CN208918597U - 圆柱形对称式容积式机器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种圆柱形对称式容积式机器，其包括外壳，外壳具有入口开口和出口开口，机器具有位于外壳中的两个协同操作的转子，即可旋转地安装在外壳中的外转子和可旋转地安装在外转子中的内转子，其中液体被喷射在机器中，其特征在于，在内转子和外转子的位置处在出口开口处发生液体分离，其中分离的液体再次最终到达机器中，并且其中，外转子在出口开口的位置处具有轴向延伸部，轴向延伸部围绕该出口开口几乎向上抵靠外壳地延伸，使得空间位于轴向延伸部与外壳之间。通过本公开的实施例，不需要设置单独的液体分离器，避免了在入口开口处喷射后入口温度的增加，并且获得了机器的一种空气冷却。

Description

圆柱形对称式容积式机器
技术领域
本实用新型涉及一种圆柱形对称式容积式机器。
容积式机器也称为“正排量式机器”。
特别地，本实用新型旨在用于例如具有两个转子(即，可旋转地安装在外转子中的内转子)的圆柱形的对称式的膨胀器、压缩机和泵的机器。
背景技术
此类机器是已知的并且在US 1.892.217等中有所描述。还已知转子可以具有圆柱形或圆锥形形状。
众所周知，此类机器可以用电动机驱动。
根据比利时专利申请号BE 2017/5459，已知电动机可以安装在外转子周围，其中电机定子直接驱动外转子。
这种机器相对于已知的机器具有许多优点，在已知的机器中电机轴通过变速装置与外转子或内转子的转子轴连接。
因此，机器将不仅更紧凑，使得占地面积更小，还意味着需要更少的轴密封和支承件。
在已知的机器和BE 2017/5459的机器中，转子、支承件和其他部件需要被润滑和冷却。为此提供喷射回路，所述喷射回路将例如将液体(例如油或水)喷射到在机器中以用于润滑、密封和冷却。该喷射回路还包括用于对液体加压并且能够将液体喷射在机器中的系统。
在内转子与外转子之间也存在液体喷射，其中这种喷射必须在入口处进行，这导致入口温度的增加。
在电机的位置处(on the level of)也可以喷射液体，其中电机定子设置有狭槽以使液体通过。电机也可以是空气冷却的。
由于液体还喷射在内转子与外转子之间，气体将在机器的出口处含有一定量的液体。这就是为什么必须在机器下游进行液体分离，由此将喷射的液体与气体分离。
因此，不仅需要提供单独的液体分离器。此外，在压缩机的情况下，这也意味着压力损失。
实用新型内容
本实用新型的目的在于改进BE 2017/5459中指定的机器的润滑和冷却。
为此，本实用新型涉及一种圆柱形对称式容积式机器，其中所述机器包括外壳，所述外壳具有入口开口和出口开口，所述机器在所述外壳中具有两个协同操作的转子，即，可旋转地安装在所述外壳中的外转子和可旋转地安装在所述外转子中的内转子，其中液体被喷射在机器中，其特征在于，在内转子和外转子的位置处在出口开口处发生液体分离，其中分离的液体流回所述机器中，并且其中，外转子在出口开口的位置处具有轴向延伸部，所述轴向延伸部围绕该出口开口几乎向上抵靠外壳地延伸，使得轴向延伸部与外壳之间存在空间。
由于内转子和外转子都将在出口开口处高速旋转，液体颗粒将通过离心力被向外抛出，即朝向外转子的内部抛出。以这种方式，液体颗粒将从压缩空气中去除。
这提供了以下优点：不需要包括单独的液体分离器，而是分离发生在机器本身中。
这不仅可以使机器更紧凑，而且还可以确保在机器是压缩机的情况下，可以避免液体分离器中的压力损失。
优选地，分离的液体中的至少一部分通过外转子中的液体通道最终回到机器中。
“外转子中的液体通道”指的是有效地延伸穿过外转子的液体通道。换句话说，外转子设置有中空通道，液体可以在所述中空通道中流动或流动通过所述中空通道。
通过在外转子中提供液体通道，可以经由液体通道收集并排出这些液体颗粒。
