CN103502647B - 涡旋压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机包括：旋转涡盘(20)，其具有从旋转涡旋盘(37)朝向固定涡盘轴向延伸的旋转涡旋壁(35)；固定涡盘(22)，其具有从固定涡旋盘(30)朝向旋转涡盘轴向延伸的固定涡旋壁(28)；以及轴向延伸的驱动轴(14)，其具有偏心轴部分(16)使得所述偏心轴部分的旋转将相对于固定涡盘的旋转运动输给旋转涡盘。旋转涡旋壁的轴向端部(35)具有用于密封在旋转涡旋壁和固定涡旋盘之间的第一密封件58，以及固定涡旋壁的轴向端部(29)具有用于密封在固定涡旋壁和旋转涡旋盘之间的第二密封件(58)；并且第一密封件或第二密封件具有轴向长度与径向宽度的长宽比为1：1.25或更大。

Description

涡旋压缩机
技术领域
本发明涉及一种涡旋压缩机。
背景技术
在图7中示出了现有技术的涡旋压缩机或泵10。泵10包括泵壳体12和具有偏心轴部分16的驱动轴14。轴14由马达18驱动且偏心轴部分连接到旋转涡盘20上，使得在使用期间，轴的旋转将相对于固定涡盘22的旋转运动输给旋转涡盘，用于沿着压缩机的泵入口24和泵出口26之间的流体流路泵送流体。
固定涡盘22包括涡旋壁28，其垂直于大致圆形底盘30延伸且具有轴向端面或表面29。该旋转涡盘20包括涡旋壁34，其垂直于大致圆形底盘37延伸且具有轴向端面或表面35。在旋转涡盘的旋转运动期间，该旋转涡旋壁34与固定涡旋壁28协作或啮合。涡盘的相对旋转运动使得一定体积的气体被截留在涡盘之间并且从入口泵送到出口。
涡旋泵可以为干式泵且没有润滑。在这种情形下，为了防止返回泄漏(backleakage)，一个涡盘的涡旋壁的轴向端部29，35与另一涡盘的底盘30，37之间的空间通过密封装置密封，该密封装置通常包括顶端密封件。这些顶端密封件将由于制造和操作公差引起的涡盘之间的空隙封闭，且把泄漏降低到可接受的水平。然而，顶端密封件遭受顶端密封件粉尘的产生且在达到操作要求前需要嵌入期。另外，在正常的涡旋泵中，顶端密封件在它们被磨损之后需要定期更换。
在图6中示出穿过固定涡盘22的一部分的放大横截面，更详细地显示顶端密封件36。顶端密封件36具有轴向长度与径向宽度的长宽比为1：1。就是说，顶端密封件的径向宽度与顶端密封件的轴向长度相等，从而如在图6的横截面中示出的，顶端密封件具有正方形的横截面。因此，顶端密封件在径向方向上相对坚硬。
顶端密封件放置在固定涡旋壁的轴向端部的沟槽38中。在顶端密封件36的轴向端部与沟槽38的底部存在小的轴向间隙，从而在使用中，占据着所述间隙的流体朝着旋转涡盘的底盘37轴向压迫顶端密封件。因此，顶端密封件支撑在流体衬垫上，其用于促使密封件朝着相对的密封表面。另外，并且虽然在图6中没有示出，但顶端密封件和所述沟槽的内部径向面对表面之间存在径向间隙。在涡盘的相对旋转运动期间，密封件为了其运动的一部分被迫抵靠一个内部径向表面，并且为了其运动的另一部分而被迫抵靠另一内部径向表面。当密封件在这些位置之间移动时，泄漏增加，这是因为从密封件的一侧到密封件的另一侧形成有泄漏路径。在径向方向上相对坚硬的顶端密封件36在沟槽中改变位置相对慢，因而增加了泄漏。
发明内容
本发明寻求至少减轻与现有技术相关联的问题中的一个或多个。
本发明提供一种涡旋压缩机，其包括：
旋转涡盘，其具有从旋转涡旋盘朝着固定涡盘轴向延伸的旋转涡旋壁；
固定涡盘，其具有从固定涡旋盘朝着旋转涡盘轴向延伸的固定涡旋壁；以及
轴向延伸的驱动轴，其具有偏心轴部分，从而偏心轴部分的旋转将相对于固定涡盘的旋转运动输给旋转涡盘；
其中，旋转涡旋壁的轴向端部具有用于密封在旋转涡旋壁和固定涡旋盘之间的第一密封件，以及固定涡旋壁的轴向端部具有用于密封在固定涡旋壁和旋转涡旋盘之间的第二密封件；和
其中，第一密封件或第二密封件具有轴向长度与径向宽度的长宽比为1：1.25或更大。
本发明的其他优选或可选择方面限定在附加权利要求中。
附图说明
为了使得本发明更好地被理解，其实施方式通过仅是举例的方式给出，现将参考附图描述所述实施方式，其中：
图1示出穿过涡旋压缩机的固定涡盘的部分的截面；
图2和图3示出如图1中所示的处于沟槽中第一和第二位置的顶部密封件的放大视图。
图4和图5示出现有技术涡旋壁和密封件的部分的平面图和根据实施方式的涡旋壁和密封件的平面图；
图6是穿过现有技术涡旋压缩机的固定涡盘的部分的截面图；以及
图7示出现有技术涡旋压缩机的示意图。
具体实施方式
穿过固定涡盘50的部分的截面在图1中示出。固定涡盘50形成体现本发明的涡旋压缩机的部分，除了在图1-图5中所示的以及下面描述的那些方面以外，该涡旋压缩机在构造和操作上类似于图7中所示的现有技术涡旋压缩机。出于简短的缘故，，整个涡旋压缩机的结构和操作因此不再详细描述。
图1示出的固定涡盘50包括固定涡旋盘52和典型地以渐开线的形式从固定涡旋盘大致垂直延伸的固定涡旋壁54。可替代地，在多启动(multi-start)的涡旋泵中，涡旋壁可以仅在其长度的一部分上，通常在其径向内部部分上，形成渐开线。如图2和图3中所示，固定涡旋壁的轴向端部包括沟槽56，顶端密封件58放置在该沟槽内用于密封抵靠旋转涡盘60，如图2和图3中所示。
本文的描述涉及固定涡盘的顶端密封件。然而将可以理解的是，附加地或替代地，类似的顶端密封装置可提供给旋转涡盘。
当安装顶端密封件时，顶端密封件58具有轴向长度与径向宽度的长宽比大于1：1.25。就是说，比率为x(轴向长度)：y(径向宽度)，且x等于1，y为1.25或更大。如图1-3所示，轴向长度与图4所示的长度类似，然而，顶端密封件58在径向方向更薄，并且因此更轻更有柔性。在所示实施方式中比率为1：1.5，并且根据泵送需求，顶端密封件具有轴向长度和径向宽度的范围分别从大约1.8mm和1.2mm到4mm和2.6mm。因此将看出长宽比可大于1：2。
所示的装置提供了多个超过现有技术的优点。当利用现有的材料来制造顶端密封件58时，磨损率＆顶端密封件寿命(压力-速度模式)保持大体上不变。另外，顶端密封件58显示出更短的嵌入或稳定期。顶端密封58更薄，并且因此在径向方向上更柔性；此外，其剖面区域更小，使得其在轴向也更具柔性。因此，这就证明具有更好的能力将整个轴向端面62抵靠在旋转涡盘上。从而，如果不是整个轴向端面也是大部分在其初始使用时能更快地嵌入。
由于轴向端面62比现有技术的顶端密封件的轴向端面占据更小的区域，因此在使用期间由于抵靠旋转涡盘的磨损产生的粉尘较少。由于在使用期间产生的粉尘必须定期清除，因此更少粉尘产生降低所有者的花费。另外，在顶端密封件在径向方向上相对坚硬的现有技术中，轴向端面的仅一部分或者拐角可呈递给旋转涡盘。将会理解的是，尽管在该实施方式中轴向端面小于现有技术中的轴向端面，但是更柔性的密封件更加能够将其整个端面呈递给旋转涡盘，然而在现有技术中涡旋端面的仅拐角可呈递给旋转涡盘。
图4和图5分别示出用于现有技术的装置和根据本发明实施方式的装置的处于涡旋壁的槽中的顶端密封件的一部分的平面视图。在两幅图中，尽管涡旋壁是螺旋的，但是出于解释的目的，涡旋壁已被显示为线性。
在图4和图5二者中，在涡旋壁29，35的旋转运动期间，月牙形流体袋被截在涡旋壁20，22之间并且当它们被迫沿着流路朝向泵送装置的出口时被压缩。当被截留的流体袋沿着路径流动时，顶端密封件36，58经历穿过它的压力差变换方向。从这点来讲，在旋转运动的第一部分期间，穿过该密封件的压力差趋于驱动密封件径向向内，并且然后在旋转运动的第二部分，趋于驱动密封件径向向外，以循环的方式随着轴的每一圈旋转重复。当密封件处于被截留袋的上游部分时，顶端密封件的一部分因此被驱动抵靠在槽的径向内侧上，并且当密封件处于截留袋的下游部分时，顶端密封件的一部分被驱动抵靠在槽的径向外侧上。相对涡盘的顶端密封件将会是倒过来的。
更详细地，在泵使用期间的任何给定时间，当考虑顶端密封件36，58的整个长度时，顶端密封件的第一部分68，70位于槽74的径向内侧72，并且顶端密封件的第二部分76，78位于槽的径向外侧80。在第一和第二部分之间中，顶端密封件36，58的中间部分82，84架在槽的径向内侧72和径向外侧80之间的缝隙上。流体可在中间部分泄漏穿过顶端密封件，因为在顶端密封件的下面且处于顶端密封件和槽的径向外侧80之间存在泄漏路径，其延伸在顶端密封件和槽的径向内侧72之间。也就是说，在中间部分82，84处，顶端密封件没有通过压靠槽的侧面之一来阻塞渗流路径。现有技术的顶端密封件36具有更大的径向宽度与轴向深度比，并且因此在径向方向上相对坚硬。因此，中间部分82的长度更长，意味着更多泄漏产生。顶端密封件58具有更小的径向宽度与轴向深度的比，并且因此在径向方向上相对柔性。因此中间部分84的长度更短，意味着更小泄漏的发生。
本实施方式的另一优点在于顶端密封件占据的空间在径向方向上较小且因此涡旋壁厚度降低。因此，如图1中所示，示出了6个外套，而在图6中仅示出5个。因此，对于任意给定尺寸的泵，当前实施方式允许增大泵送容量，因为更多的外套等同于在入口和出口之间的更长泵送路径，其增加了压缩。替代地，该实施方式允许在更小的泵中具有类似的泵送容量。在后面这点上，比现有技术占据更少体积的泵通常造价更低，因为其需要较少的材料以及在使用中时占据较小的面积。
图2和图3示出了顶端密封件58的一部分和沟槽或槽74的径向侧72，80之间的径向空隙R。该间隙出于解释目的在附图中已被夸大。顶端密封件通过占据密封件下面的空间G的气体被压力加载抵靠旋转涡盘60的反面62。当旋转涡盘转动时，密封件通过在径向上的压力差和抵靠反面的摩擦的组合被迫抵靠沟槽的侧面。
如上所述，在沿着单个顶端密封件58的长度的不同点上，密封件放置在图2或图3所示的位置中，或者在这两个所示位置之间的移动过程中。也就是说，顶端密封件58的第一部分70位于图2中沟槽的径向内侧72处，并且顶端密封件的第二部分78位于图3中沟槽的径向外侧80处。当顶端密封件在这两个所示位置之间时，穿过顶端密封件的渗流路径形成，导致泄漏。所述渗流路径沿着顶端密封件的一个径向面延伸，穿过空隙G并且沿着顶端密封件的相反径向面。由于顶端密封件58在径向方向上比现有技术中的更柔性，因此其在两个所示位置之间更快地运动，并且因此产生泄漏减少。
如上描述，顶端密封件之一或二者可具有大于1：1.25的增大长宽比。优选地，所述长宽比沿着每个顶端密封件的全长近似相同，然而顶端密封件之一或二者沿着其长度可具有不同的长宽比。
虽然涡旋压缩机通常操作用于泵送流体，但是，替代地，当被加压流体用于使旋转涡盘相对于固定涡盘旋转时，其可作为发动机操作用于产生电能。本发明意在覆盖用于泵送和发电的涡旋压缩机的用途。

Claims (5)

1.一种涡旋压缩机，其包括：
旋转涡盘，其具有从旋转涡旋盘朝向固定涡盘轴向延伸的旋转涡旋壁；
固定涡盘，具有从固定涡旋盘朝向所述旋转涡盘轴向延伸的固定涡旋壁；以及
轴向延伸驱动轴，其具有偏心轴部分使得所述偏心轴部分的旋转将相对于所述固定涡盘的旋转运动输给所述旋转涡盘；以及
其中，所述旋转涡旋壁的轴向端部具有第一槽，所述第一槽用于接收密封在所述旋转涡旋壁和固定涡旋盘之间的第一密封件，以及所述固定涡旋壁的轴向端部具有第二槽，所述第二槽用于接收密封在所述固定涡旋壁和旋转涡旋盘之间的第二密封件；
其特征在于，所述第一密封件或第二密封件具有轴向长度与径向宽度的长宽比，其为1.25：1或更大，使得第一密封件或第二密封件在径向方向更薄，并且以一定径向空隙（R）被接收在相应的第一槽和第二槽中，使得所述第一密封件或第二密封件的螺旋第一部分（68、70）能够位于所述相应的第一槽和第二槽的径向内侧（72），并且所述第一密封件或第二密封件的螺旋第二部分（76、78）能够位于相应的第一槽和第二槽的径向外侧（80），并且在所述第一部分和所述第二部分之间中，所述第一密封件或第二密封件的中间部分架在相应的第一槽和第二槽的径向内侧（72）和径向外侧（80）之间的缝隙上。
2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其中，第一密封件或第二密封件（58）具有轴向长度与径向宽度的长宽比在从泵入口到泵出口的整个渐开线上为1.25：1或更大。
3.根据权利要求1或2所述的涡旋压缩机，其中，所述第一密封件和第二密封件具有轴向长度与径向宽度的长宽比为1.25：1或更大。
4.根据权利要求1或2所述的涡旋压缩机，其中，所述长宽比为1.5：1或更大。
5.一种密封件组件，其用于根据权利要求1-4中任一项所述的涡旋压缩机，所述密封件组件包括所述第一密封件和所述第二密封件。
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