專利名稱：平衡活塞和密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及渦輪壓縮機(jī)，更為具體地涉及一種在有油輸入的傳動(dòng)箱和鄰近渦輪的平衡活塞的相對(duì)低壓區(qū)之間提供密封的方法和裝置。
為了抵消由渦輪壓縮機(jī)的渦輪產(chǎn)生的氣動(dòng)推力，眾所周知的方法是，在渦輪葉片的后面使用一種由低壓腔構(gòu)成的平衡活塞。因?yàn)闈?rùn)滑油會(huì)逐漸從傳動(dòng)裝置漏入這個(gè)低壓區(qū)，因此通常在平衡活塞和傳動(dòng)裝置之間安置一密封裝置。一種機(jī)械密封，如碳面密封，通常用于這種目的。但是，除了復(fù)雜、易損和價(jià)格昂貴之外，由于接觸表面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生粘滯，摩擦，使這些機(jī)械密封裝置產(chǎn)生相當(dāng)大的機(jī)械損失。
另一種是迷宮式密封裝置，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高，價(jià)格也不昂貴，并且，由于是非接觸式的，實(shí)際上不會(huì)有由摩擦而產(chǎn)生的機(jī)械損失。但其不足之處在于，為了讓密封裝置充分發(fā)揮作用，需要對(duì)迷宮式密封裝置加壓。對(duì)渦輪壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)進(jìn)行這類加壓的一個(gè)周知的方法是把排氣管那里的高壓氣源與迷宮中心連通。用這種方法大大減少了傳動(dòng)裝置的漏油。
申請(qǐng)人注意到這種對(duì)迷宮式密封裝置加壓法的不足之處在于作用在迷宮上的高壓氣體將會(huì)流入平衡活塞和傳動(dòng)箱，如果這種高壓氣體的流入是過(guò)量的話，壓縮機(jī)的整體效率就會(huì)受到損失。此外，平衡活塞將會(huì)因進(jìn)入氣體而降低其性能。
對(duì)高壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如使用高密度致冷劑諸如R-22的渦輪壓縮機(jī)，這種效率損失更甚。壓縮機(jī)排氣管和傳動(dòng)裝置間的壓力差，以及排氣管和平衡活塞間的壓力差可以大到使可觀的致冷氣體流入平衡活塞和傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置里的氣體通過(guò)管子排放到壓縮機(jī)吸氣部分。同樣，平衡活塞有孔與壓縮機(jī)吸氣部分連通。因?yàn)椋魏卧谶@二個(gè)方向漏失的高壓氣體需被重新壓縮，由此導(dǎo)致了效率損失。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于為渦輪壓縮機(jī)提供一種改進(jìn)的迷宮式密封裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于在渦輪壓縮機(jī)內(nèi)提供一種構(gòu)造，使平衡活塞能可靠、有效地工作。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于在渦輪壓縮機(jī)內(nèi)提供一種構(gòu)造，用于可靠、有效地維持傳動(dòng)裝置和平衡活塞結(jié)構(gòu)的低壓腔之間的密封。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于在渦輪壓縮機(jī)內(nèi)提供一種構(gòu)造，用于減少漏入平衡活塞腔的對(duì)迷宮密封加壓的氣體。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于在渦輪壓縮機(jī)內(nèi)提供一種用于迷宮式密封結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，它制造經(jīng)濟(jì)，使用可靠、有效。