外转子在出口开口的位置处具有轴向延伸部，所述轴向延伸部围绕该出口开口几乎向上抵靠外壳地延伸，使得在轴向延伸部与外壳之间存在空间。
由于离心力和气体朝向出口开口的移动，液体颗粒将最终到达外壳与外转子的轴向延伸部之间的所述空间中。然后可以经由该空间排出液体。
优选地，液体通道在轴向延伸部中延伸，所述液体通道终止于外壳与轴向延伸部之间的空间。
因为液体最终到达空间中，所以在外壳与外转子之间会形成一种轴向支承。由此，在支撑外转子的滚珠轴承上作用的力将变小。因此，可以应用更小的滚珠轴承。
在实践的实施例中，外转子中的液体通道通向以下位置中的一个或多个：
-到内转子与外转子之间的空间的一个或多个喷射点；
-到机器的一个或多个支承件的一个或多个喷射点。
液体通道允许液体被引导到需要润滑和/或冷却的期望位置。
这提供了以下优点：内转子与外转子之间的喷射不必发生在入口侧处，因为液体通道可以从入口侧朝向下游终止于内转子与外转子之间的空间。这避免了在入口开口处喷射后入口温度的增加。
根据本实用新型的优选特性，外转子具有开放结构，所述开放结构具有用于吸入气体的通路，使得经由入口开口吸入的气体在其最终到达内转子与外转子之间之前必须经由开放结构的通路经过。
这具有如下优点：获得机器的一种空气冷却，其中可以通过吸入的空气来冷却外转子。
该原理将还允许冷却液体通道中的液体。
此外，如果机器涉及BE2017/5459的机器，则意味着嵌入在外转子中的磁体也可以被主动冷却。
附图说明
为了更好地展示本实用新型的特性，在下文中参考附图，借助于示例而没有任何限制性地描述根据本实用新型的圆柱形对称式容积式机器的一些优选的实施例，其中：
图1示意性地示出了根据本实用新型的机器；
图2以更大比例示出了图1中由F2所指的部分；
图3示出了图2的变体；
图4以更大比例示出了图1中由F4所指的部分；
图5以更大比例示出了图4中由F5所指的部分；
图6示出了图5的变体；
图7示出了图4的另一个实施例；
图8以更大比例示出了图1中由F8所指的部分；
图9以更大比例示出了图1中由F9所指的部分。
具体实施方式
在这种情况下，图1中示意性示出的机器1是压缩机装置。
根据本实用新型，机器1还可以涉及膨胀器装置。本实用新型还可涉及一种泵装置。
机器1是圆柱形对称式容积式机器1。这意味着机器1具有圆柱对称性，即，与锥体相同的对称性质。
机器1包括外壳2，所述外壳2设置有用于吸入待压缩的气体的入口开口3和用于压缩气体的出口开口4。外壳限定腔室5。
两个协同操作的转子6a、6b(即可旋转地安装在外壳2中的外转子6a和可旋转地安装在外转子6a中的内转子6b)位于机器1的外壳2中的腔室5中。
两个转子6a、6b都设置有凸出部7，并且可以协同操作地转动入彼此中，其中在凸出部7之间形成压缩腔室8，所述压缩腔室8的容积可以通过转子6a、6b的旋转而减小，使得在该压缩腔室8中捕获的气体被压缩。所述原理与已知的相邻的协同操作的螺杆转子非常相似。
转子6a、6b在机器1中安装在支承件上，其中内转子6b在一端部9a上在机器1中安装在支承件上，并且内转子6b的另一端部9b实际上由外转子6a支撑或承载。
在所示的示例中，外转子6a在两端部9a、9b处在机器1中安装在支承件上。为此使用至少一个轴向轴承10。
端部9a也将被称为内转子6b和外转子6a的入口侧9a，并且内转子6b和外转子6a的端部9b在下文中将被称为出口侧9b。
内转子6b与外转子6a之间的所述压缩腔室8将通过转子6a、6b的旋转来从入口侧9a移动到出口侧9b。
在所示的示例中，转子6a、6b具有圆锥形形状，其中转子6a、6b的直径D、D'沿轴向方向X-X'减小。然而，这对于本实用新型而言不是必需的；转子6a、6b的直径D、D'也可以在轴向方向X-X'上是恒定的或者以另一种方式变化。
转子6a、6b的这种设计适用于压缩机装置和膨胀器装置两者。替代地，转子6a、6b也可以具有有恒定直径D、D'的圆柱形形状。转子6a、6b也可以在压缩机装置或膨胀器装置的情况下具有可变的节距使得存在内置的容积比，或者在机器1涉及泵装置的情况下具有恒定的节距。
