本公開(kāi)總體上涉及壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，并更具體地涉及壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻。

背景技術(shù)：

各種各樣的壓縮機(jī)系統(tǒng)被用于壓縮氣體。活塞壓縮機(jī)、軸流壓縮機(jī)、離心壓縮機(jī)和旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機(jī)都是眾所周知且被廣泛使用的。壓縮氣體產(chǎn)生熱量，且隨著氣體溫度升高，壓縮過(guò)程會(huì)損失效率。在壓縮過(guò)程中移除熱量可以提高效率。此外，當(dāng)溫度不受控制時(shí)壓縮機(jī)設(shè)備會(huì)經(jīng)受疲勞或性能下降。由于這些原因，壓縮機(jī)通常裝備有冷卻機(jī)構(gòu)。

壓縮機(jī)冷卻通常通過(guò)引入冷卻劑流體進(jìn)入要被壓縮的氣體和/或經(jīng)由內(nèi)部冷卻劑流體通道、散熱器等自行冷卻壓縮機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)。壓縮機(jī)設(shè)備冷卻策略對(duì)于某些應(yīng)用會(huì)經(jīng)受各種不利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

壓縮機(jī)系統(tǒng)包括殼體和能在殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。殼體具有冷卻劑入口、冷卻劑出口和與冷卻劑入口流體連接的冷卻劑歧管。轉(zhuǎn)子進(jìn)一步具有帶有軸向和周向分布的冷卻劑運(yùn)送管道，所述冷卻劑運(yùn)送管道從歧管向外延伸以提供冷卻劑流體到轉(zhuǎn)子的內(nèi)部熱交換表面。

附圖說(shuō)明

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖1 是壓縮機(jī)系統(tǒng)的部分剖視示意圖；

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖2是適合用于如圖1所示壓縮機(jī)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子的剖視圖；

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖3是轉(zhuǎn)子的部分負(fù)像圖；

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖4是轉(zhuǎn)子中內(nèi)部冷卻通道的部分負(fù)像圖；

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖5是適合用于如圖1所示壓縮機(jī)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子的剖視圖；

圖6是沿著圖5中的線6-6截取的剖視圖；

圖7是沿著圖5中的線7-7截取的剖視圖；且

圖8是沿著圖5中的線8-8截取的剖視圖。

具體實(shí)施方式

為了促進(jìn)對(duì)具有帶有分布式冷卻劑管道的轉(zhuǎn)子的壓縮機(jī)系統(tǒng)和方法的原理的理解，將參考附圖中說(shuō)明的實(shí)施例并且特定語(yǔ)言將用于具體描述所述實(shí)施例。然而可以理解的是，并未打算由此對(duì)本發(fā)明的范圍作出限制。在所描述的實(shí)施例中的任何變化和進(jìn)一步修改，以及在此描述的發(fā)明原理的任何進(jìn)一步應(yīng)用都是本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員通常能想到的。

參考圖1，此處根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示出了壓縮機(jī)系統(tǒng)10，所述壓縮機(jī)系統(tǒng)包括壓縮機(jī)12、壓縮空氣驅(qū)動(dòng)裝置或存儲(chǔ)容器14以及具有冷卻劑回路16、冷卻劑泵18和散熱器20或類似物的冷卻系統(tǒng)。如此處進(jìn)一步討論的，壓縮機(jī)12可以是雙或雙重旋轉(zhuǎn)螺桿形式，盡管本公開(kāi)沒(méi)有如此限制。壓縮機(jī)12包括壓縮機(jī)殼體22，所述壓縮機(jī)殼體在其中形成氣體入口24、氣體出口26以及在氣體入口24和氣體出口26之間延伸的流體管道28。轉(zhuǎn)子30能在殼體22內(nèi)繞著旋轉(zhuǎn)軸31旋轉(zhuǎn)，以壓縮在氣體入口24和氣體出口26之間輸送的氣體。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮機(jī)12包括轉(zhuǎn)子30以及能繞著第二平行旋轉(zhuǎn)軸133旋轉(zhuǎn)的第二轉(zhuǎn)子132。盡管轉(zhuǎn)子30和轉(zhuǎn)子132被示出具有相似的構(gòu)造，可以理解的是，根據(jù)本公開(kāi)的雙旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機(jī)典型地包括凸形轉(zhuǎn)子和凹形轉(zhuǎn)子，其示例特征在此被進(jìn)一步描述。除非另有說(shuō)明，關(guān)于轉(zhuǎn)子30和132其中之一以及此處討論的任何其他轉(zhuǎn)子的描述都應(yīng)該被理解為通?？蛇m用于本公開(kāi)。正如根據(jù)下述描述可進(jìn)一步顯而易見(jiàn)的，憑借獨(dú)特的冷卻策略和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，本公開(kāi)預(yù)計(jì)對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性和運(yùn)行以及壓縮氣體（例如空氣、天然氣或其他）的效率將是有優(yōu)勢(shì)的。

