阅读说明：本技术 一种用于燃料电池空压机的密封结构 (Sealing structure for fuel cell air compressor ) 是由 靳彩妍 宿明亮 吴孟龙 范俊岩 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于燃料电池空压机的密封结构,转轴与压轮背板的接触面上设有两组凹槽,凹槽内设有密封环；压轮与压轮背板之间设有轴向齿式迷宫密封结构。使用时,本发明可用于更高压力差下的气体密封,提高效率和降低能耗,同时轴向齿式迷宫密封结构设计特殊,增加密封效果,另外减小了迷宫设计尺寸对径向轴承间隙的依赖性。(The invention relates to a sealing structure for a fuel cell air compressor, wherein two groups of grooves are arranged on the contact surface of a rotating shaft and a pinch roller back plate, and sealing rings are arranged in the grooves; an axial tooth type labyrinth seal structure is arranged between the pinch roller and the pinch roller back plate. When the axial tooth type labyrinth seal structure is used, the axial tooth type labyrinth seal structure can be used for gas seal under higher pressure difference, the efficiency is improved, the energy consumption is reduced, meanwhile, the axial tooth type labyrinth seal structure is specially designed, the seal effect is improved, and in addition, the dependency of the labyrinth design size on the radial bearing clearance is reduced.)

一种用于燃料电池空压机的密封结构

技术领域

本发明涉及空压机的技术领域，具体地说是一种用于燃料电池空压机的密封结构。

背景技术

目前, 燃料电池离心空压机采用空气轴承，一般采用冷却空气去冷却空气轴承及电机转子部件，冷却空气是以较高压力输入到转子腔体中，这给时候对冷却空气的密封设计就显得非常关键，现有设计都是径向迷宫密封，如图1，结构由两部分构成，一部分是和壳体集成或者安装在壳体上的迷宫齿型密封部件，另一个是转轴的一段，在旋转过程中，高压力的气体进入迷宫中齿形中进行降压，直到最后一个齿，压力降低到低压端气体压力，完成阻止高压气体泄漏的功能。

但现有技术密封形式存在如下缺陷：

1. 由于目前用于燃料电池离心空压机的轴承采用的是空气轴承，迷宫密封齿形与转轴的间隙设计还要考虑到现有空气轴承的间隙设计，为使得静止状态转子系统承力在轴承上，则径向轴承间隙要大于密封结构间隙，而空气轴承径向间隙较大，以大于空气轴承间隙设计径向迷宫密封，则达不到密封高压气体泄漏的效果。

2. 径向迷宫密封间隙设计小的情况下，密封效果可以达标，但是会以弹簧的形式参与到转子运动中，为转子系统提供交叉刚度，影响转子系统的稳定性。

3. 为达到一定的密封效果，需要增加齿型数目，从而造成转子轴向加长的后果，不利于转子动力学的设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进燃料电池空压机的密封结构，通过设置了采用双密封环结构和压轮背板迷宫密封设计，可用于更高压力差下的气体密封，提高效率和降低能耗。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于燃料电池空压机的密封结构，包括转轴和套设在转轴上的压轮和与压轮相配合的压轮背板，其特征在于：转轴与压轮背板的接触面上设有两组凹槽，凹槽内设有密封环；压轮与压轮背板之间设有轴向齿式迷宫密封结构。

进一步，轴向齿式迷宫密封结构由若干圈密封齿排列成的同心圆构成，压轮与压轮背板的接触面上均布有至少5圈以上同心圆的错齿结构，错齿结构是指相邻的同心圆的每个密封齿互相错位设置。

进一步，密封齿为直齿或者斜齿，直齿的端部呈圆弧状，斜齿的倾斜角度为15-30度。

更进一步，相邻的同心圆之间的间距相等。或者相邻的同心圆之间的间距由圆心由内而外依次扩大。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，转轴与压轮背板的接触面上设有两组凹槽，凹槽内设有密封环；压轮与压轮背板之间设有轴向齿式迷宫密封结构，可用于更高压力差下的气体密封，提高效率和降低能耗；

2、本发明的技术方案的中，采用双密封环结构，在有效阻止高压气体泄漏的情况下，间隙转动部件的轴向长度，更利于转子系统的稳定性设计；

3、本发明的方案中，采用压轮和压轮背板之间的轴向迷宫密封设计，迷宫设计面积较大，结构特殊，增加密封效果，另外减小了迷宫设计尺寸对径向轴承间隙的依赖性；

4、本发明的结构简单，易于实施，成本较低，便于推广和利用。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明的局部放大示意图。

附图标记：

1转轴、2压轮、3压轮背板；

11凹槽、12密封环；

21轴向齿式迷宫密封结构、22密封齿。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。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。

本发明提供了一种用于燃料电池空压机的密封结构，具体参见图3，包括转轴1和套设在转轴上的压轮2和与压轮相配合的压轮背板3，其与现有技术的区别在于：转轴与压轮背板的接触面上设有两组凹槽11，凹槽内设有密封环12，形成双密封环结构，同时压轮与压轮背板之间设有轴向齿式迷宫密封结构21。

在有效阻止高压气体泄漏的情况下，间隙转动部件的轴向长度，更利于转子系统的稳定性设计。同时，采用压轮和压轮背板之间的轴向迷宫密封设计，迷宫设计面积较大，增加密封效果，另外减小了迷宫设计尺寸对径向轴承间隙的依赖性。

实施例中，转轴与压轮背板的接触面上设有两组凹槽，凹槽内设有密封环，形成双密封环结构，这里的两个密封环可以选择相同直径粗细的，也可以选择一个粗一个细些的，靠近压轮背板的密封环直径和宽度小于远离压轮背板的密封环直径和宽度，降低成本。

具体来说，压轮与压轮背板之间设有轴向齿式迷宫密封结构，轴向齿式迷宫密封结构由若干圈密封齿排列成的同心圆构成，压轮与压轮背板的接触面上均布有至少5圈以上同心圆的错齿结构（较优的可以设置6-8圈），错齿结构是指相邻的同心圆的每个密封齿互相错位设置，提升密封效果。

进一步，密封齿22为直齿或者斜齿，直齿的端部呈圆弧状，斜齿的倾斜角度为15-30度，优选的角度为18度，便于斜插，方便安装。

更进一步，这里的每一圈的直齿高度可以不同，越靠近转轴的轴心，则直齿高度越小，这样的密封效果更好，即便内圈的直齿被磨损，外圈的依然有较强的密封效果，相邻的内、外圈直齿高度之比为0.95:1。

在本实施例汇中，相邻的同心圆之间的间距可以相等，也可以相邻的同心圆之间的间距由圆心由内而外依次扩大，再搭配不同高度的直齿，密封效果更突出。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。