CN105587348B - 模块化涡轮增压器的间隙密封 - Google Patents
模块化涡轮增压器的间隙密封 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105587348B CN105587348B CN201510771670.8A CN201510771670A CN105587348B CN 105587348 B CN105587348 B CN 105587348B CN 201510771670 A CN201510771670 A CN 201510771670A CN 105587348 B CN105587348 B CN 105587348B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- axis
- sealing element
- snap ring
- fixator
- annular sealing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 109
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 4
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 3
- 238000007550 Rockwell hardness test Methods 0.000 claims description 2
- 230000004323 axial length Effects 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 210000003027 ear inner Anatomy 0.000 description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910001311 M2 high speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000255901 Tortricidae Species 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynechromium Chemical compound [Cr]#N CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- RJIWZDNTCBHXAL-UHFFFAOYSA-N nitroxoline Chemical compound C1=CN=C2C(O)=CC=C([N+]([O-])=O)C2=C1 RJIWZDNTCBHXAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/003—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by packing rings; Mechanical seals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
- F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
- F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/28—Arrangement of seals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/08—Sealings
- F04D29/10—Shaft sealings
- F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
- F04D29/122—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/44—Free-space packings
- F16J15/447—Labyrinth packings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/40—Application in turbochargers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
涡轮增压器轴通过一个或多个轴密封圈相对于涡轮叶轮端的轴承座内孔密封。按照惯例，这些密封圈位于设置在涡轮叶轮后面的轴上的环形凹槽内。特别是在涡轮增压发动机的发动机制动阀位于涡轮下游时，这种传统的轴密封配置可能会出现问题，并且排气管路中的背压能够达到7巴并且因此涡轮叶轮壳体中的背压能够达到7巴。本发明的轴密封设计省去了凹槽，并且能够将密封件和耐磨性更高的环形密封件组装在一起，因此在过度使用时保持密封件的有效性。
Description
技术领域
在涡轮增压器中，轴通常通过一个或多个轴密封圈(或活塞圈)相对于涡轮叶轮端的轴承座内孔密封，这些轴密封圈(或活塞圈)位于设置在涡轮叶轮后面轴上的环形凹槽内。在涡轮增压发动机的发动机制动阀位于涡轮下游时，这种传统的轴密封配置可能会出现问题。由于发动机制动器被激活，排气管路中的背压迅速上升并且因此涡轮叶轮壳体中的背压迅速上升，并均能够达到7巴。本发明的轴密封设计能够将密封件和耐磨性更高的环形密封件组装在一起，因此在过度使用时保持密封件的有效性。
背景技术
