CN109026710A - 一种罗茨氢循环泵用径向密封件及罗茨氢循环泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种罗茨氢循环泵用径向密封件及罗茨氢循环泵，包括第一径向部分和第一径向垂直部分，第一径向部分和第一径向垂直部分连接构成T型结构的径向密封件，第一径向垂直部分的上下表面均设置有橡胶材料，橡胶材料的长度小于第一径向部分的长度。本发明可以有效减少罗茨氢循环泵的内泄漏，提高了容积效率，降低了零件的加工要求，而且充分考虑了径向密封结构对转子的影响。

Description

一种罗茨氢循环泵用径向密封件及罗茨氢循环泵

技术领域

本发明属于罗茨氢循环泵技术领域，具体涉及一种罗茨氢循环泵用径向密封件及罗茨氢循 环泵。

背景技术

随着当今世界能源问题及环境问题的日益突出，新能源汽车成为了世界各界的关注热点， 而在其中，燃料电池汽车(fuel-cell vehicle，FCV)以其高效率和近零排放被普遍认为具有广 阔的发展前景。作为燃料电池系统中的一个重要部件，氢循环泵对燃料电池的性能有着重要的 影响，罗茨泵具有结构简单、调节范围广、可无油压缩的优点，并且具有小型、轻便、低成本 等优势，可满足新能源汽车使用要求。

罗茨泵广泛运用于各行各业，它是一种双转子压缩机械，泵壳内装有两个相反方向同步旋 转的叶形转子，且转子间、转子与泵壳内壁间有细小间隙而互不接触，两转子由电机通过一对 同步齿轮驱动。罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似，由于转子的不断旋转，被抽气体从进气 口吸入到转子与泵壳之间的空间V0内，再经排气口排出。由于吸气后V0空间是全封闭状态， 所以在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘，V0空间与排气口相通时， 由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间V0中去，使气体压强突然增高，当转 子继续转动时，气体被排出泵外。

目前，转子间、转子和泵壳内壁间的间隙主要依靠零件加工精度来保证，但仍旧存在较大 的内泄漏，从而导致罗茨泵的容积效率较低。当罗茨泵作为氢循环泵使用时，由于工质为氢气， 密度小，分子量小，更容易发生内泄漏，即处于排气腔的高压氢气更容易通过转子和泵壳内壁 间的间隙泄漏到处于低压的其他泵腔内，导致氢循环泵容积效率降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种罗茨氢循环泵用径 向密封件及罗茨氢循环泵，能够减小罗茨氢循环泵的径向泄漏，提高容积效率。

本发明采用以下技术方案：

一种罗茨氢循环泵用径向密封件，包括第一径向部分和第一径向垂直部分，第一径向部分 和第一径向垂直部分连接构成T型结构的径向密封件，第一径向垂直部分的上下表面均嵌入 设置有橡胶材料，橡胶材料的长度小于第一径向垂直部分的长度，位于第一径向垂直部分上下 表面的中间。

具体的，橡胶材料高出第一径向垂直部分表面0～0.1mm。

具体的，第一径向部分的顶部设置有圆角。

一种径向密封结构的罗茨氢循环泵，包括泵壳以及设置在泵壳内部的主动转子和从动转 子，主动转子和从动转子上均设置有凹槽，径向密封件分别设置在凹槽内，主动转子通过键与 主动轴连接，从动转子通过键与从动轴连接，泵壳的两侧分别设置有第一侧板和第二侧板，泵 壳与第一侧板和第二侧板连接的侧面分别设有密封槽。

具体的，凹槽分别设置在主动转子和从动转子每个叶片的顶部，径向密封件设置在凹槽内， 用于在凹槽内径向相对滑动。

进一步的，凹槽包括第二径向部分和第二径向垂直部分，第一径向部分与第二径向部分的 高度差以及第一径向垂直部分与第二径向垂直部分的高度差均相等，且比主动转子、从动转子 和泵壳的间隙大0.1～0.3mm。

