旋转机器以及燃料电池供气系统技术方案

本公开涉及一种旋转机器，其包括轴、第一叶轮和第二叶轮。所述旋转机器还包括第一密封组件，所述第一密封组件包括绕所述轴设置的第一碳环，其中所述第一碳环具有第一碳表面。所述第一密封组件还包括绕所述轴设置的第一匹配环，其中所述第一匹配环具有面向所述第一碳表面并被配置为接触所述第一碳表面的第一匹配面。所述旋转机器另外包括第二密封组件，所述第二密封组件包括绕所述轴设置的第二碳环，其中所述第二碳环具有第二碳表面。所述第二密封组件还包括绕所述轴设置的第二匹配环，其中所述第二匹配环具有面向所述第二碳表面并被配置为接触所述第二碳表面的第二匹配环表面。本公开还涉及一种燃料电池供气系统，其包括上述旋转机器。

【技术实现步骤摘要】
旋转机器以及燃料电池供气系统相关申请的交叉引用本主题申请要求于2020年2月12日提交的美国专利申请号16/788,809的优先权和所有权益，该专利申请的披露内容通过引用以其全部内容结合在此。
本技术总体上涉及一种旋转机器，并且本技术还涉及一种燃料电池供气系统。
技术介绍
旋转机器、比如涡轮增压器、电压缩机等被用于多种不同的应用中，比如车辆、重型设备、柴油发动机、马达、冷却系统、燃料电池组件等。典型的旋转机器包括沿着轴线在第一端部与第二端部之间延伸的轴、联接到轴的第一端部的第一叶轮和联接到轴的第二端部的第二叶轮。典型的旋转机器还包括用于可旋转地支撑轴的一个或多个轴承。典型的旋转机器还包括邻近第一叶轮的第一密封组件和邻近第二叶轮的第二密封组件。第一密封组件和第二密封组件均禁止润滑剂从轴承壳体中的一个或多个轴承中流出。第一密封组件和第二密封组件通常包括活塞环密封件。然而，包括活塞环密封件的用于旋转机器的典型密封组件经常会通过第一密封件组件和第二密封组件不希望地泄漏润滑剂和其他污染物。因此，仍然需要提供一种具有改进的第一密封组件和第二密封组件的旋转机器。另外，典型的旋转机器可以用于燃料电池供气系统中，该系统将气流提供给燃料电池以在操作期间增加燃料电池的功率密度。当将旋转机器用于燃料电池供气系统中时，已知燃料电池对碳氢化合物(比如来自润滑剂)中毒极其敏感。有鉴于此，用于燃料电池供气系统中的许多旋转机器已经从使用润滑剂馈送轴承和活塞环密封件(导致燃料电池中的碳氢化合物中毒)转变为使用带有空气箔轴承或其他无润滑剂轴承的旋转机器(不含任何碳氢化合物)。然而，此类空气箔轴承和其他无润滑剂的轴承具有有限的工作范围，价格昂贵，导致旋转机器效率较低且寿命短，这需要更换此类空气箔轴承并降低了旋转机器的寿命。因此，仍然需要提供一种用于燃料电池供气系统中的改进的旋转机器。
技术实现思路
在一个实施例中，一种旋转机器包括：轴，所述轴沿着轴线在第一端部与第二端部之间延伸，所述第二端部沿着所述轴线与所述第一端部间隔开；第一叶轮，所述第一叶轮联接到所述轴的所述第一端部；以及第二叶轮，所述第二叶轮联接到所述轴的所述第二端部。所述旋转机器还包括第一密封组件，所述第一密封组件包括：第一碳环，所述第一碳环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第一叶轮间隔开，其中所述第一碳环具有第一碳表面；以及第一匹配环，所述第一匹配环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第一叶轮间隔开，使得所述第一碳环被设置在所述第一叶轮与所述第一匹配环之间，其中所述第一匹配环具有面向所述第一碳表面并被配置为接触所述第一碳表面的第一匹配表面。所述旋转机器另外包括第二密封组件，所述第二密封组件包括：第二碳环，所述第二碳环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第二叶轮间隔开，其中所述第二碳环具有第二碳表面。所述第二密封组件还包括第二匹配环，所述第二匹配环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第二叶轮间隔开，使得所述第二碳环被设置在所述第二叶轮与所述第二匹配环之间，其中所述第二匹配环具有面向所述第二碳表面并被配置为接触所述第二碳表面的第二匹配表面。因此，具有所述第一匹配环和所述第一碳环的所述第一密封组件以及具有所述第二匹配环和所述第二碳环的所述第二密封组件减少了到达所述第一叶轮和所述第二叶轮的污染物的泄漏，这相应地增加了所述旋转机器的寿命。在旋转机器的一个实施例中，所述第一匹配表面面向所述轴的所述第一端部，并且所述第二匹配表面面向所述轴的所述第二端部，使得所述第一匹配表面和所述第二匹配表面相对于所述轴线面向相反的方向。在旋转机器的一个实施例中，所述第一叶轮和所述第二叶轮可移除地联接到所述轴。在旋转机器的一个实施例中，所述第一叶轮和所述第二叶轮由铝或钛构成。