涡轮增压器利用来自发动机排气歧管的排气流(其进入涡轮壳体入口处的涡轮增压器的涡轮级)来驱动位于涡轮壳体内的涡轮叶轮。涡轮叶轮固定在可旋转地支撑在轴承座内的轴的一端。该轴驱动安装在轴的另一端的压缩机叶轮。涡轮叶轮、轴和压缩机叶轮构成一个旋转组件，该组件支撑在轴承座内。因此，涡轮叶轮提供旋转动力来驱动涡轮增压器的压缩机。然后，以比正常吸气配置更大的密度，将压缩空气提供给发动机进气口。这使得更多的燃料得以燃烧，从而提高发动机的马力，而没有显著地增加发动机重量。
当装配有发动机压缩型排气制动器的商用载货汽车沿着带有很长斜坡的坡面向下行驶时，不依赖车辆的车轮制动器，排气制动器可用于阻止涡轮叶轮下游排出的气体的流动并向该车辆提供制动。通过车轮所驱动的车辆变速箱，沿斜坡向下缓缓行进的卡车的质量和惯性促使发动机旋转。在发动机中没有引入燃料，发动机像空气泵一样防止排气制动器堵塞，消耗能量并降低车速。
涡轮增压器轴通常通过轴密封圈(或活塞圈)相对于涡轮叶轮端的轴承座内孔密封，这些轴密封圈(或活塞圈)位于设置在涡轮叶轮后面轴上的环形凹槽内(参见，例如BorgWarner WO2014099289，图2)。轴密封防止轴承润滑***的滑油泄漏到涡轮壳体内导致排气管中产生蓝烟和油滴，并且防止排出的气体污染轴承座导致轴承过热并对轴承寿命产生不利影响。
当位于涡轮下游的发动机制动阀被激活时，这种传统的轴密封配置可能会出现问题。由于发动机制动器被激活，因此，排气管路中的背压迅速上升并且因此涡轮叶轮壳体中的背压迅速上升，并均能够达到7巴。由于涡轮叶轮背后的压力升高，因此，轴密封圈被向内侧推动。这一运动，连同轴的较高转速旋转，能够产生过多的摩擦热，这可能会导致轴密封圈过热。反过来，这又会使密封圈更容易受到内孔中的运动的影响，并导致密封快速失效。
克服上述问题是本发明的一个目标。
发明内容
本发明基于这样一种认识，在传统的涡轮增压器中，若轴通过一个或多个轴密封圈或环形密封件相对于轴承座内孔密封，这些轴密封圈或环形密封件位于设置在涡轮叶轮后面轴上的环形凹槽内，在安装过程中，需要扩展密封圈使得它们的内径能够通过临近凹槽的轴外径较大的区域，然后，收缩密封圈，以便将密封圈安置在轴上的凹槽内，这要求密封圈应由高抗拉屈服强度的韧性或弹性材料制成。这些材料具有常常缺乏硬度和耐磨损性的缺点。
本发明者发现，通过重新设计轴和密封件来消除凹槽，这样使得环形密封件不必在安装过程中扩展和收缩，这不再限制选择由屈服强度高的材料制成的密封圈。现在，不考虑屈服强度，有可能选择由硬度和耐磨损性较高的材料制成的密封圈。
如在本文中所使用的，术语“耐磨损性”指高硬度材料，例如，洛氏硬度试验中，硬度大于50C，或使用较小HR15N硬度计压头来调节更小零件时，硬度大于85C。此外，如在本文中所使用的，“低屈服强度”指屈服强度小于500MPa。在一个实例中，环形密封件由嵌入有固体润滑剂的烧结钢制成。在另一个实例中，该环形密封件由陶瓷材料制成。在再一个实例中，该环形密封件是由进行涂覆以提高耐磨性能的传统材料制成。尽管这种涂层是已知的，在将该涂层输送给轴的外表面上相应的凹槽的同时，当环形密封件张开以适应轴外径时，该涂层常常发生开裂或其他损伤，因此先前没能使用它们涂覆传统涡轮增压器迷宫式密封的环形密封件。因此，与一些传统的密封组件相比，该模块化密封组件极大地扩展了构成环形密封件的材料的范围。该无槽密封组件便于耐磨、屈服强度低的环形密封件进行装配，不存在使其发生变形的装配步骤。
根据本发明，涡轮增压器包括轴，该轴具有限定不同轴径的轴段的至少第一轴肩和第二轴肩。该模块化密封组件进一步包括至少一个固定器和一个卡环，以及第一密封圈和二密封圈。该固定器和卡环由垫片隔开，该垫片与固定器和卡环中任意一者一体成型。在组装时，该固定器和卡环之间形成一个适于容纳第一密封圈的环形凹槽。该卡环抵接第一轴肩。该第一轴肩和第二轴肩之间具有外径尺寸被设计成容纳第二密封圈的轴段。
由于此设计，通过仅在轴上简单地滑动外侧轴密封件和卡环直到它抵接第二轴肩，并简单地滑动内侧轴密封件和固定器直到它抵接卡环，产生了轴密封。无需扩展密封圈来通过大径的轴段以便将密封圈安置在轴上机加工的凹槽内。
在本发明的一个实施例中，外侧环形密封件和内侧环形密封件的尺寸被设计成在轴承座内孔内进行过盈配合，使得它们是静止的，同时卡环与固定器过盈配合或附接至转动轴。在另一实施例中，卡环在轴承座内孔内过盈配合，同时外侧和内侧环形密封件安装成绕轴转动。
附图说明
实施例通过实例示出，但并不限于附图，附图中类似的参考号表示类似的零件。
图1是在轴的涡轮端包括模块化密封组件的排气涡轮增压器的剖视图；
图2是示出了模块化密封组件的第一实施例的轴的涡轮端的放大的剖视图；
图3是本发明第一实施例的修改的简化图示；以及
图4是示出了模块化密封组件的第一实施例的轴的涡轮端的放大的剖视图。
具体实施方式
本文中所描述的配置涉及在涡轮增压器的涡轮端上的动态旋转装配部件和配套的静止部件之间采用的密封***和方法。更具体地说，本文中的实施例涉及形成可减少涡轮端漏气导致的泄漏的密封***。本文中公开了具体实施例，然而，应该理解的是，所公开的实施例仅作为示例性。因此，本文中所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限定，而仅解释为权利要求的基础，并解释为教导本领域技术人员在实际中以任何适当的详细结构以多种方式实施本文各个方面的代表性基础。进一步地，本文中所使用的术语和措辞并非旨在限制，而是旨在提供对可能的实现方式的可理解描述。
参照图1，排气涡轮增压器10包括涡轮部分12、压缩机部分14以及中心轴承座23，该中心轴承座设置在两者之间，并将压缩机部分14连接在涡轮部分12上。涡轮部分12包括涡轮壳体17和设置在涡轮壳17中的涡轮叶轮16。压缩机部分14包括压缩机壳体19和设置在压缩机壳体19中的压缩机叶轮18。涡轮叶轮16经由轴2连接在压缩机叶轮18上。
