CN104594961B - 一种涡轮增压器的压气机端密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮增压器的压气机端密封结构，压气机端密封结构包括背盘或者封油盖、轴封套，背盘或者封油盖的中部设有与轴封套相配合的柱形体；背盘设有挡油坝，挡油坝与轴封套之间形成的油路的方向为轴向进入。挡油坝环形设置于柱形体的外圆端部并在外圆上形成回油沟槽，轴封套的外缘上设有甩油结构。本发明不仅结构简单、成本低、密封性强，而且抗漏油能力强。具体来说，背盘(整体式)或封油盖(分体式)上的回油沟槽、挡油坝有效的隔断和阻挡增压器工作时有压力的机油向间隙入口处的流动，而高速旋转的轴封套其上设置的甩油结构将工作时聚集到的机油离心甩开，有效阻止润滑油从缝隙处的进入。

Description

一种涡轮增压器的压气机端密封结构

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压器，尤其涉及一种涡轮增压器的压气机端密封结构。

背景技术

内燃机是目前人类所能掌握的热效最高的移动动力机械，它以优良的动力性、可靠性、经济性、环保性满足各种配套机械的需求，被广泛应用于工农业、道路/船舶交通运输、地质/石油钻探、发电及国防特种动力的配套使用，为我国的基础建设、交通运输、工农业和国防现代化建设以及推动和促进经济发展、提高人民生活水平等方面发挥着巨大的作用。

随着国际石油类资源的紧缺和环境保护的加强，内燃机高效、节能、低排放成为现今乃至今后发展的主要目标，而内燃机采用涡轮增压中冷技术是其最为有效且必不可少的重要手段之一，涡轮增压器的压气机端密封结构作为标准配置越来越普及。

现有涡轮增压器的压气机端密封结构的工作原理是：增压器涡轮吸收发动机的排气能量(高温燃气、脉冲压力波、高速燃气在涡轮通道的膨胀)高速运转，带动同轴的压气机叶轮做功，吸入并压缩新鲜空气送入发动机燃烧室，促进油气混合完全燃烧，进而在不改变发动机体积、重量的情况下输出更加强劲的动力，节省燃油降低排放污染物；涡轮增压器的压气机端密封结构仅依赖来自发动机主油道提供的压力润滑油输入增压器轴承体动压润滑、承载、冷却高速旋转的涡轮转轴，由于增压器与发动机只有油、气的传递关系，无任何机械驱动，其不消耗发动机的功率。

现有涡轮增压器的压气机端密封结构在使用中最大的问题就是漏油，而压气机端的漏渗油相对严重而备受人们的关注。增压器漏油的机理是：第一、涡轮增压器的压气机端密封结构在发动机起动运转后，在怠速运行工况时，由于发动机未加载负荷，排气能量有限，驱动增压器运转的速度很低，不足以使增压器正常发挥提升压力和增加进气密度的作用，而此时发动机活塞的往复运动确使进气管路形成负压，这样增压器压气机端就处于负压状态，若长时间这样怠速工作，当负压大于增压器压气机端密封结构产生的阻力就会吸出轴承体中润滑油而出现--抗负压能力不足的漏雨。第二、发动机进入正常工作状态带负荷转速时，压力润滑油进入增压器轴承体动压润滑、承载、冷却高速旋转的涡轮转轴后靠重力回流，由于供油量的要求，润滑油在油腔内一定会聚集并有一定的压力，而在各零部件配合形成的间隙处首先由运动的零件将油甩开，其次迷宫似的密封结构相互配合防止润滑油的渗漏；从目前国内、外几个典型的增压器结构设计布局可见，增压器压气机结构设计均为背盘(整体式)或封油盖(分体式)与轴封套的配合一阶密封(径向进入，直接轴向流到密封环处)，缝隙为径向布置；当增压器压气机端的润滑油由轴承体中的止推轴承和轴封套配合的缝隙喷出，经回油腔靠重力回油，这使得增压器在交变工况工作时，径向缝隙(设计上有宽度限定)有宽窄的变化，使未被甩开的润滑油有泵吸被压入缝隙的可能，当被吸压入的润滑油在泵吸压力的作用下大于密封环构成的阻力后就会产生增压器的渗漏油，而回油不畅时漏油的几率将大幅增加，这就是增压器高速运转时时常有漏渗油的原因。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种涡轮增压器的压气机端密封结构，以克服现有技术中涡轮增压器高速运转时有漏渗油的缺陷。