在旋转机器的一个实施例中，所述第一叶轮进一步被限定为配置成输送压缩空气的压缩机轮，并且其中所述第二叶轮进一步被限定为配置成接收工作流体的涡轮机轮。在旋转机器的一个实施例中，所述旋转机器进一步包括电机，其中所述电机包括可旋转地联接到所述轴的转子以及绕所述转子设置的定子。在旋转机器的一个实施例中，所述第一叶轮进一步被限定为配置成输送压缩空气的第一压缩机轮，其中所述第二叶轮进一步被限定为配置成输送压缩空气的第二压缩机轮，并且其中，所述电机被配置为将扭矩传递到所述轴以使所述第一压缩机轮和所述第二压缩机轮旋转。在旋转机器的一个实施例中，所述旋转机器进一步包括限定轴承壳体内部的轴承壳体，其中，所述电机设置在所述轴承壳体内部中。在旋转机器的一个实施例中，所述旋转机器进一步包括：第一压缩机壳体，所述第一压缩机壳体限定第一压缩机内部并且联接到所述轴承壳体；以及第二压缩机壳体，所述第二压缩机壳体限定第二压缩机内部并且联接到所述轴承壳体，所述第二压缩机壳体沿着所述轴线与所述第一压缩机壳体间隔开，使得所述轴承壳体相对于所述轴线设置在所述第一压缩机壳体与所述第二压缩机壳体之间，其中，所述第一压缩机轮设置在所述第一压缩机内部中，并且所述第二压缩机轮设置在所述第二压缩机内部中。在旋转机器的一个实施例中，所述第一碳表面具有第一碳环内直径和背离所述轴线与所述第一碳环内直径径向地间隔开的第一碳环外直径，其中，所述第一匹配表面具有第一凸台部分，所述第一凸台部分被配置为在相对于所述轴线与所述第一碳环内直径径向对齐的第一内匹配直径和相对于所述轴线与所述第一碳环外直径径向对齐的第一外匹配直径之间接触所述第一碳表面，其中，所述第一凸台部分具有在所述第一内匹配直径与所述第一外匹配直径之间的第一凸台面积，其中，所述第一匹配表面限定绕所述轴线设置的第一多个开槽部分，其中，所述第一多个开槽部分具有在所述第一内匹配直径与所述第一外匹配直径之间的第一开槽面积，并且其中，所述第一凸台面积与所述第一开槽面积之比在1.3与2.9之间。在旋转机器的一个实施例中，所述第一多个开槽部分绕所述轴线呈螺旋状。在旋转机器的一个实施例中，所述第一多个开槽部分具有第一凹槽内直径，并且其中，所述第一碳环内直径与所述第一凹槽内直径之比大于1.0。在旋转机器的一个实施例中，所述第一碳环内直径与所述第一凹槽内直径的所述比在1.02与1.10之间。在旋转机器的一个实施例中，所述第一多个开槽部分具有第一凹槽外直径，并且其中，所述第一碳环外直径与所述第一凹槽外直径之比大于1.0。在旋转机器的一个实施例中，所述第一碳环外直径与所述第一凹槽外直径的所述比在1.05与1.25之间。在旋转机器的一个实施例中，所述第二碳表面具有第二碳环内直径和背离所述轴线与所述第二碳环内直径径向地间隔开的第二碳环外直径，其中，所述第二匹配表面具有第二凸台部分，所述第二凸台部分被配置为在相对于所述轴线与所述第二碳环内直径径向对齐的第二内匹配直径和相对于所述轴线与所述第二碳环外直径径向对齐的第二外匹配直径之间接触所述第二碳表面，其中，所述第二凸台部分具有在所述第二内匹配直径与所述第二外匹配直径之间的第二凸台面积，其中，所述第二匹配表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转机器，其特征在于，所述旋转机器包括：/n轴，所述轴沿着轴线在第一端部与第二端部之间延伸，所述第二端部沿着所述轴线与所述第一端部间隔开；/n第一叶轮，所述第一叶轮联接到所述轴的所述第一端部；/n第二叶轮，所述第二叶轮联接到所述轴的所述第二端部；/n第一密封组件，所述第一密封组件包括：/n第一碳环，所述第一碳环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第一叶轮间隔开，其中所述第一碳环具有第一碳表面，以及/n第一匹配环，所述第一匹配环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第一叶轮间隔开，使得所述第一碳环被设置在所述第一叶轮与所述第一匹配环之间，其中所述第一匹配环具有面向所述第一碳表面并被配置为接触所述第一碳表面的第一匹配表面；以及/n第二密封组件，所述第二密封组件包括：/n第二碳环，所述第二碳环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第二叶轮间隔开，其中所述第二碳环具有第二碳表面，以及/n第二匹配环，所述第二匹配环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第二叶轮间隔开，使得所述第二碳环被设置在所述第二叶轮与所述第二匹配环之间，其中所述第二匹配环具有面向所述第二碳表面并被配置为接触所述第二碳表面的第二匹配表面。/n...

