旋轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機。還公開了一種氣體壓縮機，其包括第一轉(zhuǎn)子，該第一轉(zhuǎn)子具有第一轉(zhuǎn)子主體，該第一轉(zhuǎn)子主體包括多個螺旋凸起，通過壁限定的第一轉(zhuǎn)子主體內(nèi)的內(nèi)部容積和設(shè)置在內(nèi)部容積中的渦輪機，該渦輪機包括渦輪機主體和從渦輪機主體大體徑向延伸到所述壁的多個翼，在該處內(nèi)部容積構(gòu)造成使得冷卻流體能夠流過該內(nèi)部容積。該氣體壓縮機還包括第二轉(zhuǎn)子主體，其包括多個螺旋凸起、入口歧管和出口歧管以及主體通道，所述入口歧管和所述出口歧管兩者都設(shè)置在第二轉(zhuǎn)子主體內(nèi)，所述主體通道在至少一個凹槽內(nèi)從入口歧管向出口歧管延伸，并且主體通道與入口歧管和出口歧管連通，在該處主體通道構(gòu)造成使得冷卻流體能夠通過該主體通道。
【專利說明】
旋轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明一般涉及旋轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機。
【背景技術(shù)】
[0002 ]常規(guī)的旋轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機使用相互嚙合的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子來形成在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子之間的壓縮單元(一般稱作壓縮室)，閉合該單元，然后通過螺桿旋轉(zhuǎn)降低單元的容積以壓縮氣體。相互嚙合的轉(zhuǎn)子可以是具有兩個門轉(zhuǎn)子或成對的、軸向?qū)?zhǔn)的螺旋的螺桿式轉(zhuǎn)子的單個主轉(zhuǎn)子。因為氣體壓縮過程發(fā)生在持續(xù)的掃動運動中，旋轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機在壓縮氣體的輸出流動中產(chǎn)生非常少的波動或喘振。然而，根據(jù)所描述的物理氣體定律，壓縮任何氣體都產(chǎn)生熱量，并且更熱的氣體在壓縮過程中效率更低。因此，在壓縮過程中移除熱量可以提高壓縮效率。
[0003] 在壓縮單元中的冷卻氣體的各種裝置是已知的。一種常見的裝置，已知為接觸冷卻，是將冷卻流體引入壓縮過程，其與可壓縮氣體直接接觸。相比之下，壓縮氣體而不導(dǎo)引冷卻劑進入壓縮單元通常稱為“干燥(dry)”壓縮。在相等的壓縮率下，干燥螺桿式壓縮機比接觸的冷卻螺桿式壓縮機產(chǎn)生更高的溫度，因為沒有在壓縮單元中冷卻的流體。冷卻可壓縮氣體的替代的方法包括水套冷卻和內(nèi)部冷卻，在水套冷卻中冷卻液在螺桿式壓縮機的殼體上流動，在內(nèi)部冷卻中冷卻液流動經(jīng)過制造成空心的螺桿式轉(zhuǎn)子。這種空心的轉(zhuǎn)子一般由層壓沖壓件、直柄鉆頭機械加工、鑄造、擠壓或者液壓成形過程制造。
[0004] —些現(xiàn)存的螺桿式壓縮機系統(tǒng)相對于冷卻壓縮過程有各種缺點。相應(yīng)地，在本領(lǐng)域的工藝中仍然需要進一步的貢獻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個實施例是氣體壓縮機系統(tǒng)，其包含轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有用于冷卻流體的穿過轉(zhuǎn)子形成的流動通路，使得轉(zhuǎn)子能夠冷卻，并且提高壓縮機的效率。其它實施例包括裝置，系統(tǒng)，設(shè)備，硬件，方法和組合，當(dāng)冷卻流體被轉(zhuǎn)子加熱時使用流動經(jīng)過轉(zhuǎn)子的冷卻流體產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。進一步的實施例，本申請的進一步實施例、形式、特征、方面、益處和優(yōu)點根據(jù)下面提供的說明書和附圖而變得明顯。
【附圖說明】
[0006] 當(dāng)結(jié)合附圖時，將從下面的詳細(xì)描述中更好地理解本發(fā)明的特征，在附圖中:
[0007] 圖1示出了根據(jù)本公開的氣體壓縮機的一實施例的透視圖；
[0008] 圖2示出了根據(jù)本公開的氣體壓縮機的一實施例的示意圖；
[0009] 圖3示出了根據(jù)本公開的氣體壓縮機的轉(zhuǎn)子的透視圖；
[0010] 圖4示出了根據(jù)本公開的氣體壓縮機的轉(zhuǎn)子的局部截面圖；
[0011] 圖5示出了根據(jù)本公開的氣體壓縮機的轉(zhuǎn)子的透視截面圖；
[0012] 圖6示出了根據(jù)本公開的轉(zhuǎn)子的渦輪機的透視圖；
[0013] 圖7示出了根據(jù)本公開的轉(zhuǎn)子的替代的渦輪機的透視圖；
[0014] 圖8示出了根據(jù)本公開的轉(zhuǎn)子的替代的渦輪機的透視圖；
[〇〇15]圖9示出了根據(jù)本公開的氣體壓縮機的實施例的平面圖；
[0016] 圖10示出了制造根據(jù)本公開的轉(zhuǎn)子的方法。
【具體實施方式】
[0017] 本申請公開了氣體壓縮機的各種實施例，以及使用和構(gòu)造該氣體壓縮機的方法。 在該公開的一個方面，氣體壓縮機可包括具有內(nèi)部流動通路的轉(zhuǎn)子，冷卻流體可流動通過內(nèi)部流動通路以吸收由壓縮過程產(chǎn)生的熱量。為了提高對本發(fā)明原理理解的目的，在附圖中所示的實施例中作出了參考，并且具體的語言將用于描述實施例。然而，將理解的是，因此并不旨在對本發(fā)明的范圍進行限制，在描述的實施例中的任何變形或進一步的修改，和在本文描述的本申請的原理的任何進一步應(yīng)用，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說都是可考量的。
[0018] 圖1中示出了根據(jù)本公開的至少一個實施例的氣體壓縮機。如在圖1中所示，氣體壓縮機100可包括陽轉(zhuǎn)子10,其鄰近殼體(沒有示出)內(nèi)陰轉(zhuǎn)子20而設(shè)置，該殼體具有氣體入口和出口。隨著陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20繞著它們各自的縱向軸線旋轉(zhuǎn)，陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20 可構(gòu)造成彼此相互接合以壓縮氣體，或者更一般地工作流體。陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20沿著形成在每個轉(zhuǎn)子1〇,20中的螺旋螺紋相互接合，螺紋提供補充的壓縮表面，其每一個限定了螺旋形狀。陽轉(zhuǎn)子10的螺紋可包括凸起18,其具有形成在相對寬的鄰近螺旋齒之間的相對窄的凹部。陰轉(zhuǎn)子20的螺紋可包括凹槽28,其具有形成在相對窄的鄰近螺旋齒之間的相對寬的凹部。需要注意的是，陽轉(zhuǎn)子10或陰轉(zhuǎn)子20將被描述作為具有相互接合的凸起，凹槽，齒， 螺紋或者本領(lǐng)域中使用的其它適當(dāng)?shù)男g(shù)語。進一步地，在一些應(yīng)用中，凹部將稱為“凹槽”來代替齒。但是，為了公開的目的，具有寬螺紋和窄凹部的轉(zhuǎn)子將被稱為陽轉(zhuǎn)子10,并且具有窄螺紋和寬凹部的轉(zhuǎn)子將被稱為陰轉(zhuǎn)子20。
