专利名称：压缩机中的密封装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及空气压缩机，更具体地涉及用于这种压缩机的密封装置。
背景技术：
在回热式微型涡轮机发电系统中开始使用催化燃烧器。微型涡轮机发电系统从通常被称为微型涡轮机的小型燃气轮发动机得到用于驱动发电机的机械动力。该发动机通常包括至少一个接收来自燃烧器的热燃气的涡轮机，并使热气体膨胀以使涡轮机转动。涡轮机驱动至少一个压缩机叶轮，该叶轮在压缩机壳体内转动并支承压缩流经的工作流体的叶片。在其中燃烧器是催化燃烧器的回热式燃气涡轮发动机中，通常向压缩机供应空气和燃料的气体混合物作为工作流体，或者向压缩机供给分离的空气和燃料流并且在压缩之后混合空气和燃料。因此，压缩机压缩空气和气体燃料，随后将它们作为空气-燃料混合物供给催化燃烧器，在该处混合物进行燃烧。该装置可消除单独的气体燃料压缩机。
不利地，在发动机的压缩机中压缩燃料也使得燃料可能泄漏到周围环境中。在任何压缩机中，一旦工作流体升至较高压力，则该流体会试图通过任何可能的路径向低压区域流动，该路径包括最终通向发动机周围的环境空气的泄漏通道。这种泄漏通道通常存在于例如压缩机的固定部件和转动部件之间的交界处。例如，在微型涡轮机中通常使用的离心式压缩机中，泄漏通道存在于压缩机叶轮和固定的压缩机壳体之间；该通道通向压缩机的轴承壳体。为了减少泄漏到轴承壳体中的量，通常在转动的压缩机叶轮与固定壳体之间包括一个或多个密封件。该密封件具有高流体阻力，从而阻碍流体经过它们流入轴承壳体内。密封件通常包括迷宫密封件。
从压缩机泄漏的量通常相对较小，例如小于流经压缩机的总流量的百分之一，从而不会显著削弱效率。另外，泄漏作用并非都是消极的。例如，泄漏的一个积极作用是防止油从轴承壳体进入压缩机的主气流通道中。
然而，在其中压缩机的工作流体是空气和气体燃料的情况下，即使极少量的泄漏也会导致未燃烧的碳氢化合物释放到周围环境中。在典型的具有燃烧天然气的催化燃烧器的回热式微型涡轮机(例如参见美国专利No.4,754,607和No.6,141,953)中，空气/燃料比接近100比1，这意味着压缩机的工作流体中的燃料体积浓度将接近百万分之14,000(ppmvd)。如果通过压缩机密封件仅发生了0.5％的泄漏，那么仅从该处排放的未燃碳氢化合物将为70ppmvd，这超出了许多地区可接受的规定极限。在一些地区，例如美国的南海岸空气质量管理区，以及日本东京和横滨的空气质量区，最大的容许极限低至10ppmvd。
因此，需要一种压缩机密封装置，其能够确保基本没有燃料泄漏到周围环境中。
发明内容
本发明通过提供一种压缩机密封装置和方法来满足上述需求并实现其它优点，所述装置和方法利用从适当的源供给的“清洁”(即，不含燃料)压缩空气以防止燃料从主气流通道流入压缩机的轴承区中。
在本发明的一个方面中，提供了一种用于压缩空气和气体燃料的方法，包括以下步骤将空气和气体燃料输送到具有压缩机叶轮的压缩机中，该压缩机叶轮在压缩机的主气流通道内转动，该压缩机叶轮支承多个用于压缩空气和气体燃料的叶片，压缩的空气和气体燃料被从主气流通道排放至排出管道中；以及将压缩空气供应至限定在转动的压缩机叶轮与压缩机的固定部件之间的泄漏通道中，该泄漏通道从主气流通道通向压缩机的轴承区中，在足以确保空气和气体燃料不能从主气流通道经过泄漏通道流入轴承区的压力下供应所述压缩空气。