进一步的，第一径向部分的高度大于第二径向部分的高度，第一径向垂直部分的高度小于 第二径向垂直部分。

具体的，第一侧板和第二侧板与泵壳形成密封的泵腔，主动转子和从动转子设置在泵腔内， 主动轴和从动轴的一端分别与设置在齿轮箱内的主动齿轮和从动齿轮连接，主动轴和从动轴与 第一侧板之间均设置有调整轴套和轴承外套筒，并通过轴承压板紧固连接；从动轴的另一端与 第二侧板之间设置有轴承和螺栓，并通过轴承压板固定连接，主动轴的另一端与第二侧板之间 设置有轴承。

进一步的，主动齿轮通过齿轮端盖和压紧螺栓与主动轴连接，齿轮端盖和压紧螺栓之间设 置有弹垫；从动齿轮通过胀套压紧件和胀套压紧件与从动轴连接，胀套压紧件和胀套压紧件之 间设置有圆螺母止动垫圈，胀套压紧件与从动齿轮之间设置有胀套。

具体的，泵壳外部一侧设有进气口，另一侧对应设置有排气口，进气口在泵壳上经过L 形垂直通道，开设在与第一侧板相连接的侧面上，排气口和进气口周围均设置有用于密封的凹 槽。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种罗茨氢循环泵用径向密封件，第一径向部分和第一径向垂直部分连接构成T 型结构的径向密封件，第一径向垂直部分的上下表面均设置有橡胶材料，橡胶材料设置在第一 径向垂直部分的中间位置，未覆盖至径向密封件的两侧端面处，防止橡胶材料在热胀冷缩或其 他因素的作用下卷入转子和机壳的端面间隙处，影响罗茨氢循环泵的正常工作，橡胶材料的高 度大于第一径向垂直部分的两侧端面，径向密封结构的设置可以有效的减少工质通过转子和泵 壳内壁之间间隙的内泄漏(特别是当工质为极易泄漏的氢气时)，提高氢循环泵的容积效率。

进一步的，橡胶材料高于第一径向垂直部分表面0～0.1mm，保证当径向密封件在离心力的 作用下甩出，或者是在氢循环泵停机径向密封件落回时，首先与转子接触到的是橡胶材料，减 小了径向密封件对转子的冲击和损伤，有利于延长转子的使用寿命。

进一步的，径向密封件的径向顶部倒有圆角，与径向垂直部分的上下面都嵌有橡胶材料， 减小了径向密封件对泵壳及转子的损伤。

本发明还公开了一种采用上述径向密封结构的罗茨氢循环泵，径向密封件分别设置在主动 转子和从动转子的凹槽内，转子顶部设有安装凹槽，径向密封件安装在凹槽内，并且可以沿凹 槽径向滑动，在罗茨氢循环泵未工作时，径向密封件落在转子顶部的凹槽内，当罗茨氢循环泵 正常工作时，转子在主轴的带动下高速旋转，转子顶部的径向密封件在离心力的作用下径向滑 动，使得径向密封件的顶部高出转子而与泵壳紧密接触，从而实现径向密封，减小了罗茨氢循 环泵的内泄漏，提高了容积效率。

进一步的，主动转子和从动转子为噪声低的三叶转子，且采用渐开线型型线，设计方便， 加工较容易而且密封性能好。

进一步的，密封结构与凹槽的高度差比主动转子、从动转子和泵壳的间隙大0.1～0.3mm， 保证密封结构径向滑动到最外侧时，可以与泵壳紧密接触，防止出现密封结构接触不到泵壳的 情况。

进一步的，第一径向部分的高度大于第二径向部分的高度，保证密封结构径向滑动到最外 侧时，可以超出转子，与泵壳紧密接触。第一径向垂直部分的高度小于第二径向垂直部分，保 证密封结构可以径向滑动。

进一步的，在转子和泵壳内壁主要依靠径向密封件和泵壳的接触来进行密封，不再是依靠 转子和泵壳的加工精度来保证，所以降低了零件的加工要求。

综上所述，本发明罗茨氢循环泵径向密封结构依靠离心力工作，结构简单，可以有效减少 罗茨氢循环泵的内泄漏，提高了容积效率，降低了零件的加工要求，而且充分考虑了径向密封 结构对转子的影响。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明罗茨氢循环泵的纵向剖面图；

