TWI808962B - 用於馬達的密封系統、用於壓縮機的馬達之密封系統及用於壓縮機之馬達 - Google Patents

用於馬達的密封系統、用於壓縮機的馬達之密封系統及用於壓縮機之馬達 Download PDF

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Abstract

本揭露的實施方式涉及一種用於馬達之密封系統，所述密封系統包括被配置成圍繞所述馬達的轉子軸周向佈置的第一密封元件。所述密封系統還包括被配置成圍繞所述轉子軸周向佈置的第二密封元件。所述第一密封元件的密封尖端被配置成響應於在所述第一密封元件與所述第二密封元件之間引導的加壓流體而從所述轉子軸的表面提升。此外，所述第一密封元件和所述第二密封元件被配置成圍繞所述轉子軸徑向浮動。

Description

用於馬達的密封系統、用於壓縮機的馬達之密封系統及用於壓縮機之馬達 【相關申請的交叉引用】
本申請係要求於2017年3月9日提交的題為“BACK TO BACK BEARING SEALS(背靠背軸承密封件)”的美國臨時申請案號62/469,422的優先權的非臨時申請，此臨時申請出於所有目的藉由援引以其全部內容併入本文。
本申請總體上涉及結合在空調和製冷應用中的蒸氣壓縮系統，並且更具體地涉及用於壓縮機的馬達之密封系統。
蒸氣壓縮系統用於住宅、商業和工業環境，以控制針對相應環境的居住者的環境特性，例如溫度和濕度。蒸氣壓縮系統使典型地稱為製冷劑的工作流體循環，該工作流體響應於與蒸氣壓縮系統的運行相關的不同溫度和壓力而在蒸氣、液體及其組合之間變相。例如，蒸氣壓縮系統利用壓縮機將製冷劑循環到熱交換器，該熱交換器可以在製冷劑與流動穿過熱交換器的另一流體之間傳遞熱量。對壓縮機提供動力的馬達包括由軸 承支撐的旋轉部件，軸承可以藉由油或其他合適的潤滑劑來潤滑。遺憾的是，隨著時間推移，油可能從軸承中逸出，從而油污染蒸氣壓縮系統的其他部件並且降低對軸承的潤滑。
在一個實施方式中，一種用於馬達密封系統包括被配置成圍繞所述馬達的轉子軸周向佈置的第一密封元件。所述密封系統還包括被配置成圍繞所述轉子軸周向佈置的第二密封元件。所述第一密封元件的密封尖端被配置成響應於在所述第一密封元件與所述第二密封元件之間引導的加壓流體而從所述轉子軸的表面提升。此外，所述第一密封元件和所述第二密封元件被配置成圍繞所述轉子軸徑向浮動。
在另一實施方式中，一種用於壓縮機的馬達的密封系統包括被配置成圍繞所述馬達的轉子軸周向佈置在馬達殼體的環形腔室內的第一密封元件。所述密封系統還包括被配置成圍繞所述轉子軸周向佈置在所述環形腔室內的第二密封元件。所述第一密封元件和所述第二密封元件被配置成圍繞所述轉子軸徑向浮動。此外，所述密封系統包括軸向地佈置在所述第一密封元件與所述第二密封元件之間的彈簧元件。所述彈簧元件被配置成將所述第一密封元件偏置抵靠所述環形腔室的第一壁以調整所述第一密封元件和所述第二密封元件在所述環形腔室內的軸向位置。
在另一實施方式中，一種用於壓縮機的馬達包括殼體和在所述殼體內延伸的轉子軸。所述馬達包括圍繞所述轉子軸周向佈置的第一密封元件。另外，所述馬達包括圍繞所述轉子軸周向佈置的第二密封元件。所述第一密封元件的密封尖端被配置成響應於在所述第一密封元件與所述 第二密封元件之間引導的加壓流體而從所述轉子軸的表面提升。此外，所述第一密封元件和所述第二密封元件被配置成圍繞所述轉子軸徑向浮動。
從以下結合以舉例方式展示本發明原理的附圖進行的對實施方式較為詳細的說明中，本申請的其他特徵和優點將變得明顯。
10:HVAC＆R系統
12:建築物
14:蒸氣壓縮系統
16:鍋爐
18:管道
20:空氣供應管道
22:空氣處理器
24:導管
32:壓縮機
34:冷凝器
36:膨脹閥；膨脹裝置
38:液體冷凍器；蒸發器
40:控制台
42:模數(A/D)轉換器
44:微處理器
46:非易失性記憶體
48:介面板
50:馬達
52:變速驅動裝置
54、58:管束
56:冷卻塔
60S:供應管線
60R:返回管線
62:冷卻負載
64:中間迴路
66:第一膨脹裝置
68:入口管線
70:中間容器
72:流入管線
74:抽吸管線
100:密封系統
102:轉子軸
110:縱向軸線
112:徑向軸線
114:周向軸線
116:球軸承
118:軸承組件
120:馬達殼體
122:油噴射器
130、200、254:唇形密封件
132:環形腔室
134:壁
136:外表面
138:L形固位器環
140:密封部分
144:密封尖端
146:排油孔
150:後表面
160:加壓流體源
162:加壓流體
164:注射通路