本發(fā)明的這些目的和其他的特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下面結(jié)合附圖的描述將很容易理解。這些目的由所有的權(quán)利要求的前序部分和特征部分所述的裝置和方法完成。
簡(jiǎn)要地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，設(shè)置在渦輪壓縮機(jī)的傳動(dòng)裝置和平衡活塞之間的迷宮式密封裝置通過(guò)一壓縮氣體源被加壓，該壓縮氣源的壓力比傳動(dòng)裝置內(nèi)的壓力稍高。這種微小的壓力差足以阻止油從傳動(dòng)裝置流出，但又不會(huì)導(dǎo)致過(guò)量的氣體流入平衡活塞和傳動(dòng)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，向迷宮施加壓力的氣體取自與冷卻裝置相通的馬達(dá)箱。在馬達(dá)的冷卻過(guò)程中，在馬達(dá)箱內(nèi)產(chǎn)生的致冷氣體在背壓閥的控制下流入冷卻裝置。這個(gè)閥的作用是在馬達(dá)箱和冷卻裝置之間維持一設(shè)定的壓力差，并由此向迷宮式密封裝置提供壓縮氣體源，其壓力比傳動(dòng)裝置內(nèi)的壓力稍高，也不比平衡活塞內(nèi)的壓力高太多。
下面將提到的附圖描述了一最佳實(shí)施例。但是不脫離本發(fā)明精神和范圍的各種其他的變換和替換結(jié)構(gòu)可能被設(shè)計(jì)出來(lái)。


圖1為本發(fā)明所述的帶有平衡活塞和密封裝置的渦輪壓縮機(jī)的縱向剖面圖;
圖2為一局部放大圖，圖中詳細(xì)地示出了本發(fā)明的迷宮式密封部分。
現(xiàn)參見圖1，本發(fā)明總的體現(xiàn)在渦輪壓縮機(jī)系統(tǒng)11內(nèi)標(biāo)號(hào)10所示的部分。渦輪壓縮機(jī)系統(tǒng)11的一端有一電動(dòng)馬達(dá)12，其另一端有一渦輪壓縮機(jī)13，兩者由傳動(dòng)裝置14連接。
馬達(dá)12包括一馬達(dá)箱16，定子線圈17沿其內(nèi)圓周安置。轉(zhuǎn)子18然后通過(guò)轉(zhuǎn)軸19被可轉(zhuǎn)動(dòng)地安置在定子線圈17內(nèi)。轉(zhuǎn)軸19懸臂式地伸出傳動(dòng)裝置14并由該傳動(dòng)裝置14所支承。傳動(dòng)裝置14包括一傳動(dòng)箱體21，傳動(dòng)箱體21有一徑向延伸的環(huán)狀凸緣22，該凸緣22通過(guò)許多螺栓24被固定在馬達(dá)箱體16和壓縮機(jī)箱體23之間，并和傳動(dòng)箱體21及壓縮機(jī)箱體一起局部地限定了傳動(dòng)箱30。
傳動(dòng)軸28通過(guò)一對(duì)軸向分開置放的軸承26和27而被可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在傳動(dòng)箱體21內(nèi)。軸28最好是馬達(dá)軸19整體的延伸部分。和軸成整體的或用紅套法裝入軸上的凸肩29用來(lái)將推力從軸28上傳遞到軸承26的止推軸承部分。軸28的未端伸出傳動(dòng)箱體21外，主動(dòng)齒輪31用檔圈21和螺栓33固定在軸28的末端。主動(dòng)齒輪31和被動(dòng)齒輪34嚙合，被動(dòng)齒輪34然后驅(qū)動(dòng)高速軸36以直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)渦輪37。高速軸36由軸頸軸承39和40支承。為了減小傳動(dòng)裝置14內(nèi)的通風(fēng)損耗并阻止油從傳動(dòng)箱30內(nèi)流失，傳動(dòng)箱30通過(guò)通道55，管65和壓縮機(jī)吸氣管75將箱內(nèi)氣壓排放到系統(tǒng)內(nèi)的最低壓力(即，壓縮機(jī)的吸氣壓力)，正如下面將解釋的除非采用本發(fā)明制造的裝置，這種流通通道可能導(dǎo)致效率損耗。
