CN114001159A - 空压机密封装置 - Google Patents

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CN114001159A CN202010736960.XA CN202010736960A CN114001159A CN 114001159 A CN114001159 A CN 114001159A CN 202010736960 A CN202010736960 A CN 202010736960A CN 114001159 A CN114001159 A CN 114001159A
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周筠
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开一种空压机密封装置，位于空压机的电机侧和空气侧之间，包括至少一道沿轴向分布的油封、气封，油封包括油封动环和油封静环，以套装所述空压机的主轴，二者相对的端面，一者设有一个或多个环形凹槽，另一者设有插入环形凹槽的环形凸起，且与所述环形凹槽具有间隙；所述油封动环和所述主轴密封固定，所述油封静环和所述空压机的机壳的内壁密封固定，且与所述主轴之间具有间隙。该密封装置在运转中可以形成往复弯折的油膜，以阻隔电机侧的机油蒸气和绝大部分的液压机油，而且，油封静环并不与主轴接触，油封静环也不与油封动环接触，故油封和主轴不存在转动摩擦，几乎无磨损，具有寿命长、可靠性高的优点。

Description

空压机密封装置
技术领域
本发明涉及密封技术领域，具体涉及一种空压机密封装置。
背景技术
空压机包括电机侧和空气侧，电机侧的电机转动带动空气侧压缩腔体内的压缩部件压缩空气，压缩空气具有清洁度要求，所以需要设置密封装置以减少电机侧的机油、机油蒸气泄漏到空气侧。而空压机属于高速机械，其旋转部件的转速通常都在万转以上。故其机械转动部分与压缩腔体之间的密封为关键技术。
目前空压机的密封装置，主要是塑料油封结构，塑料油封设置在空压机的电机侧和空气侧之间，套设在空压机的主轴上，其内环弹性抵压主轴，以阻止机油或机油蒸气从塑料油封和主轴之间的空隙流出。然而，塑料油封和主轴抵接，当空压机工作主轴旋转时，塑料油封和主轴产生接触摩擦，一旦磨损，密封装置的密封效果将大打折扣甚至失效。
发明内容
本发明提供一种空压机密封装置，位于空压机的电机侧和空气侧之间，包括至少一道沿轴向分布的油封，还包括至少一道沿轴向分布的气封，所述气封相对所述油封，更靠近所述空气侧设置；所述油封包括油封动环和油封静环，以套装所述空压机的主轴，二者相对的端面，一者设有环绕对应中心孔的一个或多个环形凹槽，另一者设有插入所述环形凹槽的环形凸起，且与所述环形凹槽具有间隙；所述油封动环和所述主轴密封固定，所述油封静环和所述空压机的机壳的内壁密封固定，且与所述主轴之间具有间隙。
可选地，所述油封动环与所述主轴紧配合固定，且与所述主轴之间设有密封圈，和/或，所述油封静环与所述机壳内壁之间设有密封圈。
可选地，还包括设于所述机壳的回油口，所述回油口位于所述油封和所述空气侧之间。
可选地，还包括沿轴向插入所述机壳内的衬套和沿轴向螺纹拧入所述机壳内的紧固套；
还包括两道沿轴向分布的所述油封，所述机壳的内壁设有台阶，一道所述油封的所述油封静环的一端抵触于所述台阶，另一端与另一道所述油封的所述油封静环的一端通过所述衬套间隔，另一所述油封的另一端抵触于所述紧固套。
可选地，
所述气封包括套装于所述主轴且依次设置的气封橡胶圈、气封静环、气封动环，所述气封动环密封固定于所述主轴，所述气封橡胶圈、所述气封静环与所述主轴之间具有间隙，所述气封橡胶圈密封固定于所述机壳的内壁，所述气封橡胶圈能够压紧所述气封静环于所述气封动环；且，所述气封动环朝向所述气封静环的端面设有螺旋槽，所述螺旋槽的内端封闭，外端连通外部。
可选地，所述气封静环朝向所述气封动环的端面镀有钼。
可选地，所述气封橡胶圈注塑成型于所述气封静环。