【技术特征摘要】
20200212 US 16/788,8091.一种旋转机器，其特征在于，所述旋转机器包括：
轴，所述轴沿着轴线在第一端部与第二端部之间延伸，所述第二端部沿着所述轴线与所述第一端部间隔开；
第一叶轮，所述第一叶轮联接到所述轴的所述第一端部；
第二叶轮，所述第二叶轮联接到所述轴的所述第二端部；
第一密封组件，所述第一密封组件包括：
第一碳环，所述第一碳环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第一叶轮间隔开，其中所述第一碳环具有第一碳表面，以及
第一匹配环，所述第一匹配环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第一叶轮间隔开，使得所述第一碳环被设置在所述第一叶轮与所述第一匹配环之间，其中所述第一匹配环具有面向所述第一碳表面并被配置为接触所述第一碳表面的第一匹配表面；以及
第二密封组件，所述第二密封组件包括：
第二碳环，所述第二碳环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第二叶轮间隔开，其中所述第二碳环具有第二碳表面，以及
第二匹配环，所述第二匹配环绕所述轴设置并且沿着所述轴线与所述第二叶轮间隔开，使得所述第二碳环被设置在所述第二叶轮与所述第二匹配环之间，其中所述第二匹配环具有面向所述第二碳表面并被配置为接触所述第二碳表面的第二匹配表面。


2.根据权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，所述第一匹配表面面向所述轴的所述第一端部，并且所述第二匹配表面面向所述轴的所述第二端部，使得所述第一匹配表面和所述第二匹配表面相对于所述轴线面向相反的方向。


3.根据权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，所述第一叶轮和所述第二叶轮可移除地联接到所述轴。


4.根据权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，所述第一叶轮和所述第二叶轮由铝或钛构成。


5.根据权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，所述第一叶轮进一步被限定为配置成输送压缩空气的压缩机轮，并且其中所述第二叶轮进一步被限定为配置成接收工作流体的涡轮机轮。


6.根据权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，所述旋转机器进一步包括电机，其中所述电机包括可旋转地联接到所述轴的转子以及绕所述转子设置的定子。


7.根据权利要求6所述的旋转机器，其特征在于，所述第一叶轮进一步被限定为配置成输送压缩空气的第一压缩机轮，其中所述第二叶轮进一步被限定为配置成输送压缩空气的第二压缩机轮，并且其中，所述电机被配置为将扭矩传递到所述轴以使所述第一压缩机轮和所述第二压缩机轮旋转。


