CN220470213U - 一种无油涡旋空压机密封装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无油涡旋空压机密封装置，包括涡旋盘壳体，所述涡旋盘壳体内安装有相互配合的动涡旋盘、静涡旋盘，所述涡旋盘壳体上设置有用于控制动涡旋盘与静涡旋盘之间啮合间隙的电动推杆机构，所述静涡旋盘边缘上设置有用于检测动涡旋盘与静涡旋盘之间啮合间隙的检测装置。本实用新型通过电动推杆的运动来改变动、静涡旋盘的间隙，同时利用电涡流传感器实时测量间隙大小达到精准反馈控制，使动、静涡旋盘间隙始终保持在临界微小距离，降低涡旋盘相对运动的摩擦损耗，更好的避免泄漏、热变形等问题；装置通过机电控制，在运行过程中可调节涡旋盘轴向间隙，响应速度快、控制精度高。

Description

一种无油涡旋空压机密封装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池汽车用空气压缩机领域，具体涉及一种无油涡旋空压机密封装置。

背景技术

目前市面上大部分涡旋空压机是通过动涡旋盘与静涡旋盘相对啮合运动来实现对气体的吸入、压缩和排出，由于燃料电池汽车要求进入的气体保持无油的特点，无油涡旋空压机涡旋齿端面与涡旋盘底部相对运动过程中，不能通过油润滑使涡旋齿与涡旋盘底部相接触面形成润滑油膜，导致涡旋齿与涡旋盘底部相接触的地方加速磨损，齿端面的密封和润滑功能都会受到一定影响；在传统的无油涡旋空压机，动、静涡旋盘的装配精度主要依靠工人经验来确定，间隙过大或过小都影响涡旋空压机的运行性能和使用寿命，间隙过大会导致气体径向泄漏，压缩效率大大降低，间隙过小会导致涡旋齿与涡旋盘摩擦严重，导致工作腔热量急剧上升，造成涡旋齿热变形引起啮合间隙，产生内泄漏和周向泄漏。

无油涡旋空压机动涡旋盘和静涡旋盘顶部是通过开好的一条型线密封凹槽，密封槽从涡旋盘中心向边缘螺旋伸展，过渡配合密封条来对气体进行密封。密封条在装配的时候通常会高出工件约0.2-0.5mm，并分别与动、静涡旋盘底部刚性接触，在涡旋空压机运行时涡旋齿相互运动会产生摩擦，摩擦到一定程度将造成密封条磨损并产生一定热量，造成涡旋盘轴向间隙增大及涡旋齿产生热变形，使密封性能减弱，导致无油涡旋空压机的工作效率大大降低。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种无油涡旋空压机密封装置，通过电动推杆伸缩管的伸缩配合电涡流传感器的实时检测来控制涡旋盘之间的间隙，可减少涡旋盘与涡旋齿之间的摩擦，降低热量的产生，减少涡旋齿磨损与热变形；并且密封条在出现磨损后能分别主动定量的进行自动补偿，并使高压区、中压区、低压区的密封条运行寿命相近，减少更换密封条的频率，随着运行时间的增加，也能保持无油涡旋空压机的密封性能稳定的处于较理想位置，解决在无油涡旋空压机工作一定时间后，由于涡旋齿与涡旋盘之间的相互摩擦会产生大量的热，导致涡旋齿与涡旋盘产生间隙及热变形的问题。

本实用新型采用以下方案实现：一种无油涡旋空压机密封装置，包括涡旋盘壳体，所述涡旋盘壳体内安装有相互配合的动涡旋盘、静涡旋盘，所述涡旋盘壳体上设置有用于控制动涡旋盘与静涡旋盘之间啮合间隙的电动推杆机构，所述静涡旋盘边缘上设置有用于检测动涡旋盘与静涡旋盘之间啮合间隙的检测装置。

进一步的，所述动涡旋盘上设置有动涡旋齿，所述静涡旋盘上设置有与动涡旋齿相配合的静涡旋齿，所述动涡旋齿和静涡旋齿相互啮合且旋向相反，所述静涡旋齿、动涡旋齿的齿端上均沿着静涡旋齿、动涡旋齿的旋齿方向开设有密封槽，所述密封槽内设置有密封条。

