CN105370325A - 轴密封系统和废气涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴密封系统和废气涡轮增压器。具体地，涉及一种流体机械的轴密封系统，其用于密封在轴承壳体内部和轮侧面的空间之间延伸的间隙，所述间隙通过转子侧上的部件和定子侧上的部件限定，所述轴密封系统具有第一密封元件，其消除了从轮侧面的空间到轴承壳体内部中的泄漏流，尤其地，当特别是在转子侧上具有运行的部件的情况下、存在于轮侧面的空间中的压力大于存在于轴承壳体内部中的压力时，并且所述轴密封系统具有第二密封元件，其消除了从轴承壳体内部到轮侧面的空间中的泄漏流，尤其地，当特别是在转子侧上具有静止的部件的情况下、存在于轮侧面的空间中的压力小于存在于轴承壳体内部中的压力时。

Description

轴密封系统和废气涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种流体机械的轴密封系统以及一种废气涡轮增压器。

背景技术

例如废气涡轮增压器之类的流体机械中的轴密封系统，有责任密封在轴承壳体内部和轮侧面的空间之间延伸的间隙。在废气涡轮增压器中，相应的轴承壳体内部必须相对于吸入的空气在压缩机侧上被密封，以及相对于废气在涡轮机侧上被密封。为此，从实践已知的轴密封系统包括密封元件，所述密封元件消除从轮侧面的空间到轴承壳体内部中的泄漏流，特别是在具有运行的转子的情况下存在于轮侧面的空间中的压力大于存在于轴承壳体内部中的压力时。能够从轮侧面的空间流动到轴承壳体内部中的剩余泄漏流也称为窜漏（blow-by）。

特别是在大型发动机的情况下，在涡轮机侧上的转子和压缩机侧上的废气涡轮增压器的转子的静止状态下，相对于相应的轴承壳体内部，负压能够形成在相应的轮侧面的空间中，使得于是存在如下危险，即：在静止状态下，尽管存在密封元件，但泄漏从轴承壳体内部开始流动到轮侧面的空间中。特别是当油被用于压缩机或涡轮机的区域中的后冷却时，此静止状态下的泄漏流能够导致油进入轮侧面的空间的区域，作为高部件温度的结果，这随后导致油在轮侧面的空间的区域中焦化。这样的焦化油是硬的，并且导致对相应转子的叶轮的损坏。

从DE102004055429B3已知一种用于废气涡轮增压器的轴密封系统，其包括设置在放油通道中并且定位在密封件之间的环形密封腹板。

发明内容

由此开始，本发明基于如下目的，即：创建流体机械的一种新型的轴密封系统。此目的通过根据权利要求1所述的轴密封系统来解决。根据本发明，所述轴密封系统包括第二密封元件，所述第二密封元件消除从轴承壳体内部到轮侧面的空间中的泄漏流，尤其地，当特别是在转子侧上具有静止的部件的情况下存在于轮侧面的空间中的压力小于存在于轴承壳体内部中的压力时。

利用根据本发明的轴密封系统，不存在如下危险，即：特别是当相对于相应的轴承壳体内部在相应的轮侧面的空间中存在负压时，泄漏流从轴承壳体内部流动到轮侧面的空间中。根据本发明设置的第二密封元件消除了此泄漏流。因此，能够有效地消除轮侧面的空间中的焦化的危险。

根据有利的进一步发展，所述第二密封元件被设计为膜状密封元件，所述膜状密封元件以如下方式被附接到定子侧上的部件，即：特别当存在于轮侧面的空间中的压力小于存在于轴承壳体内部中的压力时，所述膜状密封元件密封地接触转子侧上的部件的面，并且特别当存在于轮侧面的空间中的压力大于存在于轴承壳体内部中的压力时，所述密封元件被抬离转子侧上的部件的所述面，从而易于允许从轮侧面的空间到轴承壳体内部中的窜漏。使用这样的膜状密封系统，在轮侧面的空间中相对于轴承壳体内部超压的情况下，利用简单的装置允许从轮侧面的空间到轴承壳体内部中的所谓的窜漏。特别是当相对于轴承壳体内部在轮侧面的空间中存在负压时，有效地防止了从轴承壳体内部到轮侧面的空间中的泄漏流。