[0019] 在運行中，陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20旋轉(zhuǎn)以連續(xù)形成在陽轉(zhuǎn)子10的凸起18,陰轉(zhuǎn)子20 的凹槽28,以及壓縮機100的殼體之間的壓縮單元(compress1n cell)。待壓縮的氣體可經(jīng)由入口沿著壓縮機流動通路A被導(dǎo)引。轉(zhuǎn)子10，20的旋轉(zhuǎn)沿著流動通路A的方向抽取待在轉(zhuǎn)子10,20之間壓縮的氣體，如圖1中所示，并且進入形成在它們之間的壓縮單元。隨著轉(zhuǎn)子 10,20旋轉(zhuǎn)時，每個壓縮單元被閉合，并且然后減小容積以壓縮氣體，其產(chǎn)生熱量，增加了氣體和轉(zhuǎn)子10，20的溫度。轉(zhuǎn)子10,20的旋轉(zhuǎn)還推動在壓縮狀態(tài)下氣體經(jīng)由出口排出壓縮機 100。但是，因為壓縮熱氣體需要更多的能量，氣體越熱，壓縮過程效率越低。因此，在壓縮過程中通過冷卻壓縮氣體，移除來自陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20的熱量可提高氣體壓縮機100的壓縮效率。陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20的旋轉(zhuǎn)可由馬達(dá)，主軸，或者其它適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩源來驅(qū)動。
[0020] 為了分散壓縮過程產(chǎn)生的熱量和冷卻壓縮氣體，冷卻流體或者制冷液可流動通過陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20以經(jīng)由轉(zhuǎn)子10,20傳送來自被壓縮的氣體的熱量到冷卻流體，并且將該熱量傳輸離開壓縮過程。陽轉(zhuǎn)子10被構(gòu)造成能夠使冷卻流體沿著流動通路B流動通過陽轉(zhuǎn)子10,因此吸收由壓縮氣體的過程所產(chǎn)生的熱量的至少一部分。另外，陰轉(zhuǎn)子20可構(gòu)造成能夠使冷卻流體沿著流動通路C流動通過陰轉(zhuǎn)子20,因此吸收由壓縮氣體的過程所產(chǎn)生的熱量的至少一部分。因此，流動通路B和流動通路C的效果可降低氣體被壓縮時溫度增加，這防止了能量損失，并且提高了壓縮機的效率。在這個意義上說，流動通路B和流動通路C能夠使流動通路A保持在或者接近一恒定的溫度，氣體壓縮機100可在等溫效率接近100%的情況下運行。
[0021 ] 在至少一個實施例中，流動通路B和流動通路C可與流動通路A相反地行進。在這個實施例中，相對冷的冷卻流體在其最冷狀態(tài)下被導(dǎo)引到陽轉(zhuǎn)子1 〇和陰轉(zhuǎn)子20中，在氣體出口附近鄰近壓縮過程的最后，鄰近最熱的壓縮氣體溫度以及陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20的最大的熱量。因此，壓縮機流動通路A相對于冷卻流體流動通路B和流動通路C的逆向流動增加了在一位置處相對熱的壓縮氣體和相對冷的冷卻流體之間的熱量傳遞的速率，在該位置處，壓縮氣體的冷卻對壓縮機效率提供了最大貢獻。所公開的逆向流動裝置還能夠具有本文中進一步描述的優(yōu)點。在替代實施例中，流動通路B和流動通路C可沿與流動通路A相同的方向行進。在另一替代實施例中，流動通路B和流動通路C的一個或另一個可選擇成與流動通路A方向相反或相同地運行。
[〇〇22] 氣體壓縮機100可包括與圖2中所示的陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20流體連通的制冷子系統(tǒng)70。在冷凍流體流動通過陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20之后，制冷子系統(tǒng)70可冷卻并且加壓冷卻流體，使得在再循環(huán)通過陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20之前，冷卻流體可返回到相對冷的和高壓狀態(tài)。相應(yīng)地，冷卻流體可連續(xù)地循環(huán)通過氣體壓縮機100,經(jīng)由陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20抽取來自氣體壓縮時的熱量，并且在制冷子系統(tǒng)70中分散該熱量。制冷子系統(tǒng)70可包括常規(guī)的蒸汽壓縮循環(huán)的方面，包括與冷凝器76流體連通的制冷壓縮機74。
[〇〇23]在至少一個實施例中，氣體壓縮機100可包括設(shè)置在制冷子系統(tǒng)70和陽轉(zhuǎn)子10之間的陽閥71，并且還可包括設(shè)置在制冷子系統(tǒng)70和陰轉(zhuǎn)子20之間的陰閥72。陽閥71可計量通過陽轉(zhuǎn)子10的冷卻流體的流動通路B，并且將制冷子系統(tǒng)70的冷凝器76的相對高壓液體流與陽轉(zhuǎn)子10分離，并且與來自陰轉(zhuǎn)子20的流動效應(yīng)分離。類似地，陰閥72可計量通過陰轉(zhuǎn)子20的冷卻流體的流動通路C，并且將制冷子系統(tǒng)70的冷凝器76的相對高壓液體流與陰轉(zhuǎn)子20分離，并且與來自陽轉(zhuǎn)子10的流動效應(yīng)分離。因此，在初始液態(tài)的相對冷的冷卻流體， 在壓力低于制冷子系統(tǒng)70的制冷壓縮機74的壓力時，提供給陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20。在操作中，如果閥71，72下游(例如，在陽轉(zhuǎn)子10和/或陰轉(zhuǎn)子20內(nèi))的冷卻流體溫度變得比期望的溫度高時，閥71，72可進一步打開以增加通過陽轉(zhuǎn)子10和/或陰轉(zhuǎn)子20的冷卻流體的流動速率，因此增加冷卻流體流的熱容量并且降低溫度。相反地，如果閥71，72下游的冷卻流體溫度變得比期望的溫度低時，閥71，72可部分閉合以降低通過陽轉(zhuǎn)子10和/或陰轉(zhuǎn)子20的冷卻流體的流動速率，因此降低冷卻流體流的熱容量并且增加溫度。
[0024]陽閥71和陰閥72可以是任何適當(dāng)?shù)挠嬃垦b置，能響應(yīng)于下游壓力和溫度的改變來改變通過其的流量。通過這種非限制的示例，陽閥71和陰閥72可以是機械熱膨脹閥和/或電子控制閥，其具有電子溫度傳感器，例如熱電偶，熱敏電阻等等，其設(shè)置在閥71，72的下游與微處理器或者其它適當(dāng)?shù)目刂蒲b置連通。
[〇〇25] 如圖3中所示，陰轉(zhuǎn)子20可包括設(shè)置在上游陰軸部分24和下游陰軸部分26之間的陰主體部分22,其沿著縱向軸線42在陰主體部分22的相反端處連接。陰主體部分22可包括多個螺旋齒或凹槽28,其沿著陰轉(zhuǎn)子20的軸線42形成，并且從上游陰軸部分24延伸到下游陰軸部分26。陰主體部分22,上游陰軸部分24和下游陰軸部分26可一體地形成作為單獨的部件，或者可制造成由附連在一起以形成剛性體的單獨部件。
[〇〇26]如圖3和4所示，上游陰軸部分24可包括在上游陰軸部分24的中心處或靠近其沿著軸線42形成的陰入口通道34或通路。同樣地，下游陰軸部分26可包括在下游陰軸部分36的中心處或靠近其沿著軸線42形成的陰出口通道36或通路。在至少一個實施例中，下游陰軸部分26的直徑或者寬度比上游陰軸部分24的直徑或者寬度大，其可以能夠受控的擴展，而進一步防止流動阻塞，隨著冷卻流體吸收來自氣體經(jīng)由陰轉(zhuǎn)子主體部分22壓縮的熱量，其提高了流動通路C的溫度和壓力。
