CN1336986A - 螺旋压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种用来压缩在一个工作室(28)中的工作流体的螺旋压缩机(20)和方法,该工作室具有一个凸形转子(24)和一个凹形转子(26),每个转子由在第一轴承室(44)和第二轴承室(46,48)所支承,在这些轴承室中的低压和高压分别地保持为至少与工作室(28)中的低压和高压的90%相等。该压缩机具有一个与第一轴承室(44)相连接的第一加压润滑油箱(144)和一个与第二轴承室箱(46,48)相连接的第二加压润滑油箱(194)。在工作室(28)中的可能被腐蚀的该流体通过在转子轴上的迷宫式密封(74,76)来防止在轴承室和齿轮室中的流体的侵入,该密封具有多个与一个加压的缓冲气体装置相连通的槽(100)。从该密封泄漏出的缓冲气体进入轴承室和油箱中,并且再从这些轴承室和油箱中以某种流量释放,以便调整轴承室的压力。

Description

螺旋压缩机
发明领域
本发明总的涉及旋转式压缩机，更准确地说，涉及正排量型的旋转式压缩机，该压缩机包括配置在一个外壳内的两个或更多个转子或螺旋，该转子或螺旋支承在轴承上并且加工成形有互相啮合的螺旋叶片和凹槽。
发明背景
从现有技术的旋转式压缩机所公开的内容中可知，一个转子先被驱动，然后该转子又通过一个齿轮传动装置(或不用齿轮装置而直接地)驱动另外一个转子。转子之间互相不接触，也不与外壳接触，但是在叶片的尖端，转子上的配合表面与外壳的内表面之间都具有较小的间隙。外壳在其一端设置有一个进口孔，在对置的另一端设置有一个排出孔，在气体被排出以前，该排出孔使得在压缩机内受到压缩的气体的压力均衡地增加。该压缩机具有一个工作室，工作气体在该室中受到压缩，并且在某些情况下，把一种流体(例如油)注入该室中，以便润滑互相啮合的转子，密封住在转子与外壳之间的间隙，以及冷却受到压缩的气体。在一个转子直接驱动另一个转子的场合，该喷射流体将驱动力从一个转子传递给另一个转子。在压缩机的下游，可以将该油经过一个分离器回收，该分离器可使该油与气体相分离。这种利用转子的一个润滑装置来进行密封和冷却并且在大部分情况下还进行力的传递的压缩机叫做溢流式螺旋压缩机。这种压缩机能获得比所谓的干式压缩机更高的压缩比，干式压缩机在工作室中省去了密封润滑剂并且依靠转子和精密齿轮的精确配合，以便在运动部件之间保持一个可用来密封(可控的泄漏)的十分紧密的配合。最好是提供这样的装置，其中，齿轮和支承转子的轴承同样可利用一个独立的油源对多个轴承和齿轮室进行润滑，这些轴承和齿轮室都通过密封与工作室相隔离。
以下的公开内容可能是与本发明的各个方面都是相关的，它可以简述如下：
Bailey的美国专利3,073,513给出了一种溢流式螺旋压缩机，该压缩机利用了一个独立的压力供油箱和把油供应到工作室的泵。该油需要具有一定粘度以便在给定的间隙，油与气体的体积比，以及工作速度的情况下，能获得所需要的密封。压缩机的出口包括一个分离器，油在其中被分离并且重新循环到该加压油箱中。轴承和齿轮通过一个独立的油源进行润滑，该油源包括一个气冷式油箱和一个可把油供应到轴承并且再从该轴承流回该气冷式油箱中的泵。Bailey并建议在两个油装置之间的转子的两端都可以使用迷宫式密封。
但是，该把两个油装置隔离或者把一个油装置与一种工作流体隔离的密封存在着以下一个问题，即它们或者是昂贵的，以便通过制造和维护形成一个防漏的密封，或者它们是便宜并且易于维护的，但应允许在工作室与齿轮和轴承室之间发生泄漏。在后面的情况下，在泄漏发生的地方就会产生一个问题，在工作室中的工作流体当它与油相接触时，它就将被腐蚀或者形成一种腐蚀性混合物。油的泄漏(如果发生)以及从工作室进入轴承和齿轮中的工作流体将使轴承和齿轮加速腐蚀并且提前失效。Bailey所建议的迷宫式密封通常在具有一定间隙的情况下工作，因此，某种程度上的泄漏是可以预期的。在这种情况下，特别是在高压端，工作流体和工作室润滑剂的某些泄漏预计将会泄漏到轴承中，并且将会重复循环到所有的轴承和齿轮中去。当工作气体受到严重的腐蚀后，即便是很小数量的这种泄漏也对轴承有害，并且将大大地缩短轴承的寿命。由于在轴承磨损以前必须将该工艺过程停止并且更换轴承所引起的一个问题是，它将使转子之间的间隙产生过大的变化，从而导致对压缩机的严重损害。频繁的工艺过程停止是费用昂贵的并且将降低生产率。
发明简介
简单说来，根据本发明的一个方面，提供了一种用来润滑和密封与螺旋压缩机的多个转子相联系的轴承和齿轮并且把一种待压缩的工作流体与用于轴承和齿轮的润滑剂相隔离的方法，该螺旋压缩机具有在一个工作室内的工作流体和转子，该转子具有多个支承在该轴承上的轴，轴承安装在多个轴承室内，该轴从工作室穿过一直到轴承室中的轴承上，该工作室具有一个低压进口端和一个用于该可压缩流体的高压的出口端，该方法包括：向在工作室低压进口端附近的第一轴承室提供一个轴承室低压，轴承室低压至少等于该工作室的低压进口端处的压力的约90％；向在工作室高压出口端附近的第二轴承室提供一个轴承室高压，该轴承室高压至少等于该工作室的高压出口端处的平均压力的约90％；
把油在压力下注入到在多个轴承室内的轴承中；
通过多个具有一个围绕每个转子轴的孔的密封把该第一和第二轴承室与该工作室相隔离，该密封包括一个本体，该本体具有一个在该工作室附近的第一端和一个在一个轴承室附近的第二端，以及一个在该两端中间的该孔中的内槽，每个密封的该内槽与一个缓冲气体源相连接；向在该第一轴承室附近的密封提供一种缓冲气体，该缓冲气体在该槽附近具有一个低压，该低压大于该轴承室低压，该低压缓冲气体的一部分进入该第一轴承室；向在该第二轴承室附近的密封提供一种缓冲气体，该缓冲气体在该槽附近具有一个高压，该高压大于该轴承室高压，该高压缓冲气体的一部分进入该第二轴承室；