外转子6a的轴线11和内转子6b的轴线12是固定轴线11、12，这意味着轴线11、12将不会相对于机器1的外壳2移动，但它们不会平行延伸，而是相对于彼此成角度α，其中轴线在点P处相交。
然而，这对于本实用新型不是必需的。例如，如果转子6a、6b具有恒定直径D、D'，则轴线10、11可以平行延伸。
此外，机器1还设置有电动机13，所述电动机13将驱动转子6a、6b。该电动机13设置有电机转子14和电机定子15。
在这种情况下，但不是必需的，电动机13安装在外转子6a周围，其中电机定子15直接驱动外转子6a。
在所示的示例中，因为外转子6a也用作电机转子14，实现了以上特征。
电动机13设置有永磁体16，所述永磁体16嵌入在外转子6a中。
当然，这些磁铁16也可以不嵌入在外转子6a中，而是例如安装在外转子6a的外侧。
也可以应用异步感应电机来代替具有永磁体16的电动机13(即，同步永磁电机)，在所述异步感应电机中用鼠笼式转子代替磁体16。来自电机定子的感应在鼠笼式转子中产生电流。
另一方面，电机13也可以是磁阻型或感应型或这些类型的组合。
电机定子15以覆盖方式安装在外转子6a周围，其中在这种情况下电机定子位于机器1的外壳2中。
以这种方式，电机13和转子6a、6b的润滑可以一起润滑，因为它们位于同一外壳2中并且因此不会相对于彼此隔绝。
在图1所示的示例中，外转子6a在出口开口4的位置处具有轴向延伸部17。
该轴向延伸部17围绕外壳2中的出口开口4延伸，并且几乎向上抵靠外壳2。
在图1中，外壳2设置有类似的轴向延伸部18，所述轴向延伸部18围绕出口开口并且朝向外转子6a的轴向延伸部17，但是不一定是这种情况。
在外壳2与轴向延伸部之间存在空间19或开口，如图2中详细示出的。
以这种方式，液体分离将通过所述空间19在内转子6b和外转子6a的位置处在出口开口4处发生，因为液体颗粒在离心力的作用下被抛向空间19。
液体通道20在轴向延伸部17中延伸，所述液体通道20终止于所述空间19并且将收集并排出分离的液体颗粒。
还可能的是在轴向延伸部17与外壳2之间的所述空间19中，已经应用多孔液体吸收材料21，如图3所示。
所述多孔材料21例如可以是金属泡沫。
所述液体通道20延伸穿过外转子6a，如图4所示。
在图4的示例中，液体通道20通向外转子6a的支承件10并且通向到内转子6b与外转子6a之间的空间的喷射点22。
如图4所示，液体通道20进一步延伸，并且在内转子6b中进一步朝向入口侧9a延伸，所述液体通道将通向到内转子6b与外转子6a之间的空间的一个或多个附加的喷射点22。
这意味着液体可以沿着内转子6b和外转子6a的整个长度在各个点22处喷射，而不是仅沿着入口侧9a喷射(例如通过已知的机器1)。
如图1和4所示，外转子6a设置有一个或多个冷却翅片23。
冷却翅片应用在外转子6a的轴向延伸部17上，但是它们可以应用在外转子6a上的任何位置。
在图4中，冷却翅片垂直于外转子6a的表面，但不一定是这种情况。
从图5中的细节可以清楚地看出，液体通道20延伸穿过这些冷却翅片23。
机器1的操作非常简单，如下所述。
在机器1运行期间，电机定子15将以已知的方式驱动电机转子14并且因此驱动外转子6a。
外转子6a将有助于驱动内转子6b，并且转子6a、6b的旋转通过入口开口3吸入气体，所述气体将最终到达转子6a、6b之间的压缩腔室8中。当气体通过入口开口3被吸入时，其将流经冷却翅片23、电机转子14和电机定子15。以这种方式，气体将冷却电机13以及冷却冷却翅片23并且因此冷却流经冷却翅片23的液体。
由于旋转，该压缩腔室8移动到出口4，同时将减小容积，从而实现气体的压缩。
在压缩期间，液体通过喷射点22被喷射，所述喷射点22终止于内转子6b与外转子6a之间的空间并且终止于支承件10。