可选地，所述气封动环压紧于所述主轴。
可选地，还包括设于所述机壳的泄气口，所述泄气口设于所述气封靠近所述电机侧的一侧。
可选地，所述空压机密封装置设置两道沿轴向分布的所述气封，两道所述气封的所述气封橡胶圈的同一端，分别与所述机壳内壁设置的对应的台阶抵触。
本发明提供的空压机密封装置，设置环形凸起、环形凹槽插接配合，可以形成往复弯折的油膜，油膜可以阻隔电机侧的机油蒸气和绝大部分的润滑机油，而且，空压机在工作时，油封静环并不与主轴接触，油封静环也不与油封动环接触，油封动环和主轴固定而随主轴旋转，故油封和主轴不存在转动摩擦，几乎无磨损，具有寿命长、可靠性高的优点，和气封配合后，从而有利于空压机提供洁净的压缩气体，满足清洁压缩气体的使用需求，比如应用于燃料电池对空压机的使用需求，满足空气质量二级标准并且无油。作为进一步的方案，设置的气封包括气封动环和气封静环，当空压机工作，气封动环随主轴旋转时，在气封动环和气封静环之间生成一层气垫，使气封静环和气封动环脱离接触，气封动环和气封静环之间不存在摩擦，该层气垫同时可阻止可能从油封处泄漏的机油蒸气经由气封静环和气封动环之间留出，从而又增加一道密封保障。当空压机不工作时，气封橡胶圈压紧气封静环于气封动环，则机油或油气也无法通过气封橡胶圈与机壳之间，或气封动环和气封静环之间向空气侧泄漏。空压机工作时，气封动环还会不停地通过螺旋槽将少许气体泵入到气封的前侧，即泵入到气封靠近油封的一侧，从而形成强制通风，可将可能从油封泄漏的少量渗漏的蒸发油气排空。
附图说明
图1为本发明所提供空压机密封装置一种具体实施例的结构示意图；
图2为图1中油封位置的放大图；
图3为图1中气封位置的放大图；
图4为图1中气封动环的结构示意图。
图1-4中附图标记说明如下：
10-机壳；101-回油口；102-泄气口；10a、10b、10c台阶；
A-电机侧；B-空气侧；O-油膜；
201-油封动环；202-油封静环；203-衬套；204-紧固套；205-密封圈；206-密封圈；
301-气封动环；302-气封静环；303-气封橡胶圈；
40-主轴。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1-2，图1为本发明所提供空压机密封装置一种具体实施例的结构示意图，以轴向剖视的视角示出密封位置；图2为图1中油封位置的放大图。
空压机包括电机侧A和空气侧B，电机侧A的电机腔室内用于装设电机，空气侧B的压缩腔室用于装设压缩部件，电机的动力通过空压机的主轴40输出至空气侧B，带动空气侧B的压缩部件压缩空气，压缩部件可以是活塞、转子等，根据空压机类型不同，压缩部件也不同，本方案不做限制。
空气侧B和电机侧A之间需要设置密封装置，以防止电机侧A的机油或机油蒸汽泄漏到空气侧B，如图1所示，空压机包括机壳10，机壳10的两端分别为电机侧A和空气侧B，机壳10在中部位置形成腔室，主轴40穿过该腔室，密封装置设于中部腔室内，位于电机侧A和空气侧B之间。本实施例中的密封装置包括至少一道沿轴向分布的油封。文中所述的“轴向”均为主轴40的轴向，文中所述的“沿轴向分布”，则指代设置两个或以上的相应的结构时，沿轴向布置。
油封具体包括油封动环201和油封静环202，即二者均为环状结构，以套装空压机的主轴40，如图1所示，主轴40贯穿油封动环201和油封静环202。油封动环201和油封静环202，二者相对的端面，一者设有环绕对应中心孔的一个或多个环形凸起，另一者设有与环形凸起匹配的环形凹槽，多个环形凸起、环形凹槽同心设置。具体在图1中，油封动环201的右端面设有环形凹槽，油封静环202的左端面设有环形凸起，当然，环形凸起和环形凹槽是相对应的结构，从图1来看，油封动环201的右端面的两个环形凹槽之间也形成环形凸起，油封静环202的左端面的环形凸起之间也形成环形凹槽，都是匹配对应的关系。油封静环202和油封动环201配合时，二者的环形凸起、环形凹槽相插接，并留有少量的间隙，形成迷宫式密封。
