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

背景技術：

各種各樣的壓縮機系統(tǒng)被用于壓縮氣體。活塞壓縮機、軸流壓縮機、離心壓縮機和旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機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，壓縮過程會損失效率。在壓縮過程中移除熱量可以提高效率。此外，當溫度不受控制時壓縮機設備會經(jīng)受疲勞或性能下降。由于這些原因，壓縮機通常裝備有冷卻機構。

壓縮機冷卻通常通過引入冷卻劑流體進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設備實現(xiàn)。壓縮機設備冷卻策略對于某些應用會經(jīng)受各種不利。

技術實現(xiàn)要素：

壓縮機系統(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)子進一步具有帶有軸向和周向分布的冷卻劑運送管道，所述冷卻劑運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。

附圖說明

根據(jù)一個實施例，圖1 是壓縮機系統(tǒng)的部分剖視示意圖；

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

根據(jù)一個實施例，圖3是轉(zhuǎn)子的部分負像圖；

根據(jù)一個實施例，圖4是轉(zhuǎn)子中內(nèi)部冷卻通道的部分負像圖；

根據(jù)一個實施例，圖5是適合用于如圖1所示壓縮機系統(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。

具體實施方式

為了促進對具有帶有分布式冷卻劑管道的轉(zhuǎn)子的壓縮機系統(tǒng)和方法的原理的理解，將參考附圖中說明的實施例并且特定語言將用于具體描述所述實施例。然而可以理解的是，并未打算由此對本發(fā)明的范圍作出限制。在所描述的實施例中的任何變化和進一步修改，以及在此描述的發(fā)明原理的任何進一步應用都是本發(fā)明所涉及領域的技術人員通常能想到的。

參考圖1，此處根據(jù)一個實施例示出了壓縮機系統(tǒng)10，所述壓縮機系統(tǒng)包括壓縮機12、壓縮空氣驅(qū)動裝置或存儲容器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)。如此處進一步討論的，壓縮機12可以是雙或雙重旋轉(zhuǎn)螺桿形式，盡管本公開沒有如此限制。壓縮機12包括壓縮機殼體22，所述壓縮機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。在所說明的實施例中，壓縮機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造，可以理解的是，根據(jù)本公開的雙旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機典型地包括凸形轉(zhuǎn)子和凹形轉(zhuǎn)子，其示例特征在此被進一步描述。除非另有說明，關于轉(zhuǎn)子30和132其中之一以及此處討論的任何其他轉(zhuǎn)子的描述都應該被理解為通常可適用于本公開。正如根據(jù)下述描述可進一步顯而易見的，憑借獨特的冷卻策略和轉(zhuǎn)子結構，本公開預計對于系統(tǒng)穩(wěn)定性和運行以及壓縮氣體（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和至少一個內(nèi)部熱交換表面38。在實際實施策略中，轉(zhuǎn)子30包括螺桿轉(zhuǎn)子，其中外部壓縮表面36包括和多個螺旋溝槽37交替布置的多個螺旋凸耳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，而轉(zhuǎn)子132可以是凸形轉(zhuǎn)子和凹形轉(zhuǎn)子中的另一個。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，在被構造為凹形時，轉(zhuǎn)子132可以具有凹形或底切的側(cè)表面以形成凸耳。在不偏離本公開的情況下，凸耳35和溝槽37可以是任何構造或數(shù)目，只要其具有大體軸向前進方向從而足以使得當轉(zhuǎn)子30旋轉(zhuǎn)時外部壓縮表面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，熱量傳導進入形成轉(zhuǎn)子30的材料。熱量因此將通過壁40從外部壓縮表面36傳導至熱交換表面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，用來對軸向和非軸向荷載做出反應并以傳統(tǒng)的方式用來支撐用于在殼體22內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子30。

如上文提到的，熱量通過壁40傳導和以其它方式進入轉(zhuǎn)子30的材料。冷卻劑可以被輸送（例如通過泵送）進入冷卻劑入口44并隨后進入歧管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冷卻劑供應管道62。管道62從冷卻劑歧管60向外延伸從而在多個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一步顯而易見的，轉(zhuǎn)子30可以具有許多內(nèi)部熱交換表面，或者僅有一個內(nèi)部熱交換表面。在實際實施策略中，制造轉(zhuǎn)子體34的材料將會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。同樣在實際實施策略中，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可以通過材料沉積形成，例如3D打印或者其他增材制造過程。本領域技術人員將會熟悉通常通過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。類似可以想到的實施例是，轉(zhuǎn)子體34可通過不可逆地附連到一起的多個部件形成（例如通過摩擦焊接或任何其他合適的過程）。

