CN111247342B - 用于压缩机的内部排气通道 - Google Patents

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Abstract

具有内部气体通道的压缩机壳体包括：布置在壳体的第一端的第一轴承壳体，布置在壳体的相对的第二端的第二轴承壳体，以及布置在第一轴承壳体和第二轴承壳体之间的转子壳。转子壳包括轴向延伸的孔，在该孔内可容纳有多个转子，以及与该孔隔离的中空内部空腔。内部空腔通过至少一个凹部流体地联接到孔。至少一个出口开口形成在第一轴承壳体和第二轴承壳体中的一个中。至少一个出口开口可操作地联接至转子壳的内部空腔。

Description

用于压缩机的内部排气通道
技术领域
本文中公开的主题大体上涉及流体机械(fluid machine)，并且更具体地涉及具有螺旋叶状转子(helically lobed rotor)的流体机械、例如压缩机。
背景技术
已经确定，在一个非限制性示例中，诸如R-410A的常用制冷剂具有不可接受的全球变暖潜能(GWP)，使得对于许多HVAC＆R应用而言，它们的使用将停止。不可燃的、低GWP的制冷剂在许多应用中正在替代现有的制冷剂，但具有较低密度并且不具有与现有制冷剂相同的冷却能力。替代制冷剂需要能够提供显著更大排量(displacement)的压缩机、例如螺杆压缩机。
现有的螺杆压缩机通常利用滚子、球或其他滚动元件轴承来精确地定位转子并在高速操作期间最小化摩擦。然而，对于典型的HVAC＆R应用，现有的带有滚动元件轴承的螺杆压缩机会导致不可接受地大的和昂贵的流体机械。
因此，在本领域中需要一种尺寸适当且成本有效的流体机械，该流体机械使摩擦最小化同时允许转子的精确定位和对准。
发明内容
根据一个实施例，具有内部气体通道的压缩机壳体包括：布置在壳体的第一端的第一轴承壳体；布置在壳体的相对的第二端的第二轴承壳体；和布置在第一轴承壳体和第二轴承壳体之间的转子壳。转子壳包括轴向延伸的孔，在该孔内可容纳有多个转子，以及与该孔隔离的中空内部空腔。内部空腔通过至少一个凹部流体地联接到孔。至少一个出口开口形成在第一轴承壳体和第二轴承壳体中的一个中。至少一个出口开口可操作地联接至转子壳的内部空腔。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，第一轴承壳体和第二轴承壳体中的至少一个包括将孔流体地联接到内部空腔的至少一个凹部。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，第一轴承壳体包括第一凹部，且第二轴承壳体包括第二凹部。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，至少一个凹部形成在转子壳中。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，至少一个出口开口包括多个出口开口。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，多个出口开口中的每个具有基本相同的构造。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，多个出口开口围绕第一轴承壳体和第二轴承壳体中的一个的周边分配。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，多个出口开口围绕第一轴承壳体和第二轴承壳体中的一个布置，使得从多个出口开口输出的压缩的制冷剂均匀分配。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，至少一个出口开口形成在第二轴承壳体中，第二轴承壳体还包括布置成与转子壳的内部空腔流体连通的内部腔室。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，至少一个出口开口包括多个出口开口，并且内部腔室将压缩的制冷剂从内部空腔分配到多个出口开口中的每个。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，第二轴承壳体还包括在内部空腔和内部腔室之间延伸的流体通路(fluid passageway)。