[〇〇27]陰主體部分22可包括多個獨立的螺旋冷卻通道30或通路，其沿著軸線42穿過螺旋凸起28而形成，并且與上游歧管32和下游歧管38流體連通。陰主體部分22可包括穿過每個凹槽28的至少一個冷卻通道30。在圖3和4中所示的至少一個實施例中，陰主體部分22可包括獨立的穿過每個凹槽28的多個螺旋冷卻通道30。每個冷卻通道30，具有長度和直徑或者寬度，可被構(gòu)造成使得給定的冷卻通道30的直徑或?qū)挾仍诹鲃油稢方向上從上游到下游沿著冷卻通道30的長度增加。在至少一個實施例中，冷卻通道30的直徑或?qū)挾仍诹鲃油稢 的方向上持續(xù)增加。隨著冷卻通道30的直徑或?qū)挾仍黾?，它的截面面積也可增加。相應(yīng)地， 在下游方向上每個位置處至少一個冷卻通道30的直徑或者寬度和因此的截面比上游方向上大。冷卻通道30的增加的截面可以能夠受控的擴展，而進一步防止隨著冷卻流體吸收來自氣體經(jīng)由陰轉(zhuǎn)子主體部分22壓縮的熱量，流動通路C的阻塞。
[〇〇28] 上游歧管32能流體連通在陰入口通道34和冷卻通道30之間。上游歧管32可包括一個或多個輻條或支撐物35，其具有直徑或?qū)挾?，其從陰入口通?4徑向延伸，并且連接到冷卻通道30。類似地，下游歧管38能夠流體連通在冷卻通道30和陰出口通道36之間。下游歧管 38可包括一個或多個支撐物35，其具有直徑或?qū)挾?，其從陰出口通?6徑向延伸，并且連接到冷卻通道30。因此，陰入口通道34，上游歧管32，冷卻通道30，下游歧管38，和陰出口通道 36限定穿過陰轉(zhuǎn)子20的流動通路C。在至少一個實施例中，在下游歧管38中的支撐物35的直徑比在上游歧管32中的相應(yīng)的支撐物35的直徑大。因此，穿過陰轉(zhuǎn)子20的流動通路的容量一般在流動通路C方向上從上游到下游增加，其可以能夠受控地擴展，而進一步防止穿過其的流動通路C的阻塞。
[〇〇29]如圖4中所描繪的，冷卻通道30可在上游歧管32的支撐物35處具有相同的初始直徑，并且，類似地，在下游歧管38的支撐物35處有相等的末端直徑。在至少一個實施例中，冷卻通道30的初始直徑可沿著上游歧管32的支撐物35徑向改變，并且冷卻通道30的末端直徑可沿著下游歧管38的支撐物35徑向改變。例如，冷卻通道30在最接近軸線42處的初始直徑， 可比距離軸線42最遠(yuǎn)處的冷卻通道30的初始直徑更大或更小。因為隨著距離軸線42的徑向距離增加，凹槽28—般需要更多結(jié)構(gòu)強度，距軸線42最遠(yuǎn)處的冷卻通道30的初始直徑可比距軸線42最近處的冷卻通道30小。在至少一個替代實施例中，陰轉(zhuǎn)子主體22在每個凹槽28 中都包括一個冷卻通道30。在這個實施例中，冷卻通道30的截面可隨著距離軸線42的徑向距離而改變，使得冷卻通道30在距離軸線42最近處更寬，在距離軸線42最遠(yuǎn)處更窄。關(guān)于陰轉(zhuǎn)子主體22的冷卻通道30的直徑或?qū)挾?，?shù)量和分布，可以依靠期望的流動和通過陰轉(zhuǎn)子 20熱量傳遞速率，和期望流量所需的結(jié)構(gòu)強度，和氣體壓縮機100的出口壓力，以及待壓縮的氣體的類型來選擇。
[0030]參考圖3,在操作中，冷卻流體經(jīng)由在流動通路C方向上的上游陰軸部分24中的陰入口通道34導(dǎo)引進入陰轉(zhuǎn)子20。冷卻流體然后推進通過上游歧管32，并且進入設(shè)置在螺旋凸起28內(nèi)的多個冷卻通道30。當(dāng)冷卻流體沿著流動通路C流動通過冷卻通道30時，熱量從被壓縮的氣體傳遞到相對熱的凹槽28，到在冷卻通道30內(nèi)的冷卻流體，其增加了冷卻流體的溫度和壓力。冷卻流體從冷卻通道30流動通過下游歧管38,并且在受熱且處于至少部分氣態(tài)下，經(jīng)由下游陰軸部分26的陰出口通道36從陰轉(zhuǎn)子20出來。
[〇〇31]隨著冷卻流體的溫度沿著流動通路C增加，其壓力也一樣。但是，因為冷卻通道30 的截面在流動通路C方向增加，每個冷卻通道30隨著另外的熱量被吸收，能夠使冷卻流體逐漸地并且可控地擴展到規(guī)定的溫度和壓力。在至少一個實施例中，冷卻通道30可構(gòu)造成通過期望的區(qū)域使冷卻流體能夠從液相相變氣相，以進一步增強熱傳遞。例如，從被壓縮的氣體傳遞到冷卻流體的熱量，可能是足夠的，以至少部分地蒸發(fā)液體冷卻流體。從液體到氣體的改變導(dǎo)致冷卻流體的膨脹，其通過經(jīng)選擇的冷卻通道30，下游歧管38，和陰出口通道36的截面來控制。
[0032 ]引起從液態(tài)到氣態(tài)的等溫變化所需的熱量一般稱為蒸發(fā)的潛熱。冷卻流體的潛熱代表額外的熱能量，其自被壓縮的氣體吸收，而不用提高冷卻流體的溫度。因此，冷卻流體的潛熱提供了潛在的熱傳遞能力，以快速抽取來自被壓縮的氣體的熱量。相應(yīng)地，陰入口通道34，具有支撐物35的上游歧管32，冷卻通道30，具有支撐物35的下游歧管38，和陰出口通道36的具體尺寸可以選擇成如本文所描述的鄰近壓縮過程的末端在陰轉(zhuǎn)子20的上游端處或者在其附近至少部分蒸發(fā)冷卻流體，在該處壓縮氣體是最熱的，并且在該處增加了來自壓縮氣體的熱傳遞速率，對壓縮機效率具有最大的積極的影響。因此，冷卻通道30可足夠的傳輸來自被壓縮的氣體的熱量，以降低與壓縮過程相關(guān)聯(lián)的溫度增加，因此接近氣體的等溫壓縮，并且相對常規(guī)的氣體壓縮機來提高氣體壓縮機100的效率。
[〇〇33]冷卻流體可以類似地流動通過陽轉(zhuǎn)子10。通過冷卻通道30,以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)，例如上游歧管32，下游歧管38和支撐物35，已經(jīng)關(guān)于該陰轉(zhuǎn)子20描述，陽轉(zhuǎn)子10也可包括這些結(jié)構(gòu)。在這種實施例中，陽轉(zhuǎn)子10可包括多個分立的螺旋冷卻通道30,如本文進一步描述的， 其沿著縱向軸線40穿過螺旋凸起18形成。
[0034] 如圖5所示，陽轉(zhuǎn)子10可以包括布置在上游陽軸部分14和下游陽軸部分16之間的陽主體部分12,上游陽軸部分14和下游陽軸部分16沿著縱向軸線40在相反端處連接到陽主體部分12。陽主體部分12可包括多個螺旋齒或凸起18,其沿著軸線40形成并且從上游陽軸部分14延伸到下游陽軸部分16。陽主體部分12、上游陽軸部分14和下游陽軸部分16可一體形成作為單個部件，或者可由附接在一起的分開部件制造，以形成一個剛性體。
[〇〇35] 上游陽軸部分14可包括陽入口通道54,其沿著軸線40形成在上游陽軸部分14的中心或者靠近上游陽軸部分14的中心。同樣地，下游陽軸部分16可包括陽出口通道56,其沿著軸線40形成在下游陽軸部分16的中心或者靠近下游陽軸部分16的中心。在至少一個實施例中，下游陽軸部分16的直徑或者寬度比上游陽軸部分14的直徑或者寬度更大，其可防止流動通路B隨著冷卻流體吸收來自經(jīng)由陽轉(zhuǎn)子主體部分12壓縮的氣體的熱量(其提高了流動通路B的溫度和壓力)而阻塞。
[〇〇36]陽主體部分12可包括內(nèi)部容積50,其被壁52限定并且流體連通在上游陽軸部分14 和下游陽軸部分16之間。壁52可進一步限定凸起18。由于壁52限定了螺旋凸起18,所以壁52 可以在三維上具有通常多個凸起螺旋外形。此外，因為壁52至少部分地進一步限定內(nèi)部容積50，內(nèi)部容積50的截面沿著如圖5所示的軸線40持續(xù)的變化。因此，陽入口通道54、內(nèi)部容積50以及陽出口通道56限定通過陽轉(zhuǎn)子10的流動通路B，其具有不規(guī)則和變化的截面。
