一种涡轮增压器的压气机端密封结构的制作方法

1.本发明涉及涡轮增压器技术领域，特别是涉及一种涡轮增压器的压气机端密封结构。


背景技术：

2.涡轮增压器作为发动机的重要零部件，在控制发动机原排中起到了非常重要的作用，目前应用于工程机械领域的发动机，均需安装涡轮增压器，才能达到国家的排放要求。
3.涡轮增压器在工作时，机油(即润滑油)在以规定范围内的正常压力进入中间体(即轴承体)并通过轴承及止推轴承工作面后，油压已变为零，只是靠重力作用，自然向下流回发动机的油底壳。而且在正常工作状态下，涡轮增压器的压气机叶轮的轮背处有一定的增压气体压力，该压力正常情况下大于轴承体内的压力，因此，机油是不会从低压力区向高压力区流动而导致漏油的。
4.发动机在怠速工作时，由于非道路工程机械工作环境恶劣，空气滤清器(即空滤)经常堵塞，引起压气机进口产生较大负压，导致涡轮增压器发生压气机端漏油的故障。其中，产生漏油现象的机理是：当发动机处于怠速工况且空气滤清器堵塞时，涡轮增压器转速很低，压气机叶轮对进入压气机的空气压缩效果基本可以忽略不计，此时发动机活塞的往复运动会使进气管内形成负压，导致压气机出口形成负压，进而压气机进口处也为负压，压气机叶轮的轮背处也为负压。而轴承体内压力是正压，机油就会从高压力区(即轴承体)向低压力区(即压气机叶轮轮背)流动，产生涡轮增压器的压气机端漏油倾向。
5.若发动机长时间怠速工作，当负压值超过增压器压气机端密封结构产生的阻力时，就会吸出轴承体中的润滑油，这一现象导致润滑油从涡轮增压器的中间体向涡轮增压器的压气机端流出，发生涡轮增压器的压气机端漏油。
6.目前，现有涡轮增压器的压气机端密封结构无法应对此种负压情况，需重新设计该处的密封结构，以此来提升涡轮增压器的压气机端抗负压能力，当涡轮增压器的压气机进出口负压较大时，涡轮增压器不漏油。
7.因此，目前迫切需要开发一种技术，能够有效提高涡轮增压器的压气机端抗负压能力，避免涡轮增压器的压气机端出现漏油现象，提升涡轮增压器的可靠性。


技术实现要素：

8.本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种涡轮增压器的压气机端密封结构。
9.为此，本发明提供了一种涡轮增压器的压气机端密封结构，包括中空的轴承体；
10.其中，轴承体内设置有横向分布的涡轮转轴；
11.所述涡轮转轴的径向外壁，从左到右分别安装有环绕分布的压气机叶轮、轴封套和止推间隔套；
12.所述轴封套的径向四周外侧，环绕地安装有封油盖和挡油板；
13.所述挡油板位于封油盖的右侧；
14.所述止推间隔套的左端径向四周外侧，安装有一个止推轴承板；
15.所述轴封套的左端径向外侧面，从左往右环绕地设置了多个压端密封环设置凹槽；
16.每个压端密封环设置凹槽内，分别安装有一个压端密封环；
17.所述挡油板的上部右侧与止推轴承板的上部左侧之间的区域，具有第一储油空间；
18.所述封油盖内，设置有环绕分布的第二储油空间；
19.第二储油空间与第一储油空间之间，通过所述挡油板相分隔；
20.所述第二储油空间，通过过油间隙与所述轴封套的径向外侧壁相连通。
21.由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种涡轮增压器的压气机端密封结构，其结构设计科学，能够有效提高涡轮增压器的压气机端抗负压能力，避免涡轮增压器的压气机端出现漏油现象，提升涡轮增压器的可靠性，具有重大的生产实践意义。
附图说明
22.图1为本发明提供的一种涡轮增压器的压气机端密封结构的轴向剖视图；
23.图2为本发明提供的一种涡轮增压器的压气机端密封结构的局部剖面放大示意图一；
24.图3为本发明提供的一种涡轮增压器的压气机端密封结构的局部剖面放大示意图二。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。
27.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，
除非另有明确具体的限定。
29.参见图1至图3，本发明提供了一种涡轮增压器的压气机端密封结构，包括中空的轴承体003；