在本发明的一个实施例中，所述压缩机包括密封装置，该密封装置位于限定在转动的压缩机叶轮表面与压缩机壳体的固定壁之间的泄漏通道的一部分中。该密封装置包括流体阻力元件，其布置在压缩机叶轮表面与压缩机壳体的固定壁之间的泄漏通道中；和压缩空气供应管道，其在流体阻力元件与压缩机轴承壳体之间的位置处穿过压缩机壳体通向所述泄漏通道。本实施例中的泄漏通道在空气供应管道与轴承区之间没有任何流体阻力元件。清洁的压缩空气以高于主气流通道中的压力通过供应管道供应至泄漏通道中。因此，一部分压缩空气将流入轴承壳体内。其余的空气将经过流体阻力元件流入主气流通道内，从而防止空气和气体燃料经过泄漏通道而流入轴承壳体内。这样，保留了空气泄漏到轴承区的积极效果，同时防止燃料泄漏到轴承区中。在使用油润滑轴承的情况下，清洁的冷却空气将代替现有技术的密封装置中的热压缩机排气而流入轴承区中。该空气将提供防止油流入压缩机叶轮后的泄漏通道中的相同功能，但不会使油氧化，从而消除了老化和性能退化的一个主要原因。这将降低油耗并增加油的使用寿命。对于使用从外部源供应有压缩支承空气的空气轴承的系统，从轴承流入泄漏通道的空气可使得对于单独清洁气源的需求最小化或消除该需求。对于磁力轴承而言，该轴承可设计成使得在冷却空气冷却轴承之后从轴承流出而流入泄漏通道中，从而减少或消除对于单独气源的需要。可选地，可使用该供应至泄漏通道中的单独空气来冷却磁力轴承。
在本发明的另一实施例中，所述密封装置包括流体阻力元件，其布置在压缩机叶轮表面与壳体的固定壁之间；多个安装在压缩机叶轮表面上的辅助叶片，这些辅助叶片与流体阻力元件径向向外间隔开，从而在流体阻力元件与辅助叶片之间限定一空腔；和穿过压缩机壳体通向所述空腔中的压缩空气供应管道。在本实施例中，清洁的压缩空气以低于主气流通道的压力供入密封装置的空腔中。该气体的一部分将经过流体阻力元件而流入轴承壳体中，如前述实施例所述。其余的压缩空气将被辅助叶片进一步压缩并被泵送至主气流通道中。辅助叶片防止沿相反方向的流动，从而防止空气和气体燃料泄漏到轴承壳体中。本实施例可应用于油润滑轴承、空气轴承或磁力轴承。
在又一实施例中，所述密封装置包括布置在压缩机叶轮表面与压缩机壳体固定壁之间的第一、第二和第三流体阻力元件，第二流体阻力元件与第一流体阻力元件径向向外间隔开从而在其间限定第一空腔，第三流体阻力元件与第二流体阻力元件径向向外间隔开从而在其间限定第二空腔；压缩空气供应管道，其穿过压缩机壳体通向第一空腔中；和再循环管道，其从第二空腔向回通向压缩机入口，用于使任何经过第三流体阻力元件泄漏的空气和气体燃料向回再循环至压缩机入口。在本实施例中，能够以低于主气流通道的压力供应清洁的压缩空气。一部分空气流入轴承壳体中，如前面实施例所述。其余的空气流入第二空腔中。因为第二空腔中的压力低于主气流通道中的压力，所以空气和气体燃料将经过第三流体阻力元件泄漏到第二空腔中。第二空腔中的空气和燃料通过再循环管道抽出并送回至压缩机入口中。
在各种实施例中，流体阻力元件优选包括迷宫密封件，但本发明不限于任何用于实现高流体阻力以阻碍泄漏的特定结构。
在概括地描述了本发明之后，下面将参照附图进行描述，附图不必按比例绘制，其中图1是根据本发明第一实施例的压缩机的示意性剖面图；图2是根据本发明第二实施例的压缩机的示意性剖面图；图3是根据本发明第三实施例的压缩机的示意性剖面图；图4是根据本发明第四实施例的压缩机的示意性剖面图；以及图5是根据本发明第五实施例的压缩机的示意性剖面图。
具体实施例方式
下面将参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的一些但不是所有的实施例。事实上，本发明可以以许多不同的形式实施并不应被解释为限于此处所阐述的实施例；相反，提出这些实施例在于使本公开满足可申请的法律要件。在所有附图中相同的附图标记表示相同的元件。