在示出的实施例中，轴2的轴颈部5由一对轴向间隔的径向轴承26支撑，以便围绕形成于轴承座23内的内孔27内的旋转轴线R转动。径向轴承26间的轴向间距通过一个圆柱形轴承垫片(未示出)保持。此外，推力轴承组件24设置在轴承座23内，以便对轴2进行轴向定位。相对于轴颈部5，在压缩机侧径向轴承26外侧的压缩机侧的轴2的直径缩减，且在轴2内在两直径间的过渡处形成了第一轴肩101。压缩机叶轮18和推力轴承组件24，包括推力轴承28、止推垫圈组件22和甩油环，均位于轴2上的直径缩减部6(也称为“短轴部”6)内。轴2的短轴部的终端3从压缩机叶轮18中轴向伸出，且包括一个外螺纹。螺母32与螺纹相啮合并紧紧地卡住压缩机叶轮18、止推垫圈组件22和甩油环，使其紧靠第一轴肩101。推力轴承28是固定的，通过扣环和嵌入件34卡在轴承座23上，而不是卡在转动组件内。
在使用过程中，涡轮增压器10利用发动机(未示出)的排气歧管排出的排气流来驱动涡轮叶轮16。一旦排出的气体已经过涡轮叶轮16并且涡轮叶轮16已从排出的气体获得能量，排出的气体通过排气出口13便离开涡轮壳体17，并通过管道输送到车辆排气管，通常是到达诸如催化转换器、微粒收集器和NOx收集器的后处理装置内。涡轮叶轮16获得的能量转换成转动运动，用以驱动压缩机叶轮18。当压缩机叶轮18转动时，通过与发动机进气歧管(未示出)相连接的压缩机截面14的流出量增大了输送到发动机气缸内的空气质量流速、气流密度以及空气压力。
涡轮增压器轴承***通过来自发动机的滑油来润滑。滑油在压力作用下通过供油口36供入到轴承座23内，以润滑推力轴承组件24以及在径向轴承26内并围绕径向轴承的轴承面。更具体地说，滑油经过用于润滑推力轴承28和径向轴承26的单个轴承供油管道38，40。滑油最终被收集在轴承座油槽室29内，以便通过出口30回环流入到发动机曲轴箱内。
参照图2，轴2包括传统的压缩机侧间隙或迷宫式密封件21，该密封件设置在嵌入件34与甩油环之间，以便将压缩机端漏气导致的泄露引导至嵌入件34与压缩机叶轮18后壁间的空间52。
为了处理因涡轮端漏气导致的泄漏，在轴2的密封部7与内孔27的轴内孔部27a之间设置了模块化密封组件110，详细描述如下。相当于轴2的轴颈部5的直径Djp，轴的轴密封部7的直径Dsp增大，并且在轴2内在直径Dsp与Djp之间的过渡处第二轴肩102可选地形成。
模块化密封组件110配置成可有效地最小化或防止因涡轮端漏气导致的泄漏以及在涡轮增压器10初始安装期间和整个寿命期内的漏气。模块化密封组件110设置在轴2的密封部7上，并提供轴承座轴内孔27a与轴2之间的迷宫式密封。模块化密封组件110包括外侧环形密封件142b；卡环162a，其紧靠第五轴肩105以便将外侧环形密封件142b固定在卡环162a与轴肩103之间的凹槽内；内侧环形密封件142a；以及固定器112，该固定器与卡环162a联合来将内侧环形密封件142a轴向固定在固定器112与卡环162a之间通过垫片126形成的凹槽内。该垫片可作为固定器112的轴向延伸部分，并使固定器112与卡环162a保持足够的间距，从而使内侧环形密封件142a以紧密的公差自由转动。
在本发明图2示出的实施例中，内侧和外侧环形密封件142a、142b的尺寸被设计成在轴承座内孔内进行过盈配合，以便使其静止，并同时使卡环与固定器过盈配合或附接到转动轴上。在另一实施例中，卡环在轴承座内孔内过盈配合，同时第一和第二轴密封件被安装成可绕轴转动。
在图2中，固定器112是一个具有与轴配合的内孔的圆柱体，具有一个面向环内孔部27a的径向向外表面114和一个面向轴2的外表面的径向向内表面116。固定器112包括一个平面的轴向向内表面118和一个反向平面的轴向向外表面120。此外，固定器112可选择地包括一个形成于径向向内表面114上、用作甩油环的周向延伸的凹槽124。通过谨慎地选择用于制成固定器112的材料，可避免因热膨胀和高转速而使固定器112与轴相分离。
卡环162为环形，且在示出的实施中，具有一个矩形截面。卡环162具有一个面向轴承座轴内孔部27a的径向向外边缘164，和一个在图2示出的实施例中被压入配合或冷缩配合到轴2的外表面上的径向向内边缘166。此外，卡环162包括一个平面的轴向向内表面和一个反向平面的轴向向外表面。
外侧环形密封件142b和内侧环形密封件142a基本上相似，因此将按照通用零件使用同样的参考号。外侧环形密封件142b和内侧环形密封件142a均为环形且具有一个矩形横截面。外侧环形密封件142b和内侧环形密封件142a各具有一个面向轴承座轴内孔部27a的径向向外边缘164和一个环绕轴2的径向向内边缘146。此外，外侧环形密封件142b和内侧环形密封件142a各包括一个平面的轴向向内表面和一个反向平面的轴向向外表面180。
外侧环形密封件142b和内侧环形密封件142a由高度耐磨材料形成。例如，在一些实施例中，环形密封件142a、142b表面的洛氏表面硬度可能为C50或更大(或在使用较小HR15N硬度计压头来调节更小零件时硬度大于85C)或者努氏硬度为1000或更大。此外，用于形成外侧环形密封件142b和内侧环形密封件142a的材料可能具有相对于涡轮增压器轴密封机构内所使用的一些传统环形密封件的较低屈服强度的材料。例如，为了适应大约2300MPa的环形开口应力，本申请中使用的传统环形密封件，诸如由M2工具钢等硬质工具钢形成的环形密封件，具有2400MPa的屈服强度。相反，本发明中用于形成外侧环形密封件142b和内侧环形密封件142a的材料可为高度耐磨的低屈服强度材料，例如陶瓷材料或融有固体润滑剂的烧结工具钢。这种高度耐磨的低屈服强度材料的屈服强度可为0(在某些陶瓷材料情况下)～大约400MPa(在某些类融有润滑剂的烧结工具钢情况下)。在其他实施例中，用于形成外侧环形密封件142b和内侧环形密封件142a的材料可为包含有高度耐磨涂层的传统材料。这类涂层可包括，但不限于钛或铬氮涂层以及类金刚石(DLC)涂层。可用这些替代材料来形成模块化密封组件110中的环形密封件142a、142b，原因在于，由于组件的模块化性质，环形密封件142a、142b可在不伸长的情况下组装，从而在滑入到轴2的间隙之前忽略掉大于环形密封件内径的轴直径。密封组件110的模块化性质排除了表面涂层在组装过程中的开裂风险。