将在该第一轴承室中的油和该部分低压缓冲气体从该第一轴承室释放，以便保持该轴承室低压；以及将在该第二轴承室中的油和该部分高压缓冲气体从该第二轴承室释放，以便保持该轴承室高压。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用来润滑和密封与螺旋压缩机的多个转子相联系的轴承和齿轮并且把一种待压缩的工作流体与用于该轴承和齿轮的润滑剂相隔离的方法，该螺旋压缩机具有在一个工作室内的该工作流体和该转子，该转子具有多个支承在该轴承上的轴，该轴承安装在多个轴承室内，该轴从工作室穿过一直到轴承室中的轴承上，该工作室具有一个低压进口端和一个用于该可压缩流体的高压的出口端，该方法包括：在该工作室的该低压进口端附近提供一个第一轴承室；在该工作室的该高压出口端附近提供一个第二轴承室；把油在压力下注入到在多个轴承室内的轴承中；通过多个具有一个围绕每个转子轴的孔的密封把该第一和第二轴承室与该工作室相密封，该密封包括一个本体，该本体具有一个在该工作室附近的第一端和一个在一个轴承室附近的第二端，以及一个在该两端中间的该孔中的内槽，每个密封的该内槽与一个缓冲气体源相连接；以一个第一预定流量把一种低压的缓冲气体提供给在该第一轴承室附近的密封，该低压缓冲气体的第一部分进入该第一轴承室中；以一个第二预定流量把一种高压的缓冲气体提供给在该第二轴承室附近的密封，该高压缓冲气体的第一部分进入该第二轴承室中；将在该第一轴承室中的油和该第一部分低压缓冲气体从该第一轴承室释放，并且把所释放的低压缓冲气体的流量限制在一个小于该第一预定流量的流量上，以便在该第一轴承室中产生一个低压，并且迫使第二部分的低压缓冲气体进入该工作室中；以及将在该第二轴承室中的油和该第一部分高压缓冲气体从该第二轴承室释放，并且把所释放的高压缓冲气体的流量限制在一个小于该第二预定流量的流量上，以便在该第二轴承室中产生一个高压，并且迫使第二部分的压缓冲气体进入该工作室中。
根据本发明的又一个方面，提供了一种用来润滑和密封与螺旋压缩机的多个转子相联系的轴承和齿轮并且把一种待压缩的工作流体与用于该轴承和齿轮的润滑剂相隔离的装置，该压缩机具有在一个工作室内的该工作流体和该转子，该转子具有多个支承在该轴承上的轴，该轴承安装在多个轴承室内，该轴从工作室穿过一直到轴承室中的轴承上，该工作室具有一个低压进口端和一个用于该可压缩流体的高压的出口端，该装置包括：一个在该工作室的低压进口端附近的第一轴承室；用来向第一轴承室提供一个轴承室低压的装置，该轴承室低压至少等于该工作室的低压进口端处的压力的约90％；一个在该工作室的高压出口端附近的第二轴承室；用来向第二轴承室提供一个轴承室高压的装置，该轴承室高压至少等于该工作室的高压出口端处的平均压力的约90％；多个在每个轴承室附近和在每个转子轴上的密封，该密封用来使该第一和第二轴承室与该工作室相隔离，该密封具有一个围绕每个转子轴的孔，该密封包括：一个本体，该本体具有一个靠近该工作室的第一端；和一个靠近一个轴承室的第二端以及一个在该两端中间的该孔中的内槽；一个与每个密封的该内槽相连接的加压的缓冲气体源；一个靠近一个轴承室的第二端以及一个在该两端中间的该孔中的内槽；一个与每个密封的该内槽相连接的加压的缓冲气体源；一个在该缓冲气体源与该第一轴承室的该密封之间的第一压力调整装置，该装置用来向在第一轴承室内的该密封中的该槽提供一个大于该轴承室低压的缓冲气体低压，其中，一部分低压的缓冲气体流入该第一轴承室；以及一个在该缓冲气体源与该第二轴承室的该封之间的第二压力调整装置，该装置用来向在第二轴承室内的该密封中的该槽提供一个大于该轴承室高压的缓冲气体高压，其中，一部分高压的缓冲气体流入该第二轴承室。
根据本发明的再一个方面，提供了一种用来润滑和密封与螺旋压缩机的多个转子相联系的轴承和齿轮并且把一种待压缩的工作流体与用于该轴承和齿轮的润滑剂相隔离的装置，该压缩机具有在一个工作室内的该工作流体和该转子，该转子具有多个支承在该轴承上的轴，该轴承安装在多个轴承室内，该轴从工作室穿过一直到轴承室中的轴承上，该工作室具有一个低压进口端和一个用于该可压缩流体的高压的出口端，该装置包括：一个在该工作室的低压进口端附近的第一轴承室；一个在该工作室的高压出口端附近的第二轴承室；多个在每个轴承室附近和在每个转子轴上的密封，该密封用来使该第一和第二轴承室与该工作室相隔离，该密封具有一个围绕每个转子轴的孔，该密封包括一个本体，该本体具有一个靠近该工作室的第一端和一个靠近一个轴承室的第二端以及一个在该两端中间的该孔中的内槽；一个与每个密封的该内槽相连接的加压的缓冲气体源；一个在该气体源与第一轴承室的密封之间的第一流量调整装置，该装置用来向在第一轴承室内的密封中的该槽提供一个预定的低压缓冲气体的流量，其中，一部分低压缓冲气体流入到第一轴承室中；一个在该气体源与第二轴承室的密封之间的第二流量调整装置，该装置用来向在第二轴承室内的密封中的该槽提供一个预定的高压缓冲气体的流量，其中，一部分高压缓冲气体流入到第二轴承室中；一个第三流量调整装置，该装置用来从第一轴承室提供一个低压缓冲气体的流量，该流量小于低压缓冲气体的该预定流量；以及一个第四流量调整装置，该装置用来从第二轴承室提供一个高压缓冲气体的流量，该流量小于高压缓冲气体的该预定流量。
附图简介
本发明的其他的特征随着下面的说明的进行连同参照附图将一清二楚，附图中：
图1A和1B示出了螺旋压缩机的侧视图和端视图。
