CN107407425B

CN107407425B - 用于流体动力机械的密封装置

Info

Publication number: CN107407425B
Application number: CN201680021273.1A
Authority: CN
Inventors: J·费尔姆
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2019-03-26
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: DE112016001155T5; WO2016175695A1; CN107407425A; SE1550540A1; DE112016001155B4; SE540190C2

Abstract

本发明涉及一种用于流体动力机械的密封装置。流体动力机械包括壳体(8)、延伸穿过壳体(8)的开口(8a)的旋转轴(9)、布置在壳体(8)中并连接到旋转轴(9)的旋转部件(2)、密封装置(15，16)以及润滑通路。密封装置包括：固定部分(15)，其连接到壳体(8)并且包括设置有第一环形密封面(15b)的第一密封环(15a)；可旋转部分(16)，其连接到旋转部件(2)并且包括设置有第二环形密封面(16b)的第二密封环(16a)，第二环形密封面(16b)构造成密封地抵靠第一环形密封面(15b)；以及润滑通路，其构造成向密封面(15b，16b)供给润滑剂。润滑通路包括形成在环形密封面的径向外侧部分(15b₁，16b₁)和环形密封面的径向内侧部分(15b₂，16b₂)之间的空间中的润滑通道(15c)。

Description

用于流体动力机械的密封装置

技术领域

本发明涉及用于流体动力机械的密封装置。

背景技术

诸如流体动力学减速器的流体动力机械包括布置在壳体中的定子和转子。定子和转子可以具有基本对应的设计，其中多个叶片布置在相应的环形壳中。定子和转子被布置成使得环形壳一起形成环形空间。在减速器的启动期间，工作介质被供应到环形空间。延伸穿过壳体的开口的旋转轴将旋转运动从车辆的传动系传递到转子。为了防止工作介质从壳体泄漏出来，机械面密封件通常设置在壳体开口与旋转轴之间的空间内。机械面密封件包括连接到壳体的密封环和与轴一起旋转的密封环。密封环包括彼此抵接的高度平坦的密封面。在操作期间，密封环的密封面相对于彼此滑动。工作介质可以是油、水或水混合物。已经发现当使用水或水混合物作为工作介质时，密封面相对较快地磨损。

WO 2011/082759示出包括布置在壳体内的定子和转子的流体动力学减速器。驱动轴驱动转子。驱动轴通过滑动环密封件相对于壳体被密封，以防止工作介质在驱动轴和壳体之间逸出。滑动环密封件具有密封液体供应以冷却和/或润滑滑动环密封件。滑动环密封件具有第一滑动环和第二滑动环，该第一滑动环和第二滑动环布置成沿径向方向同心地彼此封闭，并且每个具有密封面，并且与配合元件一起相对于驱动轴密封在径向上运转的密封间隙。密封液体通道在两个密封面之间沿径向方向通向滑动环密封件，以便用密封液体冷却和/或润滑两个密封面。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于流体动力机械的密封装置，其中密封面实现冷却和润滑，所述密封装置与流体动力机械中使用的工作介质基本上无关地防止密封面的磨损。

上述目的通过密封装置实现。密封装置将限定壳体的开口的表面与具有穿过开口的延伸部的旋转轴之间的空间密封。密封装置包括连接到壳体并具有环形密封面的第一密封环和连接到旋转部件并具有环形密封面的第二密封环，第二密封环的环形密封面构造成密封地抵靠第一密封环的密封面。即使密封面具有非常高的平坦度和平滑度，当密封环彼此接触滑动时也被加热。为了冷却密封面并减少密封面之间的磨损，润滑剂被供应到形成在环形密封面的径向外侧部分与环形密封面的径向内侧部分之间的空间中的润滑通道。向润滑通道供应润滑剂以非常有效的方式冷却密封面的径向外侧部分以及密封面的径向内侧部分，与流体动力机械中使用的工作介质基本上无关。

根据本发明的实施方式，润滑通道形成为圆弧。在这种情况下，润滑通道位于与旋转轴的旋转轴线恒定的径向距离处。因此，密封面的径向外侧部分以及密封面的径向内侧部分的径向延伸将是恒定的。然而，可以赋予润滑通道沿着密封面的基本上任意形状，这里润滑剂以有利的方式润滑密封面的径向外侧部分以及密封面的径向内侧部分。

根据本发明的实施方式，润滑通道几乎完全围绕环形密封面延伸。在这种情况下，可以以有利的方式冷却和润滑环形密封面周围的所有区域。润滑通道可围绕环形密封面延伸至少350°。或者，可以使用沿着环形密封面的不同部分延伸的两个或更多个分离的润滑通道。

根据本发明的实施方式，润滑通道包括设置有入口孔的端部以及具有出口孔的相对端部，润滑剂在所述入口孔处进入润滑通道，润滑剂在所述出口孔处离开润滑通道。入口孔和出口孔的这种定位确保润滑剂沿整个润滑通道流动。然而，可以提供具有多个入口孔和多个出口孔的润滑通道。入口孔和/或出口孔可以延伸穿过第一密封环。以贯穿第一不可旋转密封环的通孔的形式布置润滑通道的入口孔和出口孔是实际而相对容易的。

根据本发明的实施方式，润滑通道的端部通过具有比润滑通道更小的横截面积的润滑通路相互连接。在这种情况下，润滑通道和润滑通路一起形成连续的环形润滑通道。这种润滑通道将径向外侧密封部分与径向内侧密封部分完全分开。润滑通路设计有流动区域，所述流动区域的尺寸使得其不会对通过润滑通道的润滑剂流动产生显着影响。

根据本发明的实施方式，第二密封环围绕旋转轴的旋转轴线沿特定的旋转方向旋转，其中润滑通道被设计成使得润滑剂在润滑通道中围绕所述旋转轴线沿同一转方向流动。因此，第二密封环的旋转运动有助于将润滑通道中的润滑剂流从入口孔驱动到出口孔。

根据本发明的实施方式，润滑通道由至少一个密封面中的凹槽限定。第一密封环和第二密封环的环形密封面是平坦的。为了将润滑通道设置在密封面的径向外侧部分与径向内侧部分之间，需要将凹槽设置在至少一个密封面中。优选地，润滑通道由第一密封环的密封面中的凹槽和第二密封环的密封面的平坦部分限定。两个密封环均由硬质材料制成。

根据本发明的一个实施方式，密封装置包括构造成将密封环的密封面压靠在彼此上的动力构件。必须用一定的力将密封面彼此按压，以在密封面之间提供紧密的密封。动力构件可以是弹簧构件。通过适当设定尺寸的弹簧构件，可以提供适当大小的力将密封面压在一起。此外，通过密封装置的适当设计，壳体内部的压力可以有助于将密封环的密封面彼此压紧。

根据本发明的实施方式，密封装置的固定部分包括所述弹簧构件和环形安装单元，固定部分通过所述环形安装单元可释放地安装在壳体中。密封装置的这种固定部分包括很少的部件。环形安装单元可以包括从壳体中的润滑入口管线接收润滑剂的入口通道和将润滑剂输送到壳体中的润滑剂出口管线的出口通道。因此，密封装置的固定部分的安装单元和第一密封环包括向润滑通道并且从润滑通道供应润滑剂的润滑通路的一部分，润滑剂在所述润滑通道处润滑并冷却密封面。

根据本发明的实施方式，密封装置的可旋转部分包括固定地设置在旋转部件上并且支撑第二密封环的环形支撑构件。通过这种支撑构件，可以像第一密封环那样将第二密封环相对于旋转轴支撑在相应的径向位置。第二密封环可以通过橡胶密封件支撑在环形支撑构件上。橡胶密封件在第二密封环和环形支撑构件之间提供紧密连接。此外，所述橡胶密封件提供第二密封环相对于第一密封环的稍微弹性的支撑，其有助于密封环的环形密封面之间的紧密抵接。

根据本发明的一个实施方式，润滑剂是冷却剂。在某些流体动力学装置如流体动力学减速器中，使用冷却剂而不是油作为工作介质。在这种情况下，密封面磨损的风险较高。鉴于这个事实，使用根据本发明的密封装置在使用除油以外的其它介质的流体动力机中是特别合适的。

附图说明

在下文中，作为示例，参照附图描述本发明的优选实施方式，其中：

图1示出具有根据本发明的密封装置的流体动力学减速器的横截面视图，

图2更详细地示出图1中的第一密封环，

图3示出到密封装置的入口孔的横截面视图，

图4示出密封装置的弹性部分的横截面视图，以及

图5示出密封装置的出口孔的横截面视图。

具体实施方式

图1示出由内燃机或电动发动机驱动的车辆减速器形式的流体动力学制动器。减速器包括定子1和转子2。定子1具有带有多个叶片4的环形壳3。叶片4通常沿着环形壳3等间隔地布置。转子2具有相应的设计并且包括环形壳5，环形壳5包括多个叶片6。叶片6通常以相等间隔布置。定子1和转子2的壳体3、5布置成它们一起形成环形空间7。定子1牢固地布置在车辆的固定表面上。壳体8包围定子1和转子2。转子2包括轴部分2a，轴部分2a牢固地连接到延伸穿过壳体的开口8a的旋转轴9。旋转轴9围绕旋转轴线A可旋转地设置。旋转轴9的外侧部分与车辆的传动系接合。因此，转子2将因此与车辆的传动系一起旋转。

为了对流体动力学制动器施加制动作用，向环形空间7供应工作介质。在这种情况下，工作介质是从冷却车辆发动机的冷却系统供给的冷却剂。冷却剂通过冷却剂通道10和定子1中的多个孔11被供给到环形空间7。在制动过程中，冷却剂的动能被转换成环形空间7中的热能。冷却剂通过多个孔19在高压下离开环形空间7。高压由环形空间7中的高介质流量产生。多个孔19将冷却剂引导到冷却剂通道20，然后引导到冷却系统。冷却剂还通过定子1和转子2的径向外侧部分之间的圆形孔12连接到圆形槽13。圆形槽13连接到位于壳体8和转子2的外表面之间的空间14。因此，具有相应高压的冷却剂进入空间14。密封装置构造成防止冷却剂经由壳体8的开口8a从空间14泄漏到环境。

密封装置包括连接到壳体8的固定部分15和牢固地连接到旋转轴9的可旋转部分16。固定部分15包括在图2-5中更详细地示出的第一密封环15a。可旋转部分16包括第二密封环16a，第二密封环16a在图3-5中更详细地示出。图2示出处于分离状态的第一密封环15a。第一密封环15a可以由碳或另一种硬质材料构成。第一密封环15a的一侧包括设置有圆弧形槽15c的平坦的环形密封面15b。弧形槽15c围绕环形密封面15b延伸近一圈。入口孔15d位于弧形槽15c的一端，出口孔15e位于弧形槽15c的相反端。入口孔15d和出口孔15e是延伸穿过第一密封环15a的通孔。入口孔15d和出口孔15e位于距彼此相对短的距离处。冷却剂经由入口孔15d进入弧形槽15c，并且经由出口孔15e离开弧形槽15c。润滑通路18设置在润滑通道15c的端部之间。润滑通路18具有比润滑通道15c更小的流动面积。因此，通过该润滑通路的润滑剂流量比通过润滑通道15c的润滑剂流量小。润滑通路18和润滑通道15c将第一密封环15的径向外密封面15b₁和径向内密封面15b₂彼此分开。在图2中用虚线表示的多个弹簧构件17在与包括密封面15b和弧形槽15c的一侧相对的一侧上以相等或几乎相等的间隔布置。

图3示出当处于安装状态时穿过第一密封环15a的入口孔15d的横截面视图。密封装置的固定部分15包括环形固定单元15f。环形固定单元15f通过合适的安装元件15g可拆卸地安装在壳体8的环形凹部中。环形固定单元15f包括弹簧构件17和第一密封环15a。壳体8包括冷却剂入口管线8a，所述冷却剂入口管线将压力p₁下的冷却剂引导到固定单元15f的入口通道15h。入口通道15h将冷却剂经由入口孔15d引导到弧形槽15c的入口部分。第一密封环15a的密封面15b包括径向外侧部分15b₁，所述径向外侧部分布置在弧形槽15c的径向外侧并且在这里与第二密封面16b的径向外侧部分16b₁接触。密封面15b包括径向内侧部分15b₂，所述径向内侧部分设置在凹槽15c的径向内侧并且在这里与第二密封面16b的径向内侧部分16b₂接触。第一密封环15a和第二密封环16a可以由碳、碳化硅、陶瓷或碳化钨或等同的硬质材料制成。第二密封环16a包括固定地设置在转子2的轴部分2a上的环形支撑构件16c。支撑构件16c通过橡胶密封件16d或类似材料支撑第二密封环16a，以确保紧密连接。

图4示出包括弹簧构件17中的一个的第一密封环15a的一部分的横截面视图。弹簧构件17是布置在固定单元的凹部中的压缩弹簧。弹簧构件17作用在凹部的底面与位于密封面15b和弧形槽15c相反侧的第一密封环15a的表面之间。因此，弹簧构件17在第一密封环15a上作用弹簧力，将第一密封环15a的密封面15b压靠在第二密封环16a的密封面16b上。

图5示出通过第一密封环15a的出口孔15e的横截面图。当冷却剂已经通过由第一密封环15a中的弧形槽15c和第二密封环16a的平坦表面形成的润滑通路时，冷却剂离开润滑通路并进入出口孔15e。出口孔15e将冷却剂引导到固定单元15f中的出口通道15i，于是冷却剂经由壳体8中的出口管线8b在因为压降而略低于压力p₁的压力p₃下被引导回冷却系统。

环境空气压力p₀占据壳体8的外部。冷却剂在对应于冷却系统中的冷却剂压力的一定的正压力p₁下连续地供应到弧形槽15c。当减速器被启动时，冷却剂进入环形空间7并进入壳体8和转子2之间的空间14。在高制动转矩下，压力p₂高于压力p₁和p₃。在低制动转矩下，压力p₂可能低于压力p₁和p₃。第一密封环15a的径向外侧密封面15b₁和第二密封环16a的径向外侧密封面16b₁提供壳体8中具有压力p₂的冷却剂与弧形槽15c中靠近入口孔15d处具有压力p₁和靠近出口孔15e处具有压力p₃的冷却剂之间的紧密密封。第一密封环15a的径向内侧密封面15b₂和第二密封环16a的径向内侧密封面16b₂提供弧形槽15c中靠近入口孔15d处具有压力p₁和靠近出口孔15e处具有压力p₃的冷却剂与壳体8外部具有环境空气压力p₀的冷却剂之间的紧密密封。结果，密封装置提供在壳体8中的空间14中的高冷却剂压力p₂与环境空气压力p₀之间以两级作用的密封。这种密封装置以非常有效的方式防止冷却剂泄漏到环境空气中。

当车辆行驶时，车辆的动力传动系提供转子2的旋转运动。结果，第二密封环16a的密封面16b与第一密封环15a的密封面15b滑动接触。不可避免地，密封面15b、16b之间的摩擦产生热量。为了冷却密封面15b、16b并减小密封面15b、16b的磨损，通过壳体8中的入口管线8a、入口通道15d和入口孔15c从冷却系统连续地将冷却剂供给到第一密封环15a的弧形槽15c。在弧形槽15c中，冷却剂与位于第二密封面16b的径向外侧部分16b₁与径向内侧部分16b₂之间的密封面16b的平坦部分16b₃接触。当冷却剂沿着弧形槽15c流动时，其以非常有效的方式冷却并润滑密封面15b、16b的径向外侧部分15b₁、16b₁以及密封面15b、16b的径向内侧部分15b₂、16b₂。由于弧形槽15c围绕第一密封环15a几乎延伸一圈，所以冷却剂冷却并润滑整个密封面15b、16b。此外，第二密封环16a沿着一个方向旋转，从而使得其促进从包括入口孔15d的端部到包括出口孔15e的端部沿着圆弧形槽15c的冷却剂流动。

本发明不限于所描述的实施方式，而是可以在权利要求的范围内自由变化。

Claims

1.一种用于流体动力机械的密封装置，

其中所述流体动力机械包括壳体（8）、延伸穿过壳体（8）的开口（8a）的旋转轴（9）、布置在壳体（8）中并连接到旋转轴（9）的旋转部件（2）以及被构造成将限定壳体的开口（8a）的表面与旋转轴（9）之间的空间密封的密封装置，

其中密封装置包括：固定部分（15），其连接到壳体（8）并且包括设置有第一环形密封面（15b）的第一密封环（15a）；可旋转部分（16），其连接到旋转部件（2）并且包括设置有第二环形密封面的第二密封环（16a），所述第二环形密封面配置成密封地抵靠第一环形密封面（15b）；以及润滑通路，其构造成向环形密封面供给润滑剂，

其特征在于，

润滑通路包括形成在环形密封面的径向外侧部分（15b₁，16b₁）与环形密封面的径向内侧部分（15b₂，16b₂）之间的空间中的润滑通道（15c），

其中润滑通道（15c）形成为圆弧，并且围绕环形密封面（15b，16b）延伸至少350°，以及

其中润滑通道（15c）的两个端部通过具有比润滑通道（15c）更小的横截面积的润滑通路（18）彼此连接。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，润滑通道（15c）包括设置有入口孔（15d）的端部以及具有出口孔（15e）的相反端部，润滑剂在所述入口孔处进入润滑通道（15c），润滑剂在所述出口孔处离开润滑通道（15c）。

3.根据权利要求2所述的密封装置，其特征在于，入口孔（15d）和/或所述出口孔（15e）延伸穿过第一密封环（15a）。

4.根据前述权利要求2或3所述的密封装置，其特征在于，第二密封环（16a）围绕旋转轴（9）的旋转轴线（A）沿特定旋转方向旋转，其中润滑通道（15c）被设计成使得润滑剂在润滑通道（15c）中围绕旋转轴线（A）沿同一旋转方向流动。

5.根据权利要求2或3所述的密封装置，其特征在于，所述润滑通道由至少一个环形密封面中的凹槽限定。

6.根据权利要求5所述的密封装置，其特征在于，所述润滑通道由所述第一环形密封面（15b）中的凹槽和第二环形密封面的平坦部分限定。

7.根据权利要求2或3所述的密封装置，其特征在于，密封装置包括构造成将环形密封面压靠在彼此上的动力构件（17），其中密封装置的固定部分（15）包括动力构件（17）和环形安装单元（15f），固定部分能够通过所述环形安装单元可释放地安装在壳体（8）中。

8.根据权利要求7所述的密封装置，其特征在于，环形安装单元（15f）包括从壳体（8）中的润滑入口管线（8a）接收润滑剂的入口通道（15h）和将润滑剂输送到壳体（8）中的润滑出口管线（8b）的出口通道（15i）。

9.根据权利要求2或3所述的密封装置，其特征在于，密封装置的可旋转部分（16）包括环形支撑构件（16c），所述环形支撑构件固定地设置在旋转部件（2）上并且支撑第二密封环（16a）。

10.根据权利要求9所述的密封装置，其特征在于，第二密封环（16a）经由密封构件（16d）安装在环形支撑构件（16c）上。

11.一种流体动力机械，其包括根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其中润滑剂是冷却剂。

12.一种车辆，其包括根据权利要求11所述的流体动力机械。