回到冷卻劑運送和分布的主題，正如上文指出的，冷卻劑在多個軸向和周向位置被運送到一個或多個熱交換表面38。從圖1可以看出，管道62相對于軸31位于多個不同軸向位置和多個不同周向位置。還可以看出，管道62可以被構造為在接近表面38時縮窄直徑以形成孔。然而，是否在制造實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軸向和周向位置的多個熱交換表面38上。當制冷劑被使用時，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到轉(zhuǎn)子30中，仍然可能處于低于水的凝固點的溫度或者在另一個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，其說明了額外的細節(jié)，同時也包括形式上比圖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中是顯而易見的，如表面36所限定的。還可以從圖2中看出，多個熱交換表面38可以在用于冷卻劑的多個通道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一步顯而易見的是，每個通道80可以被管道62供應，并繞著軸31成弧形，且同時在轉(zhuǎn)子體34內(nèi)軸向前進，并每個典型地但不是必須地繞著軸31經(jīng)過少于一整圈。

如圖1和2所示，在實際的實施策略中，歧管60可以包括冷卻劑供應歧管，而轉(zhuǎn)子30可以還包括冷卻劑排出歧管70。可以進一步看出，排出歧管70和冷卻劑供應歧管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歧管60和排出歧管70兩者占據(jù)。在進一步的實際實施策略中，供應歧管60和排出歧管70同軸，供應歧管60由排出歧管70徑向向外。理解供應歧管60和排出歧管70間關系的另一種方法是，排出歧管70至少部分地定位在供應歧管60中。從圖2可以看出，供應歧管60可具有大體環(huán)形的構造并繞著排出歧管70延伸。在本公開范圍內(nèi)的其他構造可被必然地想到，且供應歧管60和排出歧管70在其他實施例中可以并排而不是一個在另一個中間。可以發(fā)現(xiàn)的是，供應歧管60和排出歧管70的重疊軸向范圍以及轉(zhuǎn)子30內(nèi)的冷卻劑供應和冷卻劑回收的重疊軸向分布關于熱量管理和熱量耗散是有利的。在實際的實施策略中，一些冷卻劑供應管道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管道62和冷卻劑入口44之間。換句話說，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。盡管本公開沒有如此嚴格限制，該構造可以確保在沿著轉(zhuǎn)子30的軸向長度上，冷卻劑實際上不會比在轉(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，至少一些冷卻劑運送管道62可以徑向通過冷卻劑排出歧管70。

現(xiàn)在仍然參考圖3，這里示出了轉(zhuǎn)子體34內(nèi)流體通道的負像圖。換句話說，圖3中的說明以固體的形式示出了轉(zhuǎn)子30中實際為空隙的特征?？梢钥闯龅氖?，多個冷卻劑供應管道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中也是顯而易見的。還可以看出的是，一些管道62分支從而供應不止一個通道80。在冷卻劑經(jīng)過通道80后，且在制冷劑可能相變的情況下，冷卻劑將會通過冷卻劑排出管道72并回到排出歧管70。在圖3的說明中，排出歧管70僅有相對很小的一部分可見，且其所有均可能不可見，因為管道70相對管道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，其中多個通道80通過單條管道62從歧管60被初始供應。還如圖4所示，這里示出了又一次包括負像的部分視圖，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)視圖并相應地用相同的附圖標記說明。轉(zhuǎn)子132包括與螺旋溝槽137交替布置的多個螺旋凸耳135，所述螺旋凸耳沿著轉(zhuǎn)子體134軸向前進。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被構造以嚙合配對的凸形凸耳和溝槽，且其中凸耳135如圖5所示被近似底切。轉(zhuǎn)子132還包括用于供應冷卻劑的歧管160和冷卻劑排出歧管170。多個冷卻劑供應管道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，但也有某些不同點?，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，其中冷卻劑供應管道162被示出從供應歧管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。每個通道180可在通過供應管道162供應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管道172，并隨后進入歧管170用于從轉(zhuǎn)子132移除。

根據(jù)本公開，在此處可想到的每個實施例中操作壓縮機系統(tǒng)10和壓縮機12將大體會類似地發(fā)生。相應地，轉(zhuǎn)子30的當前描述應該被理解為通常地應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)被輸送進入冷卻劑歧管60，并從歧管60送至冷卻劑供應管道62。熱交換表面38可以在多個軸向和周向分布的位置被噴灑來自管道62的冷卻劑，從而耗散通過壓縮氣體產(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。

本描述僅用于說明目的，不應以任何方式被解釋為縮窄本公開的范圍。因此，本領域技術人員將會理解到在不偏離本公開的全部及合理的范圍和精神之下，可以對此處公開的實施例做出各種修改。在研讀附圖和所附權利要求后，其他的方面、特征和優(yōu)勢將是顯而易見的。