真空低溫環(huán)境下大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種真空低溫環(huán)境下適用的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)，包括一個(gè)動(dòng)密封圈、兩個(gè)靜密封圈及兩套平行的真空抽氣系統(tǒng)，所述動(dòng)密封圈包括一體成型的三道唇形擋圈，由塑性材料的圓筒形毛坯在其側(cè)壁上依次加工出等距離的三道唇口，相當(dāng)于三道密封，每兩個(gè)唇口之間在上述圓筒形毛坯的徑向上開設(shè)有一個(gè)通孔，真空容器外設(shè)置的兩套平行的真空抽氣系統(tǒng)通過唇口之間的兩個(gè)通孔向容器外抽氣，在動(dòng)密封圈的安裝面上設(shè)置有靜密封圈。本發(fā)明密封系統(tǒng)，明顯提高了真空下大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的效果；同時(shí)該系統(tǒng)軸向安裝空間小，可在狹小的安裝空間下解決大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封需求；優(yōu)化后的密封圈唇口變形大且具有恢復(fù)效應(yīng)，既保證了密封效果又解決了密封圈過早磨損問題。
【專利說明】真空低溫環(huán)境下大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間環(huán)境模擬領(lǐng)域，具體涉及一種用于真空低溫環(huán)境下的旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在航天器在地面真空容器內(nèi)使用太陽模擬器進(jìn)行真空熱試驗(yàn)時(shí)，航天器一般安裝在運(yùn)動(dòng)模擬器上。通過運(yùn)動(dòng)模擬器調(diào)節(jié)航天器的姿態(tài)，使航天器以不同的角度接收太陽模擬器光束的輻照，以保證航天器與太陽光束的角度關(guān)系與在軌飛行條件相同或相近，或者與總體設(shè)計(jì)時(shí)的外熱流環(huán)境相同。大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)(通常是指口徑在Φ500πιπι以上)是運(yùn)動(dòng)模擬器的關(guān)鍵部件之一，用以滿足高真空下密封腔體的旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封需求。
[0003]運(yùn)動(dòng)模擬器在真空低溫環(huán)境下工作，真空度高達(dá)lX10_5Pa，溫度最低達(dá)到約_170°C。真空低溫環(huán)境對大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封裝置提出了苛刻的要求，普通密封結(jié)構(gòu)難以在該環(huán)境下正常工作，國內(nèi)目前還未有類似應(yīng)用先例。
[0004]通常，真空密封的主要方式包括真空用橡膠密封圈、真空用金屬密封圈密封、采用軟變形的動(dòng)聯(lián)接密封、真空用磁流體密封和磁聯(lián)接的隔板密封5種。但是，以上幾種密封結(jié)構(gòu)的工作溫度約為-25 V?80°C，嚴(yán)重受到溫度條件的限制；普通橡膠密封圈容易過早磨損，而磁流體密封和磁聯(lián)接板密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且存在易泄漏和真空側(cè)軸承潤滑不良的問題。
[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的各種密封方式存在各種技術(shù)問題，且難以適用于真空極低溫的工作條件，因此，研制一種新的真空低溫環(huán)境下使用的密封系統(tǒng)非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，適用于真空低溫環(huán)境下的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0008]真空低溫環(huán)境下適用的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)，包括一個(gè)動(dòng)密封圈、兩個(gè)靜密封圈及兩套平行的真空抽氣系統(tǒng)，所述動(dòng)密封圈包括一體成型的三道唇形擋圈，由塑性材料的圓筒形毛坯在其側(cè)壁上依次加工出等距離的三道唇口，相當(dāng)于三道密封，每兩個(gè)唇口之間在上述圓筒形毛坯的徑向上開設(shè)有一個(gè)通孔(抽氣口)，真空容器外設(shè)置的兩套平行的真空抽氣系統(tǒng)通過唇口之間的兩個(gè)通孔(抽氣口)向容器外抽氣并通過密封法蘭機(jī)械固定連接到密封部件上，在上述動(dòng)密封圈的安裝面的進(jìn)出口位置分別設(shè)置有一個(gè)靜密封圈。
[0009]其中，靜密封圈為O形圈，材料為氟橡膠，用于動(dòng)密封圈與腔體安裝面進(jìn)出口的靜密封。
[0010]其中，上述塑性材料為石墨增強(qiáng)型聚四氟乙烯。