為了冷卻馬達(dá)12，液態(tài)致冷劑通過(guò)一噴射部分42從致冷裝置(未圖示)輸入至馬達(dá)12的一端41，標(biāo)號(hào)43所代表的液態(tài)致冷劑進(jìn)入馬達(dá)箱45并汽化以冷卻馬達(dá)12，同時(shí)致冷氣體隨后經(jīng)過(guò)導(dǎo)管44回到冷卻裝置。在導(dǎo)管44內(nèi)裝有背壓閥46來(lái)維持馬達(dá)箱45和冷卻裝置間的預(yù)定的壓力差(即，大約為5-6磅/平方英寸)，冷卻裝置的典型工作壓力約為80磅/平方英寸)。在壓縮機(jī)吸氣管75與傳動(dòng)排氣管65連接的那一處的壓力一般比冷卻裝置低1-2磅/平方英寸，這樣產(chǎn)生了一大約為78-79磅/平方英寸的傳動(dòng)壓力。因此，馬達(dá)箱體內(nèi)的壓力被維持在85-86磅/平方英寸，比傳動(dòng)箱30內(nèi)的壓力高大約6-8磅/平方英寸或7.6-10.3%。
同樣，在傳動(dòng)箱體21的環(huán)狀凸肩22內(nèi)的孔47與馬達(dá)箱體45連通。管48的一端通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件49被連接到孔47上。管48的另一端是聯(lián)接件51，該聯(lián)接件51將管48內(nèi)部相通地與凸肩53內(nèi)的通道52相連接(如圖1所示，圖2更清楚地示出)。軸承40既作為軸頸軸承以維持軸36的徑向位置，又作為止推軸承以維持軸36的軸向位置。進(jìn)油通道54被提供作為導(dǎo)管，讓油徑向地向內(nèi)流到軸承表面，拋油圈50被提供用來(lái)將油徑向向外地拋離軸36。然后一環(huán)狀腔56收集從軸承40里拋離出的油，以便于回油系統(tǒng)將油通過(guò)通道57排回至貯油箱58，除非采用下述的改進(jìn)措施，這個(gè)通道及前面提到的流通通道，成為導(dǎo)致效率的損失的原因。
為了抵消渦輪37產(chǎn)生的氣動(dòng)推力，在渦輪37后面設(shè)有低壓腔59而提供了一種稱之為“平衡活塞”。在渦輪37內(nèi)設(shè)有通道61而將腔59內(nèi)的壓力維持在與標(biāo)號(hào)60所指的壓縮機(jī)吸氣部分同樣低的壓力。這個(gè)壓力(導(dǎo)流葉片70的下游)一般在滿負(fù)荷時(shí)的77磅/平方英寸至10%負(fù)荷時(shí)的40磅/平方英寸之間變化，因?yàn)樵趥鲃?dòng)箱體內(nèi)的壓力(即等于在導(dǎo)流葉片70進(jìn)口的上游的壓縮機(jī)吸氣部分的壓力，或約為78-79磅/平方英寸)比腔59內(nèi)的壓力高，特別是在負(fù)荷不足的運(yùn)行過(guò)程中。具有齒63的迷宮式密封裝置62被提供在軸承40和渦輪37之間以密封那個(gè)區(qū)域，阻止油從傳動(dòng)裝置流入平衡活塞59。在迷宮密封上施加高壓氣體，使其增強(qiáng)在高壓下的密封性，這個(gè)進(jìn)一步的原理同上述的原理一樣是眾所周知的。如果像通常一樣用排氣管出來(lái)的高壓氣體對(duì)迷宮式密封裝置62加壓，那么相當(dāng)大的壓力差將會(huì)導(dǎo)致高壓蒸氣(即，約為200磅/平方英寸)從迷宮式密封裝置62流入系統(tǒng)的低壓區(qū)域，由此降低了系統(tǒng)的效率。這種流動(dòng)能沿二個(gè)方向產(chǎn)生，如圖1和圖2箭頭所示。它能沿通道61流入壓縮吸氣部分60或者沿通道57流入貯油箱58，從那里，它可以如圖1中的箭頭所示，通過(guò)排氣孔55，管65，吸氣管75最后流入壓縮機(jī)吸氣部分60。
為了防止這些損耗，迷宮式密封裝置62已被改用馬達(dá)箱45內(nèi)的致冷蒸汽加壓，蒸氣通過(guò)管48，通道52和迷宮式密封裝置62內(nèi)的通道66。這樣，迷宮式密封裝置62被加壓至馬達(dá)殼體內(nèi)的壓力，為85-86磅/平方英寸，比傳動(dòng)動(dòng)裝置壓力高6-8磅/平方英寸，由于這個(gè)壓力差是那么小，所以，因?qū)γ詫m密封裝置加壓的氣體漏回至傳動(dòng)裝置，并且最后進(jìn)入壓縮吸氣部分60而導(dǎo)致的損耗，也可減少到最小。同樣，由于在迷宮式密封裝置62和壓縮機(jī)吸氣部分60間的壓力差被限制到最小，因此因?qū)γ詫m密封裝置加壓的氣體通過(guò)通道61直接漏入壓縮機(jī)吸氣部分60而導(dǎo)致的損失也被減少到最小。