图1C示出了通过图1A的压缩机所截取的一个局部的剖视图1C-1C，图中示出了转子的互相啮合的叶片。
图2示出了通过图1B的压缩机的转子轴线所截取的剖视图2-2，图中示出了在转子轴上的迷宫式密封和用于轴承润滑剂和缓冲气体的通道。
图3示出了图2的迷宫式密封中的一个密封的放大的视图。
图4示出了一个提供给工作室，轴承室和密封的流体的流体原理图。
虽然本发明将结合其一个最佳实施例来进行描述，但是应当理解，这并不是要把本发明限定于该实施例。相反，这是为了要覆盖可以包括在由所附的权利要求书中所限定的本发明的精神和范围内的所有的可替换方案，变更方案和等效方案。
发明详述
现在参看附图，图中所显示的内容只是为了说明本发明的一个最佳实施例，而不是为了限制本发明。
图1A，1B和1C示出了一个包括一个外壳22的旋转式压缩机20，该外壳容纳有在其工作室28(示于图1C中，该图是从图1A的压缩机所截取的沿着1C-1C方向看去的局部断面图)内的至少一个凸形转子24和至少一个凹形转子26，以及一个可压缩的工作流体的进口30和一个可压缩工作流体的出口32。该凸形转子由一个驱动轴34所驱动，该驱动轴与一个旋转运动的来源(未示出)相连接，例如一个电动机，蒸汽机，或液压马达等。如图1中所示，工作流体的进口30(虽然其图示位置在转子的侧面)与外壳内的把工作流体引导到转子左端的那些通道相液压连通。工作流体沿着转子的长度从左到右流过，并且在转子之间受到压缩，以及在它被引导到并且从出口32排出以前，压紧在工作室的右端。这类压缩机在本技术领域是众所周知的，相信不需要对其压缩工作原理作出进一步的说明。
图2是从图1B截取的剖视图2-2，图中示出了旋转式压缩机的更多的方面。为清楚起见，图中已将驱动轴处的一部分外壳取走。通道36和38分别地将进口30与凹形转子26的进口端40以及凸形转子24的进口端42相连通。除了工作室28以外，外壳22还包括多个轴承室，例如轴承和齿轮室44，轴承室46以及轴承室48。滚珠轴承50和滚子轴承52位于轴承和齿轮室44内，它们支承驱动轴34和一个附设的驱动齿轮54。驱动轮54和一个在凸形转子24的转子轴58上的小齿轮56相啮合。滚子轴承60支承着转子轴58的齿轮端。凹形转子26的转子轴62由滚子轴承64所支承。滚子轴承60和64也在轴承和齿轮室44内。
在凸形转子24的出口端，转子轴58由一对设置在轴承室46内的锥柱轴承66a和66b所支承。在凹形转子26的出口端，转子轴62由一对设置在轴承室48内的锥柱轴承68a和68b所支承。除了承受径向载荷以外，这些锥柱轴承还能承受作用在各自的轴上的轴向载荷，由此可将转子在外壳内沿轴向精确地定位。以上所述的所有轴承都通过常规的方法固定在轴上并且由外壳22支承和定位，并且这些轴承都通过常规的方法在该外壳内被固定就位。在工作室28的出口端70处可以看到的一个三角形的孔72至少部分地位于工作室的侧壁中，该孔与出口32相流体连通(在图1A和1B中示出)。
在轴承和齿轮室44内的轴承60与工作室28之间是一个安装在外壳22内并且包围着凸形转子轴58的迷宫式密封74。在轴承和齿轮室44内的轴承64与工作室28之间是一个安装在外壳22内并且包围着凹形转子轴62的迷宫式密封76。在轴承室46内的轴承66a与工作室28之间是一个安装在外壳22内并且包围着凸形转子轴58的迷宫式密封78。在轴承室48内的轴承68a与工作室28之间是一个安装在外壳22内并且包围着凹形转子轴62的迷宫式密封80。迷宫式密封74和76是用来阻止润滑流体从轴承和齿轮室44进入工作室28内的流动，以及阻止工作流体和任何转子的润滑和密封流体从工作室28进入轴承和齿轮室44内的流动。迷宫式密封78是用来阻止润滑流体从轴承室46进入工作室28内的流动，以及阻止工作流体和任何转子的润滑和密封流体从工作室28进入轴承室46内的流动。迷宫式密封80是用来阻止润滑流体从轴承室48进入工作室28内的流动，以及阻止工作流体和任何转子的润滑和密封流体从工作室28进入轴承室48内的流动。
图3示出了围绕着轴58的迷宫式密封78的一个放大的视图，它是其他迷宫式密封的一个典型的代表。该密封包括一个中空的圆柱体82和多个形成一个内孔86的圆形肋条84。这些肋条与其中装有凸形转子24的工作室28形成一个角度。这些肋条84沿着密封78的轴承室端部88到该密封的工作室端部90均匀地分布。在端部88和90中间的是一个环形槽92，此处省去了一个肋条。多个沿径向取向的孔(例如孔94和96)从槽92穿过圆柱体82伸出。一个与外壳22中的通道100沿轴向对中的环形槽98位于圆柱体82的外圆柱面上。从槽98延伸到该多个孔中的每个孔(例如孔94和96)处的是沿轴向取向的多个槽缝，例如与孔94连通的槽缝102和与孔96连通的槽缝104。两个O形环凹槽也位于圆柱体82的外圆柱面上，其中凹槽106靠近端部88以及凹槽108靠近端部90。这些凹槽用来容纳O形环(例如0形环110)，O形环与外壳22相配合将凹槽98与工作室28和轴承室46相密封。其他形式的密封，例如没有肋条的紧配合的直孔密封，也可以在本发明中使用，虽然迷宫式密封是优选的。一般认为，迷宫式密封在阻止油沿着转子轴通过密封的芯吸作用方面效果更好，因为沿着轴流动的缓冲气体的速度是随着它流过在密封中的每个肋条而增加的。这种高速度将使油沿着轴的前进停止。
