CN107567543A - 压缩机 - Google Patents

压缩机 Download PDF

Info

Publication number
CN107567543A
CN107567543A CN201680025835.XA CN201680025835A CN107567543A CN 107567543 A CN107567543 A CN 107567543A CN 201680025835 A CN201680025835 A CN 201680025835A CN 107567543 A CN107567543 A CN 107567543A
Authority
CN
China
Prior art keywords
door
compressor
casing
rotor
seal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201680025835.XA
Other languages
English (en)
Inventor
约翰·沃尔顿
菲尔·尼尔森
杰里米·皮特斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hiker Technology Co
Original Assignee
Hiker Technology Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hiker Technology Co filed Critical Hiker Technology Co
Priority to CN202010487274.3A priority Critical patent/CN111648959A/zh
Publication of CN107567543A publication Critical patent/CN107567543A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0007—Injection of a fluid in the working chamber for sealing, cooling and lubricating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C18/356—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member
    • F04C18/3562—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surfaces substantially parallel to the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/40—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and having a hinged member
    • F04C18/44—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and having a hinged member with vanes hinged to the inner member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/40—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and having a hinged member
    • F04C18/46—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and having a hinged member with vanes hinged to the outer member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C27/00—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/001—Radial sealings for working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C27/00—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/005—Axial sealings for working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C27/00—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/02—Liquid sealing for high-vacuum pumps or for compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/12—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/50—Bearings
    • F04C2240/54—Hydrostatic or hydrodynamic bearing assemblies specially adapted for rotary positive displacement pumps or compressors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Abstract

一种压缩机包括：机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁，通往所述压缩室中的入口，以及通往所述压缩室外的出口；转子，所述转子可旋转地耦接到所述机壳以相对于所述机壳旋转；以及门，所述门耦接到所述机壳以相对于所述机壳移动。所述门可枢转地或平移地耦接到所述机壳。静压轴承可安置在所述门与所述机壳之间。多个压缩机可机械地连接在一起，使得所述压缩机的压缩循环异相。

