CN109751240B

CN109751240B - 具有非干扰系统的对置式螺杆压缩机

Info

Publication number: CN109751240B
Application number: CN201811294804.1A
Authority: CN
Inventors: M.阿凯
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: CN109751240A; US20190128260A1; EP3489515A2; EP3489515A3; US11149732B2

Abstract

具有非干扰系统的对置式螺杆压缩机。一种流体机械包括可围绕第一轴线旋转的第一转子。所述第一转子具有第一部分和第二部分。第二转子可围绕第二轴线旋转。所述第二转子包括第一部分和第二部分。至少一个间隔物与所述第一转子和所述第二转子相关联，以限制所述第一转子与所述第二转子之间的互相啮合接合。

Description

具有非干扰系统的对置式螺杆压缩机

背景技术

本文所公开的主题总体上涉及流体机械，且更具体来说，涉及具有螺旋叶形转子的流体机械，例如，压缩机。

已经确定常用制冷剂（例如，在一个非限制性实例中为R-410A）具有不可接受的全球变暖潜势(GWP)，使得这些制冷剂将停止用于许多HVAC&R应用。不易燃的低GWP制冷剂在许多应用中正取代现有制冷剂，但是不易燃的低GWP制冷剂密度较低且不具有与现有制冷剂相同的冷却能力。更换制冷剂需要能够提供明显更大排量的压缩机，例如螺杆压缩机。

现有螺杆压缩机通常使用滚子、滚球或其它滚动元件轴承来精确地定位转子并将高速运行期间的摩擦降至最小。然而，对于典型的HVAC&R应用，具有滚子轴承的现有螺杆压缩机会造成令人无法接受的大型且昂贵的流体机械。

因此，本领域中需要一种将摩擦将至最小同时允许转子精确定位和对准的尺寸合适且经济有效的流体机械。

发明内容

根据一个方面，流体机械包括可围绕第一轴线旋转的第一转子。第一转子具有第一部分和第二部分。第二转子可围绕第二轴线旋转。第二转子包括第一部分和第二部分。至少一个间隔物与第一转子和第二转子相关联，以限制第一转子与第二转子之间的互相啮合接合。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，至少一个间隔物位于第一转子和第二转子中的至少一个转子的第一部分与第二部分之间，以防止第二转子的第一部分与第一转子的第二部分接合。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，至少一个间隔物位于第二转子的第一部分与第二部分之间，以防止第二转子的第一部分与第一转子的第二部分接合。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，至少一个间隔物位于第一转子的第一部分与第二部分之间，以防止第一转子的第一部分与第二转子的第二部分接合。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，包括壳体、用于相对于壳体支撑第一转子的第一轴杆，以及用于相对于壳体支撑第二转子的第二轴杆。至少一个间隔物与第一轴杆和第二轴杆中的至少一个轴杆同心地安装。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，第一转子的第一部分具有第一上转子长度M1，第一转子的第二部分具有第一下转子长度M2，第二转子的第一部分具有第二上转子长度F1，第二转子的第二部分具有第二下转子长度F2，第一上转子轴向间隙C1形成于第一转子的第一部分与壳体之间，第一下转子轴向间隙C2形成于第一转子的第二部分与壳体之间，第二上转子轴向间隙D1形成于第二转子的第一部分与壳体之间，并且第二下转子轴向间隙D2形成于第二转子的第二部分与壳体之间。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，至少一个间隔物所具有的轴向厚度使得第一上转子轴向间隙C1等于第二上转子轴向间隙D1，并且第一下转子轴向间隙C2等于第二下转子轴向间隙D2。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，基于第一转子和第二转子的布置选择至少一个间隔物的轴向厚度。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，至少一个间隔物位于第一转子的第一部分与第二部分之间，并且间隔物的轴向厚度大于第二上转子长度F1、第二上转子轴向间隙D1和第二下转子轴向间隙D2的总和减去第一上转子长度M1。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，至少一个间隔物位于第一转子的第一部分与第二部分之间，并且间隔物的轴向厚度大于第二下转子长度F2、第二上转子轴向间隙D1和第二下转子轴向间隙D2的总和减去第一下转子长度M2。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，至少一个间隔物位于第二转子的第一部分与第二部分之间，并且间隔物的轴向厚度大于第一下转子长度M2、第一上转子轴向间隙C1和第一下转子轴向间隙C2的总和减去第二下转子长度F2。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，至少一个间隔物位于第二转子的第一部分与第二部分之间，并且间隔物的轴向厚度大于第一上转子长度M1、第一上转子轴向间隙C1和第一下转子轴向间隙C2的总和减去第二上转子长度F1。

根据另一方面，一种流体机械包括第一转子，所述第一转子可围绕第一轴线旋转；第二转子，所述第二转子可围绕第二轴线旋转；至少一个间隔物，所述至少一个间隔物与第一转子和第二转子相关联，以限制第一转子与第二转子之间的互相啮合接合；马达，所述马达用于驱动第一转子和第二转子中的至少一个转子的旋转；以及壳体，所述壳体用于可旋转地支撑第一转子和第二转子中的至少一个转子。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，至少一个间隔物与第一轴杆和第二轴杆中的至少一个轴杆同心地安装。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，第一转子包括第一部分和第二部分，并且第二转子包括第一部分和第二部分。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，至少一个间隔物包括位于第一转子的第一部分与第二部分之间的第一间隔物，以及位于第二转子的第一部分与第二部分之间的第二间隔物，所述第一间隔物具有第一厚度，并且所述第二间隔物具有不同于所述第一厚度的第二厚度。

除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，第一转子与壳体之间的间隙等于第二转子与壳体之间的间隙。

附图说明

在本说明书结论部分的权利要求中特别指出并清楚地要求保护被视为本公开的主题。本公开的上述和其它特征和优点将从结合附图进行的以下详细描述中显而易见，在附图中：

图1是根据实施方案的流体机械的截面图；

图2是根据实施方案的流体机械的透视图；

图3是根据实施方案的第一转子和第二转子的分解图；

图4是根据实施方案的第一转子和第二转子的截面图；

图5是根据实施方案的第一场景中的第一转子和第二转子的截面图；以及

图6是根据实施方案的第二场景中的第一转子和第二转子的截面图。

详细描述参考附图通过实例说明本公开的实施方案以及优点和特征。

具体实施方式

现在参考图1和图2，示出流体机械20。在所示的非限制性实施方案中，流体机械20是对置式螺杆压缩机。然而，流体机械的其它合适实施方案，例如泵、流压马达或发动机也在本公开的范围内。流体机械20包括与第二转子24互相啮合的第一转子22。在实施方案中，第一转子22是具有凸叶形工作部分26的凸形转子，并且第二转子24是包括凹叶形部分28的凹形转子。或者，第一转子22可以是凹形转子并且第二转子24可以是凸形转子。第一转子22的工作部分26包括至少一个第一螺旋叶片30和至少一个第二螺旋叶片32。在所示的非限制实施方案中，第一转子22包括两个单独部分34、36，所述两个单独部分分别限定第一螺旋叶片30和第二螺旋叶片32。

流体机械20包括固定用于与第一转子22一起旋转的第一轴杆38。流体机械20另外包括壳体40，所述壳体可旋转地支撑第一轴杆38并且至少部分地包围第一转子22和第二转子24。壳体40的第一端42和第二端44被构造成可旋转地支撑第一轴杆38。所示实施方案的第一轴杆38直接耦合至电动马达46，所述电动马达可用于驱动第一轴杆38围绕轴线X的旋转。本文考虑任何合适类型的电动马达46，包括但不限于例如，异步马达、永磁(PM)马达以及开关磁阻马达。在实施方案中，第一转子22通过紧固件、耦合、一体形成、过盈配合和/或任何额外结构或本领域普通技术人员已知的方法(未示出)固定至第一轴杆38，使得第一转子22和第一轴杆38围绕轴线X一致地旋转。

流体机械20另外包括第二轴杆48，所述第二轴杆用于可旋转地支撑第二转子24。第二转子24包括轴向延伸孔50，第二轴杆48接收在所述轴向延伸孔内。在实施方案中，第二轴杆48相对于壳体40静止或固定，并且第二转子24被构造成围绕第二轴杆48旋转。然而，本文还考虑第二轴杆48也可相对于壳体40旋转的实施方案。

具体参考图2，第一转子22还示为包括具有四个第一螺旋叶片30的第一部分34以及具有四个第二螺旋叶片32的第二部分36。所示的非限制性实施方案仅用作实例，并且本领域普通技术人员应理解，任何合适数目的第一螺旋叶片30和第二螺旋叶片32也在本公开的范围内。如所示，第一螺旋叶片30和第二螺旋叶片32具有相对的螺旋配置。在所示的非限制性实施方案中，第一螺旋叶片30是左旋的，并且第二螺旋叶片32是右旋的。或者，第一螺旋叶片30可以是右旋的，并且第二螺旋叶片32可以是左旋的。

通过包括具有相对螺旋构造的叶片30、32，在第一螺旋叶片30与第二螺旋叶片32之间形成相反的轴向流。由于轴向流的对称性，从螺旋叶片30、32产生的推力通常相等且相反，使得推力基本上彼此抵消。因此，相对螺旋叶片30、32的此构造提供设计优势，因为可以减少或消除对流体机械中的止推轴承的需求。

第二转子24具有被构造成与第一螺旋叶片30啮合的第一部分52以及被构造成与第二螺旋叶片32啮合的第二部分54。为了实现第一转子22与第二转子24之间的适当互相啮合接合，第二转子24的每个部分52、54包括具有与第一转子22的对应螺旋叶片30、32相对的构造的一个或多个叶片56。在所示的非限制性实施方案中，第二转子24的第一部分52具有至少一个右旋叶片56a，并且第二转子24的第二部分54包括至少一个左旋叶片56b。

在实施方案中，第二转子24的第一部分52被构造成独立于第二转子24的第二部分54旋转。然而，本文还考虑第一部分52和第二部分54旋转耦合的实施方案。第二转子24的每个部分52、54可以包括任何数目的叶片56。在实施方案中，形成于第二转子24的每个部分52、54中的叶片56的总数通常分别大于第一转子22的对应部分34和36。例如，如果第一转子22包括四个第一螺旋叶片30，则构造成与第一螺旋叶片30互相啮合的第二转子24的第一部分54可以包括五个螺旋叶片56a。然而，第二转子24的部分52、54中的叶片56的总数等于第一转子22的对应组的螺旋叶片(即，第一螺旋叶片30或第二螺旋叶片32)的实施方案也在本公开的范围内。

返回图1，流体机械20可以包括轴向延伸穿过第一轴杆38的第一轴杆通道58，以及轴向延伸穿过第二轴杆48的一部分的第二轴杆通道60。第一轴杆通道58和/或第二轴杆通道60通过第一轴杆38和/或第二轴杆48将来自贮槽62的润滑剂传送出一个或多个径向通道(未示出)，以及沿着第一转子22和/或第二转子24的一个或多个表面传送。流体机械20另外包括轴向延伸通道(未示出)，所述轴向延伸通道限定在第二轴杆48与形成于第二转子24中的孔50之间。通道被构造成允许润滑剂穿过或循环通过。在实施方案中，在壳体40的第一端42和第二端44、第一转子22以及第二转子24处的相对高压排放，以及在第一转子22和第二转子24的中心位置处的相对低压吸入促使润滑剂穿过每个通道。润滑剂通过安置于孔50与第二轴杆48之间的通道的循环在第一部分52和第二部分54中的每个部分与第二轴杆48之间提供内部支承面，以减小其间的摩擦并且另外允许第二转子24的第一部分52独立于第二转子24的第二部分54旋转。

在一个实施方案的流体机械20的操作期间，通过由流体机械20产生的抽吸过程将气体或例如低GWP冷却剂的其它流体吸入到中心位置。由于相对螺旋转子22、24的结构和功能，第一转子22和第二转子24的旋转会压缩制冷剂，并迫使制冷剂朝向壳体40的第一端42和第二端44，在啮合转子22、24的密封表面之间。压缩的制冷剂由壳体40内的内部气体通道引导并通过壳体40的第二端44排放。排放的制冷剂穿过电动马达46并从排放通道64穿出。

现在参考图3到图6，更详细地示出第一转子22和第二转子24。为了避免第二转子24的第一部分52的叶片56a与第一转子22的第二部分36的叶片32之间的干扰，或替代地，第二转子24的第二部分52的叶片56b与第一转子22的第一部分34的叶片30之间的干扰，第一转子22和第二转子24中的至少一个转子包括间隔物或垫片70。如图中所示，在实施方案中，第一间隔物70a位于第一转子22的第一上部分34与第二下部分36之间，并且第二间隔物70b位于第二转子24的第一上部分52与第二下部分54之间。然而，本文还考虑第一转子22和第二转子24中的仅一个转子包括间隔物70的实施方案。

一个或多个间隔物可以由任何合适的材料形成，包括但不限于例如，塑料或金属。在实施方案中，间隔物70通常是圆形的并且具有延伸穿过其的中心位置开口。开口的内径大于与转子22、24相关联的对应轴杆38、48的直径，使得轴杆38、48可以接收在其中以与轴杆38、48同心地安装间隔物。此外，间隔物70的外径大于孔（例如，形成于转子22、24中的孔50）的内径，以将间隔物70保持在相邻转子部分的末端之间的位置处。

参考图4，第一转子22的第一部分34具有第一上转子长度M1，并且第一转子22的第二部分36具有第一下转子长度M2。类似地，第二转子24的第一部分52具有第二上转子长度F1，并且第二转子24的第二部分54具有第二下转子长度F2。在第一转子22的第一部分34与转子壳体40的相邻表面之间限定第一上转子轴向间隙C1，并且在第一转子22的第二部分36与转子壳体40的相邻表面之间限定第一下转子轴向间隙C2。类似地，在第二转子24的第一部分52与转子壳体40的相邻表面之间限定第二上转子轴向间隙D1，并且在第二转子24的第二部分54与转子壳体40的相邻表面之间限定第二下转子轴向间隙D2。

至少一个间隔物70的厚度应选择为避免在最坏情况下在机械20的操作期间叶片56a与32之间以及叶片56b与30之间的干扰。在图5中所示的第一场景中，第一转子22的第一部分34布置成与转子壳体40的表面接触，并且第二转子24的第二部分54布置成与转子壳体的表面接触。在此类实施方案中，第一上转子长度M1和位于第一转子22的第一部分34与第二部分36之间的间隔物70a的厚度T1的总和必须大于第二上转子长度F1、第二上转子轴向间隙D1和第二下转子轴向间隙D2的总和。换句话说，间隔物70a的厚度T1大于第二上转子长度F1、第二上转子轴向间隙D1和第二下转子轴向间隙D2的总和减去第一上转子长度M1。

在此第一场景中，第二下转子长度F2和位于第二转子24的第一部分52与第二部分54之间的间隔物70b的厚度T2的总和必须大于第一下转子长度F2、第一上转子轴向间隙C1和第一下转子轴向间隙C2的总和。换句话说，间隔物70b的厚度T2大于第一下转子长度M2、第一上转子轴向间隙C1和第一下转子轴向间隙C2的总和减去第二下转子长度F2。

在图6中所示的第二场景中，第一转子22的第二部分36布置成与转子壳体40的表面接触，并且第二转子24的第一部分52布置成与转子壳体的表面接触。在所述实施方案中，第一下转子长度M2和位于第一转子22的第一部分34与第二部分36之间的间隔物70a的厚度T1的总和必须大于第二下转子长度F2、第二上转子轴向间隙D1和第二下转子轴向间隙D2的总和。换句话说，间隔物70a的厚度T1大于第二下转子长度F2、第二上转子轴向间隙D1和第二下转子轴向间隙D2的总和减去第一下转子长度M2。

类似地，在此第二场景中，第二上转子长度F1和位于第二转子24的第一部分52与第二部分54之间的间隔物70b的厚度T2的总和必须大于第一上转子长度M1、第一上转子轴向间隙C1和第一下转子轴向间隙C2的总和。换句话说，间隔物70b的厚度T2大于第一上转子长度M1、第一上转子轴向间隙C1和第一下转子轴向间隙C2的总和减去第二上转子长度F1。如果间隔物的厚度在第一场景与第二场景之间变化，则应选择更大厚度。

在实施方案中，可以选择第一间隔物70a的厚度和第二间隔物70b的厚度，使得第一上转子轴向间隙C1等于第二上转子轴向间隙D1，并且第一下转子轴向间隙C2等于第二下转子轴向间隙D2。在所述实施方案中，第一间隔物70a的厚度等于转子壳体40的总轴向长度L减去第一上转子长度M1、第一下转子长度M1、第一上转子轴向间隙C1和第一下转子轴向间隙C2的总和。类似地，第二间隔物70b的厚度等于转子壳体40的总轴向长度L减去第二上转子长度F1、第二下转子长度F1、第二上转子轴向间隙D1和第二下转子轴向间隙D2的总和。

本文所描述的包括一个或多个间隔物70能以最少的额外成本提供流体机械20的更安全操作。一个或多个间隔物70不仅可用于避免叶片之间的无意干扰，而且还控制机械20的轴向间隙。此外，与限制机械20的制造公差以避免所述干扰相比，使用所述间隔物最经济有效。

尽管已仅结合有限数目个实施方案详细描述了本公开，但是应容易理解，本公开不限于这些所公开的实施方案。相反，可以修改本公开以并入此前未描述但与本公开的精神和范围相当的任何数目的变化、改变、替代或等效布置。另外，虽然已描述本公开的各个实施方案，但是应理解，本公开的各方面可以仅包括所描述实施方案中的一些实施方案。因此，本公开不应被视为受前述描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims

1.一种流体机械，所述流体机械包括：

第一转子，所述第一转子可围绕第一轴线旋转，所述第一转子包括第一部分和第二部分；

第二转子，所述第二转子可围绕第二轴线旋转，所述第二转子包括第一部分和第二部分；以及

间隔物，所述间隔物与所述第一转子相关联，以限制所述第一转子与所述第二转子之间的互相啮合接合，所述间隔物定位成相对于平行于所述第一轴线的方向与所述第二转子的第一部分和第二部分中的至少一个交叠。

2.如权利要求1所述的流体机械，其中所述间隔物位于所述第一转子和所述第二转子中的至少一个转子的所述第一部分与所述第二部分之间，以防止所述第二转子的所述第一部分与所述第一转子的所述第二部分接合。

3.如权利要求2所述的流体机械，其中所述间隔物位于所述第二转子的所述第一部分与所述第二部分之间，以防止所述第二转子的所述第一部分与所述第一转子的所述第二部分接合。

4.如权利要求2所述的流体机械，其中所述间隔物位于所述第一转子的所述第一部分与所述第二部分之间，以防止所述第一转子的所述第一部分与所述第二转子的所述第二部分接合。

5.如权利要求1所述的流体机械，另外包括：

壳体；

第一轴杆，用于相对于所述壳体支撑所述第一转子；以及

第二轴杆，用于相对于所述壳体支撑所述第二转子，其中所述间隔物与所述第一轴杆和所述第二轴杆中的至少一个轴杆同心地安装。

6.如权利要求5所述的流体机械，其中所述第一转子的所述第一部分具有第一上转子长度M1，所述第一转子的所述第二部分具有第一下转子长度M2，所述第二转子的所述第一部分具有第二上转子长度F1，所述第二转子的所述第二部分具有第二下转子长度F2，第一上转子轴向间隙C1在所述第一转子的所述第一部分与所述壳体之间，第一下转子轴向间隙C2在所述第一转子的所述第二部分与所述壳体之间，第二上转子轴向间隙D1在所述第二转子的所述第一部分与所述壳体之间，并且第二下转子轴向间隙D2在所述第二转子的所述第二部分与所述壳体之间。

7.如权利要求6所述的流体机械，其中所述间隔物具有轴向厚度使得所述第一上转子轴向间隙C1等于所述第二上转子轴向间隙D1，并且所述第一下转子轴向间隙C2等于所述第二下转子轴向间隙D2。

8.如权利要求6所述的流体机械，其中基于所述第一转子和第二转子的布置选择所述间隔物的轴向厚度。

9.如权利要求8所述的流体机械，其中所述间隔物位于所述第一转子的所述第一部分与所述第二部分之间，并且所述间隔物的轴向厚度大于所述第二上转子长度F1、所述第二上转子轴向间隙D1和所述第二下转子轴向间隙D2的总和减去所述第一上转子长度M1。

10.如权利要求8所述的流体机械，其中所述间隔物位于所述第一转子的所述第一部分与所述第二部分之间，并且所述间隔物的轴向厚度大于所述第二下转子长度F2、所述第二上转子轴向间隙D1和所述第二下转子轴向间隙D2的总和减去所述第一下转子长度M2。

11.如权利要求8所述的流体机械，其中所述间隔物位于所述第二转子的所述第一部分与所述第二部分之间，并且所述间隔物的轴向厚度大于所述第一下转子长度M2、所述第一上转子轴向间隙C1和所述第一下转子轴向间隙C2的总和减去所述第二下转子长度F2。

12.如权利要求8所述的流体机械，其中所述间隔物位于所述第二转子的所述第一部分与所述第二部分之间，并且所述间隔物的轴向厚度大于所述第一上转子长度M1、所述第一上转子轴向间隙C1和所述第一下转子轴向间隙C2的总和减去所述第二上转子长度F1。

13.一种流体机械，所述流体机械包括：

第一转子，所述第一转子可围绕第一轴线旋转；

第二转子，所述第二转子可围绕第二轴线旋转；

间隔物，所述间隔物与所述第一转子相关联，以限制所述第一转子与所述第二转子之间的互相啮合接合，所述间隔物定位成相对于平行于所述第一轴线的方向与所述第二转子交叠；

马达，所述马达用于驱动所述第一转子和所述第二转子中的至少一个转子的旋转；以及

壳体，所述壳体用于可旋转地支撑所述第一转子和所述第二转子中的至少一个转子。

14.如权利要求13所述的流体机械，其中所述间隔物与第一轴杆和第二轴杆中的至少一个轴杆同心地安装。

15.如权利要求13所述的流体机械，其中所述第一转子包括第一部分和第二部分，并且所述第二转子包括第一部分和第二部分。

16.如权利要求15所述的流体机械，其中所述间隔物位于所述第二转子的所述第一部分与所述第二部分之间，以防止所述第二转子的所述第一部分与所述第一转子的所述第二部分接合。

17.如权利要求16所述的流体机械，其中所述间隔物位于所述第一转子的所述第一部分与所述第二部分之间，以防止所述第一转子的所述第一部分与所述第二转子的所述第二部分接合。

18.如权利要求15所述的流体机械，其中所述间隔物包括位于所述第一转子的所述第一部分与所述第二部分之间的第一间隔物，以及位于所述第二转子的所述第一部分与所述第二部分之间的第二间隔物，所述第一间隔物具有第一厚度，并且所述第二间隔物具有不同于所述第一厚度的第二厚度。

19.如权利要求15所述的流体机械，其中所述第一转子与所述壳体之间的间隙等于所述第二转子与所述壳体之间的间隙。