参看图2，在外22壳中有多个用来将油引导到轴承和齿轮中去和将缓冲气体引导到密封中去的通道。通道112将滤过的新油引导到齿轮54和56以及在室44内的轴承50和60中。通道114将滤过的新油引导到室44内的轴承52和64中。通道116将滤过的新油引导到室46内的轴承66a和66b中。通道118将滤过的新油引导到室48内的轴承68a和68b中。通道120将缓冲气体引导到密封74中以及通道122将缓冲气体引导到密封76中。一部分缓冲气体从密封74和76泄漏到工作室28中以及一部分缓冲气体则泄漏到室44中。通道100将缓冲气体引导到密封78中，而通道124则将缓冲气体引导到密封80中。一部分缓冲气体从密封78泄漏到工作室28中以及一部分缓冲气体则泄漏到室46中。一部分缓冲气体从密封80泄漏到工作室28中以及一部分缓冲气体则泄漏到室48中。通道126将较大的百分比的缓冲气体从在密封78与轴承66a之间的室46的这部分引导到外壳22的外部的某个位置上。这样做的目的是将缓冲气体放出，使得它从室46中被除去以前不需要流过轴承66a和66b。同样，通道128将较大的百分比的缓冲气体从在密封80与轴承68a之间的室48的这部分引导到外壳22的外部的某个位置上。通道130将油和某些缓冲气体从室46引导到外壳22的外部的某个位置上。通道132将油和某些缓冲气体从室48引导到外壳22的外部的某个位置上。通道134将油和某些缓冲气体从室44引导到外壳22的外部的某个位置上。
现在参看图4来描述油和缓冲气体的管路系统。为了便于理解该系统的工作原理，某些典型的压力和流量将以数字说明，但是应当理解，这些数值不是用来限制本发明的，它在不同的应用场合将是不同的。来自一个工作气体源136的工作气体(其压力约为2-3psi)通过进气管路137和进口30进入工作室中。该工作气体先在工作室28中被压缩到约为100psi的压力，然后从出口32排出。该最大压力在凸形和凹形转子上的绕过在室28的侧面上的三角形孔72(图2)的这些叶片的末端处形成。在这瞬间，其他叶片上的压力稍有降低，因而围绕每个转子轴的平均压力也将稍有降低。在溢流式的螺旋压缩机的情况下，润滑剂可以通过管路135注入进口30中(或者它可以直接注入工作室28中)，并且工作气体和润滑剂都可以通过一个油分离器138(它还可以起一个油箱的作用)。来自该分离器的油可以被收集在油箱140中，并且可以通过泵装置142送回到该进口处以备重新使用。泵装置142可以包括例如过滤器，冷却器，压力调节器等附件。
为了把油供给到压缩机的低压进口端和高压出口端处的轴承中，从油箱140分离出来的第一油箱144上设置有一个包括一个压力调节器150的泵装置146。当油和气体进入其中时，该第一油箱还可以作为一个油/气分离器使用。主加压油路152的开始端是通向高压端的支路154，156以及通向低压端的支路158，160。参看图2(示出了这些通道)和图4，支路154与外壳22中的通道116相连通(图2)；支路156与通道118相连通；和158与通道114相连通；以及支路160与通道112相连通。每个支路(例如支路154)都装有一个针阀(例如阀162)和一个流量指示器(例如指示器164)，以便调整在高压主管路与相关的压力轴承室之间的流量；室46对支路154，室48对支路156，以及室44对支路158和160。在压缩机的低压端，在轴承和齿轮室44中的压力将被调整为与工作室28的进口压力大相致同，或者被调整为3psi左右。在一个最佳实施例中，在轴承和齿轮室44中的压力将被调整为工作室28的进口压力的90％。该压力可以通过一个与轴承室44流体连通的压力计161来检测。在压缩机的高压端，轴承室46和48中的压力将被调整为与工作室的出口端70(见图2)处围绕转子轴周围的平均压力大致相同，或者被调整为65 psi左右(在最大出口压力为100psi的情况下)。该压力可以通过一个与轴承室46流体连通的压力计157以及通过一个与轴承室48流体连通的压力计159来检测。在支路中流向轴承的油的流量将被调整为0.8gpm左右。通过将在轴承室中的油的压力保持在一个大致与在工作室的每个端部处的工作流体的压力相等的水平上，就只有很小的(或不会有)驱动力来促使轴承油和工作流体(以及任何在工作室中的润滑剂)进行混合。
为了对每个低压端的所有密封和压缩机的高压端提供一种缓冲气体，设置了来自单独的缓冲气体(例如空气或氮气等)源163的两个缓冲气体主管路。低压主供气管路165设置有一个低压调节器166，该调节器可在供应两个支路168和170的7标准立方英尺/分(scfm)的流量的条件下，提供约100psi的压力。高压主供气管路172设置有一个高压调节器174，该调节器可在供应两个支路176和178的10scfm的流量的条件下，提供约105psi的压力。每个支路(例如支路168)具有一个旋转流量计(例如旋转流量计180)，该流量计包括用来调整在相关的压力主管路与相关的压力轴承室之间的流量的一个针阀和一个流量指示器；室44对支路168和170，室46对支路176以及室48对支路178。在每个密封中所产生的缓冲气体的压力应当稍大于工作室端部和在每个密封的端部附近的轴承室中的压力。理论上，“密封压力”应当是在槽92(图3)中的压力。但是，实际上说来，该密封压力应当大致与把缓冲气体供应给该密封的通道的开始处(例如，参看图2，在通道100进入外壳22处的入口101处)的压力相同。现在参看图4，一个压力计(例如压力计179)可以方便地安装在此处以便检测密封的压力。在该密封中沿轴向从槽92(图3)到工作室或轴承室的压力降通常为3-10psi，这要取决于以下这些众所周知的因素，例如气体的流量，肋条的数目，肋条与转子轴的配合，密封和轴的直径，以及其他的这类因素等。进入通道100中的流量也是一个足够高温的可靠的指示值，并且可以用它来判断系统的正常工作的情况。