当气体已到达内转子6b和外转子6a的出口侧9b时，其将含有液体颗粒。
由于内转子6b和外转子6a的旋转，液体颗粒被径向向外抛出并分离到空间19，在那里所述液体颗粒最终到达液体通道20中。出口侧9b上的累积压力将用于将液体喷射到机器1中。
为了防止被抛向空间19的液体颗粒与压缩气体一起被拖到出口4，液体吸收材料21可以安装在如图3所示的空间中，所述液体吸收材料21实际上将捕获液体颗粒。
另外，由于存在液体，在轴向延伸部17与外壳2之间的空间19中形成滑动支承件。
该滑动支承件将能够调节(accommodate)轴向力，使得支承件10需要能够调节更小的力并且可以使其更小和/或更轻。
一小部分液体将能够通过外周边侧处的开口24离开空间19。
所述效果将使液体与压缩气体在转子6a、6b的出口侧9b处进行分离。
然后，压缩气体可以通过出口开口4离开机器1。
所述液体可以是水和合成油或者非合成油。
在图1至图5的示例中，液体被冷却，因为液体通道20延伸穿过冷却翅片23。冷却翅片23是空气冷却的，并且继而将从流过冷却翅片的液体中吸走热量。
也可以不设置冷却翅片23，而是替代地，液体通道20至少部分地经由安装在外转子6a的表面上的液体管道24延伸。
图6示出了这种液体管道24，其中管道具有弯曲的形状，以便以紧凑的方式将尽可能最长的管道安装在外转子6a上。显然，液体管道24的确切形状不是对本实用新型的限制。本领域技术人员确实可以设想提供相同结果的其他形状。
这种液体管道24以与冷却翅片23类似的方式进行空气冷却。
图7示出了图2和图3的实施例的替代方案。
外转子6a因此具有带圆锥形横截面的区段25，所述区段25连接到轴向延伸部17。
在图7中，内转子6b和外转子6a具有圆锥形形状，使得外转子6a的连接到轴向延伸部17的区段将形成所述圆锥形区段25。
如果外转子6a不具有圆锥形形状，则轴向延伸部17的区段可以替代地具有圆锥形形状。
此外，外壳2设置有对应的延伸部18，所述延伸部18适配在外转子6a的轴向延伸部17之上或周围，以及至少部分地适配在外转子6a的圆锥形区段25之上或周围，由此一方面外壳2的延伸部18与另一方面外转子6a的轴向延伸部17和圆锥形区段25之间存在空间19。
重要的是外壳2不会在任何位置接触外转子6a。
在轴向延伸部17和/或圆锥形区段25中安装有液体通道20，所述液体通道20终止于所述空间19。
在机器1运行期间，液体将再次最终到达空间19，所述液体可以通过液体通道20喷射回到机器1中。
这种构造将形成圆锥形轴向滑动支承与径向滑动支承。
由此，支承件10不仅被减轻压力，而且甚至可以省略，如图8中示意性地示出的，其示出了图1中由F8指示的部分的变体。
此外，在图8中，外转子6a设置有冷却翅片23，所述冷却翅片23已经安装在外转子6a自身的表面上，并且因此不安装在轴向延伸部17上(如图1所示)。
此外，外转子6a具有开放结构，其具有用于吸入气体的通路26，由此使得通过入口开口3吸入的气体在其在转子6a、6b的入口侧9a上最终到达内转子6b与外转子6a之间之前必须穿过通路26。
这具有以下优点：磁体16被流入的气体主动冷却。此外，电机定子15不需要任何狭槽来让空气从入口开口3通到转子6a、6b的入口侧9a。
另外但不是必需地，外转子6a在入口开口3的位置处设置有轴向通风机27，所述轴向通风机27呈安装在开放结构中的叶片形式。
这将有助于吸入气体并建立压力，从而获得压缩腔室8的更好的填充率。
图9示出了可以应用于所有所述实施例的另一个附加元件。所述元件涉及获得液体预分离(即，在出口开口4的位置处发生分离之前)的装置。
为此，内转子6b在内转子6b的处于出口侧9b上的端部的位置处设置有叶片28，气体在其通过出口开口4离开机器1之前沿着叶片28经过。
不排除叶片4设置在外转子6a上，或者外转子6a和内转子6b都设置有这样的叶片28。
由于其旋转，叶片28将加强并进一步支持分离，使得分离的总效率或分离的液体的总量最终将更高。