图2为本发明罗茨氢循环泵的关键部位三维图；

图3为本发明罗茨氢循环泵的转子结构示意图；

图4为本发明罗茨氢循环泵的径向密封件结构示意图；

图5为图4的横截面剖视图；

图6为本发明罗茨氢循环泵的转子啮合示意图；

图7为图6中A部分的一种放大图；

图8为图6中A部分的另一种放大图。

其中：1.胀套压紧件；2.圆螺母止动垫圈；3.胀套压紧件；4.胀套；5.从动齿轮；6.轴承 压板；7.第一侧板；8.泵壳；9.径向密封件；9a.第一径向部分；9b.第一径向垂直部分；10.第二 侧板；11.从动转子；11a.第二径向部分；11b.第二径向垂直部分；12.轴承压板；13.轴承；14. 螺栓；15.从动轴；16.调整轴套；17.主动转子；18.主动轴；19.调整轴套；20.轴承外套筒；21. 主动齿轮；22.齿轮端盖；23.齿轮箱；24.压紧螺栓；25.弹垫；26.泵腔；27.进气口；28.排气口； 29.橡胶材料。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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发明的限制。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，除非另有说 明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以 是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个 元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的 具体含义。

本发明提供了一种罗茨氢循环泵用径向密封件及罗茨氢循环泵，采用在转子顶部设置安装 凹槽，将径向密封件安装在凹槽内，并且径向密封件可以沿凹槽径向滑动，在罗茨氢循环泵未 工作时，径向密封件落在转子顶部的凹槽内，当罗茨氢循环泵正常工作时，转子在主轴的带动 下高速旋转，转子顶部的径向密封件在离心力的作用下径向滑动，使得径向密封件的顶部高出 转子而与泵壳紧密接触，从而实现径向密封，减小了罗茨氢循环泵的内泄漏，提高了容积效率。 而且径向密封件的径向顶部倒有圆角，与径向垂直部分的上下面都嵌有橡胶材料，减小了径向 密封件对泵壳及转子的损伤。

此外，在本发明罗茨氢循环泵径向密封结构中，转子和泵壳内壁主要依靠径向密封件和泵 壳的接触来进行密封，不再是依靠转子和泵壳的加工精度来保证，所以降低了零件的加工要求。

请参阅图1，本发明一种罗茨氢循环泵，包括泵壳8、主动转子11、从动转子17、径向密 封件9、主动轴18、从动轴15、第一侧板7、第二侧板10、齿轮箱23、主动齿轮21和从动齿轮5，第一侧板7和第二侧板10分别通过螺栓固定在泵壳8两侧，与泵壳8形成密封的泵腔26，主动转子11和从动转子17位于泵腔26中心，主动转子11通过键与主动轴18连接，从 动转子17通过键与从动轴15连接，径向密封件9分别设置在主动转子11和从动转子17上， 主动转子11在主动轴18的带动下转动，从动转子17在从动轴15的带动下与主动转子11配 合转动，使泵腔26内的工质转移，从而实现对介质的输送。

主动轴18和从动轴15的一端分别与设置在齿轮箱23内的主动齿轮21和从动齿轮5连接， 主动齿轮21通过齿轮端盖22和压紧螺栓24与主动轴18连接，齿轮端盖22和压紧螺栓24 之间设置有弹垫25；从动齿轮5通过胀套压紧件3和胀套压紧件1与从动轴15连接，胀套压 紧件1和胀套压紧件3之间设置有圆螺母止动垫圈2，胀套压紧件3与从动齿轮5之间设置有 胀套4。

主动轴18和从动轴15与第一侧板7之间均设置有调整轴套19和轴承外套筒20，并通过 轴承压板6紧固连接；从动轴15的另一端与第二侧板10之间设置有轴承13和螺栓14，并通 过轴承压板12固定连接，主动轴18的另一端与第二侧板10之间设置有轴承13。

请参阅图2，泵壳8整体呈椭圆形结构，内部中空形成跑道形结构的泵腔26，泵壳8与第 一侧板7和第二侧板10连接的侧面分别设有椭圆形形的凹槽，用于放置密封圈，从而保证泵 腔26的密封。

泵壳8外部一侧设有进气口27，另一侧对应设置有排气口28，进气口27在泵壳8上经过 L形垂直通道，开设在与第一侧板7相连接的侧面上，排气口28和进气口27周围均设置有凹 槽，用于放置密封圈，保证与进排气管道连接的密封效果。

请参阅图3和图4，本发明一种罗茨氢循环泵用径向密封件，径向密封件9整体呈T型结 构，采用自润滑材料，安装于主动转子17和从动转子11顶部的凹槽内，并且径向密封件9可 以在凹槽内径向的相对滑动。

径向密封件9为T型结构，包括第一径向部分9a和第一径向垂直部分9b，第一径向部分 9a顶部处倒有圆角，在与机壳8和转子接触时可以平滑过渡，第一径向垂直部分9b的上下表 面都嵌有橡胶材料29，橡胶材料29高于第一径向垂直部分9b表面0～0.1mm，在第一径向密 封件9径向滑动时，橡胶材料29优先接触到转子，起到缓冲的作用，此外，橡胶材料29嵌于 第一径向密封件9的中间位置，未覆盖至径向密封件9的两侧端面处，防止橡胶材料29在热 胀冷缩或其他因素的作用下卷入转子和机壳8的端面间隙处，影响罗茨氢循环泵的正常工作。 主动转子17和从动转子11均采用圆的渐开线型型线，均为三叶转子，并在每个叶片顶部均设 置有倒T型安装凹槽，中心轴孔均开设有键槽，通过键分别与主动轴18和从动轴15连接，

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分 实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通 过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并 非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实 施例，本领域普通技术人员在没有作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。

请参阅图3、图4和图6，从动转子11在每个叶片顶部均设置有倒T型安装凹槽，径向密 封件9与从动转子11顶部的安装凹槽形状相同，并且径向密封件9安装于从动转子11顶部的 凹槽内，并且可以沿凹槽径向滑动。此外，径向密封件9的第一径向垂直部分9b要比安装凹 槽的与第二径向垂直部分11b低，保证二者可以相对滑动。

径向密封件9的第一径向部分9a要比安装凹槽的第二径向部分11a高，保证径向密封件9 径向滑动到最外侧时，径向密封件9的顶部可以高于从动转子11的顶部，从而保证在从动转 子11与泵壳8不接触的情况下，径向密封件9与泵壳8紧密接触，实现径向密封的目的。

并且径向密封件9与凹槽径向部分和与径向垂直部分的高度差值相等，其值比转子和机壳 原来的间隙值大0.1～0.3mm，保证径向密封件9在离心力作用下甩出时可以与泵壳8相接触。

请参阅图2、图4和图5，径向密封件9的第一径向部分9a顶部处倒有圆角，在与机壳8 和转子接触时可以平滑过渡。此外，在径向密封件9第一径向垂直部分9b的上下面都嵌有橡 胶材料29，橡胶材料29高于第一径向密封件9表面0～0.1mm，在第一径向密封件9径向滑动 时，橡胶材料29优先接触到转子，起到缓冲的作用，此外，橡胶材料29嵌于第一径向密封件9的中间位置，未覆盖至径向密封件9的两侧端面处，防止橡胶材料29在热胀冷缩或其他因 素的作用下卷入转子和机壳8的端面间隙处，影响罗茨氢循环泵的正常工作。

请参阅图6和图7，在本发明罗茨氢循环泵未工作时，径向密封件9底部与从动转子11 顶部的凹槽底部相接触，径向密封件9的顶部与转子11顶部齐平。

请参阅图6和图8，当本发明罗茨氢循环泵正常工作时，从动转子11在从动轴15的带动 下高速旋转，从动转子11顶部的径向密封件9在离心力的作用下径向滑动，使得径向密封件 9的顶部高出从动转子11而与泵壳8紧密接触，从而实现径向密封，减小了罗茨氢循环泵的 内泄漏，提高了容积效率。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明 提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之 内。