[0037]陽主體部分12可進一步包括設(shè)置在內(nèi)部容積50內(nèi)的渦輪機60。渦輪機60可包括具有上游端61和相對下游端67的渦輪機主體62,上游端61在上游陽軸部分14附近，下游端67 在下游陽軸部分16附近。渦輪機60使陽轉(zhuǎn)子10使用從壓縮的氣體傳遞的熱量來產(chǎn)生機械能以貢獻轉(zhuǎn)矩，以協(xié)助驅(qū)動陽轉(zhuǎn)子10,從而提高了氣體壓縮機100的效率。這樣做，渦輪機60和陽主體部分12的壁52可構(gòu)造成控制所述冷卻流體的膨脹、速度以及壓力，當(dāng)它流動經(jīng)過陽轉(zhuǎn)子10時。通過容積50、渦輪機60以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)(例如渦輪主體62)已經(jīng)關(guān)于陽轉(zhuǎn)子10描述，陰轉(zhuǎn)子20也可包括這些結(jié)構(gòu)。在這種實施例中，陰轉(zhuǎn)子20可包括容積50和渦輪機60，其如下面將進一步描述的沿著縱向軸線42形成在陰主體部分22中。
[〇〇38]具體地，上游端61可以包括沖擊面66,其構(gòu)造成導(dǎo)向冷卻流體經(jīng)由陽入口通道54 進入內(nèi)部容積50來貫穿內(nèi)部容積50的上游端分散，以防止流動通路B停滯，并在流動通路B 中產(chǎn)生湍流。分散流動通路B內(nèi)部的湍流，增加了在壁52和鄰近壓縮過程末端的陽轉(zhuǎn)子10的最熱部分處的冷卻流體之間的熱傳遞速率。因此，沖擊面66可具有任何適當(dāng)?shù)男螤?，包括但不限于一個大致凸起的形狀，例如圓錐形、拋物線、雙曲線、復(fù)雜平方以及其它的發(fā)展形狀。 渦輪機62的下游端67可包括表面，其通常是尖頂，圓錐形，子彈形，或在其它方面是錐形以當(dāng)冷卻流體轉(zhuǎn)移到陽出口通道56時，減小湍流和摩擦流動損失。
[〇〇39]渦輪機主體62可通常為具有大體平行于軸線40的縱向軸線的圓柱形，并且可具有恒定直徑。在至少一個實施例中，渦輪機主體62的直徑或?qū)挾仍诹鲃油稡的方向上減小。 在這樣的實施例中，渦輪機主體62的直徑或?qū)挾鹊臏p少，增加了流動通路B的截面，使得冷卻流體在它經(jīng)由壁52吸收壓縮氣體的熱量時能夠進一步膨脹。在至少一個實施例中，渦輪機主體62的直徑可能波動，減小然后增大，以產(chǎn)生所需的流動效果，例如改變膨脹和收斂區(qū)域。渦輪機主體62通過從渦輪機主體62徑向延伸的葉片64進一步連接到所述壁52。在至少一個實施例中，所述渦輪機主體62可以通過徑向支撐件(未示出)，而非葉片64連接到壁52。 因此，渦輪機主體62的直徑和寬度，以及葉片64或者支撐件的長度和厚度可以被選擇，以使得陽轉(zhuǎn)子10能夠具有足夠的結(jié)構(gòu)強度，并且使得能夠通過流動通路B的幾何形狀產(chǎn)生所需的流動特性。
[0040] 葉片64和/或支撐件可以沿著渦輪機主體62的縱向長度成行或成級68。通過圖5中所描繪的三個這樣的級68,渦輪機60可以包括更少或更多個級68,取決于通過陽轉(zhuǎn)子主體 12的冷卻流體的長度、所需的結(jié)構(gòu)強度和所希望的流動特性。葉片64的級68可設(shè)置在內(nèi)部容積50中，使得膨脹室58形成在每個級68的上游，膨脹室58通過壁52、渦輪機主體62、以及葉片64粗略限定。內(nèi)部容積50的截面改變導(dǎo)致膨脹室58可能在渦輪機主體62的一側(cè)比另一側(cè)更大。進一步，內(nèi)部容積50的截面改變64產(chǎn)生可能是非均勻長度的葉片64,因為從渦輪機主體62到壁52的距離隨著如圖6中所示的陽轉(zhuǎn)子主體12的螺旋形狀而改變。在某些實施例中，葉片64可以沿著渦輪機主體的縱向長度62以及圍繞渦輪主體的縱向長度62以交錯布置來構(gòu)造，使得葉片64不包括限定的級68,并且還不需要均勻的長度。
[0041] 在至少一個實施例中，內(nèi)渦輪機的葉片可具有均勻的長度。如圖7所示，陽轉(zhuǎn)子110 可以包括具有均勻長度的多個葉片164。這樣的實施例可能包括關(guān)于非均勻長度葉片164的空氣動力學(xué)、結(jié)構(gòu)或制造的益處。在這樣的實施例中，葉片164可從渦輪機主體162徑向延伸一共同的均勻距離。進一步，陽轉(zhuǎn)子110的壁152可包括肋(未示出)，其朝向所述渦輪機主體 162徑向延伸，使得肋連接到葉片164。為了保持通過給定的級168的期望的截面流動面積， 渦輪機主體162的直徑可以相對于肋減小。肋可從壁152延伸圍繞渦輪機體部162的整個圓周。替代地，肋可包括連接到如本文所描述的一個或多個葉片164的多個肋部分。在另一個替代實施例中，葉片164可通過其它裝置與壁152連接。具有均勻長度的葉片164的陽轉(zhuǎn)子 110,可在其它方面具有與具有葉片64的陽轉(zhuǎn)子10相同的性能、特性和功能。
[0042]在根據(jù)本公開的至少一個實施例中，陽轉(zhuǎn)子111可包括具有多個葉片165的渦輪機 161，其可以沿著渦輪機主體163的縱向長度以及圍繞渦輪機主體163的縱向長度螺旋地構(gòu)造，如圖8中所示的。在這樣的實施例中，葉片165可以設(shè)置成級169,其沿著渦輪機主體163 的縱向長度和圍繞渦輪機主體163的縱向長度螺旋地構(gòu)造。進一步，螺旋級169可構(gòu)造成遵循陽轉(zhuǎn)子111的螺旋凸起118，使得給定級169的葉片165具有共同的均勻的長度，從渦輪機主體163到陽轉(zhuǎn)子111的壁153的距離，沿著遵循螺旋凸起118的螺旋是相同的。另外，膨脹室，與膨脹室58相似，可在螺旋級169上游以通常螺旋形狀構(gòu)造。具有螺旋設(shè)置葉片165的陽轉(zhuǎn)子111在其它方面可具有與具有葉片64的陽轉(zhuǎn)子10相同的性能、特性和功能。
[〇〇43]參照圖6,渦輪機60的葉片64可以具有類似螺旋槳截面的形狀，其中每個葉片64具有基本上圓形的上游前緣63和錐形后緣65,在其間具有非對稱室。在這樣實施例中，每個葉片64可構(gòu)造為當(dāng)放置在流體流動中時產(chǎn)生空氣動力，由此從冷卻流體流動通路B中提取能量并且在陽轉(zhuǎn)子10中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在常規(guī)反應(yīng)渦輪機中，渦輪機相對于流動通道并且相對于固定的噴嘴或葉片旋轉(zhuǎn)，其加速并且導(dǎo)向流體在渦輪機葉片上流動。與常規(guī)渦輪機不同，渦輪機60相對于陽轉(zhuǎn)子主體12的壁52是固定的。參照圖5，冷卻流體通過葉片64的加速度由膨脹室58產(chǎn)生，在該處經(jīng)由壁52自壓縮氣體傳遞的熱量在膨脹室58的固定容積中加熱且膨脹冷卻流體。經(jīng)加熱且經(jīng)膨脹的冷卻流體流動在每個級68中的每個葉片64上和經(jīng)過每個級68 中的每個葉片64,其改變了流動通路B的相對速度和壓力兩者，并賦予轉(zhuǎn)矩在葉片64上，從而有助于旋轉(zhuǎn)陽轉(zhuǎn)子10。因此，自壓縮氣體傳遞的熱量轉(zhuǎn)化為由葉片64產(chǎn)生的空氣動力，其進一步轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩，其有助于驅(qū)動陽轉(zhuǎn)子10。因此，驅(qū)動陽轉(zhuǎn)子的馬達(dá)、主軸或其它適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩源上的負(fù)荷被降低，其減少了到壓縮過程中的功能輸入，因此改善了氣體壓縮機100的效率。