轉(zhuǎn)子30包括暴露于流體管道28的外部壓縮表面36和至少一個(gè)內(nèi)部熱交換表面38。在實(shí)際實(shí)施策略中，轉(zhuǎn)子30包括螺桿轉(zhuǎn)子，其中外部壓縮表面36包括和多個(gè)螺旋溝槽37交替布置的多個(gè)螺旋凸耳35。如上述提及的，轉(zhuǎn)子30可以是凸形轉(zhuǎn)子和凹形轉(zhuǎn)子中的一個(gè)，而轉(zhuǎn)子132可以是凸形轉(zhuǎn)子和凹形轉(zhuǎn)子中的另一個(gè)。為此，凸耳35以已知的方式可具有由凸形側(cè)面形成的大體凸形的橫截面外形，此處轉(zhuǎn)子30是凸形的。相反地，在被構(gòu)造為凹形時(shí)，轉(zhuǎn)子132可以具有凹形或底切的側(cè)表面以形成凸耳。在不偏離本公開(kāi)的情況下，凸耳35和溝槽37可以是任何構(gòu)造或數(shù)目，只要其具有大體軸向前進(jìn)方向從而足以使得當(dāng)轉(zhuǎn)子30旋轉(zhuǎn)時(shí)外部壓縮表面36撞擊在流體管道28內(nèi)的氣體上。

轉(zhuǎn)子30可以還包括在外部壓縮表面36和內(nèi)部熱交換表面38之間延伸的外部體壁40。在運(yùn)行中，經(jīng)由轉(zhuǎn)子30旋轉(zhuǎn)的氣體壓縮產(chǎn)生熱量，熱量傳導(dǎo)進(jìn)入形成轉(zhuǎn)子30的材料。熱量因此將通過(guò)壁40從外部壓縮表面36傳導(dǎo)至熱交換表面38。轉(zhuǎn)子30還包括在其中形成有冷卻劑入口44的第一軸端42和在其中形成有冷卻劑出口48的第二軸端46。冷卻劑歧管60與冷卻劑入口44流體連接。第一軸端42和第二軸端46中的每一個(gè)都可以包括分別具有圓柱形外表面50和52的圓柱形軸端。軸頸軸承和/或推力軸承51和53分別定位在軸端42和46上，用來(lái)對(duì)軸向和非軸向荷載做出反應(yīng)并以傳統(tǒng)的方式用來(lái)支撐用于在殼體22內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子30。