Claims (10)

1.一种罗茨氢循环泵用径向密封件，其特征在于，包括第一径向部分(9a)和第一径向垂直部分(9b)，第一径向部分(9a)和第一径向垂直部分(9b)连接构成T型结构的径向密封件(9)，第一径向垂直部分(9b)的上下表面均嵌入设置有橡胶材料(29)，橡胶材料(29)的长度小于第一径向垂直部分(9b)的长度，位于第一径向垂直部分(9b)上下表面的中间。

2.根据权利要求1所述的一种罗茨氢循环泵用径向密封件，其特征在于，橡胶材料(29)高出第一径向垂直部分(9b)表面0～0.1mm。

3.根据权利要求1所述的一种罗茨氢循环泵用径向密封件，其特征在于，第一径向部分(9a)的顶部设置有圆角。

4.一种罗茨氢循环泵，其特征在于，包括泵壳(8)以及设置在泵壳(8)内部的主动转子(11)和从动转子(17)，主动转子(11)和从动转子(17)上均设置有凹槽，如权利要求1至3中任一项所述的径向密封件(9)分别设置在凹槽内，主动转子(11)和从动转子(17)分别与主动轴(18)和从动轴(15)键连接，泵壳(8)的两侧分别设置有第一侧板(7)和第二侧板(10)，泵壳(8)与第一侧板(7)和第二侧板(10)连接的侧面分别设有密封槽。

5.根据权利要求4所述的一种罗茨氢循环泵，其特征在于，凹槽分别设置在主动转子(17)和从动转子(11)每个叶片的顶部，径向密封件(9)用于在凹槽内进行径向相对滑动。

6.根据权利要求5所述的一种罗茨氢循环泵，其特征在于，凹槽包括第二径向部分(11a)和第二径向垂直部分(11b)，第一径向部分(9a)与第二径向部分(11a)的高度差以及第一径向垂直部分(9b)与第二径向垂直部分(11b)的高度差均相等，且比主动转子(17)、从动转子(11)和泵壳(8)的间隙大0.1～0.3mm。

7.根据权利要求6所述的一种罗茨氢循环泵，其特征在于，第一径向部分(9a)的高度大于第二径向部分(11a)的高度，第一径向垂直部分(9b)的高度小于第二径向垂直部分(11b)。

8.根据权利要求4所述的一种罗茨氢循环泵，其特征在于，第一侧板(7)和第二侧板(10)与泵壳(8)形成密封的泵腔(26)，主动转子(11)和从动转子(17)设置在泵腔(26)内，主动轴(18)和从动轴(15)的一端分别与设置在齿轮箱(23)内的主动齿轮(21)和从动齿轮(5)连接，主动轴(18)和从动轴(15)与第一侧板(7)之间设置有调整轴套(19)和轴承外套筒(20)，并通过轴承压板(6)紧固连接；从动轴(15)的另一端与第二侧板(10)之间设置有轴承(13)和螺栓(14)，并通过轴承压板(12)固定连接，主动轴(18)的另一端与第二侧板(10)之间设置有轴承(13)。

9.根据权利要求8所述的一种罗茨氢循环泵，其特征在于，主动齿轮(21)通过齿轮端盖(22)和压紧螺栓(24)与主动轴(18)连接，齿轮端盖(22)和压紧螺栓(24)之间设置有弹垫(25)；从动齿轮(5)通过胀套压紧件(3)和胀套压紧件(1)与从动轴(15)连接，胀套压紧件(1)和胀套压紧件(3)之间设置有圆螺母止动垫圈(2)，胀套压紧件(3)与从动齿轮(5)之间设置有胀套(4)。

10.根据权利要求4所述的一种罗茨氢循环泵，其特征在于，泵壳(8)外部一侧设有进气口(27)，另一侧对应设置有排气口(28)，进气口(27)在泵壳(8)上经过L形垂直通道，开设在与第一侧板(7)相连接的侧面上，排气口(28)和进气口(27)周围均设置有用于密封的凹槽。