为达到上述目的，本发明提供一种涡轮增压器的压气机端密封结构，所述压气机端密封结构包括背盘或者封油盖、轴封套，所述背盘或者封油盖的中部设有与轴封套相配合的柱形体；所述背盘或者封油盖设有挡油坝，所述挡油坝与轴封套之间形成的油路的方向为轴向进入。所述挡油坝环形设置于所述柱形体的外圆端部并在所述外圆上形成回油沟槽，所述轴封套的外缘上设有甩油结构，所述甩油结构包括第一阶梯、第二阶梯，在所述第一阶梯和第二阶梯连接处设有甩油槽；所述轴封套与背盘或者封油盖装配形成的位置和间隙构成“Z”字形的密封迷宫。

其中，所述甩油结构包括第一阶梯、第二阶梯，在所述第一阶梯和第二阶梯连接处设有甩油半圆槽。

其中，所述甩油结构包括第一阶梯、第二阶梯，所述第一阶梯和第二阶梯不设甩油槽，而是通过一相对于轴向为锐角的甩油斜角过渡连接。

其中，所述甩油结构包括第一阶梯、第二阶梯，在所述第一阶梯和第二阶梯连接处设有甩油方形槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是不仅结构简单、成本低、密封性强，而且可以有效阻止压气机端润滑油在增压器工作时从压端配合间隙处漏渗，同时也可有效提升增压器在发动机怠速工作时抗负压漏油的能力。具体来说，背盘(整体式)或封油盖(分体式)上的回油沟槽、挡油坝有效的隔断和阻挡增压器工作时有压力的机油向间隙入口处的流动，而高速旋转的轴封套其上设置的甩油结构将工作时聚集到的机油离心甩开，有效阻止润滑油从缝隙处的进入。

附图说明

图1是现有技术中涡轮增压器(整体式)的剖视结构示意图；

图2是图1中压气机端密封结构的局部放大结构示意图；

图3是现有技术中涡轮增压器(分体式)的剖视结构示意图；

图4是图3中压气机端密封结构的局部放大结构示意图；

图5是本发明涡轮增压器(整体式)的剖视结构示意图；

图6是图5中压气机端密封结构的局部放大结构示意图；

图7是本发明背盘与轴封套配合后的第一种剖视结构示意图；

图8是本发明背盘与轴封套配合后的第二种剖视结构示意图；

图9是本发明涡轮增压器(分体式)的剖视结构示意图；

图10是图9中压气机端密封结构的局部放大结构示意图；

图11是本发明封油盖与轴封套配合后的第一种剖视结构示意图；

图12是本发明封油盖与轴封套配合后的第二种剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

现有技术中涡轮增压器(整体式)如图1、2所示，包括压气机端及进排气调节控制系统004。压气机端001密封结构为装上浮动轴承024、浮动轴承挡圈020、涡轮转轴025、止推片07、止推轴承08、间隔套06、挡油片016构成轴承体，将压端密封环04装上轴封套03再装入背盘012的孔中构成的组件装入涡轮转轴025上，用四个沉头螺钉09与轴承体连接并固紧。上述压气机端密封结构再进一步配装：压气机叶轮01、锁紧螺母02、密封圈013、压气机蜗壳05、压端压板014、螺栓015、涡轮箱023、涡端密封环022、隔热罩021、涡端压板019、定位销017、耐热螺钉018构成完整的涡轮增压器。

