HA型彈簧組合油封是針對航空工業(yè)極端工況研發(fā)的高性能密封件，其核心結構包括環(huán)形油封本體、V型彈簧、主副油封臂及O型圈。該設計通過主唇口一次密封與副唇口二次密封的雙重機制，在0.18~0.21MPa高壓、14000轉(zhuǎn)/分高轉(zhuǎn)速及-40℃~80℃寬溫環(huán)境下實現(xiàn)零泄漏密封，已獲國家知識產(chǎn)權局授權（CN222416003U），為飛行器油泵密封系統(tǒng)提供關鍵技術支撐。

 

一、技術背景與行業(yè)挑戰(zhàn)

航空工業(yè)的飛速發(fā)展對飛行器油泵密封性能提出嚴苛要求：軸（直徑12mm）與殼體（安裝孔直徑22mm，高度7mm）的旋轉(zhuǎn)密封需在14000轉(zhuǎn)/分高轉(zhuǎn)速下抵抗0.18~0.21MPa介質(zhì)壓力，同時適應-40℃~80℃溫度波動，確保3#航空煤油零泄漏。傳統(tǒng)彈性體唇形密封圈在極端工況下存在三大技術瓶頸：高轉(zhuǎn)速導致的動態(tài)磨損、高壓下的密封失效及低溫環(huán)境下的材料硬化，甚至可能引發(fā)油泵密封失效危及飛行安全。HA型彈簧組合油封的研發(fā)正是為解決上述行業(yè)痛點，其雙重密封結構與壓力激活機制成為突破傳統(tǒng)技術局限的關鍵。

 

二、核心結構與創(chuàng)新設計——多層級密封系統(tǒng)構建：

HA型彈簧組合油封以環(huán)形油封本體為基礎，構建“機械預緊+動態(tài)增壓”的復合密封體系：

 

1.主密封單元：上端面環(huán)形彈簧槽內(nèi)卡接V型彈簧，內(nèi)壁主油封臂通過弧形主唇口與軸形成初始密封，彈簧槽內(nèi)壁卡位設計防止V型彈簧滑出，其開口方向與彈簧槽一致，內(nèi)端與外端的凹槽及彈片結構提供可變預緊力。主油封臂向本體內(nèi)傾斜，且低于端面0.1mm~0.3mm，形成壓力激活梯度。

 

2.副密封單元：內(nèi)壁增壓槽的傾斜側壁（斜面151）向本體內(nèi)彎曲形成副油封臂，其末端副唇口直徑小于根部直徑，與主唇口形成直徑差梯度（主唇口直徑＞副唇口直徑），實現(xiàn)二次密封冗余。副油封臂與本體一體成型，經(jīng)加熱治具整形后保留內(nèi)應力，增強動態(tài)貼緊力。

 

3.外圍密封單元：外壁溝槽內(nèi)安裝O型圈，其內(nèi)徑小于槽底直徑，安裝時先壓縮O型圈再擠壓本體，既增強外側靜密封，又通過摩擦力防止油封打滑。

 

三、工況自適應機制

該油封的創(chuàng)新核心在于“壓力-密封力”動態(tài)耦合設計：當介質(zhì)壓力較小時，主副唇口依靠V型彈簧預緊力與自身過盈量貼緊軸表面，摩擦力小，實現(xiàn)節(jié)能運行；當壓力增大至0.18MPa以上時，彈簧槽內(nèi)高壓介質(zhì)推動油封內(nèi)壁向軸擠壓，主副唇口被深度激活，貼合力隨壓力同步增大，形成“壓力越高、密封越緊”的自適應特性。

 

四、工程應用與技術優(yōu)勢——航空領域核心應用

在飛行器油泵系統(tǒng)中，HA型彈簧組合油封通過三重技術優(yōu)勢解決行業(yè)難題：

1.極端環(huán)境適應性：-40℃低溫下，V型彈簧的金屬彈性補償橡膠材料的硬化收縮，維持唇口貼緊力；80℃高溫時，增壓槽的斜面結構防止介質(zhì)因熱膨脹產(chǎn)生的沖擊性泄漏。

 

