CN110177918B - 具有螺旋叶转子的流体机械 - Google Patents

Abstract

一种流体机械设置有第一转子和第二转子，第一转子具有第一转子第一工作部分和第一转子第二工作部分，第二转子具有配置为与第一转子第一工作部分啮合的第二转子第一工作部分、以及配置为与第一转子第二工作部分啮合并独立于第二转子第一工作部分旋转的第二转子第二工作部分。

Description

具有螺旋叶转子的流体机械

相关申请的交叉引用

本申请是一项国际专利申请，并且要求2017年1月11日提交的美国申请序列号62/444850的优先权的利益，其文本和附图由此通过引用的方式整体地并入。

技术领域

本公开实施例总体上涉及流体机械，且更具体地，涉及具有螺旋叶转子的流体机械。

背景技术

已经确定，普遍使用的制冷剂，如R-410A，在一个非限制性实例中，具有不可接受的全球变暖潜力（GWP），使得它们的使用对于许多HVAC/R应用将停止。在许多应用中，不易燃、低GWP制冷剂正在取代现有的制冷剂，但具有较低密度，且不具备与现有的制冷剂相同的冷却能力。更换制冷剂需要能够提供显著更大排量的压缩机，如螺杆压缩机。

现有的螺杆压缩机典型地利用滚子、滚珠或其他滚动元件轴承来精确定位转子，并使高速运行期间的摩擦最小。然而，对于典型的HVAC/R应用，现有的具有滚动元件轴承的螺杆压缩机导致了不可接受地大型和昂贵的流体机械。

因此，本领域对于尺寸合适且成本效益高的流体机械存在需要，其在允许转子的精确定位和对齐的同时，使摩擦最小。

发明内容

根据本公开的实施例，提供一种流体机械。流体机械包括第一转子和第二转子，第一转子具有第一转子第一工作部分和第一转子第二工作部分，第二转子具有配置为与第一转子第一工作部分啮合的第二转子第一工作部分、以及配置为与第一转子第二工作部分啮合并独立于第二转子第一工作部分旋转的第二转子第二工作部分。

流体机械可以进一步包括第一轴，所述第一轴固定，以用于与第一转子一起旋转。流体机械可以进一步包括壳体，所述壳体能够旋转地支撑第一轴，并至少部分地包围第一转子和第二转子。流体机械可以进一步包括第二轴，所述第二轴具有轴直径，并配置为能够旋转地支撑第二转子。第二转子可以包括轴向延伸孔，所述轴向延伸孔具有大于轴直径的孔直径。流体机械可以进一步包括在轴直径与孔直径之间限定的轴向延伸通道，所述通道使润滑剂循环通过其中。第一轴和第二轴中的至少一个可以包括轴向轴通道，所述轴向轴通道具有轴向轴通道直径。第一轴和第二轴中的至少一个可以包括轴直径，并且轴向轴通道直径可以小于轴直径的大约80%。第一轴和第二轴中的至少一个可以包括径向延伸轴通道，所述径向延伸轴通道具有径向延伸轴通道直径。第一轴和第二轴中的至少一个可以包括轴直径，并且径向延伸轴通道直径可以小于轴直径的大约40%。第一部分可以轴向邻接第二部分。第一转子第一工作部分、第一转子第二工作部分、第二转子第一工作部分和第二转子第二工作部分可以包括螺旋叶。

根据本公开的实施例，提供一种流体机械，其具有第一转子，所述第一转子具有螺旋叶；第一轴，所述第一轴固定，以用于与第一转子一起旋转，并配置为在壳体的第一端和第二端处被壳体能够旋转地支撑；第二转子，所述第二转子具有螺旋叶和轴向延伸孔，所述轴向延伸孔具有孔直径；以及第二轴，所述第二轴具有小于孔直径的第二轴直径，并配置为能够旋转地支撑第二转子。

第二转子可以包括轴向邻接第二部分的第一部分，使得第一部分配置为独立于第二部分旋转。流体机械可以进一步包括在第二轴直径与孔直径之间限定的轴向延伸通道，所述通道使润滑剂循环通过其中。第二轴可以固定，以用于与壳体一起旋转。第一转子可以包括第一螺旋叶和第二螺旋叶，并且第二转子可以包括第一部分和第二部分，所述第一部分配置为与第一螺旋叶啮合，所述第二部分配置为与第二螺旋叶啮合，并独立于第一部分旋转。第一轴和第二轴中的至少一个可以包括轴向轴通道，所述轴向轴通道具有轴向轴通道直径。第一轴可以包括第一轴直径，并且轴向轴通道直径可以小于第一轴直径和第二轴直径中的至少一个的大约80%。第一轴和第二轴中的至少一个可以包括径向延伸轴通道，所述径向延伸轴通道具有径向延伸轴通道直径。第一轴可以包括第一轴直径，并且径向延伸轴通道直径可以小于第一轴直径和第二轴直径中的至少一个的大约40%。