Description

压缩机
发明背景
1.相关申请案的交叉引用
本申请案主张2015年3月30提交的第62/139,884号美国临时申请案的权益，所述美国临时申请案的内容特此通过引用以其全文并入本文中。
2.技术领域
本发明大体上涉及流体泵，例如压缩机和膨胀机。
3.背景技术
压缩机通常已用于多种应用，例如空气压缩、用于制冷的蒸汽压缩以及工业气体的压缩。压缩机可分成两个主要群组，容积式和动力式。容积式压缩机减少压缩室中的压缩容积以增加所述腔室中的流体的压力。这通过对正驱动压缩过程的驱动轴施加力来进行。动力式压缩机通过将能量从一组移动的叶片传递到工作流体来工作。
容积式压缩机可采用多种形式。所述容积式压缩机通常分类为往复压缩机或旋转压缩机。往复压缩机通常用于工业应用中，其中较高压力比是必需的。所述往复压缩机可容易地合并到多级机器中，但单级往复压缩机通常不在高于80psig的压力下使用。往复压缩机使用活塞来压缩蒸汽、空气或气体，且具有大量部件以帮助将驱动轴的旋转转变成用于压缩的往复运动。这可导致成本增加和可靠性降低。往复压缩机还遭受较高的振动和噪声水平。此技术已用于许多工业应用，例如天然气压缩。
旋转压缩机使用旋转部件来执行压缩。如所属领域中所提及，旋转压缩机通常共同具有以下特征：(1)所述旋转压缩机将能量给予通过移动单一或多个旋转元件的输入轴压缩的气体；(2)所述旋转压缩机在间歇模式下执行压缩；以及(3)所述旋转压缩机不使用入口或排气阀。(Brown，Compressors：Selection and Sizing，第三版，6)。如在Brown中另外提及，旋转压缩机设计通常适合于其中期望小于20∶1的压力比和1000CFM流速的设计。对于高于20∶1的压力比，Royce建议应替代地使用多级往复压缩机。
典型的旋转压缩机设计包括滚动活塞、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、叶瓣、液环以及旋转叶片式压缩机。这些传统压缩机中的每一者在产生高压、近等温条件方面都具有缺陷。
对抗径向移动的元件/活塞以逐渐减少流体的量的旋转元件/转子/叶瓣的设计已早在19世纪中期随“Yule旋转蒸汽机”的引入而被利用。对于在制冷压缩应用中利用此方法的小型压缩机已经取得进展。然而，当前的Yule型设计由于机械弹簧耐久性(返回活塞元件)的问题以及震颤(活塞的加速度不足以维持与转子的接触)而受限。
对于商业应用，例如冰箱的压缩机，通常使用小型滚动活塞或旋转叶片设计。(P NAnanthanarayanan，Basic Refrigeration and Air Conditioning，第三版，171至72。)在这些设计中，通常使用封闭的油润滑系统。
滚动活塞设计通常允许在偏心安装的圆形转子、机壳的内壁和/或接触转子的叶片之间的大量泄漏。通过使滚动活塞更快地旋转，泄漏被认为是可接受的，因为即使在这些损失的情况下也可容易地达到应用的期望压力和流速。小型自给式压缩机的效益比寻求更高的压力比更加重要。
旋转叶片设计通常使用单一圆形转子，所述转子偏心地安装在略大于转子的气缸中。多个叶片定位在转子中的狭槽中，且在转子转动时通常通过转子内部的弹簧或离心力保持与气缸接触。这些类型的压缩机的设计和操作可在以下文献中找到：Mark’s StandardHandbook for Mechanical Engineers，第十一版，14∶33至34。
在滑动叶片式压缩机设计中，叶片安装在转子内部以抵着机壳壁滑动。替代地，滚动活塞设计利用安装在气缸内抵着转子滑动的叶片。这些设计受可提供的回复力的量限制且因此受可产生的压力限制。
这些类型的现有技术压缩机中的每一者在所述压缩机可提供的最大压力差上具有限制。典型的因素包括机械应力和温度上升。一个所提出的解决方案为使用多级化。在多级化中，顺序地应用多个压缩级。各级之间的中间冷却或冷却用于将工作流体冷却至可接受水平以输入到下一压缩级中。这通常通过使工作流体经过与冷却器流体热连通的热交换器来进行。然而，中间冷却可引起液体的某种程度的冷凝，且通常需要滤除液体元素。多级化由于增加数目的所需部件而大大增加整个压缩系统的复杂性并增加成本。另外，增加数目的部件引起可靠性降低，且系统的整体大小和重量明显增加。
对于工业应用，最常使用单动和双动式往复压缩机和螺旋螺杆式旋转压缩机。单动式往复压缩机类似于自动式活塞，其中压缩在曲轴的每一转期间在活塞的顶侧上发生。这些机器可以在25与125psig之间以单级排放操作或在两级中操作，其中输出的范围为从125至175psig或更高。单动式往复压缩机很少看到高于25HP的大小。这些类型的压缩机通常受振动和机械应力影响并需要频繁的维护。所述压缩机还遭受由于冷却不足导致的低效率的影响。
双动式往复压缩机将活塞的两侧用于压缩，从而有效地使给定气缸大小的机器的能力加倍。所述双动式往复压缩机可充当单级或具有多个级，且通常大小设定为大于10HP，其中排放压力高于50psig。具有仅一个或两个气缸的此类型的机器由于不平衡的往复力而需要较大基座。双动式往复压缩机往往相当稳键和可靠，但不足够高效，需要频繁的阀门维护，且具有极高的资金成本。
润滑剂充溢式旋转螺杆压缩机通过迫使流体处于外壳内的两个啮合的转子之间来操作，所述外壳在一端具有入口端口且在另一端具有排放端口。润滑剂被喷射到腔室中以润滑转子和轴承，带走压缩的热量，并帮助密封在两个转子之间和在转子与外壳之间的间隙。此类型的压缩机是可靠的，具有极少的运动零件。然而，所述压缩机在较高排放压力(高于约200psig)下由于啮合的转子几何结构被强迫分开和出现泄漏而变得相当低效。另外，缺少阀门和内置压力比引起频繁的过压缩或压缩不足，这转化成较大的能量效率损失。
旋转螺杆式压缩机在压缩室中没有润滑剂的情况下也可用，但这些类型的机器由于缺乏帮助在转子之间密封的润滑剂而相当低效。所述压缩机是一些加工工业中的要求，所述加工工业例如食品和饮料、半导体以及制药，这些加工工业无法容忍在其加工中使用的经压缩空气中的任何油。干旋转螺杆式压缩机的效率比可比较的喷射润滑式旋转螺杆压缩机低15％至20％，且通常用于在150psig之下的排放压力。
在压缩机中使用冷却被理解为通过以下操作来提高压缩过程的效率：提取热量，允许将大部分能量传输到气体并以最小的温度增加来压缩。液体喷射先前已在其它压缩应用中用于冷却目的。另外，已提出，较小液滴大小的喷射液体可提供另外的益处。
在4,497,185号美国专利中，润滑油被中间冷却并通过雾化喷嘴喷射到旋转螺杆式压缩机的入口中。以类似的方式，第3,795,117号美国专利使用制冷剂，但不是以雾化方式，所述制冷剂早早地在旋转螺杆式压缩机的压缩级中喷射。旋转叶片式压缩机还已尝试精细雾化的液体喷射，如在第3,820,923号美国专利中可见。
第WO2010/017199号公开的国际专利申请案和第2011/0023814号美国专利公开案涉及旋转发动机设计，所述旋转发动机设计使用转子、用以产生燃烧循环所必需的腔室的多个门，以及门的外部凸轮驱动。来自燃烧循环的力驱动转子，所述转子对外部元件施加力。发动机经设计用于腔室中的温度增加，以及与在发动机内发生的燃烧相关联的高温。有效的压缩机设计所必需的增加的密封要求是不必要的且难以实现。燃烧迫使积极接触的密封件的使用以实现近完美密封，同时对在发动机中密封件所占据的金属膨胀留有较宽的容差。另外，用于冷却的液体的喷射达不到预期效果，且聚结未得到解决。
液雾喷射已在压缩机中使用，但具有有限的效果。在5,024,588号美国专利中，描述了液体喷射雾，但未解决改进的热传递。在第U.S.2011/0023977号美国专利公开案中，液体在压缩开始之前通过雾化喷嘴泵送到往复活塞式压缩机的压缩室中。规定液体在低压应用中将仅通过雾化喷嘴喷射。往复活塞式压缩机的气缸中存在的液体造成由于水封而导致的灾难性故障的高风险，所述水封为在液体在往复活塞式压缩机或其它容积式压缩机的间隙容积中积累时液体的不可压缩性的结果。为防止水封情况，使用液体喷射的往复活塞式压缩机通常将必须以极低的速度操作，从而不利地影响压缩机的性能。
标题为“具有液体喷射冷却的压缩机(Compressor With Liquid InjectionCooling)”的第2013-0209299号美国专利申请公开案公开了具有液体喷射冷却的另一旋转压缩机。第2013-0209299号美国专利申请公开案的全部内容通过引用以其全文并入本文中。
发明内容
当前优选的实施方案涉及旋转压缩机设计。这些设计尤其适合于通常高于200psig的高压应用，其中压力比通常高于现有高压容积式压缩机的压力比。
一个或多个实施方案提供一种压缩机，所述压缩机包括：机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁；驱动轴和转子，所述驱动轴和转子可旋转地耦接到机壳以相对于机壳共同旋转，所述转子具有非圆形轮廓；以及门，所述门耦接到机壳以相对于机壳枢转移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在转子旋转时相对于机壳移动以将密封边缘定位成接近于转子，使得所述门在压缩室中分隔开进气容积和压缩容积。
一个或多个实施方案提供一种压缩机，所述压缩机包括：机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁、通往压缩室中的入口以及通往压缩室外的出口；驱动轴和转子，所述驱动轴和转子可旋转地耦接到机壳以相对于机壳共同旋转，所述转子具有非圆形轮廓；门，所述门耦接到机壳以相对于机壳移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在转子旋转时相对于机壳移动以将密封边缘定位成接近于转子，使得所述门在压缩室中分隔开进气容积和压缩容积，所述入口和出口安置在密封边缘的彼此相对的侧面上；以及出口歧管，所述出口歧管与出口处于流体连通，其中出口在平行于驱动轴的旋转轴线的方向上伸长，其中出口歧管界定内部通道，并且其中所述通道的截面形状在进入到歧管中的入口与离开歧管的出口之间发生改变，并且其中出口歧管包括多个叶片，所述叶片安置在内部通道中以引导工作流体流动通过出口歧管。
一个或多个实施方案提供一种压缩机，所述压缩机包括：机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁、通往压缩室中的入口以及通往压缩室外的出口；转子，所述转子耦接到机壳以相对于机壳旋转；门，所述门可移动地耦接到机壳和转子中的一个以相对于机壳和转子中的一个移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在转子旋转时将密封边缘定位成接近于机壳和转子中的另一个；以及静压轴承布置，所述静压轴承布置安置在(1)门与(2)机壳与转子中的一个之间，以在门在压缩机的操作期间移动时减少摩擦。
一个或多个实施方案提供一种压缩机，所述压缩机包括：压缩室壳，所述压缩室壳具有界定压缩室的内壁、通往压缩室中的入口以及通往压缩室外的出口；驱动轴和转子，所述驱动轴和转子可旋转地耦接到压缩室壳以相对于压缩室壳共同旋转；门，所述门耦接到压缩室壳以相对于压缩室壳移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在转子旋转时相对于压缩室壳移动以将密封边缘定位成接近于转子，使得门在压缩室中分隔开进气容积和压缩容积，所述入口和出口安置在密封边缘的彼此相对的侧面上；以及门定位系统，所述门定位系统耦接到门，所述门定位系统经成形且配置以在转子的旋转期间往复地移动门，使得密封边缘在转子的旋转期间保持接近于转子。
根据各种实施方案，门定位系统包括凸轮轴，所述凸轮轴可旋转地耦接到压缩室壳以相对于压缩室壳旋转，所述凸轮轴与驱动轴间隔开，所述凸轮轴连接到驱动轴以便通过驱动轴旋转地驱动；凸轮，所述凸轮可旋转地耦接到压缩室壳以相对于压缩室壳与凸轮轴同心旋转；凸轮从动件，所述凸轮从动件安装到门以相对于压缩室壳与门一起移动，所述凸轮从动件邻接凸轮，使得凸轮的旋转导致凸轮从动件和门相对于压缩室壳移动。
一个或多个实施方案提供一种压缩机系统，所述压缩机系统包括：多个压缩机。每一压缩机可包括：机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁、通往压缩室中的入口以及通往压缩室外的出口；转子，所述转子可旋转地耦接到机壳以相对于机壳旋转；门，所述门耦接到机壳以相对于机壳移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在转子旋转时相对于机壳移动以将密封边缘定位成接近于转子，使得门在压缩室中分隔开进气容积和压缩容积，所述入口和出口安置在密封边缘的彼此相对的侧面上。所述系统包括在多个压缩机的转子之间的机械联动装置，所述机械联动装置连接在转子之间，使得多个压缩机的压缩循环彼此异相。
一个或多个实施方案提供一种压缩机，所述压缩机包括：机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁、通往压缩室中的入口以及通往压缩室外的出口；驱动轴和转子，所述驱动轴和转子可旋转地耦接到机壳以相对于机壳共同旋转，使得当转子旋转时，压缩机压缩从入口进入压缩室的工作流体，并迫使压缩后的工作流体通过出口离开压缩室；以及机械密封件，所述机械密封件位于驱动轴与机壳之间的界面处，其中驱动轴穿过机壳。
根据各种实施方案，机械密封件包括：第一、第二以及第三密封件，所述密封件沿着驱动轴与机壳转子之间的泄漏路径顺序地安置；增压液压流体的来源；以及液压流体通道，所述液压流体通道将所述来源连接到沿着所述第二与第三密封件之间的泄漏路径的空间，以便保持用液压流体对所述空间增压。
一个或多个实施方案提供一种用于密封两个运动零件之间的界面的非圆形密封件。所述密封件包括非圆形结构底座(例如，包括钢)，所述非圆形结构底座具有封闭的周界；以及低摩擦密封材料(例如，石墨或特氟龙)，所述低摩擦密封材料粘合到底座。
一个或多个实施方案提供一种压缩机，所述压缩机包括：机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁、通往压缩室中的入口以及通往压缩室外的出口；转子，所述转子可旋转地耦接到机壳以相对于机壳旋转，使得当转子旋转时，压缩机压缩从入口进入压缩室的工作流体，并迫使压缩后的工作流体通过出口离开压缩室；门，所述门耦接到机壳以相对于机壳往复移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在转子旋转时相对于机壳移动以将密封边缘定位成接近于转子，使得门在压缩室中分隔开进气容积和压缩容积；以及机械密封件，所述机械密封件位于门与机壳之间的界面处。机械密封件包括：第一、第二以及第三密封件，所述密封件沿着门与机壳之间的泄漏路径顺序地安置；增压液压流体的来源；以及液压流体通道，所述液压流体通道将所述来源连接到沿着所述第二与第三密封件之间的泄漏路径的空间，以便保持用液压流体对所述空间增压。
根据各种实施方案，机械密封件另外包括排气孔，所述排气孔安置在第一与第二密封件之间，所述排气孔流体地连接到入口以便将经过第一密封件从压缩室泄漏的工作流体引导回到入口。
根据各种实施方案，第一、第二以及第三密封件都通过可移除外壳支撑，使得第一、第二以及第三密封件和外壳可作为单一单元安装到机壳中。
根据各种实施方案，机械密封件包括沿着门与机壳之间的泄漏路径的n个顺序的密封件，其中3≤n≤50，其中n包括第一、第二以及第三密封件，其中在密封件中的相邻密封件之间的一个或多个空间用增压液压流体填充，并且其中在密封件中的相邻密封件之间的一个或多个空间包括流体地连接在入口上的排气孔。
本发明的各种非限制性实施方案的这些和其它方面，以及结构的相关元件的和零件的组合的操作方法和功能以及制造的经济效益，将在参考附图考虑以下描述和随附的权利要求书后变得更加清楚，所述附图形成本说明书的一部分，其中相同的参考标号指定各图中的对应的部分。在本发明的一个实施方案中，本文中所说明的结构部件按比例绘制。然而，应明确地理解，图式仅出于说明和描述的目的，且并不意图作为对本发明的限制的定义。另外，应了解，在本文中的任何一个实施方案中示出或描述的结构特征也可用于其它实施方案中。如在说明书中和在权利要求书中所使用，除非上下文明确规定，否则单数形式“一个/种”和“该/所述”包括复数指示物。
本文中所公开的值的所有封闭式(例如，在A与B之间)和开放式(大于C)范围明确地包括落入或嵌套在此类范围内的所有范围。例如，所公开的范围1至10被理解为除其它范围外还公开2至10、1至9、3至9等。
附图简述
本发明的实施方案可参考以下图式和描述得到更好的理解。图式中的部件未必是按比例的，而是将重点放在说明本发明的各种实施方案的原理上。此外，在图式中，相同的参考标号在不同的视图中指定对应的部分。
图1是根据本发明的实施方案的具有弹簧返回式凸轮驱动的旋转压缩机的透视图。
图2是根据本发明的实施方案的具有弹簧返回式凸轮驱动的旋转压缩机的右侧视图。
图3是根据本发明的实施方案的具有弹簧返回式凸轮驱动的旋转压缩机的左侧视图。
图4是根据本发明的实施方案的具有弹簧返回式凸轮驱动的旋转压缩机的正视图。
图5是根据本发明的实施方案的具有弹簧返回式凸轮驱动的旋转压缩机的后视图。
图6是根据本发明的实施方案的具有弹簧返回式凸轮驱动的旋转压缩机的俯视图。
图7是根据本发明的实施方案的具有弹簧返回式凸轮驱动的旋转压缩机的底视图。
图8是根据本发明的实施方案的具有弹簧返回式凸轮驱动的旋转压缩机的截面视图。
图9是根据本发明的实施方案的具有皮带驱动的弹簧偏置式门定位系统的旋转压缩机的透视图。
图10是根据本发明的实施方案的具有双凸轮从动件门定位系统的旋转压缩机的透视图。
图11是根据本发明的实施方案的具有双凸轮从动件门定位系统的旋转压缩机的右侧视图。
图12是根据本发明的实施方案的具有双凸轮从动件门定位系统的旋转压缩机的左侧视图。
图13是根据本发明的实施方案的具有双凸轮从动件门定位系统的旋转压缩机的正视图。
图14是根据本发明的实施方案的具有双凸轮从动件门定位系统的旋转压缩机的后视图。
图15是根据本发明的实施方案的具有双凸轮从动件门定位系统的旋转压缩机的俯视图。
图16是根据本发明的实施方案的具有双凸轮从动件门定位系统的旋转压缩机的底视图。
图17是根据本发明的实施方案的具有双凸轮从动件门定位系统的旋转压缩机的截面视图。
图18是根据本发明的实施方案的具有皮带驱动的门定位系统的旋转压缩机的透视图。
图19是根据本发明的实施方案的具有偏移门引导定位系统的旋转压缩机的透视图。
图20是根据本发明的实施方案的具有偏移门引导定位系统的旋转压缩机的右侧视图。
图21是根据本发明的实施方案的具有偏移门引导定位系统的旋转压缩机的正视图。
图22是根据本发明的实施方案的具有偏移门引导定位系统的旋转压缩机的截面视图。
图23是根据本发明的实施方案的具有线性致动器门定位系统的旋转压缩机的透视图。
图24A和B相应地是根据本发明的实施方案的具有磁驱动门定位系统的旋转压缩机的右侧视图和截面视图。
图25是根据本发明的实施方案的具有止转棒轭门定位系统的旋转压缩机的透视图。
图26A至F为根据本发明的实施方案的在压缩循环中具有接触尖端密封的旋转压缩机的实施方案的内部的截面视图。
图27A至F为根据本发明的另一实施方案的在压缩循环中没有接触尖端密封的旋转压缩机的实施方案的内部的截面视图。
图28是根据本发明的实施方案的旋转压缩机的透视截面视图。
图29是本发明的另外的液体喷射器实施方案的左侧视图。
图30是根据本发明的实施方案的转子设计的截面视图。
图31A至D是根据本发明的各种实施方案的转子设计的截面视图。
图32A和B是根据本发明的实施方案的驱动轴、转子以及门的透视图和右侧视图。
图33是根据本发明的实施方案的具有排气端口的门的透视图。
图34A和B相应地是根据本发明的实施方案的具有凹口的门的透视图和放大视图。
图35是根据本发明的实施方案的具有滚动尖端的门的截面透视图。
图36是根据本发明的实施方案的具有液体喷射通道的门的截面正视图。
图37是通过根据本发明的一个或多个实施方案的压缩机实现的压力-容积曲线相对于绝热压缩和等温压缩的曲线图。
图38(a)至(d)示出根据本发明的一个或多个实施方案的顺序压缩循环和液体冷却剂喷射位置、方向以及定时。
图39是根据替代实施方案的压缩机的透视图。
图40是沿着压缩机的驱动轴的轴线截取的图39中的压缩机的截面视图。
图41是图39中的压缩机的分解视图。
图42是图39中的压缩机的端视图。
图43是沿着垂直于压缩机的驱动轴的平面截取的图39中的压缩机的截面视图。
图44是在图43中的图39中的压缩机的视图的透视图。
图45是图39中的压缩机的排放歧管的截面视图。
图46是图45中的排放歧管的透视图。
图47是图45中的排放歧管的端视图。
图48是图39中的压缩机的部分截面透视图，示出静压轴承布置。
图49是图39中的压缩机的静压轴承和门的透视图。
图50是图39中的压缩机的静压轴承布置的图解视图。
图51是图39中的压缩机的静压轴承的阻流图。
图52是图40的部分截面视图。
图53是根据替代实施方案的压缩机的部分截面视图。
图54是图52的放大的部分截面视图。
图55是根据替代实施方案的压缩机的透视图，其中凸轮壳被移除以显示内部部件。
图56是沿着垂直于压缩机的驱动轴的平面截取的图55中的压缩机的截面视图。
图57是沿着压缩机的驱动轴的轴线截取的图55中的压缩机的截面视图。
图58是图55中的压缩机的透视图，示出凸轮壳。
图59是根据替代实施方案的压缩机的透视图。
图60是沿着压缩机的驱动轴的轴线截取的图59中的压缩机的截面视图。
图61和图62是根据替代实施方案的压缩机的截面视图，其中所述截面垂直于压缩机的驱动轴的轴线而截取。
图63至图65是在压缩循环中的不同点处截取的图61和图62的压缩机的端视图。
图66是根据替代实施方案的压缩机的沿着压缩机的驱动轴的轴线截取的截面视图。
图67是图39中的压缩机的转子的截面端视图，其中所述截面垂直于驱动轴而截取。
图68是图67中的转子和驱动轴的截面视图，其中所述截面沿着图67中的线68-68截取。
图69是根据替代实施方案的压缩机的部分截面视图，其中所述截面沿着压缩机的驱动轴的轴线截取。
图70是根据替代实施方案的压缩机的侧视图；
图71是图70中的压缩机的端视图；
图72是图70中的压缩机的透视侧视图；
图73是沿着图70中的线73-73截取的图70中的压缩机的截面视图；以及
图74是图73的部分放大截面视图。
具体实施方式
就在本文中利用以下术语来说，以下定义是适用的：
平衡旋转：旋转质量的质心位于旋转的轴线上。
腔室容积：可容纳用于压缩的流体的任何容积。
压缩机：用于增加可压缩流体的压力的装置。流体可为气体或蒸汽，且可具有宽分子量范围。
同心的：一个物体的中心或轴线与第二物体的中心或轴线重合。
同心旋转：其中一个物体的旋转中心与第二物体的旋转中心位于同一轴线上的旋转。
容积式压缩机：在腔室内收集固定量的气体并通过减少腔室容积来压缩所述气体的压缩机。
接近的：足够靠近以将流体流限制在高压区与低压区之间。限制不需要为绝对的；一些泄漏是可接受的。
转子：通过机械力驱动以围绕轴线旋转的旋转元件。如在压缩机设计中所使用，转子将能量给予流体。
旋转压缩机：将能量给予通过移动单一或多个旋转元件的输入轴压缩的气体的容积式压缩机。
图1至图7示出本发明的实施方案的外部视图，其中旋转压缩机包括弹簧返回式凸轮驱动门定位系统。主外壳100包括主机壳110和端板120，所述主机壳和端板中的每一个包括孔，驱动轴140轴向地穿过所述孔。液体喷射器组件130位于主机壳110中的孔上。主机壳包括用于入口凸缘160的孔，和用于门壳150的孔。
门壳150在主机壳110中的孔处连接到主机壳110并定位在所述主机壳下方。门壳150由两部分组成：入口侧152和出口侧154。门壳150的其它实施方案可仅由单一部分组成。如图28中所示，出口侧154包括出口端口435，所述出口端口是通往出口阀440的孔。替代地，可使用出口阀组件。
返回参考图1至图7，弹簧返回式凸轮驱动门定位系统200附接到门壳150和驱动轴140。门定位系统200结合转子500的旋转来移动门600。可移动组件包括连接到门支撑臂220和轴承支撑板156的门支柱210和凸轮支柱230。轴承支撑板156通过经由螺栓垫圈连接与入口侧和出口侧介接来密封门壳150。轴承支撑板156经成形以密封门壳150，以足够平行的方式安装轴承外壳270并约束压缩弹簧280。在一个实施方案中，门壳150的内部通过具有o形环、垫圈或其它密封材料的轴承支撑板156气密地密封。其它实施方案可在其它位置处支撑轴承，在此情况下，替代的板可用于密封门壳的内部。轴密封件、机械密封件或其它密封机构可用于围绕门支柱210密封，所述门支柱穿透轴承支撑板156或其它密封板。轴承外壳270，也被称为轴台，与门支柱210和凸轮支柱230同心。
在所说明的实施方案中，压缩结构包括转子500。然而，根据替代的实施方案，替代类型的压缩结构(例如，齿轮、螺杆、活塞等)可与压缩室结合使用以提供根据本发明的替代实施方案的替代压缩机。
两个凸轮从动件250与每一凸轮240相切地定位，从而在门上提供向下的力。驱动轴140转动凸轮240，所述凸轮将力传输到凸轮从动件250。凸轮从动件250可安装在贯穿轴上，所述贯穿轴在两端上被支撑，或用悬臂支撑且仅在一端上被支撑。凸轮从动件250附接到凸轮从动件支撑件260，所述凸轮从动件支撑件将力传递到凸轮支柱230中。当凸轮240转动时，凸轮从动件250被向下推动，因此将凸轮支柱230向下移动。这样做向下移动门支撑臂220和门支柱210。这样做继而向下移动门600。