油封动环201和主轴40固定，可以随主轴40转动，故定义为“动环”，油封动环201和主轴40密封固定，可以是一体设置或者密封焊接固定、密封压接固定等，图1、2中，油封动环201和主轴40压紧配合，且二者之间设有密封圈206。油封静环202和空压机的机壳10的内壁相对固定，故定义为“静环”，具体如图2所示，油封静环202和机壳10中部腔室的内壁密封固定，可以在二者之间设置密封圈205。油封静环202的外周与机壳10中部腔室的环形内壁密封，油封动环201与主轴40的外周环形密封，下述的气封的气封动环301与主轴40的外周环形密封，气封橡胶圈303与机壳10中部腔室的环形内壁密封。
此外，油封静环202与主轴40之间具有较大的间隙，如图2所示，油封静环202与主轴40不接触。
如图1所示，当空压机工作时，油封动环201随主轴40同步旋转，电机侧A的机油会渗入到油封动环201处，并进入到油封动环201和油封静环202之间，流入环形凹槽和环形凸起之间的间隙中，并继而形成一层薄薄的油膜O，如图2所示，基于环形凸起、环形凹槽的插接设置，形成的油膜O并不是一层平面状的油膜，而是弯折的油膜层，环形凸起和环形凹槽的数量越多，油膜O的弯折次数越多，形成如图2所示的连续锯齿状的油膜层。
如图2所示，电机侧A的机油或机油蒸气只能从油封动环201和油封静环202之间泄漏，但由于设置环形凸起、环形凹槽插接配合，可以形成往复弯折的油膜O，油膜O可以阻隔电机侧A的机油蒸气和绝大部分的液压机油，而且，空压机在工作时，油封静环202并不与主轴40接触，油封静环202也不与油封动环201接触，油封动环201和主轴40固定而随主轴40旋转，故本实施例中的油封和主轴40不存在转动摩擦，几乎无磨损，具有寿命长、可靠性高的优点。
为了加强密封效果，可以设置两道或更多的油封，图1中设置两道沿轴向分布的油封，分别形成自电机侧A向空气侧B的第一道油封、第二道油封，第一道油封已经可以起到密封阻隔的作用，第二道油封与第一道油封结构完全相同，可以进一步保证密封的可靠性，两道油封已经可以满足较好的密封效果，当然，基于更高的密封要求，设置两道以上的油封也是可以的。
如图1所示，该实施例中的空压机密封装置还包括设于机壳10的回油口101，回油口101位于油封和空气侧B之间，用于导出可能从油封流出的极少量的机油。具体在图1中，由于设置两道油封，回油口101设于右端的油封之后，将极少量机油导流到回油路，可减少机油在密封装置处的聚集，避免进入空气侧B。当然，每道油封之后都设置回油口101，或仅在第一道油封之后(即两道油封之间)设置回油口101也是可行的方案。
如图2所示，在设置两道油封时，可以在机壳10的内壁设有台阶10a，左侧油封的油封静环202的左端抵触于台阶10a，左侧油封的右端与右侧油封的油封静环202的左端则通过衬套203203间隔，衬套203203的外周壁与机壳10的内壁贴合。右侧油封的右端抵触于一紧固套204204，该紧固套204204螺纹固定于机壳10的内壁。如此设置，台阶10a、衬套203203和紧固套204204将两道油封固定在轴向相应的位置，固定较为可靠，也便于装卸，机壳10内壁也无需做更多的加工，而且可保证两道油封之间的间距，避免左侧油封的油封静环202和右侧油封的油封动环201接触。当然，油封的油封静环202也可以通过其他方式固定于机壳10，比如压接、焊接等方式。
针对上述各实施例，空压机密封装置还包括至少一道沿轴向分布的气封，同样，沿轴向分布是针对于气封设置在两道或以上时的设置方式。如图1、3所示，图3为图1中气封位置的放大图。气封相对油封而言，更靠近空气侧B设置，即在电机侧A至空气侧B的方向，依次设置油封和气封。上述的油封和气封配合后，使得空压机可提供洁净的压缩气体，满足清洁压缩气体的使用需求，比如应用于燃料电池对空压机的使用需求，满足空气质量二级标准并且无油。
