阅读说明：本技术 通过从动轴具有液体冷却的涡旋式装置 (Scroll device with liquid cooling through driven shaft ) 是由 布莱斯·R·谢弗 贾斯汀·马蒂斯 约翰·威尔逊 于 2018-05-16 设计创作，主要内容包括：公开了一种涡旋装置,该涡旋装置具有壳体、具有轴的电动机、连接至所述轴并被所述轴驱动的动涡旋盘、与所述动涡旋盘配合的静涡旋盘、用于使所述动涡旋盘和所述静涡旋盘对准的从动轴、形成在所述壳体和/或所述静涡旋盘中用于接收冷却液体的入口,以及形成在所述从动轴中用于接收所述冷却液体的通道。(Disclosed is a scroll apparatus having a housing, a motor having a shaft, an orbiting scroll connected to and driven by the shaft, a fixed scroll engaged with the orbiting scroll, a driven shaft for aligning the orbiting scroll and the fixed scroll, an inlet formed in the housing and/or the fixed scroll for receiving a cooling liquid, and a passage formed in the driven shaft for receiving the cooling liquid.)

通过从动轴具有液体冷却的涡旋式装置

相关申请的交叉引用

本PCT/国际申请要求于2017年11月30日提交的、申请号为US15/732,593的非临时专利申请的优先权，该非临时专利申请要求于2016年12月6日提交的、申请号为US62/497,869的临时专利申请的优先权。

背景技术

本公开涉及一种涡旋式装置，尤其涉及一种通过从动轴具有液体冷却的涡旋式装置，例如压缩机、膨胀机或真空泵。

涡旋装置已经用作压缩机、膨胀机、泵和真空泵很多年了。通常，由于两个或更多阶段的复杂性，它们已被限制在单个压缩阶段。在单个阶段中，旋转板上的螺旋渐开线或涡旋盘在固定螺旋或者在固定板上的涡旋盘内绕动。电动机轴使在静涡旋盘内偏心地使涡旋盘绕动的轴旋转。偏心绕动迫使气体通过静涡旋盘并从静涡旋盘中出来，从而在与静涡旋盘相通的容器内形成真空。膨胀机以相同的原理操作，仅使涡旋盘反向转动。当提到压缩机时，应当理解，可以用真空泵代替压缩机，并且当涡旋盘与膨胀气体相反地工作时，膨胀机可以替代压缩机。

涡旋式压缩机、膨胀机和真空泵在压缩、膨胀或泵送的一部分过程中会产生热量。压力比越高，压缩流体的温度越高。为了将压缩机硬件保持在合理的温度下，必须对压缩机进行冷却，否则可能会损坏硬件。在某些情况下，冷却是通过将冷的环境空气吹到压缩机组件上来完成的。但是，在某些情况下，例如空间限制或过多热量需要被消散，则空气冷却可能无效。使用液体来冷却压缩机可能是有益的，因为液体的传热系数比空气高得多。对压缩机进行液体冷却的一种尝试涉及使用柔性波纹管型装置(a flexible bellows typedevice来将热量从压缩机转移到液体。尽管波纹管是有用的，但是波纹管也很昂贵并且寿命有限。如果波纹管失效，则可能损坏压缩机。

本公开克服了现有技术的局限性，在现有技术中存在对涡旋式装置的液体冷却的需求。本公开提供了一种通过使用从动轴并入液体冷却的涡旋式装置。

发明内容

因此，本公开是一种涡旋装置，该涡旋装置包括壳体、具有轴的电动机、连接至所述轴并被所述轴驱动的动涡旋盘、与所述动涡旋盘配合的静涡旋盘、用于使所述动涡旋盘和所述静涡旋盘对准的从动轴、形成在所述壳体和/或所述静涡旋盘中用于接收冷却液体的入口，以及形成在所述从动轴中用于接收所述冷却液体的通道。

在本公开的涡旋装置的另一实施方案中，涡旋装置包括壳体、具有轴的电动机、连接至所述轴并被所述轴驱动的动涡旋盘、与所述动涡旋盘配合的静涡旋盘、用于使所述动涡旋盘和所述静涡旋盘对准的从动轴、用于支撑所述从动轴的轴承、形成在所述壳体和/或所述静涡旋盘中用于接收冷却液的入口、形成在所述从动轴中用于接收所述冷却液体的通道，以及用于防止任何冷却液体泄漏到所述轴承中的径向轴密封件。