由此可見，本發(fā)明不僅提供了使用迷宮式密封裝置，把渦輪壓縮機(jī)內(nèi)的傳動(dòng)箱30與平衡活塞隔離的優(yōu)點(diǎn)，也提供了一種新穎實(shí)用的對(duì)迷宮式密封裝置加壓的手段，而得到系統(tǒng)的最佳效率。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪壓縮機(jī)的改進(jìn)的密封裝置，它具有平衡活塞以抵消作用在渦輪上的載荷推力，一設(shè)置在平衡活塞和傳動(dòng)箱之間的迷宮式密封裝置，和一壓力氣體源以對(duì)迷宮式密封裝置加壓，其特征在于一壓力流體源，其壓力維持在比傳動(dòng)箱內(nèi)的壓力略高，一導(dǎo)管，將所述的壓力流體源與迷宮式密封裝置相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的密封裝置，其特征在于，所述的壓縮機(jī)由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)馬達(dá)由噴入其箱內(nèi)的致冷劑冷卻，所述的壓力流體源是馬達(dá)箱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的密封裝置，其特征在于，所述的壓力流體源的壓力維持在比傳動(dòng)箱內(nèi)的壓力高7.6-10.3%。
4.一種設(shè)置在渦輪壓縮機(jī)的貯有油的傳動(dòng)箱和平衡活塞間的改進(jìn)的迷宮式密封裝置，其特征在于一蒸汽源，其壓力比傳動(dòng)箱內(nèi)的壓力稍大，流體連通裝置，用于可流通地將所述的蒸汽源與迷宮式密封裝置連通，以向所述的密封裝置加壓并阻止油從傳動(dòng)箱流入平衡活塞。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改進(jìn)的迷宮式密封裝置，其特征在于，所述的壓縮機(jī)由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)馬達(dá)由噴入馬達(dá)箱內(nèi)的致冷劑冷卻，所述的蒸汽源是馬達(dá)箱。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改進(jìn)的迷宮式密封裝置，其特征在于，所述的蒸汽源的壓力維持在比傳動(dòng)箱內(nèi)的壓力高7.6-10.3%。
7.一種對(duì)設(shè)置在渦輪壓縮機(jī)的貯有油的傳動(dòng)箱和平衡活塞間的迷宮式密封裝置改進(jìn)的加壓的方法，其特征在于建立一蒸汽源，其壓力比傳動(dòng)裝置內(nèi)的壓力略高，可流通地將所述的源連接到所述的迷宮式密封裝置上，從而對(duì)密封裝置加壓并阻止油從傳動(dòng)箱流入平衡活塞。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的蒸汽源的壓力比傳動(dòng)箱內(nèi)的壓力高7.6-10.3%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，包括向馬達(dá)箱加壓的步驟，所述的馬達(dá)箱被用作所述的蒸汽源。
全文摘要
一種迷宮式密封裝置用以隔離渦輪壓縮機(jī)的傳動(dòng)裝置與平衡活塞，迷宮式密封裝置被從馬達(dá)箱排出的致冷蒸汽加壓，該蒸汽的壓力比傳動(dòng)裝置內(nèi)的壓力稍高，由此減少了因蒸汽漏入傳動(dòng)裝置和壓縮機(jī)吸氣部分而可能另外發(fā)生的效率損失。
文檔編號(hào)F04D29/10GK1050599SQ90104958
公開日1991年4月10日 申請(qǐng)日期1990年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月25日
發(fā)明者托馬斯·米切爾·齊恩斯米爾, 維西紐·默哈·西西特拉 申請(qǐng)人:運(yùn)載器有限公司