用于高压单螺杆压缩机的密封组件的制作方法

1.本发明总体涉及单螺杆压缩机。在一个方面，本发明涉及高压单螺杆压缩机的排出口(高压)和此类压缩机的吸入口(低压)之间的密封件。


背景技术：

2.例如，单螺杆压缩机用于诸如制冷系统的压缩系统以压缩诸如制冷剂气体的气体，例如“氟利昂”、氨、天然气等。压缩机通常使用驱动源来输出压缩气体。具体而言，螺杆压缩机采用壳体，其中其上具有螺旋槽的电机驱动主转子与主转子的相对侧上的转子啮合，以限定气体压缩室。应当理解的是，由此在吸入端腔(较低压力)和排出端腔(较高压力)之间形成压差。
3.标准单螺杆压缩机在高达350psi的排出压力下运行，而高压单螺杆压缩机在大于350psi且高达1500psi的排出压力下运行。应当理解的是，在标准单螺杆压缩机和在高压下运行的那些压缩机之间，各种部件的设计可能不同。例如，高压单螺杆压缩机在吸入端腔和排出端腔之间经历更大的压差。因此，高压螺杆压缩机的排出腔和高压螺杆压缩机的吸入腔之间的密封件必须适应比标准单螺杆压缩机的密封件更大的压差。
4.排出腔和吸入腔之间的现有密封件可以直接加工到转子，如现有技术图1中所示。在这种情况下，密封件本身与主转子一起旋转。可替代地，现有密封件作为固定到压缩机壳体的内部的独立部件提供，如现有技术图2中所示。在这些情况下，密封件的效率取决于密封件与壳体壁或转子与密封件之间的间隙。距离越大，密封件的效率越低。密封件的效率还取决于密封件随着时间的推移的磨损量。
5.关于现有技术图1中所示的密封件，壳体与转子上的密封件之间的间隙不能明显优化，因为壳体与转子均为金属。也就是说，金属不像其它材料那样容易磨损，并且如果壳体和转子之间的间隙不足，则可能会损坏壳体和/或转子。与此对比，当密封件设置在壳体壁上时，应当理解的是，需要两个不同的密封表面，且优化间隙可能比较困难。
6.因此，需要一种用于高压单螺杆压缩机的密封组件，其解决了一个或多个上述缺陷或其它问题。


技术实现要素：

7.在一个方面，公开了一种密封组件。密封组件配置为与高压单螺杆压缩机一起使用。组件包括：密封体，其具有带纹理的外表面；和至少一个附接结构，其将密封体固定地附接到高压单螺杆压缩机的主转子以便能与主转子一起旋转。带纹理的外表面在压缩机壳体和密封体之间形成迷宫式路径。
8.在另一个方面，公开了一种高压单螺杆压缩机。高压单螺杆压缩机包括：壳体；主转子，其固定在壳体内并由主转子驱动轴绕主转子驱动轴轴线可旋转地驱动，并且可操作地与也固定在壳体内的多个闸转子接合；以及密封组件。密封组件包括：密封体，其具有带纹理的外表面；和至少一个附接结构，其将密封体固定地附接到高压单螺杆压缩机的主转
子以便能与主转子一起旋转。带纹理的外表面在壳体和密封体之间形成迷宫式路径。
9.根据本公开的实施例的密封组件的其它实施例、方面、特征、目的和优点将在完全阅读随后的具体实施方式和权利要求书后被理解和领会。
附图说明
10.在所附权利要求书中具体阐述了被认为是新颖的本公开的特征。参考附图描述了本公开的实施例，并且仅用于说明的目的。本公开的应用不限于附图中所示的部件的构造或布置的细节。本公开的密封组件能够具有其它实施例，或者能够以其它各种方式实践或实施。相似的附图标记用于指示相似的部件。在附图中：
11.图1示出了用于高压单螺杆压缩机的密封件的现有技术示例；
12.图2示出了用于高压单螺杆压缩机的密封件的另一个现有技术示例；
13.图3是根据本公开的实施例的采用单螺杆转子和一对星形或闸转子的示例性高压单螺杆压缩机的俯视图，其中部分是横截面，部分是剖开的；以及
14.图4是图3的高压单螺杆压缩机的部分的示意图，其进一步详细地示出了根据本公开的实施例的密封组件。
具体实施方式
15.参考图3，标记10表示适用于诸如制冷系统(未示出)等的压缩系统的单螺杆压缩机的示例性实施例，并且其可以包括根据本公开的实施例的密封组件100(未示出)。单螺杆压缩机10通常包括压缩机壳体12、安装成在壳体12中旋转的单个主转子14以及安装成在壳体12中旋转并与主转子14接合的一对星形闸转子或星形转子16、18。
16.压缩机壳体12包括圆柱形孔(未示出)，主转子14可旋转地安装在该圆柱形孔中。孔在其吸入端27是敞开的，并由排出端壁(未示出)封闭。主转子14大体上是圆柱形的，并且具有多个形成在其中的限定压缩室的螺旋槽25，该主转子设置有转子轴26，该转子轴的相对端可旋转地支撑在安装在壳体12上的轴承组件28上。转子轴26驱动主转子14绕主转子轴轴线旋转。
17.压缩机壳体12包括其中的空间30，星形转子或闸转子16、18可旋转地安装在这些空间中，并且转子16、18位于主转子14的相对侧(即，间隔180度)。转子16、18中的每个都具有多个齿轮齿32，并且设置有转子轴34，该转子轴的相对端可旋转地支撑在安装在壳体上的轴承组件上。当主转子14由电机(未示出)可旋转地驱动时，转子16、18中的每个相继接合该主转子中的槽25，并且与孔的壁(未示出)尤其是其端壁(未示出)协作而限定气体压缩室。
18.图4是图3的单螺杆压缩机的部分的示意图。具体而言，图4示出了吸入端腔27的部分，其中主转子14和壳体12形成排出腔29。密封组件100设置在吸入端腔27和排出腔29之间。鉴于上面关于图3的描述可以理解，吸入端腔27通常是低压腔，在标准操作条件下，吸入端腔27中的压力为约30psi。气体的压缩导致排出腔29中的高压。在标准单螺杆压缩机中，排出腔29中的压力为约150
‑
300psi。然而，在本公开的高压单螺杆压缩机中，排出腔29中的压力范围是350psi至2000psi。在所示的实施例中，排出腔29中的压力为从350psi、或400psi、或500psi、或750psi至800psi、或1000psi、或1200psi、或1500psi、或2000psi。
19.在实施例中，吸入端腔27和排出腔29之间的压力差大于或等于150psi，或大于或等于200psi，或大于或等于250psi，或大于或等于300psi，或大于或等于350psi，或大于或等于400psi，或大于或等于450psi，或大于或等于500psi，或大于或等于550psi，或大于或等于600psi。
20.在实施例中，吸入端腔27和排出腔29之间的压力差高达600psi、或700psi、或800psi、或900psi、或1000psi、或1250psi、或1500psi、或1750psi、或2000psi。
21.与现有技术图1中所示的现有技术密封件对比，密封组件100没有直接加工到主转子14。另外，与现有技术图2中所示的现有技术密封件和现有技术图2相比，密封组件100不是固定地附接到壳体12的内部的独立部件。更确切地说，根据本公开的实施例的密封组件100是固定地附接到主转子14的独立部件。
22.如图4中所示，密封组件100由使用一个或多个附接结构130固定地附接到主转子14的密封体110构成。具体而言，在所示的实施例中，密封体110绕主转子14的圆周的至少一部分设置，并且优选地基本上绕主转子14的整体设置。也就是说，在实施例中，密封体110呈弓形，并且优选呈盘形，以基本上或完全地包围主转子14的圆周。
23.另外，在图4中所示的实施例中，密封体110的横截面大体上呈矩形。在实施例中，密封体110沿密封体110的长度具有一致的横截面几何形状。
24.当在如图4中的横截面中观察时，侧表面112、116和邻接主转子14的内表面114大体上是光滑的，而面向主壳体12的内部的外表面118带纹理以在密封体110和壳体12之间形成从吸入端腔27到排出腔29的迷宫式路径。在所示的实施例中，密封体110的外表面118上的迷宫式路径由沿密封体110的弓形外表面118的多个大致相同深度的槽形成。槽沿外表面118均匀间隔。应当理解的是，在其它实施例中，可以使用实现迷宫式路径形成的任何表面纹理来形成迷宫式路径，包括例如但不限于槽、齿、通道、蛇形通道、凸起、点画及其组合，这些中的任何或全部可以沿外表面118一致地、对称地或均匀地间隔或定位，并且这些中的任何或全部可以具有从密封体110起或进入该密封体中的相同或不同高度或深度。
25.如上所述，在所示的实施例中，密封体110在主转子14的圆周处完全包围主转子14。换句话说，在图4中所示的实施例中，密封体110大体上呈具有外径和内径的环形或盘形。密封体110的厚度在整个密封体110上是一致的。
26.重要的是，密封体110不是由金属制成的。更确切地说，密封体110由树脂材料制成，并且更优选地由热塑性材料或热固性材料制成。如本文所用，术语“热塑性材料”是指聚合物或树脂，其一旦凝固成固体形式就会在施加热时可再次变得柔韧或可塑。如本文所用，术语“热固性材料”是指聚合物或树脂，其一旦凝固成固体形式就不会在施加热时再次变得柔韧或可塑。换句话说，热塑性材料可以再熔化和再成形几次，而热固性材料一旦成形就不能再熔化和再成形—它们永久地处于凝固形式。在特定实施例中，热塑性材料或热固性材料是聚苯硫醚树脂。
27.另外，在实施例中，热塑性或热固性材料是碳或玻璃增强的。也就是说，热塑性或热固性材料含有：碳纤维，包括纺织碳纤维；或玻璃纤维。在特定实施例中，基于热塑性或热固性材料的总重量，热塑性或热固性材料包括10％、或15％、或20％、或25％、或30％、或40％、或50％、或60％。
28.在实施例中，基于热塑性材料的总重量，热塑性或热固性材料是具有20％、或30％
至40％、或50％的纺织碳纤维或玻璃纤维的热塑性材料。在另一个实施例中，热塑性材料是具有20％、或30％至40％、或50％的纺织碳纤维或玻璃纤维的聚苯硫醚树脂。
29.在实施例中，按照astm d792测量，具有碳纤维或玻璃纤维的热塑性或热固性材料的比重为1.25g/cc、或1.30g/cc、或1.35g/cc、或1.40g/cc、或1.45g/cc、或1.50g/cc至1.55g/cc、或1.60g/cc、或1.65g/cc、或1.70g/cc、或1.75g/cc。在实施例中，具有碳纤维或玻璃纤维的热固性材料的热塑性的比重为1.45g/cc、或1.50g/cc至1.55g/cc、或1.60g/cc、或1.65g/cc、或1.70g/cc。
30.在实施例中，按照iso 527测量，具有碳纤维或玻璃纤维的热固性材料的热塑性具有90mpa、或95mpa、或100mpa、或110mpa、或120mpa至130mpa、或140mpa、或150mpa、或160mpa、或170mpa、或175mpa的拉伸强度。
31.在另一个实施例中，按照astm d638测量，具有碳纤维或玻璃纤维的热塑性或热固性材料具有15kpsi、或18kspi、或20kpsi、或22kpsi至25kpsi、或27kpsi、或30kpsi、或35kpsi的拉伸强度。
32.在另一个实施例中，当在20℃或23℃(50％相对湿度)或80℃下测量时，具有碳纤维或玻璃纤维的热塑性或热固性材料的拉伸强度(90
°
)为550mpa、或600mpa、或625mpa、或650mpa至675mpa、或700mpa、或725mpa、或750mpa、或775mpa、或800mpa、或850mpa、或900mpa。
33.在实施例中，具有碳纤维或玻璃纤维的热塑性或热固性材料具有80℃、或90℃、或100℃至110℃、或120℃、或130℃的玻璃化转变温度。
34.在实施例中，具有碳纤维或玻璃纤维的热塑性或热固性材料具有250℃、或260℃、或270℃、或280℃至290℃、或300℃、或310℃、或320℃、或330℃、或350℃的熔化温度。
35.在实施例中，热塑性或热固性材料具有一种、一些或所有下列特性：
36.i)20％、或30％至40％、或50％的纺织碳纤维或玻璃纤维；和/或
37.ii)1.45g/cc、或1.50g/cc至1.55g/cc、或1.60g/cc、或1.65g/cc、或1.70g/cc的比重；和/或
38.iii)按照iso 527测量，90mpa、或95mpa、或100mpa、或110mpa、或120mpa至130mpa、或140mpa、或150mpa、或160mpa、或170mpa、或175mpa的拉伸强度；和/或
39.iv)按照astm d638测量，15kpsi、或18kspi、或20kpsi、或22kpsi至25kpsi、或27kpsi、或30kpsi、或35kpsi的拉伸强度；和/或
40.v)80℃、或90℃、或100℃至110℃、或120℃、或130℃的玻璃化转变温度；和/或
41.vi)250℃、或260℃、或270℃、或280℃至290℃、或300℃、或310℃、或320℃、或330℃、或350℃的熔化温度。
42.在实施例中，热塑性或热固性材料具有特性(i)
‑
(vi)中的至少一种、至少两种、至少三种、至少四种、至少五种或全部六种。
43.如本文所用，术语“附接结构”是指硬件部件、组件和/或粘合剂化合物，其可用于将密封体110固定地附接到主转子14。在图4中提供的实施例中，一个或多个附接结构130是穿过密封体110并部分地延伸到主转子14中的螺杆。然而，在其它实施例中，一个或多个附接结构可以包括但不限于螺杆、螺栓、夹子、粘合剂、焊缝以及这些和其它结构或组件的组合。
44.如图4中进一步所示，且根据本公开的实施例，密封体110被示为附接到转子14并部分地设置在其中。也就是说，在所示的实施例中，密封体110本身构成转子14的一部分，靠近转子14的最靠近吸入端腔27的边缘。在其它实施例中，密封体110可以连接到转子14的表面，从而远离转子14延伸，或者在其它实施例中，其完全设置在转子14中(即，使得转子的材料与密封体110的两个弓形侧112和116接触。
45.应当理解的是，因为密封体110与转子14固定地附接，所以高压密封组件100将与转子14一起旋转。因为密封体110由热塑性或热固性材料制成，所以如果与金属壳体12接触，则该材料将磨损金属壳体。因此，壳体12和密封体110之间的间隙或空间，并且尤其是密封体110的外表面118可以被优化。特别地，在实施例中，密封体110的外表面118和壳体12的内表面之间的距离是从0μm、或大于0μm、或0.01μm、或0.05μm、或0.1μm、或0.5μm、或1.0μm、或5.0μm至10μm、或25μm、或50μm、或100μm、或250μm、或500μm、或1000μm。
46.具体而言，希望本发明不限于本文所含有的实施例和说明，而是包括那些实施例的修改形式，包括实施例的部分以及不同实施例的元件的组合，这些都落入所附权利要求书的范围内。