根据另一实施例，一种流体机械包括：可围绕第一轴线旋转的第一转子；可围绕第二轴线旋转的第二转子；用于驱动第一转子和第二转子中的至少一个的旋转的马达；以及用于可旋转地支撑第一转子和第二转子中的至少一个的壳体。壳体包括内部气体通道，该内部气体通道用于将在第一转子和第二转子之间压缩的制冷剂从壳体的一端排放到马达的外表面上。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，排出的制冷剂围绕马达的外表面均匀地分配。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，壳体还包括：布置在壳体的第一端的第一轴承壳体；布置在壳体的相对的第二端的第二轴承壳体；以及布置在第一轴承壳体和第二轴承壳体之间的转子壳。转子壳包括轴向延伸的孔，第一转子和第二转子定位在该轴向延伸的孔内，以及与该孔隔离的中空内部空腔。内部空腔通过至少一个凹部流体地联接到孔。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，壳体还包括邻近马达形成在第一轴承壳体和第二轴承壳体中的一个中的至少一个出口开口，至少一个出口开口可操作地联接至转子壳的内部空腔。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，至少一个出口开口包括多个出口开口。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，第一轴承壳体和第二轴承壳体中的一个包括将压缩的制冷剂从内部空腔分配到至少一个出口开口的内部腔室。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，第一轴承壳体和第二轴承壳体中的至少一个包括至少一个凹部，该凹部将孔流体地联接到内部空腔。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，转子壳包括至少一个将孔流体地联接到内部空腔的凹部。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为备选，在其他实施例中，第一转子和第二转子具有以相互啮合接合的方式布置的螺旋凸角(lobe，有时也称为叶)。
附图说明
在说明书的结尾处的权利要求书中特别指出并明确要求保护被视为公开内容的主题。通过以下结合附图的详细描述，本公开的前述和其他特征以及优点是显而易见的，其中：
图1是根据一个实施例的流体机械的横截面图；
图2是根据一个实施例的流体机械的透视图；
图3是根据一个实施例的流体机械的壳体的分解透视图；
图4是根据一个实施例的转子壳的俯视图；
图5是根据一个实施例的下部轴承壳体的俯视图；
图6A是根据一个实施例的上部轴承壳体的透视图；
图6B是根据一个实施例的上部轴承壳体的另一透视图；
图7是根据一个实施例的流体机械的壳体的横截面图；且
图8是根据另一实施例的流体机械的壳体的横截面图。
参照附图，通过示例的方式，详细描述解释了本公开的实施例连同优点和特征。
具体实施方式
现在参照图1和图2，示出了流体机械20。在所示的非限制性实施例中，流体机械20是对置的螺杆压缩机。然而，流体机械的其他合适的实施例，例如泵、流体马达或发动机，也在本公开的范围内。流体机械20包括与第二转子24相互啮合的第一转子22。在一个实施例中，第一转子22是具有凸叶状的工作部分26的凸形转子，且第二转子24是包括凹叶状的部分28的凹形转子。备选地，第一转子22可以是凹形转子，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凸角30和至少一个第二螺旋凸角32。在所示的非限制性实施例中，第一转子22包括限定第一螺旋凸角30和第二螺旋凸角32的两个分开的部分。在另一个实施例中，包括第一螺旋凸角30和第二螺旋凸角32的第一转子22可以形成为单个整体件。
