CN105683525A - 具有u型密封件的致动枢转轴面密封 - Google Patents

具有u型密封件的致动枢转轴面密封 Download PDF

Info

Publication number
CN105683525A
CN105683525A CN201480057994.9A CN201480057994A CN105683525A CN 105683525 A CN105683525 A CN 105683525A CN 201480057994 A CN201480057994 A CN 201480057994A CN 105683525 A CN105683525 A CN 105683525A
Authority
CN
China
Prior art keywords
face seal
seal assembly
disk
pivotal axis
opening
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.)
Granted
Application number
CN201480057994.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105683525B (zh
Inventor
D·M·肯尼迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BorgWarner Inc
Original Assignee
BorgWarner Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BorgWarner Inc filed Critical BorgWarner Inc
Publication of CN105683525A publication Critical patent/CN105683525A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105683525B publication Critical patent/CN105683525B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/003Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by packing rings; Mechanical seals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-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
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, 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
    • F02C7/28Arrangement of seals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3436Pressing means
    • F16J15/3452Pressing means the pressing force resulting from the action of a spring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3464Mounting of the seal
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/55Seals
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

一种可变涡轮几何形状涡轮增压器(10)包括经由套管(50)可旋转地支撑在壳体(2)中的致动枢转轴(22)。面密封组件(28、128)在轴(22)与套管(50)的轴向端面(52、54)之间提供密封。面密封组件(28、128)包括压配并密封在致动枢转轴(22)上的内环(30)、在套管(50)上形成面密封的圆盘(40)以及在内环(30)与圆盘(40)的内面之间形成密封并向圆盘(40)施加座合力的U型密封环(60)。面密封组件(28、128)是具有顺应性的,以在保持面密封的同时允许轴(22)相对于套管(50)出现一定的未对准。