如果该压力太低，那里将没有流量通过旋转流量计，如果该压力太高，则将出现过剩的流量，造成对缓冲气体的浪费。对于密封的正常工作来说，进入一个密封的流量为3-5scfm就足够。就上述液压系统来说，在压缩机的低压端，在轴承和齿轮室44中的压力将调整为与工作室28的进口压力大致相同，或3psi左右。在一个最佳实施例中，该轴承和齿轮室的压力将调整为工作室的进口压力的至少90％。密封74和76中的每个密封的流量，在密封压力约为8psi或一般认为的约高于工作室的进口压力5psi的条件下，将调整为约2-3scfm。在压缩机的高压端，在轴承室46和48中的压力将调整为与围绕在工作室的出口端70(图2)处的转子轴周围的平均压力大致相同，或者调整为例如约为65psi(在最大出口压力为100psi的条件下)。在一个最佳实施例中，该轴承室的压力将调整为在工作室的出口端的平均压力的至少90％。密封78和80中的每个密封的流量，在密封压力约为72psi或一般认为的约高于工作室的平均出口压力7psi的条件下，将调整为约4-5scfm。参看图2(示出这些通道)和图4，支路168与在外壳22(图2)中的通道120相连通；支路170与通道122相连通；支路176与通道100相连通；以及支路178与通道124相连通。
由于这些密封都是迷宫式密封(虽然其他密封在本发明中也可以使用)，缓冲气体将会发生某些泄漏。参看图3，用于标准的密封78的缓冲气体通过通道100引导到槽98中，然后再沿着槽缝102到孔94和96中，然后再到位于密封体82的两端中间的环形槽中。由于缓冲气体已被导入密封体82的两端的中间，因而，到每个密封去的流量的一部分将流到相关的轴承室中，而剩下的另一部分的流量将流到工作室中。在图3中，所示出的密封具有偏离中心的通道92，使得3个肋条在工作室一侧以及11个肋条在轴承端一侧。一般认为，这样将可向工作室提供一个比一个平衡流量工作得更好的较大的缓冲气体的流量，以便使腐蚀性的工作流体不能进入该密封并且到达轴承中。在轴承室44中，回流管路182使油和缓冲气体从室44返回到第一油箱144中。管路182是一条重力回流管路，由于在室44和第一油箱中的压力是大约相等的，因而该管路必须向该第一油箱倾斜。在轴承室46中，回流管路184运送着由外壳22(图22)的外部的管路176导入的大部分缓冲气体，以及回流管路186运送着由管路154导入的油和由管路176导入的某些缓冲气体。在轴承室48中，回流管路188运送着由管路156导入的油和由外壳22的外部的管路178导入的某些缓冲气体，以及回流管路190运送着由该外壳的外部的管路178导入的大部分缓冲气体。外壳22，回流管路184，186，188和190组合在一起并且并联在主回流管路192上，该主流管路把油和某些缓冲气体运送到第二油箱194(该油箱还可用作一个油气分离器)中，该油箱保持与轴承室46和48相同的压力。回流管路192是一条重力回流管路，因而必须向第二油箱194倾斜。在第二油箱中，缓冲气体和油被分离，油通过管路196和一个浮子阀回到第一油箱144中，该浮子阀使油压降低并且使在第二油箱中的油面保持一个恒定的油面。缓冲气体通过管路200从第二油箱排出，并且在该气体被导入一个废物处理系统中或者返回到在管路137处的压缩机的进口端并且与工作气体相混合以前，使其压力通过一个旋转流量计202下降，此时的流量约为5scfm(在所述的密封条件下)。或者，从第二油箱排出的缓冲气体可以进入第一油箱并且可以沿着虚线管路203进入第一油箱144的顶部空间，由此可以节省一笔管路系统的费用。作为旋转流量计202的一部分的针阀是用来控制第二油箱194中的背压的主要元件，该背压控制着轴承室46和48中的压力。在高压条件下被迫溶解于油中的任何缓冲气体在第一油箱中的低压条件下能够“汽化”。该缓冲气体可通过由旋转流量计206控制的排气管路204在流量约为3scfm的情况下从第一油箱144排出(在所述的密封条件下)。作为旋转流量计206的一部分的针阀是用来控制第一油箱144中的背压的主要元件，该背压控制着轴承室44中的压力。这样，就可以将通过管路204排出的该缓冲气体导引到一个废物处理系统中，或者如所图示的情况那样，返回到在管路137处的压缩机的进口端，并且与工作气体相混合。最好不要重新使用该缓冲气体并且把它重新导入缓冲气体源中，因为对于缓冲气体源来说，压缩机的位置可能是远距离的，因而把该低压气体返回到气体源的费用对于可能获得的节省来说是不值的。
在操纵该系统时，根据压力来决定最佳操纵压力是重要的。在低压端，可以简单地通过把一个压力计208(图4)放在工作室的进口处来决定在压缩机的低压进口端的压力值。假定围绕在密封74和76的端部90(图3)处的转子轴周围的压力与该压力值大致相等。用于每个低压密封74和76的缓冲气体的旋转流量计180和180′可以被设定成能对这些密封提供小流量的气体，并且将旋转流量计206调整到能对轴承室44提供一个压力，该压力至少与在工作室28的进口端所测定的压力值的约90％相等。在一个最佳实施例中，该低轴承室压力也可以与该进口端的工作室压力大致相等，或者可以大于该压力30％那么多。如果该轴承室的压力太大，将需要过量的缓冲气体的流量来阻止轴承油进入工作室。一般认为，在大流量的缓冲气体的情况下，可能发生油的雾化，并且轴承油也可以由在管路204中的缓冲气体的废气流中带走。这种情况可以通过检测在油箱144中的油面来确定，该油面应当保持恒定。密封压力总是大于轴承室的压力，以便保证有缓冲气体的正流量进入轴承室，从而使轴承室的油不能进入该密封。密封压力仅仅是这样一个压力，它需要在选定的轴承室压力的条件下能提供预定的正密封流量；在决定密封压力的上限时，该密封流量是一个重要的参数。
在工作室的高压端，由于围绕转子轴和密封周围的平均压力很难测量，可以使用不在工作室内直接测量的装置来确定开始工作的初始压力。例如，可以使用一个截止阀210把来自缓冲气体源的管路172关闭，使用截止阀212把管路192关闭，以及使用截止阀162和162′把管路154和156关闭。然后就可以以简洁的方式操纵压缩机，使工作室压力在没有任何明显的流量通过密封78和80的情况下，通过这些密封“空载回送”到轴承室46和48中(分别地)。在压力计157和159上分别可以看到的轴承室46和48中的压力将与工作室的平均的高压相等。该压力值可以用来确定在第二油箱194中的压力。最好是，轴承室的高压和第二油箱压力也与高压出口端处的平均的工作室压力大致相等，或者可以大于该压力30％那么多。如同在低压条件下所的那样，在轴承室压力太高的条件下工作将会引起油箱中的油的损失。在评定工作情况时需要考虑的一些重要事项如下：
1)第一油箱144中的油面在工作期间应当基本上保持恒定，如果使用了溢流式螺旋压缩机，在油箱140中的油面也应当在工作期间基本上保持恒定。
2)向密封74，76，78和80的流量应当保持在一个可以接受的下限值上，该流量下限将不会浪费缓冲气体并且不会形成可能发生油的过量雾化从而导致来自第一油箱144的油量的损失。
3)不应当有腐蚀性的工作流体进入轴承液压系统的任何明显的移动，这种情况将会以在轴承油中的污染物的聚集的形式显示出来。
该系统的工作原理已经借助于用来设定并调整该系统的压力进行了说明。由于流量和压力是互相关联的，因此也可以使用流量来描述本发明以及该系统的工作。例如，不需要精确地了解系统中的压力是多大，使用流量就可以成功地设定和操纵该系统。例如，在压缩机运行时，通过旋转流量计180和180′就可以将流向密封74和76的缓冲气体的流量设定为每个3scfm(总流量为6scfm)。通过转子流量计206可以将从轴承室44和第一油箱144中出来的流量设定为3scfm。这样将在轴承室44中建立一个压力，该压力将迫使1.5scfm的缓冲流体从每个密封流入工作室28(总计为3scfm)的低压进口端。这样将使从密封74和76中出来的缓冲气体流量形成一个适当的平衡，并且在低压轴承室44中形成一个适当的压力，以防止工作流体与轴承油的混合。在压缩机的高压端，通过旋转流量计180″和180″就可以将流向密封78和80的缓冲气体的流量设定为每个密封5scfm(总流量为10scfm)。通过转子流量计206可以将从轴承室46和48以及第二油箱194中出来的流量设定为5scfm。这样将在轴承室46和48中建立一个压力，该压力将迫使2.5scfm的缓冲流体从每个密封流入工作室28(总计为5scfm)的高压出口端。这样将使从密封78和80中出来的缓冲气体流量形成一个适当的平衡，并且在低压轴承室46和48中形成一个适当的压力，以防止工作流体与轴承油的混合。在上述的通过流量来调整该系统的说明中，流向每个密封的流量被分成两个部分，其中的第一部分流到轴承室，第二部分流到工作室。为保持在轴承室中的正常的工作条件，离开某个轴承室的缓冲气体量应控制为小于流入该轴承室的缓冲气体的总量。这样将迫使在该轴承室的密封中的一部分缓冲气体流到工作室内。
可以预料，在该系统开始工作时先用人工设定压力和流量，随后该系统将保持一个稳定的工作状态。如果发生众所周知的压力和流量的波动，该系统能自动地调整这些压力和流量。这种自动调整是通过自动检测在轴承室44或用于低压的第一油箱144中的压力；以及自动检测在轴承室46和48或用于高压的第二油箱194中的压力，然后将这些检测值与预定值相比较而实现的。当检测的压力发生偏差需要进行调整时，旋转流量计202的自动控制能调整高压，而旋转流量计206的自动控制能调整低压。或者，可能需要自动检测流向密封的缓冲气体的流量并且调整密封的旋转流量计(例如旋转流量计180)，以及可能需要自动检测从第一和第二油箱144和194流出的缓冲气体的流量并且调整旋转流量计202和206，以便在工作波动时保持规定的流量值。已知的工业用的计算机控制装置适用于这种自动的反馈控制。
所描述的该系统提供了一种用来润滑和密封与螺旋压缩机的多个转子相联系的轴承和齿轮并且把一种待压缩的工作流体与该轴承和齿轮润滑剂相隔离(以避免润滑剂与对轴承和齿轮将是一种腐蚀剂的工作流体的接触)的方法和装置。最好把该系统应用在溢流式压缩机上，因为一般认为，在工作室中的油在一定程度上存在于密封的工作室端部90中，从而在给定的密封压力下有助于把缓冲气体流量保持在一个低水平上。这样就允许使用一个比在干式螺旋压缩机中使用相同的缓冲气体流量所需要的密封更短的密封。较短的密封允许使用一个较短的转子轴以及允许使用一个较小直径的转子轴，从而有助于提供一个较低价格的压缩机。虽然该系统是参照一个只具有两个转子的螺旋压缩机进行说明的，但是本发明的教授内容将适用于在本技术领域中众所周知的具有两个以上的转子的压缩机。虽然图示的装置具有三个轴承室，其中一个轴承室为低压以及两个轴承室为高压，但是，图示的压缩机同样也可以在只具有两个轴承室(一个室为低压，另一个室为高压)或者具有四个轴承室(两个室为低压，另两个室为高压)的条件下工作。只要存在有两个以上的转子，就可以存在比四个更多的轴承室。在所有的情况下，都将有多个轴承室存在，其中，至少一个为低压轴承室(第一室)，以及至少一个为高压轴承室(第二室)。
因此，可以明显地看到，本发明已经提供了一种用来在一个工作室中压缩工作流体的螺旋压缩机装置和方法，它们能够完全满足上文中所提出的目的和优点。虽然已经对本发明连同其一个特定的实施例进行了说明，显然，对于在本技术领域的普通技术人员来说，各种替换，更改和变化方案将是一目了然的。因此，本发明将包括所有这些替换，更改和变化方案，只要它们不超出附属权利要求书中所限定的精神和范围。

Claims (23)

1.一种用来润滑和密封与螺旋压缩机的多个转子相联系的轴承和齿轮并且把一种待压缩的工作流体与用于该轴承和齿轮的润滑剂相隔离的方法，该螺旋压缩机具有在一个工作室内的该工作流体和该转子，该转子具有多个支承在该轴承上的轴，该多个轴承安装在多个轴承室内，该多个轴从工作室穿过一直到轴承室中的轴承上，该工作室具有一个低压进口端和一个用于该可压缩流体的高压出口端，该方法包括：
向在该工作室低压进口端附近的第一轴承室提供一个轴承室低压，该轴承室低压至少等于该工作室的低压进口端处的压力的约90％；
向在该工作室高压出口端附近的第二轴承室提供一个轴承室高压，该轴承室高压至少等于该工作室的高压出口端处的平均压力的约90％；
把油在单独的压力下注入到在多个轴承室内的轴承中；
通过多个具有一个围绕每个转子轴的孔的密封把该第一和第二轴承室与该工作室相隔离，该密封包括一个本体，该本体具有一个在该工作室附近的第一端和一个在一个轴承室附近的第二端，以及一个在该两端中间的该孔中的内槽，每个密封的该内槽与一个缓冲气体源相连接；
向在该第一轴承室附近的密封提供一种缓冲气体，该缓冲气体在该槽附近具有一个低压，该低压大于该轴承室低压，该低压缓冲气体的一部分进入该第一轴承室；
向在该第二轴承室附近的密封提供一种缓冲气体，该缓冲气体在该槽附近具有一个高压，该高压大于该轴承室高压，该高压缓冲气体的一部分进入该第二轴承室；
将在该第一轴承室中的油和该部分低压缓冲气体从该第一轴承室释放，以便保持该轴承室低压；以及
将在该第二轴承室中的油和该部分高压缓冲气体从该第二轴承室释放，以便保持该轴承室高压。
2.权利要求1所述的方法，其中，向第一轴承室提供一个轴承室低压的步骤包括把该第一室与一个处于轴承室低压作用下的封闭和加压的第一油箱相连接；以及向第二轴承室提供一个轴承室高压的步骤包括把该第二室与一个处于轴承室高压作用下的封闭和加压的第二油箱相连接。
3.权利要求2所述的方法，其中，将在该第一轴承室中的油和该部分低压缓冲气体释放的步骤包括把该油和该部分低压缓冲气体返回到该第一油箱中，以便该缓冲气体与该油相分离；以及将在该第二轴承室中的油和该部分高压缓冲气体释放的步骤包括把该油和该部分高压缓冲气体返回到该第二油箱中，以便该缓冲气体在轴承室高压下与该油相分离，以及再把油返回到处于轴承室低压作用下的该第一油箱中。
4.权利要求3所述的方法，还包括：
通过调整从该第一油箱中释放缓冲气体来调整在该第一油箱中的轴承室低压；以及
通过调整从该第二油箱中释放缓冲气体来调整在该第二油箱中的轴承室高压。
5.权利要求4所述的方法，还包括：
保持在该第二油箱中的油的一个恒定的油面；以及
通过利用泵的抽运使该油再循环返回到该第一油箱中。
6.权利要求1所述的方法，还包括：
将油导入该工作室中，以便使该密封的第一端暴露到该导入的油中。
7.权利要求1所述的方法，其中，用来使该第一和第二轴承室与该工作室相隔离的密封包括迷宫式密封，该迷宫式密封具有多个围绕该孔的每一个转子轴设置的曲径式肋条。
8.一种用来润滑和密封与螺旋压缩机的多个转子相联系的轴承和齿轮并且把一种待压缩的工作流体与用于该轴承和齿轮的润滑剂相隔离的方法，该螺旋压缩机具有在一个工作室内的该工作流体和该转子，该转子具有多个支承在该轴承上的轴，该多个轴承安装在多个轴承室内，该多个轴从工作室穿过一直到轴承室中的轴承上，该工作室具有一个低压进口端和一个用于该可压缩流体的高压的出口端，该方法包括：
在该工作室的该低压进口端附近提供一个第一轴承室；
在该工作室的该高压出口端附近提供一个第二轴承室；
把油在压力下注入到在多个轴承室内的轴承中；
通过多个具有一个围绕每个转子轴的孔的密封把该第一和第二轴承室与该工作室相隔离，该密封包括一个本体，该本体具有一个在该工作室附近的第一端和一个在一个轴承室附近的第二端，以及一个在该两端中间的该孔中的内槽，每个密封的该内槽与一个缓冲气体源相连接；
以一个第一预定流量把一种低压的缓冲气体提供给在该第一轴承室附近的密封，该低压缓冲气体的第一部分进入该第一轴承室中；
以一个第二预定流量把一种高压的缓冲气体提供给在该第二轴承室附近的密封，该高压缓冲气体的第一部分进入该第二轴承室中；
将在该第一轴承室中的油和该第一部分低压缓冲气体从该第一轴承室释放，并且把所释放的低压缓冲气体的流量限制在一个小于该第一预定流量的流量上，以便在该第一轴承室中产生一个低压，并且迫使第二部分的低压缓冲气体进入该工作室中；以及
将在该第二轴承室中的油和该第一部分高压缓冲气体从该第二轴承室释放，并且把所释放的高压缓冲气体的流量限制在一个小于该第二预定流量的流量上，以便在该第二轴承室中产生一个高压，并且迫使第二部分的高压缓冲气体进入该工作室中。
9.权利要求8所述的方法，其中，将在该第一轴承室中的油和该第一部分低压缓冲气体释放的步骤包括：
把来自该第一轴承室的油和该第一部分低压缓冲气体传送到处于轴承室低压作用下的第一油箱中，以便该缓冲气体与该油相分离；以及
将在该第二轴承室中的油和该第一部分高压缓冲气体释放的步骤包括把来自该第二轴承室的油和该第一部分高压缓冲气体传送到第二油箱中，以便该缓冲气体与处于轴承室高压作用下的该油相分离，然后再将该油传送到处于轴承室低压作用下的第一油箱中。
