本发明公开的一种万向节式高温高压气体密封装置，属于万向节式密封领域。本发明置于航空发动机气体输送管路中间，外转接管与前石墨环和后石墨环之间产生为接触式连接，当输送管路产生角度变化或者轴向移动时，外转接管与前石墨环、后石墨环之间产生相对移动，使所述密封装置具有弯曲和转向功能，起到密封高温高压有毒有害及高腐蚀性气体的作用。本发明主要由前石墨密封组合、转接管、后石墨密封组合组成。前石墨密封组合主要由前转接座、前石墨环组件、前卡圈组合而成。后石墨密封组合主要由后转接座、后石墨环组件、后卡圈组合而成。前石墨环组件主要由前石墨环和前金属环组成，后石墨环组件主要由后石墨环和后金属环组成。
1.一种万向节式高温高压气体密封装置，置于航空发动机气体输送管路中间，其特征在于：主要由前石墨密封组合(1)、转接管(2)、后石墨密封组合(3)组成；外转接管(21)与前石墨环(122)和后石墨环(322)之间产生为接触式连接，当输送管路产生角度变化或者轴向移动时，外转接管(21)与前石墨环(122)、后石墨环(322)之间产生相对移动，使所述密封装置具有弯曲和转向功能，起到密封高温高压有毒有害及高腐蚀性气体的作用；前石墨密封组合(1)主要由前转接座(11)、前石墨环组件(12)、前卡圈(13)组合而成；后石墨密封组合(3)主要由后转接座(31)、后石墨环组件(32)、后卡圈(33)组合而成；前石墨环组件(12)主要由前石墨环(122)和前金属环(121)组成，后石墨环组件(32)主要由后石墨环(322)和后金属环(321)组成；前石墨环(122)和前金属环(121)与前转接座(11)过盈配合，阻止气体泄漏；后石墨环(322)和后金属环(321)与后转接座(31)，过盈配合，阻止气体泄漏；转接管(2)由外转接管(21)和内转接管(22)组合而成；内转接管(22)由前转接管(221)和后转接管(222)组合而成；转接管(2)中外转接管(21)分别与前石墨环组件(12)、后石墨环组件(32)中石墨环内径过盈配合，起到密封气体的作用。
2.如权利要求1所述的一种万向节式高温高压气体密封装置，其特征在于：所述前石墨环(122)、后石墨环(322)统称石墨环；前金属环(121)、后金属环(321)统称金属环；所述前转接管(221)、后转接管(222)统称转接管；所述前转接座(11)、后转接座(31)统称转接座；
所述前石墨环组件(12)、后石墨环组件(32)统称石墨环组件；前卡圈(13)、后卡圈(33)统称卡圈；所述前石墨密封组合(1)、后石墨密封组合(3)统称石墨密封组合；外转接管(21)、内转接管(22)统称转接管(2)；
转接管(2)采用双层连接形式，外转接管(21)采用厚度为0.2mm的高温合金管套做成，刚度较小，受到外力时产生弹性变形较大，采用圆弧球形结构，能与石墨环内壁保持贴合的同时，运动自如，使得转接管(2)两端连接管产生弯折，而仍有密封效果；内转接管(22)采用厚度为0.4mm高温合金管，保证中间段的强度和刚度，发动机受到冲击振动时，增强密封产品的疲劳强度，增加寿命。
3.如权利要求1或2所述的一种万向节式高温高压气体密封装置，其特征在于：所述内转接管(22)采用较厚高温合金管，较厚的厚度根据工况要求的强度和刚度而定。
4.如权利要求3所述的一种万向节式高温高压气体密封装置，其特征在于：所述转接管(2)由高温合金材料线膨胀系数大于石墨环。
5.如权利要求4所述的一种万向节式高温高压气体密封装置，其特征在于：所述转接座外径周向开孔(112)，开孔处位于金属环上方，开口数量为4～6个，开口处连接外界大气，起到散热的目的。
6.如权利要求5所述的一种万向节式高温高压气体密封装置，其特征在于：金属环通过子口与转接座进行过盈配合，过盈量在0.02～0.05mm。
7.如权利要求6所述的一种万向节式高温高压气体密封装置，其特征在于：卡圈开有两个卡圈孔，卡圈孔由一个整环切掉一个缺口，便于安装；卡圈安装于转接座槽内，起到轴向定位的作用。
8.如权利要求7所述的一种万向节式高温高压气体密封装置，其特征在于：转接管由内转接管(22)和外转接管(21)组合而成；转接管中外转接管(21)与石墨密封组合中石墨环内径过盈配合，起到密封气体的作用。
