膨胀机的叶轮主轴密封结构的制作方法

本实用新型属于低温设备技术领域，具体涉及一种膨胀机的叶轮主轴密封结构。

背景技术：

膨胀机按其运动方式和结构形式通常分为两类：一为活塞膨胀机；二为透平膨胀机。由于透平膨胀机相对于活塞膨胀机而言具有流量大、结构简单、体积小、效率高和运转周期长等特点而被广泛应用于各种低温设备中。

如业界所知之理，透平膨胀机是以气体膨胀时速度能的变化而藉以传递能量的机械，其传递的能量也称外功通常通过与叶轮连接的主轴传递给作为吸收能量的配接设备，配接设备如并不限于的发电机、鼓风机、水泵、增压机、油制动器等吸收。在已公开的中国专利文献中不乏关于透平膨胀机的技术信息，略以例举的如CN2388351Y（微型透平膨胀机）、CN2185339Y（气体悬浮式陶瓷低温透平膨胀机）、CN200955408Y（透平膨胀机组）、CN201367920Y（透平膨胀机）、CN201190583Y（一种复合式透平膨胀机）、CN201326419Y（透平膨胀机组）和CN202039906U举荐有“一种气体轴承透平膨胀机”，等等。

透平膨胀机工作时，干燥的压缩空气从工作涡壳经喷嘴进入并推动工作轮叶片，使工作轮（也称“叶轮”）运动，工作轮轴（也称“拉杆轴”）高速转动，由于工作轮轴与主轴（也称“输出过渡轴”）连接，因而由工作轮轴带动主轴，由主轴上的主轴小齿轮通过设在输出轴上的输出轴大齿轮带动输出轴，由输出轴带动与其连接的如前述的发电机、鼓风机、水泵、增压机或油制动器等。

由于前述主轴与密封件如密封环（也可称“密封套”）之间保持有合理间隙，因而主轴的密封问题始终困扰于业界，因为如果将前述间隙设计至聊胜于无的程度，那么貌似能够体现期望的密封效果，但是实际的情形却却是：密封件容易与轴发生摩擦，增加机械损耗，严重者会影响整个叶片及工作轮平衡量，造成密封件或轴承的损伤。反之，若主轴与密封件之间的间隙设计得过大，那么会导致工质泄漏量增加，尤其当工质是较为昂贵的气体或是危险性气体，则毫无疑问会因过量泄漏造成损失乃至危害。

CN106640219A推荐的“透平膨胀机组新型多功能密封系统”教导了在密封套即在密封环的内壁上形成环形密封齿，藉由环形密封齿进行密封。该专利方案虽然能够兑现其说明书技术效果栏中记载的长处，但是对于解决申请人在上面提及的技术问题不具有启示意义。

针对上述已有技术，本申请人作了持久而有益的设计，终于形成了下面将要介绍的技术方案并且在采取了保密措施下经试验证明是切实可行的。

技术实现要素：

本实用新型的任务在于提供一种既有助于避免叶轮主轴与密封环之间产生摩擦并引起机械损耗又有利于起到理想的密封作用而藉以防止因工质泄漏造成损失乃至造成危害的膨胀机的叶轮主轴密封结构。

本实用新型的任务是这样来完成的，一种膨胀机的叶轮主轴密封结构，包括一密封环固定座、一密封环和一叶轮主轴，在密封环固定座的中央位置开设有一密封环配合孔，密封环置入密封环配合孔内并且与密封环固定座固定，叶轮主轴的左端构成有一叶轮主轴轴颈，该叶轮主轴轴颈探入密封环的密封环腔内并且叶轮主轴轴颈的轴颈外壁与密封环的密封环内壁之间形成密封，特征在于在所述叶轮主轴轴颈的外壁上并且围绕叶轮主轴轴颈的外壁的圆周方向构成有轴颈密封齿，而在所述密封环的密封环内壁上并且在对应于轴颈密封齿的区域结合有一减摩层。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的轴颈密封齿以迷宫状构成于所述叶轮主轴轴颈的外壁上。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的减摩层为合金层。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的合金层为巴氏合金层。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，在对应于所述密封环固定座的右侧设有一齿轮箱，所述叶轮主轴通过一对叶轮主轴轴承转动地设置在齿轮箱上，并且该叶轮主轴的中部与同样设置在齿轮箱上的外功输出轴传动连接，该外功输出轴与叶轮主轴相对应。

在本实用新型的还有一个具体的实施例中，在所述叶轮主轴的中部固定有一小齿轮，而在所述外功输出轴的中部并且在对应于小齿轮的位置固定有一大齿轮，小齿轮与大齿轮彼此啮合。

在本实用新型的更而一个具体的实施例中，所述的一对叶轮主轴轴承为径向瓦形轴承。

在本实用新型的进而一个具体的实施例中，在所述密封环固定座上并且在对应于所述密封环配合孔的左侧的位置构成有一固定座台阶腔，而在所述密封环的左侧构成有一密封环固定法兰，该密封环固定法兰与固定座台阶腔相配合并且由固定法兰螺钉将密封环固定法兰与密封环固定座固定；在所述密封环配合孔的孔壁上开设有配合孔密封圈槽，在该配合孔密封圈槽内设置有配合孔密封圈，所述密封环的密封环外壁与该配合孔密封圈密封配合。

在本实用新型的又更而一个具体的实施例中，在所述叶轮主轴的叶轮主轴轴颈的轴向中心位置开设有一工作轮轴连接内螺纹孔，一工作轮轴的右端通过构成于其外壁上的工作轮轴外螺纹与工作轮轴连接内螺纹孔的螺纹连接，工作轮轴的左端位于涡壳的涡壳盖的涡壳盖低压气腔内并且固定有一工作叶轮，该工作叶轮具有叶片，该叶片与导流罩相对应，导流罩在对应于涡壳盖低压气腔的右端的位置与导流罩固定座固定，在导流罩固定座的右侧的中部区域构成有一喷嘴压板腔，在该喷嘴压板腔内设置有一喷嘴压板，在所述密封环固定座的左侧设置有一隔热板，在喷嘴压板与隔热板之间设置有一喷嘴。

在本实用新型的又进而一个具体的实施例中，所述涡壳具有一用于将高压气引入涡壳的涡壳腔内的高压气进气口和一用于将涡壳腔内的高压气引出的出气道，该出气道位于所述的喷嘴压板与隔热板之间并且与所述的喷嘴相对应。

本实用新型提供的技术方案由于在叶轮主轴轴颈的外壁上构成有轴颈密封齿以及密封环的密封环内壁上并且在对应于轴颈密封齿的区域结合有减摩层，因而既可避免叶轮主轴的叶轮主轴轴颈与密封环之间产生摩擦导致机械损耗，又能起到理想的密封作用而藉以防止因工质泄漏而造成损失乃至造成危害。

附图说明

图1为本实用新型的实施例暨应用例示意图。

图2为图1的A部放大图。

图3为叶轮主轴尚未旋转时的轴颈密封齿与减摩层两者的配合状态图。

图4为叶轮主轴处于旋转状态时的轴颈密封齿与减摩层两者的配合状态图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本实用新型方案的限制，任何依据本实用新型构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本实用新型的技术方案范畴。

在下面的描述中凡是涉及上、下、左、右、前和后的方向性或称方位性的概念都是针对图1所处的位置状态而言的，因而不能将其理解为对本实用新型提供的技术方案的特别限定。

请参见图1和图2，示出了一密封环固定座1、一密封环2和一叶轮主轴3，在密封环固定座1的中央位置开设有一密封环配合孔11，密封环2置入密封环配合孔11内并且与密封环固定座1固定，叶轮主轴3的左端构成有一叶轮主轴轴颈31，该叶轮主轴轴颈31探入密封环2的密封环腔内并且叶轮主轴轴颈31的轴颈外壁与密封环2的密封环内壁之间形成密封。

作为本实用新型提供的技术方案的技术要点：在前述叶轮主轴轴颈31的外壁上并且围绕叶轮主轴轴颈31的外壁的圆周方向构成有轴颈密封齿311，而在前述密封环2的密封环内壁上并且在对应于轴颈密封齿311的区域结合有一减摩层21。

在本实施例中，前述的轴颈密封齿311以迷宫状构成于前述叶轮主轴轴颈31的外壁上。

前述的减摩层21为合金层，更具体地讲为巴氏合金层。

巴氏合金是一种轴承材料，它包括锡基轴承合金和铅基轴承合金，具有减摩特性的锡基和铅基的轴承合金是由美国人巴比特发明并命名的，因其呈白色，故又称白合金。巴氏合金的主要成分是锡、铅、锑和铜，锑和铜用以提高合金强度和硬度。巴氏合金的组织特点是：在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使合金具有非常理想的嵌藏性、顺应性和抗咬合性，并在磨合后，软基体内凹，硬质点外凸，使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑通道，利于减摩。上凸的硬质点起支承作用，有利于承载。

在本实施例中，前述的巴氏合金是以涂布方式结合到密封环2的密封环内壁上的，利用巴氏合金的质地较软、强度稍低以及具有减摩等特性来使得叶轮主轴3在旋转时可以去除可能多余的巴氏合金涂层并达到完美配合的要求，避免工质泄漏或减少工质的泄漏量。

重点见图1，在对应于前述密封环固定座1的右侧设有一齿轮箱4，前述叶轮主轴3通过一对叶轮主轴轴承32转动地设置在齿轮箱4上，并且该叶轮主轴3的中部与同样设置在齿轮箱4上的外功输出轴5传动连接，该外功输出轴5与叶轮主轴3相对应。

在前述叶轮主轴3的中部固定有一小齿轮33，而在前述外功输出轴5的中部并且在对应于小齿轮33的位置固定有一大齿轮51，小齿轮33与大齿轮51彼此啮合。

在本实施例中，前述的一对叶轮主轴轴承32为径向瓦形轴承。

继续见图1和图2，在前述密封环固定座1上并且在对应于前述密封环配合孔11的左侧的位置构成有一固定座台阶腔12，而在前述密封环2的左侧构成有一密封环固定法兰22，该密封环固定法兰22与固定座台阶腔12相配合并且由固定法兰螺钉221将密封环固定法兰22与密封环固定座1固定；在前述密封环配合孔11的孔壁上开设有配合孔密封圈槽111，在该配合孔密封圈槽111内设置有配合孔密封圈1111，前述密封环2的密封环外壁与该配合孔密封圈1111密封配合。

在前述叶轮主轴3的叶轮主轴轴颈31的轴向中心位置开设有一工作轮轴连接内螺纹孔34，一工作轮轴6的右端通过构成于其外壁上的工作轮轴外螺纹61与工作轮轴连接内螺纹孔34的螺纹连接，工作轮轴6的左端位于涡壳7的涡壳盖71的涡壳盖低压气腔711内并且固定有一工作叶轮8，该工作叶轮8具有叶片81，该叶片81与导流罩9相对应，导流罩9在对应于涡壳盖低压气腔711的右端的位置与导流罩固定座91固定，在导流罩固定座91的右侧的中部区域构成有一喷嘴压板腔911，在该喷嘴压板腔911内设置有一喷嘴压板9111，在前述密封环固定座1的左侧设置有一隔热板13，在喷嘴压板9111与隔热板13之间设置有一喷嘴10。

由图1所示，前述涡壳7具有一用于将高压气引入涡壳7的涡壳腔72内的高压气进气口73和一用于将涡壳腔72内的高压气引出的出气道74，该出气道74位于前述的喷嘴压板9111与隔热板13之间并且与前述的喷嘴10相对应，前述工作叶轮8具有叶轮导流槽82。

请参见图3，该图3示出了叶轮主轴3处于未旋转状态下其上的即叶轮主轴轴颈31上的轴颈密封齿311与密封环2的内上的减摩层21之间保持有热膨胀间隙20的情形。

请参见图4，该图4示出了叶轮主轴3处于旋转状态下其上的即叶轮主轴轴颈31上的轴颈密封齿311与密封环2的内壁上的减摩层21之间的热膨胀间隙20消失的情形。

通过图3和图4及前述说明可知，叶轮主轴3未旋转前，由于重力的作用，叶轮主轴3的轴心会略低些，与前述的由径向瓦形轴承充任的叶轮主轴轴承32接触，而当叶轮主轴3旋转后，随着转速的增加，叶轮主轴轴承32即径向瓦形轴承的轴瓦内的润滑油会形成具有压力的油膜，使叶轮主轴3稍微向上，达到平衡位置。当叶轮主轴3适当移动微渺的位置，达到旋转的中心平衡位置，此时会适当地研磨掉一些密封环2上的前述由巴氏合金充任的减摩层21，但又不会影响叶轮主轴3自身的动平衡及振动值。如此，旋转的叶轮主轴轴颈31的迷宫式的轴颈密封齿311与减摩层21即与巴氏合金之间的间隙可获得有效控制，避免工质泄漏或可显著减少工质的泄漏量。

由于透平膨胀条幅的工作原理是公知的，因而申请人结合图1作如下简要说明：高压气自高压气进气口73进入涡壳腔72，经出气道74（也可称出气槽）由喷嘴10喷出并从工作叶轮8的叶轮气流槽82进入涡壳盖低压气腔711，由涡壳盖低压气腔711的低压气出气口7111引出。在前述过程中，由气流带动叶片81，使工作叶轮8动作，由于工作叶轮8经工作轮轴6与叶轮主轴3连接，因而工作叶轮8运动时，经工作轮轴6带动叶轮主轴3，由叶轮主轴3上的小齿轮33带动外功输出轴5上的大齿轮51，由大齿轮51带动外功输出轴5，由外功输出轴5带动与其连接的发电机、水泵、增压机、鼓风机或油制动器。

综上所述，本实用新型提供的技术方案弥补了已有技术中的缺憾，顺利地完成了发明任务，如实地兑现了申请人在上面的技术效果栏中载述的技术效果。