[发明专利]具有改进的冷却系统的容积式涡卷装置

说明书

技术领域

本专利涉及到一种容积式涡卷装置，主要是带改进的冷却系统的涡卷式装置。

背景技术

有一类设备被统称为涡卷泵、涡卷压缩机和涡卷膨胀机，其中两个相互配合的共轭螺旋线单元或渐开螺旋线单元并且分别固定于独立的端板，它们可能被称为绕动涡卷和定涡卷。而螺旋单元之间会形成线接触。

一对相邻的线接触和端面形成至少一个密封腔。当一个涡卷作相对的轨道运动，如绕动涡卷作相对于定涡卷的圆周平动，螺旋测面上的线接触沿着螺旋面移动会导致密封腔的体积变化。体积的变化将膨胀或者压缩腔体内的流体，而膨胀或者压缩则取决于转动的方向。

气体压缩产生热量。特别是当具有高比热容比Cp/Cv的空气和其他气体被压缩时，产生的热量是巨大的。为了获取清洁的压缩气体，无油压缩是不允许有油、水或者其他润滑剂以及冷却剂的。因此，如何有效地排除压缩过程中产生的热量是非常关键的。

Shuji Haga的美国专利5,842,843，6,109,897和6,186,755介绍了一种在转轴内部冷却装置。在压缩过程中产生的热量可以在压缩机的中部被排除。这个冷却装置包括直接将冷却空气吹在静止涡卷端板上的风扇。一些实施例中，这个冷却装置包括偏心安装在转轴中间的热管，而在另外一些实施例中，这个冷却设备包含一个在转轴中间并通过提供冷却空气来提高冷却效率的空气通道。

但是，这些设计具有一些缺陷。首先，直接吹冷风的风扇距离静止的涡卷端板太近，气流碰撞到端板会产生紊流和涡流，这就又会导致冷却空气不能吹到端面上所有需要冷却的位置。第二，在转轴的中间位置最多可安装两个热管，而且热管的冷凝端不能很好的通过冷却空气进行冷却，原因是热管安装在转轴内部，这导致热管散热效率很低。第三，转轴内部通道中的冷却空气由离心力驱动。这个离心力的大小取决于转轴外圆半径的大小，而这个半径比较小。风扇也是依靠前方自己形成的负压来驱动冷却空气。这种负压也是比较小的。换句话说，转轴内部通道中的冷却空气流量很小。此外，由涡卷内部产生的热量要克服涡卷和转轴之间的热阻传导给轴，然后通过对流的方式传递给转轴孔中的冷却空气。这导致从涡卷到冷却空气之间的散热效率是很低的。

在Tohru Satoh等人的美国专利6,905,320 B2中，空气冷却系统提供横向经过涡卷背面散热翅片的冷却空气来冷却绕动涡卷和定涡卷。这个冷却系统需要一个独立的冷却风扇在横向提供冷却空气，这样会增加横截面的尺寸。此外，这个冷却系统不给马达冷却，而马达通常需要一个独立的冷却系统。

在Masaru Tsuchiya等人的美国专利7,329,108，介绍了一种在马达和绕动涡卷之间的风扇。这些风机提供冷却空气给定涡卷的背面，曲柄和轴承。但同时，冷却风扇系统隔断了电机转轴和涡卷驱动轴之间的连接，这无疑增加了对中难度。此外，由于曲曲折折的冷却空气通道，冷却空气会有巨大的压力损失，这会明显降低冷却空气的流动速率。另外，在风扇的下游也有空气通道。此种管路布置对风扇产生了巨大的阻力，也降低了冷却空气的流动速率。

上述方法不能对涡卷、轴承以及电机提供足够的冷却。这就需要一种更强有力的冷却系统。

发明内容

描述了一种容积式涡卷装置带一个结构紧凑用来冷却涡卷、轴承和电机的轴向冷却系统。在这个冷却系统中，至少有一个轴流式冷却风扇从压缩机的前端抽走空气。冷却空气沿着压缩机轴向的空气通路流动，由在压缩机末端的风扇排出，使空气流量和强制性热传递达到最大。

还描述了一个热管结构。在这个结构中，定涡卷和绕动涡卷之间的多个热交换通路能使由零件内部传递给热管的冷凝端的热量达到最大。热管冷凝端直接暴露在冷却通路里的流动冷却空气中，这会更有效地将装置内部的热量传递到冷却空气中，以达到最大程度地散热。

此外，一个离心式风扇和一个轴流式风扇驱动冷却空气，沿着绕动涡卷端板里的径向空气管道，驱动轴的中心，电机定子和转子的间隙，到达压缩机内部甚至最热的中心位置，来直接冷却绕动涡卷，曲柄轴承，绕动涡卷驱动轴承，主轴轴承和定子、转子中需要冷却的位置。

所描述的还有一个自调机构。对于作绕动的双推力球轴承机构，这个自调机构能提高性能以及改进装配。

附图说明

图1是一运用现有技术的带轴向冷却系统的容积式涡卷装置的剖面视图；

图2是一个带有已改进的轴向冷却系统的全依从浮动涡卷压缩机的剖面视图。这个视图就是图4上所标的A-A剖视图。

图3是图2中3号圈中部分的放大图，旨在阐述作绕动推力球轴承的自调式机构。