作为所述液体通道20的替代或补充，也可以将分离的液体的至少一部分收集在位于外壳2中的外转子6a下方的储存器中。
然后，部分或全部的分离液体可以通过空间19向下流向储存器，而不是最终进入通道20。
因此，外转子6a在入口侧9a上沿外表面设置有一个或多个径向定向的指状物、肋状物等。
这样，在外转子6a的旋转期间，这些指状物移动通过储存器中的液体并因此围绕液体移动并携带液体，使得该液体可再次最终到达机器1中。
这就是所谓的“飞溅”润滑，其中在周围移动的液体最终到达转子之间的入口侧9a上。
可以在外壳2的外侧上、在储存器的位置处设置冷却翅片，这确保了储存器中的液体可以被冷却。
本实用新型决不限于作为示例描述并在附图中示出的实施例，而是在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以各种形式和尺寸实现根据本实用新型的圆柱形对称式容积式机器。

Claims (19)

1.一种圆柱形对称式容积式机器，所述圆柱形对称式容积式机器(1)包括外壳(2)，所述外壳具有入口开口(3)和出口开口(4)，所述圆柱形对称式容积式机器具有位于所述外壳(2)中的两个协同操作的转子(6a、6b)，即，可旋转地安装在所述外壳(2)中的外转子(6a)和可旋转地安装在所述外转子(6a)中的内转子(6b)，其中液体被喷射到所述圆柱形对称式容积式机器(1)中，其特征在于，在所述内转子(6b)和所述外转子(6a)的位置处在所述出口开口(4)处发生液体分离，其中分离的液体再次最终到达所述圆柱形对称式容积式机器(1)中，并且其中所述外转子(6a)在所述出口开口(4)的位置处具有轴向延伸部(17)，所述轴向延伸部围绕该出口开口(4)几乎向上抵靠所述外壳(2)地延伸，使得空间(19)位于所述轴向延伸部(17)与所述外壳(2)之间。
2.根据权利要求1所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，在所述轴向延伸部(17)与所述外壳(2)之间的所述空间(19)中应用多孔液体吸收材料(21)。
3.根据权利要求1所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述外转子(6a)具有带圆锥形横截面的区段(25)，所述区段连接到所述轴向延伸部(17)，并且所述外壳(2)设置有对应的延伸部(18)，所述延伸部(18)适配在所述轴向延伸部(17)之上或周围，以及至少部分地适配在所述外转子(6a)的圆锥形的所述区段(25)之上或周围，其中一方面所述外壳(2)的所述延伸部(18)与另一方面所述外转子(6a)的所述轴向延伸部(17)和圆锥形的所述区段(25)之间存在空间(19)。
4.根据权利要求1所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，分离的液体中的至少一部分通过所述外转子(6a)中的液体通道(20)再次最终到达所述圆柱形对称式容积式机器(1)中。
5.根据权利要求4所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，液体通道(20)在所述轴向延伸部(17)中延伸，所述液体通道终止于所述外壳(2)与所述轴向延伸部(17)之间的所述空间(19)中。
6.根据前述权利要求4或5中任一项所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述外转子(6a)中的所述液体通道(20)通向以下位置中的一个或多个：
-到所述内转子(6b)与所述外转子(6a)之间的空间的一个或多个喷射点(22)；
-到所述机器(1)的一个或多个支承件(10)的一个或多个喷射点。