现有技术中涡轮增压器(分体式)如图3、4所示，增压器运动部件包括涡轮转轴总成，涡轮转轴总成由：涡轮转轴21、止推片13、轴封套12、叶轮3、锁紧螺母2组合而成；涡轮利用发动机排出的高温、高速废气驱动高速运转，带动同轴的压气机叶轮3同步高速运转，吸入并压缩新鲜空气输入到发动机进气歧管中；而中间体15利用其上的进油通道(包括进油口22、回油口23)，将发动机输入过来的润滑油传递到浮动轴承17、限位套16内外圆和止推轴承11的两侧，用于支撑、润滑、冷却涡轮转轴高速、稳定工作；

涡轮箱20、涡端螺拴14、隔热罩18、中间体15、涡端密封环19构成涡端的气路和油路并通过涡端密封环19分离开来；同样，压壳1、压端螺拴10、压板9、沉头螺钉5、密封圈7、O型密封圈8、叶轮3、中间体15、封油盖6、轴封套12、压端密封环4及止推片13、止推轴承11构成压端的气路和油路并通过压端密封环4将其隔离开来；从而保证各部分的相对独立、可靠工作。

实施例一：

如图5、6、7所示，本实施例与现有技术中涡轮增压器(整体式)基本相同，所不同的是，所述压气机端0001包括背盘0012、轴封套003，所述背盘0012的中部1.4设有与轴封套003相配合的柱形体1.5；挡油坝1.6环形设置于所述柱形体1.5的外圆1.7端部并在所述外圆上形成回油沟槽1.8，背盘1.2上设置的回油沟槽、挡油坝可以是铸造构成也可以是通过机械加工构成，并且回油沟槽1.8与含义相同的隔油槽、隔油池等同，挡油坝1.6与含义相同的挡油墙、挡油环等同。所述轴封套003的外缘1.9上设有甩油结构2.0。所述甩油结构2.0包括第一阶梯2.1、第二阶梯2.2，在所述第一阶梯2.1和第二阶梯2.2连接处设有甩油方形槽2.3。设计有甩油结构2.0的轴封套，装上压端密封环04后作为组件装在设计并制作有回油沟槽和挡油坝的背盘中部孔中，再用沉头螺钉09装在已配装好涡轮转轴025的轴承体上；轴封套与背盘装配形成的位置和间隙构成“Z”字形1.1的密封迷宫。

本实施例的工作原理如下：在构成回油腔的背盘上设计一条挡油坝以形成回油沟槽，在轴封套上设计甩油结构，通过背盘上的回油沟槽、挡油坝隔离润滑油直接进入轴封套和背盘的配合间隙处，而挡油坝和轴封套的装配位置以及构成的“Z”字形缝隙构成二阶密封，同时改变了漏渗油的流动路径，将油由径向直接进入改变为轴向进入，这样就构成了二阶密封；而漫过挡油坝达到背盘与轴封套配合间隙(无设计宽窄限值，比现有结构宽，消除了轴向变化对其的影响)处的润滑油又被高速旋转的轴封套上的甩油结构高速离心甩开，这样回油腔内的润滑油经自重回油，可大大降低漏渗油的几率，同时控制好“Z”字形间隙的尺寸也可提高增压器在怠速工况下压气机端抗负压漏油的能力。

本实施例一中的甩油结构2.0不限于上述结构，该甩油结构还可以设置为如图8所示，所述甩油结构包括第一阶梯2.4、第二阶梯2.5，所述第一阶梯和第二阶梯之间通过一甩油斜角2.6过渡连接。

本实施例一中的甩油结构不限于上述结构，所述甩油结构包括第一阶梯、第二阶梯，在所述第一阶梯和第二阶梯连接处设有甩油半圆槽。

实施例二：

如图9、10、11所示，本实施例与现有技术中涡轮增压器(分体式)基本相同，所不同的是，所述压气机端密封结构包括封油盖006、轴封套0012，所述封油盖的中部1.11设有与轴封套相配合的柱形体1.12；挡油坝1.13环形设置于所述柱形体的外圆1.14端部并在所述外圆1.14上形成回油沟槽1.15，封油盖上设置的回油沟槽、挡油坝可以是铸造构成也可以是通过机械加工构成，并且回油沟槽1.15与含义相同的隔油槽、隔油池等同，挡油坝1.13与含义相同的挡油墙、挡油环等同。所述轴封套的外缘1.16上设有甩油结构1.17。所述甩油结构包括第一阶梯1.18、第二阶梯1.19，在所述第一阶梯和第二阶梯连接处设有甩油方形槽1.20。设计有甩油结构的轴封套，装上压端密封环4后作为组件装在设计并制作有回油沟槽和挡油坝的封油盖中部孔中，再用沉头螺钉5装在已配装好涡轮转轴21的轴承体上；轴封套与封油盖装配形成的位置和间隙构成“Z”字形1.21的密封迷宫。