[〇〇44] 陽入口通道54、內(nèi)部容積50、沖擊面66、膨脹室58、葉片64和陽出口通道56的具體尺寸可以選擇成，在鄰近壓縮過程末端的陽轉(zhuǎn)子10處或其上游端至少部分蒸發(fā)冷卻流體， 在該處壓縮氣體最熱，并且在該處增加來自壓縮氣體的熱量傳遞的速率對壓縮機效率具有最大的積極影響。同時，陽入口通道54、內(nèi)部容積50、壁52、沖擊面66、膨脹室58、葉片64和陽出口通道56尺寸確定成確保陽轉(zhuǎn)子10有足夠的結(jié)構(gòu)強度，以經(jīng)受氣體壓縮機100的運行條件。在至少一個實施例中，膨脹室58、特別是最上游的膨脹室58,可構(gòu)造成使得能夠充分的將熱從壓縮氣體傳遞到冷卻流體，到至少部分地蒸發(fā)液體冷卻流體，并且加速通過葉片64 的冷卻流體，因此促進了當(dāng)冷卻流體至少部分從液體相變到氣體時陽轉(zhuǎn)子主體12的蒸發(fā)冷卻。
[0045]參照圖5,在操作中，冷卻流體可在流動通路B的方向上經(jīng)由上游陽軸部分24中的陽入口通道24導(dǎo)引進入陽轉(zhuǎn)子10中。冷卻流體被推動進入內(nèi)部容積50中，在該處它可落下入射在渦輪機60的沖擊面66上，并且被導(dǎo)向以分散貫穿內(nèi)部容積50的上游端，因此防止流動通路B的停滯，生產(chǎn)了流動通路B中的湍流，并且改善了冷卻流體的分配。因為陽轉(zhuǎn)子10的上游端最熱，冷卻流體的分散促進了冷卻流體的至少部分蒸發(fā)并且因此陽轉(zhuǎn)子主體12蒸發(fā)冷卻。膨脹的冷卻流體向下游流動進入膨脹室58中，在該處，冷卻流體繼續(xù)吸收自陽轉(zhuǎn)子主體12傳遞的熱量，并且進一步在級68中的葉片64上加速。當(dāng)冷卻流體在葉片64上流動并且在葉片64上給予空氣動力時，冷卻流體改變了速度和壓力，其在旋轉(zhuǎn)陽轉(zhuǎn)子10中產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩。在某些實施例中，冷卻流體可然后流入另一個膨脹室58中，在該處，冷卻流體繼續(xù)吸收自陽轉(zhuǎn)子主體12傳遞的熱量，并且進一步在隨后的級68中的葉片64上加速，因此產(chǎn)生了另外的轉(zhuǎn)矩。通過最后級68后，冷卻流體向下游流動并且進入陽出口通道26，并且在受熱狀態(tài)且至少部分汽化狀態(tài)流出陽轉(zhuǎn)子10。
[0046]在根據(jù)本公開的至少一個實施例中，氣體壓縮機101可包括殼體(未示出)，其有入口和出口、陰轉(zhuǎn)子20，門轉(zhuǎn)子(gate rotor) 80，如圖9中示出的。該門轉(zhuǎn)子80可包括多個門齒 88,其構(gòu)造成與陰轉(zhuǎn)子20的凹槽28相互接合以壓縮氣體。該門轉(zhuǎn)子80可關(guān)于軸線旋轉(zhuǎn)，該軸線垂直于軸線42。在至少一個實施例中，氣體壓縮機101可包括兩個門轉(zhuǎn)子80,每個都構(gòu)造成當(dāng)門轉(zhuǎn)子80和陰轉(zhuǎn)子20分別關(guān)于它們各自的軸線旋轉(zhuǎn)時，與陰轉(zhuǎn)子20的凹槽28相互接合以壓縮氣體。相應(yīng)地，氣體壓縮機101可類似于氣體壓縮機100運轉(zhuǎn)，持續(xù)地形成在門轉(zhuǎn)子80 的齒88、陰轉(zhuǎn)子20的凹槽28和壓縮機101的殼體之間的壓縮單元。將壓縮氣體經(jīng)由入口沿著壓縮機流動通路A導(dǎo)引。如圖9所示，轉(zhuǎn)子80,20的旋轉(zhuǎn)在著流動通路A的方向上抽取在轉(zhuǎn)子 80,20之間的壓縮氣體，并且進入在其之間形成的壓縮單元。當(dāng)轉(zhuǎn)子80,20旋轉(zhuǎn)時，每個壓縮單元閉合，并且然后減小容積以壓縮氣體。
[〇〇47]像在氣體壓縮機100中一樣，氣體壓縮機101可包括穿過陰轉(zhuǎn)子20的流動通路C，其與流動通路A相反地行進。在這種實施例中，在其最冷狀態(tài)的相對冷的冷卻流體導(dǎo)引進入在氣體出口附近鄰近壓縮過程末端的陰轉(zhuǎn)子20,其鄰近陰轉(zhuǎn)子20的最熱的壓縮氣體溫度和最大的熱量。因此，壓縮機流動通路A逆向流動到冷卻流體流動通路C增加了在一位置處在相對熱的壓縮氣體和相對冷的冷卻流體之間的熱傳遞速率，在所述位置處壓縮氣體的冷卻對壓縮機的效率提供了最大的貢獻。
[〇〇48]在至少一個實施例中，氣體壓縮機100是干燥壓縮機，并且氣體壓縮機100的所有的冷卻能力通過使流過陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20的冷卻流體流動來啟用。在替代的實施例中， 氣體壓縮機100還通過除了使流過陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20的冷卻流體流動的其它常規(guī)的裝置冷卻。例如，氣體壓縮機100可通過在壓縮機殼體的入口處或在壓縮機殼體入口的附近處進一步導(dǎo)引冷卻劑進入流動通路A中來接觸冷卻。通常，水或油可用作冷卻劑。在至少一個實施例中，冷卻劑和冷卻流體可以是兩種不同的材料。替代的，冷卻劑和冷卻流體可以是相同的材料，但是保持在分開的流動回路中，使得冷卻流體不進入流動通路A。
[0049] 氣體壓縮機100可用于任何適當(dāng)?shù)膽?yīng)用中。氣體壓縮機100特別適合移動應(yīng)用，因為材料從陽轉(zhuǎn)子10缺失以限定流動通路B，以及材料從陰轉(zhuǎn)子20缺失以限定流動通路C，與常規(guī)的壓縮機轉(zhuǎn)子相比降低了氣體壓縮機100的總質(zhì)量，使氣體壓縮機100更容易運輸。進一步，相對于常規(guī)的壓縮機轉(zhuǎn)子，在氣體壓縮機100中的材料的質(zhì)量的減少可降低氣體壓縮機100的成本。在至少一個實施例中，氣體壓縮機100可以產(chǎn)生在0鎊每平方英尺計量(psig) 和大約200psig之間的壓力、從160° F到550° F范圍內(nèi)的溫度的壓縮氣體。
[0050] 冷卻流體可以是任何適當(dāng)?shù)囊后w，其具有在氣體壓縮機100的運轉(zhuǎn)溫度范圍內(nèi)的沸點，以使?jié)摕崮軌騻鬏數(shù)嚼鋮s流體，并且蒸發(fā)冷卻如在本文中描述的陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子 20。示例可以包括但是不局限于水、油和制冷劑。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的，具有本公開的益處，運行中的冷卻流體可包括液態(tài)和氣態(tài)的混合物。例如，進入轉(zhuǎn)子1 ο，20中的冷卻流體可以主要是液體，但是可以包括一些氣態(tài)的冷卻流體。另外，在某些實施例中，在某些運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，離開轉(zhuǎn)子1〇、20的冷卻流體可以主要是氣態(tài)的，但可包括一些液體冷卻流體。此夕卜，在至少一個實施例中，冷卻流體可為具有在氣體壓縮機100運轉(zhuǎn)溫度范圍之外的沸點， 使得冷卻流體在所有運轉(zhuǎn)狀態(tài)下保持大體為液體。替代地，陽轉(zhuǎn)子10的流動通路Β和陰轉(zhuǎn)子 20的流動通路C可構(gòu)造成，不管它的沸點如何，在所有的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下所選擇的冷卻流體保持大體為液體。
[0051]氣體壓縮機100可通過任何適當(dāng)?shù)倪^程來制造。然而，考慮到陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20 的復(fù)雜特征，使用常規(guī)的模制、鑄造或機械加工方法來制造該氣體壓縮機1〇〇是不可能的。 根據(jù)本公開的至少一個實施例，陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20可使用增材制造過程來制造。增材制造是通過存料的選擇性熔化、燒結(jié)和聚合形成物品的過程。增材制造包括使用期望部分的離散化計算機輔助設(shè)計(“CAD”)數(shù)據(jù)模型來限定層，其按照順序相繼地處理，以形成最終的一體部分。增材制造包括粉末床熔合(“PBF”)和粉末噴射熔化(“PSF”)制造過程，包括選擇性激光熔化(“SLM”)，直接金屬激光燒結(jié)(“DMLS”)，選擇性激光燒結(jié)(“SLS”)，和電子束熔化 (?ΒΜ”)1BF和PSF過程共用一系列基本的過程步驟，包括一個或多個熱源以引起存料的粉末顆粒之間的熔化和熔合，用于控制在離散化CAD模型中的每層的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的粉末顆粒恪合的裝置，和將這些粉末顆粒沉積在形成過程的部分(part-1n-process)的先前恪合的層上的裝置。每層的規(guī)定區(qū)域通過在給定層中的部分CAD模型的截面限定。因為粉末顆粒被熔化和熔合到先前的層，生成的部分可以是固體，大體上完全密集，大體上是無空隙的，并且具有大體上等于或超過由常規(guī)模制、鑄造或機械加工方法制造部分的熱的和機械的性能。替代地，通過制造過程的適當(dāng)控制，生成的部分可包括期望程度的多孔性。
[〇〇52] 轉(zhuǎn)子，例如氣體壓縮機100的陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20,可使用增材制造方法200來形成。如圖10所示，方法200可包括轉(zhuǎn)子10，20的離散化CAD模型進入轉(zhuǎn)子層的操作210，以產(chǎn)生文件，使得每個轉(zhuǎn)子層限定轉(zhuǎn)子的特定截面。通過非限制的示例，文件可以是標(biāo)準(zhǔn)的鑲嵌 (tessellat1n)語言，一般作為“STL文件”，或者其它適當(dāng)?shù)奈募袷?。方?00可包括提供該文件到編程為控制熱源的計算機的操作212。方法200還可包括在基底上沉積存料(例如粉末顆粒)的材料層的操作214,和使用熱源熔化和熔合限定在轉(zhuǎn)子10,20的第一轉(zhuǎn)子層的區(qū)域內(nèi)的材料層的操作216。方法200可包括使基底移動一增加的距離以形成用于連續(xù)的轉(zhuǎn)子層的空間的操作218。方法200可包括在第一轉(zhuǎn)子層上沉積粉末顆粒的連續(xù)的材料層的操作220。方法200還可包括使用熱源在限定轉(zhuǎn)子10，20的連續(xù)轉(zhuǎn)子層的區(qū)域內(nèi)熔化和熔合連續(xù)的材料層的操作222。方法200可包括反復(fù)地沉積和熔化依次限定轉(zhuǎn)子10,20的連續(xù)轉(zhuǎn)子層的連續(xù)的材料層，直到所有的離散化的轉(zhuǎn)子層已經(jīng)熔化和熔合，形成整體的部分的操作 224〇
[〇〇53]導(dǎo)致粉末顆粒熔化和熔合的熱源可非限制地包括高能激光(例如，200瓦特YB-光纖激光或二氧化碳激光)或者電子束。計算機可用于控制限定轉(zhuǎn)子1〇,20的截面的每層區(qū)域內(nèi)的熔化和熔合的位置?；椎囊苿幽芡ㄟ^構(gòu)造成定位過程的部分的平移臺完成，使得粉末顆粒的連續(xù)層可以被沉積和熔化以形成部分的各個連續(xù)層。在至少一個實施例中，平移臺是豎直平移平臺，其從初始的起始位置逐漸下降，而為待沉積和熔合的存料的每個連續(xù)層形成空間。在此實施例中，來自先前的連續(xù)層的未熔化和未熔合的材料可積累在過程的部分中和其周圍，因此在制造過程中圍繞和支撐過程的部分。
[0054] 沉積粉末顆粒的裝置可包括例如在PBF過程中弧刷臂或滾筒，其隨著過程開始或者隨著連續(xù)層增加在先前的沉積和熔合層上在基底上沉積存料的均勻?qū)印Ｔ谥辽僖粋€實施例中，例如使用PSF過程的實施例中，沉積粉末顆粒的裝置可包括從噴嘴噴射粉末顆粒。每層可以在大約10微米(Ml)和大約ΙΟΟμπι之間的厚度。在一些實施例中，每層在大約20μηι到大約50μπι之間。進一步，方法200可在高溫下操作，通常在700到1000°C之間，其可產(chǎn)生具有低殘余應(yīng)力的部件，因此無需在建造后用熱傳遞來增強和穩(wěn)固部件。另外，方法200可在真空中操作，惰性氣體的控制環(huán)境(例如，氬氣或者氮氣在氧氣的水平低于百萬分之500)或者在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下。粉末顆?？砂ǘ嘤谝环N存料。在這種實施例中，方法200可用于制造由不同的存料的合金材料組成的部件。
[0055] 替代地，陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20可使用熔合沉積成形(“FDM”)過程制造。盡管在許多方面類似于PDF工程，在Π)Μ中，代替使用粉末顆粒地，存料可以是供應(yīng)到噴嘴的線卷，其在限定在過程的部分的給定層的區(qū)域中熔化并且沉積熔化的材料。但是，F(xiàn)DM過程包括在離散化的層中的存料的沉積，并且熔化每個連續(xù)層到先前層。
[〇〇56]陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20可由任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，包括但是不局限于，鋼，不銹鋼， 馬氏體時效鋼，碳鋼，鈷鉻，鉻鎳鐵合金，鈦和鋁化鈦。在至少一個實施例中，陽轉(zhuǎn)子10和陰轉(zhuǎn)子20可由與增材制造方法200兼容的任何材料制成，包括但是不局限于鋼，不銹鋼，馬氏體時效鋼，碳鋼，鉆絡(luò)，絡(luò)銀鐵合金，欽和錯化欽。
[0057]本公開的一個方面，提供螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子，其具有由螺旋形狀限定的外壓縮表面，該螺旋形狀從第一端軸向延伸到第二端，并且具有位于相對螺旋凹部的壁之間的螺旋槽形凹部，該螺桿式壓縮機具有設(shè)置在第一端的冷卻流體入口以用于接收冷卻流體，和多個設(shè)置在螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子內(nèi)部的分開的冷卻通路，所述多個分開的冷卻通路流體連通該冷卻流體入口，使得該冷卻流體入口供應(yīng)冷卻流體到多個分開的冷卻通路，所述多個冷卻通路具有沿著從該多個冷卻通路的上游端到下游端的方向增加的截面面積。
[〇〇58]本發(fā)明的一個特征中，該冷卻流體入口位于該螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子的中心線上，并且該多個分開的冷卻通路遵循該螺旋形狀。在另一個實施例中，該多個分開的冷卻通路包括從該冷卻流體入口延伸的通路向外放射并且連接該多個分開的冷卻通路的多個輻條。另一個實施例還包括設(shè)置在該螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子的第二端并且位于中心線的冷卻流體出口。 在本申請的一個特征中，該多個分開的冷卻通路包括在該冷卻流體出口和多個分開的冷卻通路的每一個之間放射的多個輻條。在進一步的特征中，該冷卻流體入口設(shè)置在該螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子的下游壓縮側(cè)，使得該冷卻流體與通過外壓縮表面的作用壓縮的工作流體呈逆向流動關(guān)系。在另一個特征中，該冷卻流體是制冷液，并且多個通路的截面面積的增加適應(yīng)制冷劑的相變，使得當(dāng)制冷劑橫越多個通路時，制冷劑的蒸汽形式保持疏通。
[0059]本發(fā)明的一個方面，提供壓縮機轉(zhuǎn)子，其具有外螺旋壓縮表面，該外螺旋壓縮表面構(gòu)造成與補充形狀的壓縮機轉(zhuǎn)子接合，以形成旋轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機，外螺旋壓縮表面包括形成在相鄰螺旋壁之間的螺旋凹部，該壓縮機轉(zhuǎn)子具有入口孔和出口孔以及打開的內(nèi)部容積，冷卻流體通過入口孔以用于通過到壓縮機轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，冷卻流體從所述出口孔通過，所述打開的內(nèi)部容積位于該入口孔和出口孔之間并且多個渦輪機葉片設(shè)置到其中，所述多個渦輪機葉片具有翼形狀，其定向成抽取來自橫越通過該打開的內(nèi)部容積的冷卻流體的功。
[0060]本公開的一個特征還包括中心體，其設(shè)置成在打開的內(nèi)部容積的內(nèi)部且與打開的內(nèi)部容積的上游入口軸向間隔開，并且與打開的內(nèi)部容積的下游出口軸向間隔開，以提供空間偏移。在本公開的一個特征中，該多個渦輪機葉片與螺旋壁和中心體是一體的。另一個特征還包括設(shè)置在打開的內(nèi)部容積的上游部分中的沖擊面，以增加冷卻流體的湍流，并且因此增加從螺旋壓縮表面到冷卻流體的熱傳遞。在另一個特征中，該多個渦輪機葉片設(shè)置成以下其中的一種:(I)分級的行，和(2)在壓縮機轉(zhuǎn)子的上游端和壓縮機轉(zhuǎn)子的下游端之間的螺旋樣式。在另外的特征中，該渦輪機是沖擊式渦輪機和反作用式渦輪機(reactiveturbine)的一個。在至少一個實施例中，該壓縮機轉(zhuǎn)子是具有凸起的陽轉(zhuǎn)子。一個特征包括打開的內(nèi)部的截面面積，所述截面面積當(dāng)它橫越通過該打開的內(nèi)部時在流體流動的方向上增加。
[0061 ]本發(fā)明的一個方面，提供螺桿式壓縮機，其包括第一壓縮機轉(zhuǎn)子和第二壓縮機轉(zhuǎn)子，所述第一壓縮機轉(zhuǎn)子構(gòu)造成關(guān)于第一軸線旋轉(zhuǎn)且具有第一壓縮表面，所述第二壓縮機轉(zhuǎn)子構(gòu)造成關(guān)于第二軸線旋轉(zhuǎn)且具有第二壓縮表面，該第一和第二壓縮機轉(zhuǎn)子構(gòu)造成經(jīng)由第一和第二壓縮表面補充接合且可操作以產(chǎn)生當(dāng)?shù)谝粔嚎s機轉(zhuǎn)子和第二壓縮機轉(zhuǎn)子分別關(guān)于第一軸線和第二軸線旋轉(zhuǎn)時可壓縮氣體的壓力增加，第一壓縮機轉(zhuǎn)子具有內(nèi)部冷卻回路，其構(gòu)造成使第一壓縮機轉(zhuǎn)子冷卻流體流動，并且因此吸收在可壓縮氣體的壓縮過程中產(chǎn)生的熱量，第二壓縮機轉(zhuǎn)子包括渦輪機，其在第二壓縮表面的徑向向內(nèi)設(shè)置并且構(gòu)造成抽取來自第二壓縮機轉(zhuǎn)子冷卻流體的功，所述第二壓縮機轉(zhuǎn)子冷卻流體通過第二壓縮機轉(zhuǎn)子內(nèi)部。
[0062]本公開的一個特征還包括循環(huán)制冷劑冷卻系統(tǒng)，其包括用于制冷劑壓縮的壓縮機、第一壓縮機轉(zhuǎn)子和/或第二壓縮機轉(zhuǎn)子，其用作循環(huán)制冷劑冷卻系統(tǒng)的蒸發(fā)器。另一個特征還包括在循環(huán)制冷劑冷卻系統(tǒng)中的通向分支的通路，其供應(yīng)第一轉(zhuǎn)子冷卻流體通路和第二轉(zhuǎn)子冷卻流體通路，所述第一轉(zhuǎn)子冷卻流體通路具有第一閥，所述第一閥構(gòu)造成控制冷卻流體通過其的量，所述第二轉(zhuǎn)子冷卻流體通路具有第二閥，所述第二閥構(gòu)造成控制冷卻流體通過其的量。另一個特征還包括制冷劑冷卻系統(tǒng)，并且其中在第一壓縮機轉(zhuǎn)子的內(nèi)部冷卻回路包括來源于中心供應(yīng)通路、放射到第一壓縮機轉(zhuǎn)子的徑向外部部分且返回到中心返回通路的多個通路。在一個特征中，該渦輪機包括多個渦輪機葉片和多個渦輪機葉片上游的內(nèi)部湍流器，其構(gòu)造成促進通過第二壓縮機轉(zhuǎn)子的內(nèi)部的第二壓縮機轉(zhuǎn)子冷卻流體中的瑞流。
[0063]盡管用于氣體壓縮機的轉(zhuǎn)子和用于構(gòu)造和使用該轉(zhuǎn)子的方法的各種實施例已經(jīng)在附圖中和先前的說明書中詳細(xì)示出和描述，其被認(rèn)為是示意性的而不是限制性的，可以理解，只有優(yōu)選實施例已經(jīng)示出和描述，并且在本發(fā)明精神內(nèi)的所有的改變和修改期望得到保護。可以理解，盡管在說明書中所使用的單詞，例如優(yōu)選的，優(yōu)選地，優(yōu)選的或者更優(yōu)選的，表明所描述的特征可能是更期望的，但是不是必須的，并且缺少以上的實施例，也被考慮為在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所附的權(quán)利要求書限定所述范圍。在閱讀權(quán)利要求時，當(dāng)使用單詞例如“一(a)”，“一(an)”，“至少一個”或者“至少一部分”時，并不旨在將權(quán)利要求限制為只有一項，除非權(quán)利要求書中另有指出。當(dāng)使用語言“至少一部分”和/或“一部分”時，項目可包括一部分和/或整個項目，除非另有指出。
[0064]另外，在描述的代表性的實施例時，本公開可將方法和/或工序呈現(xiàn)為步驟的特定順序。然而，在這個意義上，方法或過程不依賴在本文中提出的步驟的特定順序，方法或過程不局限于所描述步驟的特定順序。其它的步驟順序是可能的，并且因此由發(fā)明人考慮。因此本文中所公開的步驟的特定指令不解釋為對本公開的限制，這種順序可以改變并且仍然保持在本公開的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種裝置，包括: 螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子，其具有由螺旋形狀限定的外壓縮表面，所述螺旋形狀從第一端軸 向延伸到第二端，并且具有位于相對螺旋凹部壁之間的螺旋槽形凹部，所述螺桿式壓縮機 具有設(shè)置在第一端中的冷卻流體入口以接收冷卻流體，和設(shè)置在螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子的內(nèi)部 的多個分開的冷卻通路，所述多個分開的冷卻通路流體連通所述冷卻流體入口，使得所述 冷卻流體入口供應(yīng)冷卻流體到多個分開的冷卻通路，所述多個冷卻通路具有沿著從所述多 個冷卻通路的上游端到下游端的方向增加的截面面積。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述冷卻流體入口位于所述螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子的 中心線上，其中所述多個分開的冷卻通路遵循所述螺旋形狀。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述多個分開的冷卻通路包括多個輻條，其從該冷 卻流體入口延伸的通路向外放射并且連接至所述多個分開的冷卻通路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其還包括冷卻流體出口，其設(shè)置在所述螺桿式壓縮機轉(zhuǎn) 子的第二端并且位于該中心線上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述多個分開的冷卻通路包含在所述冷卻流體出 口和所述多個分開的冷卻通路的每個之間放射的多個輻條。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述冷卻流體入口設(shè)置在所述螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子 的下游壓縮側(cè)上，使得所述冷卻流體與通過外壓縮表面作用所壓縮的工作流體呈逆向流動 關(guān)系。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述冷卻流體是制冷液，并且其中多個通路的截 面面積的增加適應(yīng)制冷劑的相變，使得隨著制冷劑橫越多個通路時，制冷劑的蒸汽形式保 持疏通。8.一種裝置，包括: 壓縮機轉(zhuǎn)子，其具有外螺旋壓縮表面，所述外螺旋壓縮表面構(gòu)造成與補充形狀的壓縮 機轉(zhuǎn)子接合以形成旋轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機，所述外螺旋壓縮表面包括形成在相鄰螺旋壁之間的 螺旋凹部，所述壓縮機轉(zhuǎn)子具入口孔、出口孔和打開的內(nèi)部容積，冷卻液通過所述入口孔， 用于通過到壓縮機轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，冷卻流體從所述出口孔通過，所述打開的內(nèi)部容積位于所 述入口孔和所述出口孔之間，并且多個渦輪機葉片設(shè)置到所述打開的內(nèi)部容積中，所述多 個渦輪機葉片具有翼形狀，其定向成抽取來自橫越通過所述打開的內(nèi)部容積的冷卻流體的 功。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其還包括中心體，其設(shè)置在打開的內(nèi)部容積的內(nèi)部，并 且與打開的內(nèi)部容積的上游入口軸向間隔開，并且與打開的內(nèi)部容積的下游出口軸向間隔 開，以便提供空間偏移。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述多個渦輪機葉片與螺旋壁和中心體是一體 的。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其還包括設(shè)置在所述打開的內(nèi)部容積的上游部分的沖 擊面，以增加冷卻流體的湍流，并且因此增加從螺旋壓縮表面到冷卻流體的熱傳遞。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述多個渦輪機葉片設(shè)置成以下中的一個:(1) 分級的行;和(2)在壓縮機轉(zhuǎn)子的上游端和壓縮機轉(zhuǎn)子的下游端之間的螺旋樣式。13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述渦輪機是沖擊式渦輪機和反作用式渦輪機 的一個。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述壓縮機轉(zhuǎn)子是具有凸起的陽轉(zhuǎn)子。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述打開的內(nèi)部的截面面積當(dāng)其橫越通過所述 打開的內(nèi)部時在流體流動的方向上增加。16.—種裝置，包括: 螺桿式壓縮機，其包括第一壓縮機轉(zhuǎn)子和第二壓縮機轉(zhuǎn)子，所述第一壓縮機轉(zhuǎn)子構(gòu)造 成關(guān)于第一軸線旋轉(zhuǎn)并且具有第一壓縮表面，所述第二壓縮機轉(zhuǎn)子構(gòu)造成關(guān)于第二軸線旋 轉(zhuǎn)并且具有第二壓縮表面，所述第一和第二壓縮機轉(zhuǎn)子構(gòu)造成經(jīng)由第一和第二壓縮表面補 充接合，并且當(dāng)所述第一壓縮機轉(zhuǎn)子和所述第二壓縮機轉(zhuǎn)子分別關(guān)于第一軸線和第二軸線 旋轉(zhuǎn)時，可操作以產(chǎn)生可壓縮氣體的壓力增加，所述第一壓縮機轉(zhuǎn)子具有內(nèi)部冷卻回路，其 構(gòu)造成使第一壓縮機轉(zhuǎn)子冷卻流體流動，并且因此吸收在可壓縮氣體的壓縮過程中產(chǎn)生的 熱量，所述第二壓縮機轉(zhuǎn)子包括渦輪機，其在第二壓縮表面的徑向向內(nèi)設(shè)置并且構(gòu)造成抽 取來自通過第二壓縮機轉(zhuǎn)子的內(nèi)部的第二壓縮機轉(zhuǎn)子冷卻流體的功。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其還包括循環(huán)制冷劑冷卻系統(tǒng)，其包括用于制冷劑壓 縮的壓縮機、第一壓縮機轉(zhuǎn)子和/或第二壓縮機轉(zhuǎn)子，其用作循環(huán)制冷劑冷卻系統(tǒng)的蒸發(fā) 器。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其還包括在循環(huán)制冷劑冷卻系統(tǒng)中的通向分支的通 路，其供應(yīng)第一轉(zhuǎn)子冷卻流體通路和第二轉(zhuǎn)子冷卻流體通路，所述第一轉(zhuǎn)子冷卻流體通路 具有第一閥，所述第一閥構(gòu)造成控制通過其的冷卻流體的量，并且所述第二轉(zhuǎn)子冷卻流體 通路具有第二閥，所述第二閥構(gòu)造成控制通過其的冷卻流體的量。19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其還包括制冷劑冷卻系統(tǒng)，并且其中所述第一壓縮機 轉(zhuǎn)子的內(nèi)部冷卻回路包括多個通路，其來源于中心供應(yīng)通路、放射到所述第一壓縮機轉(zhuǎn)子 的徑向外部部分并且返回到中心返回通路。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述渦輪機包括多個渦輪機葉片和所述多個渦 輪機葉片上游的內(nèi)部湍流器，其構(gòu)造成促進通過第二壓縮機轉(zhuǎn)子的內(nèi)部的第二壓縮機轉(zhuǎn)子 冷卻流體中的湍流。
【文檔編號】F04C29/04GK105889067SQ201511036012
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年10月30日
【發(fā)明人】J·C·科林斯, W·D·瓦倫丁
【申請人】英格索爾-蘭德公司