附图说明

本文所包含的实施例和其他特征、优点和公开以及实现它们的方式将变得清楚，并且通过结合附图参考以下对本公开的各个示例性实施例的描述，将更好地理解本公开，其中：

图1是根据本公开的实施例的流体机械的横截面视图；以及

图2是根据本公开的实施例的流体机械的透视图。

具体实施方式

为了促进对本公开的原则的理解的目的，现在将参考图中所示的实施例，并将使用明确的语言来描述这些实施例。然而，将被理解的是，由此意在并没有限制此公开的范围。

现在参见图1，示出了本公开的实施例的流体机械10。所示实施例的流体机械10是对置螺杆压缩机。在未示出的一个或多个实施例中，流体机械10是泵、流体马达、发动机或由本领域普通技术人员已知的任何其他流体机械。示例性流体机械10包括第一转子12，所述第一转子与第二转子14缠住。在实施例中，第一转子12是阳转子，其具有阳叶（male-lobed）工作部分，而第二转子14是阴转子。在另一个实施例中，第一转子12是阴转子，而第二转子14是阳转子。图1中所示实施例的第一转子12包括第一螺旋叶16和第二螺旋叶18。

图1中所示实施例的示例性流体机械10包括第一轴24，所述第一轴固定，以用于与第一转子12一起旋转。流体机械10进一步包括壳体26，所述壳体能够旋转地支撑第一轴24，并至少部分地包围第一转子12和第二转子14。壳体26的第一端38和第二端40配置为能够旋转地支撑第一轴24。所示实施例的第一轴24直接耦合到电动马达42（例如，感应、永磁（PM）或开关磁阻），所述电动马达配置为驱动第一轴24。在实施例中，第一转子12通过紧固件、整体成形、干涉配合和/或本领域普通技术人员已知的任何附加结构或方法固定到第一轴24上。

流体机械10包括第二轴28，所述第二轴具有轴直径30，并配置为能够旋转地支撑第二转子14。第二转子14包括轴向延伸孔32，所述轴向延伸孔具有大于轴直径30的孔直径34。

现在参见图2，在所示实施例中有四个第一螺旋叶16和四个第二螺旋叶18。本领域普通技术人员将认识到，在本公开的一个或多个实施例中，第一螺旋叶16和第二螺旋叶18可以包括任何数量的叶。第一螺旋叶16和第二螺旋叶18配置为具有相反螺旋方向。在图2所示实施例中，第一螺旋叶16是右手转的，而第二螺旋叶18是左手转的。在另一个实施例中，第一螺旋叶16是左手转的，而第二螺旋叶18是右手转的。在第一螺旋叶16与第二螺旋叶18之间具有相反螺旋方向将在螺旋叶16与18之间产生相反的轴向流。由于轴向流的对称性，螺旋叶16与18之间的推力几乎可取消。相反螺旋转子的这种配置具有设计优点，因为它可减少对流体机械中推力轴承的需要。第二转子14具有配置为与第一螺旋叶16啮合的第一部分20和配置为与第二螺旋叶18啮合的第二部分22。为了恰当地啮合第一转子12和第二转子14，第二转子14必须具有与第一转子12相反的螺旋方向。在图2中所示的实施例中，第二转子14的第一部分20是左手转的，而第二转子14的第二部分22是右手转的。在另一个实施例中，第二转子14的第一部分20是右手转的，而第二转子14的第二部分22是左手转的。在实施例中，第一部分20配置为凭借下面进一步详细描述的至少通道36（如图1中所示）独立于第二部分22旋转，所述通道配置为允许润滑剂在第一和第二部分20、22与第二轴28之间通过或循环，从而在第一和第二部分20、22中的各个与第二轴28之间形成内部轴承表面。本领域普通技术人员将认识到，在本公开的一个或多个实施例中，第一部分20和第二部分22可以包括任何数量的叶。在实施例中，第一部分20轴向邻接第二部分22。在所示实施例中，第一转子12包括限定第一螺旋叶16和第二螺旋叶18的两个分离的部分。在未示出的另一个实施例中，第一转子12是单个整体件。

回到图1，在一个实施例的流体机械10的运行期间，通过由流体机械10产生的抽吸过程，将气体或其他流体（如举一个非限制性实例是低GWP制冷剂）吸引到中心位置52。本领域技术人员将认识到，由于相反螺旋转子12、14的结构和功能，第一转子12和第二转子14的旋转在啮合转子12、14的密封表面之间将制冷剂朝向壳体26的外端38、40压缩。压缩的制冷剂通过壳体26之内的内部气体通道（未示出）定路线，并通过壳体26的上端40排放。排放的制冷剂经过电动马达42并从排放出口54流出。

再次参见图1，在实施例中，流体机械10包括轴向延伸通过第一轴24的第一轴通道44和轴向延伸通过第二轴28的第二轴通道46。第一轴通道44和/或第二轴通道46从集液槽48输送润滑剂，通过第一轴24和/或第二轴28、输送出一个或多个径向通道50、并沿第一转子12和/或第二转子14的一个或多个表面输送。流体机械10进一步包括在第二转子的轴直径30与孔直径34之间限定的轴向延伸通道36。通道36配置为允许润滑剂在其中通过或循环。在实施例中，在壳体26、第一转子12和第二转子14的外端38、40处排放相对高压，并且在第一转子12和第二转子14的中心位置52处抽吸相对低压，促使润滑剂通过通道36。通过通道36的润滑剂的循环在第一和第二部分20、22中的各个与第二轴28之间提供了内部轴承表面，以减少它们之间的摩擦，并进一步允许第二转子14的第一部分20独立于第二转子14的第二部分22旋转。

一个或多个实施例的轴向轴通道44和46包括大于3 mm的直径，以保持足够的润滑剂流。在附加实施例中，轴向轴通道44和46包括小于或等于3 mm的直径。一个或多个实施例的轴向轴通道44和46不超过至大于相应的轴24和28的外直径的大约80%，以保持第一轴和第二轴24和28的刚度。在附加实施例中，轴向轴通道44和46超过至大于相应的轴24和28的外直径的大约80%。在一个或多个实施例中，径向轴通道50的直径大于大约1 mm，但小于24和28的外直径的大约40%，以保持第一轴和第二轴24和28的刚度。在附加实施例中，径向轴通道50的直径小于大约1 mm，和/或大于或等于24和28的外直径的大约40%。

本领域技术人员将清楚，本公开中所述的实施例能够实际使用相反螺杆转子，以平衡推力。另外，本文所述的实施例减少或消除了在圆周方向上精确对齐转子的必要性。例如，本文所述的一个或多个实施例的阴转子独立地对齐阳转子，以减少或消除精确对齐阳转子的必要性。这种对齐优点有助于和改进可制造性以及补偿压缩过程，以减少扭矩变化、压力脉动、噪音和/或振动。本领域技术人员还将认识到，本文所述的实施例通过允许单独的转子分离地组装来简化机构的组装。

尽管已在图中和上述说明中详细示出和描述了本发明，但其应适合被考虑为说明性的和非限制性的，应理解，仅某些实施例已被示出和描述，并且所有的更改和修改都在期望被保护的本发明的主旨之内。

Claims (13)

1.一种流体机械，包括：

第一转子，所述第一转子具有第一转子第一工作部分和第一转子第二工作部分；

第二转子，所述第二转子具有

第二转子第一工作部分，所述第二转子第一工作部分配置为与所述第一转子第一工作部分啮合，以及

第二转子第二工作部分，所述第二转子第二工作部分配置为与所述第一转子第二工作部分啮合，并独立于所述第二转子第一工作部分旋转，

第一轴，所述第一轴固定，以用于与所述第一转子一起旋转；以及

第二轴，所述第二轴具有轴直径，并配置为能够旋转地支撑所述第二转子；

其中，所述第二转子包括轴向延伸孔，所述轴向延伸孔具有大于所述轴直径的孔直径；

其中，所述第二转子第一工作部分轴向邻接所述第二转子第二工作部分。

2.如权利要求1所述的流体机械，进一步包括壳体，所述壳体能够旋转地支撑所述第一轴，并至少部分地包围所述第一转子和所述第二转子。

3.如权利要求1所述的流体机械，进一步包括在所述轴直径与所述孔直径之间限定的轴向延伸通道，所述轴向延伸通道使润滑剂循环通过其中。

4.如权利要求1所述的流体机械，其中，所述第一轴和所述第二轴中的至少一个包括轴向轴通道，所述轴向轴通道具有轴向轴通道直径。

5.如权利要求4所述的流体机械，其中，所述第一轴和所述第二轴中的至少一个包括轴直径，并且所述轴向轴通道直径小于所述轴直径的大约80%。

6.如权利要求1所述的流体机械，其中，所述第一轴和所述第二轴中的至少一个包括径向延伸轴通道，所述径向延伸轴通道具有径向延伸轴通道直径。

7.如权利要求6所述的流体机械，其中，所述第一轴和所述第二轴中的至少一个包括轴直径，并且所述径向延伸轴通道直径小于所述轴直径的大约40%。

8.如权利要求1所述的流体机械，其中，所述第二转子第一工作部分轴向邻接所述第二转子第二工作部分。

9.如权利要求1所述的流体机械，其中，所述第一转子第一工作部分、所述第一转子第二工作部分、所述第二转子第一工作部分和所述第二转子第二工作部分包括螺旋叶。

10.如权利要求2所述的流体机械，其中，所述第二轴固定，以用于与所述壳体一起旋转。

11.如前述权利要求3-9中任一项所述的流体机械，其中，所述第一转子第一工作部分是第一螺旋叶且所述第一转子第二工作部分是第二螺旋叶，并且所述第二转子第一工作部分配置为与所述第一螺旋叶啮合，并且所述第二转子第二工作部分配置为与所述第二螺旋叶啮合，并独立于所述第二转子第一工作部分旋转。

12.如权利要求4所述的流体机械，其中，所述第一轴包括第一轴直径且所述第二轴包括第二轴直径，并且所述轴向轴通道直径小于所述第一轴直径和所述第二轴直径中的至少一个的大约80%。

13.如权利要求6所述的流体机械，其中，所述第一轴包括第一轴直径且所述第二轴包括第二轴直径，并且所述径向延伸轴通道直径小于所述第一轴直径和所述第二轴直径中的至少一个的大约40%。

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