该环形密封件要求径向间隙能够在各环配合到轴承座轴内孔27a内时容许一定程度的公差变化。由于安装应力较低，比传统的开口安装应力低得多且处于低磨损材料的强度范围内，这并不是什么问题。由于低磨损材料的热膨胀性往往远低于轴承座，安装应力在操作温度下也降低。
图3示出了模块化密封组件的垫片部件的备选设计方案。该垫片构成卡环162b的一个部件，而不是构成固定器112的一个部件。本设计的优势在于，其允许安装一个、两个、三个或更多具有垫片的卡环，并可用环形密封件142a来代替，从而可以在轴的涡轮端安装任意数量的环形密封件。
在此使用的术语“迷宫式密封件”往往包括WO2013106303中公开的“弯路”密封件、US 6575693中公开的“顺序室”密封件(用恒定直径的圆柱形轴顺序地降低压力)或两者的组合形式。基本理念是，随着外侧压力通过小的外部间隙，压力降低，且在环间空间的体积内，不会发生膨胀来再一次降低压力，并且随着气体经过下一个小间隙，内侧压力进一步降低。小间隙有效地减少了因漏气导致的泄漏。迷宫式密封件可由许多静止环和转动槽构成，该静止环和转动槽交替地形成以长度为特征的管路，可减缓泄漏，从而使流体不得不经过细长管路流出。就转动轴上的迷宫式密封件而言，在迷宫式螺纹与跑合面的顶端之间必须有小空隙。通过借助离心运动以及形成受控的流体漩涡来控制流体流经各室的方法，转动轴上的迷宫式密封件起到了非接触式密封作用。在更高速度下，离心运动迫使液体流向外侧，从而远离所有通道。类似地，如果迷宫式室的设计准确，从主室中流出的所有液体都会被收集在迷宫式室内，并在室内被迫参与到漩涡类运动。这有利于防止液体流出，同时也有利于抵挡其他流体。只要被设计成非接触式，这些迷宫式密封件便不会磨损。
迷宫式顺序室密封件还可用一个恒定直径的圆柱面(例如转动轴)和一个形成一系列室的表面形成。泄漏的流体被迫通过由轮齿隔开的一系列室，从而既降低压力又减小流速。
再次参照图2，轴2的密封部7包括表面部件，这些表面部件容纳了模块化密封组件110的元件并与之配合，从而形成有效的迷宫式密封。特别是，密封部7包括一个直径为D1的第一直径缩减部7a，位于与轴2的涡轮叶轮端4轴向分开的某一位置处，借此第三轴肩103形成在轴2内直径Dsp与D1之间的过渡处。第一直径缩减部7a的轴向长度对应于环形密封件142b的轴向尺寸。组装时，卡环162的设置距离为缩减直径D3，且紧靠轴肩105。卡环162的径向向内表面的尺寸可设计成能相对于轴距离7b进行压入配合、滑动配合或转动配合。
当涡轮壳体内的压力大于轴承座内的压力时，特别是在涡轮下游的发动机制动阀被激活，且排气管内的背压迅速上升且因此涡轮叶轮箱内的背压迅速上升且能到达7巴时，外侧环形密封件会受到轴向的向内推动，从而紧靠卡环162a的外侧表面126a。在此条件下，本发明在现有技术的基础上取得了重要进展，这是因为通过在环形密封件上设置抗摩擦部件或涂层的方法降低了两个高速摩擦表面之间的摩擦力，或通过将高度耐磨材料用于环形密封件的方法缓解了两个高速摩擦表面之间的摩擦力。
卡环已通过从固定器112伸出的垫片126紧靠轴肩105固定在恰当位置。在组装时，该固定器和卡环之间形成一个适于容纳第一密封圈的环形凹槽。
由于此设计，通过仅在轴上滑动外侧轴密封件和卡环直到它抵接第二轴肩，并简单地滑动内侧轴密封件和固定器直到它抵接卡环，产生了轴密封配置。无需扩展密封圈来通过大径的轴段以便将密封圈安置在轴上机加工的凹槽内。
在图2示出的实施例中，内侧和外侧环形密封件142a、142b的尺寸被设计成在轴承座内孔内进行过盈配合，使得它们是静止的，同时卡环162a与固定器112过盈配合或附接至转动轴。在图4示出的实施例中，卡环162在轴承座内孔内过盈配合，同时内侧环形密封件和外侧环形密封件安装成绕轴转动。
图2和图4示出了轴径D2和轴径D3之间的轴肩104。在图2示出的实施例中，缩减的轴径D2和第四轴肩104是可选的。在图4中，缩减的轴径D2的区域被外部车螺纹并且使得内部车螺纹的固定器212螺接并固定在轴2上。
通过按照如下方式在轴密封部7上依次轴向滑动模块化密封组件110的每个元件，将模块化的密封组件110装配在轴2上：首先，外侧环形密封件142b沿着轴2滑动，直到它驻留在邻近第三轴肩103的第一直径缩减部7a内。然后，卡环162、162a、162b沿着轴2滑动，直到它靠在轴肩105上。接着，内侧环形密封件142a沿着轴2从短轴部6滑动到密封部7，直到它靠在卡环162、162a、162b的内侧表面182上。最后，固定器112沿着轴2从短轴部6滑动到密封部7，直到它驻留在第二直径缩减部7c内，而垫片抵接卡环162、162a、162b。固定器112压入配合第二直径缩减部7c，由此内侧环形密封件142a保留在固定器112和卡环162之间的所需的轴向位置。