Description

具有U型密封件的致动枢转轴面密封
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年10月23日提交的题为“具有U型密封件的致动枢转轴面密封”的美国临时申请第61/894,640号的优先权和所有权益。
技术领域
本发明涉及与用于具有可变涡轮几何形状(VTG)的涡轮增压器的致动枢转轴相结合的密封部件。更具体地,本发明涉及在圆盘与装配到致动枢转轴上的内环之间形成具有U型密封环的密封。
背景技术
涡轮增压的优点包括功率输出增加、燃油消耗降低及污染排放减少。人们不再主要从高功率性能的角度来看待发动机的涡轮增压,而是将其视为一种在减少二氧化碳(CO2)排放的基础上降低燃油消耗和减少环境污染的途径。目前,涡轮增压的主要原因在于使用废气能量来降低燃油耗消和减少排放。在涡轮增压发动机中,燃烧空气在供给至发动机之前已经进行了预压缩。发动机吸入了与自然吸气发动机相当体积的空气燃料混合物,但是由于较高的压力以及较高的压力所导致的较高的密度,使得更多的空气及燃料质量以受控的方式供给到燃烧室中。因此,可以燃烧更多的燃料,使得发动机的功率输出相对于速度及排量增大。
在废气涡轮增压过程中,使用通常会浪费掉的废气能量的一部分来驱动涡轮机。涡轮机包括安装在轴上且由废气流可旋转地驱动的涡轮机叶轮。涡轮增压器将这部分通常会浪费掉的废气能量中的一些能量返回到发动机中,进而有助于提高发动机的效率并节约燃料。由涡轮机驱动的压缩机吸入过滤后的环境空气、对其进行压缩并将其供给至发动机。压缩机包括压缩机叶轮,其安装在同一轴上以使涡轮机叶轮的旋转带动压缩机叶轮进行旋转。
涡轮增压器通常包括连接至发动机的排气歧管的涡轮机壳体、连接至发动机的进气歧管的压缩机壳体以及联接涡轮机壳体和压缩机壳体的中心轴承壳体。涡轮机壳体限定出围绕涡轮机叶轮且接收来自发动机的废气的蜗壳。涡轮机壳体中的涡轮机叶轮是通过经由蜗壳从排气歧管供给的受控废气进气流来可旋转地驱动。
发明内容
VTG涡轮增压器允许通向涡轮机叶轮的涡轮流横截面根据发动机的工作点进行改变。这使得整个废气能量能得到利用,而且还能最佳地设置用于各工作点的涡轮流横截面。因此,涡轮增压器的效率以及由此获得的发动机的效率较废气旁通减压阀组件的旁路控制所取得的效率要高。涡轮中的可调导向叶片会影响压力增大行为并因此对涡轮增压器的功率输出产生影响。本发明的重点在于涡轮增压器的涡轮级中的可变涡轮几何形状(VTG)方面,相关例子在美国专利第7,886,536号中示出,此专利通过引用的方式结合于此。
VTG涡轮增压器能够利用枢转地连接到下环和上叶片环(包括各种可能的环)和/或喷嘴壁的可调导向叶片。对这些导向叶片进行调整,从而通过将废气流调节到涡轮机叶轮来控制废气反压和涡轮增压器速度。导向叶片能够经由叶片杆进行枢转,叶片杆可位于上叶片环上方。通过枢转导向叶片对涡轮机叶轮的气流角进行改变会对涡轮机的性能和气流产生影响。
VTG涡轮增压器的目标之一就是在维持高效率的同时,扩大实际应用中的可用流速范围。为了实现该目标,通过在涡轮机叶轮入口处改变废气流的流入角和流入速度来调节涡轮机输出。通过VTG涡轮增压器,这一目标得以通过使用涡轮机叶轮前端的导向叶片来实现,其中,导向叶片随着废气流的速度而改变它们的迎角。这在开启来防止高速条件下的废气反压的同时,减少了低速条件下的滞后。
通过利用VTG,涡轮增压器比率能够随着条件的变化而改变。在导向叶片处于闭合位置时,流速的高周向分量和陡峭的焓降梯度会导致较高的涡轮机输出,并由此导致较高的充填压力。在导向叶片处于完全打开的位置时,涡轮机达到其最大流速,并且气流的速度矢量具有较大的向心分量。这种类型的输出控制相较于旁路控制的一个优点在于,整个废气流一直会被引导穿过涡轮机并能够转化成输出。可通过各种气动调节器和电调节器对导向叶片的调整进行控制。
VTG涡轮增压器可以具有带有VTG杆的致动枢转轴,以帮助控制导向叶片的移动。VTG致动枢转轴通常不会直接装配到轴承壳体中的孔上,相反,更常见的是,其直接装配到轴承壳体中的孔中的固定轴承上。致动枢转轴通常径向地位于轴承中,轴承可以在中心线位于涡轮机壳体内的情况下位于孔中,或者可以根据设计直接位于轴承壳体中。致动枢转轴系统在涡轮机气体压力与大气压力之间通常需要进行密封。
由于在轴与套管之间存在有间隙,因此,VTG致动枢转轴系统难以部分地进行密封。这种间隙是套管设计时为了防止粘合所必须的,但是其使得轴与套管/壳体未对准。
在一些方面,提供了一种面密封组件,其配置为在形成在壳体表面(诸如套管的轴向端面)中的开口与延伸通过开口的旋转轴(诸如用于VTG机构的致动枢转轴)之间提供密封。面密封组件包括与内环和圆盘相结合的且位于内环与圆盘之间的密封环,优选地是金属U形密封件,内环和圆盘可旋转地固定至致动枢转轴。与圆盘相关联的,内环压配到致动枢转轴上,以在致动枢转轴上形成密封。内环在横截面上可以是L形的套筒或者基本上呈C形的环,其设计成压配到致动枢转轴上。
圆盘定位来抵靠套管的一面并且“插入”至内环以便可旋转地固定。由于圆盘和内环一起旋转,因此极大地减少了在U形密封环与那些部件之间的磨损。因此,主要的磨损界面是在套管与圆盘之间。为此,例如通过耐高温和耐磨损的材料形成圆盘,这样使得圆盘变得坚固耐用。另外,圆盘具有平坦、光滑的面以在套管上形成面密封。
位于圆盘和内环的内面之间的是向圆盘施加座合力的弹性U形密封环(包括其它类型,诸如C形、E形、M形或者W形)。在一些实施例中,涡轮机压力用于激励U形密封环并且还向圆盘施加座合力。有利地,U形密封环充当在内环和圆盘的内表面之间的密封元件,并且还为系统增加顺应性,以在维持面密封的同时允许出现未对准。可以将其与一些常规的刚性面密封进行比较,由于常规面密封在轴相对于套管倾斜时移位,因此,其经常不能有效地密封致动枢转轴。可以在本申请中使用的常规金属密封件为薄的、具有多个横截面(C形、U形、E形等)的金属环,由于在轴、密封件和套管之间的旋转相对运动的缘故,金属环可能会磨损得较快。
根据相对于套管的位置,面密封组件可以通过在U形密封环上的外部压力或者在U形密封环上的内部压力来进行激励。当在套管的面朝涡轮机的一侧上时,U形密封环可以通过来自在致动枢转轴外部的涡轮机气体的外部压力来激励。当在套管的面朝压缩机的一侧上时(例如,与VTG杆相邻),面密封仍然设置在套管处,但是是在相对侧。U形密封环将通过在致动枢转轴周围的比大气压力更高的压力从内部压力方向来进行激励。凹入/凸出U形密封环和内环的不同形状对于外部和内部压力面密封而言也是优选的。
附图说明
由于本发明的优点通过参照结合附图考虑的以下详细说明而变得更好理解,因此,本发明的优点将更容易理解,其中:
图1是包括具有设置在致动枢转轴上的外部压力U形密封件的面密封组件的VTG涡轮增压器的截面图;
图2是示出了设置在致动枢转轴上的图1的面密封组件的VTG涡轮增压器的放大部分的截面图;
图3是示出了图1的面密封组件的致动枢转轴的一部分的截面图;
图4是图1的面密封组件的透视图;
图5是图1的面密封组件的分解图;
图6是设置在致动枢转轴上的图1的面密封组件的透视图;
图7是设置在致动枢转轴上的图1的面密封组件的侧视图;
图8是设置在致动枢转轴上的图1的面密封组件的端视图;
图9是VTG涡轮增压器的放大部分的截面图,其示出了具有设置在致动枢转轴上的内部压力U形密封件的可替代面密封组件;
图10是示出了图9的面密封组件的致动枢转轴的一部分的截面图;
图11是图9的面密封组件的透视图;
图12是图9的面密封组件的分解图;
图13是设置在致动枢转轴上的图9的面密封组件的透视图;
图14是设置在致动枢转轴上的图9的面密封组件的侧视图;以及
图15是设置在致动枢转轴上的图9的面密封组件的端视图。
具体实施方式
参照图1,废气涡轮增压器10包括壳体,壳体由轴承壳体2和涡轮机壳体20组成,其中,枢转主轴3可旋转地支撑在轴承壳体2中。压缩机叶轮5承载于轴3的一端上,而涡轮机叶轮4固定至其另一端。压缩机叶轮5通过涡轮机叶轮4经由轴3可旋转地驱动。在涡轮机壳体20内,在涡轮机叶轮4的一侧上,形成了在径向方向上演化为喉部7的蜗壳6。包括可调导向叶片9的VTG组件8位于喉部7内。
导向叶片9可枢转地支撑在由间隔件15间隔开的上叶片环19与下叶片环11之间。导向叶片9可通过致动调整环12的致动器(未示出)来调整。调整环12相对于上叶片环19的旋转运动传递到导向叶片9上,通过这个装置,导向叶片9能够在开启位置与闭合位置之间在预定范围内进行调整。导向叶片9之间的间距限定出其中废气朝向涡轮机叶轮4径向地流动的圆形喉部7的流动通道。流动通道可通过导向叶片9的角位置的变化来调整。
更具体地,导向叶片9是借助于叶片轴13安装到上叶片环19,叶片轴13穿透叶片的上叶片环19并且将叶片臂14承载在与导向叶片9相对的端部上。调整环12位于呈圆形地布置的叶片臂14的轴向平面内。调整环12接合每个叶片臂14,使得在调整环12相对于上叶片环19进行旋转期间,所有叶片臂14连同导向叶片9一起同时旋转。调整环12经由致动枢转轴22连接到致动器,使得能够从壳体外部对调整环12进行调整。为此,致动枢转轴22经由压配在孔16中的套管50可旋转地支撑在形成于轴承壳体2中的孔16内。致动枢转轴22通过轴承壳体2中的开口突出,使得致动枢转轴22的一端22a接合轴承壳体2的外部上(例如,处于大气压力下的位置处)的VTG杆26,而致动枢转轴22的相对端22b接合涡轮机壳体20内(例如,处于与废气的压力相对应的相对较高压力下的位置处)的VTG组件8。由于轴承壳体2上的压力梯度的缘故,致动枢转轴22和/或套管50需要进行密封,以防止废气经由孔16从轴承壳体2中泄漏。
参照图2至图8,涡轮增压器10包括设置在形成于套管50的内部轴向端面54中的开口53与延伸穿过开口53的致动枢转轴22之间的面密封组件28。面密封组件28设置在套管50的内部轴向端面54上,使得面密封组件28位于轴承壳体2内的具有相对较高的压力和温度的区域中。
面密封组件28包括在圆盘40与内环30之间形成密封的U型密封环60。内环30是环形的并且包括中空圆柱形基部32,中空圆柱形基部32配置为以压配连接的方式接纳致动枢转轴22,从而使得内环30旋转地固定到致动枢转轴22并且在致动枢转轴22上形成密封。内环30还包括形成在基部32的一端处的径向向外延伸臂34,由此内环30具有L形的横截面。内环30设置在致动枢转轴22上,其中,基部32的自由端设置在开口53处并且臂34与套管50的轴向端面54轴向地间隔开。基部32包括开口朝向基部32的自由端的轴向延伸槽36。
圆盘40具有类似于垫圈的形状并且包括外周缘44、限定中心开口45的内周缘43以及在外周缘44与内周缘43之间延伸的相对的平坦侧面41、42。侧面中的一个侧面(即,第一侧面41)布置为与套管50的轴向端面54形成密封,由此平坦侧面中的另一个侧面(即,第二侧面42)面向内环30的臂34。例如,圆盘40定位成抵靠套管50的轴向端面54,且圆盘40具有耐用、平坦且光滑的第一侧面41以在套管50上形成面密封。圆盘40包括形成在内周缘43上的相等间距的径向向内突出的矩形突出部46。内环30的基部32接纳在中心开口45内,且突出部46配置为接纳在基部32的槽36内,由此防止圆盘40相对于内环30旋转,由此将圆盘40“插入”到内环30。因此,圆盘40随着内环30旋转,但是能够在槽36内轴向地移动。圆盘40可以具有诸如图4至图5中示出的四个相等间距的突出部46,但是并不限于这种构造。
圆盘40由能够适应与发动机废气相关联的高温(大约700摄氏度)并且极为耐磨的材料形成,以防止由于第一侧面41与套管50之间的相对旋转移动而引起的磨损。这样的材料包括,但不限于,金属(例如,铬镍铁合金或铬铁合金)和陶瓷材料。
U形密封环60为环形并且包括具有圆周凹槽64的径向外周缘62。因此,U形密封环60具有向外张开的U形横截面。U形密封环60设置于圆盘第二侧面42与内环臂34的面向套管的表面之间,并且配置为起到将圆盘40远离臂34偏置以在U形密封环60与内环臂34和圆盘40这两者的内表面之间形成密封接触的弹簧的作用。同时,U形密封环60配置为允许圆盘40朝向内环30弹性地向内轴向折叠,以适应致动枢转轴22相对于套管50的倾斜。此外,U形密封环60上的来自壳体2内废气的压力向圆盘40施加了座合力,由于U形密封环60自身的弹性的缘故,该座合力补充了密封力。
U形密封环60优选由金属制成,但不限于这种材料。“U形密封”可以限定金属环的外部形状,但也可以包括其他类型,例如,C形或E形(具有附加内支架以实现附加的加固性或稳定性),M形或W形。
U形密封环60为密封系统增加了顺应性,从而在保持面密封的同时允许出现未对准。金属U形密封环60向圆盘40施加座合力。面密封组件28外部的涡轮机压力用于激励U形密封环60并且还向圆盘40施加座合力。出于这个原因,面密封组件28被称作为具有外压密封的面密封件。由于圆盘40与内环30一起转动,因此,极大地减少了U形密封环60与那些部件之间的磨损。主要的磨损界面是在套管50与圆盘40之间。
参照图9至图15,一种可替代实施例面密封组件128可以用于涡轮增压器10中。面密封组件128设置在形成于套管50的外轴向端面52中的开口51与延伸穿过开口51的致动枢转轴22之间。面密封组件128设置在套管50的外轴向端面52上,使得面密封组件128位于涡轮机壳体20和轴承壳体2外部的具有大气压力和比涡轮机壳体20内部相对较低的温度的区域中。
面密封组件128包括在圆盘40与内环130之间形成密封的U形密封环160。内环130为环形的并且包括中空圆柱形基部132,中空圆柱形基部132配置为以压配连接的方式接纳致动枢转轴22,从而使得内环130旋转地固定到致动枢转轴22并且在致动枢转轴22上形成密封。另外,内环130包括形成于基部132的一端的径向向外延伸臂134以及形成于臂134的径向向外端部的凸缘138。凸缘138平行于基部132并朝向套管50延伸。凸缘138用于将U形密封环160相对于圆盘40进行径向定位,并且还作为缓冲限止器来防止面密封组件128例如由于致动枢转轴22相对于套管50的倾斜而在轴向方向上出现过度压缩。
因此,内环130具有面向套管50张开的大体上为U形的横截面。内环130设置在致动枢转轴22上,其中,基部32的自由端设置在开口51处且臂34与套管50的外轴向端面52轴向地间隔开。基部132包括开口朝向基部132的自由端的轴向延伸槽136。
圆盘40基本类似于以上参照图2至图8所述的圆盘。出于这个原因,公共的附图标记用来表示公共部件,并且不在此重复描述。
U形密封环160为环形并且包括具有圆周凹槽168的内周缘166。因此,U形密封环160具有径向向内张开的U形横截面。U密封环160设置于在圆盘第二侧面42、内环臂134的面向套管的表面和凸缘138的面向轴的内表面之间限定出的空间中。U环形密封160配置为起到将圆盘40远离臂134偏置的弹簧的作用。U形密封环160在内环130与圆盘40之间形成密封。此外,U形密封环60上的来自经由孔16离开壳体2的废气的压力向圆盘40施加座合力。
U形密封环160优选由金属制成,但不限于这种材料。“U形密封”可以限定金属环的外部形状,但也可以包括其他类型,例如,C形或E形(具有附加内支架以实现附加的加固性或稳定性),M形或W形。
U形密封环160为密封系统增加了顺应性,从而在保持面密封的同时允许出现未对准。金属U形密封环160向圆盘40施加座合力。面密封组件128内部的涡轮机压力用于激励U形密封环160并且还向圆盘40施加座合力。出于这个原因,面密封组件128被称作为具有内压密封的面密封件。由于圆盘40与内环130一起转动,因此,极大地减少了U形密封环160与那些部件之间的磨损。主要的磨损界面是在套管50与圆盘40之间。
内压面密封组件128可以通过保持关键的外侧套管接触面积来具有在致动枢转轴22上的改善的支撑。但是,圆盘40上的用于压力作用于其上的较小面积减小了压力对面密封的激励效果。由于内压面密封组件128离涡轮机壳体20更远,因此,如果较低的密封温度是重要的,那么内压面密封组件128也可以是优选的。
根据其相对于套管50的位置,面密封组件28、128可以通过外压U型密封环60或内压U型密封环160进行激励。当在如上文相对于图2至图8进行说明的套管50的涡轮机侧上时,U型密封环60可以通过来自致动枢转轴22外部的涡轮机气体的外压进行激励。当在套管50的相对侧上以便与VTG杠杆26相邻和在如上文相对于图9至图15进行说明的壳体2、20的大气压侧上时,面密封组件128仍然在套管50的轴向端面52处,但是通过在致动枢转轴周围的比大气压力更高的压力从内部压力方向(例如,从套管孔56内)来进行激励。
虽然本文描述为用于在旋转轴与形成于套管的轴向端面中的开口之间提供密封(其中,套管设置在涡轮增压器壳体中的开口中),但是,面密封组件28、128并不限于这种构造。例如,面密封组件28、128通常可用来在形成于壳体表面中的开口与从开口中伸出的旋转轴之间提供密封。
致动枢转轴22可以任选地包括设置在致动枢转轴22的外表面与套管50的内表面之间的另外的密封24。例如,密封24可以包括设置在形成于致动枢转轴22的外表面中的凹槽27中的一个或多个活塞环25。
本发明已按照说明性方式进行了描述,且应当理解的是,所使用的术语的词汇本质旨在进行描述而非限制。鉴于以上描述,本发明的许多修改和变动是可行的。因此,应当理解的是,在所附权利要求书的范围内,本发明可以以本说明书内具体列举的方式以外的其他方式来实践。

Claims (15)

1.一种面密封组件(28、128),其配置为在形成于壳体表面(52、54)中的轴开口(51、53)与从所述轴开口(51、53)中延伸的旋转轴(22)之间提供密封,所述面密封组件(28、128)包括
内环(30),其旋转地固定在所述旋转轴(22)上;
圆盘(40),其包括配置为与所述壳体表面(52、54)形成密封的第一侧面(41),所述圆盘(40)固定到所述内环(30);以及
U型密封环(60),其在所述内环(30)与所述圆盘(40)之间形成密封并且向所述圆盘(40)施加座合力。
2.根据权利要求1所述的面密封组件,其中
所述内环(30)为环形并且包括配置为以压配连接方式接纳所述旋转轴(22)的空心圆柱形基部(32),和形成在所述基部(32)的一端处的径向延伸臂(34);
所述圆盘(40)包括内缘(43),所述内缘(43)限定中心开口(45)和与所述第一侧面(41)相对的第二侧面(42),并且所述基部(32)接纳在所述中心开口(45)内;以及
所述U型密封环(60)设置在所述圆盘第二侧面(42)与所述臂(34)之间并且配置为起到将所述圆盘第二侧面(42)偏置到远离所述臂(34)的位置的弹簧的作用。
3.根据权利要求2所述的面密封组件,其中,所述基部(32)包括轴向延伸槽(36),并且所述圆盘(40)包括接纳在所述槽(36)内的径向向外突起的突出部(46),由此所述圆盘(40)旋转地固定到所述内环(30)。
4.根据权利要求2所述的面密封组件,其中,
所述内环(30)包括形成在所述臂(34)的所述径向向外端部处的凸缘(138),所述凸缘(138)平行于所述基部(32)延伸,以及
所述U型密封环(60)位于所述凸缘(138)与所述基部(32)之间。
5.根据权利要求1所述的面密封组件,其中,所述壳体表面是涡轮增压器壳体(20)的一部分,并且所述开口对应于配置为接纳可变涡轮几何形状(VTG)组件(8)的致动枢转轴(22)的孔(16)。
6.根据权利要求5所述的面密封组件,其中,所述面密封组件(28、128)设置在所述致动枢转轴(22)上的处于高于大气压力的压力下的所述孔(16)的端部上。
7.根据权利要求5所述的面密封组件,其中,所述面密封组件(28、128)设置在所述致动枢转轴(22)上的处于大气压力下的所述孔(16)的端部上。
8.根据权利要求1所述的面密封组件,其中,所述壳体表面是套管(50)的轴向端面(52、54),并且所述开口对应于所述套管(50)的轴接纳孔(56)。
9.一种可变涡轮几何形状(VTG)涡轮机涡轮增压器(10),包括
压缩机叶轮(5);
涡轮机叶轮(4),其设置在涡轮机壳体(20)中,所述涡轮机壳体(20)限定蜗壳(6),
VTG组件(8),其设置在所述涡轮机壳体(20)中的所述蜗壳(6)与所述涡轮机叶轮(4)之间;
主轴(3),其连接所述涡轮机叶轮(4)与所述压缩机叶轮(5),所述主轴(3)可旋转地支撑在轴承壳体(2)中,
致动枢转轴(22),其将所述VTG组件(8)连接到致动器,所述致动枢转轴(22)可旋转地支撑在所述轴承壳体(2)的表面中的开口(51、53)中;以及
面密封组件(28、128),其配置为在所述开口(51、53)与所述致动枢转轴(22)之间提供密封,所述面密封组件(28、128)包括
内环(30),其旋转地固定在所述旋转轴(22)上;
圆盘(40),其包括配置为与所述壳体表面(52、54)形成密封的第一侧面(41),所述圆盘(40)固定到所述内环(30);以及
U型密封环(60),其在所述内环(30)与所述圆盘(40)之间形成密封并且向所述圆盘(40)施加座合力。
10.根据权利要求9所述的面密封组件,其中,
所述内环(30)为环形并且包括配置为以压配连接方式接纳所述旋转轴(22)的空心圆柱形基部(32),和形成在所述基部(32)的一端处的径向延伸臂(34);
所述圆盘(40)包括内缘(43),所述内缘(43)限定中心开口(45)和与所述第一侧面(41)相对的第二侧面(42),并且所述基部(32)接纳在所述中心开口(45)内;以及
所述U型密封环(60)设置在所述圆盘第二侧面(42)与所述臂(34)之间并且配置为起到将所述圆盘第二侧面(42)偏置到远离所述臂(34)的位置的弹簧的作用。
11.根据权利要求10所述的面密封组件,其中,所述基部(32)包括轴向延伸槽(36),并且所述圆盘(40)包括接纳在所述槽(36)内的径向向外突起的突出部(46),由此所述圆盘(40)旋转地固定到所述内环(30)。
12.根据权利要求1所述的面密封组件,其中,所述壳体表面为涡轮增压器壳体(20)的一部分,并且所述开口对应于配置为接纳可变涡轮几何形状(VTG)组件(8)的致动枢转轴(22)的孔(16)。
13.根据权利要求12所述的面密封组件,其中,所述面密封组件(28、128)设置在所述致动枢转轴(22)上的处于高于大气压力的压力下的所述孔(16)的端部上。
14.根据权利要求12所述的面密封组件,其中,所述面密封组件(28、128)设置在所述致动枢转轴(22)上的处于大气压力下的所述孔(16)的端部上。
15.根据权利要求1所述的面密封组件,其中,所述壳体表面是套管(50)的轴向端面(52、54),并且所述开口对应于所述套管(50)的轴接纳孔(56)。
CN201480057994.9A 2013-10-23 2014-10-21 具有u型密封件的致动枢转轴面密封 Expired - Fee Related CN105683525B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361894640P 2013-10-23 2013-10-23
US61/894640 2013-10-23
PCT/US2014/061444 WO2015061241A1 (en) 2013-10-23 2014-10-21 Actuation pivot shaft face seal with u seal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105683525A true CN105683525A (zh) 2016-06-15
CN105683525B CN105683525B (zh) 2019-04-02

Family

ID=52993425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480057994.9A Expired - Fee Related CN105683525B (zh) 2013-10-23 2014-10-21 具有u型密封件的致动枢转轴面密封

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10024184B2 (zh)
KR (1) KR20160074552A (zh)
CN (1) CN105683525B (zh)
DE (1) DE112014004893T5 (zh)
WO (1) WO2015061241A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107269397A (zh) * 2017-08-18 2017-10-20 中国科学院工程热物理研究所 一种轻质轴承座结构
CN110418897A (zh) * 2017-03-22 2019-11-05 株式会社Ihi 旋转体、增压器以及旋转体的制造方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160074552A (ko) 2013-10-23 2016-06-28 보르그워너 인코퍼레이티드 U형 밀봉부를 갖는 작동 피봇 샤프트 페이스 밀봉부
EP3105421A4 (en) * 2014-01-23 2017-12-27 United Technologies Corporation Conformal air seal with low friction maxmet layer
US10329948B2 (en) * 2016-02-10 2019-06-25 Borgwarner Inc. Stamped variable geometry turbocharger lever using retention collar
EP3464964B1 (en) * 2016-05-25 2019-10-30 Sulzer Management AG A double mechanical seal, a stationary slide ring thereof and a pump housing in a centrifugal pump
EP3267079B1 (en) * 2016-07-08 2022-06-22 Goodrich Actuation Systems Limited Rotary sealing arrangement
DE102016225875A1 (de) * 2016-12-21 2018-06-21 MTU Aero Engines AG Turbomaschinen-Dichtungsanordnung
US10577958B2 (en) 2017-04-11 2020-03-03 Borgwarner Inc. Face seal assembly for variable turbine geometry turbocharger
US20180298771A1 (en) * 2017-04-12 2018-10-18 Borgwarner Inc. Polymeric actuation pivot shaft seal
US10590789B2 (en) * 2017-04-26 2020-03-17 Borgwarner Inc. Turbocharger radial seal
US10844465B2 (en) * 2017-08-09 2020-11-24 Garrett Transportation I Inc. Stainless steel alloys and turbocharger kinematic components formed from stainless steel alloys
JP6669707B2 (ja) * 2017-11-08 2020-03-18 本田技研工業株式会社 ウェイストゲート封止治具
CN108088829B (zh) * 2017-12-28 2024-04-26 湖南华南光电科技股份有限公司 基于荧光猝灭技术痕量炸药探测器的耗材密封结构
EP3667132A1 (de) * 2018-12-13 2020-06-17 Siemens Aktiengesellschaft Dichtungsanordnung für ein geteiltes gehäuse
FR3109416B1 (fr) * 2020-04-16 2022-05-06 Ntn Snr Roulements Dispositif d’étanchéité pour un palier à roulement

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT256553B (de) * 1964-03-13 1967-08-25 Ustav Pro Vyzkum Motorovych Vo Seitliche Abdichtung des Kreiskolbens im Gehäuse einer Rotationskolbenbrennkraftmaschine oder eines Rotationskolbenkompressors
JPS62110079A (ja) * 1985-11-08 1987-05-21 Hitachi Ltd 過給機用軸封装置
DE3833690A1 (de) * 1988-10-04 1990-04-12 Acla Werke Gmbh Radialwellendichtung
WO2005010412A2 (de) * 2003-07-25 2005-02-03 Ceramtec Ag Axialwellendichtung
EP1522691A1 (en) * 2003-10-08 2005-04-13 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Exhaust gas sealing system for turbocharger
JP2009257090A (ja) * 2008-04-11 2009-11-05 Toyota Motor Corp 可変容量型ターボチャージャ
US7857320B1 (en) * 2009-06-03 2010-12-28 Chang Ming S Bearing isolator seal with floating ring
DE102011114349A1 (de) * 2010-09-30 2012-04-05 Carl Freudenberg Kg Gleitringdichtung
CN102822472A (zh) * 2011-03-31 2012-12-12 丰田自动车株式会社 涡轮增压器

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2592728A (en) * 1948-12-04 1952-04-15 Crane Packing Co Rotary mechanical seal
US2976013A (en) * 1955-08-17 1961-03-21 Fairchild Engine & Airplane Turbine construction
US3026114A (en) 1957-05-21 1962-03-20 Remi J Gits Jr Rotary face seal device with fluid director
US3577833A (en) * 1969-07-11 1971-05-04 Milwaukee Cylinder Corp Fluid cylinder
US3672689A (en) * 1970-10-05 1972-06-27 Robert C Hadley Mechanical seal assemblies
DE2609635C3 (de) * 1976-03-09 1982-01-28 Fa. J. Gg. Büttner, 8500 Nürnberg Rückdichtung einer Armatur für heiße Medien
US4136887A (en) * 1977-10-04 1979-01-30 Borg-Warner Corporation Bellows type mechanical seal
US4211424A (en) 1979-04-16 1980-07-08 Stein Philip C Centrifugally compensated seal for sealing between concentric shafts
CA1126305A (en) * 1979-05-11 1982-06-22 Toshio Kawamura Seal assembly for a linkage
US4253713A (en) * 1979-10-22 1981-03-03 Disposable Waste Systems, Inc. High integrity fluid pressure rotary shaft seal
US4968044A (en) * 1987-12-14 1990-11-06 P And C Engineering And Development Rotary facial seal and bearing assembly
GB8904517D0 (en) * 1989-02-28 1989-04-12 Crane John Uk Ltd Seals
US5014999A (en) 1989-03-06 1991-05-14 Car-Graph, Inc. Pressure enhanced self aligning seal
US5207559A (en) * 1991-07-25 1993-05-04 Allied-Signal Inc. Variable geometry diffuser assembly
US5158305A (en) * 1992-01-31 1992-10-27 Eg&G Pressure Science, Inc. Pressure-energized two-element seal
US5172918A (en) * 1992-04-28 1992-12-22 John Crane Inc. Secondary seal for gas turbines
US5370403A (en) * 1992-12-16 1994-12-06 Durametallic Corporation Non-contacting face seal
US5799953A (en) * 1995-05-25 1998-09-01 American Variseal Capped spring-energized seal
GB9706172D0 (en) * 1997-03-25 1997-05-14 Crane John Uk Ltd Improvements in and relating to spring energised plastic seals
JP2000193044A (ja) * 1998-12-25 2000-07-14 Purutonchen Kk チェ―ンにおけるリンク結合部の給油構造
EP1039184A1 (en) * 1999-03-22 2000-09-27 Dresser Rand S.A Shaft seal
US6398223B1 (en) * 2000-08-21 2002-06-04 John Crane Inc. Mechanical face seal
US6364605B1 (en) * 2000-08-25 2002-04-02 Corken, Inc. Regenerative turbine pump
US6568686B2 (en) * 2000-12-05 2003-05-27 Am-Metric Seal, Inc. Mechanical rotary seal
US6866271B2 (en) * 2002-02-05 2005-03-15 Duramax Marine, Llc Marine shaft seal with lip seal, bearing and gasket
US7604239B2 (en) * 2002-09-30 2009-10-20 Garlock Scaling Technologies LLC Split bearing isolator and a method for assembling seal
US7461846B2 (en) * 2002-09-30 2008-12-09 Garlock Sealing Technologies Llc Bearing isolator with porous seal
EP1644625B1 (en) * 2003-07-11 2012-02-22 LEAVESLEY, Malcolm George Turbocharger apparatus having an exhaust gas sealing system for preventing gas leakage from the turbocharger apparatus
US7419164B2 (en) 2006-08-15 2008-09-02 General Electric Company Compliant plate seals for turbomachinery
WO2009009735A2 (en) 2007-07-11 2009-01-15 Borgwarner Inc. Variable geometry turbocharger with stand-off members
SE532161C2 (sv) * 2008-03-13 2009-11-03 Itt Mfg Enterprises Inc Axialtätningsarrangemang, monteringsmetod och monteringsfixtur
WO2010113006A1 (en) * 2009-03-30 2010-10-07 Saint-Gobain Performance Plastics Pampus Gmbh Seal ring for exhaust gas recirculation system
IT1397733B1 (it) * 2010-01-15 2013-01-24 I E S Internat Expanding Shafts S R L Anello di frizione per alberi a frizione, particolarmente per il riavvolgimento di bobine.
WO2012075254A2 (en) * 2010-12-01 2012-06-07 Parker-Hannifin Corporation Bearing isolator seal
RU2013135639A (ru) * 2011-01-07 2015-02-20 Боргварнер Инк. Способ уплотнения с поджиманием пружиной для приводного вала
DE102011077766A1 (de) * 2011-06-17 2012-12-20 Elringklinger Ag Betätigungseinrichtung für ein Abgasstrom-Steuerelement eines Abgasturboladers
JP5118767B1 (ja) * 2011-09-22 2013-01-16 三菱重工業株式会社 ターボチャージャのシールリング組付け方法及びターボチャージャ
CN104220769B (zh) * 2012-03-15 2018-03-30 Skf公司 具有内部面密封表面的旋转卡盘密封件
JP5966786B2 (ja) * 2012-09-10 2016-08-10 株式会社Ihi 可変容量型過給機
JP6163789B2 (ja) * 2013-03-01 2017-07-19 株式会社Ihi 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機
US9008514B2 (en) * 2013-06-22 2015-04-14 Mark E. Boduch Method and apparatus for construction of compact optical nodes using wavelength equalizing arrays
KR20160074552A (ko) 2013-10-23 2016-06-28 보르그워너 인코퍼레이티드 U형 밀봉부를 갖는 작동 피봇 샤프트 페이스 밀봉부
JP6331736B2 (ja) * 2014-06-13 2018-05-30 株式会社Ihi 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機
CA2895849C (en) * 2014-07-09 2019-10-15 Saint-Gobain Performance Plastics Corporation Polymer seal assembly

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT256553B (de) * 1964-03-13 1967-08-25 Ustav Pro Vyzkum Motorovych Vo Seitliche Abdichtung des Kreiskolbens im Gehäuse einer Rotationskolbenbrennkraftmaschine oder eines Rotationskolbenkompressors
JPS62110079A (ja) * 1985-11-08 1987-05-21 Hitachi Ltd 過給機用軸封装置
DE3833690A1 (de) * 1988-10-04 1990-04-12 Acla Werke Gmbh Radialwellendichtung
WO2005010412A2 (de) * 2003-07-25 2005-02-03 Ceramtec Ag Axialwellendichtung
EP1522691A1 (en) * 2003-10-08 2005-04-13 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Exhaust gas sealing system for turbocharger
JP2009257090A (ja) * 2008-04-11 2009-11-05 Toyota Motor Corp 可変容量型ターボチャージャ
US7857320B1 (en) * 2009-06-03 2010-12-28 Chang Ming S Bearing isolator seal with floating ring
DE102011114349A1 (de) * 2010-09-30 2012-04-05 Carl Freudenberg Kg Gleitringdichtung
CN102822472A (zh) * 2011-03-31 2012-12-12 丰田自动车株式会社 涡轮增压器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110418897A (zh) * 2017-03-22 2019-11-05 株式会社Ihi 旋转体、增压器以及旋转体的制造方法
CN110418897B (zh) * 2017-03-22 2021-07-09 株式会社Ihi 旋转体、增压器以及旋转体的制造方法
US11530706B2 (en) 2017-03-22 2022-12-20 Ihi Corporation Rotating body, turbocharger, and rotating body manufacturing method
CN107269397A (zh) * 2017-08-18 2017-10-20 中国科学院工程热物理研究所 一种轻质轴承座结构

Also Published As

Publication number Publication date
DE112014004893T5 (de) 2016-07-14
US20160237838A1 (en) 2016-08-18
CN105683525B (zh) 2019-04-02
WO2015061241A1 (en) 2015-04-30
KR20160074552A (ko) 2016-06-28
US10024184B2 (en) 2018-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105683525A (zh) 具有u型密封件的致动枢转轴面密封
US10006352B2 (en) Turbine wastegate
US8984880B2 (en) Turbine wastegate
US8499557B2 (en) Variable flow wastegate
CN102828785B (zh) 带有叶片密封环的涡轮增压器可变喷嘴组件
CN101896692B (zh) 用于涡轮增压器的具有由径向构件定位的喷嘴环的可变喷嘴
KR102142331B1 (ko) 터빈 웨이스트게이트
JP2009534569A (ja) 調節可能なタービン形状と羽根保持リングの圧力補償開口部を有するターボチャージャ
US10883418B2 (en) Turbocharger for an internal combustion engine
JP2005299660A5 (zh)
JP2005299660A (ja) 可変形態タービン
KR20140119128A (ko) 가변 터빈 구조를 구비한 혼류 터보차저
EP3103988B1 (en) Turbocharger with variable-vane turbine nozzle having a bypass mechanism integrated with the vanes
US8904785B2 (en) Turbine wastegate
CN102434229A (zh) 可变几何涡轮机
US10385722B2 (en) Adjustment ring damper
US20150315964A1 (en) Asymmetric actuator pivot shaft bushing for vtg turbocharger
KR20150097576A (ko) 볼류트에 구획 베인을 구비한 터빈 하우징
CN103806948B (zh) 涡轮增压器和用于它的可变喷嘴筒体
JP2010071140A (ja) 可変容量ターボチャージャ
KR102102334B1 (ko) 가변 구조 터보차저 메커니즘을 위한 일체형 베인 정지부
CN217002047U (zh) 涡轮机旁通阀和涡轮增压器
JPS60187715A (ja) ノズルレスタ−ボチヤ−ジヤ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into 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: 20190402

Termination date: 20211021

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee