CN1252501A - 一种轴封和使其具体化的压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种用于压缩机的轴封包括第一和第二凸缘环(35,37),其中的每一个都环绕驱动轴(16)以密封。一隔环(36)位于两个凸缘环之间以保持第一凸缘环(35)的形状,在轴(16)转时允许流体泄露和在轴(16)停止时防止泄露。三个环(35,36,37)在径向部分(35b,36a,37e)被固定在一起。两凸缘环的径向的每一个向外延伸超过隔环,以提供一环形接触区。两个凸缘环(35,37)在该区彼此弹性接触。在该区的至少一个凸缘环上有环形突出部(43)以防止由泄露的流体引起环的松动。

Description

一种轴封和使其具体化的压缩机
本发明涉及一种轴封，特别是，涉及一种防止流体，例如制冷剂和润滑油，从压缩机中泄漏的轴封。
一种典型的轴封50结构如下。如图4和4A所示，密封装置50位于驱动轴61和压缩机壳体之间用以防止流体从压缩机内泄露到外面。由合成橡胶制成的第一凸缘环51带有凸缘51a。凸缘51a形成第一凸缘环51的径向内表面。由金属制成的隔环52隔开凸缘51a的位置与驱动轴61接触。由氟树脂制成的另一个凸缘环53带有凸缘53a。凸缘53a形成第二凸缘环53的径向内表面并向压缩机内弯曲(见图4右侧)。一种螺旋形抽吸槽53b位于凸缘53a内，环绕在第二凸缘环53的轴周围。由合成橡胶制成的第三凸缘环54带有凸缘54a。第一凸缘环51、隔环52、第二凸缘环53和第三凸缘环54按从压缩机内到外的顺序排列，如图4所示。
环51～54被紧紧地包容在柱形罩55内。从而，第一和第二凸缘环51、53与隔环52和罩55相接触。
当驱动轴61转动时，或当压缩机运行时，压缩机内的高压气体作用于第二凸缘环53的凸缘53a。从而，凸缘53a被一种预定的力压向驱动轴61，防止流体从压缩机内泄露。在这种状态下，凸缘53a的抽吸槽53b具有一种螺旋抽吸效果并确实将凸缘53a和驱动轴16之间的流体送回。这也改善了第二凸缘环53的流体密封性能。
当驱动轴61不转时，或当压缩机不运行时，第一凸缘环51的凸缘51a与驱动轴61弹性接触。这防止了流体从压缩机泄露。当驱动轴61不转时，压缩机内的压力相当低，第二凸缘环53的凸缘53a被相当小的力压向旋转的轴61。从而，轴封带有第一凸缘环51以补偿第二凸缘环53的弱的密封能力。
当驱动轴61转动时，第一凸缘环51的凸缘51a允许压缩机内的流体向着第二凸缘环53流动。当高压作用于第一凸缘环51内时，凸缘51a相对于驱动轴61的位置被隔环52隔开。
通过第一凸缘环51的凸缘51泄露的流体(主要是润滑油)润滑和冷却第一和第二凸缘环51、53的凸缘51a和53a。从而，凸缘51a和53a不会由于磨擦而摩损。这延长了第一和第二凸缘51、53的寿命。
第一凸缘环54的凸缘54a与驱动轴61弹性接触，并防止外界微粒进入。从而，外界微粒不能进入凸缘53a和驱动轴61之间，这防止了第二凸缘环53的性能变坏。当驱动轴61的转动停止时，第三凸缘环54防止了流体的泄露，使其保留在第一凸缘环51和第二凸缘环53之间。
但是，第一凸缘环51允许流体(制冷剂气体)在驱动轴61转动期间泄露。在第二凸缘环53和隔环52之间以及在第二凸缘环53和罩55之间的密封性能较低相当于在第一密封环51和隔环52之间以及第一凸缘环51和罩55之间的密封的接触面上的密封性能。从而，如图4A所示，通过第一凸缘环51泄露的冷却气体可能进入第二凸缘环53和隔环之间以及第二凸缘环53和罩55之间。
当驱动轴61的转动停止时，第三凸缘环54防止留在第一凸缘环51和第二凸缘环53之间的流体泄露。换句话说，在第二凸缘环53和隔环52之间以及在第二凸缘环53和罩55之间的流体(特别是制冷剂气体)不会在驱动轴61停下后流出压缩机。当驱动轴61停下一段相当长的时间时，在第二凸缘环53和隔环52之间以及在第二凸缘环53和罩55之间的制冷剂气体可被较冷的温度液化。
如果驱动轴61在这种状态下转动，轴封50周围的温度会增加。然后在第二凸缘环53和罩55之间的液态制冷剂汽化，这使第二凸缘环53沿径向向内移动。这会使第二凸缘环53从罩55内分开。由于第二凸缘环53和隔环52由磨擦力和挤压力被一起固定在罩55内，第二凸缘环53也使隔环52从罩55分离。从而，隔环52也不能保持第一凸缘环51的凸缘51a相对于驱动轴61的最初位置。结果，第一凸缘环51可能泄露流体，这造成第一和第二凸缘环51、53过早地磨损。
另一方面，分开的第二凸缘环53可通过隔环52将第一凸缘环51从驱动轴61抬高。这样，当驱动轴61转动时，第一凸缘环51可能泄露太多的流体以致第二凸缘环53和第三凸缘环54不能停下。
本发明的目的是提供一种用于压缩机的轴封，以防止流体进入第二凸缘环周边与罩之间。
为达到上述目的，一种穿过并被被壳体支承旋转轴用的轴封，该装置用于防止流体从壳体泄漏，该密封装置包括：
一个位于环绕轴配置的第一凸缘环，第一凸缘环具有一个第一周边部分，其相对于轴实际上按径向延伸，和一个与轴的表面相接触的第一凸缘部分，这里的第一凸缘部分与轴的表面弹性接触，第一凸缘环具有预定的形状以在轴停转时防止流体从壳体内泄漏以及在轴转动时允许流体从壳体内泄漏。
一个环绕轴并和第一凸缘环相邻的隔环，隔环带有一个相对于轴实际上按径向方向延伸的第二周边部分，该隔环支承着第一凸缘环以便第一凸缘环实际上保持它的形状。
一个环绕轴并与隔环相邻的，与第一凸缘环相对的在隔环另一侧的第二凸缘环，第二凸缘环带有一个相对于轴和沿轴表面延伸的第二凸缘部。按径向方向延伸的第三周边部分，这里第二凸缘部分与轴的表面弹性接触以防止流体从壳体内泄漏。
一个通过夹紧第一、第二和第三周边部分将环夹在一起的罩。
第一和第三周边部分向外延伸越过第二周边部分，以提供一个环形接触区域，第一和第二凸缘环在接触区域彼此弹性接触。
本发明的其它优点将从下面的描述中和本发明例子的附图中明显地体现出来。
本发明的特点是独创的，将在附带的权利要求中特别提出。本发明和目的、优点一起，通过参照对下面的当前首选实施例的描述以及附图，可得到很好的理解。
图1是依据本发明的一个实施例的容积式压缩机的横截面示意图。
图2是图1中的轴封的放大的横截面示意图。
图2A是图2中周边部分的放大图。
图3(a)是图2的部分放大示意图。
图3(b)是说明当无力作用时突出部分的示意图。
图4是说明现有的轴封的横截面示意图。
图4A是图4中周边部分的放大图。
现在说明依据本发明的一个实施例的用于车辆空调系统的各种的替代压缩机。
如图1所示，一个前壳体部件11装配到圆柱块12的前端。一个后壳体部件13通过一个阀板14装配到圆柱块12的后端。一个形成在前壳体部件11和圆柱块12之间的曲柄腔。
驱动轴16穿过曲柄腔15并被前壳体部件11和圆柱块12可旋转地支承。驱动轴16的前端穿过前壳体部件11的前壁。驱动轴16通过一离合装置例如电磁离合器连到车辆发动机上。从而，当发动机运转并与离合装置结合时，驱动轴16转动。
一个轴孔座17从前部壳体11的前壁伸出并环绕在驱动轴16的前端。一个轴封18与轴孔座17配合并密封驱动轴16。轴封18的细节将在后面说明。
转子19在曲柄腔15内被固定在驱动轴16上。斜盘20支承在驱动轴16上，并可在驱动轴16的表面滑动，相对于驱动轴16倾斜。铰接装置21位于转子19和斜盘20之间。铰接装置21使斜盘20随驱动轴16整体转动，并沿驱动轴16的表面上轴向滑动。当斜盘20的中心向圆柱块12移动时，斜盘20的倾角减少。当斜盘20的中心向转子19移动时，斜盘20的倾角增加。
环绕着驱动轴16的轴线在圆柱块12内形成一些气缸孔。每一个气缸孔与一个顶部活塞22相配合。每个活塞22通过导向座23装配到斜盘21的周围。斜盘20的转动被转化为每个活塞22在相应气缸孔12a内的往复运动。
一个吸气腔24和一个排气腔25被分别定位于后壳体部件13内。阀板14带有吸气孔26、吸气阀27、排气孔28和排气阀29。当每个活塞22从上死点移动到下死点，吸气腔24内的制冷剂气体通过相应的吸气孔26和相应的吸气阀27被吸入到相应的气缸孔12a。当每个活塞22从下死点移动到上死点，相应气缸孔12a内的制冷剂气体被压缩到预定的压力，并通过相应的排气孔28和相应的排气阀29被排放到排气腔25中。
通气通道30连接着曲柄腔15和吸气腔24。加压通道31连接着排气腔25和曲柄腔15。电磁移动控制阀32位于加压通道31内。控制阀32带有一个电磁线圈32a和一个阀体32b。电磁线圈32a的通电和断电由一台计算机按照冷负荷来控制。从而，加压通道31的开口大小由阀体32b调节，使曲柄腔15内的压力变化。这可调节曲柄腔15和气缸孔12a内的压差。结果，斜盘20的倾角发生变化，这样改变每个活塞的行程和位移。
换句话说，电磁线圈32a的断电作用引起阀体32b打开连接排气腔25和曲柄腔15的加压通道31。从而，排气腔25内的高压制冷气体穿过加压通道31供给到曲柄腔15，这增加了曲柄腔15内的压力。曲柄腔15内压力的增加使斜盘20的倾角变小和每个活塞22的行程和位移达最小。当电磁线圈32a被通电时，阀体32b关闭加压通道31，当通气通道30释放压力时降低了曲柄腔内的压力。曲柄腔15内压力的下降使斜盘20的倾角变大和每个活塞22的行程和位移达最大。
现说明轴封机构18。
如图2所示，第一凸缘环35、金属隔环36、第二凸缘环37、金属形状隔环38、第三凸缘环39和金属端部环40按这个顺序排列。第一凸缘环35和第三凸缘环39用合成橡胶例如丙烯腈丁二烯橡胶制成。第二凸缘环37用氟树脂例如PTFE(聚四氟乙烯)制成。
圆柱金属罩41包括一前缘41a和一后缘41b，件35～40各环的周边被如图2所示比前缘41a和后缘41b之间的摩擦力和压力紧紧地固定在一起。罩41和环35～40被容纳在轴孔座1 7内。罩41的轴向运动被一台阶17a和弹性挡环42限制。
第一凸缘环35用一个包着后缘41b附近的罩41的内外表面的形状制成。包着壳41的周围表面的第一凸缘环35的周边部分形成一外部密封35a，它与轴孔座17的内表面相接触。外部密封35a包括突出部以改进它的密封作用。接触罩41的内表面的第一凸缘环35的里面部分形成一个内密封35b，或第一周边部分，它被紧紧地固定在隔环36和罩41的后缘41b之间。
凸缘35C形成在第一凸缘环35的径向向内的部分。凸缘35C向后沿径向向内沿伸。凸缘35C的末端角与驱动轴16的表面16a相接触。如图2A所示，锥形末端表面S1相对于驱动轴16的表面(或驱动轴16的轴线)形成一预定角θ1。凸缘35C的侧表面S2相对于驱动轴16的表面16a形成预定角θ2。第一凸缘环35的凸缘35C的状态由满足条件θ1＜θ2来决定。依据本发明者的实验，在驱动轴16不转时，处于θ1＜θ2条件下的状态时第一凸缘环35可有效地密封驱动轴16。但是，当驱动轴16转动时在这些条件下流体泄露是被允许的。
第二凸缘环37安装前其形状象一个中心带孔的圆盘。第二凸缘环37由一片氟树脂制成。当装到驱动轴16上时第二凸缘环37的里面向后弯曲变形。第二凸缘环37的中部变形区域形成凸缘37a。具有预定轴向尺寸的凸缘37a的密封表面37b与驱动轴16的表面16a相接触。在凸缘37a的密封表面上，轴线L的周围形成一螺旋抽吸糟。当驱动轴16转动时，抽吸糟37C作用相当于一个泵。
通过使护盘36a的内部区域和第二周边部分变形形成隔环36。变形的部分形成护环36b。护环36b在第一凸缘环35的凸缘35C和第二凸缘环37的凸缘37a之间向后沿伸。护环36b的末端与第一凸缘环35的凸缘35C的内表面相接触，并相对于驱动轴16的表面16a支承着凸缘35C(以保持关系θ1＜θ2)。
通过形状盖住隔环38的前侧和径向外部端表面来形成第三凸缘环39。形状隔环38的外径比罩41的内径小。第二和第三凸缘环37、39的外径大体上与罩41的相同。从而，尽管形状隔环38位于第三凸缘环39和第二凸缘环37之间，第三凸缘39的周边部分与第二凸缘环37相接触。第三凸缘环39的凸缘39a与驱动轴16的表面16a相接触。
如图3(a)所示，第一和第二凸缘环35、37环绕在罩41内的隔环36的外缘周围彼此相对地压在一起。也就是说，由隔环36的护盘36a沿径向向外，第一凸缘35的内密封35b和第二凸缘37的外部37e或第三周边部相接触。隔环36的外径小于罩41的内径。内密封35b的外径和第二凸缘环37的外径大体上与罩41的内径相等。从而，内密封35b和第二凸缘环37环绕在罩41内的隔环36的护盘36a周围并相互接触。
一个突出部43整体形成在面对第一凸缘环35的内密封35b的端面35d上。突出部分43沿轴线L的方向延伸。如图3(b)所示，当未被挤压时，突出部43从表面35d沿轴线方向的长度要大于隔环36的护盘36a的厚度，或组装后是端面35d和37d之间的距离。从而，如图3(a)所示，当环35～40在罩41内被固定在一起时，由比氟树脂更有弹性的合成橡胶制成的突出部43向着第二凸缘环37的端面挤压并被压至隔环36的护盘36a的厚度。换句话说，当环35～40被固定在罩41内时，第一凸缘环35和第二凸缘37之间的加压接触主要通过压缩突出部43来得到。
现在说明轴封的操作。
当压缩机运行时，来自曲柄腔15的高压被作用于第二凸缘环37的凸缘37a上。从而，凸缘37a的密封表面被压向驱动轴16的表面16a，这样防止了流体(制冷剂气体和润滑油)从曲柄腔15的泄露。在这种状态下，螺旋抽吸糟37C对驱动轴16的相对转动的表面16a有抽吸作用，并主动在凸缘37a和驱动轴16之间将流体送回。这改善了第二凸缘37的流体密封性能。
当压缩机不运行时，第一凸缘环35的凸缘35C和驱动轴16的表面16a的弹性接触防止了流体从曲柄腔15泄露。
当压缩机运行时，第一凸缘环35的凸缘35C允许流体从曲柄腔15流向第二凸缘环37。凸缘35C被隔环36的隔离部分支承，并当来自曲柄腔15的高压作用于第一凸缘环35时，凸缘35C相对于轴16的位置可保持。
当驱动轴16转动时，通过第一凸缘环35的凸缘35C泄露的流体(主要是润滑油)润滑和冷却第一和第二凸缘环35、37的凸缘35C、37a。从而，由摩擦和高热造成凸缘35C、37a的磨损是有限的，这延长了第一和第二凸缘环35、37的寿命。
第三凸缘39的凸缘39a与驱动轴16的表面16a弹性接触，防止了外界微粒进入轴封18。从而，第二凸缘环37的流体密封性能不会因外界微粒进入驱动轴16的表面16a的和凸缘37a的密封面37b之间而降低。当驱动轴16的转动停止时，第三凸缘环39防止了留在第一凸缘环35和第二凸缘环37之间的流体的泄露。
正如所提到的，第一凸缘环35允许当驱动轴16转动时流体(制冷气体)的泄露。第二凸缘环37(氟树脂制成)和隔环36之间的接触以及第二凸缘环37和罩41之间的接触形成一种比第一凸缘环35(合成橡胶制成)和隔环36之间的接触以及第一凸缘环35和罩41之间的接触要弱的密封。
但是，在上述实施例中，第一凸缘环35在环绕罩41内的隔环36周围被压向第二凸缘环37。换句话说，流体通过第二凸缘环37和隔环36之间和第二凸缘环37的外端表面与罩41之间的泄露被防止了。
从而，在驱动轴16转动期间通过第一凸缘环35泄露的流体不会进入第二凸缘环37的外边表面和罩41之间。结果，现有技术中的问题得到解决。也就是说，当从第一凸缘环35泄露的液态制冷剂蒸发时，第二凸缘环37并未脱离罩41。因此，环35～40继续被紧紧地固定在罩41内。第一凸缘环35相对于驱动轴16的预定位置被保持。
上述实施例有下列优点。
从第一凸缘环35泄露的液态制冷剂的蒸发不会发生在第二凸缘环37的外边缘，这防止了第二凸缘环37离开罩41。从而，第一凸缘环35在驱动轴转动期间泄露了适当数量的流体。
突出部43沿驱动轴16的轴线L的方向延伸。也就是说，第一凸缘环35沿轴线L方向压向第二凸缘环37。从而，还达到了第一凸缘环35和第二凸缘环37之间的加压接触，而不增加图4中现有技术装置的特殊装配措施。
突出部43整体形成在便于形成突出部分43的第一凸缘35上。也就是说，如果突出部43形成在第二凸缘37上，其是由一片氟树脂制成时，突出部43必须事先形成在片上。而且，将要求精确地从氟树脂片上切出第二凸缘环37，这将使制造复杂。但是，由合成橡胶制成的第一凸缘环35是在罩41周围压模形成的。从而，通过改变模的形状可以和第一凸缘环35整体形成突出部43。
在密封表面37b上形成抽吸槽37C以改善第二凸缘环37的密封性能。通过第一凸缘环35在驱动轴1 6转动期间泄露的流体，由第二凸缘环37泄露的即使有也非常少。从而，相当大量的流体在驱动轴16转动时存在于第一凸缘环35和第二凸缘环37之间。换句话说，在现有技术中，相当多流体趋向进入第二凸缘环37和罩41之间。因此，在驱动轴转动时第一凸缘环35泄露流体，但不太多，这一点是很重要的。
轴封18包括位于第二凸缘环37前方的第三凸缘环。从而，当驱动轴16的转动停止时第三凸缘环39防止了留在第一凸缘环35和第二凸缘环37之间的流体的泄露。换句话说，在驱动轴16的转动停止后，第二凸缘环37和隔环36或罩41之间的流体不会流出压缩机。因此，第一凸缘环35在驱动轴16转动时泄露流体，但不太多，这是非常重要的。
显然对在本领域内有熟练技能的人，本发明可以用许多其它形式来实现，而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明的例子和实施例为说明性的而非限制性的，本发明不应局限于这里给出的细节，而可在附带权利要求的范围内被修改。

Claims (10)

1.一种穿过并被壳体(11，12，13)支承的旋转轴(16)用的轴封，该装置用于防止流体从壳体泄露，该密封装置包括：
一个位于环绕轴(16)配置的第一凸缘环(35)，第一凸缘环具有一个第一周边部分(35b)，其相对于轴(16)实际上按径向延伸，和一个与轴(16)的表面(16a)相接触的第一凸缘部分(35c)，这里的第一凸缘部分分(35c)与轴(16)的表面弹性接触，第一凸缘环(35)具有预定的形状以在轴(16)停转时防止流体从壳体(11，12，13)内泄露以及在轴(16)转动时允许流体从壳体(11，12，13)内泄露。
一个环绕轴并和第一凸缘环(35)相邻的隔环(36)，隔环(36)带有一个相对于轴(16)实际上按沿径向延伸的第二周边部分(36a)，该隔环(36)支承着第一凸缘环(35)以便第一凸缘环(35)实际上保持它的形状。
一个环绕轴(16)并与隔环(36)相邻的，与第一凸缘环(35)相对的在隔环另一侧的第二凸缘环(37)，第二凸缘环(37)带有一个相对于轴(16)和沿轴(16)表面(16a)延伸的第二凸缘部(37a)。按径向延伸的第三周边部分(37e)，这里第二凸缘部(37a)与轴(16)的表面(16a)弹性接触以防止流体从壳体(11，12，13)内泄露。
一个通过夹紧第一、第二和第三周边部分(35b，36a，37e)将环(35，36，37)夹在一起的罩(41)，该轴封其特征在于：
第一和第三周边部分(35b，37e)向外延伸越过第二周边部分(36a)，以提供一个环形接触区域，第一和第二凸缘环(35，37)在接触区域彼此弹性接触。
2.按照权利要求1中所述的轴封，其特征在于第一和第二凸缘环(35，37)中至少一个带有形成于环形接触区的环形突出部(43)，该整个突出部组装前沿轴向测量的厚度要大于第二周边部分(36a)。
3.按照权利要求2所述的轴封，其特征在于，所述突出部(43)全部形成在第一凸缘环(35)上。
4.按照权利要求2所述的轴封，其特征在于，所述突出部(43)全部形成在第二凸缘环(37)上。
5.按照权利要求3所述的轴封，其特征在于，第一凸缘环(35)由橡胶制成。
6.按照权利要求5所述的轴封，其特征在于，第二凸缘环(37)由氟树脂制成。
7.按照权利要求1～6中所述的任一轴封，其特征在于第一和第二表面(S1，S2)确定第一凸缘部分，第一表面(S1)位于第一凸缘部分(35C)的内侧，第二表面(S2)位于第一凸缘部分(35C)的外侧，该第一表面(S1)相对于轴(16)的轴线形成一个比第二表面(S2)要小的角度。
8.按照权利要求7所述的轴封，其特征在于，在第二凸缘部分(37a)和轴(16)的表面(16a)之间提供有一抽吸装置，以便第二凸缘部分(37a)和轴(16)之间的流体被吸向第二凸缘环(37)的内侧。
9.按照权利要求8所述的轴封，其特征在于，抽吸装置带有一形成于第二凸缘部分(37a)的内表面(37b)的螺旋槽(37c)。
10.按照权利要求1～9中所述的任一轴封的压缩机，该压缩机在轴(16)转动时在壳体内压缩制冷气体。
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