优选地，膜状密封元件利用第一径向外部段被紧固到定子侧上的部件的朝向轴承壳体内部的面，其中，当存在于轮侧面的空间中的压力小于存在于轴承壳体内部中的压力时，具有第二径向内部段的膜状密封元件密封地接触转子侧上的部件的朝向轴承壳体内部的面。膜状密封元件的此实施例是特别简单和优选的。

根据有利的进一步发展，特别是当存在于轮侧面的空间中的压力小于存在于轴承壳体内部中的压力时，所述密封元件所接触的转子侧上的部件的面通过转子侧上的台肩部件限定，所述台肩部件与第二密封元件的径向内边缘一起限定了间隙，特别是当膜状密封元件接触转子侧上的部件的面时。由此，能够进一步改进膜状密封元件的密封效果。

附图说明

通过从属权利要求和以下描述，获得本发明的优选的另外的发展。本发明的示例性实施例借助于附图来更详细地解释，但本发明并不局限于此。附图中示出了：

图1示出了处于第一状态的根据本发明的轴密封系统的示意图；以及

图2示出了处于第二状态的根据本发明的轴密封系统的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种流体机械的轴密封系统，特别是废气涡轮增压器的轴密封系统，以及涉及一种具有这样的轴密封系统的废气涡轮增压器。

废气涡轮增压器的基本构造对于本文讨论的领域中的技术人员而言是已知的。相应地，废气涡轮增压器包括涡轮机和压缩机，其中，在涡轮机中，使内燃发动机的废气膨胀以便提取能量。在废气膨胀期间在涡轮机的区域中提取的能量能够被用于压缩机的区域中，以便压缩待供给到内燃发动机的增压空气。

废气涡轮增压器的涡轮机包括涡轮机转子和涡轮机壳体，其中，所述压缩机包括压缩机转子和压缩机壳体。所谓的轴承壳体内部和轮侧面的空间既形成在涡轮机的区域中，又形成在压缩机的区域中，其中，间隙在轴承壳体内部和轮侧面的空间之间延伸，所述间隙一方面，即在径向外侧上，通过定子侧上相应的壳体限定，并且另一方面，即在径向内侧上，通过相应的转子限定。

图1和图2以高度示意性的方式示出了废气涡轮增压器在涡轮机的区域中的细节，其中，在图1中，一方面涡轮机壳体作为定子侧上的部件10被示出，并且另一方面涡轮机转子作为转子侧上的部件11被示出。涡轮机转子11包括轴12和移动叶片13。

根据图1和图2，间隙14形成在定子侧上的部件10和转子侧上的部件11之间，所述间隙14在轴承壳体内部15和轮侧面的空间16之间延伸。

为了密封此间隙14，存在第一密封元件17，所述第一密封元件17在所示的示例性实施例中被形成为活塞环密封件。在所示的示例性实施例中形成为活塞环密封件的此第一密封元件17根据图1和图2被布置在转子侧上的部件11的槽18中，并且相对于定子侧上的部件10密封间隙14。尤其地，当特别是在转子侧上具有运行的部件11且所述部件11的旋转速度为n>0的情况下，相对于轴承壳体内部15在轮侧面的空间16中存在更大的压力时，优选地形成为活塞密封环的这样的第一密封元件17对密封间隙14而言是有效的，然而其中，所述第一密封元件17允许从轮侧面的空间16出发到轴承壳体内部15中的剩余泄漏流，也称为窜漏。