如上文提到的，熱量通過(guò)壁40傳導(dǎo)和以其它方式進(jìn)入轉(zhuǎn)子30的材料。冷卻劑可以被輸送（例如通過(guò)泵送）進(jìn)入冷卻劑入口44并隨后進(jìn)入歧管60。合適的冷卻劑包括傳統(tǒng)的制冷劑流體、其他類型的氣體、水、冷凍鹽水或其他任何可以通過(guò)轉(zhuǎn)子30輸送的合適的氣體或液體形式的流體。轉(zhuǎn)子30還包括具有軸向和周向分布的多個(gè)冷卻劑供應(yīng)管道62。管道62從冷卻劑歧管60向外延伸從而在多個(gè)軸向和周向位置將冷卻劑送至熱交換表面38。如從下文的描述將進(jìn)一步顯而易見(jiàn)的，轉(zhuǎn)子30可以具有許多內(nèi)部熱交換表面，或者僅有一個(gè)內(nèi)部熱交換表面。在實(shí)際實(shí)施策略中，制造轉(zhuǎn)子體34的材料將會(huì)典型地在熱交換表面38和外部壓縮表面36之間連續(xù)延伸，如此可以合理理解各自的表面被至少部分地定位在外部體壁40上。同樣在實(shí)際實(shí)施策略中，轉(zhuǎn)子體34是一件式轉(zhuǎn)子體或者包括一件式部分，其中冷卻劑歧管60和管道62被形成。在某些情況下，轉(zhuǎn)子體34或者一件式部分可以具有遍布的均勻材料組成。可以想到的是轉(zhuǎn)子30可以通過(guò)材料沉積形成，例如3D打印或者其他增材制造過(guò)程。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)熟悉通常通過(guò)3D打印制造的一件式部件中的均勻材料組成。同樣可以理解的是，在可替代的實(shí)施例中，3D打印能力可以被改變從而在轉(zhuǎn)子體34或在其部件中沉積不同類型的材料，而不是均勻材料組成。類似可以想到的實(shí)施例是，轉(zhuǎn)子體34可通過(guò)不可逆地附連到一起的多個(gè)部件形成（例如通過(guò)摩擦焊接或任何其他合適的過(guò)程）。

回到冷卻劑運(yùn)送和分布的主題，正如上文指出的，冷卻劑在多個(gè)軸向和周向位置被運(yùn)送到一個(gè)或多個(gè)熱交換表面38。從圖1可以看出，管道62相對(duì)于軸31位于多個(gè)不同軸向位置和多個(gè)不同周向位置。還可以看出，管道62可以被構(gòu)造為在接近表面38時(shí)縮窄直徑以形成孔。然而，是否在制造實(shí)施例中使用如此的縮窄是可變的，可以理解的是，冷卻劑至少在某些情況下可被噴灑在熱交換表面上或被噴灑在多個(gè)軸向和周向位置的多個(gè)熱交換表面38上。當(dāng)制冷劑被使用時(shí)，制冷劑可在轉(zhuǎn)子30內(nèi)經(jīng)歷相變，從液體形式轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w形式并在此過(guò)程中吸收熱量。在其他情況下，制冷劑可以氣體形式被提供或供應(yīng)到轉(zhuǎn)子30中，仍然可能處于低于水的凝固點(diǎn)的溫度或者在另一個(gè)合適的溫度范圍之內(nèi)，這取決于冷卻要求。

現(xiàn)在仍然參考圖2，這里示出了轉(zhuǎn)子30的剖視圖，其說(shuō)明了額外的細(xì)節(jié)，同時(shí)也包括形式上比圖1所示幾何形狀更具體的幾何形狀。凸耳35和溝槽37的大體螺旋形狀在圖2中是顯而易見(jiàn)的，如表面36所限定的。還可以從圖2中看出，多個(gè)熱交換表面38可以在用于冷卻劑的多個(gè)通道80中形成，某些通道在圖2的橫截面視圖中被示出并可見(jiàn)而其他通道被隱藏。表面38可具有大體弓形的形狀，跟隨通道80的弓形形狀，其軸向和周向前進(jìn)并跟隨凸耳35的弓形和螺旋形。從下述描述和將被描述的額外附圖中將進(jìn)一步顯而易見(jiàn)的是，每個(gè)通道80可以被管道62供應(yīng)，并繞著軸31成弧形，且同時(shí)在轉(zhuǎn)子體34內(nèi)軸向前進(jìn)，并每個(gè)典型地但不是必須地繞著軸31經(jīng)過(guò)少于一整圈。