166、230:孔口
168:間隙；空間
202:U形固位環
206:套筒式軸承
210:彈簧
212、216、266:表面
214:縱向長度
220:防旋轉銷
222:徑向向外表面
224:徑向向內表面
226:引導環
250:第一密封元件
252:第二密封元件
256:迷宮式密封件
260:密封延伸部
262:齒形表面
264、320:軸向延伸部
270:孔；孔口
272:中心部分
280:空間
284:徑向向內表面
300:徑向長度
322:第一軸向表面
326:第一防旋轉銷
330:第二軸向表面
332:第二彈簧
334:第二防旋轉銷
圖1係根據本揭露的一方面的可以在商業場景中利用供暖、通風、空調和製冷(HVAC＆R)系統的建築物的實施方式之透視圖；圖2係根據本揭露的一方面的蒸氣壓縮系統之透視圖；圖3係根據本揭露的一方面的圖2的蒸氣壓縮系統的實施方式之示意圖；圖4係根據本揭露的一方面的圖2的蒸氣壓縮系統的實施方式之示意圖；圖5係根據本揭露的一方面的圖2的蒸氣壓縮系統的馬達的具有背靠背唇形密封件的密封系統的實施方式之截面側視圖；圖6係根據本揭露的一方面的用於圖2的馬達的具有徑向浮動的背靠背唇形密封件的密封系統的實施方式之截面側視圖；圖7係根據本揭露的一方面的用於圖2的馬達的具有徑向浮動的背靠背唇形密封件和迷宮式密封件的密封系統的實施方式之截面側視圖；並且圖8係根據本揭露的一方面的用於圖2的馬達的具有背靠背唇形密封件、帶有用於引導徑向浮動的迷宮式密封件的密封系統的實施方 式之截面側視圖。
以下將描述一個或多個具體實施方式。為了提供對該等實施方式的簡潔描述，並沒有在說明書中描述實際實施方式的全部特徵。應當理解的是，在任何這種實際實施方式的開發中(如在任何工程或設計方案中)，必須作出大量實施方式特定的決定以實現開發者的特定目標(諸如符合系統相關的和商業相關的約束)，所述目標從一個實施方式到另一個實施方式可能有所變化。此外，應認識到的是，這樣的研製工作可能是複雜的且耗時的，但對於受益於本揭露內容的那些熟習該項技術者來說，這不過是設計、製造及生產的例行任務。
本揭露的實施方式涉及一種使用馬達來驅動壓縮機或對其提供動力的、使製冷劑循環通過製冷劑迴路的供暖、通風、空調和製冷(HVAC＆R)系統。馬達可以包括由馬達殼體內的軸承組件支撐的轉子軸。藉由旋轉所述轉子軸，馬達使壓縮機的與轉子軸聯接的轉子能夠旋轉並且壓縮製冷劑迴路內的製冷劑。壓縮機可以壓縮製冷劑以增大製冷劑的壓力並且將製冷劑沿製冷劑迴路引導至壓縮機下游的熱交換器(例如冷凝器)。為了使轉子軸能夠相對於馬達殼體旋轉，軸承組件係圍繞轉子軸的縱向末端佈置的。另外，潤滑油或其他合適的潤滑劑被施加到或注入到軸承組件上，由此減小了壓縮機的旋轉部件之間的摩擦。為了將油保持在軸承組件內，可以圍繞轉子軸佈置密封系統。然而，由於轉子軸可能對某些類型的密封元件產生過度的摩擦，某些現有的密封系統可能會過早地磨損，從而導致頻繁和昂貴的更換。另外，現有的密封系統可能包括具有小加工公差 的固定安裝部件，如果該等部件或密封系統被製造成超出公差或經歷導致部件或密封系統超出公差的磨損，則這將導致馬達的部件之間的干涉。因此，現在認識到，具有選擇性可提升和/或可徑向調整的密封元件以及可縱向調整的部件的密封系統可以改善HVAC＆R系統的密封能力、運行效率、以及運行壽命。
現在轉到附圖，圖1係用於典型商業場景的建築物12中的供暖、通風、空調和製冷(HVAC＆R)系統10的環境的實施方式的透視圖。HVAC＆R系統10可以包括蒸氣壓縮系統14，該蒸氣壓縮系統供應可用於冷卻建築物12的冷凍液體。HVAC＆R系統10還可包括用於供應溫熱液體以對建築物12供暖的鍋爐16、以及使空氣循環通過建築物12的空氣分配系統。空氣分配系統還可以包括空氣返回管道18、空氣供應管道20、和/或空氣處理器22。在一些實施方式中，空氣處理器22可以包括藉由導管24連接到鍋爐16和蒸氣壓縮系統14的熱交換器。空氣處理器22中的熱交換器可以接收來自鍋爐16的已加熱液體或來自蒸氣壓縮系統14的冷凍液體，這取決於HVAC＆R系統10的運行模式。HVAC＆R系統10顯示為在建築物12的每個樓層上具有分開的空氣處理器，但是在其他實施方式中，HVAC＆R系統10可以包括兩個或更多個樓層之間可共用的空氣處理器22和/或其他部件。
圖2和圖3係可用於HVAC＆R系統10中的蒸氣壓縮系統14的實施方式。蒸氣壓縮系統14可以使製冷劑循環通過以壓縮機32開始的迴路。所述迴路還可以包括冷凝器34、(多個)膨脹閥或(多個)膨脹裝置36、以及液體冷凍器或蒸發器38。蒸氣壓縮系統14可以進一步包括控制台40，該控制台具有模數(A/D)轉換器42、微處理器44、非易失性記憶體46、和/或介面板48。
