專利名稱：廢氣渦輪增壓器的壓縮機側(cè)軸密封裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及連續(xù)流機領域，尤其涉及增壓式內(nèi)燃機的廢氣渦輪增壓器。本發(fā)明尤其涉及連續(xù)流機的轉(zhuǎn)子與殼體之間的密封裝置、連續(xù)流機以及具有這種 密封裝置的廢氣渦輪增壓器。
背景技術(shù)：
如今，廢氣渦輪增壓器用作一種標準，以增大內(nèi)燃機功率。廢氣渦輪增壓器具有在 內(nèi)燃機的排氣管道中的廢氣渦輪機，并且具有壓縮機，壓縮機向內(nèi)燃機的燃燒室提供空氣 供燃燒過程用。有了內(nèi)燃機的增壓，進入氣缸的空氣和燃油的量增大，引起內(nèi)燃機功率的顯 著提高。用于這個目的的廢氣渦輪增壓器包含轉(zhuǎn)子、以及軸承、導流殼體部件(壓縮機殼 體、渦輪機殼體)和軸承殼，該轉(zhuǎn)子具有軸、壓縮機葉輪、渦輪機葉輪并且如果需要的話還 有布置在軸上的更多部件。由于廢氣渦輪增壓器的渦輪機側(cè)和壓縮機側(cè)的過流斷面處高的工作壓力(該壓 力取決于廢氣渦輪增壓器的當前工作點)，所以必須借助軸密封裝置把軸承殼內(nèi)部區(qū)域與 流道密封隔開，從而使漏入內(nèi)部區(qū)域的氣體最少。該內(nèi)部區(qū)域中的壓力通常等于大氣壓力。DE2025125公開了一種廢氣渦輪增壓器的密封裝置，其中，一個或兩個密封件布置 在壓縮機側(cè)，至少一個密封件布置在渦輪機側(cè)。這些密封件是開口活塞環(huán)，把這些活塞環(huán)套 到渦輪增壓器軸上并且嵌入渦輪增壓器軸的槽中。這些活塞環(huán)受到徑向的充分預應力，從 而，當它們處于安裝好的狀態(tài)時，它們按照公開說明書徑向停留在固定殼體壁上，并且依靠 這種情況下出現(xiàn)的摩擦力沿軸向保持定位在殼體中。EP1130220和EP1507106公開了廢氣渦輪增壓器的密封裝置，其中，在固定殼體上 另外還設有軸向止動臺肩，在施加了壓力差時，活塞環(huán)以互鎖的方式停留在該止動臺肩上， 從而保持在預定軸向位置中。在這種情況中，活塞環(huán)壓在轉(zhuǎn)動磨合表面上，并且由此使流道 與軸承殼內(nèi)部區(qū)域密封隔開。這種情況中的轉(zhuǎn)動活塞環(huán)槽比固定活塞環(huán)稍寬。壓力差確保 了活塞環(huán)沿著磨合表面的方向移動，并且在這個過程中磨合，直到它停留在殼體孔中的軸 向止動臺肩上。活塞環(huán)的磨合得到更好的密封效果，因為這可能使活塞環(huán)與對接工件的磨 合表面之間的軸向密封間隙最小。通常，不帶磨合活塞環(huán)的密封裝置具有更高的漏氣率。出于摩擦的原因，使用灰鑄鐵(GG25)制成的活塞環(huán)的轉(zhuǎn)動對接工件的磨合表面 不應當由鋁組成。因此，轉(zhuǎn)動元件上的磨合表面總是由鋼制成，用于帶有磨合活塞環(huán)的廢氣 渦輪增壓器的常規(guī)密封裝置。在US5176497所記載的廢氣渦輪增 壓器的密封裝置中，通過螺紋壓縮機葉輪和密 封盤沿軸向固定活塞環(huán)，該螺紋壓縮機葉輪由鋁組成，該密封盤也在渦輪增壓器軸上轉(zhuǎn)動。 在這種情況中，由于流道與軸承殼內(nèi)部區(qū)域之間的壓力差，軟活塞環(huán)自身在密封盤的軸向 磨合表面上磨合，并由此得到期望的密封效果。借助與渦輪增壓器軸的螺紋連接經(jīng)由密封 盤夾緊壓縮機葉輪。如US4986733所公開的，活塞環(huán)還可以安裝在密封盤的周向槽中，從而 使活塞環(huán)不直接接觸壓縮機葉輪。