[0011]其中，大口徑旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)是指口徑在Φ500πιπι以上。
[0012]其中，真空抽氣系統(tǒng)的抽氣管與動(dòng)密封圈的通孔的直徑相匹配。
[0013]進(jìn)一步地，真空抽氣系統(tǒng)有兩套，并聯(lián)安裝，分別包括抽氣管、擋板閥(或插板閥)、壓力計(jì)、手動(dòng)閥和真空泵。
[0014]進(jìn)一步地，真空低溫環(huán)境下大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)還包括由真空動(dòng)密封裝置引出的兩根金屬軟管，外徑為Φ10_，有效通氣口徑為Φ8_，分別通過真空容器法蘭引出容器夕卜，各與一個(gè)真空抽氣系統(tǒng)相連接。
[0015]其中，大口徑旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)是指口徑在Φ500πιπι以上。
[0016]其中，真空容器法蘭的外部包覆有10層隔熱材料，以盡可能減少熱量損失，能使動(dòng)密封系統(tǒng)工作溫度保持在20°C ±10°C ；
[0017]進(jìn)一步地，隔熱材料采用雙面鍍有金屬膜的反射屏，屏間置有隔熱材料。
[0018]本發(fā)明的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)與現(xiàn)有的密封系統(tǒng)相比，明顯提高了真空下大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的效果；同時(shí)該系統(tǒng)軸向安裝空間小，可在狹小的安裝空間下解決大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封需求；優(yōu)化后的密封圈唇口變形大且具有恢復(fù)效應(yīng)，既保證了密封效果又解決了密封圈過早磨損問題。該大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)采用密封法蘭外部包覆隔熱多層、被密封腔體內(nèi)通有循環(huán)空氣的溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的穩(wěn)定可靠工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的真空低溫環(huán)境下大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]其中，1-密封圈；2_密封法蘭；3_抽氣管；4_真空抽氣系統(tǒng)；5_真空容器；6-旋轉(zhuǎn)軸。
[0021]圖2為本發(fā)明的真空低溫環(huán)境下大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)中使用的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]其中，21-0形密封圈；22_動(dòng)密封圈；23_抽氣口 ；24_唇形擋圈。
[0023]圖3為本發(fā)明的真空低溫環(huán)境下大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)中使用的真空抽氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
[0024]其中，31-密封圈；32_擋板閥(或插板閥)；33_壓力計(jì)；34_手動(dòng)閥；35_真空泵?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]以下介紹的是作為本
【發(fā)明內(nèi)容】
的【具體實(shí)施方式】，下面通過【具體實(shí)施方式】對本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的闡明。當(dāng)然，描述下列【具體實(shí)施方式】只為示例本發(fā)明的不同方面的內(nèi)容，而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。
[0026]圖1是本發(fā)明真空低溫環(huán)境下大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該密封系統(tǒng)包括密封圈I，密封法蘭2，抽氣管3，真空抽氣系統(tǒng)4，真空容器5，旋轉(zhuǎn)軸6，密封圈I通過抽氣管3與真空抽氣系統(tǒng)4連接并通過密封法蘭2機(jī)械固定連接，除真空抽氣系統(tǒng)系統(tǒng)外，其他各部件設(shè)置在真空容器4內(nèi)部，密封圈1、密封法蘭2和抽氣管3在旋轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)均保持固定不動(dòng)；其中，如圖2所示，本發(fā)明的密封系統(tǒng)中使用的密封圈I包括一個(gè)動(dòng)密封圈22和兩個(gè)O形密封圈21 ;動(dòng)密封圈22包括三道唇形擋圈24，由塑性材料的圓筒形毛坯在其側(cè)壁上依次等距離加工而成，相當(dāng)于三道密封，每兩個(gè)唇形擋圈24之間在上述圓筒形毛坯的徑向上開設(shè)有一個(gè)抽氣口 23，真空容器外設(shè)置的真空抽氣系統(tǒng)4通過唇形擋圈24之間的抽氣口 23向容器外抽氣；上述塑性材料為石墨增強(qiáng)型聚四氟乙烯；該材料摩擦系數(shù)小、耐磨性好，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度和硬度，可工作溫度范圍為_70°C?