可用作蒸氣壓縮系統14中的製冷劑的流體的一些實例係基於氫氟烴(HFC)的製冷劑(例如R-410A、R-407、R-134a)、氫氟烯烴(HFO)、“天然”製冷劑(如氨氣(NH3)、R-717、二氧化碳(CO2)、R-744)、或基於碳氫化合物的製冷劑、水蒸氣、或任何其他合適的製冷劑。在一些實施方式中，蒸氣壓縮系統14可以被配置成有效地利用在一個大氣壓下具有約19攝氏度(66華氏度)的標準沸點的製冷劑(相對於諸如R-134a等中壓製冷劑，也稱為低壓製冷劑)。如本文所使用的，“標準沸點”可以是指在一個大氣壓下測量到的沸點溫度。
在一些實施方式中，蒸氣壓縮系統14可以使用以下各項中的一者或多者：變速驅動裝置(VSD)52、馬達50、壓縮機32、冷凝器34、膨脹閥或膨脹裝置36、和/或蒸發器38。馬達50可以驅動壓縮機32並且可以由變速驅動裝置(VSD)52供電。VSD 52從交流(AC)電源接收具有特定固定線路電壓和固定線路頻率的AC電力，並且向馬達50提供具有可變電壓和頻率的電力。在其他實施方式中，馬達50可以直接由AC電源或直流(DC)電源供電。馬達50可以包括可由VSD供電或直接由AC或DC電源供電的任何類型的電動機，例如開關磁阻馬達、感應馬達、電子整流永磁馬達、或另一合適的馬達。
壓縮機32壓縮製冷劑蒸氣並通過排放通道將蒸氣輸送到冷凝器34。在一些實施方式中，壓縮機32可以是離心式壓縮機。由壓縮機32輸送至冷凝器34的製冷劑蒸氣可以將熱量傳遞至冷凝器34中的冷卻流體(例如，水或空氣)。由於與冷卻流體進行熱量傳遞，製冷劑蒸氣可以在冷凝器34中冷凝成製冷劑液體。來自冷凝器34的液體製冷劑可以流動穿過膨脹裝置36到達蒸發器38。在圖3所展示的實施方式中，冷凝器34係水冷式的 並且包括連接到冷卻塔56的管束54，該冷卻塔將冷卻流體供應到冷凝器。
輸送到蒸發器38的液體製冷劑可以吸收來自另一冷卻流體的熱量，該冷卻流體可以是或可以不是冷凝器34中使用的同一冷卻流體。蒸發器38中的液體製冷劑可以經歷從液態製冷劑到製冷劑蒸氣的相變。如圖3所展示的實施方式所示，蒸發器38可以包括具有連接到冷卻負載62的供應管線60S和返回管線60R的管束58。蒸發器38的冷卻流體(例如，水、乙二醇、氯化鈣鹽水、氯化鈉鹽水、或任何其他合適的流體)經由返回管線60R進入蒸發器38，並且經由供應管線60S離開蒸發器38。蒸發器38可以藉由與製冷劑進行熱量傳遞來降低管束58中的冷卻流體的溫度。蒸發器38中的管束58可以包括多個管和/或多個管束。在任何情況下，蒸氣製冷劑離開蒸發器38並且藉由抽吸管線返回到壓縮機32以完成循環。
圖4係具有結合在冷凝器34與膨脹裝置36之間的中間迴路64的蒸氣壓縮系統14的示意圖。中間迴路64可以具有直接流體連接到冷凝器34的入口管線68。在其他實施方式中，入口管線68可以間接流體連接到冷凝器34。如圖4所展示的實施方式所示，入口管線68包括位於中間容器70上游的第一膨脹裝置66。在一些實施方式中，中間容器70可以是閃蒸罐(例如閃蒸式中冷器)。在其他實施方式中，中間容器70可以被配置為熱交換器或“表面式經濟器”。在圖4所展示的實施方式中，中間容器70用作閃蒸罐，並且第一膨脹裝置66被配置成降低從冷凝器34接收到的液體製冷劑的壓力(例如，膨脹)。在膨脹過程期間，一部分液體可以蒸氣化，並且因此中間容器70可以用於將蒸氣與從第一膨脹裝置66接收到的液體分離。另外，由於液體製冷劑在進入中間容器70時經歷的壓力下降(例如，由於進入中間容器70時經歷的體積快速增大)，中間容器70可以提供液體製冷劑的進一步 膨脹。中間容器70中的蒸氣可以藉由壓縮機32的抽吸管線74由壓縮機32汲取。在其他實施方式中，中間容器中的蒸氣可以被汲取到壓縮機32的中間階段(例如，不是抽吸階段)。由於膨脹裝置66和/或中間容器70中的膨脹，收集在中間容器70中的液體可以比離開冷凝器34的液體製冷劑處於更低的焓。然後，來自中間容器70的液體可以流入管線72通過第二膨脹裝置36到達蒸發器38。
如以上所指出的，具有旋轉部件的馬達(例如用於壓縮機32的馬達50)可以使用密封系統來阻止或消除油從旋轉部件的軸承組件洩漏。例如，圖5係用於蒸氣壓縮系統14的馬達50的密封系統100的截面側視圖。在本實施方式中，馬達50包括可驅動壓縮機32的轉子軸102，然而用於任何合適的部件的任何其他合適的馬達或軸可以採用本文所揭露的密封系統100。進一步，雖然參照一個軸承組件118進行了描述，但應當理解，密封系統100可以用於蒸氣壓縮系統14的每個合適的軸承組件，包括支撐壓縮機32內所包括的每個轉子的那些軸承組件。