基于這種原理，在DE3737932所記載的廢氣渦輪增壓器的密封裝置中，使用兩個 活塞環(huán)作為渦輪機側(cè)密封的密封元件。在具有兩個活塞環(huán)的密封裝置中，出于裝配的原因，這些活塞環(huán)通常具有不同的 外環(huán)直徑。在這種情況中，內(nèi)活塞環(huán)的外直徑小于外活塞環(huán)的外直徑。以這種方式形成的活 塞環(huán)使得渦輪增壓器軸(裝有活塞環(huán))能夠沿軸向插入到錐形殼體開口中。如果內(nèi)活塞環(huán) 具有大于外活塞環(huán)的外直徑，通常就不再可能在不損壞活塞環(huán)的情況下拆卸內(nèi)活塞環(huán)。為 了提供外活塞環(huán)的軸向上的堅硬磨合表面，常規(guī)密封裝置需要由硬質(zhì)且耐磨損材料(例如 鋼)構(gòu)成的附加環(huán)，這個附加環(huán)在內(nèi)、外活塞環(huán)之間收縮在壓縮機葉輪上。收縮度要求非常 高的制造公差。鋼環(huán)上的收縮過程能夠明顯影響螺紋的接觸模式以及壓縮機葉輪與軸之間 的螺紋連接中的負荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種位于連續(xù)流機的轉(zhuǎn)子與殼體之間的密封裝置(例如，廢 氣渦輪增壓器的壓縮機側(cè)軸密封裝置)，帶有兩個或多個活塞環(huán)和轉(zhuǎn)動磨合表面，這些很容 易安裝和拆卸，并且不需要特別用于轉(zhuǎn)子和/或殼體上的密封裝置的任何附加部件。連續(xù)流機的轉(zhuǎn)子與殼體之間的根據(jù)本發(fā)明的密封裝置包括兩個活塞環(huán)密封點，它 們布置成相互之間有軸向距離，每個活塞環(huán)密封點都包括活塞環(huán)、殼體上的沿徑向朝內(nèi)的 圓柱形接觸表面以及轉(zhuǎn)子上的軸向止檔。在這種情形中，面向裝有葉片的葉輪的一個外活 塞環(huán)密封點的活塞環(huán)具有外半徑，該外半徑大于另一個內(nèi)活塞環(huán)密封點處的活塞環(huán)的外半 徑。同時，外活塞環(huán)密封點處的活塞環(huán)具有內(nèi)半徑，該內(nèi)半徑小于內(nèi)活塞環(huán)密封點處的活塞 環(huán)的內(nèi)半徑。轉(zhuǎn)子包含軸和至少一個裝有葉片的葉輪，如果需要的話還有布置在軸上的更 多部件，例如密封盤或間隔盤。本發(fā)明的V形布置構(gòu)思意味著不需要像具有帶有相同內(nèi)半徑的兩個或多個活塞 環(huán)密封點的傳統(tǒng)布置構(gòu)思一樣，使用在活塞環(huán)密封點之間收縮到轉(zhuǎn)子上的鋼環(huán)。而且，本發(fā) 明的布置允許活塞環(huán)的非破壞性的拆卸和簡單裝配。可選地，活塞環(huán)能夠沿軸向停留在殼體上的止動臺肩上。轉(zhuǎn)子上的磨合表面有利地與用于此目的的活塞環(huán)材料形成適當?shù)牟牧辖M合。如果 磨合表面由硬質(zhì)且耐磨損材料制成，例如鋼，就能提高活塞環(huán)的磨合性能及它們的密封效果。
在從屬權(quán)利要求中具體說明了更多優(yōu)勢。


下文將參照附圖描述本發(fā)明的密封裝置的一個實施例，其中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的廢 氣渦輪增壓器的截面圖，其帶有固定殼體和轉(zhuǎn)子，壓 縮機側(cè)密封裝置以詳圖和放大圖示出，以及圖2示出本發(fā)明的壓縮機側(cè)密封裝置的截面圖，其位于圖1所示廢氣渦輪增壓器 的轉(zhuǎn)子和殼體之間。
具體實施方式
