[发明专利]一种含单向流阻槽的涡轮增压器油气密封环端面结构

说明书

本发明公开了一种含单向流阻槽的涡轮增压器油气密封环端面结构，密封环端面的内径侧为空气侧，密封环端面的外径侧为油气侧，其特征在于所述密封环端面的空气侧开设有沿周向均布的动压槽，密封环端面的油气侧开设有沿周向均布的单向流阻槽，所述动压槽与单向流阻槽径向间设有不开槽的密封坝，每个单向流阻槽包括多个沿径向交叉首尾相连的收敛状流道，每个收敛状流道内设有阻流凸体，每个收敛状流道向空气侧收敛，单向流阻槽对从空气侧向油气侧流动介质的流阻显著大于对从油气侧向空气侧流动介质的流阻。本发明使涡轮增压器压气机端油气密封兼具低速低漏油和高速低窜气的优异特性。

技术领域

本发明属于密封环端面结构技术领域，具体涉及一种含单向流阻槽的涡轮增压器油气密封环端面结构。

背景技术

油润滑双浮动轴承支承的涡轮增压器因能显著提高输出功率和降低排放而在特种车辆装备中得到应用。涡轮增压器采用压气机和高温废气涡轮同轴布置方案，在压气机和涡轮之间设有油润滑轴承腔，为了避免润滑油或油气介质向压气机和废气涡轮泄漏而造成“漏油”，同时也为了避免压气机和废气涡轮中的空气流入轴承润滑油腔而造成“窜气”，需分别在压气机、废气涡轮与轴承腔之间设置密封，包括活塞环密封、迷宫密封和机械密封。非接触式气膜密封因其低摩擦磨损、低泄漏和长使用寿命等突出优势而成为涡轮增压器压气机端密封的优选型式之一。当非接触式气膜密封用于涡轮增压器压气端时，气膜密封的内径侧为连通压气机叶轮出口的空气侧，外径侧为连通润滑油腔的油气侧。当车辆装备正常运行时，废气涡轮动力充足，转轴转速可高达每分钟几万转甚至十几万转，此时空气侧压力较高，压气机端的空气容易通过密封间隙流入润滑油腔而造成严重窜气，导致润滑油品质降低和涡轮增压能力降低；当车辆装备怠速或下坡制动时，废气涡轮动力不足，转轴转速只有每分钟几千转，此时空气侧压力较低，甚至为负压工况，油气侧的油气易通过密封间隙向空气侧泄漏而造成润滑油损耗过快和降低空气洁净度等问题。一种典型的涡轮增压器油气密封为动环端面内径侧开设动压槽的结构，其通过内径侧动压槽的上游泵送作用将空气泵入密封端面，增压后起着阻止油气介质泄漏的作用，这种结构在转轴低速旋转时控制润滑油泄漏是有效的，但是其在转轴高速旋转时因空气侧相对于油气侧的正压差和密封对空气的流阻过低而容易造成严重窜气问题。在保证油气密封低速低漏油特性的基础上，通过对密封环端面结构的创新设计，使其在高速时对空气有较高的单向流阻进而控制窜气，实现低速低漏油和高速低窜气，这是涡轮增压器油气密封兼具优异的高低速运行特性的必然要求。

发明内容

为了改善现有涡轮增压器油气密封在高速时窜气严重的问题，本发明的目的在于提供一种含单向流阻槽的涡轮增压器油气密封环端面结构。

为达到上述目的，提出以下技术方案：

一种含单向流阻槽的涡轮增压器油气密封环端面结构，密封环端面的内径侧为空气侧，密封环端面的外径侧为油气侧，所述密封环端面的空气侧开设有沿周向均布的动压槽，密封环端面的油气侧开设有沿周向均布的单向流阻槽，所述动压槽与单向流阻槽径向间设有不开槽的密封坝，每个单向流阻槽包括多个沿径向交叉首尾相连的收敛状流道，每个收敛状流道内设有阻流凸体，每个收敛状流道向空气侧收敛，单向流阻槽对从空气侧向油气侧流动介质的流阻显著大于对从油气侧向空气侧流动介质的流阻。

进一步地，所述动压槽的开槽深度为1-100μm，优选值为2-20μm；所述动压槽的径向开槽比(r_g-r_i)/(r_o-r_i)为0.1-0.9，优选值为0.5-0.8，其中r_g表示动压槽槽根半径，r_i表示密封环端面内径，r_o表示密封环端面外径。

进一步地，动压槽的两侧壁型线为对数螺旋线、阿基米德螺旋线、圆弧线或斜直线。