+200°C ;線速度最高為18m/S ;可承受壓力最高為6bar。為使動(dòng)密封圈達(dá)到最優(yōu)的密封性能，需要對其唇形擋圈進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的唇形擋圈的彈性引起的預(yù)載隨溫度的升高具有恢復(fù)效應(yīng)。
[0027]通常，為使動(dòng)密封圈達(dá)到最優(yōu)的密封性能，需要對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。分別建立不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的動(dòng)密封圈三維幾何模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，施加負(fù)載和約束等邊界條件，計(jì)算不同動(dòng)密封圈厚度和長度及唇形擋圈厚度等參數(shù)條件下的計(jì)算模型。最終得到不同結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下，動(dòng)密封裝置密封效果。
[0028]在一具體的實(shí)施方式中，動(dòng)密封圈內(nèi)徑為Φ800_，優(yōu)化后的動(dòng)密封圈主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:厚度為15mm,沿軸向長度為53.8mm,唇形擋圈厚度2mm。加工時(shí),經(jīng)材料成型、粗車、鉆孔、精車、精磨等一系列工序加工而成。
[0029]在另一【具體實(shí)施方式】中，兩個(gè)O形密封圈21安裝在動(dòng)密封圈22的安裝面的進(jìn)出口位置，兩個(gè)O形密封圈21的材料為氟橡膠，有良好的密封性，用于動(dòng)密封圈與安裝面進(jìn)出口處的靜密封。
[0030]本發(fā)明的密封系統(tǒng)中使用的溫控系統(tǒng)是為了克服動(dòng)密封系統(tǒng)在低溫環(huán)境下工作溫度的限制而設(shè)計(jì)的；由于被密封腔體內(nèi)部通有常溫的循環(huán)空氣，因此，在密封法蘭外部包扎10層隔熱材料，以盡可能減少熱量損失，能使動(dòng)密封系統(tǒng)工作溫度保持在20°C ±10°C ；隔熱材料采用雙面鍍有金屬膜的反射屏，屏間置有間隔材料。
[0031]在一具體的實(shí)施方式中，動(dòng)密封圈22上開設(shè)的抽氣口 23引出2根抽氣管，分別通過真空容器法蘭引出容器外，各與一個(gè)真空抽氣系統(tǒng)4相連接；抽氣管尺寸與動(dòng)密封圈抽氣口的直徑相匹配；真空抽氣系統(tǒng)依據(jù)動(dòng)密封圈的密封效果，必要時(shí)才開啟工作，同時(shí)通過開啟擋板閥可監(jiān)視動(dòng)密封圈唇口間的壓力。
[0032]圖3是真空低溫環(huán)境下大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)中使用的真空抽氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。該真空抽氣系統(tǒng)是公知的系統(tǒng)，其包括:密封圈31、擋板閥(或插板閥)32、壓力計(jì)33、手動(dòng)閥34、真空泵35。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是真空泵的選擇，根據(jù)所需真空度和抽速的要求選配合適的干式真空泵，真空泵35通過抽氣管與動(dòng)密封圈22連接對其進(jìn)行抽氣。真空系統(tǒng)配備擋板閥32用于根據(jù)密封情況需要控制是否開啟真空系統(tǒng)，手動(dòng)閥34用來控制抽氣速度的大小以在動(dòng)密封圈唇形擋圈形成的兩個(gè)密封腔體內(nèi)形成不同的壓力，壓力計(jì)33用于對抽氣過程的真空度進(jìn)行監(jiān)測。通過真空系統(tǒng)的抽氣設(shè)計(jì)，一方面使上述兩個(gè)密封腔體內(nèi)積聚的漏氣量能及時(shí)抽走，另一方面減小密封圈內(nèi)外形成的壓差，通過過渡壓力降低動(dòng)密封的漏氣速率，最終保證動(dòng)密封系統(tǒng)工作的穩(wěn)定可靠。
[0033]在使用過程中安裝密封圈時(shí)，先檢測密封圈定位孔和旋轉(zhuǎn)軸圓度，每隔45°測量一次，共8點(diǎn)，主軸旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°各測一圈，據(jù)此，調(diào)節(jié)密封圈安裝角度使密封間隙均勻化；密封圈安裝完成后進(jìn)行真空抽氣系統(tǒng)管路、容器外閥門及真空泵的安裝，在兩個(gè)抽氣管安裝時(shí)，將抽氣管插入密封法蘭安裝口內(nèi)，確保抽氣管不會(huì)與其他零件干涉后，再將抽氣管與試件法蘭焊接固定。