如圖1和2所示，在實(shí)際的實(shí)施策略中，歧管60可以包括冷卻劑供應(yīng)歧管，而轉(zhuǎn)子30可以還包括冷卻劑排出歧管70?？梢赃M(jìn)一步看出，排出歧管70和冷卻劑供應(yīng)歧管60在軸向范圍上重疊。這意味著在轉(zhuǎn)子30內(nèi)的某些軸向位置或者軸向位置范圍被供應(yīng)歧管60和排出歧管70兩者占據(jù)。在進(jìn)一步的實(shí)際實(shí)施策略中，供應(yīng)歧管60和排出歧管70同軸，供應(yīng)歧管60由排出歧管70徑向向外。理解供應(yīng)歧管60和排出歧管70間關(guān)系的另一種方法是，排出歧管70至少部分地定位在供應(yīng)歧管60中。從圖2可以看出，供應(yīng)歧管60可具有大體環(huán)形的構(gòu)造并繞著排出歧管70延伸。在本公開(kāi)范圍內(nèi)的其他構(gòu)造可被必然地想到，且供應(yīng)歧管60和排出歧管70在其他實(shí)施例中可以并排而不是一個(gè)在另一個(gè)中間?？梢园l(fā)現(xiàn)的是，供應(yīng)歧管60和排出歧管70的重疊軸向范圍以及轉(zhuǎn)子30內(nèi)的冷卻劑供應(yīng)和冷卻劑回收的重疊軸向分布關(guān)于熱量管理和熱量耗散是有利的。在實(shí)際的實(shí)施策略中，一些冷卻劑供應(yīng)管道62可被軸向定位在一些冷卻劑排出出口72和冷卻劑出口48之間。一些冷卻劑排出管道72可被軸向定位在一些冷卻劑供應(yīng)管道62和冷卻劑入口44之間。換句話說(shuō)，冷的冷卻劑可在比冷卻劑已經(jīng)與表面38交換熱量后被收回的一些位置更接近軸端46的位置處被噴灑在表面38上。盡管本公開(kāi)沒(méi)有如此嚴(yán)格限制，該構(gòu)造可以確保在沿著轉(zhuǎn)子30的軸向長(zhǎng)度上，冷卻劑實(shí)際上不會(huì)比在轉(zhuǎn)子30外側(cè)已壓縮的空氣更熱。如圖1和2中已經(jīng)明顯的，至少一些冷卻劑運(yùn)送管道62可以徑向通過(guò)冷卻劑排出歧管70。

現(xiàn)在仍然參考圖3，這里示出了轉(zhuǎn)子體34內(nèi)流體通道的負(fù)像圖。換句話說(shuō)，圖3中的說(shuō)明以固體的形式示出了轉(zhuǎn)子30中實(shí)際為空隙的特征?？梢钥闯龅氖?，多個(gè)冷卻劑供應(yīng)管道62從歧管60朝向通道80徑向向外延伸。通道80的弓形形狀在圖3中也是顯而易見(jiàn)的。還可以看出的是，一些管道62分支從而供應(yīng)不止一個(gè)通道80。在冷卻劑經(jīng)過(guò)通道80后，且在制冷劑可能相變的情況下，冷卻劑將會(huì)通過(guò)冷卻劑排出管道72并回到排出歧管70。在圖3的說(shuō)明中，排出歧管70僅有相對(duì)很小的一部分可見(jiàn)，且其所有均可能不可見(jiàn)，因?yàn)楣艿?0相對(duì)管道60典型地在內(nèi)部或者部分在內(nèi)部。一條管道62中的分支64被示出，其中多個(gè)通道80通過(guò)單條管道62從歧管60被初始供應(yīng)。還如圖4所示，這里示出了又一次包括負(fù)像的部分視圖，以固體形式示出了轉(zhuǎn)子30的某些特征，其中這些特征實(shí)際上是轉(zhuǎn)子體34內(nèi)的空隙或空腔。一些排出管道72的大體彎曲的性質(zhì)、排出管道72的分支和向內(nèi)延伸到歧管70的排出管道72的軸向和周向分布在圖4中是顯而易見(jiàn)的。出于清晰的目的，轉(zhuǎn)子30的一些冷卻劑通道特征從圖4的說(shuō)明中被省略。

現(xiàn)在參考圖5，這里示出了與圖1中轉(zhuǎn)子132有相似形式的轉(zhuǎn)子132的剖視側(cè)視圖并相應(yīng)地用相同的附圖標(biāo)記說(shuō)明。轉(zhuǎn)子132包括與螺旋溝槽137交替布置的多個(gè)螺旋凸耳135，所述螺旋凸耳沿著轉(zhuǎn)子體134軸向前進(jìn)。如在轉(zhuǎn)子30中一樣，轉(zhuǎn)子132可以是凹形轉(zhuǎn)子形式，其中溝槽137和凸耳135被構(gòu)造以嚙合配對(duì)的凸形凸耳和溝槽，且其中凸耳135如圖5所示被近似底切。轉(zhuǎn)子132還包括用于供應(yīng)冷卻劑的歧管160和冷卻劑排出歧管170。多個(gè)冷卻劑供應(yīng)管道162將冷卻劑從歧管160輸送至通道180，其中熱交換表面138被定位，通常地類似于轉(zhuǎn)子30。排出管道172被構(gòu)造以將冷卻劑從通道180輸送到排出管道170，并隨后送出轉(zhuǎn)子132例如用于冷卻壓縮和再循環(huán)。

圖5中所示的轉(zhuǎn)子132和上述討論的轉(zhuǎn)子30具有某些相同點(diǎn)，但也有某些不同點(diǎn)?，F(xiàn)在參考圖6，這里示出了沿著圖5中的線6-6截取的剖視圖，其中冷卻劑供應(yīng)管道162被示出從供應(yīng)歧管160徑向向外延伸。在圖6的視圖中，可以看出歧管160繞著歧管170延伸。圖6特別的剖視圖也通過(guò)排出管道172延伸。由此可以理解的是，通道或類似物180在管道162和管道172之間延伸。每個(gè)通道180可在通過(guò)供應(yīng)管道162供應(yīng)的入口端和供給排出管道172的出口端之間彎曲。還參考圖7，這里示出了沿著圖5中的線7-7截取的剖視圖。通道180在圖7中是明顯的，且被示出經(jīng)由管道162供給冷卻劑。管道162在徑向向外位置的縮窄以形成噴孔也是可見(jiàn)的。還參考圖8，這里示出了沿著圖5中的線8-8截取的剖視圖，其中可以看出通道180的頂端或端被接合到管道172，將已經(jīng)與表面138交換熱量的冷卻劑送進(jìn)管道172，并隨后進(jìn)入歧管170用于從轉(zhuǎn)子132移除。

根據(jù)本公開(kāi)，在此處可想到的每個(gè)實(shí)施例中操作壓縮機(jī)系統(tǒng)10和壓縮機(jī)12將大體會(huì)類似地發(fā)生。相應(yīng)地，轉(zhuǎn)子30的當(dāng)前描述應(yīng)該被理解為通常地應(yīng)用于此處可想到的任何轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子30可以經(jīng)由外部壓縮表面36在氣體上的撞擊以通常所知的方式在殼體14內(nèi)旋轉(zhuǎn)以壓縮氣體。在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子30期間，冷卻劑可以在轉(zhuǎn)子30內(nèi)被輸送進(jìn)入冷卻劑歧管60，并從歧管60送至冷卻劑供應(yīng)管道62。熱交換表面38可以在多個(gè)軸向和周向分布的位置被噴灑來(lái)自管道62的冷卻劑，從而耗散通過(guò)壓縮氣體產(chǎn)生的熱量。如上述指出的，輸送和噴灑可以包括輸送和噴灑在轉(zhuǎn)子30內(nèi)經(jīng)歷相變的液體形式制冷劑，并隨后從轉(zhuǎn)子30以氣體形式排出。然而，本公開(kāi)不限于此，其他冷卻劑和冷卻方案也可以被使用。

本描述僅用于說(shuō)明目的，不應(yīng)以任何方式被解釋為縮窄本公開(kāi)的范圍。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解到在不偏離本公開(kāi)的全部及合理的范圍和精神之下，可以對(duì)此處公開(kāi)的實(shí)施例做出各種修改。在研讀附圖和所附權(quán)利要求后，其他的方面、特征和優(yōu)勢(shì)將是顯而易見(jiàn)的。