CN105229302A - 制冷剂压缩机轴杆密封件 - Google Patents

Abstract

提供一种轴杆密封机构，其包括具有第一表面的第一部件和具有第二表面的第二部件。所述第一部件和所述第二部件被布置成处于接触状态，使得所述第一表面和所述第二表面形成动态界面。所述第一表面包括适形碳或碳-石墨材料。所述第二表面包括具有嵌入其中的多个石墨颗粒的刚性高度抛光的碳化硅材料。

Description

制冷剂压缩机轴杆密封件

发明背景

本发明的示例性实施方案大体上涉及压缩机系统，并且更具体地涉及用于制冷剂压缩机系统中的曲轴的轴杆密封件。

制冷系统，如在运输制冷设备中使用的类型，在最简单的形式下包括串行互联以形成闭环制冷循环路径的压缩机、冷凝器、膨胀设备和蒸发器。在制冷系统中使用的各种类型的压缩机包括动态密封件，所述动态密封件定位在旋转部件与邻近的静止部件之间以便防止制冷剂逸散到大气中。

在此类压缩机中使用油来润滑各种零件及其之间的界面。为了将制冷剂保持在压缩机内，通常使用机械面密封件来在旋转曲轴穿透压缩机的外壳处提供屏障。面密封件通常由平坦的圆形旋转部件构成，所述旋转部件被配置来与平坦的圆形静止部件配合。通常通过维持密封界面处的非常平坦光滑的表面并通过将油引入到界面来获取可接受的小的制冷剂泄漏率。在界面处形成的油膜不仅抑制制冷剂通过界面的转移，还提供润滑并潜在地减少在压缩机的操作期间可能发生的损坏性的摩擦和磨损。

漏油通常发生在如上文描述的机械面密封件的密封界面处。如果油泄漏有增不减，那么从压缩机的油转移可能导致环境或安全问题和/或导致压缩机故障。通常以促进大量油膜的形成的方式设计面密封件，然而这可导致来自包含的系统的不期望的油泄漏。旋转部件和静止部件的各种碳/石墨和碳化硅配方是可用的，使密封件设计能够具有非常薄的油膜厚度，并因此降低油转移速率。较低泄漏密封件设计的关键元件是在界面的一侧上的硬的光滑表面，例如像高度抛光的碳化硅表面，以及在界面的另一侧上的稍微适形的碳/石墨表面。然而，如果硬表面太光滑，那么碳/石墨表面可能由于发生在油膜形成之前启动时的高剪切力和阻力而受到损坏。

发明简述

根据本发明的一个方面，提供轴杆密封机构，所述轴杆密封机构包括具有第一表面的第一部件和具有第二表面的第二部件。第一部件和第二部件被布置成处于接触状态，使得第一表面和第二表面形成动态界面。第一表面包括适形碳或碳-石墨材料。第二表面包括具有嵌入其中的多个石墨颗粒的刚性高度抛光的碳化硅材料。

根据本发明的另一个方面，提供包括外壳的制冷剂压缩机。曲轴延伸穿过至少一部分外壳并被配置来相对于外壳旋转。轴杆密封机构布置在外壳与曲轴之间以便限制制冷剂从外壳中泄漏。轴杆密封机构包括安装到曲轴的旋转部件。旋转部件包括第一表面。静止部件被安装到外壳并被配置来接收曲轴。静止部件具有第二表面。第一表面和第二表面被定位来形成动态界面。第一表面包括适形碳或碳-石墨材料。第二表面包括具有嵌入其中的多个石墨颗粒的刚性高度抛光的碳化硅材料。

这些和其他优点及特征将从结合附图的以下描述中更加显而易见。

附图简述

在本说明书的结论处的权利要求书中具体指出并明确主张被认为是本发明的主题。根据下面结合附图的详细描述部分，本发明前述和其他特征及优点是显而易见的，在附图中：

图1是根据本发明实施方案的压缩机的截面图；

图2是根据本发明实施方案的压缩机的轴杆密封腔的截面图；并且

图3是根据本发明实施方案的布置在压缩机的轴杆密封腔内的密封机构的一部分的详细截面图。

发明详述

现参照图1，示出压缩机10的实例。虽然本文描述和示出的压缩机10是往复式压缩机，但是其他类型的制冷剂压缩机在本发明的范围内。压缩机包括多个工作活塞14，每一个工作活塞14被配置来在外壳12内的各自汽缸16内移动。多个连杆20的第一端19被接收在压缩机的曲轴18周围，并且多个连杆20中的每一个的第二端21联接至活塞14。每一个连杆20的第一端19可大体固定至曲轴18的偏移部分22。连杆20被配置来将曲轴18的运动传递给每一个活塞14，使得每一个活塞14在曲轴18绕旋转轴线R旋转时在各自的汽缸16内平移。配重24可布置在曲轴18的第一端23处，以便平衡其中的任何不规则旋转。曲轴18的第二端25延伸穿过外壳12的套筒(未示出)和轴杆密封腔26并被配置来在其内旋转。