8.根据权利要求7所述的旋转机器，其特征在于，所述旋转机器进一步包括限定轴承壳体内部的轴承壳体，其中，所述电机设置在所述轴承壳体内部中。


9.根据权利要求8所述的旋转机器，其特征在于，所述旋转机器进一步包括：第一压缩机壳体，所述第一压缩机壳体限定第一压缩机内部并且联接到所述轴承壳体；以及第二压缩机壳体，所述第二压缩机壳体限定第二压缩机内部并且联接到所述轴承壳体，所述第二压缩机壳体沿着所述轴线与所述第一压缩机壳体间隔开，使得所述轴承壳体相对于所述轴线设置在所述第一压缩机壳体与所述第二压缩机壳体之间，其中，所述第一压缩机轮设置在所述第一压缩机内部中，并且所述第二压缩机轮设置在所述第二压缩机内部中。


10.根据权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，所述第一碳表面具有第一碳环内直径和背离所述轴线与所述第一碳环内直径径向地间隔开的第一碳环外直径，其中，所述第一匹配表面具有第一凸台部分，所述第一凸台部分被配置为在相对于所述轴线与所述第一碳环内直径径向对齐的第一内匹配直径和相对于所述轴线与所述第一碳环外直径径向对齐的第一外匹配直径之间接触所述第一碳表面，其中，所述第一凸台部分具有在所述第一内匹配直径与所述第一外匹配直径之间的第一凸台面积，其中，所述第一匹配表面限定绕所述轴线设置的第一多个开槽部分，其中，所述第一多个开槽部分具有在所述第一内匹配直径与所述第一外匹配直径之间的第一开槽面积，并且其中，所述第一凸台面积与所述第一开槽面积之比在1.3与2.9之间。


11.根据权利要求10所述的旋转机器，其特征在于，所述第一多个开槽部分绕所述轴线呈螺旋状。


12.根据权利要求11所述的旋转机器，其特征在于，所述第一多个开槽部分具有第一凹槽内直径，并且其中，所述第一碳环内直径与所述第一凹槽内直径之比大于1.0。


13.根据权利要求12所述的旋转机器，其特征在于，所述第一碳环内直径与所述第一凹槽内直径的所述比在1.02与1.10之间。


14.根据权利要求10所述的旋转机器，其特征在于，所述第一多个开槽部分具有第一凹槽外直径，并且其中，所述第一碳环外直径与所述第一凹槽外直径之比大于1.0。


15.根据权利要求14所述的旋转机器，其特征在于，所述第一碳环外直径与所述第一凹槽外直径的所述比在1.05与1.25之间。


16.根据权利要求10所述的旋转机器，其特征在于，所述第二碳表面具有第二碳环内直径和背离所述轴线与所述第二碳环内直径径向地间隔开的第二碳环外直径，其中，所述第二匹配表面具有第二凸台部分，所述第二凸台部分被配置为在相对于所述轴线与所述第二碳环内直径径向对齐的第二内匹配直径和相对于所述轴线与所述第二碳环外直径径向对齐的第二外匹配直径之间接触所述第二碳表面，其中，所述第二凸台部分具有在所述第二内匹配直径与所述第二外匹配直径之间的第二凸台面积，其中，所述第二匹配表面限定绕所述轴线设置的第二多个开槽部分，其中，所述第二多个开槽部分具有在所述第二内匹配直径与所述第二外匹配直径之间的第二开槽面积，并且其中，所述第二凸台面积与所述第二开槽面积之比在1.3与2.9之间。


17.根据权利要求16所述的旋转机器，其特征在于，所述第一多个开槽部分绕所述轴线呈螺旋状，并且其中，所述第二多个开槽部分绕所述轴线呈螺旋状。


18.根据权利要求17所述的旋转机器，其特征在于，所述第一多个开槽部分具有第一凹槽内直径，其中，所述第一碳环内直径与所述第一凹槽内直径之比大于1.0，其中，所述第二多个开槽部分具有第二凹槽内直径，并且其中，所述第二碳环内直径与所述第二凹槽内直径之比...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·R·加勒德，E·P·埃尔伍德三世，F·M·休舍尔，
申请(专利权)人：博格华纳公司，
类型：新型
国别省市：美国;US