CN110226061A - 内燃发动机中的非接触式轴密封装置和密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于密封延伸穿过开口(12)的可旋转轴(10)的非接触式轴密封装置(16)，该装置包括迷宫式密封(12)并具有定子部分(20)和转子部分(18)。该密封装置(16)还包括鼓风机装置(28)，该鼓风机装置在轴密封装置(16)的第一轴向端部(38)处布置到轴密封装置(16)的转子部分(18)，并被构造成向迷宫式密封(22)引入反压力。本发明还涉及一种内燃发动机(100)中的密封组件。

Description

内燃发动机中的非接触式轴密封装置和密封组件

技术领域

本发明涉及一种用于密封延伸穿过开口的可旋转轴的非接触式轴密封装置，该装置包括迷宫式密封并具有定子部分和转子部分。

本发明还涉及一种内燃发动机中的密封组件，其中内燃发动机设有主体，该主体从外部空间界定发动机的内部空间，并且其中可旋转轴布置成延伸穿过该主体中的开口。

背景技术

在内燃活塞发动机的领域中众所周知的是，这种发动机包括从发动机的主体向外延伸的一个或多个轴。通常，与轴的引入口相关地布置轴承，以用于将轴旋转地支撑到主体，但是在旋转轴和固定的主体之间至少必须存在某种密封，以在引入口附近防止或至少最小化污垢物进入到发动机中和/或存在于发动机中的润滑介质或其它流体泄漏到发动机内部。

类似的问题可出现在发动机内部的不同隔室之间，其中不同的流体处于主体壁的相反侧，轴延伸穿过该主体壁。

JP S 6049170 A公开了一种用于轴的迷宫式密封系统，该迷宫式密封系统提出通过穿过旋转轴钻出轴向孔，并通过径向孔将该孔的一侧连接到迷宫式腔室，从而通过由旋转轴的旋转产生的离心力将密封空气供应到迷宫式腔室，来消除用于密封空气的鼓风机的需要。这种解决方案要求轴的端部必须是开放的，以便允许空气流动。另外，在轴中钻孔显著降低了轴的强度。

本发明的目的是提供一种内燃发动机中的非接触式轴密封装置和密封组件，其中与现有技术的解决方案相比，其性能显著提高。

发明内容

本发明的目的可以如独立权利要求和描述本发明不同实施方式的更多细节的其它权利要求中所公开的那样来基本实现。

根据本发明的实施方式的一种用于密封延伸穿过开口的可旋转轴的非接触式轴密封装置包括迷宫式密封，并且该非接触式轴密封装置设有定子部分和转子部分。该密封装置还包括鼓风机装置，该鼓风机装置在轴密封装置的第一轴向端部处布置到轴密封装置的转子部分，该鼓风机装置被构造成向迷宫式密封引入反压力。

这种轴密封件的结合密封效果的方式得到了改进，因为鼓风机装置向迷宫式密封有效地产生反压力，从而使流体通过该密封泄漏的可能性最小化。此外，该轴密封件不会影响到轴本身，因为所有必要的功能都由根据本发明的轴密封件提供。

根据本发明的实施方式，轴密封装置的定子部分设置有用于鼓风机装置的壳体。该壳体的横截面形状与鼓风机装置的叶片的形状一致。叶片和内部壳体的形式可以根据鼓风机装置的所需效果和将要使用所述轴密封装置的轴或发动机的额定旋转速度以适当的方式设计。

根据本发明的实施方式，转子部分径向地布置在定子部分的内部。

根据本发明的实施方式，鼓风机装置是包括径向延伸的叶片的径向鼓风机装置。鼓风机装置在位于轴密封装置的第一轴向端部处且在与轴密封装置的内周表面相距第一径向距离的位置处设有环形气体入口间隙，且径向鼓风机装置还在与轴密封装置的内周表面相距第二径向距离的位置处设有环形气体出口，其中第二径向距离大于第一径向距离。

根据本发明的实施方式，定子部分在轴密封装置的第一轴向端部处设有径向延伸壁，该径向延伸壁布置成朝向轴密封装置的纵向中心轴线延伸，从而与转子部分一起形成气体入口间隙。

根据本发明的实施方式，鼓风机装置的环形气体出口通向密封件的内部的迷宫式密封的轴向端部。

根据本发明的实施方式，迷宫式密封和鼓风机装置在轴密封装置的纵向轴线的方向上一个接一个地轴向地布置。

密封组件安装在内燃发动机中，其中内燃发动机设有主体，该主体从外部空间界定发动机的内部空间，并且其中可旋转轴被布置成延伸穿过主体中的开口，并且开口设有根据记载非接触式轴密封装置的权利要求中任一项的非接触式轴密封装置，该非接触式轴密封装置组装成使第一轴向端部面向发动机的外部空间。