在根据本公开构造的涡旋装置的又一个实施方案中，涡旋装置包括壳体、具有轴的电动机、连接至所述轴并被所述轴驱动的动涡旋盘、与所述动涡旋盘配合的静涡旋盘、用于使所述动涡旋盘和所述静涡旋盘对准的从动轴、用于支撑所述从动轴的轴承、形成在所述壳体中用于接收冷却液体的入口、形成在所述从动轴中用于接收所述冷却液体的通道，以及用于进行密封检查的检查孔(an access cross hole)。

涡旋装置的另一实施方案包括：壳体、具有轴的电动机、连接至所述轴并被所述轴驱动的动涡旋盘、与所述动涡旋盘配合的静涡旋盘、用于使所述动涡旋盘和所述静涡旋盘对准的从动轴、用于支撑从动轴的所述轴承、形成在所述壳体中用于接收冷却液体的入口、形成在所述从动轴中用于接收所述冷却液体的通道、以及用于防止任何冷却液体泄漏到所述轴承的径向轴密封件、密封圈固定板和盖子。

在涡旋装置的又一实施方案中，涡旋装置包括壳体、具有轴的电动机、连接至所述轴并被所述轴驱动的动涡旋盘、与所述动涡旋盘配合的静涡旋盘、用于使所述动涡旋盘与所述静涡旋盘对准的从动轴、用于支撑所述从动轴的轴承、形成在所述壳体中用于接收冷却液体、形成在所述从动轴中用于接收所述冷却液体的通道、以及具有鳍片的板用于引导所述冷却液体的流动以减少任何所述冷却液体的滞留流动。

在根据本公开构造的涡旋装置的另一个实施方案中，涡旋装置包括壳体、具有轴的电动机、连接至所述轴并被所述轴驱动的动涡旋盘、与所述动涡旋盘配合的静涡旋盘、第一从动轴、第二从动轴和第三从动轴、形成在所述壳体中用于接收冷却液体的入口，以及形成在每个所述从动轴中用于接收所述冷却液体的通道，其中所述第一从动轴用于接收所述冷却液体以在第一方向流动，以及所述第二从动轴和所述第三从动轴用于接收所述冷却液体以在第二方向流动，其中所述第一方向与所述第二方向相反。

而且，涡旋装置包括壳体、具有轴的电动机、连接至所述轴并被所述轴驱动的动涡旋盘、与所述动涡旋盘配合的静涡旋盘、第一从动轴、第二从动轴和第三从动轴、用于支撑所述从动轴的一对轴承、形成在所述壳体中用于接收冷却液体的入口，以及形成在每个所述从动轴中用于接收所述冷却液体的通道。

本文公开了涡旋装置的各种其他实施方案。

因此，本发明提供了一种来自用于气体的压缩机、真空泵和膨胀机的机器类别的新的和改进的涡旋装置，其通过使用从动轴并入液体冷却。

本公开提供了一种能够在较低温度下操作的涡旋式装置。

本公开还提供了一种与其他涡旋式装置相比能够具有更长寿命的涡旋装置。

本公开提供了一种涡旋装置，其能够通过使用冷却流体或冷却液体来减少由其产生的热量，该冷却流体或冷却液体可以流过与其相关联的一个或多个从动轴。

本公开涉及一种涡旋装置，其使用液体冷却来冷却与从动轴相关的任何轴承，该从动轴并入到该涡旋装置中。

本公开进一步提供了一种具有从动轴的涡旋装置，该从动轴具有用于冷却流体或冷却液体在其中流动以降低轴承的温度的通道，该轴承是包含在该涡旋装置中，使得增加了轴承的使用寿命。