本实施例的工作原理如下：在构成回油腔的封油盖上设计一条挡油坝以形成回油沟槽，在轴封套上设计甩油结构，通过封油盖上的回油沟槽、挡油坝隔离润滑油直接进入轴封套和封油盖的配合间隙处，而挡油坝和轴封套的装配位置以及构成的“Z”字形缝隙构成二阶密封，同时改变了漏渗油的流动路径，将油由径向直接进入改变为轴向进入，这样就构成了二阶密封；而漫过挡油坝达到封油盖与轴封套配合间隙(无设计宽窄限值，比现有结构宽，消除了轴向变化对其的影响)处的润滑油又被高速旋转的轴封套上的甩油结构高速离心甩开，这样回油腔内的润滑油经自重回油，可大大降低漏渗油的几率，同时控制好“Z”字形间隙的尺寸也可提高增压器在怠速工况下压气机端抗负压漏油的能力。

本实施例二中的甩油结构1.17不限于上述结构，该甩油结构还可以设置为如图12所示，所述甩油结构包括第一阶梯100、第二阶梯200，所述第一阶梯和第二阶梯之间通过一甩油斜角300过渡连接。

本实施例二中的甩油结构不限于上述结构，所述甩油结构包括第一阶梯、第二阶梯，在所述第一阶梯和第二阶梯连接处设有甩油半圆槽。

本发明压气机端密封结构，内部油腔局部隔、阻、甩油结构，通过上述设计，最大限度的甩开汇集到装配间隙处的润滑油，有效引导润滑油的流向，隔断并改变润滑油泄漏的路径，增加迷宫密封级数提高阻止润滑油泄漏油的能力。所以不仅结构简单、成本低、密封性强，而且可以有效阻止压气机端润滑油在增压器工作时从压端配合间隙处漏渗，同时也可有效提升增压器在发动机怠速工作时抗负压漏油的能力。具体来说，背盘(整体式)或封油盖(分体式)上的回油沟槽、挡油坝有效的隔断和阻挡增压器工作时有压力的机油向间隙入口处的流动，而高速旋转的轴封套其上设置的甩油结构将工作时聚集到的机油离心甩开，有效阻止润滑油从缝隙处的进入。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种涡轮增压器的压气机端密封结构，所述压气机端密封结构包括背盘或者封油盖、轴封套，所述背盘或者封油盖的中部设有与轴封套相配合的柱形体，其特征在于：所述背盘或者封油盖设有挡油坝，所述挡油坝与轴封套之间形成的油路的方向为轴向进入，所述挡油坝环形设置于所述柱形体的外圆端部并在所述外圆上形成回油沟槽，所述轴封套的外缘上设有甩油结构，所述甩油结构包括第一阶梯、第二阶梯，在所述第一阶梯和第二阶梯连接处设有甩油槽；所述轴封套与背盘或者封油盖装配形成的位置和间隙构成“Z”字形的密封迷宫。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于：所述甩油结构包括第一阶梯、第二阶梯，在所述第一阶梯和第二阶梯连接处设有甩油半圆槽。

3.根据权利要求1所述的涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于：所述甩油结构包括第一阶梯、第二阶梯，所述第一阶梯和第二阶梯之间不设甩油槽，而是通过一相对于轴向为锐角的甩油斜角过渡连接。

4.根据权利要求1所述的涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于：所述甩油结构包括第一阶梯、第二阶梯，在所述第一阶梯和第二阶梯连接处设有甩油方形槽。