如图1、3所示，气封具体包括套装于主轴40且依次设置的气封橡胶圈303、气封静环302、气封动环301，气封动环301密封固定于主轴40，可直接压紧于主轴40，气封橡胶圈303、气封静环302与主轴40之间则具有间隙，不接触，气封橡胶圈303还相对机壳10固定，气封橡胶圈303可以直接弹性挤压在机壳10的内壁实现固定和密封，气封橡胶圈303还能够压紧气封静环302于气封动环301，气封橡胶圈303可以注塑成型于气封静环302，与气封静环302一体设置，使气封静环302和主轴40保持有间隙。此外，本实施例中的气封动环301朝向气封静环302的端面设有多个沿该端面的周向分布的螺旋槽301a，螺旋槽301a外端贯通对应的气封动环301的外周壁，以连通外部，外部即气封动环301之外，螺旋槽301a的内端封闭。
请结合图4理解，图4为图1中气封动环301的结构示意图。
该实施例中，具体在气封动环301朝向气封静环302的端面设置沿周向分布的多个螺旋槽301a，螺旋槽301a的一端，定义为外端，贯通气封动环301的外周壁，，螺旋槽301a的另一端，定义为内端，与气封动环301内周壁具有一定间距，从而封闭设置，即本实施例的气封采用已有的“干气密封”原理。
如此设置，当空压机工作，气封动环301随主轴40旋转时，气封动环301周围的空气会在旋转带动下会进入到螺旋槽301a内，由于螺旋槽301a一端封闭，空气会经螺旋槽301a螺旋进入到封闭的内端，并在内端的位置形成高压区域，该高压可托起气封静环302，于是在气封动环301和气封静环302之间生成一层气垫，使气封静环302和气封动环301脱离接触，气封动环301和气封静环302之间不存在摩擦，该层气垫同时可阻止可能从油封处泄漏的机油蒸气经由气封静环302和气封动环301之间留出，从而又增加一道密封保障。当空压机不工作时，气封橡胶圈303压紧气封静环302于气封动环301，则机油或油气也无法通过气封橡胶圈303与机壳10之间，或气封动环301和气封静环302之间向空气侧B泄漏。
如图4所示，设有螺旋槽301a的气封动环301为圆形，与螺旋槽301a性能相关的参数包括：宽度θg、相邻螺旋槽301a的间距θ1、螺旋线和气封动环301或气封静环302切向的夹角β、气封动环301或气封静环302的内径ri、外径r0、螺旋槽301a内端的半径rg，通过设置上述参数，可以获得所需的气垫。
值得注意的是，本实施例设置的气封的气封静环302既在空压机不工作时压紧于气封动环301，且能够在空压机工作时与气封动环301脱离，则需要一定的弹性，而基于螺旋槽301a形成气垫，又要求气封静环302表面光滑，故气封和气封动环301配合的部件包括气封静环302和气封橡胶圈303，气封静环302提供光滑的表面，气封橡胶圈303提供弹性和密封性能。可以理解，在此基础上，油封的油封静环202也可以包括两部分，一部分为直接和机壳10内壁密封固定的橡胶圈，另一部分设置环形凹槽或环形凸起与油封动环201配合。
此外，本实施例还可以在机壳10上设置出泄气口102，如图3所示，泄气口102设置在气封的前侧，即气封朝向电机侧A的一侧。图3为了提高密封效果，设置有两道气封，靠近空气侧B的右端的气封的前侧设有泄气口102，该泄气口102设置在对应于两道气封之间的机壳10位置。
空压机工作时，气封动环301还会不停地通过螺旋槽301a将少许气体泵入到气封的前侧，即泵入到气封靠近油封的一侧，从而形成强制通风，可将可能从油封泄漏的少量渗漏的蒸发油气通过泄气口排空，以达到完全隔绝油气进入空气侧B的目的。可以理解，左端的气封的前侧位置也可以设置泄气口，设有至少一个泄气口都可以达到强制排空油气的效果。可知，靠近空气侧B的气封，泵入的空气侧B的气体具有更高的压力，所以泄气口102设置在靠近空气侧B的气封的前侧，更有利于排空油气。另外，由于空气侧B的气体压力较高，靠近空气侧B的气封的气垫也具有更高的压力，可以阻塞相对低压的机油、机油蒸气的泄漏通道，有利于实现机油的零泄漏、零逸出。
另外，气封静环302朝向气封动环301的端面，可镀有钼，钼可使得气封静环302朝向气封动环301的表面非常光滑，从而可以降低磨损，且利于气垫的形成。本实施例设置两道油封、两道气封，已经可以达到很好的密封效果，当然，设置更多道的油封、气封也可以。
如图2所示，在机壳10的内壁还设置台阶10b、台阶10c，两道气封的气封橡胶圈303的同一端，图1、3中为左端，分别与机壳10内壁设置的台阶10b、台阶10c抵触，从而限定气封橡胶圈303向左的位移，而气封动环301位于右侧，且位置固定，可以限定气封橡胶圈303向右的位移，即气封得以限位，可避免气封橡胶圈303、气封静环302，和主轴40或者气封动环301在空压机工作时产生接触。
图1中，沿电机侧A至空气侧B的方向，油封包括依次设置的油封动环201和油封静环202，气封包括依次设置的气封橡胶圈303、气封静环302和气封动环301，可知，反向设置也是可行的方案，相较而言，图1所示的设置顺序，更有利于密封。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.空压机密封装置，位于空压机的电机侧(A)和空气侧(B)之间，其特征在于，包括至少一道沿轴向分布的油封，还包括至少一道沿轴向分布的气封，所述气封相对所述油封，更靠近所述空气侧(B)设置；所述油封包括油封动环(201)和油封静环(202)，以套装所述空压机的主轴(40)，二者相对的端面，一者设有环绕对应中心孔的一个或多个环形凹槽，另一者设有插入所述环形凹槽的环形凸起，且与所述环形凹槽具有间隙；所述油封动环(201)和所述主轴(40)密封固定，所述油封静环(202)和所述空压机的机壳(10)的内壁密封固定，且与所述主轴(40)之间具有间隙。
2.如权利要求1所述的空压机密封装置，其特征在于，所述油封动环(201)与所述主轴(40)紧配合固定，且与所述主轴(40)之间设有密封圈，所述油封静环(202)与所述机壳(10)内壁之间设有密封圈(205)。
3.如权利要求1所述的空压机密封装置，其特征在于，还包括设于所述机壳(10)的回油口(101)，所述回油口(101)位于所述油封和所述空气侧(B)之间。
4.如权利要求1所述的空压机密封装置，其特征在于，还包括沿轴向插入所述机壳(10)内的衬套(203)和沿轴向螺纹拧入所述机壳(10)内的紧固套(204)；
还包括两道沿轴向分布的所述油封，所述机壳(10)的内壁设有台阶(10a)，一道所述油封的所述油封静环(202)的一端抵触于所述台阶(10a)，另一端与另一道所述油封的所述油封静环(202)的一端通过所述衬套(203)间隔，另一所述油封的另一端抵触于所述紧固套(204)。
5.如权利要求1-4任一项所述的空压机密封装置，其特征在于，
所述气封包括套装于所述主轴(40)且依次设置的气封橡胶圈(303)、气封静环(302)、气封动环(301)，所述气封动环(301)密封固定于所述主轴(40)，所述气封橡胶圈(303)、所述气封静环(302)与所述主轴(40)之间具有间隙，所述气封橡胶圈(303)密封固定于所述机壳(10)的内壁，所述气封橡胶圈(303)能够压紧所述气封静环(302)于所述气封动环(301)；且，所述气封动环(301)朝向所述气封静环(302)的端面设有螺旋槽(301a)，所述螺旋槽(301a)的内端封闭，外端连通外部。
6.如权利要求5所述的空压机密封装置，其特征在于，所述气封静环(302)朝向所述气封动环(301)的端面镀有钼。
7.如权利要求5所述的空压机密封装置，其特征在于，所述气封橡胶圈(303)注塑成型于所述气封静环(302)。
8.如权利要求5所述的空压机密封装置，其特征在于，所述气封动环(301)压紧于所述主轴(40)。
9.如权利要求5所述的空压机密封装置，其特征在于，还包括设于所述机壳(10)的泄气口(102)，所述泄气口(102)设于所述气封靠近所述电机侧(A)的一侧。
10.如权利要求5所述的空压机密封装置，其特征在于，所述空压机密封装置设置两道沿轴向分布的所述气封，两道所述气封的所述气封橡胶圈(303)的同一端，分别与所述机壳(10)内壁设置的对应的台阶(10b、10c)抵触。
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