有利地，发动机的内部空间是发动机的曲轴箱。

本专利申请中提出的本发明的示例性实施方式不应被解释为对所附权利要求的适用性造成限制。即使鼓风机装置有利地是径向鼓风机，它也可以构造成轴向鼓风机。

动词“包括”在本专利申请中用作开放式限制，这种开放式限制不排除还存在未引用的特征。从属权利要求中所述的特征是可相互自由组合的，除非另有明确说明。在所附权利要求中具体阐述了被认为是本发明的特征的新颖特征。

附图说明

下面，将参考所附的示例性示意图描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的实施方式的非接触式密封装置；

图2示出了图1的细节1和2的细节图；

图3示出了图1的非接触式密封装置的转子部分的实施方式；

图4示出了图1的正视图的局部放大截面；以及

图5示出了图1的截面图V-V。

具体实施方式

总体参照图1、图2、图4和图5，非接触式轴密封件16布置在轴10上，该轴10延伸穿过壁14中的开口12。该轴具有圆形横截面，并且该轴具有在轴10的纵向方向上延伸的中心轴线A。存在被布置到轴10和开口12的周边之间的间隙的非接触式轴密封装置16。有利的是，壁14中的开口12也是圆形的，因此间隙分别为环形形式。轴密封装置16包括转子部分18和定子部分20。定子部分以固定的方式可释放地联接到壁14。转子部分可释放地联接到轴以与轴一起旋转。转子部分径向地布置在定子部分的内部，其中径向方向是指密封组件为圆形形式并具有与轴共同的在轴10的纵向方向上延伸的中心轴线A的事实。轴密封装置的内周表面17适于与轴的表面一致，而外周表面17分别适于与壁14中的开口的形状一致。这里两个表面都是圆柱形的。密封装置16包括迷宫式密封22，该迷宫式密封22布置在转子部分18和定子部分20之间。这里，壁14属于内燃活塞发动机100的主体，该壁从外部空间26界定内部空间24。因此，轴10延伸穿过发动机100的主体，该主体通常也被称为缸体。图1的截面图V-V在图5中示出。在图4中，示出了图1的正视图(从左侧看)的放大截面，该正视图也表示轴密封件的第一侧。转子部分18和定子部分20设有用于密封密封装置16的另一边缘的O形环组件23。

在图2中可以以更详细的方式看到迷宫式密封22，图2示出了图1的细节1和细节2。迷宫式密封22是一种机械密封，该机械密封提供曲折路径以使油从发动机100的泄漏最小化。

迷宫式密封22由多个凹槽组成，所述多个凹槽在这些凹槽之间形成多个径向延伸部，在此也称为刀片32。布置到转子部分的刀片位于定子部分中的凹槽的纵向位置处。这些刀片在迷宫式密封中具有径向重叠的远端，使得可能逸出的流体必须经过长且困难的路径来逸出。

迷宫式密封22通过由离心运动控制流体穿过多个腔室以及通过形成受控的流体涡流来提供非接触式密封作用。在较高的速度下，离心运动迫使流体朝向凹槽的径向远端，并因此远离任何通道。因为迷宫式密封是非接触式型的，所以它不经受任何磨损。迷宫式密封22还设置有流体出口39，该流体出口包括收集腔室，该收集腔室在轴向方向上延伸经过定子部分中的凹槽中的每一个凹槽，使得由迷宫式密封收集的流体可被排放回到发动机100。当正确安装时，流体出口处于最低的可能位置。

从图1和图2中还可以看出，密封装置还包括鼓风机装置，该鼓风机装置在图中示出为径向鼓风机。鼓风机装置28也可以设计成轴向鼓风机。鼓风机装置28包括径向延伸的叶片30，该叶片30在图3中最佳地示出，图3单独示出了轴密封装置的转子部分18而没有定子部分。叶片30也可以适当地弯曲或以其它方式形成以提供期望的鼓风效果，而不是平面的。径向延伸部，即布置到转子部分18的刀片32(这些刀片32在它们的部分处形成迷宫式密封)也在图3中更清楚地示出。

现在回到图2，非接触式轴密封装置16，特别是定子部分20，设置有用于鼓风机装置28的叶片的壳体34，其中该壳体的横截面形状与鼓风机装置的叶片的形状一致。自然地，在叶片和壳体之间设置有间隙以便于转子部分20的旋转。

如图2中最佳所示，径向鼓风机装置在位于轴密封装置16的第一轴向端部38处并与轴密封装置的内周表面17相距第一径向距离D1的位置处设有环形气体入口间隙36，该内周表面17也是转子部分18的内周表面。径向鼓风机装置28还在与轴密封装置17的内周表面17相距第二径向距离D2的位置处设有环形气体出口40，其中第二径向距离D2大于第一径向距离D1。鼓风机装置28的环形气体出口40通向迷宫式密封22，特别是通向迷宫式密封22的轴向端部。这样，当轴旋转时，鼓风机向迷宫式密封22提供压力效果，并因此增强迷宫式密封22的密封效果。