弹簧280提供回复向上力以保持门600适当地定时以密封转子500。当凸轮240继续转动且不再在凸轮从动件250上实施向下力时，弹簧280提供向上力。如在此实施方案中所示，利用压缩弹簧。如所属领域的技术人员将了解，可更改拉簧和轴承支撑板156的形状以提供期望的向上或向下力。弹簧280的向上力向上推动凸轮从动件260和因此的门支撑臂220，所述门支撑臂继而向上移动门600。
由于凸轮从动件250与凸轮240之间的变化的压力，优选的实施方案可利用不同于转子500轮廓的外部凸轮轮廓。轮廓中的此变化允许对改变的压力角的补偿以确保门600的尖端在整个压缩循环中保持接近于转子500。
图3、图6以及图7中的线A示出图8中的压缩机的截面视图的位置。如图8中所示，主机壳110具有圆柱形形状。液体喷射器外壳132附接到主机壳110或可铸造为所述主机壳的一部分以提供转子壳400中的开口。因为转子壳400在此实施方案中形成为圆柱形形状，所以所述转子壳还可被称为气缸。内壁界定转子壳容积410(还被称为压缩室)。转子500与驱动轴140同心地旋转，且通过栓540和压配合来附着到驱动轴140。还可使用用于将转子500附着到驱动轴140的替代方法，例如多边形、花键或锥形轴。
图9示出本发明的实施方案，其中利用具有弹簧门定位系统的同步带。此实施方案290包括两个同步带292，所述同步带中的每一个通过滑轮294附接到驱动轴140。同步带292通过滑轮295附接到第二轴142。门支柱弹簧296围绕门支柱安装。摇臂297安装到摇臂支撑件299。滑轮295连接到摇臂凸轮293以向下推动摇臂297。当内环在摇臂297的一侧上向下推动时，另一侧抵着门支撑杆298向上推动。门支撑杆298抵着门支柱和门支柱弹簧296向上推动。这样做向上移动门。弹簧296提供向下推动门的向下力。
图10至图17示出利用双凸轮从动件门定位系统的旋转压缩机实施方案的外部视图。主外壳100包括主机壳110和端板120，所述主机壳和端板中的每一个包括孔，驱动轴140轴向地穿过所述孔。液体喷射器组件130位于主机壳110中的孔上。主机壳110还包括用于入口凸缘160的孔和用于门壳150的孔。门壳150安装到主机壳110并定位在所述主机壳下方，如上文所论述。
双凸轮从动件门定位系统300附接到门壳150和驱动轴140。双凸轮从动件门定位系统300结合转子500的旋转来移动门600。在优选实施方案中，凸轮的大小和形状在截面大小和形状上与转子近似相同。在其它实施方案中，转子、凸轮形状、曲率、凸轮厚度以及凸轮的边缘的厚度的变化可经调整以导致凸轮从动件的攻角的变化。另外，可使用较大或较小的凸轮大小。例如，可使用类似形状但较小大小的凸轮来降低滚子速度。
可移动组件包括连接到门支撑臂220和轴承支撑板156的门支柱210和凸轮支柱230。在此实施方案中，轴承支撑板157是笔直的。如所属领域的技术人员将了解，轴承支撑板可利用不同的几何结构，包括经设计以执行或不执行门壳150的密封的结构。在此实施方案中，轴承支撑板157用以通过螺栓垫圈连接来密封门壳150的底部。轴承外壳270，也被称为轴台，安装到轴承支撑板157且与门支柱210和凸轮支柱230同心。在某些实施方案中，包括此可移动组件的部件可经优化以减少重量，由此减少实现用以保持门600的尖端接近于转子500的必需的加速度所必需的力。重量减少可另外和/或替代地通过从移动部件中的任何部件的外部移除材料以及通过挖空移动部件来实现，所述移动部件例如门支柱210或门600。
驱动轴140转动凸轮240，所述凸轮将力传输到凸轮从动件250，包括上部凸轮从动件252和下部凸轮从动件254。凸轮从动件250可安装在贯穿轴上，所述贯穿轴在两端上被支撑，或用悬臂支撑且仅在一端上被支撑。在此实施方案中，四个凸轮从动件250用于每一凸轮240。两个下部凸轮从动件252位于凸轮240的下方且沿着所述凸轮的外边缘。所述下部凸轮从动件使用贯穿轴来安装。两个上部凸轮从动件254位于先前的两个下部凸轮从动件的上方且沿着凸轮240的内边缘。所述上部凸轮从动件使用悬臂连接来安装。
凸轮从动件250附接到凸轮从动件支撑件260，所述凸轮从动件支撑件将力传递到凸轮支柱230中。当凸轮240转动时，凸轮支柱230上下移动。这使门支撑臂220和门支柱210上下移动，这继而使门600上下移动。
图11、图12、图15以及图16中的线A示出图17中的压缩机的截面视图的位置。如图17中所示，主机壳110具有圆柱形形状。液体喷射器外壳132附接到主机壳110或可铸造为所述主机壳的一部分以提供转子壳400中的开口。转子500围绕驱动轴140同心地旋转。
图18中示出使用皮带驱动系统310的实施方案。同步带292通过滑轮294连接到驱动轴140。同步带292各自还通过另一组滑轮295连接到第二轴142。第二轴142驱动外部凸轮240，所述凸轮在此实施方案中置于门壳150下方。将多组上部凸轮从动件254和下部凸轮从动件252应用到凸轮240，所述凸轮将力提供到包括门支柱210和门支撑臂220的可移动组件。如所属领域的技术人员将了解，皮带可由链条或其它材料替换。
本发明的使用偏移门引导系统的实施方案在图19至图22和图33中示出。压缩气体和喷射流体的出口通过端口门系统602实现，所述系统由螺栓连接在一起以允许内部减轻特征的两个部分组成。流体在门602的上部部分中经过通道630，并在循环中以相对于转子500的旋转角度定时的方式通过排气端口344朝向纵长侧行进到出口。离散点弹簧返回式刮刀密封件326在单件式门壳336中提供门602的密封。液体喷射通过跨越多个液体喷射器端口324位置和角度的多个扁平喷雾嘴322和喷射器喷嘴130实现。
两件式门602的往复运动通过使用偏移弹簧返回式凸轮从动件控制系统320来控制以实现与转子旋转一齐的门运动。单个凸轮342通过将凸轮从动件250上的力传输通过凸轮支柱338来向下驱动门系统。这导致横臂334的受控运动，所述横臂通过螺栓(所述螺栓中的一些标记为328)与两件式门602相连接。横臂334安装的直线衬套330控制门602和横臂334的运动，所述直线衬套沿着凸轮轴332的长度往复。凸轮轴332通过使用凸轮轴支撑块340以精确的方式固定到主机壳。压缩弹簧346用于在横臂334上提供回复力，允许凸轮从动件250维持与凸轮的恒定滚动接触，由此实现两件式门602的受控往复运动。
图23示出将线性致动器系统350用于门定位的实施方案。一对线性致动器352用于驱动门。在此实施方案中，不必如其它实施方案一样将驱动轴机械地连接到门。线性致动器352被控制以便根据转子的旋转来升高和降低门。致动器可为电子的、液压的、皮带驱动的、电磁的、气体驱动的、可变摩擦的或其它构件。致动器可为计算机控制的或通过其它构件控制。
图24A和B示出磁驱动系统360。门系统可在往复运动中通过在转子500、门600和/或门壳150的任何组合上放置磁场发生器来驱动或控制，而不管所述磁场发生器是永久磁体还是电磁体。此系统的目标是在整个循环中在所有角度处维持从门600的尖端到转子500的表面的恒定距离。在优选的磁系统实施方案中，永久磁体366安装到转子500的末端中并被保持。另外，永久磁体364安装并保持在门600中。磁体的磁极经对准使得在转子的磁体366与门的磁体364之间产生的磁力是斥力，迫使门600在整个循环中向下以控制其运动并维持恒定距离。为在门600上提供向上的回复力，将另外的磁体(未示出)安装到门600的底部和门壳150的底部中以提供另外的斥力。磁驱动系统经平衡以精确地控制门的往复运动。
替代的实施方案可使用替代的磁极朝向来在门与门的顶部部分上的转子之间提供引力，且在门与门的底部部分上的门壳之间提供引力。弹簧可替代下部磁体系统用于提供斥力。在每一实施方案中，电磁体可用于替代永久磁体。另外，还可利用开关磁阻电磁体。在另一实施方案中，电磁体可仅在转子和门中使用。所述电磁体的磁极在门的往复循环期间可在门的行程的每一转折点处切换，允许所述电磁体用于引力和斥力方法中。
替代地，直接液压或间接液压(液压气动)可用于将动力/能量施加到门以适当地驱动所述门并定位所述门。螺线管或其它流量控制阀可用于进给并调节液压或液压气动元件的位置和移动。液压力可通过使用薄膜/膜片的基于气缸的液压致动器或直接液压致动器的使用来转换成作用于门的机械力。
图25示出使用止转棒轭门定位系统370的实施方案。此处，一对止转棒轭372连接到驱动轴和轴承支撑板。滚子以固定半径相对于所述轴旋转。滚子沿着轭372内的狭槽，所述轭受限于往复运动。轭几何结构可被操纵为特定形状，所述形状将产生期望的门动力。
如所属领域的技术人员将了解，这些替代的驱动机构不需要在驱动轴与门之间的任何特定数目的联动装置。例如，可使用单一弹簧、皮带、连杆或轭。取决于设计实施方案，可使用超过两个此类元件。
图26A至26F示出利用尖端密封件620的实施方案的压缩循环。当驱动轴140转动时，转子500和门支柱210向上推动门600，使得所述门与转子500同步。当转子500顺时针转动时，门600上升，直到转子500处于图26C中示出的12点钟位置中。当转子500继续转动时，门600向下移动，直到所述转子回到图26F中的6点钟位置。门600将气缸的未被转子500占据的部分分隔成两个部件：进气部件412和压缩部件414。在一个实施方案中，尖端密封件620可不在门600内居中，而是可替代地朝向一侧移位以便使门的顶部上的区域最小化，在所述区域上，压力可对门施加向下力。这样做还可具有使系统的间隙容积最小化的效果。在另一实施方案中，尖端密封件620的接近于转子500的末端可为磨圆的，以便适应于在尖端密封件620在转子500的旋转中的不同点处接触所述转子时将遇到的变化的接触角。
图26A至F描绘稳定状态操作。因此，在图26A中，其中转子500处于6点钟位置，构成转子壳容积410的子集的压缩容积414已接收流体。在图26B中，转子500已顺时针转动且门600已上升，使得尖端密封件620与转子500进行接触以使也构成转子壳容积410的子集的进气容积412与压缩容积414分离。使用下文论述的滚子尖端650而非尖端密封件620的实施方案将类似地操作。当转子500转动时，如图26C至E中另外示出，进气容积412增加，由此从入口420吸入更多流体，同时压缩容积414降低。当压缩容积414的容积降低时，压力增加。增压流体随后通过出口430排出。在压缩循环中的到达期望高压的点处，出口阀打开且高压流体可离开压缩容积414。在此实施方案中，所述阀输出压缩气体和喷射到压缩室中的液体。
图27A至27F示出其中门600不使用尖端密封件的实施方案。替代地，门600经定时以在转子500转动时接近于所述转子。门600与转子500的密切接近性留下仅非常小的路径以供高压流体漏出。密切接近性结合液态的存在(由于液体喷射器136或置于门自身中的喷射器)允许门600有效地产生进气流体部件412和压缩部件414。包括凹口640的实施方案将类似地操作。
图28示出转子壳400、转子500以及门600的截面透视图。入口端口420示出气体可进入的路径。出口430由充当出口端口435的若干个孔组成，所述出口端口通往出口阀440。门壳150由入口侧152和出口侧154组成。回流压力路径(未示出)可连接到门壳150的入口侧152和入口端口420，以确保没有由于通过门密封件的泄漏导致的抵着门600积累的背压。如所属领域的技术人员将了解，期望实现气密密封，但完美的气密密封不是必需的。
在替代的实施方案中，出口端口435可位于转子壳400中而非位于门壳150中。所述出口端口可位于转子壳内的多种不同位置处。出口阀440可定位成更靠近压缩室，有效地使出口端口430的容积最小化，以使与这些出口端口相关的间隙容积最小化。可使用阀芯，所述阀芯容纳一个或多个出口阀440并直接地连接到连接器400或门壳150以使出口阀440与出口端口435对准。这样做可允许容易地安装和移除出口阀440。
图29示出其中扁平的喷雾液体喷射器外壳170在约3点钟位置处位于主机壳110上的替代的实施方案。这些喷射器可用于直接地将液体喷射到门600的入口侧上，确保所述入口侧不会达到高温。这些喷射器还帮助在转子500上提供液体的涂层，帮助密封压缩机。
如上文所论述，优选的实施方案利用在转子壳内同心地旋转的转子。在优选的实施方案中，转子500为具有与主机壳110的长度一致的非圆形截面的直圆柱体。图30示出转子500的密封和非密封部分的截面视图。转子500的轮廓由三个区段组成。区段I和III中的半径通过摆线曲线界定。此曲线还表示门的上升和下降并界定门的最优加速度轮廓。其它实施方案可使用不同的曲线函数来界定半径，例如双调和函数。区段II采用恒定半径570，所述恒定半径对应于转子的最大半径。最小半径580位于区段I和III在转子500的底部处的相交处。在优选实施方案中，Φ是23.8度。在替代的实施方案中，取决于期望的压缩机的大小、期望的门的加速度以及期望的密封面积，可利用其它角度。
在一个优选实施方案中的转子500的半径可使用以下函数计算：
根据替代的实施方案，转子500的半径被计算为3-4-5-多项式函数。
在优选实施方案中，转子500沿着一个轴线对称。所述转子可大体上类似于截面卵形。转子500包括孔530，驱动轴140和栓540可安装在所述孔中。转子500具有密封区段510，所述密封区段是转子500的对应于区段II的外表面；以及非密封区段520，所述非密封区段是转子500的对应于区段I和III的外表面。区段I和III具有比区段II更小的半径，从而产生压缩容积。密封部分510成形为对应于转子壳400的曲率，由此产生静态密封，所述静态密封有效地使出口430与入口420之间的连通最小化。静态密封不需要物理接触。替代地，足以产生使可经过的流体的量最小化的弯曲路径。在优选实施方案中，转子与机壳之间的间隙在此实施方案中小于0.008英寸。如所属领域的技术人员将了解，此间隙可取决于在加工转子500和转子外壳400两者的过程中的容差、温度、材料性质以及其它特定的应用要求而更改。
另外，如下文所论述，液体被喷射到压缩室中。通过被夹带在密封部分510与转子壳400之间的间隙中，液体可增加静态密封的有效性。
如图31A中所示，转子500与切口形状和配重平衡。孔减轻转子500，所述孔中的一些标记为550。这些减轻孔可用低密度材料填充以确保液体无法侵入到转子内部中。替代地，可将盖子置于转子500的末端上以密封减轻孔。配重由比转子500的其余部分密度更大的材料制成，所述配重中的一个标记为560。配重的形状可改变且不需要为圆柱形。
转子设计提供若干优点。如图31A的实施方案中所示，转子500在一例上包括7个切孔550且在另一侧上包括两个配重560，以允许质心与旋转中心匹配。开口530包括用于驱动轴和栓的空间。此重量分布经设计以实现平衡、同心的运动。切口和配重的数目和位置可取决于结构完整性、重量分布以及平衡旋转参数而改变。在各种实施方案中，切口和/或配重可用于或两者都无须用于实现平衡的转子旋转。
转子500的截面形状允许围绕驱动轴的旋转轴线的同心旋转、静态密封510部分以及在非密封侧上用于压缩的增加的气体容积的开放空间。同心旋转提供围绕驱动轴的主要旋转轴线的旋转，以及因此的较平缓的运动和减少的噪声。
替代的转子设计502在图31B中示出。在此实施方案中，利用三个孔550和圆形开口530来实施不同曲率的弧线。另一替代的设计504在图31C中示出。此处，使用实心转子形状并实施较大的孔530(用于较大的驱动轴)。再一替代的转子设计506在图31D中示出，包括非对称形状，所述非对称形状将使容积减少曲线变平缓，允许热传递在较高压力下进行增加的时间。替代的转子形状可针对不同的曲率实施，或需要压缩室中的增加的容积。
转子表面在具有接触尖端密封件的实施方案中可为平滑的，以使尖端密封件上的磨损最小化。在替代的实施方案中，有利的是，将表面纹理置于转子上以产生可改进非接触密封的性能的湍流。在其它实施方案中，转子壳的内部圆柱形壁可另外经纹理化以针对密封和热传递益处产生另外的湍流。此纹理化可通过对零件的加工或通过利用表面涂层来实现。另一实现纹理的方法将为通过用水射流、喷沙器或类似装置进行冲击以产生不规则表面。
主机壳110可另外利用可移除气缸套。此衬套可突出微表处以引起湍流以实现上文提及的益处。衬套还可用作磨损表面以增加转子和机壳的可靠性。可移除衬套可在规律的间隔处更换以作为所推荐的维护计划的一部分。转子还可包括衬套。牺牲或磨损涂层可用于转子500或转子壳400上以校正在确保维持沿着转子500的密封部分510的优选间隙的过程中的制造缺陷。
主机壳110的外部还可经修改以满足应用特定的参数。例如，在海底应用中，机壳可需要大大加厚以耐受外部压力，或置于辅助压力容器内。其它应用可受益于具有矩形或正方形轮廓以便于安装外部物体或堆叠多个压缩机的机壳的外部。液体可在机壳内部中流通以实现另外的热传递或在例如海底应用的情况下均衡压力。
如图32A和B中所示，转子500(此处用转子端盖590描绘)、门600以及驱动轴140的组合提供压缩气缸中的流体的更高效的方式。门沿着转子的长度对准以在转子转动时分隔开并界定入口部分和压缩部分。
驱动轴140在优选实施方案中使用在每一端板120中的一个球面滚子轴承来安装到端板120。超过一个轴承可用于每一端板120中，以便增加总负载能力。滑脂泵(未示出)用于将润滑提供到轴承。取决于应用特定的参数，可利用各种类型的其它轴承，包括滚子轴承、滚珠轴承、滚针轴承、圆锥轴承、圆柱轴承、轴颈轴承等。还可使用使用润滑脂、油或其它润滑剂的不同的润滑系统。另外，可使用干润滑系统或材料。另外，其中可出现动态不平衡的应用可受益于用以支撑杂散轴线负载的多轴承布置。
根据本发明的实施方案的门的操作在图8、图17、图22、图24B、图26A至F、图27A至F、图28、图32A至B以及图33至图36中示出。如图26A至F和图27A至F中示出，门600在进气容积412与压缩容积414之间产生压力边界。进气容积412与入口420连通。压缩容积414与出口430连通。类似于往复的矩形活塞，门600与转子500的转动同时上升和下降。
门600可包括与转子500进行接触的可选的尖端密封件620，从而在转子500与门600之间提供界面。尖端密封件620由在门600的尖端处压在转子500上的一片材料构成。尖端密封件620可由不同的材料制成，包括聚合物、石墨以及金属，且可采用多种几何结构，例如弯曲的、平坦的或成角度的表面。尖端密封件620可通过增压流体或由弹簧或弹性体提供的弹力支撑。这样做提供回复力以保持尖端密封件620与转子500密封接触。
不同类型的接触尖端可与门600一起使用。如图35中所示，可使用滚子尖端650。滚子尖端650在其与转动的转子500进行接触时旋转。并且，可使用不同强度的尖端。例如，尖端密封件620或滚子尖端650可由较软金属制成，所述较软金属将在转子500表面磨损之前逐渐地磨损掉。
替代地，可使用非接触密封件。因此，可省略尖端密封件。在这些实施方案中，门600的最上部分在转子500转动时放置成接近于所述转子但未必与所述转子接触。容许间隙的量可取决于应用参数来调整。
如图34A和34B中所示，在其中门600的尖端不接触转子500的实施方案中，所述尖端可包括凹口640，所述凹口用以保持气体装入其中抵着门600的尖端。呈气体或液体形式的夹带流体有助于提供非接触密封。如所属领域的技术人员将了解，凹口的数目和大小是依赖于压缩机规格的设计选择的问题。
替代地，液体可从门自身喷射。如图36中所示，门的一部分的截面视图，流体可经过的一个或多个通道660可内置于门中。在一个此类实施方案中，液体可经过多个通道660以在转子500转动时在门600的最上部分与所述转子之间形成液体密封。在另一实施方案中，残余的压缩流体可通过一个或多个通道660插入。另外，门600可经成形以与转子500的部分的曲率相匹配以使门600与转子500之间的间隙最小化。
优选的实施方案在门壳中围封门。如图8和图17中所示，门600通过包括凹口的门壳150包围，所述凹口中的一个示出为项158。凹口固持门密封件，所述门密封件确保在门600上下移动时，压缩流体将不通过门600与门壳150之间的界面从压缩容积414释放。门密封件可由各种材料制成，包括聚合物、石墨或金属。多种不同的几何结构可用于这些密封件。各种实施方案可利用不同的凹口几何结构，包括其中凹口可部分或完全穿过门壳的几何结构。
在替代的实施方案中，密封件可置于门600上而非置于门壳150内。密封件将形成围绕门600的环并随门相对于机壳150移动，从而维持对门壳150的内部的密封。可选择密封件的位置，使得门600上的压力的中心位于门600的在门壳150内部的部分上，因此减少或消除悬臂力对门600的延伸到转子壳400中的部分的影响。这可帮助消除门600与门壳150之间的线接触，且替代地提供表面接触，允许减少的摩擦和磨损。一个或多个磨损板可用于门600上以接触门壳150。密封件和磨损板的位置可经优化以确保跨越磨损板的力的恰当分布。
密封件可使用通过弹簧或弹性体提供的施加力与在密封件引起压缩的门壳150的组件。增压流体还可用于对密封件施加力。
门600示出为具有连接到门的末端的门支柱210。在各种实施方案中，门600可被挖空，使得门支柱210可更靠近门600的尖端而连接到所述门。这样做可减少在门600遇到的热膨胀的量。中空的门还减少移动组件的重量，并允许油或其它润滑剂和冷却剂泼入门的内部中以维持较冷的温度。其中门支柱210连接到门600和其中门密封件所位于的相对位置可经优化使得门600和门支柱210的偏转模式相同，从而允许门600在其由于压力而偏转时保持平行于门壳150的内壁，与通过压力旋转相反。保持平行可有助于在门600与门壳150之间分布负载以减少摩擦和磨损。
转子面密封件还可置于转子500上以在转子500与端板120之间提供界面。外转子面密封件沿着转子500的外边缘放置，从而防止流体经过转子500的末端漏出。第二内转子面密封件以较小半径置于转子面上，以防止经过外转子面密封件漏出的任何流体完全漏出压缩机。此密封件可使用与门密封件相同的材料或其它材料。各种几何结构可用于优化密封件的效果。这些密封件可使用通过弹簧、弹性体或增压流体提供的施加力。润滑可通过经由端板120中的端口喷射油或其它润滑剂而提供给这些转子面密封件。
与本文中所论述的密封件一起，还可考虑那些密封件所接触的表面，被称为对偶表面。在各种实施方案中，对偶表面的表面光洁度可足够平滑以使表面之间的摩擦和磨损最小化。在其它实施方案中，可使表面光洁度变粗糙或将图案给予表面光洁度，例如用以促进润滑剂的保留或泄漏流体的湍流的剖面线。对偶表面可由比密封件更硬的材料构成以确保密封件比对偶表面磨损得更快，或密封件可由比对偶表面更硬的材料构成以确保对偶表面比密封件磨损得更快。对偶表面的期望的物理性质(表面粗糙度、硬度等)可通过材料选择、材料表面处理技术或对实现期望的特性的涂层的选择和应用来实现，所述材料表面处理技术例如淬火、回火或加工硬化。最后的制造过程，例如表面磨削，可在涂覆涂层之前或之后执行。在各种实施方案中，对偶表面材料可为钢或不锈钢。所述材料可经由淬火或回火来硬化。可涂覆涂层，所述涂层可为铬、氮化钛、碳化硅或其它材料。
使流体泄漏到主外壳100的外部的可能性最小化是所期望的。各种密封件，例如垫圈和o形环，用于密封零件之间的外部连接。例如，在优选实施方案中，双o形环密封件用于主机壳110与端板120之间。另外的密封件围绕驱动轴140用于防止任何流体的泄漏，使所述泄漏经过转子面密封件。唇形密封件用于密封驱动轴140，其中所述驱动轴穿过端板120。在各种实施方案中，多个密封件可沿着驱动轴140使用，其中在所述密封件之间具有较小间隙以定位排气管线和液压填密以减少或消除压缩室外部的气体泄漏。还可使用其它形式的密封件，例如机械或迷宫式密封件。
期望实现近等温压缩。为在压缩过程期间提供冷却，使用液体喷射。在优选的实施方案中，液体经雾化以提供增加的表面积以用于热吸收。在其它实施方案中，可使用不同的喷雾应用或喷射液体的其它构件。
液体喷射用于在流体被压缩时冷却流体，从而增加压缩过程的效率。冷却允许将大部分输入能量用于压缩而非气体中的热产生。液体具有比气体明显更优的热吸收特性，允许液体吸收热量并使工作流体的温度增加最小化，从而实现近等温压缩。如图8和图17中所示，液体喷射器组件130附接到主机壳110。液体喷射器外壳132包括用于液体源134(如果所述液体源不与喷嘴包括在一起的话)和喷嘴136的接合器。液体通过喷嘴136直接地喷射到转子壳容积410中。
液体喷射的量和定时可通过多种工具来控制，所述工具包括基于计算机的控制器，所述控制器能够通过多种传感器测量液体排放速率、腔室中的液位，和/或由于液体积聚而导致的任何旋转阻力。阀门或螺线管可结合喷嘴用于选择性地控制喷射定时。可变孔口控制还可用于调节液体喷射的量和其它特性。
分析和实验结果用于优化喷射器136的数目、位置以及喷洒方向。这些喷射器136可位于气缸的周界中。液体喷射还可通过转子或门发生。本设计的当前实施方案具有在12点钟和10点钟处的两个喷嘴。不同的应用参数还将影响优选的喷嘴阵列。
因为液体的热容通常比气体高得多，所以热量主要地被液体吸收，从而保持气体温度低于所述气体在不存在此类液体喷射时将具有的温度。
当流体被压缩时，容积升高至多变指数的压力时间在整个循环上保持恒定，如在以下等式中可见：
P*Vn＝常数
在多变压缩中，两个特殊情况表示压缩谱的相反侧。在较高端处，通过空气的n＝1.4或甲烷的n＝1.28的多变常数界定绝热压缩。绝热压缩通过工作流体的冷却的完全不存在来表征(等熵压缩是其中过程为可逆的绝热压缩的子集)。这意味着，当流体的体积减少时，压力和温度各自相应地上升。绝热压缩由于在流体中的热量的产生过程中所浪费的过多量的能量而为低效过程，所述流体需要稍后再次冷却。尽管为低效过程，但大部分常规的压缩技术，包括往复活塞和离心式压缩机，基本上都是绝热的。另一个特殊情况是等温压缩，其中n＝1。等温压缩是理想的压缩循环，其中在流体中产生的所有热量被传输到环境，从而维持工作流体中的恒定温度。尽管等温压缩表示不可实现的完美情况，但等温压缩是有用的，因为等温压缩对压缩流体所需的能量的量提供较低限制。
图37示出比较若干不同的压缩过程的的样本压力-容积(P-V)曲线。等温曲线示出理论上理想的过程。绝热曲线表示绝热压缩循环，所述绝热压缩循环是大部分常规压缩机技术所遵循的循环。因为在P-V曲线下方的区域表示所需用于压缩的工作量，所以接近等温曲线意味着压缩需要较少的工作。还示出根据本发明的各种实施方案的一个或多个压缩机的模型，几乎实现与等温过程一样好的结果。根据各种实施方案，上文论述的冷却剂喷射通过由冷却剂吸收热量来促进近等温压缩。不仅此近等温压缩过程需要较少的能量，而且在循环结束时，气体温度比在传统压缩机的情况下遇到的那些气体温度低得多。根据各种实施方案，压缩后的工作流体温度的此减少消除昂贵且低效的后冷却器的使用或减小其大小。
本发明的实施方案通过上文论述的液体冷却剂的喷射来实现这些近等温结果。压缩效率根据一个或多个实施方案来改进，因为工作流体通过在压缩循环期间将流体直接地喷射到腔室中来冷却。根据各种实施方案，液体直接地喷射到压缩室的区域中，其中气体正经受压缩。
工作流体与冷却剂之间刚好在压缩点处的快速热传递可促进高压比。这产生本发明的实施方案的若干方面，所述方面可经修改以改进热传递并升高压力比。
一个考量是液体冷却剂的热容。基本热传递方程如下：
Q＝mcpΔT
其中Q是热量，m是质量，ΔT是温度的变化，且cp是比热。
冷却剂的比热越高，越多的热传递将发生。
选择冷却剂有时比简单地选择具有可能的最高热容的液体更加复杂。还可考虑其它因素，例如成本、可用性、毒性、与工作流体的相容性等等。另外，流体的其它特性，例如黏度、密度以及表面张力影响如液滴形成等事物，所述事物如下文将论述也影响冷却性能。
根据各种实施方案，水用作空气压缩的冷却液体。对于甲烷压缩，各种液体烃可为有效冷却剂，三甘醇亦是如此。
另一考量是冷却剂相对于工作流体的相对速度。冷却剂相对于工作流体在工作流体的压缩的位置(所述位置是热产生的点)处的移动增强从工作流体到冷却剂的热传递。例如，在压缩机的入口处喷射冷却剂使得冷却剂在压缩进行且产生热量的时候随工作流体移动将比以下情况更加低效地冷却：冷却剂在垂直于与液体冷却剂喷射的位置相邻的工作流体的流动或与所述工作流体的流动相反的方向上喷射。图38(a)至(d)示出根据本发明的实施方案的在压缩机中的顺序压缩循环的示意图。图38(c)中的虚线箭头示出根据本发明的各种实施方案所使用以增强系统的冷却性能的喷射位置、方向以及定时。
如图38(a)中所示，压缩冲程以在压缩室内的最大工作流体体积(以灰色示出)开始。在所说明的实施方案中，压缩冲程的开始在转子处于6点钟位置时(在其中门安置在6点钟处的实施方案中，其中入口在门的左侧上且出口在门的右侧上，如图38(a)至(d)中示出)发生。在图38(b)中，压缩已开始，转子处于9点钟位置，且冷却液体被喷射到压缩室中。在图38(c)中，约50％的压缩冲程已进行，且转子安置在12点钟位置。图38(d)说明其中压缩冲程接近完成(例如，约95％完成)的位置(3点钟)。压缩最终在转子返回到图38(a)中示出的位置时完成。
如图38(b)和(c)中示出，虚线箭头说明冷却剂喷射的定时、位置以及方向。
根据各种实施方案，冷却剂喷射在压缩循环的仅部分期间发生。例如，在每一压缩循环/冲程中，冷却剂喷射可在所述压缩冲程/循环(所述冲程/循环以体积压缩来测量)的前10％、20％、30％、40％、50％、60％和/或70％处或之后开始。根据各种实施方案，冷却剂喷射可在转子掠过喷嘴(例如，引起在每一喷嘴处的喷射的顺序结束(顺时针地，如图38中所说明))之前不久在每一喷嘴处结束。根据各种替代实施方案，冷却剂喷射在整个压缩循环中连续地进行，而不管转子位置。
如图38(b)和(c)中示出，喷嘴垂直于转子的掠过方向(即，朝向转子的旋转轴线，在相对于转子的旋转轴线的径向向内方向上)将液体冷却剂喷射到腔室中。然而，根据替代的实施方案，喷射的方向可经定向以便朝向更上游(例如，相对于径向方向成锐角，使得冷却剂在相对于转子的掠过方向的部分逆流方向上喷射)。根据各种实施方案，锐角可为朝向上游方向相对于从转子的旋转轴线延伸到喷射器喷嘴的径向线的在0与90度之间的任何角度。此锐角可另外增加冷却剂相对于周围的工作流体的速度，由此另外增强热传递。
另一考量是冷却剂喷射的位置，所述位置通过喷嘴将冷却剂喷射到压缩室所处的位置来界定。如图38(b)和(c)中示出，冷却剂喷射喷嘴安置在约1、2、3以及4点钟处。然而，在不偏离本发明的范围的情况下，可旋转另外和/或替代的位置。根据各种实施方案，喷射的位置定位在在压缩机的最高压缩速率(以Δ容积/时间或Δ容积/转子旋转度数表示，这两者可一致或可不一致)期间存在的压缩容积(图38中用灰色示出)内。在图38中所说明的实施方案中，最高压缩速率在转子从图38(c)中示出的12点钟位置旋转到图38(d)中示出的3点钟位置时出现。此位置与被采用的压缩机构相关，且在本发明的各种实施方案中可改变。喷射位置还可在压缩室中的较早位置处选定(例如，图38(a)至(d))中的9点钟以使液体必须抵抗着其喷射的压力的最小化，因此减少所需用于冷却剂喷射的功率。另外或替代地，液体(例如，冷却剂)可在工作流体到达压缩室之前喷射到入口端口中。
如所属领域的技术人员可了解，喷嘴的数目和位置可基于多种因素来选择。喷嘴的数目可少至1或多至256或更多。根据各种实施方案，压缩机包括(a)至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、40、50、75、100、125、150、175、200、225和/或250个喷嘴，(b)少于400、300、275、250、225、200、175、150、125、100、75、50、40、30、20、15和/或10个喷嘴，(c)在1与400个喷嘴之间，和/或(d)通过其间的任何范围的此类数目定界的任何范围的喷嘴。根据各种实施方案，液体冷却剂喷射可完全避免使得不使用喷嘴。与沿着转子壳的角度改变位置一起，可将不同数目的喷嘴沿着转子壳的长度安装在不同位置处。在某些实施方案中，相同数目的喷嘴将沿着机壳的长度以不同角度放置。在其它实施方案中，喷嘴可沿着机壳的长度分散/错开在不同位置处，使得在一个角度处的喷嘴可不不具有在其它角度处刚好在沿着长度的同一位置处的另一喷嘴。在各种实施方案中，可使用歧管，其中安装一个或多个喷嘴，所述喷嘴直接地连接到转子壳，从而简化多个喷嘴的安装和液体管线到那些喷嘴的连接。
冷却剂液滴大小是另一考量。因为热传递的速率与热传递可跨越其进行的液体的表面积成线性比例，所以经由上文论述的雾化喷嘴产生较小液滴通过增加液体表面积并允许热传递更快地进行来改进冷却。将冷却剂的液滴的直径减少一半(对于给定质量)将表面积增加两倍，且因此将热传递的速率提高2倍。另外，对于较小液滴，对流速率通常远超传导速率，从而有效地在液滴上产生恒定温度并去除任何温度梯度。这可导致液体的全部质量被用于冷却气体，与其中在液滴的中心处的某些质量可不造成冷却效果的较大液滴相反。基于所述证据，似乎喷射尽可能小的液滴是有利的。然而，过小的液滴在喷射到如图38(b)和(c)中示出的高密度、高湍流区域中时，冒着被工作流体掠除且不继续移动通过工作流体并维持高相对速度的风险。较小液滴还可蒸发并引起固体在压缩机的内部表面上的沉积。其它额外的因素还影响液滴大小决定，例如被强迫通过喷嘴的冷却剂的功率损耗和压缩机可在内部处理的液体的量。
根据各种实施方案，在50与500微米之间、在50与300微米之间、在100与150微米之间的平均液滴大小和/或在那些范围内的任何范围可相当有效。
冷却剂液体的质量是另一考量。如通过上文示出的热方程证实，冷却剂的更多质量(所述质量与体积成比例)将引起更多的热传递。然而，所喷射的冷却剂的质量可与压缩机可容纳的液体的量以及处理冷却剂的较高质量所需的额外功率损耗保持平衡。根据各种实施方案，在1与100加仑每分钟(gpm)之间、在3与40gpm之间、在5与25gpm之间、在7与10gpm之间和/或其间的任何范围可提供有效的质量流率(在整个压缩冲程上平均，而不管根据各种实施方案的非连续喷射)。根据各种实施方案，液体冷却剂进入到压缩室中的体积流率可为至少1、2、3、4、5、6、7、8、9和/或10gpm。根据各种实施方案，液体冷却剂进入到压缩室中的体积流率可为少于100、80、60、50、40、30、25、20、15和/或10gpm。
喷嘴阵列可经设计用于大于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10和/或15加仑每分钟的高流率，且能够在小于400、300、200和/或100psi的低压差下实现小于500和/或150微米或更小的极小液滴大小。两个示例性喷嘴是Spraying Systems Co.零件号：1/4HHSJ-SS12007和Bex Spray Nozzles零件号：1/4YS12007。可适合用于各种实施方案中的其它非限制性喷嘴包括Spraying Systems Co.零件号1/4LN-SS14和1/4LN-SS8。优选的流率和液滴大小范围将随应用参数而变化。还可使用替代的喷嘴类型。例如，一个实施方案可在气缸中使用微穿孔，通过所述微穿孔喷射液体，依赖于孔的较小大小来产生足够小的液滴。其它实施方案可包括各种现成的或自定义设计的喷嘴，所述喷嘴在组成阵列时满足给定应用所必需的喷射要求。
根据各种实施方案，上文论述的考量中的一个、若干个和/或全部和/或另外/替代的外部考量可经平衡以优化压缩机的性能。尽管提供特定实例，但不同的压缩机设计和应用可导致选择不同的值。
根据各种实施方案，冷却剂喷射定时、位置和/或方向，和/或其它因素，和/或压缩机的较高效率促进加高压力比。如本文中所使用，压力比通过(1)进入到压缩室中的源工作流体的绝对入口压力(上游压力)与(2)从压缩室排放的压缩后的工作流体的绝对出口压力(在出口阀下游的下游压力)的比界定。因此，压缩机的压力比是工作流体所排放到的下游容器(管线、槽等)的函数。根据本发明的各种实施方案的压缩机在从周围环境获取工作流体和将工作流体排放到周围环境中时，将具有1∶1的压力比(例如，14.7psia/14.7psia)。类似地，根据本发明的各种实施方案，在从环境获取工作流体(14.7psia上游压力)和在385psia(下游压力)下将工作流体排放到容器中时，压力比将为约26∶1(385psia/14.7psia)。
根据各种实施方案，压缩机具有以下压力比：(1)至少3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、8∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1和/或40∶1或更高，(2)小于或等于200∶1、150∶1、125∶1、100∶1、90∶1、80∶1、70∶1、60∶1、50∶1、45∶1、40∶1、35∶1和/或30∶1，以及(3)此类较高和较低比的任何和全部组合(例如，在10∶1与200∶1之间、在15∶1与100∶1之间、在15∶1与80∶1之间、在15∶1与50∶1之间等)。
根据各种实施方案，低压力比(例如，在3∶1与15∶1之间)可用于具有加高液体含量的工作流体(例如，在压缩机的入口端口处具有至少0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、50％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％和/或99％的液体体积分数)。相反地，根据各种实施方案，较高压力比(例如，高于15∶1)可用于具有相对于气体含量较低的液体含量的工作流体。然而，在不偏离本发明的各种实施方案的范围的情况下，较湿的气体可仍在较高压力比下被压缩，且较干的气体可在较低压力比下被压缩。
本发明的各种实施方案适合于使用多种不同操作参数的替代操作。例如，根据一个或多个实施方案的单一压缩机可适合于高效地压缩具有明显不同的液体体积分数的工作流体且在不同的压力比下。例如，根据一个或多个实施方案的压缩机适合于替代地(1)在3∶1与15∶1之间的压力比下压缩具有在10％与50％之间的液体体积分数的工作流体；以及(2)在至少15∶1、20∶1、30∶1和/或40∶1的压力比下压缩具有小于10％的液体体积分数的工作流体。
根据各种实施方案，压缩机使用高压力比高效地且成本有效地压缩湿气体和干气体两者。
根据各种实施方案，压缩机能够具有商业上可行的速度(例如，在450与1800rpm之间)且在所述速度下运行。根据各种实施方案，压缩机在以下速度下运行：(a)至少350、400、450、500、550、600、和/或650rpm，(b)小于或等于3000、2500、2000、1800、1700、1600、1500、1400、1300、1200、1100、1050、1000、950、900、850和/或800rpm，和/或(c)在350与300rpm、450至1800rpm之间，和/或在这些非限制性上限和下限内的任何范围。根据各种实施方案，压缩机连续地在这些速度中的一个或多个下操作至少0.5、1、5、10、15、20、30、60、90、100、150、200、250、300、350、400、450和/或500分钟和/或至少10、20、24、48、72、100、200、300、400和/或500小时。
根据各种实施方案，压缩流体的出口压力为(1)至少200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475、500、600、700、800、900、1000、1250、1500、2000、3000、4000和/或5000psig，(2)小于6000、5500、5000、4000、3000、2500、2250、2000、1750、1500、1250、1100、1000、900、800、700、600和/或500psig，(3)在200与6000psig之间，在200与5000psig之间和/或(4)在上文描述的较高压力与较低压力之间的任何范围内。
根据各种实施方案，入口压力为围绕压缩机的环境中的环境压力(例如，1atm、14.7psia)。替代地，入口压力可接近真空(接近0psia)，或其间的任何地方。根据替代的实施方案，入口压力可为(1)至少-14.5、-10、-5、0、5、10、25、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400和/或1500psig，(2)小于或等于3000、2000、1900、1800、1700、1600、1500、1400、1300、1200、1100、1000、900、800、700、600、500、400和/或350，和/或(3)在-14.5与3000psig之间，在0与1500psig之间，和/或在通过较大数和较小数的组合定界的任何范围和/或在此类范围内的任何嵌套范围内。
根据各种实施方案，在工作流体从压缩室排放时的工作流体的出口温度比在工作流体进入压缩室时的工作流体的入口温度高出(a)小于700、650、600、550、500、450、400、375、350、325、300、275、250、225、200、175、150、140、130、120、110、100、90、80、70、60、50、40、30和/或20摄氏度，(b)至少-10、0、10和/或20摄氏度，和/或(c)在这些较大数和较小数中的任何两个数之间的范围的任何组合，包括在此类范围内的任何范围。
根据各种实施方案，工作流体的出口温度为(a)700、650、600、550、500、450、400、375、350、325、300、275、250、225、200、175、150、140、130、120、110、100、90、80、70、60、50、40、30和/或20摄氏度，(b)至少-10、0、10、20、30、40和/或50摄氏度，和/或(c)在这些较大数和较小数中的任何两个数之间的范围的任何组合，包括在此类范围内的任何范围。
出口温度和/或温度增加可为工作流体的函数。例如，一些工作流体(例如，甲烷)的出口温度和温度增加可低于其它工作流体(例如，空气)的出口温度和温度增加。
根据各种实施方案，温度增加与压力比相关。根据各种实施方案，对于20∶1或更小(或在15∶1与20∶1之间)的压力比，温度增加小于200摄氏度，且对于在20∶1与30∶1之间的压力比，温度增加小于300摄氏度。
根据各种实施方案，对于具有超过5％的入口流体体积分数的工作流体，压力比在3∶1与15∶1之间，且对于具有在1％与20％之间的入口流体体积分数的工作流体，压力比在15∶1与40∶1之间。根据各种实施方案，压力比在出口压力高于250psig同时温度增加小于200摄氏度时高于15∶1。根据各种实施方案，压力比在出口压力高于250psig且温度增加小于300摄氏度时高于25∶1。根据各种实施方案，压力比在出口压力高于250psig且压缩机速度超过450rpm时高于15∶1。
根据各种实施方案，在本文中论述的不同参数(例如，压力比、入口温度、出口温度、温度变化、入口压力、出口压力、压力变化、压缩机速度、冷却剂喷射速率等)的不同范围的任何组合可根据本发明的各种实施方案来组合。根据一个或多个实施方案，压力比在3∶1与200∶1之间的任何地方，同时工作的压缩机速度在350与3000rpm之间的任何地方，同时出口压力在200与6000psig之间，同时入口压力在0与3000psig之间，同时出口温度在-10与650摄氏度之间，同时出口温度比入口温度高出0与650摄氏度之间，同时在压缩机入口处的工作流体的液体体积分数在1％与50％之间。
根据一个或多个实施方案，空气从环境压力(14.7psia)压缩至385psia，压缩机为26∶1，速度为700rpm，出口温度保持在100摄氏度之下。在绝热环境中的类似的压缩将达到近480摄氏度的温度。
所说明的压缩机的工作速度以rpm陈述，因为所说明的压缩机为旋转压缩机。然而，在本发明的替代实施方案中可使用其它类型的压缩机。如所属领域的技术人员了解，RPM项还适用于其它类型的压缩机，包括活塞压缩机，所述活塞压缩机的冲程经由其曲轴而与RPM关联。
可使用众多的冷却液体。例如，可使用水、三甘醇以及各种类型的油和其它烃类。乙二醇、丙二醇、甲烷或其它醇类在期望相变特性的情况下可被使用。还可使用例如氨等制冷剂。另外，各种添加剂可与冷却液体组合以实现期望的特性。与液体的有助于冷却压缩过程的热传递和热吸收性质一起，液体的蒸发还可在本设计的一些实施方案中用于利用由于相变导致的较大冷却效果。
液体聚结的影响在优选的实施方案中也得到处理。液体积聚可提供对抗压缩机构的阻力，最终引起水封，其中压缩机的所有运动被停止，从而造成可能不可挽回的损害。如在图8和图17的实施方案中示出，入口420和出口430在门600的相反侧上位于转子壳400的底部处，因此为待压缩的流体的进入以及压缩流体和喷射的液体的排出提供高效的位置。阀门在入口420处不是必需的。包含静态密封件允许入口420为开放端口，从而简化系统并减少与入口阀相关联的低效率。然而，如果需要，还可结合入口阀。可在入口处添加另外的特征以引起湍流以提供增强的热传递和其它益处。硬化材料可在压缩机的入口和其它位置处使用以在液体/气体混合物进入到阻气门中和其它引起穴蚀的条件时，保护压缩机的入口和其它位置使其免遭穴蚀。
替代的实施方案可包括位于除图中示出的位置外的位置处的入口。另外，多个入口可沿着气缸的周界定位。这些入口可单独或组合地用于容纳不同压力和流率的入口流。入口端口还可自动地或被手动地扩大或移动，以改变压缩机的排量。
在这些实施方案中，利用多相位压缩，因此出口系统允许气体和液体两者通过。将出口430放置成靠近转子壳400的底部为液体提供排水口。这样做使在其它液体喷射压缩机中发现水封的风险最小化。较小间隙容积允许容纳保留在腔室内的任何液体。重力有助于收集和消除过多的液体，从而防止液体在随后的循环上积聚。另外，转子的掠扫运动有助于通过朝向出口引导液体并将液体引出压缩室，确保大部分液体在每一压缩循环期间从压缩室去除。
压缩气体和液体可在压缩机的下游分离。如下文所论述，液体冷却剂随后可被冷却并再循环通过压缩机。
这些特征中的各种特征使得根据各种实施方案的压缩机能够有效地压缩多相流体(例如，包括气体和液体成分的流体(有时被称为“湿气体”))，而不需要工作流体的气相和液相成分的压缩前分离。如本文中所使用，多相流体在压缩机入口端口处具有以下液体体积分数：(a)至少0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、50％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％和/或99.5％，(b)小于或等于99.5％、99％、98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％、91％、90％、85％、80％、75％、70％、60％、50％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％和/或0.5％，(c)在0.5％与99.5％之间，和/或(d)在通过这些较高值和较低值定界的任何范围内。
出口阀允许气体和液体(即，来自湿气体和/或液体冷却剂)在达到压缩室内的期望压力后流出压缩机。出口阀可增加或最大化有效孔口面积。由于液体存在于工作流体中，最小化或消除流出的工作流体的方向变化的阀门是期望的，但不是必需的。这防止在液体改变方向时液体的锤击效应。另外，期望使间隙容积最小化。未使用的阀门开口可在一些应用中塞住以进一步使间隙容积最小化。根据各种实施方案，这些特征改进压缩机的湿气能力以及压缩机的利用腔室内液体冷却剂的能力。
簧片阀可期望作为出口阀。如所属领域的技术人员将了解，可利用已知或尚未知道的其它类型的阀。Hoerbiger型R、CO以及簧片阀可为可接受的。另外，可考虑CT、HDS、CE、CM或提升阀。其它实施方案可使用在机壳中的其它位置中的阀，所述阀在气体已达到给定压力后允许气体离开。在此类实施方案中，可使用各种类型的阀。可使用被动或直接致动的阀且还可实施阀控制器。
在当前优选的实施方案中，出口阀位于机壳的底部附近且用以允许液体和压缩气体从高压部分排出。在其它实施方案中，在除靠近底部外的位置中提供沿着主机壳的周界定位的另外的出口阀可为有用的。一些实施方案还可受益于置于端板上的出口。在其它实施方案中，可期望将出口阀分成两种类型的阀：一种主要用于高压气体，另一种用于液体排放。在这些实施方案中，两种或多于两种类型的阀可位于彼此附近，或位于不同的位置中。
在闭环系统中，冷却剂液体可从气流中去除、冷却并再循环回到压缩机中。通过将喷射器喷嘴放置在压缩室中的看不见系统的全部压力的位置处，再循环系统可省略用以输送雾化液滴的另外的泵(以及随后的效率损失)。然而，根据替代的实施方案，泵用于经由喷射器喷嘴将液体再循环回到压缩室中。此外，在不偏离本发明的各种实施方案的范围的情况下，喷射器喷嘴可安置在压缩室中的看见系统的全部压力的位置处。
根据各种实施方案，已通过压缩机压缩的一些压缩后的工作流体/气体(例如，天然气)经由喷射器喷嘴连同冷却剂一起被再循环回到压缩室中以更好地雾化冷却剂(例如，与造雪设备合并液体水流与压缩气体流以实现水的增加的雾化的方法类似或相同)。
一个或多个实施方案简化热回收，因为热负载中的大部分或全部在冷却液体中。根据各种实施方案，热量不在压缩机下游从压缩气体中去除。冷却液体可经由有效的冷却过程(例如，制冷和热交换器)在压缩机的下游冷却。然而，根据各种实施方案，在不偏离本发明的各种实施方案的范围的情况下，热量可另外从压缩气体恢复(例如，经由热交换器)。
如图8和图17中所示，转子的密封部分510通过产生静态密封来有效地阻止出口与入口端口之间的流体连通。转子500与门600之间的界面通过使用非接触密封件或尖端密封件620来另外阻止出口与入口端口之间的流体连通。以此方式，压缩机即时在以低速运行时也能够防止流体的任何回流和排放。现有的旋转压缩机在以低速运行时，具有从出口到入口的泄漏路径，且因此取决于旋转的速度来使通过此流动路径的排放/泄漏损失最小化。
高压工作流体对门600施加较大的水平力。不管门支柱210的硬度如何，此力都将使得门600弯曲并压着门壳152的入口侧。非常硬且具有低摩擦系数的特殊涂层可涂覆两个表面以使来自门600抵着门壳152滑动的摩擦和磨损最小化。还可利用流体轴承。替代地，钉桩(未示出)可从门600的侧面延伸到门壳150中以帮助抵抗此水平力支撑门600。材料还可以非对称方式从门600的非压力侧去除，以在与门壳150介接之前允许更多的空间以供门600弯曲。
门遇到的较大水平力还可需要另外的考虑以减少门的往复运动的滑动摩擦。还可使用各种类型的润滑剂，例如润滑脂或油。这些润滑剂可另外被增压以帮助抵抗朝门壳按压门的力。部件还可经由浸有润滑剂或自润滑材料将被动的润滑源提供给滑动零件。在不存在润滑的情况下或结合润滑，可在滑动零件上使用可替换耐磨元件以确保依赖于对维护计划表的遵守的可靠操作。这些耐磨元件还可用于精确地将门定位在门壳内。如所属领域的技术人员将了解，可替换耐磨元件还可用在压缩机内的各种其它磨损表面上。
压缩机结构可由例如铝、碳钢、不锈钢、钛、钨或黄铜等材料构成。材料可基于耐腐蚀性、强度、密度以及成本来选择。密封件可由例如PTFE、HDPE、PEEKTM、共聚甲醛等聚合物、石墨、铸铁、碳钢、不锈钢或陶瓷构成。可利用已知或未知的其它材料。还可使用涂层来增强材料性质。
如所属领域的技术人员可了解，各种技术可用于制造和组装本发明的可影响设计的特定特征的实施方案。例如，主机壳110可使用铸造过程来制造。在此情况下，喷嘴外壳132、门壳150或其它部件可与主机壳110一体地形成。类似地，转子500和驱动轴140可由于强度需要或所选择的制造技术而构建为一整块。
另外的益处可通过利用在压缩机罩外部的元件来实现。可将飞轮添加到驱动轴140使在旋转期间遇到的扭矩曲线平滑。飞轮或其它外部轴附件还可用于帮助实现平衡旋转。需要多个压缩机的应用可组合单一驱动轴上的多个压缩机与异相安装的转子以还实现经平滑的扭矩曲线。钟形外壳或其它轴耦接可用于将驱动轴附接到驱动力，例如发动机或电动机，以使不对准的影响最小化并增加扭矩传递效率。例如泵或发电机等附属部件可通过驱动轴使用皮带、直接耦接、齿轮或其它传动机构驱动。定时齿轮或皮带可另外用于在适当时同步附属部件。
在离开阀之后，液体和气体的混合可通过以下方法中的任何方法或其组合来分离：1.通过使用网、叶片、交织的纤维来拦截；2.惯性冲击表面；3.与其它较大喷射液滴聚结；4.经过液帘；5.在储液槽中冒泡；6.帮助聚结的布朗运动；7.改变方向；8.离心运动以聚结成壁和其它结构；9.通过快速减速而惯性改变；以及10.通过使用吸附剂或吸收剂来脱水。
在压缩机的出口处，脉动室可由圆柱形瓶或其它空腔和元件组成，可与前述分离方法中的任何方法组合以实现脉动阻尼和衰减以及主要或最终的液体聚结。也可使用分离液体和气体的其它方法。
图39至图44说明根据替代的实施方案的压缩机1000。压缩机1000大体上类似于上文论述的压缩机。因此，省略对相似或相同部件的冗余描述。压缩机1000包括主机壳1010，所述主机壳界定压缩室1020、驱动轴1030、转子1040、凸轮1050、凸轮从动件1060、连接到凸轮从动件1060的门支撑件1070(例如，凸轮从动件支撑件、凸轮支柱、门支撑臂、门支柱等)、安装到机壳1010(或与机壳1010一体地形成)并连接到门支撑件1070以准许门支撑件1070的往复线性移动的门支撑引导件1075、使门支撑件1070朝向凸轮1050偏置的弹簧1080、部分通过主机壳1010和/或门支撑引导件1075形成和/或安装到其上的门外壳1100、通过门外壳1100滑动地支撑的门1110、流体地连接到进入压缩室1020中的入口1150的入口歧管1140、流体地连接到从压缩室1020引出的排放出口1170的排放/出口歧管1160、安置在排放出口1170中的排放出口阀1180、冷却剂喷射器1190、在机壳1010与门1110之间的静压轴承布置1300(见图48至图51)，以及从围绕驱动轴1030的周围环境密封压缩室1020的机械/液压密封件1500。
在所说明的实施方案中，冷却剂喷射器1190将冷却剂直接地引导到压缩室1020中。然而，根据一个或多个替代的实施方案，冷却剂喷射器1190可另外和/或替代地在工作流体或冷却剂到达压缩室之前将冷却剂喷射到入口歧管1140中的工作流体中。此替代方案可减少制造成本和/或减少喷射冷却剂所需的功率的量。
如图41、图43以及图44中所示，排放出口阀1180引导压缩流体通过排放出口1170，同时阻止压缩流体的回流回到压缩室1020中。如图41中示出，阀1180与主机壳1010分开地形成且装配到排放出口1170中。然而，根据各种替代的实施方案，阀1180或其部分可与机壳1010一体地形成。
如图45至图46中所示，排放歧管1160包括多个叶片1160a。在歧管1160内从排放出口1170(即，歧管1160的入口)到圆形排放歧管出口1160b(即，歧管1160的下游出口)的通道的截面从在排放出口1170处的轴向伸长的截面(例如，在平行于驱动轴1030的旋转轴线的方向上沿着门1110的长度伸长)转变成圆形排放歧管出口1160b。根据各种实施方案，截面面积在此排放流动路径中保持相对恒定。叶片1160a定向成大体上垂直于压缩流体的从压缩室1020到排放歧管1160的排放歧管出口1160b的期望流动路径。叶片1160a经定向以在流动路径的截面形状改变时促进压缩流体的大体上层流。根据各种实施方案，叶片1160a减少湍流，增加压缩机1000的效率，和/或减少在压缩流体(例如，多相液体/气体流体)流动通过出口1170和歧管1160时的磨损。
叶片1160a和阀1180完全延伸跨越压缩流体的压缩流体(例如，如图45所示延伸进入到页面中，如图47所示上下延伸，如图43所示从左上方朝向右下方延伸)。叶片1160a和阀1180因此在结构上在轴向伸长的排放出口1170的任一侧上支撑机壳1010的周向间隔开的部分1010a、1010b(见图43)。叶片1160a和阀1180可因此帮助机壳1010抵抗变形(例如，所述变形可通过在使用压缩机1000期间在门1110和机壳1010之间产生的反作用力来促进)。
如图48中所示，多个叶片/肋板1155安置在入口1150内并沿着压缩室1020的周向方向延伸跨越所述入口(如图48中所示从左下方到右上方)。这些肋板1155在入口1150的区域中加强机壳1010，并有助于防止机壳1010围绕门1110的偏转。根据各种实施方案，入口1150轴向地分成多个离散的入口1150(例如，沿着压缩机1000的轴向方向间隔开的孔)，使得叶片/肋板1155通过机壳1010的在此类入口孔之间的部分界定。
如图48至图51中所说明，压缩机1000包括静压轴承布置1300，所述静压轴承布置允许门1110相对于门外壳1100上下往复同时维持与转子1040的密切接触。静压轴承布置1300减少门1110与门外壳1100之间的摩擦。
如图43、图48以及图50中所示，门1110将压缩室1020的入口侧1020a与压缩室1020的出口侧1020b分隔开。入口侧1020a中的压力保持相对较接近经由入口1150进入压缩室1020的流体的压力。压缩室1020的出口侧1020b中的压力在每一压缩冲程/转期间增加，并达到通过排放出口1170输出的压缩流体的输出压力。如图50中所示，这在门1110的出口侧1020b上造成比在入口侧1020a上更高的压力，所述压力朝向入口侧1020a推动门。如图50中所示，此压差在门1110上产生悬臂力，且因为压缩室1020压力增加直到排放，所以在每一循环时悬臂力都不变地循环。静压轴承布置1300适应此循环的悬臂力并均衡门1110上的悬臂/弯曲力矩。
如图48至图51所示，静压轴承布置1300包括：在门1110的入口侧1020a上的上部静压轴承1310、在门1110的入口侧1020a上的下部静压轴承1320、在门1110的压缩/出口侧1020b上的上部静压轴承1330，以及在门1110的压缩/出口侧1020b上的下部静压轴承1340。
如图49中所示，每一轴承1310、1320、1330、1340中的每一个沿着压缩机1000的轴向/纵向方向间隔开(即，如图50中所示进入到页面中)，使得存在三列轴承1310、1320、1330、1340(或六列，如果两个侧面1020a、1020b被认为是单独的话)。根据各种非限制性实施方案，多列轴承1310、1320、1330、1340的使用可减少液压流体必须横向行进经过的长度。这样做可保持液压流体在轴承垫片的全部表面上更均匀地分布。增加轴承的数目还可将问题(例如，碎片、轴承表面的偏转、轴承垫片表面的磨损、油系统中的堵塞等)隔离到单个轴承1310、1320、1330、1340上，使得其它轴承1310、1320、1330、1340仍正常工作。然而，在不偏离各种实施方案的情况下，可使用更多或更少列的轴承1310、1320、1330、1340(例如，通过将不同的轴承1310合并成单个纵向较长轴承)。根据一个或多个实施方案，在门的每一侧上提供四列轴承。
根据各种实施方案，使用多列轴承1310、1320、1330、1340可促进一个列(或在一个列内的轴承)的阻流器1410相对于其它列的细调，以适应于沿着门1110的长度的变化的条件。例如，如果静压压力使得套管1360在中间弯曲，那么中间列的轴承1310、1320、1330、1340可下调以减少到那些较大间隙的流并增加到末端列的流，其中间隙更紧且将首先进行门与套管之间的接触。
如图48至图50中所示，静压轴承布置1300形成于与机壳1010配合的静压轴承嵌件/套管1360中。垫片或其它合适的机构可用于确保套管1360的固定的低容差配合和定位。套管1360可从机壳1010移除以便于套管1360的替换和/或在所述套管上的维护。然而，根据各种替代的实施方案，嵌件1360可与机壳1010一体地形成。
如图51中所示，每一轴承1310、1320、1330、1340包括入口端口1310a、1320a、1330a、1340a，所述入口端口通向在与门1110配合的嵌件1360的一侧上的袋形凹槽1310b、1320b、1330b、1340b中。每一凹槽1310b、1320b、1330b、1340b通过与门1110紧密配合的平台/轴承垫片1310c、1320c、1330c、1340c包围。垫片1310c、1320c、1330c、1340c通过排水口1370包围，所述排水口可为所有轴承1310、1320、1330、1340共有的。
如图51中所示，液压泵1380通过液压通道1400将液压流体(例如，油)从储槽1390泵送到轴承1310、1320、1330、1340中的每一个的相应的阻流阀1410。通道1400随后顺序地通往相应的入口端口1310a、1320a、1330a、1340a，凹槽1310b、1320b、1330b、1340b，平台/轴承垫片1310c、1320c、1330c、1340c，排水口1370，且回到储槽1390中。
如已知，静压轴承通过使用两个阻流器来工作。在此实施方案中，第一阻流器是在同一直线上在轴承1310、1320、1330、1340之前的阻流阀1410，所述阻流阀在操作期间保持不变。轴承垫片1310c、1320c、1330c、1340c自身为第二阻流器。轴承垫片1310c、1320c、1330c、1340c的阻力改变且与在门1110与轴承垫片自身1310c、1320c、1330c、1340c之间的间隙相关。如果此间隙减小，那么在轴承垫片1310c、1320c、1330c、1340c以及袋形凹槽1310b、1320b、1330b、1340b中的压力将上升，且类似地，如果所述间隙增大，那么垫片1310c、1320c、1330c、1340c以及袋形凹槽1310b、1320b、1330b、1340b中的压力将下降。间隙将由于通过悬臂压力在门1110上产生的负载而改变。
根据各种实施方案，阻流阀1410可由设定流量的阻流器或在相应的通道1400中表现地类似于轴承垫片阻流器的环替代。环可设计到轴承垫片1310c、1320c、1330c、1340c中，所述轴承垫片以与间隙相关的阻力允许流经过它。通常将环放置在所述环液压连接到的轴承垫片的相反表面上。需要清楚，润滑剂将流动通过在轴承的一例上的环且随后流动到所述轴承在相反侧上的相应的轴承垫片。因此，根据各种实施方案，轴承1310、1320、1330、1340包括具有内置到相反轴承中的阻流器的自补偿轴承。例如，轴承1310的阻流阀1400可内置到相反轴承1330中，使得到轴承1310的流量在轴承1330间隙减小时减小。这样做可防止过多的液压流体流经过具有较大间隙的轴承1310、1320、1330、1340(因为在相反轴承上的间隙较小)，或准许到具有较高负载的轴承1310、1320、1330、1340的较大流率。轴承1320、1340彼此相反且可以相同的方式工作。此类型的自补偿静压轴承描述于第7,287,906号美国专利中，所述专利的全部内容通过引用并入本文中。
如图50中所示，根据各种实施方案，与下部轴承1320、1340离散的上部轴承1310、1330的使用使得轴承布置1300适应于通过压缩室1020、1020b以及转子1040中的增压流体施加在门1110上的悬臂/弯曲力矩。通过压缩室1020的入口和出口侧1020a、1020b以及轴承1310、1320、1330、1340施加在门1110上的力的量值通过箭头的大小表示。如图50中所示，当出口侧1020b力相对于入口侧1020a较高时，力矩通过来自上部远侧轴承1310和下部近侧轴承1340的较高力平衡，其中间隙是最小的。相反地，轴承间隙在门1110与轴承1320、1330之间较大，使得通过这些轴承1320、1330施加的力较低。根据各种替代的实施方案，可添加另外的上部、下部和/或中间静压轴承以更具体地说明施加在门1110上的弯曲力矩的原因。然而，根据替代的实施方案，在不偏离各种实施方案的范围的情况下，上部和下部静压轴承(例如，轴承1330、1340；轴承1310、1320)可合并。
如本文中所使用，关于轴承1310、1330、1320、1340的方向术语“上部”和“下部”沿着门1110的往复移动的方向界定，且未必沿着重力上/下方向(但根据各种实施方案，重力上/下与门1110的上/下往复方向对准)。
根据各种实施方案，静压轴承布置1300在门1110与在压缩室1020的入口侧1020a上的机壳1010之间产生流体膜间隙，所述流体膜间隙可通过减少或消除在门1110与机壳1010之间的磨损接触来延长门1110和/或机壳1010的使用寿命，和/或减少沿着门1110的往复路径移动所述门所需的力。
根据各种替代的实施方案，静压轴承用于旋转叶片压缩机上，其中叶片随转子而非机壳旋转并相对于转子而非机壳往复。在此类实施方案中，例如轴承1300等静压轴承安置在转子和门之间，而非在机壳和门之间。
如图50中所示，门1110包括密封件1430，所述密封件安装到门1110的主体1440中的凹槽1440a中。如图50中所示，密封件1430和凹槽1440a具有互补的“+”形轮廓，所述轮廓有助于在压缩机1000的操作期间将密封件1430保持在凹槽1440a中。根据各种替代的实施方案，凹槽1440a和密封件1430可具有任何其它合适的互补轮廓，所述轮廓阻止密封件1430与门体1440的分离(例如，具有狭窄的顶部开口和较大(例如，球形)中间截面的轮廓，具有朝向顶部的点的三角形轮廓等)。
如图50中所示，根据各种实施方案，门体1440和/或套管1360可由抵抗磨损的硬质材料(例如，例如440C钢、17-4钢、D2工具钢或Inconel等材料，具有超过35、40、45、50、55、60、65等的HRC)形成，或用耐磨涂层涂覆或以其它方式处理以增加硬度(例如，氮化钢、具有硬陶瓷涂层的钢、具有增加表面硬度的表面热处理的钢等)，以便在套管1360和门体1440彼此摩擦时抵抗磨损。另外和/或替代地，套管1360和门体1440中的一个可具有较硬表面(例如，钢)，而套管1360和门体1440中的另一个相对较软(例如，由黄铜的青铜形成)，以便在操作期间牺牲性地磨损，且最终被替换。根据一个或多个实施方案，套管1360包括硬表面的材料，例如钢，而门体1440包括软材料，例如青铜。根据一个或多个替代的实施方案，套管1360包括软材料，例如青铜，而门体1440包括硬材料，例如钢。
根据各种实施方案，门1110和/或套管1360的表面(或其上的涂层)被铺上垫子或以其它方式构造以便在油流内产生湍流，由此在油向前冲过间隙并增加静压轴承压力时增加油的剪切力。
根据各种替代的实施方案，静压轴承布置1300用动压轴承布置替换，所述动压轴承布置将液压流体(例如，油)提供到门体1440与套管1360之间的界面。动压轴承依赖于门体1440与套管1360之间的相对移动来使得液压流体对相交处增加和/或润滑相交处。
如图40中所示，在压缩机1000的每一轴端上的机械密封件1500相对于围绕驱动轴1030的压缩室1020外的环境气密地密封压缩机1000的压缩室1020。
两个机械密封件1500中的每一个包括面密封件1510、1520，径向轴密封件1550，排气孔1560以及液压填密1590。如图40、图52以及图54中所示，内面密封件和外面密封件1510、1520相对于界定压缩室1020的机壳1010的轴向面密封转子1040的轴端。如图52中所示，密封件1510、1520安装在转子1040中的周向(但在密封件1520的情况下为非圆形)面凹槽1040b中以准许轴向移动(即，如图40中所示左/右移动)，且弹簧1530、1540(例如，Belleville垫圈、具有弹性性质的O形环、围绕密封件1501、1520的周界布置的一系列压缩弹簧)抵着界定压缩室1020的机壳1010的轴向面轴向地偏置密封件1510、1520。内面密封件1510是圆形的且与驱动轴1030的旋转轴线同心。如图41中所示，外面密封件1520沿着转子1040的非圆形周界，并随转子1040围绕驱动轴1030的轴线旋转。根据各种实施方案，面密封件1510、1520的外密封部分包括粘合到较强衬背(例如，钢)的低摩擦材料(例如，石墨)。
根据各种实施方案，即使当密封件1510、1520的磨损表面(例如，密封件1510、1520的石墨部分)被磨破时，密封件1510、1520也保持在其凹槽1040b中。例如，如图67和图68中所示，密封件1510、1520可通过锁定垫圈1541(例如，每密封件1510、1520具有多个垫圈)来保持，所述垫圈连接(例如，经由螺栓1542或其它紧固件)到在转子1040的端面中的凹处1040c并延伸到密封件1510、1520中的带凸肩凹槽1510a、1520a中以防止密封件1510、1520与配合的密封件凹槽1040b分开，同时准许密封件1510、1520在凹槽1040b内轴向移动以保持密封件1510、1520接近于压缩室的配合面(例如，磨损板1545的面(见图52)。
如图52中所示，在压缩室1020的每一轴端上的端盖磨损板1545以可移除方式安装到机壳1010的其余部分(例如，经由螺栓)并邻接密封件1510、1520。板1545可在密封件1510、1520与板1545之间的磨损接触已充分地磨损板1545时被替换以保证替换。
如图54中所示，径向轴密封件1550在驱动轴1030与机壳1010的端盖之间径向地延伸。如图54和图40中所示，排气孔1560从径向轴密封件1550轴向向外安置。如图54中所示，流体通道1570将排气孔1560流体地连接到压缩机1000的入口1150。如图54中所示，液压填密1590包括在其间具有液压流体通道1620的面对面的径向密封件1600、1610。液压泵1380(或任何其它合适的液压流体源)经由通往密封件1600、1610之间的空间中的端口/通道1630将增压液压流体提供到液压填密1590。如图54中所示，旋转轴承1650相对于机壳1010支撑驱动轴1030以准许驱动轴1030相对于机壳1010旋转。
机械密封件1500的操作参考图52和图54描述。对于工作流体(例如，正被压缩的天然气)泄露出压缩室1020，所述流体可顺序地泄漏通过密封件1520、1510、1550。如果工作流体泄漏经过全部三个密封件1520、1510、1550，那么所述流体可到达排气孔1560，所述排气孔经由通道/端口1570将流体返回到压缩机入口1150，所述通道/端口经由其与入口1150的流体连通而维持在入口1150的压力下。在排气孔1560的外轴向侧面上的液压填密1590经由液压流体来增压至高于入口1150压力的压力，所述压力阻止或防止工作流体进一步泄漏经过液压填密1590。泄漏的工作流体通过通道/端口1570泄漏回到进气口1150，而非经过液压填密1590，因为入口1150处于比液压填密1590低得多的压力下。因此，减少或优选地消除工作流体经过液压填密1590的泄漏。在轴承1650的轴承空腔中的压力维持在环境大气压力下。
根据各种实施方案，机械密封件1500提供轴向紧凑的密封件，所述密封件在压缩机的轴承上产生较低力矩负载。
如图52中所示，在压缩机1000中，驱动轴1030经由单独的旋转轴承1650和止推轴承1660的组合来安装到机壳1010的每一轴端。然而，如图53中所示，在不偏离各种实施方案的范围的情况下，单独的旋转和止推轴承1650、1660可由起到止推轴承和旋转轴承功能两者的合并轴承1670。为便于轴承1670从驱动轴移除，润滑通道可延伸通过驱动轴并通向驱动轴与轴承1670之间的界面中。根据各种替代的实施方案，在不偏离各种实施方案的范围的情况下，轴承1650、1660可用在驱动轴1030与机壳1010之间的任何其它类型的旋转耦接来替换(例如，其它类型的轴承、轴套等)。
尽管密封件1500被描述为包括所说明的实施方案中的各种结构，但在不偏离本发明的范围的情况下，密封件1500可包括更大或更小的结构。例如，在不偏离本发明的范围的情况下，密封件1510、1520、1550中的一个或多个可省略。
图69说明压缩机5150，所述压缩机大体上类似于压缩机1000，除了压缩机5150使用机械密封件5200的替代实施方案来替代机械密封件1500。机械密封件5200大体上类似于密封件1500，因此省略对相似或相同部件的冗余说明。与机械密封件1500的各种部件(例如，径向密封件1550、排气孔1560、径向密封件1600、1610以及增压液压流体通道1620)的轴向间隔的布置相反，机械密封件5200的各种部件彼此径向间隔开，这可提供更加轴向紧凑的密封。如图69中所示，压缩机5150包括机壳5210，所述机壳5210大体上与机壳1010相同，除了机壳5210略微不同地成形以便适应于形状不同的机械密封件5200。
如图69中所示，密封件5200包括环形套管5220，所述环形套管稳固地且密封地连接到驱动轴1030或与所述驱动轴一体地形成，以便对驱动轴1030相对于机壳5210旋转。根据各种实施方案，套管5220可以多种替代的方式(例如，热收缩到轴1030上，胶合或以其它方式紧固到轴1030上，焊接到轴1030上，压配合到轴1030上等)连接到驱动轴1030。根据各种实施方案，o形环5230安置在套管5220与轴1030之间以防止其间的泄漏。内环形密封凹槽5220a、b和外环形密封凹槽5220c、d安置在套管5220的面朝和背离转子1040的轴向面上。面密封件5240、5250、5260、5270安置在凹槽5220a、b、c、d中，且弹簧朝向机壳5210的配合轴面表面5210a、5210b偏置远离套管5220。排气孔5290安置在套管5220与机壳5210之间，从套管5220径向向外。排气孔5290经由机壳5210中的通道5300流体地连接到进入到压缩机5150中的入口。液压流体通道5310将增压液压流体(或其它流体)源(例如，泵1380)连接到安置在密封件5250、5270、面5210b以及套管5220之间的空间5330，以便保持用液压流体对此空间5330增压。
机械密封件5200的操作参考图69描述。如果工作流体从压缩室1020泄漏，顺序地经过面密封件1520、面密封件1510、面密封件5240以及面密封件5260，那么泄漏的工作流体将泄漏到排气孔5290中，所述排气孔将经由通道5300将泄漏的工作流体引导回到压缩机5150的入口。正如密封件1500一样，通过密封件5250、5270以及安置在空间5330中的增压流体形成的液压填密阻止或防止排气孔5290中的泄漏的工作流体进一步泄漏经过密封件5250、5270。因为进入到压缩机5150中的入口中的压力低于空间5330中的压力，所以泄漏的流体将流动回到入口而非泄漏经过液压填密。
根据各种实施方案，密封件5200可通过添加或移除各种密封件来修改。例如，压缩机5150在压缩室与排气孔之间包括比包括在压缩机1000中的密封件多一个的密封件。确切地说，在压缩机5150中，四个密封件安置在压缩室1020与排气孔5290之间(即，密封件1520、1510、5240、5260)，而所说明的压缩机1000具有三个此类密封件(即，密封件1520、1510、1550)。然而，根据替代的实施方案，在不偏离各种实施方案的范围的情况下，更多或更少的此类密封件可安置在压缩室和排气孔之间。例如，密封件1520、1510、5240、5260中的一个或多个可省略。替代地，如密封件5240、5260等另外的密封件可在套管5220与机壳5210的面5210a之间延伸以另外减少来自压缩室1020的泄漏，且套管5220和面5210a、b可径向地扩展以为此类另外的密封件提供空间，优选地在不在整个机械密封件上轴向伸长的情况下。另外和/或替代地，密封件5200可通过沿着密封件1510、5240之间的泄漏路径在机壳5210与轴1030之间添加径向密封件(例如，如密封件1550)来修改。另外和/或替代地，排气孔5290可沿着密封件1520、1510、5240、5260中的不同密封件之间的泄漏路径安置。例如，排气孔可替代地安置在内面密封件5240与外面密封件5260之间的泄漏路径中。
如图41和图43中所示，根据各种实施方案，一个或多个孔1040a轴向地延伸通过整个转子1040，以便从密封件1520径向向内地连接转子1040的相反轴端。孔1040a可防止转子1040在压缩后的工作流体不对称地在比在转子1040的一个轴端处更大程度地泄漏经过在转子1040的相反轴端上的密封件1520中的一个时，被抵着压缩室1020的一个轴端轴向地推动。另外和/或替代地，转子1040的轴端之间的流体连通可通过将流体通道延伸通过机壳1010的端板1545(见图52)而非通过转子1040来提供。
如图52中所示，根据各种实施方案，接近传感器1580(例如，接触或非接触传感器、电容传感器、磁性传感器等)监视转子1040相对于端板1545或机壳1010的其它部分的轴向位置。传感器1580和相关联的控制器(例如，电子控制单元、模拟或数字电路、例如PC等计算机)在感测到的距离超过预定距离或降低在预定距离之下时，可使得一个或多个动作(例如，音频或视觉告警、压缩机的去激活)发生。
图55至图58说明根据替代的实施方案的压缩机2000。压缩机2000大体上类似于上文论述的压缩机。因此，省略对相似或相同部件的冗余描述。压缩机2000包括主机壳2010，所述主机壳界定压缩室2020、驱动轴2030、安装到驱动轴2030以随驱动轴2030相对于机壳2010旋转的转子2040、滑动地连接到机壳2010以用于往复移动的门2050，以及门定位系统2060。压缩机2000的门定位系统2060与上文描述的压缩机的门定位系统不同。
如图55至图58中所示，门定位系统2060包括：门定位系统壳2070，所述门定位系统壳安装到主机壳2010(例如，经由螺栓或一体成型)(见图56和图58)；驱动皮带轮2080，所述驱动皮带轮安装到驱动轴2030以随驱动轴2030旋转；凸轮轴2090，所述凸轮轴旋转地安装到机壳2070以用于围绕平行于主驱动轴2030的轴线的凸轮轴轴线相对旋转；驱动皮带轮2095，所述驱动皮带轮安装到凸轮轴2090以用于随凸轮轴2090相对于机壳2070、2010旋转；皮带2100，所述皮带连接到皮带轮2080、2095；两个凸轮2110，所述两个凸轮安装到凸轮轴2090以用于随凸轮轴2090旋转；凸轮从动件2120，所述凸轮从动件旋转地安装到门支撑件2130以用于围绕平行于轴2030、2090的旋转轴线的轴线相对于支撑件2130旋转；以及弹簧2140，所述弹簧在机壳2070、2010与门支撑件2130之间延伸。
门支撑件2130安装到门2050以驱动门2050的往复运动。如图57中所示，门支撑件2130穿过门2050中的扩大的下部开口2050a，并稳固地附接(例如，经由螺纹连接、保持器栓或环、保持器销2135(如图57中所示)等)到门2050的上部部分，靠近门2050的上部密封边缘2050b。下部开口2050a相对于门支撑件2130扩大，使得门支撑件2130不接触门2050的下部部分。根据各种实施方案，将门支撑件2130延伸通过扩大的下部开口2050a限制热膨胀/收缩对门2050的密封件2050b相对于门支撑件2130位置的定位所具有的影响。确切地说，门2050的热膨胀不影响门的密封件2050b相对于门支撑件2130的定位，门2050在所述热膨胀下安装到门支撑件2130。根据各种实施方案，这提供在门2050在压缩机2000的使用期间热膨胀或收缩时相对于转子2040的更精确且准确的门密封件2050b定位。
如图56和图57中所示，门支撑件2130经由直线轴承2137(或其它线性连接，例如轴套等)滑动地安装到机壳2070和/或2010，以准许门支撑件2130在门2050的往复方向上移动(上/下，如图56和图57中所示)。弹簧2140的上端邻接机壳2070和/或机壳2010的弹簧保持器部分。弹簧2140的下端经由弹簧保持器2150或其它合适的连接器连接到门支撑件2130。因此，压缩弹簧2140迫使门支撑件2130和门2050向下远离转子2040并朝向凸轮2110。
在压缩机2000的操作期间，驱动轴2030旋转地驱动皮带轮2080，所述皮带轮旋转地驱动皮带2100，所述皮带旋转地驱动皮带轮2095，所述皮带轮旋转地驱动轴2090，所述轴旋转地驱动凸轮2110。凸轮2110的旋转抵抗着弹簧2140的弹簧偏压朝向转子2040向上驱动凸轮从动件2120、门支撑件2130以及门2050。凸轮2110经成形且皮带2100和皮带轮2080、2095经定时使得门定位系统2060在转子2040在压缩机2000的操作期间旋转时，维持门2050的密封件2050b接近于转子2040(例如，在所述转子的5、4、3、2、1、0.5、0.3、0.1、0.05、0.04、0.03、0.02、0.01、0.005、0.004、0.003、0.002和/或0.001mm内)。门定位系统2060因此大体上以与图1中说明的门定位系统类似的方式工作，除了弹簧和凸轮的相对角色在压缩机2000中相反(即，凸轮2110迫使门2050朝向转子2040，而非远离所述转子，且弹簧2140迫使门2050远离转子2040，而非朝向所述转子)。
在根据各种非限制性实施方案的门定位系统2060中，往复部件(例如，门2050、门支撑件2130、凸轮从动件2120、弹簧2140和保持器2150的部分)的质量保持相对较低以减少驱动此类往复所需的力。根据各种实施方案，在往复质量中的此减少可促进较高压缩机2000工作速度(以RPM表示)和/或较小弹簧2140，以及系统2060的其它结构部件。
在所说明的实施方案中，凸轮轴2090经由皮带轮2080、2095和皮带2100皮带驱动。然而，根据替代的实施方案，在不偏离各种实施方案的范围的情况下，凸轮轴2090可通过用于将旋转从驱动轴2030传递到凸轮轴2090的任何其它合适的机构(例如，链条驱动、齿轮驱动等)驱动。
如图56至图58中所示，机壳2070围封门定位系统2060的部件中的许多部件。在所说明的实施方案中，经由门2050/机壳2010界面通往周围环境的唯一工作流体泄漏路径是经由在机壳2070中的孔2070a与机壳2070的侧面上的凸轮轴2090之间的相交处，其中凸轮轴2090突出通过机壳2070，使得所述凸轮轴可通过皮带轮2095驱动。如图57中所示，液压填密2170密封在凸轮轴2090与机壳2070之间的此泄漏路径/相交处。根据各种实施方案，液压填密2170可与上文描述的液压填密1590相似或相同，且可包括在其间具有液压流体通道(例如，与通道1620相似或相同)的面对面的径向密封件(例如，与密封件1600、1610相似或相同)。液压泵1380可经由通往密封件之间的空间中的端口/通道(例如，与端口/通道1630相似或相同)将增压液压流体提供到液压填密2170。因此，在液压填密2170内的压力超过在机壳2070内的压力，使得流体(例如，经过门2050泄漏到机壳2070容积中的工作流体)不泄漏出或被阻止泄漏出机壳2070。机壳2070可通过从压缩室2020漏出的工作流体增压，且所述压力可防止或阻止进一步泄漏通过所述流动路径。
另外和/或替代地，如图56中所示，排气通道2180可流体地连接机壳2070的内部与入口(例如，经由入口歧管2190或到机壳2010中的入口的直接连接)。此排气通道2180可帮助确保机壳2070中的压力保持在液压填密2170中的液压压力之下，以便进一步阻止机壳2070中的工作流体泄漏经过液压填密2170。
根据替代的实施方案，在不偏离各种实施方案的范围的情况下，液压填密2170可用任何其它合适的密封件(例如，经设计以密封旋转轴的常规气密密封件，其中在密封件的相反侧之间存在较大压差)替换或完全消除(例如，如果门2050的密封足够)。
根据替代的实施方案，机壳1010和2070轴向地延伸以完全围封皮带轮2080、2095和凸轮轴2090，使得压缩机2000的仅主驱动轴2030从机壳2010、2070延伸，从而在驱动轴2030与伸长的机壳之间需要如密封件2170等单一机械密封件以气密地密封压缩机2000。
图59至图60说明根据替代的实施方案的压缩机3000。压缩机3000大体上类似于上文论述的压缩机2000。因此，省略对相似或相同部件的冗余描述。压缩机3000与压缩机2000的不同之处在于，添加彼此轴向间隔开的两个另外的子压缩机。因此，压缩机3000包括三个子压缩机3000a、3000b、3000c。压缩机3000包括主机壳3010，所述主机壳界定三个压缩室3020a、3020b、3020c，驱动轴3030，安装到驱动轴3030以用于随驱动轴3030相对于机壳3010旋转的三个转子3040a、3040b、3040c，滑动地连接到机壳3010以用于往复移动的三个门3050a、3050b、3050c，以及门定位系统3060，所述门定位系统包括安装到凸轮轴3090的三个凸轮3110a、3110b、3110c，三个凸轮从动件3120a、3120b、3120c，三个门支撑件3130a、3130b、3130c以及三个弹簧3140a、3140b、3140c。压缩机2000的门定位系统2060与上文描述的压缩机的门定位系统不同。a、b以及c部件(例如，压缩室3020a、转子3040a、门3050a、凸轮3110a、凸轮从动件3120a、门支撑件3130a以及弹簧3140a)的相应集合中的每一个以与整个压缩机2000的可比较部件基本上相同的方式工作。
压缩机3000的入口歧管3500流体地连接到每一子压缩机3000a、3000b、3000c的入口。根据各种实施方案，三个子压缩机3000a、3000b、3000c的工作流体入口流体地连接到歧管3500的每一下游。类似地，三个子压缩机3000a、3000b、3000c的压缩后的工作流体出口再接合到压缩机的排放歧管3510中。根据各种实施方案，止回阀安置在每一子压缩机的排放出口中，所述排放出口在排放通道接合在一起之处的上游。
根据各种实施方案，止回阀还安置在每一子压缩机的入口中，所述入口在入口流动路径朝向相应的子压缩机3000a、3000b、3000c分散之处的下游(例如，在入口歧管3500下游或之内)，以便阻止在子压缩机3000a、3000b、3000c的异相操作期间从一个腔室3020a、3020b、3020c到另一腔室3020a、3020b、3020c中的回流。
如图59和图60中所示，压缩机3000a、3000b、3000c的压缩循环是彼此相位相差120度。因此，当子压缩机3000a开始其压缩循环时，子压缩机3000b在其循环的路径的1/3处，且子压缩机3000c在其循环的路径的2/3处。以此方式异相地定位子压缩机3000a、3000b、3000c减少必须施加到压缩机3000的最大瞬时扭矩，这可减少发动机、电机或用于驱动压缩机3000的驱动轴3030的大小/功率/HP。压缩机3000的3相操作还可在门定位系统的往复移动在三个子压缩机3000a、3000b、3000c上大体上平衡时减少振动。压缩机3000的3相操作还可减少压缩机3000的下游的压力尖峰(例如，在排气歧管3510中)，因为压缩流体流在驱动轴3030的每一转上被分成三个顺序的突发(与压缩机2000中的单个较大突发相反)。压缩机3000的3相操作还可增加机壳3010的强度并减少围绕门的机壳3010的所需增强，因为压缩机2000的单个门狭槽被在其间具有增强结构的3个门狭槽替代。压缩机3000的3相操作可减少压缩机3000的成本，因为较窄的门3050a、3050b、3050c或转子3040a、3040b、3040c(或压缩机3000的其它部件)可更容易地制造，因为它们较短。压缩机3000的3相操作可减少压缩机3000的成本，因为轴承可安置在相邻的压缩室3020a、3020b、3020c之间，这可减少驱动轴3030偏转，并促进较便宜的驱动轴3030和其它部件，同时仍维持转子3040a、3040b、3040c与机壳3010之间的紧密度容差。
虽然所说明的压缩机3000包括三个子压缩机3000a、3000b、3000c，但在不偏离各种实施方案的范围的情况下，压缩机可包括更多或更少的子压缩机(例如，彼此相位相差360/n度而操作的n个子压缩机，其中n是大于1的整数且优选地小于100(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10))。
替代地，压缩机3000的多相概念可使用三个离散的压缩机(例如，上文论述的压缩机中的任何压缩机，例如压缩机1000、2000、5150)通过以下操作来实施：连接所述压缩机的相应的驱动轴(例如，经由直接共同轴向安装，使得压缩机沿着共同的驱动轴彼此轴向地间隔开，经由齿轮、皮带等)，使得压缩机1000、2000、5150以与上文论述的子压缩机3000a、3000b、3000c彼此异相相同的方式而彼此异相。
图61至图65说明根据替代的实施方案的压缩机4000。压缩机4000大体上类似于上文论述的压缩机2000，除了压缩机4000使用枢转的门4050，而非线性往复的门1110。因此，省略对相似或相同部件的冗余描述。压缩机4000包括主机壳4010，所述主机壳界定压缩室4020(见图61至图62)、旋转地安装到机壳4010的驱动轴4030、安装到驱动轴4030以用于随驱动轴4030相对于机壳4010旋转的转子4040(见图61至图62)、安装到门轴4052以相对于机壳4010围绕门轴线4055共同枢转移动的门4050、门定位系统4060、与通往压缩室4020中的出口4160处于流体连通的排放歧管4150，以及与压缩室4020的入口4180处于流体连通的入口歧管4170。
如图61至图62中所示，入口4180穿过门4050。这允许较大的入口4180区域以及更高效的气体流动路径。然而，根据替代的实施方案，在不偏离各种实施方案的范围的情况下，入口4180可与门4050间隔开。
如图63至图65中所示，门定位系统4060包括凸轮4110，所述凸轮安装到驱动轴4030以用于随驱动轴4030旋转。凸轮4110的外凸轮轮廓大体上类似于转子4040的轮廓(但可经修改以凸轮4110相对于门4050驱动凸轮从动件4120的方式引起基于枢转位置的变化)，凸轮从动件4120，所述凸轮从动件邻接凸轮4110且安装到门轴4052以用于随轴4052和门4050相对于机壳4010围绕轴线4055(见图63至图65)共同枢转移动，以及弹簧4140，所述弹簧安置在机壳4010与门4050之间以使门4050朝向转子4040枢转地偏置。当转子4040旋转时，门定位系统4060保持门的密封件边缘4050a接近于转子4040。弹簧4140迫使门4050朝向转子4040，同时凸轮4110和从动件4120抵抗所述力，使得密封件边缘4050a在压缩机4000的操作期间紧密跟随转子4040表面。
枢转的门4050帮助门4050抵抗在压缩室4020内的门4050的压缩流体出口4160侧上积累的压力。如图61至图62中所示，门4050的暴露于压缩室4020的压缩容积(右侧，图61和图62中所示)中的高压下的凸半圆柱形表面与门轴4052和轴线4055同心。因此，压力负载通过门4050直接地传递到轴4052而不必迫使门4050枢转。通过轴4052到机壳4010的此直接力传递可减少门4050偏转，且减少在压缩机4000的每一压缩循环上往复地枢转门4050所需的力，同时保持密封件边缘4050a接近于转子4040。
根据各种实施方案，门4050和轴4052可一体地形成。
在所说明的实施方案中，扭转弹簧4140迫使门4050朝向转子4040。然而，在不偏离本发明的范围的情况下，可替代地使用任何其它合适的力施加机构(例如，安装在机壳4010与杠杆臂之间的压缩或拉伸弹簧，所述杠杆臂附接到门4050或轴4052以在轴4052和门4050上施加扭矩；转子；磁体等)。
图66说明根据替代的实施方案的压缩机5000。压缩机5000与压缩机1000相同，除了压缩机5000使用与压缩机1000的门支撑引导件1075不同类型的门支撑引导件5075。省略对相同结构的冗余描述。
如图66中所示，门支撑引导件5075被分成三个部分：5075a、5075b、5075c。引导件5075a、5075c包括门支撑轴套或轴承5080，所述门支撑轴套或轴承引导门支撑件5050以准许支撑件5050的往复线性运动(在上/下方向上，如图66中所说明)。中心引导件5075b安装到机壳1010(或与机壳1010一体地形成)。中心引导件5075b经由直线轴承5090连接到引导件5075a、5075c。直线轴承5090准许外引导件5075a、5075c朝向和远离中心引导件5075b移动(即，沿着图66中所示的箭头5100，所述箭头左/右延伸，如图66中所示)。直线轴承5090防止外引导件5075a、5075c在垂直于箭头5100的方向上(即，在进/出页面的方向上，如图66中所示)相对于中心引导件5075b移动。直线轴承5090用于校正压缩机5000的不同部分的相对热膨胀(例如，在门支撑引导件5075与门支撑横臂5055之间)，所述相对热膨胀可另外使得门支撑轴承5080在箭头5100的方向上推动或拉动门支撑件5050，并使得支撑件5050结合到轴承5080。
根据各种替代的实施方案，直线轴承5090用替代的线性移动装置替换，所述线性移动装置准许门支撑件5050在箭头5100的方向上移动。例如，热生长可通过使门支撑件5050相对于直线轴承5080尺寸略小来引起。另外和/或替代地，直线轴承5080可装配到门壳5075中的槽形孔中，使得直线轴承5080可由于在在垂直方向上(即，在进入到页面中的方向上，如图66中所示)的移动被限制或消除时的热生长而在需要时轴向地移动(在箭头5100的方向上)。
图70至图74说明根据替代的实施方案的压缩机6000。压缩机6000与压缩机1000相似或相同，除了如下文所说明的内容。省略对与压缩机1000的结构或特征相同或相似的压缩机6000的结构或特征的冗余描述。
如图70至图73中所示，压缩机6000添加机壳6010，所述机壳围封压缩机6000的许多或所有运动零件，除了从压缩机6000的一个或多个末端向外延伸的驱动轴6020。
如图73中所示，机壳6010的上部部分6030可与主机壳一体地形成，所述主机壳界定压缩机6000的压缩室6040。入口和排放歧管6050、6060可相应地一体地形成到机壳6010的上部部分6030中。上部部分6030在结构上支撑静压轴承6070和门6080，且可包括用以使机壳变硬并阻止通过来自轴承6070和门6080造成的偏转的增强结构。
如图70和图71中所示，机壳6010还包括具有内部空腔的下部部分6100，所述内部空腔容纳弹簧6110。上部部分6030可用螺栓固定到或以其它方式可移除地附接到下部部分6100，使得上部部分6030和压缩机6000的主要部件可从下部部分6100移除(例如，用于维护或替换)。弹簧6110可连同上部部分6030和压缩机6000的主要部件一起作为一个整体而移除。替代地，弹簧可在上部部分6030被移除时与下部部分6100一起保留。
根据各种实施方案，下部部分6100可包括用于来自压缩机的液压和润滑系统的油的油盘，使得流体储槽提供在机壳6010内。
如图70中所示，机壳6010还包括凸轮盖6130，所述凸轮盖围封并保护凸轮和凸轮从动件(例如，凸轮1050和从动件1060，如图40中示出)。润滑分布系统6140(例如，油泵和充油储槽)经由导管6150连接到盖子6130的内侧以将润滑剂涂覆(例如，喷洒或滴下)到凸轮和从动件上，且确切地说，涂覆到凸轮与从动件之间的界面上(图39中示出)。在各种实施方案中，此系统可经配置以产生油浴，其中凸轮和凸轮从动件中的某一部分可在其运动的部分或全部上浸没在油中。所述系统可经配置以产生最优油面，以便使提供给凸轮和凸轮从动件的润滑最大化，同时使例如溅油、油煤的气泡的产生等副作用最小化。虽然系统6140说明为在图70中的机壳6010的外部上，但整个系统6140和导管6150可替代地安置在机壳6010内部。如图72中所示，旋转密封件6160密封在轴6020与盖子6130之间的旋转界面。此类密封件6160可包括机械密封件(例如，环)。密封件6160可包括多部分液压密封件，如密封件1500、6200，所述密封件提供排水口和静过压以阻止可经过驱动轴泄漏到盖子6130的内部中的工作流体进一步泄漏到在盖子6130和机壳6010外的周围环境中。
如图73中所示，上部部分6030中的油导管6170可将油供应到静压轴承6070。静压轴承6070包括单独的轴承垫片6070a、b(在图73中示出在右侧和左侧上)，所述轴承垫片将门6070(而非单个O形或卵形轴承)夹在其间。两件式轴承6070可便于轴承6070和门6080的磨削，以在轴承6070和门6080插入到机壳6010的上部部分6030中的配合狭槽中时减少所述轴承和门之间的间隙。
如图74中所示，门环机械/液压密封件6200围绕门6080，并从静压轴承6070和机壳6010的下部部分6100密封压缩室6040的内部。门环液压密封件6200以与密封件1500类似的方式操作以将压缩室6040与外部环境隔离开，除了密封件6200密封往复的门6080而非旋转的驱动轴。密封件6200按从压缩室6040朝向轴承6070的顺序次序包括：第一密封件6210、排水槽(例如，排气孔)6220、第二密封件6230、液压流体槽6240以及第三密封件6250。根据各种实施方案，密封件6210、6230、6250以及凹槽6220、6240围绕门6080的整个周界连续地延伸。密封件6210、6230、6250可各自包括单个连续的密封件，例如O形环，或可包括在一起形成围绕门6080的完整周界的多部分密封件。
根据各种替代的实施方案，密封件6210、6230、6250以及凹槽6220、6240不围绕门6080连续地延伸，而是通过两组密封件和凹槽形成，一组安置在门6080的入口侧上，且一组安置在门6080的出口侧上。
如图74中所示，排水槽(例如，排气孔)6220经由流体通道6280流体地连接到入口歧管6050，使得经过第一密封件6210从压缩室6040泄漏的工作流体被排回到低压入口歧管6050中以用于重新喷射回到压缩室6040中。
如图74中所示，静压流体槽6240通过增压流体(或其它合适的流体)增压，所述增压流体经由流体通道6290从增压流体源(例如，液压泵1380)泵送到凹槽6240中。
如图74中所示，密封件6200包括外壳/主体6300，所述外壳/主体支撑密封件6210、6230、6250以及凹槽/排气孔6220、6240，并界定通道6280、6290的部分。通道6280、6290的其它部分可通过机壳部分6030或其它结构界定。密封件6200及其部件优选地作为一个整体以可移除方式插入到机壳部分6030内的位置中。如图74中所示，密封件6200从下方插入到机壳部分6030中的配合狭槽中。另外的密封环6310密封在密封件6200的主体6300与机壳6030之间的界面。
密封件6200的操作参考图74描述。对于工作流体(例如，被压缩的天然气)经由门6080延伸经过的开口而泄漏出压缩室6040，流体可在密封件6210与门6080之间泄漏。如果工作流体泄漏经过密封件6210，那么所述流体到达排气孔6220，所述排气孔经由通道/端口6280将流体返回到低压压缩机入口6050，所述通道/端口经由其与入口6050的流体连通而维持在入口6050的压力下。第二与第三密封件6230、6250之间的区域通过经由通道6290和凹槽6240供应的液压流体增压至高于入口6050压力的压力，所述压力阻止或防止工作流体进一步泄漏经过密封件6230、6250以及凹槽6240。泄漏的工作流体通过凹槽6220和通道6280泄漏回到进气口6050，而非经过密封件6230、6250和凹槽6240，因为入口6050处于比凹槽6240低得多的压力下。因此，减少或优选地消除工作流体经过密封件6200的泄漏。
根据各种替代的实施方案，如密封件6210、6230、6250等另外的密封件和如排气孔6220、6240等对应的排气孔可沿着在此类密封件中的第一密封件与此类密封件中的最后一个密封件之间的泄漏路径安置，这产生回到入口的多个排气口6220和/或多个增压排气孔/凹槽6240，其中密封件分隔开排气孔/凹槽6220、6240中的不同者。根据各种实施方案，沿着泄漏路径的此类密封件的总数可包括从3至50个密封件。
根据替代的实施方案，第一密封件6210和排气孔6220可被消除，使得机械密封件6200依赖于增压的凹槽/排气孔6240来阻止穿过密封件6200的泄漏。根据替代的实施方案，第三密封件6250和排气孔/凹槽6240被消除，使得机械密封件6200依赖于排气孔6220来阻止经过密封件6230的进一步泄漏。
根据各种实施方案，可将飞轮添加到驱动轴6020的一端或两端，以减少在压缩机6000的操作期间在轴6020上的扭转负载。
根据各种实施方案，上文描述的压缩机(例如，压缩机1000、2000、3000、4000、5000、5150、6000)中的任何压缩机的部件或特征(例如，静压轴承1300、机械密封件1500、多相流体的压缩等)中的任何部件或特征可用于本文中描述的其它压缩机中的任何压缩机中。例如，排放歧管1160可安装到图28中所说明的压缩机的门壳150的出口侧154，以便接纳通过出口端口435排放的压缩流体。
当前优选的实施方案可经修改以充当膨胀机。另外，尽管已使用描述来描述顶部和底部以及其它方向，但元件的朝向(例如，在转子壳400的底部的门600)不应被解释为对本发明的实施方案的限制。
虽然上文描述实施方案中的各种实施方案包括依赖于转子的旋转压缩机，所述转子稳固地安装到驱动轴使得转子和驱动轴一起相对于压缩室旋转，但在不偏离这些实施方案或本发明的范围的情况下，上文论述的特征中的各种特征可与其它类型的压缩机(例如，滚动活塞、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、叶瓣、液环以及旋转叶片式压缩机)一起使用。例如，在不偏离此类实施方案或本发明的范围的情况下，上文论述的静压轴承布置1300可并入到使用移动的门/叶片的多种其它类型的压缩机(例如，滚动活塞式压缩机、旋转叶片式压缩机等)中。
虽然本发明的各种实施方案的前述书面描述使得所属领域的技术人员能够制造并使用被认为是目前最好的模式，但所属领域的技术人员将理解并了解本文中的特定实施方案、方法以及实例的变化、组合以及等效物的存在。本发明因此不应受上文描述的实施方案、方法以及实例限制，而是受在本发明的范围和精神内的所有实施方案和方法限制。
因此，前述详细描述旨应被认为是说明性的而非限制性的，且应理解，以下权利要求书，包括所有等效物，旨在界定本发明的精神和范围。在将“至少一个”用于突出可满足权利要求要素的多个要素的可能性的方面来说，其不应被解释为需要“一个”来意指仅单数个。除非另外陈述，否则“一个”要素可仍通过多个要素满足。

Claims (36)

1.一种压缩机，所述压缩机包括：
机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁；
驱动轴和转子，所述驱动轴和转子可旋转地耦接到所述机壳以相对于所述机壳共同旋转，所述转子具有非圆形轮廓；以及
门，所述门耦接到所述机壳以相对于所述机壳枢转移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在所述转子旋转时相对于所述机壳移动以将所述密封边缘定位成接近于所述转子，使得所述门在所述压缩室中分隔开进气容积和压缩容积。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其中所述压缩机包括容积式旋转压缩机。
3.根据权利要求1所述的压缩机，所述压缩机另外包括门定位系统，所述门定位系统耦接到所述门，所述门定位系统经成形且配置以在所述转子的旋转期间往复地使所述门枢转，使得所述密封边缘在所述转子的旋转期间保持接近于所述转子。
4.根据权利要求3所述的压缩机，其中：
所述门具有半圆柱形表面，所述半圆柱形表面暴露于所述压缩容积下，
所述门耦接到所述机壳以用于围绕门轴线相对于所述机壳枢转移动，以及
所述半圆柱形表面与所述门轴线同心。
5.根据权利要求3所述的压缩机，其中：
所述压缩室包括入口和出口；
所述压缩机经成形且配置以经由所述入口将工作流体接纳到所述压缩室中，且经由所述出口将所述工作流体排出所述压缩室；以及
压力比包括(a)所述工作流体在所述入口处的绝对入口压力与(b)通过所述出口从所述压缩室排出的所述工作流体的绝对出口压力的比值。
6.根据权利要求5所述的压缩机，其中所述压力比在15∶1与100∶1之间。
7.根据权利要求3所述的压缩机，其中所述压缩机经成形且配置用于使工作流体成为多相流体，所述多相流体在所述入口端口处具有至少1％的液体体积分数。
8.根据权利要求3所述的压缩机，其中所述压缩机经成形且配置使得在操作期间，压缩后的工作流体在275与6000psig之间的出口压力下从所述压缩机排出。
9.根据权利要求3所述的压缩机，其中：
所述压缩室包括入口和出口；
所述内壁为圆柱形的；
所述转子具有
密封部分，所述密封部分对应于所述内壁的曲率且具有恒定半径，以及
非密封部分，所述非密封部分具有小于所述密封部分的所述恒定半径的一个或多个半径。
10.一种压缩机，所述压缩机包括：
机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁、通往所述压缩室中的入口以及通往所述压缩室外的出口；
驱动轴和转子，所述驱动轴和转子可旋转地耦接到所述机壳以相对于所述机壳共同旋转，所述转子具有非圆形轮廓；
门，所述门耦接到所述机壳以相对于所述机壳移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在所述转子旋转时相对于所述机壳移动以将所述密封边缘定位成接近于所述转子，使得所述门在所述压缩室中分隔开进气容积和压缩容积，所述入口和出口安置在所述密封边缘的彼此相对的侧面上；以及
出口歧管，所述出口歧管与所述出口处于流体连通，
其中所述出口在平行于所述驱动轴的旋转轴线的方向上伸长，
其中所述出口歧管界定内部通道，并且其中所述通道的截面形状在进入到所述歧管中的入口与离开所述歧管的出口之间发生改变，并且其中
所述出口歧管包括多个叶片，所述叶片安置在所述内部通道中以引导所述工作流体流动通过所述出口歧管。
11.根据权利要求10所述的压缩机，其中所述多个叶片经成形且定位以促进工作流体层流通过所述出口歧管。
12.一种压缩机，所述压缩机包括：
机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁、通往所述压缩室中的入口以及通往所述压缩室外的出口；
转子，所述转子耦接到所述机壳以相对于所述机壳旋转；
门，所述门可移动地耦接到所述机壳和转子中的一个以相对于所述机壳和转子中的所述一个移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在所述转子旋转时将所述密封边缘定位成接近于所述机壳和转子中的另一个；以及
静压轴承布置，所述静压轴承布置安置在(1)所述门与(2)所述机壳与转子中的所述一个之间，以在所述门在所述压缩机的操作期间移动时减少摩擦。
13.根据权利要求12所述的压缩机，其中：
所述机壳和转子中的所述一个包括所述机壳；
所述门耦接到所述机壳以相对于所述机壳移动；
所述门可操作以在所述转子旋转时相对于所述机壳移动以将所述密封边缘定位成接近于所述转子，使得所述门在所述压缩室中分隔开进气容积和压缩容积；以及
所述入口和出口安置在所述密封边缘的彼此相对的侧面上。
14.根据权利要求13所述的压缩机，其中所述静压轴承布置包括：
第一和第二入口侧静压轴承，所述静压轴承安置在所述门的入口侧上，所述第一和第二入口侧静压轴承沿着所述门的移动方向彼此对准且分离，以及
第一和第二出口侧静压轴承，所述静压轴承安置在所述门的出口侧上，所述第一和第二出口侧静压轴承沿着所述门的移动方向彼此对准且分离。
15.根据权利要求12所述的压缩机，所述压缩机另外包括驱动轴，所述驱动轴耦接到所述机壳以相对于所述机壳与所述转子共同旋转，其中所述转子具有非圆形轮廓。
16.一种压缩机，所述压缩机包括：
压缩室壳，所述压缩室壳具有界定压缩室的内壁、通往所述压缩室中的入口以及通往所述压缩室外的出口；
驱动轴和转子，所述驱动轴和转子可旋转地耦接到所述压缩室壳以相对于所述压缩室壳共同旋转；
门，所述门耦接到所述压缩室壳以相对于所述压缩室壳移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在所述转子旋转时相对于所述压缩室壳移动以将所述密封边缘定位成接近于所述转子，使得所述门在所述压缩室中分隔开进气容积和压缩容积，所述入口和出口安置在所述密封边缘的彼此相对的侧面上；以及
门定位系统，所述门定位系统耦接到所述门，所述门定位系统经成形且配置以在所述转子的旋转期间往复地移动所述门，使得所述密封边缘在所述转子的旋转期间保持接近于所述转子，所述门定位系统包括
凸轮轴，所述凸轮轴可旋转地耦接到所述压缩室壳以相对于所述压缩室壳旋转，所述凸轮轴与所述驱动轴间隔开，所述凸轮轴连接到所述驱动轴以便通过所述驱动轴旋转地驱动，
凸轮，所述凸轮可旋转地耦接到所述压缩室壳以相对于所述压缩室壳与所述凸轮轴同心旋转，
凸轮从动件，所述凸轮从动件安装到所述门以相对于所述压缩室壳与所述门一起移动，所述凸轮从动件邻接所述凸轮，使得所述凸轮的旋转导致所述凸轮从动件和门相对于所述压缩室壳移动。
17.根据权利要求16所述的压缩机，其中所述门定位系统另外包括弹簧，所述弹簧连接到所述凸轮从动件以使所述凸轮从动件朝向所述凸轮偏置。
18.根据权利要求16所述的压缩机，所述压缩机另外包括：
门定位系统壳，所述门定位系统壳围封：所述门与压缩室壳之间的相交处、所述凸轮、所述凸轮从动件以及所述凸轮轴的至少一部分。
19.根据权利要求18所述的压缩机，所述压缩机另外包括排气孔，所述排气孔将所述门定位系统壳的内部流体地连接到所述入口。
20.根据权利要求18所述的压缩机，其中所述凸轮轴穿过所述门定位系统壳中的孔，并且其中所述压缩机另外包括液压填密，所述液压填密在所述凸轮轴与门定位系统壳之间延伸以阻止所述门定位系统壳的内部中的流体通过所述孔泄漏出。
21.一种压缩机系统，所述压缩机系统包括：
多个压缩机，每一压缩机包括：
机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁、通往所述压缩室中的入口以及通往所述压缩室外的出口，
转子，所述转子可旋转地耦接到所述机壳以相对于所述机壳旋转，以及
门，所述门耦接到所述机壳以相对于所述机壳移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在所述转子旋转时相对于所述机壳移动以将所述密封边缘定位成接近于所述转子，使得所述门在所述压缩室中分隔开进气容积和压缩容积，所述入口和出口安置在所述密封边缘的彼此相对的侧面上；以及
机械联动装置，所述机械联动装置在所述多个压缩机的所述转子之间，所述机械联动装置连接在所述转子之间，使得所述多个压缩机的压缩循环彼此异相。
22.根据权利要求21所述的压缩机，其中所述多个压缩机包括n个压缩机，并且其中所述机械联动装置连接所述转子，使得所述n个压缩机中的每一个的所述压缩循环与所述n个压缩机中的相位相邻的压缩机的相位相差360/n度，并且其中2≤n≤100。
23.根据权利要求21所述的压缩机，其中所述机械联动装置包括共同驱动轴，所述共同驱动轴延伸通过所述多个压缩机中的每一个，并耦接到所述多个压缩机中的每一个的所述转子以相对于所述多个压缩机中的每一个的所述机壳共同旋转。
24.一种压缩机，所述压缩机包括：
机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁、通往所述压缩室中的入口以及通往所述压缩室外的出口；
驱动轴和转子，所述驱动轴和转子可旋转地耦接到所述机壳以相对于所述机壳共同旋转，使得当所述转子旋转时，所述压缩机压缩从所述入口进入所述压缩室的工作流体，并迫使压缩后的工作流体通过所述出口离开所述压缩室；以及
机械密封件，所述机械密封件位于所述驱动轴与机壳之间的界面处，其中所述驱动轴穿过所述机壳，所述机械密封件包括：
第一、第二以及第三密封件，所述密封件沿着所述驱动轴与机壳转子之间的泄漏路径顺序地安置，
增压液压流体的来源，以及
液压流体通道，所述液压流体通道将所述来源连接到沿着所述第二与第三密封件之间的所述泄漏路径的空间，以便保持用液压流体对所述空间增压。
25.根据权利要求24所述的压缩机，其中所述机械密封件另外包括排气孔，所述排气孔安置在所述第一与第二密封件之间，所述排气孔流体地连接到所述入口以便将经过所述第一密封件从所述压缩室泄漏的工作流体引导回到所述入口。
26.根据权利要求25所述的压缩机，其中所述机械密封件经配置以维持所述第二与第三密封件之间的高于在所述入口处的压力的液压压力。
27.根据权利要求24所述的压缩机，其中所述第一、第二以及第三密封件各自包括径向轴密封件，所述径向轴密封件在所述驱动轴与所述机壳之间径向地延伸，其中所述轴密封件中的每一个邻接所述驱动轴的外周向表面。
28.根据权利要求24所述的压缩机，其中所述第一、第二以及第三密封件各自包括面密封件，所述面密封件在所述机壳与随所述驱动轴旋转的轴向面之间轴向地延伸。
29.一种用于密封两个运动零件之间的界面的非圆形密封件，所述密封件包括：
非圆形结构底座，所述非圆形结构底座具有封闭的周界；以及
低摩擦密封材料，所述低摩擦密封材料粘合到所述底座。
30.根据权利要求29所述的密封件，其中所述密封材料包括石墨。
31.根据权利要求29所述的密封件，其中所述底座包括钢。
32.根据权利要求29所述的密封件，其中所述密封件包括面密封件，使得所述密封材料延伸跨越所述面密封件的轴向面。
33.一种压缩机，所述压缩机包括：
机壳，所述机壳具有界定压缩室的内壁、通往所述压缩室中的入口以及通往所述压缩室外的出口；
转子，所述转子可旋转地耦接到所述机壳以相对于所述机壳旋转，使得当所述转子旋转时，所述压缩机压缩从所述入口进入所述压缩室的工作流体，并迫使压缩后的工作流体通过所述出口离开所述压缩室；
门，所述门耦接到所述机壳以相对于所述机壳往复移动，所述门包括密封边缘，所述门可操作以在所述转子旋转时相对于所述机壳移动以将所述密封边缘定位成接近于所述转子，使得所述门在所述压缩室中分隔开进气容积和压缩容积；以及
机械密封件，所述机械密封件位于所述门与所述机壳之间的界面处，所述机械密封件包括：
第一、第二以及第三密封件，所述密封件沿着所述门与机壳之间的泄漏路径顺序地安置，
增压液压流体的来源，以及
液压流体通道，所述液压流体通道将所述来源连接到沿着所述第二与第三密封件之间的所述泄漏路径的空间，以便保持用液压流体对所述空间增压。
34.根据权利要求33所述的压缩机，其中所述机械密封件另外包括排气孔，所述排气孔安置在所述第一与第二密封件之间，所述排气孔流体地连接到所述入口以便将经过所述第一密封件从所述压缩室泄漏的工作流体引导回到所述入口。
35.根据权利要求33所述的压缩机，其中所述第一、第二以及第三密封件都通过可移除外壳支撑，使得所述第一、第二以及第三密封件和外壳可作为单一单元安装到所述机壳中。
36.根据权利要求33所述的压缩机，其中所述机械密封件包括沿着所述门与机壳之间的所述泄漏路径的n个顺序的密封件，其中3≤n≤50，其中n包括所述第一、第二以及第三密封件，其中在所述密封件中的相邻密封件之间的一个或多个空间用增压液压流体填充，并且其中在所述密封件中的相邻密封件之间的一个或多个空间包括流体地连接在所述入口上的排气孔。
CN201680025835.XA 2015-03-30 2016-03-29 压缩机 Pending CN107567543A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010487274.3A CN111648959A (zh) 2015-03-30 2016-03-29 压缩机

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562139884P 2015-03-30 2015-03-30
US62/139,884 2015-03-30
PCT/US2016/024803 WO2016160856A2 (en) 2015-03-30 2016-03-29 Compressor with liquid injection cooling

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010487274.3A Division CN111648959A (zh) 2015-03-30 2016-03-29 压缩机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107567543A true CN107567543A (zh) 2018-01-09

Family

ID=55702142

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680025835.XA Pending CN107567543A (zh) 2015-03-30 2016-03-29 压缩机
CN202010487274.3A Pending CN111648959A (zh) 2015-03-30 2016-03-29 压缩机

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010487274.3A Pending CN111648959A (zh) 2015-03-30 2016-03-29 压缩机

Country Status (7)

Country Link
US (3) US20190136858A1 (zh)
EP (2) EP3277961A2 (zh)
JP (2) JP2018513296A (zh)
CN (2) CN107567543A (zh)
AU (4) AU2016242821A1 (zh)
CA (1) CA2979254C (zh)
WO (1) WO2016160856A2 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10833555B2 (en) * 2015-11-27 2020-11-10 Foundation Of Soongsil University Industry Cooperation Motor for reducing a repulsive force
NO344059B1 (en) * 2018-01-11 2019-08-26 Tocircle Ind As A rotary sliding vane machine with hydrostatic slide bearings for the vanes
NO344060B1 (en) * 2018-01-11 2019-08-26 Tocircle Ind As A rotary sliding vane machine with slide bearings and pivot bearings for the vanes
CN112564356A (zh) * 2020-10-28 2021-03-26 西安交通大学 一种电机具有冷却通道的电动涡旋压缩机
CN112377410A (zh) * 2020-11-10 2021-02-19 湖南创源生物科技有限公司 一种密封效果好的机械真空泵
US11563366B1 (en) * 2021-09-28 2023-01-24 Kaney Aerospace, Inc. Electromagnetically-controlled magnetic cycloidal gear assembly and method of operating same
FR3129991B1 (fr) * 2021-12-08 2024-04-19 Pfeiffer Vacuum Ligne de vide, dispositif de pompage destiné à être raccordé à la ligne de vide et installation comportant la ligne de vide

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4629403A (en) * 1985-10-25 1986-12-16 Tecumseh Products Company Rotary compressor with vane slot pressure groove
WO1989002533A2 (en) * 1987-09-18 1989-03-23 Macleod Mitchell & Associates Ltd Rotary hydraulic machines
US5007813A (en) * 1988-06-15 1991-04-16 Empresa Brasileira De Compressores S/A - Embraco Rotary rolling piston compressor with fixed vane having a relieved incline section
US20050063855A1 (en) * 2001-09-21 2005-03-24 Hiroyuki Niikura Rotary fluid machinery
CN101297117A (zh) * 2005-10-26 2008-10-29 艾默生环境优化技术有限公司 涡旋压缩机
CN103492720A (zh) * 2010-08-30 2014-01-01 奥斯康普系统股份有限公司 通过液体喷射进行冷却的压缩机
US20140086775A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-27 Jinsung Park Scroll compressor with bearing
US20140294643A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 Hitachi, Ltd. Refrigerant Compressor
CN103069166B (zh) * 2010-08-11 2016-01-27 日立空调·家用电器株式会社 制冷剂压缩机

Family Cites Families (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3795A (en) 1844-10-12 Stay for
FR402111A (fr) * 1909-04-16 1909-09-29 Charles Dickie Perfectionnements dans les pompes ou compresseurs rotatifs
FR890933A (fr) * 1942-01-19 1944-02-22 Escher Wyss & Cie Const Mec Compresseur à piston rotatif, comportant un piston monté excentriquement dans son enveloppe et un tiroir séparant la chambre de refoulement de la chambre d'aspiration
FR908605A (fr) * 1944-02-11 1946-04-15 Clapet et son logement pour pompes, compresseurs, moteurs et machines analogues
US2463155A (en) * 1944-04-10 1949-03-01 Bailey P Dawes Rotary engine
US3451381A (en) * 1965-08-24 1969-06-24 Fullerton George Gordon Armstr Rotary internal combustion engines
DE2240018C3 (de) 1971-12-01 1979-01-25 Airfina Ets., Vaduz Ein- oder mehrstufiger Flügelzellen- oder Schraubenkolbenverdichter
US3795117A (en) 1972-09-01 1974-03-05 Dunham Bush Inc Injection cooling of screw compressors
JPS58104381U (ja) * 1981-12-08 1983-07-15 セイコ−精機株式会社 気体圧縮機
JPS58134694U (ja) 1982-03-05 1983-09-10 株式会社日立製作所 密閉形電動圧縮機
US4507064A (en) * 1982-06-01 1985-03-26 Vilter Manufacturing Corporation Rotary gas compressor having rolling pistons
JPS5986756A (ja) 1982-11-10 1984-05-19 Mitsubishi Petrochem Co Ltd 圧縮機のシ−ル機構
US4497185A (en) 1983-09-26 1985-02-05 Dunham-Bush, Inc. Oil atomizing compressor working fluid cooling system for gas/vapor/helical screw rotary compressors
DE8434465U1 (de) * 1984-11-24 1986-03-27 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Flügelabdichtung in Flügelzellenpumpen
JPS6312683U (zh) 1986-06-24 1988-01-27
JPS63189683A (ja) * 1987-02-03 1988-08-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉型圧縮機の仕切りベ−ン
JPH0240489A (ja) * 1988-07-29 1990-02-09 Furukawa Electric Co Ltd:The リフロー炉
JPH02140489A (ja) * 1988-11-19 1990-05-30 Hitachi Ltd 圧縮機
CN1046018A (zh) * 1989-03-28 1990-10-10 伊三泉 风冷分缸转子式内燃机
US5024588A (en) 1989-09-07 1991-06-18 Unotech Corporation Rotary compressor and process of compressing compressible fluids with intake and discharge through piston shaft and piston
JPH03185292A (ja) * 1989-12-13 1991-08-13 Matsushita Refrig Co Ltd 密閉型回転圧縮機
JPH06159259A (ja) * 1992-11-30 1994-06-07 Kyocera Corp ポンプ
JPH06346880A (ja) 1993-06-11 1994-12-20 Matsushita Refrig Co Ltd 回転式圧縮機
US5540199A (en) * 1994-06-01 1996-07-30 Penn; Jay P. Radial vane rotary engine
JPH0821388A (ja) * 1994-07-06 1996-01-23 Shuichi Kitamura 無給油式回転ポンプ
KR19980067770A (ko) 1997-02-12 1998-10-15 구자홍 로터리 압축기의 베인 실링장치
KR19990081137A (ko) * 1998-04-27 1999-11-15 윤종용 밀폐형 회전 압축기
JP3792417B2 (ja) * 1998-10-26 2006-07-05 ナブテスコ株式会社 真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構
JP2001066757A (ja) * 2000-08-07 2001-03-16 Seiko Epson Corp 露光方法
JP2003097207A (ja) * 2001-09-21 2003-04-03 Honda Motor Co Ltd 回転流体機械
US20040042689A1 (en) 2002-08-30 2004-03-04 Hardinge Inc. Hydrostatic bearing for linear motion guidance
US20040119241A1 (en) 2002-11-21 2004-06-24 Castleman Larry J. Cartridge seal assembly
KR100556970B1 (ko) * 2003-12-19 2006-03-03 엘지전자 주식회사 회전식 트윈압축기의 토출장치
US7073477B2 (en) * 2004-06-15 2006-07-11 Gorski Raymond W Gorski rotary engine
US8833338B2 (en) * 2005-03-09 2014-09-16 Merton W. Pekrul Rotary engine lip-seal apparatus and method of operation therefor
DE102007037666A1 (de) * 2007-08-09 2009-02-12 Robert Bosch Gmbh Flügelzellenpumpe mit verringerter Flächenpressung der Flügel
JP5300727B2 (ja) * 2007-08-28 2013-09-25 三菱電機株式会社 ロータリ圧縮機
KR101299370B1 (ko) * 2007-11-09 2013-08-22 엘지전자 주식회사 로터리식 2단 압축기
JP5265705B2 (ja) 2008-01-29 2013-08-14 大▲豊▼▲豊▼泰流体▲機▼械科技有限公司 回転式圧縮機
JP2011530044A (ja) 2008-08-04 2011-12-15 リキッドピストン， インコーポレイテッド 等積熱添加エンジンおよび方法
CN101408176A (zh) * 2008-09-10 2009-04-15 珠海格力电器股份有限公司 具有喷气装置的旋转式压缩机
AT507564B1 (de) 2009-01-12 2010-06-15 Hoerbiger Kompressortech Hold Dichtanordnung zur abdichtung einer kolbenstange eines kolbenkompressors
CN101839240A (zh) * 2009-03-20 2010-09-22 上海日立电器有限公司 一种叶片背压柔性变化的转子式压缩机
US8196395B2 (en) 2009-06-29 2012-06-12 Lightsail Energy, Inc. Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange
NO330659B1 (no) 2009-09-10 2011-06-06 Statoilhydro Asa Lagersystem for hoyhastighetsrotasjonsmaskin, fortrinnsvis i et undervannsmiljo.
US9267504B2 (en) 2010-08-30 2016-02-23 Hicor Technologies, Inc. Compressor with liquid injection cooling
US8794941B2 (en) * 2010-08-30 2014-08-05 Oscomp Systems Inc. Compressor with liquid injection cooling
JP5998140B2 (ja) * 2010-08-30 2016-09-28 ハイコア テクノロジーズ インク．Ｈｉｃｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ． 液体注入による冷却を行う圧縮機
AT510171B1 (de) 2011-02-17 2012-02-15 Hoerbiger Kompressortech Hold Dichtpackung für eine hin- und hergehende kolbenstange eines kolbenkompressors
JP5724785B2 (ja) * 2011-09-21 2015-05-27 株式会社豊田自動織機 圧縮機
IN2014DN07964A (zh) 2012-03-01 2015-05-01 Torad Engineering Llc
CN103047140A (zh) * 2012-12-09 2013-04-17 马燕翔 一种滑片泵及具有类似结构的压缩机

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4629403A (en) * 1985-10-25 1986-12-16 Tecumseh Products Company Rotary compressor with vane slot pressure groove
WO1989002533A2 (en) * 1987-09-18 1989-03-23 Macleod Mitchell & Associates Ltd Rotary hydraulic machines
US5007813A (en) * 1988-06-15 1991-04-16 Empresa Brasileira De Compressores S/A - Embraco Rotary rolling piston compressor with fixed vane having a relieved incline section
US20050063855A1 (en) * 2001-09-21 2005-03-24 Hiroyuki Niikura Rotary fluid machinery
CN101297117A (zh) * 2005-10-26 2008-10-29 艾默生环境优化技术有限公司 涡旋压缩机
CN103069166B (zh) * 2010-08-11 2016-01-27 日立空调·家用电器株式会社 制冷剂压缩机
CN103492720A (zh) * 2010-08-30 2014-01-01 奥斯康普系统股份有限公司 通过液体喷射进行冷却的压缩机
US20140086775A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-27 Jinsung Park Scroll compressor with bearing
US20140294643A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 Hitachi, Ltd. Refrigerant Compressor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郭治: "《物理大世界》", 31 May 2013 *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2022200060B2 (en) 2024-05-02
CA2979254C (en) 2023-10-24
AU2020207876B2 (en) 2021-10-07
US20200025202A1 (en) 2020-01-23
EP3978758B1 (en) 2024-05-15
AU2020100220A4 (en) 2020-03-26
AU2022200060A1 (en) 2022-02-03
US20190136858A1 (en) 2019-05-09
WO2016160856A2 (en) 2016-10-06
WO2016160856A3 (en) 2016-11-10
JP2021001607A (ja) 2021-01-07
US11306722B2 (en) 2022-04-19
AU2016242821A1 (en) 2017-10-26
CA2979254A1 (en) 2016-10-06
EP3978758A3 (en) 2022-07-27
AU2020100220B4 (en) 2020-07-16
US20210396232A1 (en) 2021-12-23
JP2018513296A (ja) 2018-05-24
EP3277961A2 (en) 2018-02-07
CN111648959A (zh) 2020-09-11
AU2020207876A1 (en) 2020-08-13
EP3978758A2 (en) 2022-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107567543A (zh) 压缩机
US10962012B2 (en) Compressor with liquid injection cooling
US10036371B2 (en) Scotch yoke arrangement
US8794941B2 (en) Compressor with liquid injection cooling
EP2274503B1 (en) Device with rotary pistons that can be used as a compressor, a pump, a vacuum pump, a turbine, a motor and as other driving and driven hydraulic-pneumatic machines
CN100366874C (zh) 使用对置活塞的内燃机
JP5998140B2 (ja) 液体注入による冷却を行う圧縮機
KR100962750B1 (ko) 회전 피스톤 기계
CN100394025C (zh) 一种往复式压缩机的高压级润滑方法
CN103492720A (zh) 通过液体喷射进行冷却的压缩机
BE1028274A1 (nl) Compressorelement met verbeterede olie-injector
Berezin et al. Raising efficiency and operating life of rotary compressors with a rolling rotor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180109