在图2中，内侧和外侧环形密封件142a、142b在径向压缩下安装，并且当在适当的位置上时，内侧和外侧环形密封件142a、142b与环内孔过盈配合。因此，内侧和外侧环形密封件142a、142b在涡轮增压器运行过程中保持固定。此外，在由环内孔27a及内侧和外侧环形密封件142a、142b限定的第一固定的迷宫式表面和由固定器112和卡环162及轴密封部7的上述曲面特性限定的第二转动的迷宫式表面之间形成迷宫式密封或间隙密封。
图4中示出的模块化密封组件的固定器212与图2的模块化密封组件112相似，不同之处在于固定器212的径向向内的表面216包括螺纹，这些螺纹配置成啮合第二直径缩减部7d的外表面上形成的相应螺纹。因此，提供给各自的螺纹部分的协同啮合，固定器212固定在轴2上。在图4中，部件214、218、224、226分别对应于图2中的部件114、118、124、126。
通过图1、图2和图4中可见的轴内孔的倾斜开口，便于将具有模块化密封部件的轴引入到轴承座中。
虽然已经在此将轴2描述成由一对径向轴承支撑进行旋转，然而，可以考虑的是用于转动地支撑轴2的径向轴承可以包括，但不限于径向轴承和滚动组件轴承(REBs)，例如角接触轴承等。当使用某些类型的滚动组件轴承时，可省去推力轴承组件24。
尽管相对于处理涡轮端部漏气导致的泄漏描述了模块化密封组件110、210，密封组件110、210能够容易地适合于用在轴2的压缩机端部上以便解决压缩机端部漏气导致的泄漏。
本文中所描述的多个方面能以其他形式或组合体现，而没有偏离其精神或本质属性。例如，虽然本文中描述的实施例涉及压缩机端部漏气导致的泄漏，值得感激的是这样的密封***和方法能够应用于使涡轮端部排油最小化(即从轴承座到涡轮级的滑油通道)。因此，当然可以理解的是那些实施例不限于仅通过实例给出的本文中所描述的具体细节，而且各种修改和改变都有可能在所附权利要求书的范围内。
Claims (9)
1.一种包括密封***(110，210)的涡轮增压器(10)，所述涡轮增压器(10)包括：
轴承座(23)，其包括轴向内孔(27)；
具有旋转轴线的轴(2)，所述轴(2)可旋转地支撑在所述轴向内孔(27)内，并且包括形成在所述轴的第一轴径(D3)和第二轴径(D1)之间的外表面上的至少一个第五轴肩(105)，及形成在所述轴的第二轴径(D1)和第三轴径(Dsp)之间的外表面上的第三轴肩(103)；以及
安装在所述轴(2)的一端的涡轮叶轮(16)，
所述密封***(110，210)包括：
设置在所述第三轴肩(103)和第五轴肩(105)之间的外侧环形密封件(142b)，
卡环(162，162a，162b)，其环绕所述轴(2)并且抵接所述第五轴肩(105)，
内侧环形密封件(142a)设置在所述卡环(162，162a，162b)的内侧，以及
空心的圆柱形固定器(112，212)，其固定在所述卡环(162，162a，162b)内侧的所述轴(2)的外表面上，
其中，从固定器(112，212)延伸至卡环(162，162a，162b)或从卡环(162，162a，162b)延伸至固定器(112，212)的垫片(126，226)以一定距离将固定器(112，212)与卡环(162，162a，162b)分隔开，以便通过近轴公差将内侧环形密封件(142a)容纳在卡环(162，162a，162b)和固定器(112，212)之间，并且
其中在所述密封***的所述内侧环形密封件(142a)、外侧环形密封件(142b)和所述固定器(112，212)、卡环(162，162a，162b)之间形成迷宫式密封。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器(10)，其中所述外侧环形密封件(142b)和所述内侧环形密封件(142a)中的至少一个由在洛氏硬度试验中硬度大于50C的耐磨材料制成。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压器(10)，其中所述外侧环形密封件(142b)和所述内侧环形密封件(142a)中的至少一个由嵌入有固体润滑剂的烧结工具钢制成。
4.根据权利要求1所述的涡轮增压器(10)，其中所述外侧环形密封件(142b)和所述内侧环形密封件(142a)之中的至少一个由陶瓷材料制成。
5.根据权利要求1所述的涡轮增压器(10)，其中所述固定器(112，212)压配合到所述轴(2)的表面上。
6.根据权利要求1所述的涡轮增压器(10)，其中所述固定器(112，212)的径向向内表面包括螺纹，且所述固定器(112，212)通过在所述轴(2)的外表面上形成的螺纹啮合固定到所述轴(2)的外表面上。
7.根据权利要求1所述的涡轮增压器(10)，其中所述外侧环形密封件(142b)和所述内侧环形密封件(142a)与所述轴向内孔(27)过盈配合。
8.根据权利要求1所述的涡轮增压器(10)，其中所述卡环(162，162a，162b)与所述轴向内孔(27)过盈配合。
9.一种将模块化密封***装配在涡轮增压器(10)的轴(2)上的方法，所述轴具有邻近不同直径的轴向长度的第三轴肩(103)和第五轴肩(105)，所述方法包括：
使外侧环形密封件(142b)穿过所述轴，直到所述外侧环形密封件(142b)驻留在所述轴(2)的邻近所述第三轴肩(103)的第一直径缩减部(7a)内；
使卡环(162，162a，162b)穿过所述轴直到其抵接在形成于所述轴(2)上的所述第五轴肩(105)上；
使内侧环形密封件(142a)穿过所述轴直到其抵接在卡环(162，162a，162b)上；
使固定器(112，212)穿过所述轴并且固定到所述卡环(162，162a，162b)内侧的所述轴(2)的外表面上，