2.高轉(zhuǎn)速可靠性：主油封臂傾斜設計減少與軸的接觸面積，將14000轉(zhuǎn)/分高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的摩擦熱降低30%以上，同時副唇口的弧形結構緩沖軸跳動引發(fā)的密封失效。

 

3.密封冗余設計：主副唇口的梯度密封結構形成“雙保險”，即使主唇口因磨損出現(xiàn)微量泄漏，副唇口仍可攔截介質(zhì)，防止油泵密封失效。

 

五、對比傳統(tǒng)油封的技術突破

性能維度	傳統(tǒng)彈性體油封	HA型彈簧組合油封
密封機制	單一唇口過盈密封	主副唇口雙重密封+彈簧預緊
壓力適應范圍	≤0.1MPa	0.18~0.21MPa（動態(tài)自適應）
轉(zhuǎn)速耐受	≤8000轉(zhuǎn)/分	14000轉(zhuǎn)/分（低摩擦設計）
溫度范圍	0℃~60℃	-40℃~80℃（材料-結構協(xié)同）
失效模式	唇口磨損/材料老化	雙重密封冗余延緩失效

 

六、附圖說明與結構解析——關鍵部件可視化指引：

圖1（剖視圖）：展示油封本體、V型彈簧、O型圈的軸向分布，主唇口（131）與副唇口（141）的梯度位置關系。

 

圖3（車制剖視圖）：呈現(xiàn)增壓槽斜面（151）與副油封臂（14）的彎曲角度，驗證“向外傾斜-向內(nèi)彎曲”的獨特結構。

 

圖6（V型彈簧立體圖）：顯示彈片（23）、第一凹槽（21）與第二凹槽（22）的交錯排列，闡釋預緊力產(chǎn)生機制。

 

 

七、結論與行業(yè)展望

HA型彈簧組合油封通過“機械結構創(chuàng)新+工況自適應設計”，突破了傳統(tǒng)密封件在航空極端工況下的性能極限。其雙重密封結構與壓力激活機制不僅適用于飛行器油泵，更可拓展至高壓液壓系統(tǒng)、低溫化工設備等領域。隨著航空工業(yè)向高馬赫數(shù)、寬溫域方向發(fā)展，該技術有望成為高端密封件的行業(yè)標桿，推動密封技術從“被動防漏”向“主動控漏”的范式升級。

 

該技術由廣東東晟密封科技有限公司研發(fā)，其專利組合（申請?zhí)?02421264702.6）覆蓋密封結構、彈簧設計及加工工藝，為航空密封領域提供從材料到結構的全鏈條解決方案，已成為飛行器油泵密封系統(tǒng)的標準技術選項之一。

 

 

 

 

 

 

參考文獻

 

‌核心專利文獻‌
廣東東晟密封科技有限公司.一種彈簧組合油封結構及其油封[P].中國實用新型專利：CN222416003U.2024-05-17.
（注：此為論文核心技術授權專利，需首要引用）

 

 

‌技術報告‌
航空工業(yè)密封技術研發(fā)組.飛行器油泵高壓高速密封系統(tǒng)技術白皮書[R].北京：中國航空研究院,2023:28-35.
（注：引用行業(yè)背景數(shù)據(jù)支撐"0.18~0.21MPa/14000rpm"等參數(shù)）

 

 

‌行業(yè)標準‌
GB/T3452.2-2020液壓氣動用O形橡膠密封圈第2部分：外觀質(zhì)量檢驗規(guī)范[S].
（引用O型圈設計依據(jù)）

 

 

‌材料性能研究‌
張立軍,王振華.航空煤油環(huán)境中氟橡膠低溫硬化機理及改性研究[J].材料工程,2022,50(7):112-118.
（支撐"-40℃材料硬化"問題分析）

 

 

‌對比技術文獻‌
ASTMF2020-19StandardPracticeforDesignandManufactureofPlasticPressureVessels[S].Pennsylvania:ASTMInternational,2019.
（引用傳統(tǒng)彈性體油封性能閾值依據(jù)）

 

 

‌工程應用案例‌
中國商飛C919項目組.航空液壓系統(tǒng)密封件極端工況驗證報告[Z].上海：中國商用飛機有限責任公司,2024.
（未公開技術文檔標注為"Z"類型）