10.权利要求9所述的方法，其中，限制所释放的低压缓冲气体的流量的步骤包括调整来自第一油箱的所释放的低压缓冲气体的流量；以及限制所释放的高压缓冲气体的流量的步骤包括调整来自第二油箱的所释放的高压缓冲气体的流量。
11.权利要求8所述的方法，其中，用来使该第一和第二轴承室与该工作室相隔离的该密封包括迷宫式密封，所述迷宫式密封具有多个围绕所述孔的每个转子轴设置的曲径式肋条。
12.一种用来润滑和密封与螺旋压缩机的多个转子相联系的轴承和齿轮并且把一种待压缩的工作流体与用于该轴承和齿轮的润滑剂相隔离的装置，该压缩机具有在一个工作室内的该工作流体和该转子，该转子具有多个支承在该轴承上的轴，该轴承安装在多个轴承室内，该轴从工作室穿过一直到轴承室中的轴承上，该工作室具有一个低压进口端和一个用于该可压缩流体的高压的出口端，该装置包括：
一个在该工作室的低压进口端附近的第一轴承室；
用来向第一轴承室提供一个轴承室低压的装置，该轴承室低压至少等于该工作室的低压进口端处的压力的约90％；
一个在该工作室的高压出口端附近的第二轴承室；
用来向第二轴承室提供一个轴承室高压的装置，该轴承室高压至少等于该工作室的高压出口端处的平均压力的约90％；
多个在每个轴承室附近和在每个转子轴上的密封，该密封用来使该第一和第二轴承室与该工作室相隔离，该密封具有一个围绕每个转子轴的孔，该密封包括：
一个本体，该本体具有一个靠近该工作室的第一端；和
一个靠近一个轴承室的第二端以及一个在该两端中间的该孔中的内槽；
一个与每个密封的该内槽相连接的加压的缓冲气体源；
一个在该缓冲气体源与该第一轴承室的该密封之间的第一压力调整装置，该装置用来向在第一轴承室内的该密封中的该槽提供一个大于该轴承室低压的缓冲气体低压，其中，一部分低压的缓冲气体流入该第一轴承室；以及
一个在该缓冲气体源与该第二轴承室的该密封之间的第二压力调整装置，该装置用来向在第二轴承室内的该密封中的该槽提供一个大于该轴承室高压的缓冲气体高压，其中，一部分高压的缓冲气体流入该第二轴承室。
13.权利要求12所述的装置，还包括一个与该第一轴承室相连接的第一油箱；以及一个与该第二轴承室相连接的第二油箱。
14.权利要求13所述的装置，其中，第三流量调整装置包括一个与该第一油箱相连接的阀，该阀用来从第一油箱释放缓冲流体，以便调整低压缓冲气体的流量；以及第四流量调整装置包括一个与该第二油箱相连接的阀，该阀用来从第二油箱释放缓冲流体，以便调整高压缓冲气体的流量。
15.权利要求14所述的装置，还包括一个与第二油箱相连接的浮子阀，该阀用来在第二油箱中保持一个恒定的油面并且把油传送到第一油箱中；一个与第一油箱相连接的泵，该泵用来在压力下把油注入到在多个轴承室内的轴承中。
16.权利要求12所述的装置，还包括把油导入工作室中、以便该密封暴露到该导入的油中的装置。
17.权利要求12所述的装置，其中，用来使该第一和第二轴承室与该工作室相隔离的该密封包括迷宫式密封，该迷宫式密封具有围绕该孔的每个转子轴设置的曲径式肋条。
18.一种用来润滑和密封与螺旋压缩机的多个转子相联系的轴承和齿轮并且把一种待压缩的工作流体与用于该轴承和齿轮的润滑剂相隔离的装置，该压缩机具有在一个工作室内的该工作流体和该转子，该转子具有多个支承在该轴承上的轴，该轴承安装在多个轴承室内，该轴从工作室穿过一直到轴承室中的轴承上，该工作室具有一个低压进口端和一个用于该可压缩流体的高压的出口端，该方法包括：
一个在该工作室的低压进口端附近的第一轴承室；
一个在该工作室的高压出口端附近的第二轴承室；
多个在每个轴承室附近和在每个转子轴上的密封，该密封用来使该第一和第二轴承室与该工作室相隔离，该密封具有一个围绕每个转子轴的孔，该密封包括一个本体，该本体具有一个靠近该工作室的第一端和一个靠近一个轴承室的第二端以及一个在该两端中间的该孔中的内槽；
一个与每个密封的该内槽相连接的加压的缓冲气体源；
一个在该气体源与第一轴承室的密封之间的第一流量调整装置，该装置用来向在第一轴承室内的密封中的该槽提供一个预定的低压缓冲气体的流量，其中，一部分低压缓冲气体流入到第一轴承室中；
一个在该气体源与第二轴承室的密封之间的第二流量调整装置，该装置用来向在第二轴承室内的密封中的该槽提供一个预定的高压缓冲气体的流量，其中，一部分高压缓冲气体流入到第二轴承室中；
一个第三流量调整装置，该装置用来从第一轴承室提供一个低压缓冲气体的流量，该流量小于低压缓冲气体的该预定流量；以及
一个第四流量调整装置，该装置用来从第二轴承室提供一个高压缓冲气体的流量，该流量小于高压缓冲气体的该预定流量。
19.权利要求18所述的装置，还包括一个与第一轴承室相连接的第一油箱；以及一个与第二轴承室相连接的第二油箱。
20.权利要求19所述的装置，其中，该用来向第一轴承室提供一个轴承低压的装置包括一个与第一油箱相连接的阀，该阀用来从第一油箱中释放缓冲气体，以便调整其中的压力；
以及该用来向第二轴承室提供一个轴承高压的装置包括一个与第二油箱相连接的阀，该阀用来从第二油箱中释放缓冲气体，以便调整其中的压力。
21.权利要求20所述的装置，还包括一个与第二油箱相连接的浮子阀，该阀用来在第二油箱中保持一个恒定的油面并且把油传送到第一油箱中；一个与第一油箱相连接的泵，该泵用来在压力下把油注入到在多个轴承室内的轴承中。
22.权利要求21所述的装置，还包括把油导入工作室中、以便该密封暴露到该导入的油中的装置。
23.权利要求18所述的装置，其中，用来使该第一和第二轴承室与该工作室相隔离的该密封包括迷宫式密封，该迷宫式密封具有围绕该孔的每个转子轴设置的曲径式肋条。
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