进一步的，所述密封槽由内至外分成高压槽段、中压槽段、低压槽段，高压槽段的槽深：中压槽段的槽深：低压槽段的槽深=5：3：2，所述密封条对应分成高压密封条、中压密封条、低压密封条，高压密封条的厚度：中压密封条的厚度：低压密封条的厚度=5：3：2。

进一步的，所述密封条紧贴于动涡旋盘或静涡旋盘的盘底上，所述静涡旋齿与动涡旋齿的侧部上对应高压槽段的两端设置有连通高压槽段槽底的高压微小进气气孔。

进一步的，所述静涡旋齿上涂有耐磨缓冲涂层，所述耐磨缓冲涂层为耐磨硬质合金和橡胶组成的复合材料涂层。

进一步的，所述涡旋盘壳体包括固定壳，所述固定壳内设置有用于安装动涡旋盘、静涡旋盘的内腔，所述固定壳上设置有用于封闭内腔的机架封盖。

进一步的，所述静涡旋盘安装于内腔底部，所述静涡旋盘与内腔内壁之间通过采用间隙配合，所述固定壳底部上对称开设有至少两个的贯穿孔，所述电动推杆机构安装于贯穿孔内，所述固定壳底部上安装用于固定电动推杆机构的锁紧器，电动推杆机构的另一端固定于静涡旋盘底部。

进一步的，所述检测装置为电涡流传感器，静涡旋盘边缘上开设有安装孔，所述电涡流传感器安装于安装孔内，电涡流传感器的探头朝向动涡旋盘，所述电涡流传感器探头相对静涡旋盘底缩进0.5mm。

进一步的，所述涡旋盘壳体外周上开设有连通内腔的进气口，所述静涡旋盘底部中部设置有限位凸台，所述内腔底部中部对应限位凸台设置有限位孔，所述限位凸台伸出限位孔，所述静涡旋盘底部中部开设有贯穿限位凸台的排气孔。

与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：1、将整条密封条分成高压区高压密封条和中压区中压密封条及低压区低压密封条三段，三段密封条的厚度不同以保持伸出涡旋体端面的密封条保持同一高度，可提高整体密封效果，有针对性的节约成本，并使三段密封条的寿命接近一致，减少更换密封条的频率；2、高压密封条两端设有高压进气细孔，高压区气体从高压进气细孔进入高压密封条底面，增大了高压密封条的密封性，防止气体产生径向泄漏，并当密封条磨损后会进行自动补偿，极大提高涡旋空压机的密封性，与传统在涡旋齿顶部的凹槽内部设置密封条浮起装置相比，此实用新型无密封条浮起装置的成本开销，结构简单，有效降低制造成本；3、静涡旋齿表面涂有耐磨缓冲涂层，提高涡旋空压机的使用寿命，增加涡旋盘运动过程中相互接触的气密性，可消除碰撞带来的噪音，增加装置运动过程的稳定性；4、通过电动推杆机构的运动来改变动、静涡旋盘的间隙，并使用电涡流传感器进行精准反馈控制，使动、静涡旋盘间隙始终保持在临界微小距离，进而提升无油涡旋空压机的气密性；降低动、静涡旋盘相对运动的摩擦损耗，显著减少涡旋齿摩擦带来的温升，更好的避免热变形造成的泄漏等问题。

附图说明

图1是本实用新型中动、静涡旋盘装配图；

图2是小型电动推杆E的局部放大图；

图3是图1的F放大图；

图4是本实用新型中动涡旋盘密封槽密封条的主视图；

图5是图4的A放大图；

图6是图4的B放大图；

图7是图4的C-C剖视图；

图8是图4的D-D剖视图；

图9是本实用新型中静涡旋盘与静涡旋壳体装配的主视图；

图10是图1的H放大图；

图11是反馈控制原理图。

图中：1-密封条，2-电动推杆机构，3-锁紧器，4-固定壳，5-排气孔，6-静涡旋盘，7-预设孔，8-电涡流传感器，9-耐磨缓冲涂层，10-螺栓，11-机架封盖，12-动涡旋盘，14-控制线，15-电机，19-伸缩管，21-前接头，22-连接件，23-安装底座，24-进气口，25-高压微小进气气孔，26-夹持螺母，27-电涡流传感器探头，101-动盘涡旋齿，102-静盘涡旋齿，103-密封槽，111-第一密封条，222-第二密封条，333-第三密封条。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1-10所示，本实施例提供了一种无油涡旋空压机密封装置，包括涡旋盘壳体，所述涡旋盘壳体内安装有相互配合的动涡旋盘12、静涡旋盘6，所述涡旋盘壳体上设置有用于控制动涡旋盘与静涡旋盘之间啮合间隙的电动推杆机构2，所述静涡旋盘边缘上设置有用于检测动涡旋盘与静涡旋盘之间啮合间隙的检测装置。