9.如权利要求8所述的一种万向节式高温高压气体密封装置，其特征在于：内转接管(22)和外转接管(21)通过焊接，两者固定在一起；外转接管(21)厚度为0.2mm，内转接管(22)厚度为0.4mm。
10.如权利要求9所述的一种万向节式高温高压气体密封装置，其特征在于：工作方法为，在传输高温高压气体时，所述万向节式高温高压气体密封装置变热膨胀，转接管(2)由高温合金材料加工成型，线膨胀系数大于石墨环，因此，在高温下，外转接管(21)与石墨环两者过盈量变大，起到阻止气体泄漏的目的；当外转接管(21)与石墨环之间产生角度变化或者轴向移动时，即实现转弯转向功能，采用圆弧球形结构的外转接管(21)能够保证与石墨环内壁保持贴合的同时正常运动，通过石墨环内壁保持贴合实现密封效果，且转接管(2)采用高温合金材料能够对有毒有害及高腐蚀性气体均有良好的防护作用，又使得在低于最高温度下过盈量不至过大导致应力集中产生强度下降的问题。
一种万向节式高温高压气体密封装置
技术领域
[0001] 本发明属于万向节式密封领域，涉及一种万向节式高温高压气体密封装置，尤其涉及用于航空发动机高温高压气体传输装置的密封装置。
背景技术
[0002] 目前，万向节式密封装置已广泛用于汽车驱动系统，与传动轴进行组合，构成万向节传动装置。但在航空发动机及离心压缩机等旋转轴机械的高温高压气体传输方面尚未得到引用。
[0003] 申请号CN201610149565.5，授权公告号CN105673719A一种高密封的油润滑万向节总成解决现有技术中的问题，提出一种高密封的油润滑万向节总成，能够有效的防止润滑油溢出，延长轴套的使用寿命，但该装置为应用在汽车配件的技术领域，且密封介质为润滑油。
发明内容
[0004] 本发明公开的一种万向节式高温高压气体密封装置要解决的技术问题是：为航空发动机高温高压气体输送提供一种高效可靠的万向节式密封装置，置于航空发动机气体输送管路中间，在起到密封高温气体的作用的同时，还能够实现弯曲转向功能，方便转接管路的安装作业，适用于旋转机械的气体输送，尤其适用于以高温高压有毒有害及腐蚀性气体为工作介质的航空发动机及燃气轮机的气体输送，保证气体输送密封性能。
[0005] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006] 本发明公开的一种万向节式高温高压气体密封装置，置于航空发动机气体输送管路中间，外转接管与前石墨环和后石墨环之间产生为接触式连接，当输送管路产生角度变化或者轴向移动时，外转接管与前石墨环、后石墨环之间产生相对移动，使所述密封装置具有弯曲和转向功能，起到密封高温高压有毒有害及高腐蚀性气体的作用。所述一种万向节式高温高压气体密封装置主要由前石墨密封组合、转接管、后石墨密封组合组成。前石墨密封组合主要由前转接座、前石墨环组件、前卡圈组合而成。后石墨密封组合主要由后转接座、后石墨环组件、后卡圈组合而成。前石墨环组件主要由前石墨环和前金属环组成，后石墨环组件主要由后石墨环和后金属环组成。前石墨环和前金属环与前转接座过盈配合，阻止气体泄漏。后石墨环和后金属环与后转接座，过盈配合，阻止气体泄漏。转接管由外转接管和内转接管组合而成。内转接管由前转接管和后转接管组合而成。转接管中外转接管分别与前石墨环组件、后石墨环组件中石墨环内径过盈配合，起到密封气体的作用。
[0007] 所述前石墨环、后石墨环统称石墨环。前金属环、后金属环统称金属环。所述前转接管、后转接管统称转接管。所述前转接座、后转接座统称转接座。所述前石墨环组件、后石墨环组件统称石墨环组件。前卡圈、后卡圈统称卡圈。所述前石墨密封组合、后石墨密封组合统称石墨密封组合。外转接管、内转接管统称转接管。
[0008] 转接管采用双层连接形式，外转接管采用厚度为0.2mm的高温合金管套做成，刚度较小，受到外力时产生弹性变形较大，采用圆弧球形结构，能与石墨环内壁保持贴合的同时，运动自如，使得转接管两端连接管产生弯折，而仍有密封效果。内转接管采用厚度为0.4mm高温合金管，保证中间段的强度和刚度，发动机受到冲击振动时，增强密封产品的疲劳强度，增加寿命。