其中，从固定器(112，212)延伸至卡环(162，162a，162b)或从卡环(162，162a，162b)延伸至固定器(112，212)的垫片(126，226)将所述固定器(112，212)与所述卡环(162，162a，162b)分隔开一定距离，以便通过近轴公差将所述内侧环形密封件(142a)容纳在卡环(162，162a，162b)和固定器(112，212)之间，并且
其中在所述密封***的所述内侧环形密封件(142a)、外侧环形密封件(142b)和所述固定器(112，212)、卡环(162，162a，162b)之间形成迷宫式密封。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201462078631P | 2014-11-12 | 2014-11-12 | |
| US62/078631 | 2014-11-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105587348A CN105587348A (zh) | 2016-05-18 |
| CN105587348B true CN105587348B (zh) | 2018-12-14 |
Family
ID=55911854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510771670.8A Expired - Fee Related CN105587348B (zh) | 2014-11-12 | 2015-11-12 | 模块化涡轮增压器的间隙密封 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9995161B2 (zh) |
| JP (1) | JP2016118195A (zh) |
| KR (1) | KR20160056840A (zh) |
| CN (1) | CN105587348B (zh) |
| DE (1) | DE102015222270A1 (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9995161B2 (en) * | 2014-11-12 | 2018-06-12 | Borgwarner Inc. | Modular turbocharger clearance seal |
| US10215098B2 (en) * | 2015-01-22 | 2019-02-26 | United Technologies Corporation | Bearing compartment seal |
| US10161256B2 (en) | 2015-01-22 | 2018-12-25 | Untied Technologies Corporation | Seal with backup seal |
| US9683520B2 (en) * | 2015-03-09 | 2017-06-20 | Caterpillar Inc. | Turbocharger and method |
| US9739238B2 (en) | 2015-03-09 | 2017-08-22 | Caterpillar Inc. | Turbocharger and method |
| US9752536B2 (en) * | 2015-03-09 | 2017-09-05 | Caterpillar Inc. | Turbocharger and method |
| JP6543159B2 (ja) * | 2015-10-13 | 2019-07-10 | 株式会社Ｉｈｉ回転機械エンジニアリング | 過給機、タービン軸部品、及びシールブッシュ |
| US10577958B2 (en) * | 2017-04-11 | 2020-03-03 | Borgwarner Inc. | Face seal assembly for variable turbine geometry turbocharger |
| DE102017126950A1 (de) * | 2017-11-16 | 2019-05-16 | Man Energy Solutions Se | Turbolader |
| US11149854B2 (en) * | 2019-02-07 | 2021-10-19 | Raytheon Technologies Corporation | High pressure compressor seal-ring with improved wear resistance |
| US11136997B2 (en) * | 2019-07-23 | 2021-10-05 | Ford Global Technologies, Llc | Methods and systems for a compressor housing |
| TWI803860B (zh) * | 2020-04-30 | 2023-06-01 | 美商恩特葛瑞斯股份有限公司 | 光罩盒密封 |
| US11512609B1 (en) * | 2021-06-30 | 2022-11-29 | Garrett Transportation I Inc | Turbomachine with housing control surfaces for aligning air bearing components |
| US20230383792A1 (en) * | 2022-05-24 | 2023-11-30 | Amsted Rail Company, Inc. | Two-piece seal assembly |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1863430U (de) * | 1960-11-05 | 1962-12-06 | Zahnradfabrik Friedrichshafen | Kolbenringdichtung. |
| US4865332A (en) * | 1987-11-07 | 1989-09-12 | Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Friedrichshafen Gmbh | Sealing arrangement between a shaft and a housing of a fluid flow engine |
| JP2009228859A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Ihi Corp | シール構造 |
| CN103032106A (zh) * | 2011-09-30 | 2013-04-10 | 霍尼韦尔国际公司 | 具有叶片密封装置的涡轮增压器可变喷嘴组件 |
| DE102011117862A1 (de) * | 2011-11-08 | 2013-05-08 | Voith Patent Gmbh | Dichtungsanordnung, insbesondere für eine Abgasturbine |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6010802U (ja) * | 1983-06-30 | 1985-01-25 | 日産自動車株式会社 | 回転軸シ−ル構造 |
| JPH08121198A (ja) * | 1994-10-25 | 1996-05-14 | Jidosha Kiki Co Ltd | 排気ブレーキバルブ |
| DE10030820A1 (de) | 2000-06-23 | 2002-01-03 | Alstom Power Nv | Labyrinthdichtung für eine rotierende Welle |
| EP1353041A1 (de) * | 2002-04-12 | 2003-10-15 | ABB Turbo Systems AG | Turbolader mit Mittel auf der Welle zur axialen Sicherung der besagten Welle beim Bersten des Verdichterrades |
| US7066719B2 (en) * | 2004-07-03 | 2006-06-27 | Honeywell International, Inc. | Bore and shaft assembly |
| DE102007025758A1 (de) * | 2007-06-01 | 2008-12-04 | Mahle International Gmbh | Dichtring |
| DE102010003796A1 (de) * | 2010-04-09 | 2011-10-13 | Abb Turbo Systems Ag | Wellenabdichtung |
| WO2013106303A1 (en) | 2012-01-13 | 2013-07-18 | Borgwarner Inc. | Sealing system and turbocharger incorporating the same |
| CN104956046B (zh) | 2012-12-17 | 2017-12-19 | 博格华纳公司 | 涡轮增压器外侧吹扫式密封 |
| JP6189616B2 (ja) * | 2013-03-29 | 2017-08-30 | 株式会社リケン | 鉄基焼結合金製回転軸シールリング及びその製造方法 |
| DE102013015563A1 (de) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | Abb Turbo Systems Ag | Abgasturbolader |
| WO2015128935A1 (ja) * | 2014-02-25 | 2015-09-03 | 三菱重工業株式会社 | シール構造及び該シール構造を備える過給機 |
| US9995161B2 (en) * | 2014-11-12 | 2018-06-12 | Borgwarner Inc. | Modular turbocharger clearance seal |
-
2015
- 2015-11-10 US US14/937,146 patent/US9995161B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2015-11-11 DE DE102015222270.5A patent/DE102015222270A1/de not_active Withdrawn
- 2015-11-12 CN CN201510771670.8A patent/CN105587348B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2015-11-12 KR KR1020150158895A patent/KR20160056840A/ko unknown
- 2015-11-12 JP JP2015221707A patent/JP2016118195A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1863430U (de) * | 1960-11-05 | 1962-12-06 | Zahnradfabrik Friedrichshafen | Kolbenringdichtung. |
| US4865332A (en) * | 1987-11-07 | 1989-09-12 | Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Friedrichshafen Gmbh | Sealing arrangement between a shaft and a housing of a fluid flow engine |
| JP2009228859A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Ihi Corp | シール構造 |
| CN103032106A (zh) * | 2011-09-30 | 2013-04-10 | 霍尼韦尔国际公司 | 具有叶片密封装置的涡轮增压器可变喷嘴组件 |
| DE102011117862A1 (de) * | 2011-11-08 | 2013-05-08 | Voith Patent Gmbh | Dichtungsanordnung, insbesondere für eine Abgasturbine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20160130967A1 (en) | 2016-05-12 |
| KR20160056840A (ko) | 2016-05-20 |
| CN105587348A (zh) | 2016-05-18 |
| DE102015222270A1 (de) | 2016-05-25 |
| US9995161B2 (en) | 2018-06-12 |
| JP2016118195A (ja) | 2016-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105587348B (zh) | 模块化涡轮增压器的间隙密封 | |
| US3961867A (en) | Rotatable assembly with rotor abraded by seal ring | |
| US8814538B2 (en) | Insulating spacer for ball bearing cartridge | |
| US9909438B2 (en) | Hydrodynamic carbon face seal pressure booster | |
| CN103597227B (zh) | 涡轮增压器的轴承装置 | |
| EP2157289B1 (en) | Pumping impeller oil seal | |
| US9194256B2 (en) | Rotating machine with shaft sealing arrangement | |
| US5567056A (en) | Turbocharger drive and planet bearing therefor | |
| EP1387061A2 (en) | Oil sealing in turbocharger | |
| CN105980687B (zh) | 包括衬里轴承表面的推力轴承组件 | |
| US9695708B2 (en) | Turbocharger spring assembly | |
| EP1947373A1 (en) | Sealing arrangement | |
| US20100189583A1 (en) | Dry vacuum pump including a lubricating fluid sealing device and a centrifuge element equipping such a device | |
| KR20160140836A (ko) | 가변 피치 블레이드들이 있는 터빈 엔진 압축기 | |
| CN104718387A (zh) | 用于轴颈轴承的端面油构造 | |
| US9546597B2 (en) | Turbocharger waste-gate valve bushing | |
| CN1273723C (zh) | 泄油塞 | |
| US20150330240A1 (en) | Turbocharger outboard purge seal | |
| WO2018179144A1 (ja) | 電動過給機 | |
| KR101532439B1 (ko) | 배기 가스 터보 과급기용 스러스트 베어링 시일 | |
| JPS6388318A (ja) | 排気タ−ビン過給機 | |
| CN1243916C (zh) | 喷水螺旋型压缩器 | |
| JP5482350B2 (ja) | 過給機及び軸受構造 | |
| JP2011012570A (ja) | スラスト軸受構造及びターボチャージャ | |
| EP1312769B2 (en) | Turbocharger |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181214 Termination date: 20211112 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |