CN109322823A - 一种用于燃料电池的罗茨氢循环泵端面密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池的罗茨氢循环泵端面密封结构，包括设在循环泵转子每个叶片端面且沿其径向分布的梯形凹槽，梯形凹槽底面设有用于放置弹簧的小孔，密封条安装在梯形凹槽内，并可在梯形凹槽内沿转子轴向移动；在转子上表面加盖气缸端面盖板后，在弹簧力作用下，密封条顶面与气缸端面盖板紧密接触，实现罗茨氢循环泵端面密封。该结构不再依靠转子和机壳的加工精度保证，降低了零件的加工要求。减小了罗茨氢循环泵的内泄漏，提高了容积效率。

Description

一种用于燃料电池的罗茨氢循环泵端面密封结构
技术领域
本发明属于燃料电池用罗茨泵技术领域，涉及一种罗茨氢循环泵的端面密封结构。
背景技术
燃料电池汽车(fuel-cell vehicle，FCV)以其高效率和近零排放，被普遍认为是未来最有可能取代目前传统燃油汽车的车型，具有广阔的发展前景。作为燃料电池系统中的一个重要部件，氢循环泵对燃料电池的性能有着重要的影响，罗茨泵具有结构简单、调节范围广、可无油压缩的优点，并且具有小型、轻便、低成本等优势，可满足新能源汽车使用要求。
罗茨鼓风机、罗茨泵广泛运用于各行各业。目前，其叶轮端面和气缸端面之间一直保持间隙配合，以防止叶轮和端板刮擦损坏和卡死。
转子端面和气缸端面的间隙主要依靠零件加工精度来保证，但仍旧存在较大的间隙。该间隙造成了机内气体的泄漏，导致了罗茨泵容积效率的降低，压力难以升高和较大的功率损失。当罗茨泵作为氢循环泵使用时，由于氢气密度小，分子量小，使处于排气腔的氢气更容易通过间隙发生泄露，因此急需一种密封装置来改善间隙配合和缺陷。
燃料电池中，氢循环泵是一个重要的辅机设备，具有提高氢气利用率、防止阳极水淹、代替阳极加湿器的作用。燃料电池氢循环泵的研发对于提高燃料电池的性能同时降低成本具有很大的意义。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种能实现径向密封的罗茨氢循环泵，该罗茨氢循环泵的主动转子和从动转子配合转动，使泵腔内的工质转移，从而实现对介质的输送。能够减小罗茨氢循环泵的径向泄漏，提高容积效率。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种用于燃料电池的罗茨氢循环泵端面密封结构，包括设在循环泵转子每个叶片端面且沿其径向分布的梯形凹槽，梯形凹槽底面设有用于放置弹簧的小孔，密封条安装在梯形凹槽内，并可在梯形凹槽内沿转子轴向移动；在转子上表面加盖气缸端面盖板后，在弹簧力作用下，密封条顶面与气缸端面盖板紧密接触，实现罗茨氢循环泵端面密封。
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：
进一步，密封条安装在凹槽内，在弹簧力自由支撑下，密封条与凹槽周壁不接触，密封条顶面高于转子端面0.2—0.3mm。
进一步，当叶片端面加封气缸端面盖板后，密封条上端面与气缸端面盖板紧密接触，密封条顶面高于转子端面0.04—0.1mm，转子端面与气缸端面盖板之间存在间隙a；密封条斜面与梯形凹槽斜面紧密接触，密封条底面与梯形凹槽底面保持间隙b。
进一步，所述密封条的顶面与斜面之间设有圆形倒角。
进一步，所述梯形凹槽为沿其四个侧壁均呈锥形的凹槽，密封条与梯形凹槽的形状相对应。
进一步，所述梯形凹槽设在转子每个叶片沿轴心至叶片顶点的连线上，且各梯形凹槽结构相同、对称分布。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
本发明提供的氢循环泵转子与机壳内壁的密封结构，设计巧妙，结构简单，转子每个叶片的两个端面设有梯形凹槽，凹槽底面设有小孔，小孔内放置弹簧。氢泵安装完成后，密封条顶面与缸盖面在弹簧力的作用下保持微压力接触，实现了端面密封的目的。这种设计使转子与盖板之间的密封性得到有效提高，阻止了工质在此处的泄露，从而提高了氢循环泵的效率。同时。密封件与气缸端面盖板接触的密封面设有圆形倒角，减小了密封件对循环泵机壳的损伤。