[0009] 所述内转接管采用较厚高温合金管，较厚的厚度根据工况要求的强度和刚度而定。
[0010] 所述转接管由高温合金材料线膨胀系数大于石墨环。
[0011] 所述刚度较小根据外转接管材料弹性及使用时的变形需求而定。
[0012] 所述转接座外径周向开孔，开孔处位于金属环上方，开口数量为～个，开口处连接外界大气，起到散热的目的。金属环通过子口与转接座进行过盈配合，过盈量在0.02～0.05mm。卡圈开有两个卡圈孔，卡圈孔由一个整环切掉一个缺口，便于安装。卡圈安装于转接座槽内，起到轴向定位的作用。转接管由内转接管和外转接管组合而成。转接管中外转接管与石墨密封组合中石墨环内径过盈配合，起到密封气体的作用。内转接管和外转接管通过焊接，两者固定在一起。外转接管厚度为0.2mm，内转接管厚度为0.4mm。
[0013] 本发明公开的一种万向节式高温高压气体密封装置的工作方法为：在传输高温高压气体时，所述万向节式高温高压气体密封装置变热膨胀，转接管由高温合金材料加工成型，线膨胀系数大于石墨环，因此，在高温下，外转接管与石墨环两者过盈量变大，起到阻止气体泄漏的目的。当外转接管与石墨环之间产生角度变化或者轴向移动时，即实现转弯转向功能，采用圆弧球形结构的外转接管能够保证与石墨环内壁保持贴合的同时正常运动，通过石墨环内壁保持贴合实现密封效果，且转接管采用高温合金材料能够对有毒有害及高腐蚀性气体均有良好的防护作用，又使得在低于最高温度下过盈量不至过大导致应力集中产生强度下降的问题。
[0014] 有益效果：
[0015] 1、本发明公开的一种万向节式高温高压气体密封装置，转接管采用双层连接形式，外转接管采用较薄的高温合金管套做成，刚度较小，受到外力时产生弹性变形较大，内转接管采用圆弧球形结构，保证与石墨环内壁保持贴合的同时正常运动，使得转接管两端连接管产生弯折，而仍有密封效果。内转接管采用较厚高温合金管，保证转接管的强度和刚度，发动机受到冲击振动时，内转接管能够增强密封产品的疲劳强度，增加寿命。
[0016] 2、本发明公开的一种万向节式高温高压气体密封装置，转接管由高温合金材料线膨胀系数大于石墨环，两种材料的线胀系数相差较大，既保证在最高温度下石墨环与金属环不会脱开，又使得在低于最高温度下过盈量不至过大导致应力集中产生强度下降的问题。
[0017] 3、本发明公开的一种万向节式高温高压气体密封装置，共有过盈配合3处：转接座与金属环之间过盈配合、金属环与石墨环过盈配合及石墨环与外转接管过盈配合，起到阻止气体泄漏的目的，且高温合金材料对有毒有害及高腐蚀性气体均有良好的防护作用。
[0018] 4、本发明公开的一种万向节式高温高压气体密封装置，与转接管连接处采用石墨连接，石墨能耐高温，传热快。中间金属环与石墨环进行过盈配合，起到强化石墨环强度的作用。在高温合金转接座及金属环的圆周面分别开四个均布的圆孔，有利于转接管内部高温气体的散热。
[0019] 5、本发明公开的一种万向节式高温高压气体密封装置，当外转接管与石墨环之间产生角度变化或者轴向移动时，即实现转弯转向功能，采用圆弧球形结构的外转接管能够保证与石墨环内壁保持贴合的同时正常运动，通过石墨环内壁保持贴合实现密封效果。
附图说明
[0020] 图1是本发明公开的一种万向节式高温高压气体密封装置的结构示意图；
[0021] 图2是本发明专利的前转接座结构示意图；
[0022] 图3是本发明专利的卡圈结构图，图3a为主视图，图3b为左视图。
[0023] 图4是本发明专利的万向节式密封装置受力分析图；
[0024] 图5是本发明专利中转接管焊接结构示意图，图5a为转接管焊接结构示意图，图5b为点焊处局部放大视图。
[0025] 其中：1—前石墨密封组合、2—转接管、3—后石墨密封组合、11—前转接座、112—前转接座孔、12—前石墨环组件、121—前金属环、122—前石墨环、13—前卡圈、21—外转接管、22—内转接管、221—前内转接管、222—后内转接管、31—后转接座、32—后石墨环组件、321—后金属环、322—后石墨环、33—后卡圈。
具体实施方式
[0026] 为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
[0027] 实施例1：
[0028] 如图1所示，本实施例公开一种万向节式高温高压气体密封装置包括前石墨密封组合1、转接管2、后石墨密封组合3组成。该密封装置具有弯曲和转向功能，起到密封高温高压有毒有害及高腐蚀性气体的作用。前石墨密封组合由前转接座11、前石墨环组件12、前卡圈13组合而成。后石墨密封组合由后转接座31、后石墨环组件32、后卡圈33组合而成。前石墨环组件由前石墨环122和前金属环121组成，后石墨环组件由后石墨环322和后金属环321组成。石墨环、金属环及转接座三者过盈配合，阻止气体泄漏。转接管2由外转接管21和内转接管22组合而成。内转接管由前转接管221和后转接管222组合而成。转接管2中外转接管与石墨密封组合中石墨环内径过盈配合，起到密封气体的作用。转接管中外转接管与石墨密封组合中石墨环内径过盈配合，起到密封气体的作用。产品的密封介质是空气，温度范围：(0～500)℃，压力范围：(0.1～1.8)MPa。
[0029] 如图2所示，前金属环121和后金属环321上开有气孔，起到散热作用。
[0030] 如图3所示，前卡圈13开有卡圈孔10，方便拆装。
[0031] 如图4和图5所示，万向节式密封装置中的转接座与转接管焊接连接，石墨环组合中的石墨环与转接管中的外转接管形成接触式圆周静密封；万向节式密封装置中的内转接管和外转接管受到内部高压压缩空气(Pw)和外部空气压力作用(P0)。由于内、外转接管之间存在空隙，外转接管前段与石墨环接触处之间部分之间存在空隙。
[0032] 因此经受力分析，外转接管前段受力为压缩空气气压Pw与外部空气压力P0在bc段产生的合力F1，外转接管中段受力为压缩空气气压Pw与外部空气压力P0在cd段的合力F2，系统在水平和垂直方向受力保持平衡。
[0033] 转接管2采用双层连接形式，外转接管21采用厚度为0.2mm的高温合金管套做成，刚度较小，受到外力时产生弹性变形较大，采用圆弧球形结构，能与石墨环内壁保持贴合的同时，运动自如，使得转接管2两端连接管产生弯折，而仍有密封效果。内转接管22采用厚度为0.4mm高温合金管，保证中间段的强度和刚度，发动机受到冲击振动时，增强密封产品的疲劳强度，增加寿命。
[0034] 与转接管连接处采用石墨连接，石墨能耐高温，传热快。中间金属环与石墨环进行过盈配合，起到强化石墨环强度的作用。在高温合金转接座及金属环的圆周面分别开四个均布的圆孔，有利于转接管内部高温气体的散热。
[0035] 万向节式密封装置中共有过盈配合3处：转接座与金属环之间过盈配合、金属环与石墨环过盈配合及石墨环与外转接管过盈配合。
[0036] 转接座和金属环的材料均为高温合金，在最高工作温度500℃的线胀系数为11.8-6 -6×10 ；石墨环在500℃的线胀系数为5.3×10 ；两种材料的线胀系数相差较大，保证两者在最高工作温度两者不脱开，既保证了在最高温度下，石墨环与金属环不会脱开，又使得在低于最高温度下，过盈量不至过大，应力集中产生强度下降的问题。
[0037] 转接管内外转接管通过焊接链接在一起，能够保证高温气体输送的密封性能。
[0038] 本实施例公开的一种万向节式高温高压气体密封装置的工作方法为：在传输高温高压气体时，所述万向节式高温高压气体密封装置变热膨胀，转接管2由高温合金材料加工成型，线膨胀系数大于石墨环，因此，在高温下，外转接管21与石墨环两者过盈量变大，起到阻止气体泄漏的目的。当外转接管21与石墨环之间产生角度变化或者轴向移动时，即实现转弯转向功能，采用圆弧球形结构的外转接管21能够保证与石墨环内壁保持贴合的同时正常运动，通过石墨环内壁保持贴合实现密封效果，且转接管2采用高温合金材料能够对有毒有害及高腐蚀性气体均有良好的防护作用，又使得在低于最高温度下过盈量不至过大导致应力集中产生强度下降的问题。
[0039] 以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