如所展示的，轉子軸102係具有沿縱向軸線110延伸的長度、沿徑向軸線112延伸的半徑、以及沿周向軸線114延伸的圓周的圓柱形部件。此外，馬達50的軸承組件118包括圍繞轉子軸102周向佈置的球軸承116。軸承組件118使得轉子軸102能夠相對於馬達殼體120或定子圍繞縱向軸線110旋轉來做功，如壓縮製冷劑或其他合適的工作流體。在其他實施方式中，可以在馬達50的軸承組件118內使用任何其他合適的軸承，例如套筒式軸承、滾子軸承等。為了潤滑馬達50的部件之間的旋轉，油噴射器122或任何其他合適的潤滑系統可以向球軸承116供應油或潤滑劑。
在本實施方式中，密封系統100包括佈置在環形腔室132內的兩個唇形密封件130或密封元件，所述環形腔室被限定在馬達殼體120的壁134或殼體內壁與轉子軸102的外表面136之間。每個唇形密封件130包括具有L形截面的、由諸如不銹鋼或機加工鋁等剛性材料形成的L形固位器環138。每個唇形密封件130還包括被固位或捕獲在該等L形固位器環138之一內的密封部分140或密封構件。另外，每個密封部分140可以由柔性材料形成，例如聚四氟乙烯(PTFE)、橡膠、或使每個密封部分140能夠偏置抵靠轉子軸102的外表面136的其他合適材料。這樣，當轉子軸102靜止或不動時，密封部分140的密封尖端144向轉子軸102施加力，從而阻止油從軸承組件118逸出。因此，在某些情況下，油可以沿著縱向軸線110背向軸承組件118移動，但密封系統100將油引導至排油孔146，該排油孔從環形腔室132延伸穿過馬達殼體120並返回至儲油器或其他合適位置。進一步，密封系統100的唇形密封件130被安排成具有面向彼此的相應後表面150，使得唇形密封件130被安排為背靠背唇形密封件。
另外，密封系統100包括加壓流體源160，該加壓流體源能夠在唇形密封件130的後表面150之間引導加壓流體162。加壓流體源160可以包括壓縮機32的高壓或排放部分、外部加壓流體源(例如罐)、或被相對於環形腔室132的壓力加壓的任何其他合適的流體源。在本實施方式中，加壓流體162行進穿過限定或機加工到馬達殼體120中的注射通路164。注射通路164可以在加壓流體源160與環形腔室132之間例如沿著縱向軸線110並然後沿著徑向軸線112徑向向內延伸。在本實施方式中，在唇形密封件130之間限定了一個或多個孔口166或孔，所述孔口或孔彼此以間隙或空間168間隔開。因此，加壓流體162可以穿過唇形密封件130之間的孔口166以對唇形密 封件130之間的空間168進行加壓，使得足以提升唇形密封件130中的一者或兩者的壓力可以選擇性地施加到唇形密封件130。這樣，密封系統100可以將加壓流體162施加到唇形密封件130以選擇性地提升唇形密封件130以免與轉子軸102接觸。實際上，因為唇形密封件130可以響應於加壓流體162而提升離開轉子軸102的外表面136，與可響應於加壓流體的施加而更緊密地抵靠轉子軸密封的傳統唇形密封件相比，每個唇形密封件130可以被認為係“反向”唇形密封件。
在壓縮機32的運行期間，轉子軸102可以沿圓周軸線114並相對於馬達殼體120以不同旋轉速率或速度旋轉，以對圖2的壓縮機32的轉子提供動力或進行驅動。例如，基於從控制台40或另一合適的控制裝置接收到的控制信號，馬達50可以將轉子軸102的旋轉速率從對應於每分鐘0轉(RPM)的靜止狀態升高到對應於約500RPM、1000RPM、1500RPM、2000RPM等的啟動狀態。為了在高於閾值旋轉速率的旋轉速率期間運行密封系統100，可以選擇性地引導加壓流體162穿過注射通路164以將唇形密封件130提升離開旋轉的轉子軸102。在提升唇形密封件130之後，加壓流體162可以繼續沿著縱向軸線110對來自軸承組件118的油提供力，以促使油回到軸承組件118和/或穿過排油孔146。因此，密封系統100可以採用反向背靠背唇形密封件130以在馬達50的靜止狀態、離線狀態、以及低旋轉速率期間阻止、減少或消除油從軸承組件118洩漏，並且密封系統100可以採用加壓流體162以在馬達50的轉子軸102的較高旋轉速率期間阻止、減少或消除油洩漏。
圖6係密封系統100的實施方式之截面側視圖，該密封系統可以圍繞轉子軸102在環形腔室132內徑向浮動。如所展示出的，圖6的密封系 統100包括背靠背安排的兩個浮動唇形密封件200。浮動唇形密封件200總體上對應於圖5的唇形密封件130；然而，所展示實施方式中的每個浮動唇形密封件200包括用於固持浮動唇形密封件200的密封部分140的U形固位環202或夾子而不是圖5的L形固位環138。浮動唇形密封件200也被安排為相反的背靠背唇形密封件，使得浮動唇形密封件200的相應密封尖端144以彼此相反的方向偏置抵靠轉子軸102的外表面136。本實施方式的馬達50的軸承組件118包括用於使轉子軸102能夠相對於馬達殼體120旋轉的套筒式軸承206。然而，可以用密封系統100密封用於任何合適的旋轉元件的任何合適的軸承。例如，在一些實施方式中，可以由球軸承或滾子軸承代替所展示的套筒式軸承206來支撐馬達50的轉子軸102。