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34。流体机械20还包括可旋转地支撑第一轴34并至少部分地包围第一转子22和第二转子24的壳体36。壳体36的第一端38和第二端40构造成可旋转地支撑第一轴34。所示实施例的第一轴34直接联接至电动机42，该电动机42可操作以驱动第一轴34围绕轴线X的旋转。本文中设想了任何合适类型的电动机42，包括但不限于例如感应马达、永磁体(PM)马达和开关磁阻马达。在一个实施例中，第一转子22通过紧固件、联接、整体形成、过盈配合和/或本领域普通技术人员已知的任何其他结构或方法(未示出)固定至第一轴34，使得第一转子22和第一轴34围绕轴线X一致地旋转。
流体机械20另外包括可操作以旋转地支撑第二转子24的第二轴44。第二转子24包括轴向延伸的孔45，第二轴44容纳在其内。在一个实施例中，第二轴44相对于壳体36是静止的或固定的，并且第二转子24构造成围绕第二轴44旋转。然而，在本文中也设想了在其中第二轴44也相对于壳体36可旋转的实施例。
具体参考图2，第一转子22被示出为包括四个第一螺旋凸角30和四个螺旋凸角32。所示的非限制性实施例仅旨在作为示例，并且本领域普通技术人员应当理解，任何合适数量的第一螺旋凸角30和第二螺旋凸角32在本公开的范围内。如所示，第一螺旋凸角30和第二螺旋凸角32具有相反的螺旋构造。在所示的非限制性实施例中，第一螺旋凸角30是左旋的，而第二螺旋凸角32是右旋的。备选地，第一螺旋凸角30可以是右旋的，且第二螺旋凸角32可以是左旋的。
通过包括具有相反螺旋构造的凸角30,32，在第一螺旋凸角30和第二螺旋凸角32之间产生了相反的轴向流动。由于轴向流动的对称性，由螺旋凸角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。结果，相对的螺旋凸角30,32的这种构造提供了设计优势，因为可以减少或消除流体机械中对推力轴承的需求。
第二转子24具有配置为与第一螺旋凸角30啮合的第一部分46和配置为与第二螺旋凸角32啮合的第二部分48。为了在第一转子22和第二转子24之间实现适当的相互啮合接合，第二转子24的每个部分46,48包括一个或多个凸角50，其具有与第一转子22的对应的螺旋凸角30,32相反的构造。在所示的非限制性实施例中，第二转子24的第一部分46具有至少一个右旋凸角50a，且第二转子24的第二部分48包括至少一个左旋凸角50b。
在一个实施例中，第二转子24的第一部分46被构造为独立于第二转子24的第二部分48旋转。然而，在本文中也可设想其中第一部分46和第二部分48旋转地联接的实施例。第二转子24的每个部分46,48可包括任意数量的凸角50。在一个实施例中，形成在第二转子24的每个部分46,48中的凸角50的总数通常大于第一转子22的对应部分。例如，如果第一转子22包括四个第一螺旋凸角30，则第二转子24的构造成与第一螺旋凸角30互相啮合的第一部分46可以包括五个螺旋凸角50a。然而，在其中第二转子24的部分46,48中的凸角50的总数等于第一转子22的相应的一组螺旋凸角(即，第一螺旋凸角30或第二螺旋凸角32)的实施例也在本公开的范围内。
转向图1，流体机械20可包括轴向延伸穿过第一轴34的第一轴通道52和轴向延伸穿过第二轴44的第二轴通道54。第一轴通道52和/或第二轴通道54传播来自油槽56的润滑剂，穿过第一轴34和/或第二轴44，离开一个或多个径向通道(未示出)，并沿着第一转子22和/或第二转子24的一个或多个表面。流体机械20还包括限定在第二轴44和形成在第二转子24中的孔之间的轴向延伸的通道45。通道45构造成允许润滑剂从中穿过或循环。在一个实施例中，在壳体36的第一端38和第二端40、第一转子22和第二转子24处排放的相对高压和在第一转子22和第二转子24的中心位置处的相对低压推进润滑剂通过通道45。润滑剂通过通道45的循环在第一部分46和第二部分48和第二轴44之间提供内部轴承表面，以减小它们之间的摩擦，并进一步允许第二转子24的第一部分46独立于第二转子24的第二部分48旋转。
在一个实施例的流体机械20的操作期间，通过由流体机械20产生的抽吸过程，将气体或其他流体(例如，低GWP制冷剂)抽出到中心位置。第一转子22和第二转子24的旋转压缩制冷剂，并且由于相对的螺旋转子22,24的结构和功能，迫使制冷剂朝向啮合转子22,24的密封表面之间的壳体36的第一端38和第二端40。压缩的制冷剂通过壳体36内的内部气体通道传送，并通过壳体36的第二端40排出。排出的制冷剂穿过电动机42并离开通道58。
现在参考图3-7，更详细地示出了壳体36的内部气体通道。如图3中最佳所示，壳体36包括转子壳60，下部轴承壳体62，该下部轴承壳体62布置在转子壳60的第一端64附近以形成壳体36的第一(下部)端38。类似地，上部轴承壳体66被布置成邻近转子壳60的相对的第二端68，并形成壳体36的第二(上部)端40。转子壳60包括与孔72分开的中空腔室或内部空腔70，其被构造成接收凸形转子22和凹形转子24。
在一个实施例中，在下部轴承壳体62的表面76中邻近转子壳60形成有第一凹部74。第一凹部74的尺寸、形状和位置被设置成将内部空腔70流体地联接至容纳转子22,24的孔72的第一端。类似地，第二凹部78(图6A)可以形成在上部轴承壳体66的面对转子壳60的表面80中。第二凹部78的尺寸、形状和位置被设置成将内部空腔70流体地联接到容纳转子22,24的空腔72的相对的第二端。在一个实施例中，第一凹部74和第二凹部78在形状上基本相同。然而，其中第一凹部74和第二凹部78具有不同构造的实施例也在本公开的范围内。此外，应当理解，第一凹部74和第二凹部78两者的深度分别小于下部轴承壳体62和上部轴承壳体66的厚度。结果，第一凹部74和第二凹部78不提供用于制冷剂从壳体36逸出的装置。
现在参照图8，在另一实施例中，第一凹部74和第二凹部78中的至少一个在转子壳60的一部分中形成，其将包括第一转子22和第二转子24的压缩凹穴(compression pocket)流体地联接至中空内部腔室82。如所示，第一凹部74和第二凹部78形成在转子壳60的远端64,68处，使得下部轴承壳体64和上部轴承壳体66限定了与凹部74,78相邻的壁。
如图6和7中最佳所示，上部轴承壳体66还包括通过流体通路84可操作地联接到转子壳60的内部空腔70的中空内部腔室82。至少一个出口开口86形成在上部轴承壳体66的外表面88中，并且被配置成与中空内部腔室82流体连通。在所示的非限制性实施例中，至少一个出口开口86包括三个具有槽状构造的出口开口。然而，任何合适数量的出口开口86在本公开的范围内。此外，尽管示出了多个出口开口86中的每一个具有基本相同的构造，但是在其他实施例中，出口开口86在尺寸和形状上可以变化。
在其中上部轴承壳体66包括多个出口开口86的实施例中，每个出口开口86布置在不同的位置，使得多个出口开口86分配在上部轴承壳体66的外表面88上。在一个实施例中，出口开口86围绕上部轴承壳体66的周边等距间隔，使得从出口开口86排出的压缩制冷剂均匀地冷却电动机42的外表面。然而，出口开口86可形成在上部轴承壳体的外表面的任何位置。
随着凸形转子22和凹形转子24围绕其各自的轴线旋转，在转子22,24之间压缩的制冷剂的至少一部分被推向下部轴承壳体62并进入第一凹部74。相似地，压缩制冷剂的一部分被推向上部轴承壳体66并进入第二凹部78。由于由流体机械20的持续运行所产生的压力，压缩制冷剂被从第一凹部74和第二凹部78压入转子壳60的内部空腔70。从内部空腔70，压缩后的制冷剂通过流体通道84且流入形成在上部轴承壳体66中的中空内部腔室82中。在内部腔室82内，制冷剂被分配到每个开口出口86。一旦从出口开口86排出，压缩的制冷剂便与马达42的一部分的外表面相互作用，从而冷却马达42。
如本文所述的压缩机提供了内部排放通道，用于冷却马达42，同时使对于转子壳36所需的部件总数最小化。通过有效利用每个部件内的空间，可以减小压缩机的整体尺寸。
尽管仅结合有限数量的实施例详细描述了本公开，但是应当容易理解，本公开不限于这种公开的实施例。而是，可以对本公开进行修改以结合迄今未描述但与本公开的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替换或等同布置。另外，尽管已经描述了本公开的各种实施例，但是应当理解，本公开的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本公开不应被视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。

