4)与所述壳体(7)之间设置有弹簧(5)；定义石墨圆周密封环(3)靠近壳体(7)内壁的一侧侧为外表面，定义石墨圆周密封环(3)远离壳体(7)内壁的一侧为内表面(34)，所述石墨圆周密封环(3)的内表面(34)与转轴(8)的外表面之间形成密封的主泄漏通道；

5、所述楔形推块(4)包括楔形面(41)、推块径向平面(42)和推块轴向平面(43)，所述推块轴向平面(43)与壳体(7)的轴向端面(74)相接触，所述推块径向平面(42)与壳体(7)的径向端面(75)相接触；所述楔形面(41)上具有一自凸台(45)；

6、所述石墨圆周密封环(3)上设有斜槽面(33)，所述斜槽面(33)位于下端面(36)侧，所述斜槽面(33)上加工有直凹槽(35)，所述楔形面(41)与斜槽面(33)相接触，且所述直凹槽(35)嵌设在所述直凸台(45)内。

7、进一步的，所述石墨圆周密封环(3)由多个石墨圆周密封环瓣沿周向首尾相接而成，相邻石墨圆周密封环瓣之间的连接处设置有所述楔形推块(4)。

8、进一步的，所述石墨圆周密封环瓣数量为3～6。

9、进一步的，每个所述石墨圆周密封环瓣的两端分别设有相互配合的凹端接头(31)和凸端接头(32)，所述凹端接头(31)侧和凸端接头(32)侧分别设有凹端斜槽面(331)和凸端斜槽面(332)，所述石墨圆周密封环瓣的凹端斜槽面(331)与相邻石墨圆周密封环瓣的凸端斜槽面(332)共面。

10、进一步的，所述推块轴向平面(43)上设有销孔(44)，所述销孔(44)内安装有销钉(6)，所述楔形推块(4)通过销钉(6)安装在所述壳体(7)的轴向端面(74)上；所述壳体(7)的轴向端面(74)上设有沿径向的销钉槽(71)，所述销钉(6)可在销钉槽(71)内沿径向自由移动。

11、进一步的，所述壳体(7)上的径向平面(75)上设有弹簧安装孔(72)，所述弹簧(5)的一端安装在所述弹簧安装孔(72)内，另一端与推块径向平面(42)相接触。

12、进一步的，所述壳体(7)的上端面开设有卡簧槽(73)，所述卡簧槽(73)内安装有卡簧(1)，所述挡环(2)通过所述卡簧(1)实现轴向定位。

13、进一步的，所述石墨圆周密封环瓣的周向中部位置设有中间斜槽面(333)。

14、本发明的工作原理是：

15、当经典的石墨圆周密封用于轴承腔端时，由周向箍紧弹簧为石墨圆周密封提供径向的闭合力，主密封面的流体压力为石墨圆周密封提供径向的开启力。在工作过程中，密封环受到的开启力和闭合力相平衡，达到稳定的工作状态。轴向弹簧为密封环提供一个轴向压紧力，使石墨圆周密封的副密封面与壳体紧贴，减少气体从副密封面泄漏的可能。

16、当本发明的石墨圆周密封用于轴承腔端时，径向弹簧向楔形推块提供推力，由于楔形推块和密封环之间的接触面为斜面，因此楔形推块对密封环的推力可以分为沿着轴向的轴向推力和沿着径向的径向闭合力，轴向推力和径向闭合力可分别代替轴向弹簧和周向箍紧弹簧在经典的石墨圆周密封的作用。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

18、1、本发明通过设置楔形推块，可以同时为石墨圆周密封环提供轴向方向上与挡环紧贴的轴向推力和径向方向上向轴抱紧的闭合力，代替轴向弹簧和周向箍紧弹簧在经典的石墨圆周密封的作用力，提高了石墨圆周密封的空间利用率。

19、2、本发明使用与楔形推块相匹配的凹端斜槽面和凸端斜槽面，控制了密封环接头处的工作变形情况，减少了接头斜槽面和推块楔形面的加工精度和由于应力集中引起的变形与破坏问题。

20、3、在本发明中，由于楔形推块的楔形面并非圆面，在安装的过程中，楔形推块对石墨圆周密封环有了一个固定方向的约束，引导密封环开启时的运动方向，减少由于使用销钉防转而引起密封环碎裂的可能。

技术特征：

1.一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，其特征在于，包括壳体(7)以及安装在壳体(7)内的挡环(2)、石墨圆周密封环(3)、楔形推块(4)以及弹簧(5)，所述挡环(2)、石墨圆周密封环(3)、楔形推块(4)从上至下依次布置在壳体(7)内；远离挡环(2)的一侧为高压气体腔(91)，靠近挡环(2)的一侧为低压油气腔(92)，定义低压油气腔(92)侧为上端，定义高压气体腔(91)侧为下端；其中：

2.根据权利要求1所述的一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，其特征在于，所述石墨圆周密封环(3)由多个石墨圆周密封环瓣沿周向首尾相接而成，相邻石墨圆周密封环瓣之间的连接处设置有所述楔形推块(4)。

3.根据权利要求2所述的一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，其特征在于，所述石墨圆周密封环瓣数量为3～6。

4.根据权利要求2或3所述的一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，其特征在于，每个所述石墨圆周密封环瓣的两端分别设有相互配合的凹端接头(31)和凸端接头(32)，所述凹端接头(31)侧和凸端接头(32)侧分别设有凹端斜槽面(331)和凸端斜槽面(332)，所述石墨圆周密封环瓣的凹端斜槽面(331)与相邻石墨圆周密封环瓣的凸端斜槽面(332)共面。

5.根据权利要求1所述的一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，其特征在于，所述推块轴向平面(43)上设有销孔(44)，所述销孔(44)内安装有销钉(6)，所述楔形推块(4)通过销钉(6)安装在所述壳体(7)的轴向端面(74)上；所述壳体(7)的轴向端面(74)上设有沿径向的销钉槽(71)，所述销钉(6)可在销钉槽(71)内沿径向自由移动。

6.根据权利要求1所述的一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，其特征在于，所述壳体(7)上的径向平面(75)上设有弹簧安装孔(72)，所述弹簧(5)的一端安装在所述弹簧安装孔(72)内，另一端与推块径向平面(42)相接触。

7.根据权利要求1所述的一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，其特征在于，所述壳体(7)的上端面开设有卡簧槽(73)，所述卡簧槽(73)内安装有卡簧(1)，所述挡环(2)通过所述卡簧(1)实现轴向定位。

8.根据权利要求1所述的一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，其特征在于，所述石墨圆周密封环瓣的周向中部位置设有中间斜槽面(333)。

技术总结本发明公开了一种带楔形推块的紧凑型石墨圆周密封结构，包括壳体以及安装在壳体内的挡环、石墨圆周密封环、楔形推块以及弹簧，石墨圆周密封环的上端面与挡环相接触，下端面与楔形推块相接触；楔形推块与壳体之间设置有弹簧；石墨圆周密封环的内表面与转轴的外表面之间形成密封的主泄漏通道；楔形推块包括楔形面、推块径向平面和推块轴向平面，推块轴向平面与壳体的轴向端面相接触，推块径向平面与壳体的径向端面相接触；楔形面上具有一自凸台；石墨圆周密封环上设有斜槽面，斜槽面位于下端面侧，斜槽面上加工有直凹槽，楔形面与斜槽面相接触，且直凹槽嵌设在直凸台内。本发明结构紧凑，且能减少密封搭接头处变形泄漏量增大的问题。技术研发人员：彭旭东,潘嘉阳,江锦波,吴新洲,何雨波,孟祥铠,马艺受保护的技术使用者：浙江工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18