7.根据前述权利要求4或5中任一项所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述外转子(6a)设置有一个或多个冷却翅片(23)。
8.根据权利要求7所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述液体通道(20)至少部分地延伸穿过所述冷却翅片(23)。
9.根据前述权利要求4或5中任一项所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述液体通道(20)至少部分地经由安装在所述外转子(6a)的表面上的液体管道(24)延伸。
10.根据前述权利要求1至5中任一项所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，分离的液体中的至少一部分被收集在储存器中，所述储存器在所述外壳(2)中位于所述外转子(6a)下方，其中所述外转子(6a)在入口侧(9a)上沿外表面设置有一个或多个径向定向的指状物或肋状物，所述指状物或肋状物在所述外转子(6a)的旋转期间将移动通过所述储存器中的所述液体并因此携带所述液体，使得该液体再次最终到达所述机器(1)中。
11.根据权利要求10所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，在所述外壳(2)在外侧上和所述储存器的位置处设置有冷却翅片。
12.根据前述权利要求1至5中任一项所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，在所述内转子(6b)的处于所述出口开口(4)处的端部(9b)的位置处，所述内转子(6b)和/或所述外转子(6a)设置有叶片(28)，气体在经由所述出口开口(4)离开所述机器(1) 之前沿着所述叶片经过。
13.根据前述权利要求1至5中任一项所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述外转子(6a)具有开放结构，所述开放结构具有用于吸入气体的通路(26)，使得经由所述入口开口(3)吸入的气体在其最终到达所述内转子(6b)与所述外转子(6a)之间之前必须通过所述开放结构的所述通路(26)经过。
14.根据前述权利要求13所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述外转子(6a)在所述入口开口(3)的位置处设置有轴向通风机(27)，所述轴向通风机呈安装在所述开放结构中的叶片形式。
15.根据前述权利要求1至5中任一项所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述液体是水或油。
16.根据前述权利要求1至5中任一项所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述内转子(6b)和所述外转子(6a)具有圆锥形形状。
17.根据前述权利要求1至5中任一项所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述机器(1)设置有电动机(13)，所述电动机具有电机转子(14)和电机定子(15)以驱动所述内转子(6b)和所述外转子(6a)，其中所述电动机(13)安装在所述外转子(6a)周围，其中所述电机定子(15)直接驱动所述外转子(6a)。
18.根据权利要求17所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述外转子(6a)用作所述电机转子(14)。
19.根据权利要求18所述的圆柱形对称式容积式机器，其特征在于，所述电动机(13)设置有嵌入在所述外转子(6a)中的永磁体(16)。
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