为了利用简单的装置安全且可靠地防止从轴承壳体内部15到轮侧面的空间16中的泄漏流，尤其地，当特别是在转子侧上具有静止的部件11（n=0）的情况下与轮侧面的空间16中相比在轴承壳体内部15中存在更大的压力时的所述泄漏流，根据本发明的轴密封环包括第二密封元件19。特别是当存在于轮侧面的空间16中的压力小于存在于轴承壳体内部15中的压力时，此第二密封元件19防止从轴承壳体内部15到轮侧面的空间16中的泄漏流。于是，不存在如下危险，即：在轮侧面的空间16中相对于轴承壳体内部15为负压的情况下，例如用于冷却的油进入它会焦化的轮侧面的空间16的区域。

第二密封元件19优选为膜状密封元件。也能称为密封膜的此膜状密封元件19以如下方式被紧固到定子侧上的部件10，即：特别是当存在于轮侧面的空间16中的压力小于轴承壳体内部15中的压力时，所述膜状密封元件19密封地接触转子侧上的部件11的面20（参见图2），而特别是当存在于轮侧面的空间16中的压力大于存在于轴承壳体内部15中的压力时，所述膜状密封元件19被抬离转子侧上的部件11的面20，从而允许窜漏（参见图1）。

在所示的优选的示例性实施例中，第二膜状密封元件19利用第一径向外部段21紧固到定子侧上的部件10的朝向轴承壳体内部15的面22。特别是当存在于轮侧面的空间16中的压力小于存在于轴承壳体内部15中的压力时，具有第二径向内部段23的膜状密封元件密封地接触转子侧上的部件11的面20，所述面20同样朝向轴承壳体内部15。与之相比，特别是当存在于轮侧面的空间16中的压力大于存在于轴承壳体内部15中的压力时，第二膜状密封元件19的此第二径向内部段23被抬离转子侧的部件11的面20。

膜状密封元件19的第一径向外部段21被紧固到的定子侧上的部件10的面22，根据图1和图2，与转子侧上的部件11的面20布置在相同的轴向位置处，膜状密封元件19的第二径向内部段23在轮侧面的空间16中负压的情况下接触所述面20。此处，定子侧上的部件10的面22被布置在转子侧上的部件11的面20的径向外侧。

在所示的优选的示例性实施例中，特别是当在轮侧面的空间16中相对于轴承壳体内部15存在负压时膜状密封元件19接触的转子侧上的部件11的面20，通过转子侧上的部件11上的台肩24限定。

特别是当膜状密封元件19的第二径向内部段23接触转子侧的部件11的面20时，膜状密封元件19的径向内边缘25与此台肩24一起限定了间隙。因为如此，能够进一步改进所述轴密封系统在轮侧面的空间16中相对于轴承壳体内部15为负压的情况下的密封效果。

膜状密封元件19能够包括塑料或金属，材料仅需要针对存在于所述轴密封系统的区域中的温度来设计。膜状密封元件19的厚度以如下方式来设计尺寸，即：使得所述膜状密封元件19适于轴承壳体内部15和轮侧面的空间16之间的压力差，以便在轮侧面的空间16中相对于轴承壳体内部15存在负压的情况下安全地密封间隙14，以及在轮侧面的空间16中相对于轴承壳体内部15存在超压的情况下允许窜漏。因此，第二密封元件19不阻碍从轮侧面的空间16到轴承壳体内部15中的窜漏，仅防止从轴承壳体内部15到轮侧面的空间16中的相反泄漏流。

根据本发明的轴密封系统能够被用在废气涡轮增压器的涡轮机的区域以及废气涡轮增压器的压缩机的区域二者中。此外，所述轴密封环还能被用于其他流体机械中，例如所谓的动力涡轮机中。

附图标记列表：

10部件

11部件

12轴

13叶轮

14间隙

15轴承壳体内部

16轮侧面的空间

17密封元件

18槽

19密封元件

20面

21部段

22部段

23面

24台肩

25边缘

Claims (10)