图1表示根据本发明第一实施例的压缩机10。压缩机10包括压缩机壳体12，压缩机壳体12限定了大致轴向延伸的大致管状的入口管道14。壳体12还限定有外壁16，该外壁16连接到入口管道14的下游端并从轴向延伸过渡到大致径向延伸；外壁16在其下游端与围绕压缩机的大致环形的排出管道18相连。压缩机壳体的后端包括固定壁20，该固定壁20从排出管道向内径向延伸并与壁16相对。固定壁20的径向内端与压缩机的轴承壳体22相连。
大致管状的轴承壳体22容纳至少一个用于支承转轴26的转动轴承24，转轴26轴向延伸穿过轴承壳体。通过至少一个通向轴承壳体的供油管道28向轴承供应润滑油。
压缩机包括大致形成为盘状的压缩机叶轮30。该叶轮安装在轴26的前端上。多个周向间隔开的叶片32固定在叶轮上。叶轮转动时，叶片通过入口管道14抽吸空气(如箭头34所示)。压缩机还包括延伸到入口管道14中的、用于将燃料(参见箭头38)供应至气流中的燃料供应管道36。因此，空气-燃料混合物进入(或者分离的空气流和燃料流进入)压缩机叶片32的叶栅中，并且被叶片压缩并排放到排出管道18中。燃料和空气在流动继续经过通向压缩机叶片和来自压缩机叶片的通道时也进行混合。可选地，可以将燃料和空气引入位于压缩机叶轮上游的混合器(未示出)中，从而使燃料和空气在进入压缩机叶片的叶栅之前充分混合。
该压缩机包括在压缩机叶轮30的后表面与压缩机壳体的固定壁20之间的密封装置。在叶轮与固定壁之间的空间代表泄漏通道，高压空气和气体燃料可通过该通道泄漏至轴承壳体中。如前所述，必须防止燃料泄漏至轴承壳体中。该密封装置包括与轴承壳体径向向外间隔开的流体阻力元件或密封件42。因此，在流体阻力元件42与轴承壳体之间限定了泄漏通道的一部分44。部分44没有任何流体阻力元件。所示的流体阻力元件42为迷宫密封件，但是也可以使用其它类型的用于提供高流体阻力的密封件(例如刷式密封)来代替。至少一个压缩空气供应管道46穿过压缩机壳体延伸到泄漏通道的部分44中。
在操作中，压缩空气(如箭头48所示)通过供应管道46而被供应到通道部分44中。该空气是“清洁的”，即，无燃料。以超过压缩机主气流通道中的压力(即，在外密封件42径向外侧处的压力)的压力供应压缩空气。因此，压缩空气的一部分50将沿着通道部分44向内流到轴承壳体中。该空气与已经对轴承进行润滑的油一起经过排放管道52从轴承壳体排出。然后在气-油分离器等中对该空气和油进行处理，从而可将已经清除油汽的空气排向大气，同时对油进行回收。供应至通道部分44的压缩空气的其余部分54经过密封件42而向外流到压缩机的主气流通道中，并最终流到排出管道18内。因此，该密封装置基本上有效地消除了燃料泄漏到轴承壳体中的所有可能性。可以通过在本领域技术人员的常规能力范围内的设计程序来控制流到轴承区和流出至主气流通道的空气的相对比例。
该密封装置所需的压缩空气可从各种源(未示出)供应。例如，可由与涡轮发动机本身连接的动力输出装置或者由电机来机械地驱动单独的用于提供压缩空气的空气压缩机。可选地，一种动力压缩机可利用压缩机工作流体中的能量。用于该密封装置的具体压缩空气源并非为本发明的关键所在，本发明不限于任何特定类型的源。
图2示出了本发明的第二实施例。图2的压缩机110除了以下所指出的外与图1的压缩机10基本类似。压缩机110的密封装置包括一组安装在压缩机叶轮30后表面上的辅助叶片60，还可包括示出的流体阻力元件或密封件40。辅助叶片与密封件40径向向外间隔开，从而在叶片与密封件之间限定泄漏通道的空腔或部分44。压缩空气供应管道46通向泄漏通道的部分44。辅助叶片被构造成通过叶片径向向外抽吸空气并将空气压缩至更高的压力。因此在本实施例中，通过供应管道46供应的压缩空气48可以以低于压缩机主气流通道中的压力而高于轴承壳体中的压力供应。