在本实施例中，所述动涡旋盘上设置有动涡旋齿101，所述静涡旋盘上设置有与动涡旋齿相配合的静涡旋齿102，所述动涡旋齿和静涡旋齿相互啮合且旋向相反，所述静涡旋齿、动涡旋齿的齿端上均沿着静涡旋齿、动涡旋齿的旋齿方向开设有密封槽103，所述密封槽内设置有密封条1，所述密封条与密封槽的两侧壁间为间隙配合。

在本实施例中，所述密封槽由内至外分成高压槽段、中压槽段、低压槽段，高压槽段的槽深：中压槽段的槽深：低压槽段的槽深=5：3：2，所述密封条对应分成高压密封条111、中压密封条222、低压密封条333，高压密封条的厚度：中压密封条的厚度：低压密封条的厚度=5：3：2；由于涡旋盘内高压区、中压区、低压区的气体压力不同，所受到的磨损程度也会不同，高压密封条的磨损程度大于中压区的中压密封条的磨损程度大于低压区的低压密封条的磨损程度，让不同气压区的密封条使用寿命相近，减少更换密封条的频率，所述高、中、低压密封槽两侧壁的表面粗糙度为1.6-3.2μm，高压密封条和中压密封条过渡区域密封条之间相交叉相叠，中压密封条和低压密封条过渡区域存在微小间隙，所述密封槽内上设置有现有的卡紧部，卡紧部设于用于卡紧高压密封条、中压密封条、低压密封条。

在本实施例中，所述密封条紧贴于动涡旋盘或静涡旋盘的盘底上，所述静涡旋齿与动涡旋齿的侧部上对应高压槽段的两端设置有连通高压槽段槽底的高压微小进气气孔25，高压区气体从高压微小进气气孔更容易进入高压密封条底面，增加密封条的浮力，当气体压力越大，密封条的浮动效果越明显，可以大大减少气体产生径向泄漏。

在本实施例中，所述静涡旋齿上涂有耐磨缓冲涂层9，所述耐磨缓冲涂层为耐磨硬质合金和橡胶组成的复合材料涂层，由于此复合材料涂层具有较大的弹性和耐磨功能，因此该结构减小了动涡旋盘和静涡旋盘之间的碰撞噪音，提高涡旋盘的使用寿命，同时减少空压机的泄漏，使涡旋空压机实现较高的工作压力。

在本实施例中，所述涡旋盘壳体包括固定壳4，所述固定壳内设置有用于安装动涡旋盘、静涡旋盘的内腔，所述固定壳上设置有用于封闭内腔的机架封盖11，固定壳与机架封盖通过螺栓10连接。

在本实施例中，所述静涡旋盘安装于内腔底部，所述静涡旋盘与内腔内壁之间通过采用间隙配合，所述固定壳底部上对称开设有至少两个的贯穿孔，所述电动推杆机构安装于贯穿孔内，所述固定壳底部上安装用于固定电动推杆机构的现有的锁紧器3，也可以是常规的壳体，可以实现固定即可，电动推杆机构的另一端固定于静涡旋盘底部，电动推杆机构可以是现有的电动推杆，静涡旋盘底部设有现有的防转动矩形固定模块及电动推杆安装底座23，电动推杆机构的前接头21通过现有的连接件22与螺栓安装在安装底座，电动推杆机构的电机15顶部通过现有的锁紧器3固定在固定壳上。

