CN113474580A - 用于制冷压缩机的可磨耗迷宫式密封件 - Google Patents
用于制冷压缩机的可磨耗迷宫式密封件 Download PDFInfo
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Abstract
根据本公开的示例性方面的压缩机尤其包括转子,该转子被配置为相对于定子旋转,该定子具有可磨耗部分。至少一个迷宫式密封件位于转子和定子之间,其中迷宫式密封件包括从转子向可磨耗部分延伸的多个齿。
Description
优先权声明
本申请要求2019年2月25日提交的美国临时申请第62/810,053号的权益。
背景技术
制冷压缩机用于通过制冷剂回路在冷却器中循环制冷剂。众所周知,制冷剂回路包括冷凝器、膨胀装置和蒸发器。压缩机压缩流体,然后流体流向冷凝器,冷凝器又冷却和冷凝流体。然后制冷剂进入膨胀装置,其使流体的压力降低,然后进入蒸发器,在那里流体被蒸发,完成制冷循环。
许多制冷压缩机是离心压缩机,并且具有驱动至少一个叶轮以压缩制冷剂的电动机。然后流体被引向下游,用于冷却器系统。已知的制冷压缩机具有密封件。
附图说明
图1是制冷剂回路的示意图。
图2示出了制冷压缩机的示意视图。
图3示出了一个迷宫式密封件布置的例子。
图4示出了所述迷宫式密封件布置的例子。
图5示出了另一个迷宫式密封件布置的例子。
发明内容
根据本公开的示例性方面的压缩机尤其包括转子,该转子被配置为相对于定子旋转,该定子具有可磨耗部分。至少一个迷宫式密封件位于转子和定子之间,其中迷宫式密封件包括从转子向可磨耗部分延伸的多个齿。
在另一个实施例中,所述多个齿以阶梯式布置设置。
在另一个实施例中,所述多个齿被布置成由径向台阶分开的三组。
在另一个实施例中,可磨耗部分由聚四氟乙烯、聚酰胺和低强度合金中的一种制成。
在另一个实施例中,齿被配置为与可磨耗部分接触,并且随时间在可磨耗部分中雕刻轨迹。
在另一个实施例中,流动路径通过迷宫式密封件来限定,并且排放路径布置在迷宫式密封件的下游。
在另一个实施例中,流动路径通过迷宫式密封件来限定,并且碎屑捕集部布置在迷宫式密封件的下游。
在另一个实施例中,迷宫式密封件布置在第一位置,并且第二迷宫式密封件布置在转子和定子之间的第二位置。
在另一个实施例中,转子包括叶轮,定子是壳体,并且迷宫式密封件布置在叶轮的外径和所述壳体之间。
在另一个实施例中,转子包括叶轮,并且迷宫式密封件布置在叶轮的内径处。
在另一个实施例中,转子在由电动机驱动的轴上旋转。
在另一个实施例中,压缩机是两级压缩机。
在另一个实施例中,压缩机用于加热、通风和空调(HVAC)冷却器系统。
根据本公开的示例性方面的制冷剂系统尤其包括主制冷剂回路,该主制冷剂回路包括压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀装置。该压缩机包括转子,该转子被配置为相对于定子旋转,该定子具有可磨耗部分。至少一个迷宫式密封件位于转子和定子之间,其中迷宫式密封件包括从转子向可磨耗部分延伸的多个齿。
在另一个实施例中,所述多个齿以阶梯式布置设置。
在另一个实施例中,所述多个齿被布置成由径向台阶分开的至少两组。
在另一个实施例中,齿被配置为与可磨耗部分接触,并且随时间在可磨耗部分中雕刻轨迹。
在另一个实施例中,流动路径通过迷宫式密封件来限定,并且排放路径和碎屑捕集部中至少一个布置在迷宫式密封件的下游。
在另一个实施例中,第二迷宫式密封件位于转子和定子之间。
在另一个实施例中,压缩机是两级离心压缩机。
具体实施方式
图1示出了制冷系统10。该制冷系统包括布置在主制冷剂回路或回路17中的压缩机10、冷凝器11、蒸发器13和膨胀装置15。例如,该制冷系统可用于冷却器中。在该示例中,冷却塔可以与冷凝器11流体连通。虽然示出了制冷系统的特定示例,但是该应用延伸到其他制冷系统的配置,包括不包含冷却器的配置。例如,主制冷剂回路17可以包括处于冷凝器11下游且处于膨胀装置15上游的节热器。
图2示出了示例制冷压缩机10(“压缩机10”)的一部分。压缩机10包括壳体12,其包围电动机14。壳体12可以包括一个或多个零件。电动机14绕轴线A旋转驱动至少一个叶轮以压缩制冷剂。示例性制冷剂包括化学制冷剂,例如R-134a等。电动机14可以由变频驱动器驱动。压缩机10包括第一叶轮16和第二叶轮18,每个叶轮通过轴19连接到电动机14。在图示的例子中,第一叶轮16、第二叶轮18是离心叶轮。虽然示出了两个叶轮,但是本公开延伸到具有额外或更少叶轮的压缩机。在一些实施例中,压缩机10可以具有两个轴向压缩级,或者混合和轴向压缩级。