此外，转子和气缸端面盖板主要依靠密封件和盖板接触来进行密封，不再需要非常高的加工进度保证转子和盖板之间的间隙，降低了零件的加工要求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明所述罗茨氢循环泵的关键部位示意图；
图2为本发明所述罗茨氢循环泵转子、弹簧、密封条的三维图组装图；
图3为本发明所述罗茨氢循环泵密封条的三维图；
图4为本发明所述罗茨氢循环泵密封条的剖面图；
图5为罗茨氢循环泵密封的示意图，沿平行于凹槽方向剖分；
图6为图5中A部分的放大图；
图7为罗茨氢循环泵密封的示意图，沿垂直于凹槽方向剖分；
图8为密封条在没有端板的情况下的剖分示意图。
附图中：1.端面盖板；2.密封条；3.弹簧；4.转子；5.间隙a；6.间隙b。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参见图1和图2，本发明的罗茨氢循环泵采用三叶转子，主动转子与从动转子配合转动从而实现对氢气的输送。
参考图2和图3，转子4每个叶片两侧端面设有沿其径向分布的梯形凹槽，梯形凹槽为沿其四个侧壁均呈锥形的凹槽，密封条与梯形凹槽的形状相对应。梯形凹槽设在转子每个叶片沿轴心至叶片顶点的连线上，且各梯形凹槽结构相同、对称分布。梯形凹槽底面沿移动距离间隔设有两个小孔，小孔内放置有弹簧3。密封条2安装在凹槽内，可沿凹槽沿转子在轴向移动，保持略大于转子端面A’与端面盖板间隙的活动量。转子端面上的梯形凹槽靠近外圆部分的台阶阻挡密封条在离心力的作用下飞出。密封条采用自润滑材料。
参考图4和图8，当没有安装气缸端面端板1时，在弹簧力自由支撑下，密封条底面C及斜面B与凹槽不接触，顶面A高于转子端面0.2—0.3mm。
参考图5、图6和图7，当安装好循环泵气缸端面盖板1后，转子4端面A’与气缸端面盖板之间存在间隙a5。密封条2在气缸端面盖板1的挤压下向转子4方向移动，其斜面B与凹槽斜面B’紧密接触，其底面C与凹槽底面C’保持间隙b6，其顶面A高于转子4端面A’0.04—0.1mm，并与气缸端面盖板1面紧密接触，实现端面密封。
参考图7，密封条的顶面与斜面之间设有圆形倒角，在与气缸端面盖板接触时平滑过渡。减少了在循环泵工作时对盖板的磨损。
采用本发明提供的氢循环泵转子与机壳内壁的密封结构，避免了燃料电池汽车燃料电池排气腔的氢气容易通过间隙发生泄露问题，不再需要非常高的加工精度来保证转子和盖板之间的间隙，从而降低了零件的加工要求，提高了氢循环泵的效率。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于燃料电池的罗茨氢循环泵端面密封结构，其特征在于：包括设在循环泵转子每个叶片端面且沿其径向分布的梯形凹槽，梯形凹槽底面设有用于放置弹簧的小孔，密封条安装在梯形凹槽内，并可在梯形凹槽内沿转子轴向移动；在转子上表面加盖气缸端面盖板后，在弹簧力作用下，密封条顶面与气缸端面盖板紧密接触，实现罗茨氢循环泵端面密封。
2.根据权利要求1所述一种用于燃料电池的罗茨氢循环泵端面密封结构，其特征在于：密封条安装在凹槽内，在弹簧力自由支撑下，密封条与凹槽周壁不接触，密封条顶面高于转子端面0.2—0.3mm。
3.根据权利要求1所述一种用于燃料电池的罗茨氢循环泵端面密封结构，其特征在于：当叶片端面加封气缸端面盖板后，密封条上端面与气缸端面盖板紧密接触，密封条顶面高于转子端面0.04—0.1mm，转子端面与气缸端面盖板之间存在间隙a；密封条斜面与梯形凹槽斜面紧密接触，密封条底面与梯形凹槽底面保持间隙b。
4.根据权利要求1所述一种用于燃料电池的罗茨氢循环泵端面密封结构，其特征在于：所述密封条的顶面与斜面之间设有圆形倒角。
5.根据权利要求1所述一种用于燃料电池的罗茨氢循环泵端面密封结构，其特征在于：所述梯形凹槽为沿其四个侧壁均呈锥形的凹槽，密封条与梯形凹槽的形状相对应。
6.根据权利要求1-5任一项所述一种用于燃料电池的罗茨氢循环泵端面密封结构，其特征在于：所述梯形凹槽设在转子每个叶片沿轴心至叶片顶点的连线上，且各梯形凹槽结构相同、对称分布。
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