在本实施例中，所述检测装置为电涡流传感器8，静涡旋盘边缘上开设有安装孔，所述电涡流传感器安装于安装孔内，电涡流传感器的探头朝向动涡旋盘，所述电涡流传感器探头27相对静涡旋盘底缩进0.5mm，电涡流传感器通过夹持螺母26安装在静涡旋盘上，安装孔的直径满足大于等于传感器直径的3倍，所述电涡流传感器与静涡旋盘之间设置有气体密封垫，所述电涡流传感器可沿旋线方向布置安装一个或多个数量，以提高传感器的检测准确度，所述电涡流传感器实时控制涡旋盘间隙大小为密封条高于齿面的高度。

在本实施例中，固定壳上有散热翅片，所述静涡旋壳体上有可供电动推杆与电涡流传感器控制线14穿过的预设孔7。

在本实施例中，所述涡旋盘壳体外周上开设有连通内腔的进气口24，所述静涡旋盘底部中部设置有限位凸台，所述内腔底部中部对应限位凸台设置有限位孔，所述限位凸台伸出限位孔，所述静涡旋盘底部中部开设有贯穿限位凸台的排气孔5，当无油涡旋空压机运行时，外部气体从进气口进入，动、静涡旋盘相互啮合对气体进行压缩，从静涡旋盘排气孔流出，本装置通过燃料电池控制单元（FCU）发出的电信号控制电动推杆的电机正反转进而带动小型电动推杆伸缩管19的运动来改变动、静涡旋盘之间的啮合间隙，并使用电涡流传感器实时测量涡旋盘之间的间隙，达到进行精准反馈控制。涡旋空压机运行前通过电动推杆与电涡流传感器配合控制，调节动涡旋盘与静涡旋盘之间的间隙，可消除工人装配动静涡旋盘时产生的装配误差；在涡旋空压机运行时，也能动态调节间隙大小，使动、静涡旋盘间隙始终保持在临界微小距离，使动盘涡旋齿、静盘涡旋齿上的密封条分别与静、动涡旋盘底部相互贴紧，并当密封条磨损后会分别进行自动补偿，减少密封间隙，极大提高涡旋空压机压缩气体的效率。

在本实施例中，动涡旋盘的盘底设置有贯穿机架盖板的接头，接头活动连接于动涡旋盘的盘底上，接头与压缩机的偏心轴之间通过连接。

如图11所示反馈控制原理图，该装置通过反馈信号精准控制涡旋盘之间的轴向间隙，精度可达微米级别，根据燃料电池功率事先得到所需的间隙设定值，当电涡流传感器测量间隙值不符合间隙预定值时，燃料电池汽车控制单元（FCU）发出电流信号，通过传输通道发送电流信号给小型电动推杆电机产生正反转运动，带动小型电动推杆的伸缩来控制涡旋盘的间隙；另外空压机工作过程会产生振动、气压不均匀及装配误差等外部干扰信号，导致涡旋盘轴向间隙不满足预期值，通过电涡流传感器实时测量涡旋盘的轴向间隙，与预先的间隙设定值进行比较，当满足设定及宽度值时，不反馈信号，小型电动推杆电机不运动，减小能量损耗；当不满足设计及宽度值时，电涡流传感器将间隙值信号转变为电信号并传输给汽车控制单元（FCU），进而控制小型电动推杆运动，改变间隙大小，达到精准控制涡旋盘间隙。

一种无油涡旋空压机密封装置的工作方法：

步骤1：将动涡旋盘装入压缩机的偏心轴轴承上，由偏心轴的旋转带动动涡旋盘进行平面移动，然后将电涡流传感器固定安装与静涡旋盘，为了避免在压缩机工作时传感器被转动的动涡旋齿撞坏，在安装时电涡流传感器探头相对静涡旋盘底部缩进0.5mm，将电动推杆机构安装于静涡旋盘底部，将静涡旋盘装入固定壳，电动推杆机构与电涡流传感器控制线穿过壳体预先打好的孔，用锁紧器将电动推杆机构固定在固定壳上，并与固定壳保持无相对运动，使用水平仪检验静涡旋盘是否处于水平线上，并测试不同电动推杆电机同步运行的能力，最后将固定壳通过螺栓安装在无油涡旋空压机的机架封盖上，动、静涡旋齿相互啮合形成若干个月牙形压缩腔，完成装配；

步骤2：静态校验电涡流传感器测量系统，以获得校准曲线及位移与电压的函数关系式，校验得到的电压与位移的比例系数是毫伏/微米，故此方法能达到微米级精度，确保动、静涡旋盘间隙始终保持在临界微小距离；

步骤3：当静态校验完毕后，涡旋空压机处于停机状态时，测试电动推杆与电涡流传感器整体配合控制的能力，通过控制电动推杆机构的伸缩管的运动来改变动、静涡旋盘的间隙；当间隙过大时，电动推杆机构通过电机的旋转带动伸缩管伸长，减小间隙；反之，则缩短，增大间隙；通过电涡流传感器实时测量动涡旋齿与静涡旋盘底部间隙大小（传感器测量的结果：位移量减去0.5mm偏置量即可得到轴向涡旋间隙），与电动推杆机构进行配合达到精准反馈控制，结束时涡旋盘间隙大小为密封条伸出涡旋齿的高度。

步骤4：以上步骤校验完毕后，运行涡旋空压机，进行动态测试。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系例如“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制，且上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种无油涡旋空压机密封装置，其特征在于，包括涡旋盘壳体，所述涡旋盘壳体内安装有相互配合的动涡旋盘、静涡旋盘，所述涡旋盘壳体上设置有用于控制动涡旋盘与静涡旋盘之间啮合间隙的电动推杆机构，所述静涡旋盘边缘上设置有用于检测动涡旋盘与静涡旋盘之间啮合间隙的检测装置。

2.根据权利要求1所述的无油涡旋空压机密封装置，其特征在于，所述动涡旋盘上设置有动涡旋齿，所述静涡旋盘上设置有与动涡旋齿相配合的静涡旋齿，所述动涡旋齿和静涡旋齿相互啮合且旋向相反。

3.根据权利要求2所述的无油涡旋空压机密封装置，其特征在于，所述静涡旋齿、动涡旋齿的齿端上均沿着静涡旋齿、动涡旋齿的旋齿方向开设有密封槽，所述密封槽内设置有密封条。

4.根据权利要求3所述的无油涡旋空压机密封装置，其特征在于，所述密封槽由内至外分成高压槽段、中压槽段、低压槽段，高压槽段的槽深：中压槽段的槽深：低压槽段的槽深=5：3：2。

5.根据权利要求4所述的无油涡旋空压机密封装置，其特征在于，所述密封条对应密封槽分成高压密封条、中压密封条、低压密封条，高压密封条的厚度：中压密封条的厚度：低压密封条的厚度=5：3：2。

6.根据权利要求3所述的无油涡旋空压机密封装置，其特征在于，所述密封条紧贴于动涡旋盘或静涡旋盘的盘底上，所述静涡旋齿与动涡旋齿的侧部上对应高压槽段的两端设置有连通高压槽段槽底的高压微小进气气孔。

7.根据权利要求4所述的无油涡旋空压机密封装置，其特征在于，所述涡旋盘壳体包括固定壳，所述固定壳内设置有用于安装动涡旋盘、静涡旋盘的内腔，所述固定壳上设置有用于封闭内腔的机架封盖。

8.根据权利要求7所述的无油涡旋空压机密封装置，其特征在于，所述静涡旋盘安装于内腔底部，所述静涡旋盘与内腔内壁之间通过采用间隙配合，所述固定壳底部上对称开设有至少两个的贯穿孔，所述电动推杆机构安装于贯穿孔内，所述固定壳底部上安装用于固定电动推杆机构的锁紧器，电动推杆机构的另一端固定于静涡旋盘底部。

9.根据权利要求3所述的无油涡旋空压机密封装置，其特征在于，所述检测装置为电涡流传感器，静涡旋盘边缘上开设有安装孔，所述电涡流传感器安装于安装孔内，电涡流传感器的探头朝向动涡旋盘，所述电涡流传感器探头相对静涡旋盘底缩进0.5mm。

10.根据权利要求7所述的无油涡旋空压机密封装置，其特征在于，所述涡旋盘壳体外周上开设有连通内腔的进气口，所述静涡旋盘底部中部设置有限位凸台，所述内腔底部中部对应限位凸台设置有限位孔，所述限位凸台伸出限位孔，所述静涡旋盘底部中部开设有贯穿限位凸台的排气孔。