壳体12建立了主制冷剂流动路径F。具体地,壳体12建立了主制冷剂流动路径F的外边界。第一或主制冷剂流被配置为沿着压缩机入口20和压缩机出口22之间的主制冷剂流动路径F流动。在图示的例子中,在压缩机入口20没有安置入口导向叶片。没有布置入口导向叶片则减少了压缩机10中机械部件的数量,入口导向叶片在长时间使用后需要维护和/或更换。在其他示例中,入口导向叶片可以布置在入口20附近。
在图2中从左到右,主制冷剂流动路径F从压缩机入口20开始,在那里制冷剂被吸向第一叶轮16。第一叶轮16设置在主制冷剂流动路径F中,并且相对于主制冷剂流动路径F布置在第二叶轮18的上游。第一叶轮16包括轴向布置的、大致平行于轴线A的入口16I,以及径向布置的、大致垂直于轴线A的出口16O。
在这个例子中,出口16O的紧接下游是第一叶片扩散器24。主制冷剂流动路径F在大致径向远离轴线A的方向上延伸穿过所述第一叶片扩散器24。接下来,主制冷剂流动路径F在跨接弯曲部25中转向180度,并通过返回通道27朝向第二叶轮18径向向内流动。像第一叶轮16一样,第二叶轮18包括轴向取向的入口18I和径向取向的出口18O。
压缩机10具有多个密封件30A-30F。密封件30A-30F防止主制冷剂从流动路径F中逸出。密封件30A位于第一叶轮16的外径和壳体12之间,靠近入口16I。密封件30B位于第一和第二叶轮16、18之间的轴19和壳体12之间。密封件30C位于第二叶轮18的外径和壳体12之间,靠近入口18I。密封件30D位于第二叶轮18的内径和电动机14处。密封件30E位于第一叶轮16的外径和壳体12之间,靠近出口16O。密封件30F位于出口18O附近的第二叶轮18的外径和壳体12之间。密封件30A-30F中至少一个是迷宫式密封件。在一个特定实施例中,所有密封件30A-30F都是迷宫式密封件。
迷宫式密封件用于涡轮机中,以限制或防止不同压力的相邻内部隔间之间的气体或流体流动。迷宫式密封件防止流体从高压位置流向低压位置。迷宫式密封件通常包括限定多个腔的多个翅片或齿。腔将工作流体截留在移动部件和固定部件之间。因此,截留的流体形成屏障,将机器内的高压区域与低压区域隔离。在一个示例中,固定部件和移动部件是定子和转子,例如叶轮。
图3示出了一个示例阶梯式迷宫式密封件30,其代表了密封件30A-30F中的任何一个。在所示实施例中,多个齿42从转子40沿朝向定子38的方向径向向外(即,在垂直于轴线A的方向上)延伸,以在齿42之间限定多个腔41。在另一个实施例中,多个齿42从定子38向外延伸。在一些实施例中,齿42从转子40垂直延伸,而在其他实施例中,齿42从转子40倾斜地延伸。所公开的迷宫式密封件通过在迷宫式密封件中使用阶梯式布置和使用可磨耗材料来减少泄漏流。
转子40上的齿42布置成阶梯式布置,这意味着一些齿布置在与其他齿不同的径向位置。具体地,在图3中,齿42由台阶44A径向隔开。台阶44A形成为使得齿布置成第一组60、第二组62和第三组64。第一组60、第二组62、第三组64中每一组中的齿42相对于转子40的旋转轴线(即轴线A)在径向上处于相同的位置。台阶44A和齿42是使用已知的制造技术从转子40上切制出的。类似的台阶44B也被切入定子38以与转子40相对准。在图示的例子中,每个个对准处有两个台阶44A、44B。齿42和台阶44A、44B引入了逆流,这阻碍了制冷剂流(例如在腔41中截留了制冷剂流),并且有助于减少总泄漏。
密封件30的性能取决于迷宫式设计和齿42尖端的径向间隙。在一些已知的迷宫式密封件中,很难控制径向间隙的量,因为热梯度、离心力和气体压力以及轴弯曲等因素会导致部件之间的偏转。定子38包括由可磨耗材料形成的可磨耗部分46。可磨耗部分46有助于最小化齿42的尖端和定子38之间的间隙。可磨耗部分46开始于离转子40和齿42非常近的间隙处。可磨耗部分46通常跨越密封件30的长度,并且符随转子40中台阶44A的形状。
如图4所示,可磨耗部分46随着压缩机10随时间运行而磨损。轨迹48刻在处于每个齿42径向外部的可磨耗部分46中。也就是说,随着转子40旋转,齿42接触可磨耗部分46并且在齿42接触可磨耗部分46的轨迹48中磨损一些可磨耗部分46。轨迹48在齿42和定子38之间提供非常小的间隙。