作為連續(xù)流機的一個例子，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的廢氣渦輪增壓器，帶有離心式 壓縮機和離心式渦輪機。渦輪機的渦輪機葉輪2安裝在軸3上，并且與軸一體形成。渦輪機 殼體20圍繞著渦輪機葉輪2并且限制著流道，來自內(nèi)燃機的高溫廢氣在該流道中經(jīng)由渦輪機 葉輪流向排氣裝置。壓縮機葉輪1同樣安裝在軸3上。軸承殼主要由多個殼體部件構(gòu)成，在 圖示例子中，包括含有軸承的殼體部件30和殼體蓋31，在壓縮機側(cè)該殼體蓋閉合由軸承殼圍 繞的空腔。中心軸襯套孔39并入軸承殼的殼體蓋31中，軸3被導入該孔中。在軸襯套孔39 的區(qū)域中，壓縮機側(cè)密封裝置布置在轉(zhuǎn)動組件(轉(zhuǎn)子R)與軸承殼之間。在圖示例子中，現(xiàn)有 技術(shù)中的壓縮機側(cè)密封裝置具有單個活塞環(huán)5，該單個活塞環(huán)提供包括軸3、密封盤4和壓縮 機葉輪1的組件與固定殼體部件31之間的密封。壓縮機側(cè)密封裝置將壓縮機葉輪背部處于 增加的壓力P1的區(qū)域與軸承殼30內(nèi)部處于正常壓力P2的空腔密封隔開。在壓縮機裝配期間，密封盤4首先推到軸3上，軸3已經(jīng)從壓縮機側(cè)插入軸承殼 內(nèi)。然后把殼體蓋31連同已經(jīng)插入軸襯套孔39內(nèi)的活塞環(huán)5 —起放到軸承殼30上。然 后把壓縮機葉輪1放到軸的端部，并且連在軸上。在這個工藝期間，密封盤4夾緊在軸上， 處于壓縮機葉輪1與軸向臺階之間?；钊h(huán)5布置在環(huán)形槽中，該環(huán)形槽保持在壓縮機葉 輪與密封盤之間。最終，壓縮機殼體10放在軸承殼上，并且通過外部連接7旋緊。圖2示出廢氣渦輪增壓器的詳圖，是前圖的放大圖，帶有本發(fā)明的密封裝置。根據(jù)本發(fā)明，密封裝置具有兩個或通常為多個的活塞環(huán)密封裝置Dg和Dk，它們沿 軸向布置成一個在另一個之后，并且具有不同的徑向尺寸。每種情形下的活塞環(huán)密封裝置 包含固定殼體31上的圓柱形接觸面35、36，帶有軸向止動表面的轉(zhuǎn)子上的相應軸向凸起 41、42，以及相應的活塞環(huán)5、6?；钊h(huán)5、6受到徑向預應力，并且裝入圓柱形接觸表面，它 們的軸向端面停留在軸向凸起41、42上。在操作期間，在活塞環(huán)上在軸向凸起41、42的止 動表面區(qū)域中進行磨合過程，由此形成磨合表面51、61。可選地，軸向止檔32、33形成在殼 體31上，限制活塞環(huán)的軸向移動能力，并因此限制軸向磨合深度。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，活塞環(huán)密封裝置Dg、Dk在徑向方向上具有不同的尺寸。從 最外面的活塞環(huán)密封裝置Dg(也就是最靠近壓縮機葉輪背面區(qū)域的活塞環(huán)密封裝置)開 始，殼體上的圓柱形接觸表面35、36和活塞環(huán)密封裝置Dg、Dk的轉(zhuǎn)子上的軸向凸起41、42 形成V形收縮。外活塞環(huán)密封點Dg處的圓柱形接觸表面35的內(nèi)半徑大于內(nèi)活塞環(huán)密封點 Dk處的圓柱形接觸表面36的內(nèi)半徑，外活塞環(huán)密封點Dg處的軸向止檔41的最大徑向伸長 小于內(nèi)活塞環(huán)密封點Dk處的軸向止檔42的最大徑向伸長。對應于該V形收縮，活塞環(huán)被制成的尺寸使得每種情形中面對裝有葉片的葉輪的 外活塞環(huán)密封點Dg處的活塞環(huán)5具有外半徑Rga，該外半徑大于內(nèi)活塞環(huán)密封點Dk處的活 塞環(huán)6的外半徑Rka，并且使得外活塞環(huán)密封點Dg處的活塞環(huán)5具有內(nèi)半徑Rgi，該內(nèi)半徑 小于內(nèi)活塞環(huán)密封點Dk處的活塞環(huán)6的內(nèi)半徑Rki。如果有多于兩個的活塞環(huán)密封裝置沿軸向布置成一個在另一個之后，那么這些活 塞環(huán)就設計成帶有外半徑減小和內(nèi)半徑增大的臺階，圓柱形接觸表面設計成帶有內(nèi)半徑減 小的臺階，軸向止檔設計成帶有從一個活塞環(huán)密封點到下一個活塞環(huán)密封點最大徑向伸長 增大的臺階，并且在每種情形下，沿著背對裝有葉片的葉輪的方向。最外面的活塞環(huán)密封裝置Dg的活塞環(huán)5被壓縮機葉輪1與密封盤4之間的夾緊連接軸向鎖定。在流道中有減壓的可能情況中，也就是說在壓縮機葉輪背部的壓力P1低于 軸承殼內(nèi)部空腔中的壓力P2時，內(nèi)活塞環(huán)密封裝置Dg的活塞環(huán)6必須同樣受到軸向固定。 為了這個目的，在軸承殼31中設有小的徑向凹槽34，該凹槽用作活塞環(huán)6的軸向止動邊，并 且阻止活塞環(huán)6沿著外活塞環(huán)密封裝置的方向移動。凹槽34的內(nèi)半徑稍小于圓柱形接觸 表面36的內(nèi)半徑。在渦輪增壓器裝配期間，在殼體蓋31連同插在其中的活塞環(huán)5、6 —起放到軸承殼 30上并且旋緊之前，活塞環(huán)5、6提前安裝在殼體蓋31的軸襯套孔39中。附圖標記列表1 壓縮機葉輪10 壓縮機殼體

2 渦輪機葉輪20 渦輪機殼體3 廢氣渦輪增壓器軸30,31 軸承殼32,33軸向止檔(定子)34 徑向凹槽(定子)35，36 圓柱形接觸表面39 軸襯套孔4 密封盤(與軸一起轉(zhuǎn)動的部件)41,42帶有接觸表面的軸向凸起(轉(zhuǎn)子)5,6 活塞環(huán)51，61 活塞環(huán)上的磨合表面7 殼體連接Dg, Dk活塞環(huán)密封點Rga，Rka 活塞環(huán)外半徑Rgi，Rki 活塞環(huán)內(nèi)半徑R 轉(zhuǎn)子(包含 I，2，3，4)P1 壓縮機葉輪背部的壓力P2 軸承殼內(nèi)部的壓力
權(quán)利要求
一種位于連續(xù)流機的轉(zhuǎn)子(R)與殼體(31)之間的密封裝置，該轉(zhuǎn)子包括軸(3)和至少一個裝有葉片的葉輪(1)，該軸(3)布置在殼體(31)中的軸襯套孔(39)中，所述密封裝置包括兩個活塞環(huán)密封點(Dg，Dk)，這兩個活塞環(huán)密封點布置成相互之間有軸向距離，每個活塞環(huán)密封點(Dg，Dk)都包括活塞環(huán)(5，6)、殼體(31)上的園柱形接觸表面(35，36)以及轉(zhuǎn)子(R)上的軸向止檔(41，42)，其特征在于，最靠近裝有葉片的葉輪且被稱作外活塞環(huán)密封點的一個活塞環(huán)密封點(Dg)的活塞環(huán)(5)具有外半徑(Rga)，該外半徑大于另一個內(nèi)活塞環(huán)密封點(Dk)的活塞環(huán)(6)的外半徑(Rka)，以及，該外活塞環(huán)密封點(Dg)的活塞環(huán)(5)具有內(nèi)半徑(Rgi)，該內(nèi)半徑小于該內(nèi)活塞環(huán)密封點(Dk)的活塞環(huán)(6)的內(nèi)半徑(Rki)。
2.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其中該外活塞環(huán)密封點(Dg)的圓柱形接觸表面(35)的內(nèi)半徑大于該內(nèi)活塞環(huán)密封點(Dk) 的圓柱形接觸表面(36)的內(nèi)半徑，以及，該外活塞環(huán)密封點(Dg)的軸向止檔(41)的最大徑向伸長小于該內(nèi)活塞環(huán)密封點(Dk) 的軸向止檔(42)的最大徑向伸長，從而使得軸向止檔(41，42)相對于彼此沿徑向形成臺 階。
3.如權(quán)利要求1或2所述的密封裝置，其中徑向凹槽邊(34)設置在該外活塞環(huán)密封點(Dg)的圓柱形接觸表面(35)與該內(nèi)活塞 環(huán)密封點(Dk)的圓柱形接觸表面(36)之間，位于殼體(31)上，并且具有非常小的徑向伸 長，該徑向伸長小于該內(nèi)活塞環(huán)密封點(Dk)的圓柱形接觸表面(36)的內(nèi)半徑。
4.如權(quán)利要求1或2所述的密封裝置，其中在圓柱形接觸表面(35，36)的背對裝有葉片的葉輪的一側(cè)上，該殼體在每種情形下 都具有帶有較小直徑的徑向臺階，這些徑向臺階的每一個都形成活塞環(huán)(5，6)的軸向止檔 (32，33)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的密封裝置，其中在背對裝有葉片的葉輪的方向上，從一個活塞環(huán)密封點(Dg)到下一個活塞環(huán)密封點 (Dk)設置多個活塞環(huán)密封點(Dg，Dk)，每個活塞環(huán)(5，6)都帶有外半徑(Rga，Rka)減小和內(nèi)半徑(Rgi，Rki)增大的臺階，每個圓柱形接觸表面(35，36)都帶有內(nèi)半徑減小的臺階，以及每個軸向止檔(41，42)都帶有最大徑向伸長增大的臺階。
6.如權(quán)利要求5所述的密封裝置，其中在圓柱形接觸表面(35，36)的背對裝有葉片的葉輪的一側(cè)上，該殼體在每種情形下 都具有帶有較小直徑的徑向臺階，這些徑向臺階的每一個都形成活塞環(huán)(5，6)的軸向止檔 (32，33)。
7.如權(quán)利要求5所述的密封裝置，其中徑向凹槽邊(34)設置在兩個相鄰的活塞環(huán)密封點(Dg，Dk)的圓柱形接觸表面(35， 36)之間，位于殼體(31)上，并且具有非常小的徑向伸長，該徑向伸長小于這兩個相鄰的活 塞環(huán)密封點(Dk)的布置在背對裝有葉片的葉輪的一側(cè)上的那一個的圓柱形接觸表面(36)的內(nèi)半徑。
8.如權(quán)利要求7所述的密封裝置，其中在圓柱形接觸表面(35，36)的背對裝有葉片的葉輪的一側(cè)上，該殼體在每種情形下 都具有帶有較小直徑的徑向臺階，這些徑向臺階的每一個都形成活塞環(huán)(5，6)的軸向止檔 (32，33)。
9.一種連續(xù)流機，包括位于該連續(xù)流機的轉(zhuǎn)子(R)與殼體(31)之間的密封裝置，該轉(zhuǎn) 子具有軸(3)和裝有葉片的葉輪(1)，其中，該密封裝置按照權(quán)利要求1或2所述的設計。
10.一種廢氣渦輪增壓器，包括位于該廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子(R)與殼體(31)之間的 密封裝置，該轉(zhuǎn)子具有軸(3)和壓縮機葉輪(1)，其中，該密封裝置按照權(quán)利要求1或2所述 的設計。
全文摘要
本發(fā)明公開一種廢氣渦輪增壓器的壓縮機側(cè)軸密封裝置。位于連續(xù)流機的轉(zhuǎn)子與殼體之間的密封裝置的活塞環(huán)密封點(Dg，Dk)每個都具有活塞環(huán)(5，6)、殼體(31)上的沿徑向朝內(nèi)的圓柱形接觸表面(35，36)以及轉(zhuǎn)子(R)上的軸向止擋(41，42)。在這種情形中，外活塞環(huán)密封點(Dg)的活塞環(huán)(5)具有比內(nèi)活塞環(huán)密封點的活塞環(huán)(6)大的外半徑和小的內(nèi)半徑。同時，外活塞環(huán)密封點(Dg)具有比內(nèi)活塞環(huán)密封點(Dk)小的內(nèi)半徑。因為這種V形布置構(gòu)思，就不需要活塞環(huán)密封點之間的收縮到轉(zhuǎn)子上的鋼環(huán)。
文檔編號F16J9/00GK101845987SQ20101014166
公開日2010年9月29日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者J·施利恩杰, P·阿伯爾 申請人:Abb渦輪系統(tǒng)有限公司