1.一种流体机械的轴密封系统，用于密封在轴承壳体内部（15）和轮侧面的空间（16）之间延伸的间隙（14），所述间隙（14）通过转子侧上的部件（11）和定子侧上的部件（10）限定，所述轴密封系统具有第一密封元件（17），所述第一密封元件（17）消除了从所述轮侧面的空间（16）到所述轴承壳体内部（15）中的泄漏流，尤其地，当特别是在所述转子侧上具有运行的部件（11）的情况下、存在于所述轮侧面的空间（16）中的压力大于存在于所述轴承壳体内部（15）中的压力时，其特征在于，第二密封元件（19），所述第二密封元件（19）消除了从所述轴承壳体内部（15）到所述轮侧面的空间（16）中的泄漏流，尤其地，当特别是在所述转子侧上具有静止的部件（11）的情况下、存在于所述轮侧面的空间（16）中的压力小于存在于所述轴承壳体内部（15）中的压力时。

2.根据权利要求1所述的轴密封系统，其特征在于，所述第二密封元件（19）被形成为膜状密封元件，所述膜状密封元件以如下方式被紧固到所述定子侧上的部件（10），即：特别是当存在于所述轮侧面的空间（16）中的压力小于存在于所述轴承壳体内部（15）中的压力时，所述膜状密封元件密封地接触所述转子侧上的部件（11）的面（20），以及特别是当存在于所述轮侧面的空间（16）中的压力大于存在于所述轴承壳体内部（15）中的压力时，所述膜状密封元件被抬离所述转子侧上的部件（11）的所述面（20）。

3.根据权利要求2所述的轴密封系统，其特征在于，所述膜状密封元件（19）利用第一径向外部段（21）被紧固到所述定子侧上的部件（10）的朝向所述轴承壳体内部（15）的面（22）。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的轴密封系统，其特征在于，具有第二径向内部段（23）的所述膜状密封元件（19）密封地接触所述转子侧上的部件（11）的朝向所述轴承壳体内部（15）的所述面（20），特别是当存在于所述轮侧面的空间（16）中的压力小于存在于所述轴承壳体内部（15）中的压力时。

5.根据权利要求4所述的轴密封系统，其特征在于，当存在于所述轮侧面的空间（16）中的压力大于存在于所述轴承壳体内部（15）中的压力时，具有所述第二径向内部段（23）的所述膜状密封元件（19）被抬离所述转子侧上的部件（11）的朝向所述轴承壳体内部（15）所述面（20），从而易于允许从所述轮侧面的空间（16）到所述轴承壳体内部（15）中的窜漏。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的轴密封系统，其特征在于，所述膜状密封元件（19）接触的所述转子侧上的部件（11）的所述面（20）通过所述转子侧上的部件（11）上的台肩（24）限定，特别是当存在于所述轮侧面的空间（16）中的压力小于存在于所述轴承壳体内部（15）中的压力时。

7.根据权利要求6所述的轴密封系统，其特征在于，所述台肩（24）与所述第二密封元件（19）的径向内边缘（25）一起限定了间隙，特别是当所述膜状密封元件（19）接触所述转子侧上的部件（11）的所述面（20）时。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的轴密封系统，其特征在于，所述膜状密封元件（19）包括塑料或金属，并且在其厚度上适于所述轴承壳体内部（15）和所述轮侧面的空间（16）之间的压力差。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的轴密封系统，其特征在于，所述第一密封元件（17）被设计为活塞环密封件或刷式密封件或迷宫式密封件。

10.一种废气涡轮增压器，具有涡轮机和压缩机，其中，所述涡轮机包括涡轮机转子和涡轮机壳体，其中，所述压缩机包括压缩机转子和压缩机壳体，并且其中，通过相应的转子和相应的壳体在所述涡轮机的区域以及在所述压缩机的区域二者中限定了间隙，所述间隙在相对应的轴承壳体内部和相对应的轮侧面的空间之间延伸，并且所述间隙通过轴密封系统被密封，其特征在于，所述涡轮机的轴密封系统和/或所述压缩机的轴密封系统根据权利要求1至9中的任一项来设计。