30.其中，轴承体003内设置有横向分布的涡轮转轴(即涡轮转子)100；
31.所述涡轮转轴100的径向外壁，从左到右分别安装有环绕分布的压气机叶轮001、轴封套006和止推间隔套009；
32.需要说明的是，压气机叶轮001上，安装有多个叶轮叶片。
33.所述轴封套006的径向四周外侧，环绕地安装有封油盖002和挡油板007；
34.所述挡油板007位于封油盖002的右侧；
35.所述止推间隔套009的左端径向四周外侧，安装有一个止推轴承板008；
36.所述轴封套006的左端径向外侧面，从左往右环绕地设置了多个压端密封环设置凹槽107；
37.每个压端密封环设置凹槽107内，分别安装有一个压端密封环005；
38.所述挡油板007的上部右侧与止推轴承板008的上部左侧之间的区域，具有第一储油空间104；
39.所述封油盖002内，设置有环绕分布的第二储油空间105；
40.第二储油空间105与第一储油空间104之间，通过所述挡油板007相分隔。其中，所述挡油板007的左侧壁，作为所述第二储油空间105的右侧壁；
41.所述第二储油空间105，通过过油间隙1003与所述轴封套006的径向外侧壁相连通。
42.在本发明中，具体实现上，所述过油间隙1003，与所述轴封套006的径向外侧壁与封油盖002的径向内侧面之间的间隙相连通。
43.在本发明中，具体实现上，轴封套006的径向外壁，与封油盖002的内侧面为间隙配合；
44.所述止推间隔套009的与止推轴承板008之间为间隙配合。
45.在本发明中，具体实现上，所述挡油板007与轴封套006相接触的内侧端为第一密封带103；位于挡油板007内侧端(即内孔)的第一密封带103与轴封套006右端外圆径向的承压面之间形成第一重密封结构，实现对润滑油的第一重密封，保证了密封效果。
46.第一密封带103沿着所述轴封套006的径向分布。
47.需要说明的是，所述挡油板007与轴封套006之间为间隙配合，即第一密封带103与轴封套006的径向外壁之间为间隙配合。
48.在本发明中，具体实现上，所述封油盖002的内侧端右侧，具有第三密封带106；
49.所述第三密封带106位于第一密封带103的径向外侧方向；
50.所述过油间隙1003的一部分，是位于第二密封带106与第一密封带104之间的间隙。
51.在本发明中，具体实现上，所述轴封套006的右端为轴封套甩油盘；
52.轴封套甩油盘的左侧，周向环绕地设置有向左水平突出的第二密封带101；
53.所述过油间隙1003，位于所述轴封套甩油盘的左侧和所述封油盖002的内侧端右侧之间。
54.需要说明的是，对于本发明，轴封套甩油盘径向布置了第二重密封结构，具体是迷宫密封结构，该迷宫密封结构包括轴封套甩油盘左侧与封油盖002右侧之间形成的弯曲分布的过油间隙1003以及第二密封带101，过油间隙1003以及第二密封带101径向布置于轴封套甩油盘上，形成类似迷宫的弯折结构设计，实现一体机械式迷宫密封，最终实现对润滑油的第二重密封效果，进一步提升了密封效果。
55.具体实现上，所述轴封套006的轴向外侧与封油盖002的中孔内侧之间，环绕地设置有三个压端密封环设置凹槽107；
56.每个压端密封环设置凹槽107内分别设置有一个压端密封环005。
57.需要说明的是，对于本发明，通过轴封套006外侧的三个压端密封环005与封油盖002的中孔内侧之间的配合，形成第三重密封结构，实现对润滑油的第三重密封，显著提升了密封的可靠性。
58.需要说明的是，在本发明中，所述过油间隙1003的两端，分别具有第二重密封结构和第三重密封结构，有效保证了密封效果。
59.具体实现上，所述封油盖002内的第二储油空间105，在所述第二密封带101的左上侧位置径向设置有倾斜分布的导流斜角部102。
60.具体实现上，导流斜角部102在轴向方向上从右往左逐渐向下倾斜，即高度逐渐降低。
61.在本发明中，具体实现上，轴封套009的左侧与压气机叶轮001的右侧相接触；
62.轴封套009的右侧，与止推间隔套009的左侧相接触。
63.对于本发明，具体实现上，压气机叶轮001位于压气机蜗壳200的内侧；
64.压气机蜗壳200的右侧与轴承体003的左侧相密封连接。