如所展示的，浮動唇形密封件200可以例如藉由佈置在每個浮動唇形密封件200的相應U形固位環202的面向軸向的表面212之間的彈簧210或彈簧元件而彼此間接聯接。對於浮動唇形密封件200之間的所實施的分離距離，彈簧210被設計成向兩個浮動唇形密封件200施加力或偏壓，以使浮動唇形密封件200移動離開彼此，從而填充環形腔室132的縱向長度214。每個浮動唇形密封件200的面向軸向的表面216因此可以保持與環形腔室132的壁134接觸。因此，彈簧210使密封系統100能夠將每個浮動唇形密封件200的軸向位置與不同環形腔室的不同縱向長度相適配，由此減少對馬達殼體120內要加工的相同間隙和對密封系統100的部件的需求。此外，對於阻止或消除浮動唇形密封件200相對於彼此的樞轉，可以在浮動唇形密封件200之間佈置或聯接防旋轉銷220。這樣，藉由彈簧210或轉子軸102施加到一個浮動唇形密封件200的力不會導致所述一個浮動唇形密封件相對於第二浮動唇形密封件200旋轉或樞轉。在一些實施方式中，將多個防旋轉銷 220在不同周向位置處佈置在浮動唇形密封件200之間，以進一步阻止或消除浮動唇形密封件200之間的旋轉或樞轉。
另外，每個浮動唇形密封件200包括抵靠引導環226的徑向向內表面224佈置的徑向向外表面222。引導環226可以使浮動唇形密封件200能夠沿著徑向軸線112動態地調整它們相對於轉子軸102的徑向位置。因此，浮動唇形密封件200可以保持與轉子軸102的軟接觸、或保持可改善密封部分140的零件壽命的接觸，這減少了浮動唇形密封件200和轉子軸102之間的摩擦，同時阻止油從軸承組件118洩漏。例如，由於浮動唇形密封件200的柔性特性，轉子軸102可以將浮動唇形密封件200施加到轉子軸102上的力返回，從而使浮動唇形密封件200壓靠引導環226。然後，引導環226可以調整浮動唇形密封件200相對於轉子軸102的徑向位置，以便沿著引導環226的圓周更均勻地分配所述力。引導環226可以由任何合適的剛性材料製成，例如不銹鋼或機加工鋁，使得引導環226在轉子軸102的一側朝徑向向外方向的運動致使引導環226的相反部分徑向向內移動。
如上面參照圖5所描述的，引導環226包括穿其而過的孔口230，以使得加壓流體源160能夠選擇性地引導浮動唇形密封件200之間的加壓流體162。這樣，在馬達50處於關閉狀態或低運行速度時，浮動唇形密封件200可以保持與轉子軸102的外表面136接觸。然後，在較高的運行速度下，加壓流體162可以被引導穿過注射通路164以將浮動唇形密封件200的密封部分140提升離開轉子軸102。在一些實施方式中，相比於逐件組裝到馬達殼體120內的密封系統，密封系統100可以作為具有浮動唇形密封件200、彈簧210、防旋轉銷220以及引導環226的筒狀物、套件或預組裝系統插入環形腔室132內，以便於或改進馬達50的組裝過程。實際上，圖6的密封系統 100可以包括在組裝過程中由彈簧210賦予的相對於轉子軸102的縱向浮動，並且密封系統100可以包括由引導環226賦予的相對於轉子軸102的徑向浮動。
圖7係具有混合密封元件的密封系統100的實施方式的截面側視圖，該等混合密封元件可以圍繞轉子軸102徑向浮動。也就係說，密封系統100包括可在馬達殼體120的環形腔室132內沿著徑向軸線112圍繞轉子軸102調整的第一密封元件250和第二密封元件252。本實施方式的馬達50包括具有上面參照圖6描述的套筒式軸承206的軸承組件118。如所展示的，第一密封元件250包括浮動唇形密封件254，並且第二密封元件252包括迷宮式密封件256。浮動唇形密封件254可以總體上類似於上述具有將密封部分140保持在其中的U形固位環202的浮動唇形密封件200中的一者。也就係說，浮動唇形密封件254可以偏置抵靠轉子軸102的外表面136，使得處於正常或靜止狀態的浮動唇形密封件254與轉子軸102的外表面136接觸。另外，浮動唇形密封件254可以包括面向迷宮式密封件256的面向軸向的表面212。