定子部分20在轴密封装置16的第一轴向端部38处设有径向延伸壁42，该壁被布置成朝向轴密封装置的纵向中心轴线A延伸，从而与转子部分18一起形成气体入口间隙36。径向延伸壁还部分地形成鼓风机装置28的壳体34。

如从图中可看出的，轴密封装置16的迷宫式密封22和鼓风机装置28在密封装置的纵向轴线A的方向上一个接一个地轴向地布置。

本文所述的轴密封件特别地旨在用于在内燃发动机100中的密封组件中使用，其中内燃发动机100设有主体14，该主体14从外部空间25界定发动机100的内部空间24，并且其中可旋转轴10布置成延伸穿过主体14，并且其中开口12设有非接触式轴密封装置16，该非接触式轴密封装置16组装成使第一轴向端部38面向发动机100的外部空间25。

有利地，发动机100的内部空间是发动机100的曲轴箱。即使所述轴密封件用在发动机100内部的两个空间之间的壁中，该轴密封件也提供了有利的效果。

根据本发明的实施方式，定子部分20是至少两个半圆形部分的组件，这便于围绕转子部分安装定子部分。

根据本发明的实施方式，转子部分或定子部分中的刀片由弹性材料制成，该弹性材料的弯曲能力有助于围绕转子部分安装定子部分。

根据本发明的实施方式，包括转子部分和定子部分的非接触式轴密封装置例如用金属或合适的聚合物通过3D打印或铸造来制造。

尽管在此通过示例结合目前被认为是最优选的实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是旨在覆盖其特征的各种组合或修改，以及包括在如所附权利要求所限定的本发明的范围内的若干其它应用。当这种组合在技术上可行时，结合上述任何实施方式所提及的细节可以结合另一个实施方式使用。

Claims (11)

1.一种用于密封延伸穿过开口(12)的可旋转轴(10)的非接触式轴密封装置(16)，所述装置包括迷宫式密封(22)并具有定子部分(20)和转子部分(18)，其特征在于，所述密封装置(16)还包括鼓风机装置(28)，所述鼓风机装置(28)在所述轴密封装置(16)的第一轴向端部(38)处布置到所述轴密封装置(16)的所述转子部分(18)，并被构造成向所述迷宫式密封(22)引入反压力。

2.根据权利要求1所述的非接触式轴密封装置，其特征在于，所述鼓风机装置是径向鼓风机(28)。

3.根据权利要求1或2所述的非接触式轴密封装置，其特征在于，所述鼓风机装置包括径向延伸的叶片(30)。

4.根据权利要求1所述的非接触式轴密封装置，其特征在于，所述轴密封装置的所述定子部分(20)设有用于所述鼓风机装置(28)的壳体(34)，其中所述壳体的横截面形状与所述鼓风机装置的叶片的形状一致。

5.根据权利要求1所述的非接触式轴密封装置，其特征在于，所述转子部分(18)径向地布置在所述定子部分(20)内部。

6.根据权利要求1所述的非接触式轴密封装置，其特征在于，所述径向鼓风机装置(28)在位于所述轴密封装置(16)的所述第一轴向端部(38)处并与所述轴密封装置(16)的内周表面(17)相距第一径向距离(D1)的位置处设有环形气体入口间隙(36)，并且所述径向鼓风机装置(28)还在与所述轴密封装置的所述内周表面(17)相距第二径向距离(D2)的位置处设有环形气体出口(40)，其中所述第二径向距离(D2)大于所述第一径向距离(D1)。

7.根据权利要求6所述的非接触式轴密封装置，其特征在于，所述定子部分(20)在所述轴密封装置(16)的所述第一轴向端部(38)处设有径向延伸壁(42)，所述径向延伸壁(42)被布置成朝向所述轴密封装置的纵向中心轴线(A)延伸，从而与转子部分(18)一起形成所述气体入口间隙(36)。

8.根据权利要求6所述的非接触式轴密封装置，其特征在于，所述环形气体出口(40)通向所述迷宫式密封(22)的轴向端部。

9.根据权利要求1所述的非接触式轴密封装置，其特征在于，所述迷宫式密封(22)和所述鼓风机装置(28)在所述轴密封装置(16)的所述纵向轴线(A)的方向上一个接一个地轴向地布置。

10.一种内燃发动机(100)中的密封组件，其中所述内燃发动机设有主体(14)，所述主体(14)从外部空间(25)界定所述发动机的内部空间(24)，并且其中可旋转轴(10)布置成延伸穿过所述主体中的开口(12)，其特征在于，所述开口设有根据前述权利要求中任一项所述的非接触式轴密封装置(16)，所述非接触式轴密封装置(16)被组装成使所述第一轴向端部(38)面向所述发动机的所述外部空间(25)。

11.根据权利要求10所述的内燃发动机中的密封组件，其特征在于，所述发动机的所述内部空间是所述发动机的曲轴箱。