65.需要说明的是，对于本发明，止推轴承板008，用于限制涡轮转轴100的轴向窜动量，防止压气机叶轮001与压气机蜗壳200相蹭，以及涡轮叶轮与涡轮箱相蹭。
66.对于本发明，涡轮转轴100带动穿装在涡轮转轴100上的止推间隔套009、轴封套006和压气机叶轮001旋转。
67.在本发明中，具体实现上，涡轮转轴(即涡轮转子)100的右端部，设置有环绕分布的涡轮叶轮300；
68.在本发明中，具体实现上，涡轮转轴(即涡轮转子)100的中部和右端径向外壁，分别环绕地安装有压气机端全浮动轴承1004和涡轮端全浮动轴承1005；
69.轴承体003的底部，设置有回油孔1002；
70.轴承体003内部在回油孔1002的上方，设置有中空的回油储油腔1001；
71.回油储油腔1001的下部左侧，与第二储油空间105的下部右侧相连通。
72.具体实现上，轴承体003的上部，设置有垂直分布的进油口1007；
73.进油口1007的下端开口，与润滑油路1008的顶部相连通；
74.润滑油路1008的底部左右两端，分别与止推轴承板进油通道1009的顶部开口和涡轮端全浮动轴承进油通道1010的顶部开口相连通；
75.止推轴承板进油通道1009，位于止推轴承板008中；
76.止推轴承板进油通道1009的左侧下端开口，与轴封套006的右侧壁相接触；
77.涡轮端全浮动轴承进油通道1010的底端开口，与涡轮端全浮动轴承1005所在安装
空间相连通；
78.具体实现上，止推轴承板进油通道1009的右侧下端开口，与所述止推间隔套009的左侧壁相接触；
79.具体实现上，润滑油路1008的底部，还与压气机端全浮动轴承进油通道1011的顶部相连通；
80.压气机端全浮动轴承进油通道1011的底端开口，与压气机端全浮动轴承1004所在安装空间相连通。
81.需要说明的是，进油口1007连接进油管的一端；
82.进油管的另一端，连接位于外部的发动机润滑油系统。
83.需要说明的是，回油孔1002连接回油管的一端；
84.回油管的另一端，与发动机油底壳连接。排出的润滑油经回油管回到发动机油底壳，能够带走轴承工作时产生的热量。
85.具体实现上，轴承体003内部，在压气机端全浮动轴承1004和涡轮端全浮动轴承1005之间的位置，设置有过油孔1012；
86.回油储油腔1001，通过过油孔1012与压气机端全浮动轴承1004所在安装空间和涡轮端全浮动轴承1005所在安装空间相连通。
87.为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面说明本发明的工作原理。
88.需要说明的是，对于本发明，对挡油板007的结构进行重新设计，增大了存储油沫的第一储油空间104，可以在结构上阻挡更多油沫越过挡油板007与轴封套006相接触处的第一密封带103；
89.对于本发明，对封油盖002的结构进行重新设计，设计了第二储油空间105，且在封油盖002与轴封套006轴向方向设置的第二密封带101外侧，增加倒流斜角部102，使油沫到达第三密封带106的位置时，汇聚成的液态润滑油能够及时地通过倒流斜角部102流回轴承体003的回油储油腔1001内。该设计中第一储油空间104及第二储油空间105，确保了油沫有足够的静置时间及静置空间汇聚成液态润滑油，从而由回油孔1002所连接的回油管流入位于外部的发动机油底壳中，第一密封带103使油沫加速了汇聚成液态润滑油的进程。
90.此外，通过增加的第二密封带101和多个压端密封环005(用于形成第三重密封结构)，形成多次弯折的密封结构(也可以称为迷宫密封结构)，使剩余的油沫更难到达封油盖002左侧的压气机叶轮001轮背处，大幅降低了涡轮增压器的压气机端漏油风险。
91.从增压器制造成本看，本发明设计的结构在不变动增压器其他零部件，即可以确保现有零部件通用的前提下，重新设计封油盖003、轴封套006、挡油板007等结构，并且无需使用止推片这个轴系零部件，其制造成本与现有制造成本持平。
92.从功能性方面看，本发明相比于现有增压器压气机端密封结构，在确保增压器轴向止推力的情况下(不减少润滑油进油量)，本结构大幅提升涡轮增压器的压气机端的抗负压能力，降低了涡轮增压器的压气机端的漏油风险。
93.本发明的密封原理及润滑油走向是：具有一定压力的润滑油从止推轴承板008喷射到轴封套006及止推间隔套009所形成的两侧止推面，形成一层油膜，该油膜能够提供轴系转子稳定运行时所需的轴向止推力。润滑油从轴封套006与止推轴承板008、止推间隔套009与止推轴承板008之间泄压后喷射到轴承体003内，与轴承体003内气体形成大小不一的
油沫气泡，
94.当涡轮增压器的压气机端产生负压、润滑油有向压气机叶轮001轮背处泄露的倾向时，泄压产生的油沫气泡被挡油板007与止推轴承板008形成的第一储油空间104挡住，一部分润滑油在第一储油空间104中静置，形成液态润滑油，经由挡油板007右侧零件表面、止推轴承板008左侧表面流回轴承体003回油孔的储油位置，进入增压器外接的回油管后流入发动机油底壳；另一部分在第一密封带103处被挤压形成更小的油沫或液态润滑油，通过轴封套006的旋转产生的离心力，这时候，大部分润滑油被甩到封油盖002的第二储油空间105，由于倒流斜角部102的阻挡而形成液态润滑油流回回油储油腔1001(回油储油腔1001与第二储油空间105相连通)，只有很少一部分润滑油能够到达第二密封带101处，这部分润滑油想要泄露到压气机叶轮001的轮背处，必须先后通过第二密封带101以及通过轴封套006外侧的三个压端密封环005与封油盖002的中孔内侧之间的配合所形成的第三重密封结构(即多次弯折的机械迷宫密封结构)。同时，由于第三重密封结构中的压端密封环数量增加到三条，压气机叶轮001轮背处(即轴封套006左侧)的负压气流由于压端密封环数量的增加，以及第二密封带101的存在，气流从轴承体003的回油储油腔1001向外流动的流速大幅降低，压力大幅提升，从而有效遏制气体被压气机叶轮001轮背处负压抽出的倾向，压气机的进口负压时，转子轴向窜量指向压气机端，基本不存在泵油现象。因此，该结构可大幅提升增压器压气机端的负压耐受度，有效提高涡轮增压器的压气机端抗负压能力，避免压气机端出现漏油现象。
95.综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种涡轮增压器的压气机端密封结构，其结构设计科学，能够有效提高涡轮增压器的压气机端抗负压能力，避免涡轮增压器的压气机端出现漏油现象，提升涡轮增压器的可靠性，具有重大的生产实践意义。
96.以上所述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。

技术特征：
1.一种涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于，包括中空的轴承体(003)；其中，轴承体(003)内设置有横向分布的涡轮转轴(100)；所述涡轮转轴(100)的径向外壁，从左到右分别安装有环绕分布的压气机叶轮(001)、轴封套(006)和止推间隔套(009)；所述轴封套(006)的径向四周外侧，环绕地安装有封油盖(002)和挡油板(007)；所述挡油板(007)位于封油盖(002)的右侧；所述止推间隔套(009)的左端径向四周外侧，安装有一个止推轴承板(008)；所述轴封套(006)的左端径向外侧面，从左往右环绕地设置了多个压端密封环设置凹槽(107)；每个压端密封环设置凹槽(107)内，分别安装有一个压端密封环(005)；所述挡油板(007)的上部右侧与止推轴承板(008)的上部左侧之间的区域，具有第一储油空间(104)；所述封油盖(002)内，设置有环绕分布的第二储油空间(105)；第二储油空间(105)与第一储油空间(104)之间，通过所述挡油板(007)相分隔；所述第二储油空间(105)，通过过油间隙(1003)与所述轴封套(006)的径向外侧壁相连通。2.如权利要求1所述的涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于，所述过油间隙(1003)，与所述轴封套(006)的径向外侧壁与封油盖(002)的径向内侧面之间的间隙相连通。3.如权利要求1所述的涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于，所述挡油板(007)与轴封套(006)相接触的内侧端为第一密封带(103)；第一密封带(103)沿着所述轴封套(006)的径向分布。4.如权利要求1所述的涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于，所述轴封套(006)的右端为轴封套甩油盘；轴封套甩油盘的左侧，周向环绕地设置有向左水平突出的第二密封带(101)；所述过油间隙(1003)，位于所述轴封套甩油盘的左侧和所述封油盖(002)的内侧端右侧之间。5.如权利要求1所述的涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于，所述轴封套(006)的轴向外侧与封油盖(002)的中孔内侧之间，环绕地设置有三个压端密封环设置凹槽(107)；每个压端密封环设置凹槽(107)内分别设置有一个压端密封环(005)。6.如权利要求4所述的涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于，所述封油盖(002)内的第二储油空间(105)，在所述第二密封带(101)的左上侧位置径向设置有倾斜分布的导流斜角部(102)；流斜角部(102)在轴向方向上从右往左逐渐向下倾斜。7.如权利要求1至6中任一项所述的涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于，涡轮转轴(100)的中部和右端径向外壁，分别环绕地安装有压气机端全浮动轴承(1004)和涡轮端全浮动轴承(1005)；轴承体(003)的底部，设置有回油孔(1002)；
轴承体(003)内部在回油孔(1002)的上方，设置有中空的回油储油腔(1001)；回油储油腔(1001)的下部左侧，与第二储油空间(105)的下部右侧相连通。8.如权利要求7所述的涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于，轴承体(003)的上部，设置有垂直分布的进油口(1007)；进油口(1007)的下端开口，与润滑油路(1008)的顶部相连通；润滑油路(1008)的底部左右两端，分别与止推轴承板进油通道(1009)的顶部开口和涡轮端全浮动轴承进油通道(1010)的顶部开口相连通；止推轴承板进油通道(1009)，位于止推轴承板(008)中；止推轴承板进油通道(1009)的左侧下端开口，与轴封套(006)的右侧壁相接触；涡轮端全浮动轴承进油通道(1010)的底端开口，与涡轮端全浮动轴承(1005)所在安装空间相连通。9.如权利要求8所述的涡轮增压器的压气机端密封结构，其特征在于，止推轴承板进油通道(1009)的右侧下端开口，与所述止推间隔套(009)的左侧壁相接触；润滑油路(1008)的底部，还与压气机端全浮动轴承进油通道(1011)的顶部相连通；压气机端全浮动轴承进油通道(1011)的底端开口，与压气机端全浮动轴承(1004)所在安装空间相连通；轴承体(003)内部，在压气机端全浮动轴承(1004)和涡轮端全浮动轴承(1005)之间的位置，设置有过油孔(1012)；回油储油腔(1001)，通过过油孔(1012)与压气机端全浮动轴承(1004)所在安装空间和涡轮端全浮动轴承(1005)所在安装空间相连通。

技术总结
本发明公开了一种涡轮增压器的压气机端密封结构，包括轴承体；轴承体内设置有横向分布的涡轮转轴；涡轮转轴的径向外壁安装有压气机叶轮、轴封套和止推间隔套；所封套的径向外侧环绕地安装有封油盖和挡油板；止推间隔套的左端径向外侧安装有一个止推轴承板；轴封套的左端径向外侧面设置多个用于安装压端密封环的压端密封环设置凹槽；挡油板的上部右侧与止推轴承板的上部左侧之间的区域具有第一储油空间；所述封油盖内设置有第二储油空间；所述第二储油空间通过过油间隙与所述轴封套的径向外侧壁相连通。本发明能够有效提高涡轮增压器的压气机端抗负压能力，避免涡轮增压器的压气机端出现漏油现象，提升涡轮增压器的可靠性。性。性。


技术研发人员：石海涛 史丽媛 庞少博 杨建文 冀翼 王委
受保护的技术使用者：天津北方天力增压技术有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/7/26