现参照图2和图3，更详细示出布置在轴杆密封腔26内，在轴杆18的第二端23与外壳12之间的界面附近的密封机构30。密封机构30是机械面密封件并包括大体圆柱形主体32和邻近的压盖板34，两者均具有曲轴18穿过其延伸的中心孔。压盖板34的凸缘36被配置来例如像利用多个紧固件安装到外壳12，使得直径比凸缘36的直径小的压盖板34的第一端38至少部分布置在轴杆密封腔26内。在一个实施方案中，压盖板垫片37定位在外部凸缘36与外壳12之间，以便防止其间的渗流。布置在压盖板34的第一端38处的是配合环40，所述配合环40定位在曲轴18与压盖板34的内径A之间。配合环40是大致圆柱形的并包括密封件42，例如像O型环，所述密封件42被配置来在曲轴18旋转时使配合环40在压盖板34的内径A内保持静止。被配置来阻断污垢、灰尘和其他废料进入轴杆密封腔26的唇形密封件44定位在压盖板34的第二、相对端39。唇形密封件44大体定位在曲轴18与压盖板34的较小直径B之间，使得内部盘形空间46定位在唇形密封件44与配合环34之间。

主环50布置在圆柱形主体32的端处，邻近压盖板34。例如像螺旋弹簧的偏置机构52缠绕在圆柱形主体32的外部周围。当安装时，偏置机构52是预装载的或者处于部分压缩状态，使得偏置机构52向曲轴密封件受力面54施加偏置力。偏置力使得主环50接触相对面41或配合环40的邻近面并向其施加轴向载荷，从而产生具有动态界面的制冷剂密封件。油通常设置在密封机构30的部件与曲轴18之间。配合环40与主环50之间的接合防止油进入轴杆密封腔26。在一个实施方案中，压盖板34包括第一通道(未示出)，所述第一通道连接至大体穿过外壳12形成的第二通道。如果多余的油累积在唇形密封件44与配合环40的O型环42之间的空间46内，那么多余的油行进穿过通道，例如像到内腔，在那儿油被累积或吸收。

选择用于主环50和配合环40的材料对密封机构30的操作至关重要。主环50通常由相对软材料形成，例如像碳石墨。由其他已知材料形成的主环50也在本发明的范围内。用于形成配合环40的示例性材料包括例如铸铁、不锈钢、碳化钨和碳化硅。在一个实施方案中，配合环40由加有石墨的碳化硅形成。碳化硅内的石墨有效地限制对于配合环40的相对面41可得到的表面光洁度的下限。因此，加有石墨的碳化硅配合环40可以使用常规研磨技术来高度抛光到期望的平整度，而不使配合环40的相对面过于光滑。碳化硅内的石墨夹杂物提供干润滑性和轻微不规则性，其将剪切力减少到可损坏偏置成与其接触的主环50的水平之下。

碳/石墨主环50和加有石墨的碳化硅配合环40的使用导致成本有效的密封机构30，所述密封机构30与常规密封机构相比具有较低泄漏率和改进的可靠性。因为加有石墨的碳化硅材料内的石墨限制其中的表面光洁度，所以由这样的材料形成的配合环40将更容易制造。

虽然仅结合有限数量的实施方案对本发明进行了详细描述，但应易于理解，本发明不限于此类公开的实施方案。相反，可对本发明进行修改，以引入以上未描述但与本发明精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替代或等同布置。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但应理解，本发明的方面可仅包括所述实施方案中的一些。因此，本发明并不被视为受限于前面的描述，而是仅受限于所附的权利要求书的范围。

Claims (13)

1.一种轴杆密封机构，其包括：

第一部件，其具有第一表面；以及

第二部件，其具有第二表面，所述第一部件和所述第二部件被布置成处于接触状态，使得所述第一表面和所述第二表面形成动态界面，其中所述第一表面包括适形碳或碳-石墨材料，并且所述第二界面包括具有嵌入在其中的多个石墨颗粒的刚性高度抛光的碳化硅材料。

2.根据权利要求1所述的轴杆密封机构，其中所述第一部件和所述第二部件中的一个被配置来旋转。

3.根据权利要求1所述的轴杆密封机构，其中所述第一表面用树脂材料或金属材料浸渍。

4.根据权利要求1所述的轴杆密封机构，其中所述第一部件包括具有邻近于第一端的主环的圆柱形主体。

5.根据权利要求4所述的轴杆密封机构，其中所述第一表面是所述主环的一部分。

6.根据权利要求1所述的轴杆密封机构，其中所述第二部件包括具有邻近于第一端的配合环的压盖板。

7.根据权利要求6所述的轴杆密封机构，其中所述第二表面是所述配合环的一部分。

8.一种制冷剂压缩机，其包括：

外壳；

曲轴，其延伸穿过至少一部分所述外壳，所述曲轴被配置来相对于所述外壳旋转；

轴杆密封机构，其布置在所述外壳与所述曲轴之间，以便限制制冷剂从所述外壳中泄漏，所述轴杆密封机构包括：

旋转部件，其安装到所述曲轴，所述旋转部件具有第一表面；以及

静止部件，其安装到所述外壳并被配置来接收所述曲轴，所述静止部件具有第二表面，所述第一表面和所述第二表面被定位来形成动态界面，其中所述第一表面包括适形碳或碳-石墨材料，并且所述第二表面包括具有嵌入在其中的多个石墨颗粒的刚性高度抛光的碳化硅材料。

9.根据权利要求8所述的轴杆密封机构，其中所述第一表面用树脂材料或金属材料浸渍。

10.根据权利要求8所述的制冷剂压缩机，其中所述旋转部件包括具有邻近于第一端的主环的圆柱形主体。

11.根据权利要求10所述的制冷剂压缩机，其中所述第一表面是所述主环的一部分。

12.根据权利要求8所述的制冷剂压缩机，其中所述静止部件包括具有邻近于第一端的配合环的压盖板。

13.根据权利要求12所述的制冷剂压缩机，其中所述第二表面是所述配合环的一部分。