可磨耗部分46由可磨耗材料形成。示例性可磨耗材料可包括聚四氟乙烯(“PTFE”)、聚酰胺和其他低强度合金。转子40和齿42通常由能够磨损可磨耗部分46的硬质材料形成,例如铝合金、不锈钢、碳钢、镍合金(例如Inconel)等。可磨耗部分46和随时间形成的轨迹48允许尽可能小的间隙,这使得流动更难继续,从而提高密封件30的密封能力。
图5示出了另一个示例迷宫式密封件的布置。在该示例中,密封件130包括单个台阶144。也就是说,齿142分别形成第一组160和第二组162。第一组160、第二组162中各组中的齿142在径向上处于相同的位置。尽管示出了一级和二级迷宫式密封件,但是具有附加级的密封件可能落入本公开的范围内。在没有另外描述或示出的程度上,迷宫式密封件130对应于图3和4的迷宫式密封件30,其中相似的部件附加以“1”开头的参考数字。
当可磨耗部分磨损时,使用可磨耗材料可能产生碎屑。虽然磨耗量可能很小,但系统可能包括高精度部件。例如,系统内的轴承、传感器和电力电子设备不能有污染物侵入。因此,在该示例中,碎屑捕集部150可以布置在齿142的下游,以在可磨耗部分146磨损时从中捕获任何碎屑。在一些示例中,碎屑捕集部150布置在排放路径152上,以重新引导碎屑远离密封件130下游的任何敏感部件。这种布置有助于防止碎屑损坏系统中的其他组件。
任何上述迷宫式密封件30、130可用于任何密封位置30A-30F。在一些示例中,不同类型的迷宫式密封件30、130可用于同一压缩机10内的不同密封位置30A-30F。
虽然不同的示例具有图示中所示的特定组件,但是本公开的实施例不限于这些特定组合。可以将一个示例中的一些组件或特征与另一个示例中的特征或组件结合使用。
本领域普通技术人员将理解,上述实施例是示例性的而非限制性的。也就是说,对本公开的修改将落入权利要求的范围内。因此,应该研究以下权利要求以确定其真实范围和内容。
Claims (20)
1.一种压缩机,包括:
被配置为相对于定子旋转的转子,定子具有可磨耗部分;
转子和定子之间的至少一个迷宫式密封件,其中迷宫式密封件包括从转子向可磨耗部分延伸的多个齿。
2.如权利要求1所述的压缩机,其中,所述多个齿以阶梯式布置设置。
3.根据权利要求1所述的压缩机,其中,所述多个齿被布置成由径向台阶分开的三组。
4.根据权利要求1所述的压缩机,其中,所述可磨耗部分由聚四氟乙烯、聚酰胺和低强度合金中的一种制成。
5.如权利要求1所述的压缩机,其中,所述齿被配置为与所述可磨耗部分接触,并随时间在所述可磨耗部分中雕刻轨迹。
6.如权利要求1所述的压缩机,其中,穿过迷宫式密封件限定流动路径,并且排放路径布置在迷宫式密封件的下游。
7.如权利要求1所述的压缩机,其中,穿过迷宫式密封件限定流动路径,并且碎屑捕集部布置在迷宫式密封件的下游。
8.如权利要求1所述的压缩机,其中,迷宫式密封件布置在第一位置,并且第二迷宫式密封件布置在转子和定子之间的第二位置。
9.如权利要求1所述的压缩机,其中,所述转子包括叶轮,所述定子是壳体,并且所述迷宫式密封件布置在所述叶轮的外径和所述壳体之间。
10.如权利要求1所述的压缩机,其中,所述转子包括叶轮,并且所述迷宫式密封件布置在所述叶轮的内径处。
11.如权利要求1所述的压缩机,其中,所述转子在由电动机驱动的轴上旋转。
12.如权利要求1所述的压缩机,其中,所述压缩机是两级压缩机。
13.如权利要求1所述的压缩机,其中,所述压缩机用于加热、通风和空调(HVAC)冷却器系统。
14.一种制冷系统,包括:
主制冷剂回路,其包括压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀装置,其中,所述压缩机包括:
被配置为相对于定子旋转的转子,定子具有可磨耗部分;以及
转子和定子之间的至少一个迷宫式密封件,其中,迷宫式密封件包括从转子向可磨耗部分延伸的多个齿。
15.如权利要求14所述的制冷系统,其中,所述多个齿以阶梯式布置设置。
16.如权利要求15所述的制冷系统,其中,所述多个齿被布置成由径向台阶分开的至少两组。
17.如权利要求14所述的制冷系统,其中,所述齿被配置为与所述可磨耗部分接触,并且随时间在所述可磨耗部分中雕刻轨迹。
18.如权利要求14所述的制冷系统,其中,穿过所述迷宫式密封件限定流动路径,并且排放路径和碎屑捕集部中的至少一个被布置在所述迷宫式密封的下游。
19.如权利要求14所述的制冷系统,包括在转子和定子之间的第二迷宫式密封件。
20.如权利要求14所述的制冷系统,其中,所述压缩机是两级离心压缩机。
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