Claims (18)

1.一种具有内部气体通道的压缩机壳体，包括：
第一轴承壳体，其布置在所述壳体的第一端；
第二轴承壳体，其布置在所述壳体的相对的第二端；
转子壳，其布置在所述第一轴承壳体和所述第二轴承壳体之间，所述转子壳包括轴向延伸的孔，在该孔内可容纳有多个转子，以及与所述孔隔离的中空内部空腔，其中，所述内部空腔通过至少一个凹部流体地联接至所述孔；和
至少一个出口开口，其形成在所述第一轴承壳体和所述第二轴承壳体中的一个中，所述至少一个出口开口可操作地联接到所述转子壳的所述内部空腔。
2.根据权利要求1所述的压缩机壳体，其中，所述第一轴承壳体和所述第二轴承壳体中的至少一个包括将所述孔流体地联接至所述内部空腔的所述至少一个凹部。
3.根据权利要求2所述的压缩机壳体，其中，所述第一轴承壳体包括第一凹部，并且所述第二轴承壳体包括第二凹部。
4.根据权利要求3所述的压缩机壳体，其中，所述至少一个凹部形成在所述转子壳中。
5.根据权利要求1 所述的压缩机壳体，其中，所述至少一个出口开口包括多个出口开口。
6.根据权利要求5所述的压缩机壳体，其中，所述多个出口开口中的每个具有基本相同的构造。
7.根据权利要求1所述的压缩机壳体，其中，所述多个出口开口围绕所述第一轴承壳体和所述第二轴承壳体中的一个的周边分配。
8.根据权利要求1所述的压缩机壳体，其中，所述多个出口开口围绕所述第一轴承壳体和所述第二轴承壳体中的一个布置，使得从所述多个出口开口输出的压缩制冷剂均匀地分配。
9.根据权利要求1所述的压缩机壳体，其中，所述至少一个出口开口形成在所述第二轴承壳体中，所述第二轴承壳体还包括布置成与所述转子壳的所述内部空腔流体连通的内部腔室。
10.根据权利要求9所述的压缩机壳体，其中，所述至少一个出口开口包括多个出口开口，并且所述内部腔室将压缩的制冷剂从所述内部空腔分配到所述多个出口开口中的每个。
11.根据权利要求9所述的压缩机壳体，其中，所述第二轴承壳体还包括在所述内部空腔和所述内部腔室之间延伸的流体通路。
12.一种流体机械，包括：
第一转子，其可围绕第一轴线旋转；
第二转子，其可围绕第二轴线旋转；
马达，其用于驱动所述第一转子和所述第二转子中的至少一个的旋转；和
壳体，其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，所述壳体包括内部气体通道，该内部气体通道用于从所述壳体的一端在所述马达的外表面上排放在所述第一转子和所述第二转子之间压缩的制冷剂，
其中，所述壳体还包括：
第一轴承壳体，其布置在所述壳体的第一端；
第二轴承壳体，其布置在所述壳体的相对的第二端；
转子壳，其布置在所述第一轴承壳体和所述第二轴承壳体之间，所述转子壳包括轴向延伸的孔，所述第一转子和所述第二转子定位在该轴向延伸的孔内，以及与所述孔隔离的中空内部空腔，其中，所述内部空腔通过至少一个凹部流体地联接至所述孔，其中，所述壳体还包括至少一个出口开口，其邻近所述马达形成在所述第一轴承壳体和所述第二轴承壳体中的一个中，所述至少一个出口开口可操作地联接至所述转子壳的所述内部空腔。
13.根据权利要求12所述的流体机械，其中，排出的所述制冷剂在所述马达的所述外表面周围均匀地分配。
14.根据权利要求12所述的流体机械，其中，所述至少一个出口开口包括多个出口开口。
15.根据权利要求12所述的流体机械，其中，所述第一轴承壳体和所述第二轴承壳体中的一个包括用于将压缩的制冷剂从所述内部空腔分配到所述至少一个出口开口的内部腔室。
16.根据权利要求12所述的流体机械，其中，所述第一轴承壳体和所述第二轴承壳体中的至少一个包括将所述孔流体地联接至所述内部空腔的所述至少一个凹部。
17.根据权利要求16所述的流体机械，其中，所述转子壳包括将所述孔流体地联接至所述内部空腔的所述至少一个凹部。
18.根据权利要求12所述的流体机械，其中，所述第一转子和所述第二转子具有以相互啮合接合的方式布置的螺旋凸角。
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