本公开还提供了一种涡旋装置，其采用鳍片设计以迫使在涡旋装置内的任何冷却流体或冷却液体流动，以减少冷却流体或冷却液体的停滞流动。

此外，本公开提供了一种涡旋装置，其采用动态轴密封件和轴承挡油环盖，以防止任何冷却流体或冷却液体从涡旋装置内逸出。

本涡旋装置具有机械轴密封件，以防止可能会与该涡旋装置中的任何轴承接触的任何冷却流体或冷却液体从涡旋装置内逸出。

本公开进一步涉及一种涡旋装置，其使用排放口将任何冷却流体或冷却液体从涡旋装置中的任何轴承排出。

本公开涉及一种涡旋装置，其使用挡油环和排放口，以将任何冷却流体或冷却液体从涡旋装置中的任何轴承排出。

本公开还涉及一种涡旋装置，其采用从动轴，该从动轴具有形成在其中的通道以允许冷却流体或冷却液体在其中流动，其中一个从动轴用作所述冷却流体或冷却液体的入口和另一个从动轴用作所述冷却流体或冷却液体的出口，以允许冷却液体进入和流出并冷却动涡旋盘。

当结合附图阅读时，在阅读了本文所述的公开内容并且研究了其优选实施方案的描述之后，这些优点和其他优点对于本领域技术人员而言将变得更加显而易见。

附图说明

图1是根据本公开构造的通过使用从动轴具有液体冷却的涡旋装置的立体图，从动轴具有液体入口；

图2是根据本公开构造的通过使用从动轴具有液体冷却的涡旋装置的立体图，该从动轴具有液体入口；

图3是根据本公开构造的涡旋装置的正面的正视图；

图4是以虚影局部地示出的涡旋装置的立体图；

图5是以虚影局部地示出的涡旋装置的局部侧视图，示出了冷却流体通过从动轴流入动涡旋盘；

图6是根据本公开构造的涡旋装置的从动轴的局部剖视图；

图7是根据本公开构造的涡旋装置的动涡旋盘的侧视图；

图8是以虚影局部地示出的涡旋装置的立体图；

图9是以虚影局部地示出的涡旋装置的立体图；

图10是具有鳍片设计的涡旋装置的动涡旋盘的侧视图；

图11是以虚影局部地示出的涡旋装置的局部立体图；

图12是根据本公开构造的涡旋装置的从动轴的局部立体图，其中以虚影局部地示出的涡旋装置的组件；

图13是根据本公开构造的从动轴的实施方案的局部剖视图，示出了唇型密封件；

图14是根据本公开构造的从动轴的另一实施方案的局部剖视图，示出了机械轴密封件；

图15是根据本公开构造的从动轴的另一实施方案的局部剖视图，示出了排水孔以排出其获得的经过密封件的的任何冷却液体；

图16是根据本公开构造的从动轴的另一实施方案的局部剖视图，示出了挡油环以挡住其泄漏的经过密封件的任何冷却流体，使其远离轴承；以及

图17是根据本公开构造的从动轴的另一实施方案的局部剖视图，示出了从动轴位于动涡旋盘的后面。

具体实施方式

现在参考附图，其中相似的附图标记指代相似的术语，附图标记10表示根据本公开构造的通过使用从动轴具有液体冷却的涡旋装置的优选实施方案。在图1和图2中，涡旋装置10示出为包括连接至电动机14的壳体12。静涡旋盘16具有三个从动轴18、20和22，它们间隔大约120°。静涡旋盘16还具有入口24。入口24允许冷却流体或冷却液体(未示出)进入其中。尽管在该特定视图中未详细示出，但是已知涡旋装置10已经在壳体12内并入了诸如动涡旋盘的组件，该动涡旋盘由连接至电动机14的中心轴驱动。该中心轴是由一个前轴承或一对前轴承以及一个后轴承或一对后轴承支撑。电动机14可以是电的电动机，用于驱动中心轴。轴承和电动机14安装在壳体12中。静涡旋盘16与动涡旋盘配合。动涡旋盘具有第一渐开线，而静涡旋盘16具有第二渐开线。为了平衡动涡旋盘的旋转运动，可以将一对配重(counterweight)与第一渐开线同轴地定位，以动态地平衡动涡旋盘。同样，一对配重可能会位于中心轴上，以动态地平衡动涡旋盘。动涡旋盘耦合到中心轴，该中心轴相对于静涡旋盘16沿固定路径偏心地使动涡旋盘运动或使动涡旋盘绕动，从而在两个涡旋盘之间形成一系列月牙形的挖槽(pocket)。在涡旋压缩机的情况下，工作流体通过越来越小的挖槽从***(入口)向中心(排出)移动，从而产生压缩。类似的原理适用于涡旋真空泵和涡旋膨胀机。从动轴18、20和22由动涡旋盘中的前轴承和静涡旋盘16中的后轴承支撑。从动轴的中心线偏离中心轴的中心线。为了密封中心轴内的任何工作流体，可以使用迷宫式密封件(labyrinth)。迷宫式密封件可以位于轴承之间或后轴承之后。

现在参考图3，示出了涡旋装置10的静涡旋盘16的正视图，其中壳体12内的一些组件以虚影示出。在该特定视图中，涡旋装置10具有形成在壳体12内的固定涡旋通路26(passage way)。如箭头所示的、已经通过入口24进入的任何流体或液体28都可以在通路26周围流动。通过涡旋装置10产生的热量可以被转移到液体28。还提供了通道30以允许液体28的进入或者流出。还示出了从动轴18、20和222。

图4描绘了以虚影局部地示出的涡旋装置10的立体图。涡旋装置10具有壳体12和具有通路26的静涡旋盘16，其中液体28(如箭头所示)可从入口24流入围绕通路26流动并通过通道30流出。通道30示出为通过从动轴22及轴承32示出为支撑从动轴22。流体28能够流过通道30。

现在参考图5，示出了以虚影局部地示出的涡旋装置10的局部侧视图。涡旋装置10具有壳体12和静涡旋盘16，静涡旋盘16具有通道30，该通道从静涡旋盘16穿过从动轴22到达动涡旋盘36。尽管示出了从动轴22，但是应当理解，其他从动轴18和20也具有通道30，流体28可在该通道30中流动或通过。当流体28从静涡旋盘16流向动涡旋盘36时，由涡旋盘16和36产生的任何热量都被转移到液体28。从动轴22还具有径向轴密封件38，该径向轴密封件38用于防止液体28泄漏到轴承32。还设有一个检查孔40，用于密封检查。

图6示出了从动轴22的局部剖视图。从动轴22具有用于从中接收流体28(未示出)的通道30。从动轴22还具有径向轴密封件38、密封件固定板42、尼洛斯(Nilos)密封件44和密封件轴承32。

现在特别参考图7示出了动涡旋盘36的侧视图。动涡旋盘36能够使冷却流体或冷却液体28(未示出)进入外套46(jacket)。护套46具有用于覆盖通道30的盖48。防止液体28泄漏的密封件是通过使用O形环50实现的。

图8示出了以虚影局部地示出的涡旋装置10的立体图。涡旋装置10具有动涡旋盘36，动涡旋盘36被流经从动轴18、20和22进入外套52的液体28冷却。外套52被形成或加工成使得液体从从动轴28穿过外套52，然后向下进入冷却通路54。从动轴18和22还分别具有用于液体28进入的入口56和58，从动轴20还具有用于液体28流出的出口60。

现在参考图9中，以虚影局部地示出的涡旋装置10的立体图。涡旋装置10具有从横向通道62(cross channels)流出并穿过外套通路54的液体28。再次，液体28用于冷却动涡旋盘36。

图10是具有鳍片设计的动涡旋盘36的侧视图。动涡旋盘36使用鳍片64将液体28引导或迫使到涡旋装置10的中心66。这使任何压力降最小化，并且最佳地引导液体28的流动以减少涡旋装置10中的任何液体28的滞留流动。在该特定视图中还示出了从动轴18、20和22。

现在转到图11，示出了以虚影局部地示出的涡旋装置10的局部立体图。涡旋装置10具有动涡旋盘36，其中液体28能够通过从动轴20流出。液体28还通过从动轴18和22进入。在该特定视图中还示出了入口24。

图12是以虚影局部地示出的涡旋装置10的从动轴20的局部立体图。从动轴20具有通道68，液体28可以流过该通道。从动轴20由第一轴承70和第二轴承72支撑。当液体28通过通道68时，涡旋装置10产生的任何热量都被转移到液体28上。

现在特别参考图13，示出了从动轴18的局部剖视图。从动轴20和22以相同的方式构造。从动轴18具有形成在其中的通道74，液体28可以在该通道74中通过或流过。从动轴18中的液体28的流动方向与从动轴20中的液体28的流动方向相反(见图12)。从动轴18具有一对第一轴承76和一对第二轴承78。还示出了静涡旋盘16和动涡旋盘36。一对第一轴承76具有动态轴密封件80，该动态轴密封件80用于防止任何液体28接触这一对第一轴承76或从通道74逸出。第二对轴承78还具有动态轴密封件82，该动态轴密封件82用于密封通道74中的液体28。位于这对第二轴承78旁边的轴承挡油环盖84也用于防止任何液体28从通道74逸出。

图14示出了从动轴18的另一个实施方案的局部剖视图。从动轴20和22可以以相同的方式构造。从动轴18具有形成在其中的通道86，液体28可以在该通道86中通过或流过。从动轴18中的液体28的流动方向与从动轴20中的液体28的流动方向相反(见图12)。从动轴18具有一对第一轴承88和一对第二轴承90。还示出了静涡旋盘16和动涡旋盘36。这对第一轴承88具有机械轴密封件92，该机械轴密封件92用于防止任何液体28接触该对第一轴承88或防止任何液体28从通道86逸出。第二对轴承90还具有机械轴密封件94，该机械轴密封件94用于密封在通道86中的液体28。

现在参考图15，描述了从动轴18的另一实施方案的局部剖视图。从动轴20和22可以相同的方式构造。从动轴18具有形成在其中的通道96，液体28可以在该通道96中通过或流动。从动轴18中的液体28的流动方向与从动轴20中的液体28的流动方向相反(见图12)。从动轴18具有一对第一轴承98和一对第二轴承100。还示出了静涡旋盘16和动涡旋盘36。该对第一轴承98具有排放口102，用于防止任何液体28接触该对第一轴承98。该第二对轴承100还具有排放口104，用于防止任何液体28接触这对第二轴承100。

图16是从动轴18的另一实施方案的局部剖视图。从动轴20和22可以以相同的方式构造。从动轴18具有形成在其中的通道106，液体28可以在该通道106中通过或流过。从动轴18中的液体28的流动方向与从动轴20中的液体28的流动方向相反(见图12)。从动轴18具有一对第一轴承108和一对第二轴承110。还示出了静涡旋盘16和动涡旋盘36。一对第一轴承108具有排水口112和挡油环114，用于防止任何液体28接触到这对第一对轴承108。第二对轴承110还具有排放口116和挡油环118，用于防止任何液体28接触这对第二轴承110。

现在特别参考图17，描述了从动轴18的另一实施方案的局部剖视图。从动轴18定位在动涡旋盘36的后面，并由动涡旋盘36中的轴承120和壳体12中的轴承122支撑。如图17所示，在该从动轴18定位在动涡旋盘36的后面时，可以采用先前描述的各种密封件、排水孔和挡油环。另外，其他从动轴20和22可以与图17所示的从动轴18相同的方式构造。

从前面的描述中，已经描述了来自涡旋压缩机、泵和膨胀机的机器类别的涡旋装置10。涡旋装置10能够周期性地膨胀和压缩流体，以在没有附近的大气侵入的情况下排空连接到涡旋装置10的管线、装置或空间。涡旋装置10直接从电动机或替代地从连接到磁耦合器的电动机接收其动力，从而进一步使壳体和工作流体中的大气侵入的发生率最小化。本公开及其各种组件可以适应现有装备，并且可以由许多材料制造，材料包括但不限于金属板和箔、弹性体、钢板、聚合物、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、黑色金属和有色金属、各种合金和复合材料。

从上述所有内容来看，因此本文示出并描述了一种通过使用从动轴具有液体冷却的涡旋装置是清楚的。对于本领域技术人员来说，这将变得显而易见，但是，本领域技术人员可以对主题涡旋装置进行许多更改、修改、变化、其他用途和应用是可能的和可预期的。不脱离本公开的精神和范围的所有更改、修改、变化以及其他用途和应用都被认为被本公开所覆盖，本公开仅由所附的权利要求限制。