如本文所描述的，迷宮式密封件256包括密封延伸部260，該密封延伸部具有帶齒形表面262的T形截面，以便阻止或消除油從軸承組件118洩漏。齒形表面262可以包括凸起螺旋元件、等尺寸的凸起脊元件、或用於提供曲折路徑的任何其他合適的表面特徵，所述曲折路徑減緩或阻止流體從下方穿越迷宮式密封件256。另外，迷宮式密封件256包括軸向延伸部264，該軸向延伸部從密封延伸部260的面向軸向的表面266突出。密封延伸部260、軸向延伸部264、或兩者可以由任何合適的剛性材料形成，例如不銹鋼、機加工鋁或形成軸承組件118的材料。如所展示的，穿過軸向延伸部264的中心部分272形成孔或孔口270。密封系統100因此可以沿著注射通 路164並穿過孔口270引導加壓流體162，以對浮動唇形密封件254與迷宮式密封件256之間的空間280進行加壓。在一些實施方式中，附加孔口沿著迷宮式密封件256的軸向延伸部264的圓周間隔開，從而使得加壓流體162能夠在更多的周向位置處穿越迷宮式密封件256，而不是依靠經由經由一個孔口引導的加壓流體162來對浮動唇形密封件254與迷宮式密封件256之間的空間280進行加壓。另外，雖然在本文中參照迷宮式密封件256進行了討論，但應當理解的是，根據本技術，可以在密封系統100內採用任何其他合適的零接觸或接觸可忽略的密封件。
在本實施方式中，浮動唇形密封件254被定位在軸向延伸部264的徑向向內表面284與轉子軸102的外表面136之間限定的接納空間282內。浮動唇形密封件254可以藉由彈簧210間接聯接到迷宮式密封件256，所述彈簧被佈置在迷宮式密封件256的密封延伸部260的面向軸向的表面266與浮動唇形密封件254的面向軸向的表面212之間。如上參考圖6所描述的，彈簧210可以向浮動唇形密封件254和迷宮式密封件256兩者施加力，以使浮動唇形密封件254和迷宮式密封件256偏置離開彼此，從而填充環形腔室132的縱向長度214。迷宮式密封件256的面向軸向的表面294可保持與環形腔室132的一個壁134接觸，而浮動唇形密封件254的面向軸向的表面216可以保持與相對的環形腔室132的壁134接觸。密封系統100還可以包括聯接在浮動唇形密封件254與迷宮式密封件256之間的防旋轉銷220，以阻止或消除它們之間的旋轉。
這樣，在馬達50的關閉時期或靜止狀態期間，浮動唇形密封件254接觸轉子軸102的外表面136以阻止油從軸承組件118洩漏。在一些實施方式中，在關閉時期期間，迷宮式密封件256可以具有小於浮動唇形密封 件254和軸向延伸部264的靜止高度302的徑向長度300。這樣，迷宮式密封件256可以與轉子軸102的外表面136微小地分離開。當馬達50運行並且轉子軸102旋轉時，加壓流體源160可以引導加壓流體162穿過注射通路164、進入孔口270、並且在浮動唇形密封件254與迷宮式密封件256之間的空間280內。這樣，來自加壓流體162的力可以將浮動唇形密封件254的密封末端144提升離開轉子軸102的外表面136。
在這種情況下，迷宮式密封件256還可以接納加壓流體162的一部分。例如，加壓流體162可以在迷宮式密封件256的密封延伸部260的齒形表面262之間形成障壁。重要的是，迷宮式密封件256可以引導圍繞轉子軸102佈置的密封系統100的徑向浮動。例如，在轉子軸102相對於馬達殼體120振動或移動的狀況下，轉子軸102的一端或一側可能比相反端或相反側移動得更靠近馬達殼體120。另外，在轉子軸102的外表面136包括不規則或不完美截面的狀況下，轉子軸102的外表面136的第一側可能從轉子軸102的縱向中心線306比外表面126的與第一側相反的第二側突出更遠。為引導密封系統100的徑向浮動，密封系統100可以沿著徑向軸線112動態地移動，以適配轉子軸102的任何移動和/或成形。例如，齒形表面262可以沿著徑向軸線112向上或向下移動，以與轉子軸102保持期望的分隔距離。針對密封系統100的基於特定馬達50的各種應用以及馬達50和密封系統100內使用的單獨部件，可以不同地構造所述期望分隔距離。
圖8係密封系統100的實施方式之截面側視圖，該密封系統包括用於引導背靠背浮動唇形密封件200的徑向浮動的迷宮式密封件256。例如，圖8的密封系統100可以組合圖6的實施方式的某些特徵和圖7的實施方式的某些特徵。如所展示的，迷宮式密封件256包括具有上述T形截面和齒 形表面262的密封延伸部260。除了具有穿其而過的孔口270的軸向延伸部264之外，圖8的迷宮式密封件256還包括沿著縱向軸線110在與軸向延伸部264相反的方向上延伸的附加軸向延伸部320。因此，每個浮動唇形密封件200可以由迷宮式密封件256的軸向延伸部264、320支撐和徑向引導。在一些實施方式中，附加軸向延伸部320可以包括除軸向延伸部264的所展示的孔口270之外的或替代其的用於接納加壓流體162的孔口。
此外，一個浮動唇形密封件200可以藉由第一彈簧324和第一防旋轉銷326聯接到迷宮式密封件256的密封延伸部260的第一軸向表面322，而另一浮動唇形密封件200可以藉由第二彈簧332和第二防旋轉銷334聯接到迷宮式密封件256的密封延伸部260的第二軸向表面330。因此，密封系統100可以藉由膨脹以密封抵靠環形腔室132的壁134而動態地裝配在馬達殼體120的環形腔室132內。在其他實施方式中，用於引導密封系統100的徑向位置的迷宮式密封件256可以被定位在浮動唇形密封件200的側向末端處而不是在浮動唇形密封件200之間。另外，在將第二浮動唇形密封件200直接聯接到迷宮式密封件256的第二軸向表面330的一些實施方式中，第二彈簧332和第二防旋轉銷件334可以省略。進一步，具有軸向延伸部264、320的迷宮式密封件256可以用於支撐除了本文所討論的唇形密封件之外的其他密封構件。
如上所述，本揭露可以提供對密封HVAC＆R系統的旋轉部件的軸承組件有用的一種或多種技術效果。本揭露的實施方式可以包括響應於來自加壓流體源的加壓流體而可從旋轉部件的轉子軸選擇性地提升的密封元件。另外，密封元件可以相對於轉子軸徑向可調，從而實現了密封元件相對於轉子軸的連續可變調整。以這種方式，從軸承組件洩漏或擴散 的油藉由密封元件和/或加壓流體被引導返回到軸承組件或排油孔。本說明書中的技術效果和技術問題係示例而非限制性的。應當注意的是，在說明書中描述的實施方式可以具有其他技術效果並且可以解決其他技術問題。
儘管僅展示和描述了某些特徵和實施方式，熟習該項技術者可以想到許多修改和變化(例如，各種元件的大小、尺寸、結構、形狀和比例、參數的值(例如，溫度、壓力等)、安裝安排、材料的使用、顏色、取向等的變化)而不實質上背離申請專利範圍所述的主題的新穎性教導和優點。可以根據替代實施方式對任何過程或方法步驟的順序或序列進行改變或重新排序。因此，應該理解的是，所附申請專利範圍不旨在將所有這種修改和變化涵蓋為落入本揭露的真正精神內。此外，為了提供對示例性實施方式的簡明描述，可能沒有描述實際實施方式的所有特徵(即，與目前構想到的執行本揭露的最佳方式無關的特徵，或者與實現所主張的揭露無關的特徵)。應當理解的是，在任何這種實際實施方式的開發中(如在任何工程或設計方案中)，必須作出大量實施方式特定的決定。這種開發工作可能是複雜且耗時的，但是對於從本揭露中受益的熟習該項技術者來說，這仍是常規的設計、生產和製造工作，而無需過多實驗。
14:蒸氣壓縮系統
50:馬達
100:密封系統
102:轉子軸
110:縱向軸線
112:徑向軸線
114:周向軸線
116:球軸承
118:軸承組件
120:馬達殼體
122:油噴射器
130:唇形密封件
132:環形腔室
134:壁
136:外表面
138:L形固位器環
140:密封部分
144:密封尖端
146:排油孔
150:後表面
160:加壓流體源
162:加壓流體
164:注射通路
166:孔口
168:間隙；空間

Claims (19)

  1. 一種用於馬達的密封系統，包括：第一密封元件，所述第一密封元件被配置成圍繞所述馬達的轉子軸周向佈置，其中所述第一密封元件包含密封尖端，所述密封尖端經配置為偏置抵靠所述轉子軸之表面，並且其中所述第一密封元件包括保持在U形固位環中的密封部分；第二密封元件，所述第二密封元件被配置成圍繞所述轉子軸周向佈置，其中所述第一密封元件的所述密封尖端被配置成響應於在所述第一密封元件與所述第二密封元件之間引導的加壓流體而從所述轉子軸的所述表面提升，並且其中所述第一密封元件和所述第二密封元件被配置成圍繞所述轉子軸徑向地浮動；以及彈簧，所述彈簧軸向地聯接在所述第一密封元件與所述第二密封元件之間，其中所述彈簧被配置成將所述第一密封元件偏置為抵靠所述馬達的第一殼體內壁，並且將所述第二密封元件偏置為抵靠所述馬達的與所述第一殼體內壁相對的第二殼體內壁。
  2. 如請求項1所述之密封系統，其中，所述第二密封元件包括迷宮式密封件，所述迷宮式密封件被配置成引導所述第一密封元件和所述第二密封元件的徑向浮動。
  3. 如請求項2所述之密封系統，其中所述迷宮式密封件可以與所述轉子軸的所述表面微小地分離開。
  4. 如請求項2所述之密封系統，其中，所述第一密封元件的徑向向外表面與所述迷宮式密封件的軸向延伸部的徑向向內表面接觸。
  5. 如請求項1所述之密封系統，包括圍繞所述第一密封元件和所述第二密封元件周向佈置的引導環，其中所述第一密封元件包括第一唇形密封件，並且所述第二密封元件包括第二唇形密封件。
  6. 如請求項5所述之密封系統，其中，所述引導環使得所述第一密封元件和所述第二密封元件能夠圍繞所述轉子軸徑向浮動。
  7. 如請求項1所述之密封系統，包括第三密封元件，所述第三密封元件被配置成圍繞所述轉子軸周向佈置，其中所述第一密封元件包括第一唇形密封件，所述第二密封元件包括迷宮式密封件，並且所述第三密封元件包括第二唇形密封件，其中所述迷宮式密封件被配置成引導所述第一密封元件、所述第二密封元件、以及所述第三密封元件的徑向浮動。
  8. 如請求項7所述之密封系統，其中，所述第二密封元件軸向地位於所述第一密封元件與所述第三密封元件之間。
  9. 如請求項1所述之密封系統，其中，所述第一密封元件和所述第二密封元件包括模組化組件，所述模組化組件被配置成安裝在馬達殼體的空腔內。
  10. 如請求項1所述之密封系統，包括聯接在所述第一密封元件與所述第二密封元件之間以用於阻止所述第一密封元件和所述第二密封元件相對於彼此旋轉的防旋轉銷。
  11. 如請求項1所述之密封系統，其中，所述第一密封元件和所述第二密封元件被配置成圍繞所述轉子軸而在軸向上鄰近所述馬達的軸承組件，並且其中所述密封系統被配置成將所述軸承組件的油保持在所 述軸承組件內。
  12. 如請求項1所述之密封系統，其中，所述第二密封元件限定出徑向延伸穿過所述第二密封元件以用於從壓縮機接納所述加壓流體的孔口。
  13. 一種用於壓縮機的馬達之密封系統，包括：第一密封元件，所述第一密封元件被配置成圍繞所述馬達的轉子軸周向佈置在馬達殼體的環形腔室內，其中所述第一密封元件包含密封尖端，所述密封尖端經配置為偏置抵靠所述轉子軸之表面，其中所述第一密封元件包括保持在U形固位環中的密封部分；第二密封元件，所述第二密封元件被配置成圍繞所述轉子軸周向佈置在所述環形腔室內，其中所述第一密封元件的所述密封尖端被配置成響應於在所述第一密封元件與所述第二密封元件之間引導的加壓流體而從所述轉子軸的所述表面提升，並且其中所述第一密封元件和所述第二密封元件被配置成圍繞所述轉子軸徑向浮動；以及彈簧元件，所述彈簧元件軸向地佈置在所述第一密封元件與所述第二密封元件之間，其中所述彈簧元件被配置成將所述第一密封元件偏置抵靠所述環形腔室的第一壁以調整所述第一密封元件和所述第二密封元件在所述環形腔室內的軸向位置。
  14. 如請求項13所述之密封系統，其中，所述第一密封元件包括唇形密封件，並且所述第二密封元件包括迷宮式密封件，並且其中所述迷宮式密封件被配置成引導所述第一密封元件和所述第二密封元件相對 於所述轉子軸的徑向浮動，其中所述迷宮式元件可以與所述轉子軸的所述表面微小地分離開。
  15. 如請求項13所述之密封系統，包括引導環，所述引導環被配置成圍繞所述轉子軸周向佈置在所述環形腔室內並且周向圍繞所述第一密封元件和所述第二密封元件，其中所述引導環被配置成引導所述第一密封元件和所述第二密封元件的徑向浮動，並且其中所述第一密封元件包括第一唇形密封件並且所述第二密封元件包括第二唇形密封件。
  16. 一種用於壓縮機之馬達，包括：殼體；轉子軸，所述轉子軸在所述殼體內延伸；第一密封元件，所述第一密封元件圍繞所述轉子軸周向佈置，其中所述第一密封元件包含密封尖端，所述密封尖端經配置為偏置抵靠所述轉子軸之表面，其中所述第一密封元件包括保持在U形固位環中的密封部分；第二密封元件，所述第二密封元件包括圍繞所述轉子軸周向佈置的迷宮式密封件，其中所述第一密封元件的所述密封尖端被配置成響應於在所述第一密封元件與所述第二密封元件之間引導的加壓流體而從所述轉子軸的所述表面提升，並且其中所述迷宮式密封件被配置為使得所述第一密封元件和所述第二密封元件圍繞所述轉子軸能夠徑向地浮動；以及彈簧元件，所述彈簧元件軸向地佈置在所述第一密封元件與所述第 二密封元件之間，其中所述彈簧元件被配置成將所述第一密封元件偏置為抵靠所述殼體的環形腔室的第一壁，以調整所述第一密封元件和所述第二密封元件在所述環形腔室內的軸向位置。
  17. 如請求項16項所述之馬達，包括引導環，所述引導環周向圍繞所述第一密封元件和所述第二密封元件，其中所述引導環被配置成使所述第一密封元件和所述第二密封元件能夠圍繞所述轉子軸徑向浮動。
  18. 如請求項16所述之馬達，其中，所述迷宮式密封件可以與所述轉子軸的所述表面微小地分離開。
  19. 如請求項16所述之馬達，其中，所述殼體的內表面和所述轉子軸的外表面在其間至少部分地限定出所述環形腔室，並且其中，所述第一密封元件和所述第二密封元件被佈置在所述環形腔室內。
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