[0034]其中，抽氣管經(jīng)真空容器法蘭引出容器，在容器外依次完成擋板閥、壓力計(jì)、手動(dòng)閥和真空泵的安裝。
[0035]本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)具有以下改進(jìn)效果:
[0036](I)適用于真空度高達(dá)lX10_5Pa、溫度最低達(dá)到約_170°C環(huán)境下旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封需求，密封介質(zhì)為空氣；[0037](2)密封口徑大于Φ 500mm，且軸向安裝空間小，解決了大口徑真空動(dòng)密封難題；
[0038](3)采用密封法蘭外部包覆隔熱多層、腔體內(nèi)通有循環(huán)空氣的溫控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)密封裝置在低溫環(huán)境下的穩(wěn)定可靠工作。
[0039]盡管上文對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說明，但應(yīng)該指明的是，我們可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和修改，但這些都不脫離本發(fā)明的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范圍。
【權(quán)利要求】
1.真空低溫環(huán)境下適用的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)，包括一個(gè)動(dòng)密封圈、兩個(gè)靜密封圈及兩套平行的真空抽氣系統(tǒng)，所述動(dòng)密封圈包括一體成型的三道唇形擋圈，由塑性材料的圓筒形毛坯在其側(cè)壁上依次加工出等距離的三道唇口，相當(dāng)于三道密封，每兩個(gè)唇口之間在上述圓筒形毛坯的徑向上開設(shè)有一個(gè)通孔(抽氣口)，真空容器外設(shè)置的兩套平行的真空抽氣系統(tǒng)通過唇口之間的兩個(gè)通孔(抽氣口)向容器外抽氣并通過密封法蘭機(jī)械固定連接到動(dòng)密封的部件上，在上述動(dòng)密封圈的安裝面的進(jìn)出口位置分別設(shè)置有一個(gè)靜密封圈。
2.如權(quán)利要求1所述的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)，其中，靜密封圈為O形圈，材料為氟橡膠，用于動(dòng)密封圈與腔體安裝面進(jìn)出口的靜密封。
3.如權(quán)利要求1所述的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)，其中，所述塑性材料為石墨增強(qiáng)型聚四氟乙烯。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)，其中，大口徑旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)是指口徑在Φ 500mm以上。
5.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)，其中，真空抽氣系統(tǒng)的抽氣管與動(dòng)密封圈的通孔的直徑相匹配。
6.如權(quán)利要求5所述的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)，其中真空抽氣系統(tǒng)有兩套，并聯(lián)安裝，分別包括抽氣管、擋板閥(或插板閥)、壓力計(jì)、手動(dòng)閥和真空泵。
7.如權(quán)利要求1所述的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)，其中真空低溫環(huán)境下大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)還包括由真空動(dòng)密封部件引出的兩根金屬軟管，外徑為Φ 10_，有效通氣口徑為φ 8mm,分別通過真空容器法蘭引出容器外，各與一個(gè)真空抽氣系統(tǒng)相連接。
8.如權(quán)利要求7所述的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)，其中，真空容器法蘭的外部包覆有10層隔熱材料，能使動(dòng)密封系統(tǒng)工作溫度保持在20°C 土 10°C。
9.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的大口徑旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封系統(tǒng)，其中，隔熱材料采用雙面鍍有金屬膜的反射屏，屏間置有隔熱材料。
【文檔編號】F16L59/08GK103603954SQ201310538242
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】楊林華, 肖慶生, 董雷, 王軍偉, 呂世增, 龔潔, 郭峰 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所