在操作中，供应到通道部分44中的压缩空气的部分50将径向向内经过密封件40(如果存在)而流入轴承壳体中。其余的空气将通过辅助叶片60抽出并被升到高于主气流通道压力的压力，因此该空气将进入主气流通道并与主气流汇合。因此辅助叶片防止主气流通道中的空气和气体燃料经过叶片进入轴承壳体中。密封件40是有用的，但不是必需的，可以通过适当设计轴承区和泄漏通道中的流道而省略该密封件。
图3示出了本发明的第三实施例。图3的压缩机210除了以下所指出的外与上述压缩机10基本类似。在本实施例中，压缩机的密封装置优选使用三个间隔开的密封件。第一或内密封件40和第二密封件42在其间设有通道部分或空腔44。压缩空气供应管道46通向该空腔44，用于将清洁的压缩空气48供应到该空腔中。第三或外密封件70与密封件42径向向外间隔开，从而在这些密封件之间限定空腔72。再循环管道74从空腔72向回延伸至压缩机入口管道14。可使用第一或内密封件40，但如上所述，这并不是必需的。
在操作中，清洁的压缩空气48被以高于轴承壳体22中的压力但低于压缩机主气流通道中的压力输送到空腔44中。该空气的一部分50将向内经过内密封件40(如果存在)而流入轴承壳体中。其余的空气76将向外经过中间密封件42而流入空腔72中。因为空腔72中的压力低于主气流通道中的压力，所以一些空气和气体燃料将从主气流通道向内经过外密封件70而流入空腔72中，如箭头78所示。然而，空腔72中的空气和燃料压力仍高于入口管道14中的压力，所以该空气和燃料将通过再循环管道74流回至入口管道14中。这样就防止了燃料泄漏到轴承壳体中。
在各实施例中，流入轴承壳体中的压缩空气优选在排向大气之前(例如在气-油分离器中，如本领域中的普通技术人员所公知的那样)清除所有油汽。
如上所述，本发明也可应用于具有空气轴承或磁力轴承的压缩机。图4和图5表示两个这种实施例。图4表示压缩机110′，其基本类似于图2的压缩机，但具有空气轴承或磁力轴承(或组合空气/磁力轴承)24′而不是油润滑轴承。另外，在本实施例中省略了流体阻力元件，不过如果需要也可以将其包括在内。密封装置包括一组安装在压缩机叶轮30后表面上的辅助叶片60。泄漏通道的部分44从叶片径向向内延伸至轴承壳体22中；该通道部分44没有任何流体阻力元件。压缩空气供应管道46通向泄漏通道的部分44。辅助叶片被构造成通过叶片径向向外抽吸空气并将空气压缩至更高的压力。因此，在本实施例中，可以以低于压缩机主气流通道的压力而高于轴承壳体中的压力供应通过供应管道46供应的压缩空气48。在操作中，供应至通道部分44中的压缩空气的部分50将径向向内流入轴承壳体中。其余的空气将通过辅助叶片60抽出并被升至高于主气流通道压力的压力，因此该空气将进入主气流通道并与主气流汇合。因此辅助叶片防止主气流通道中的空气和气体燃料经过叶片进入轴承壳体中。
图5表示压缩机210′，其基本类似于图3的压缩机，但具有空气轴承或磁力轴承(或组合空气/磁力轴承)24′而不是油润滑轴承。在本实施例中省略了最内部的流体阻力元件，不过如果需要也可以将其包括在内。这样，密封装置包括流体阻力元件或密封件42和70，它们径向间隔开以在其间限定空腔72。从内密封件42径向向内至轴承壳体中的泄漏通道部分44没有任何其它的流体阻力元件。压缩空气供应管道46通向该通道部分44。再循环管道74从空腔72向回延伸至压缩机入口管道14。在操作中，清洁的压缩空气48被以高于轴承壳体22的压力但低于压缩机主气流通道的压力输送到通道部分44中。该空气的一部分50将沿着通道部分44向内流入轴承壳体中。其余的空气76将向外经过密封件42流入空腔72中。因为空腔72中的压力低于主气流通道中的压力，所以一些空气和气体燃料将从主气流通道向内经过外密封件70而流入空腔72中，如箭头78所示。然而，空腔72中的空气和燃料压力仍高于入口管道14中的压力，所以该空气和燃料将通过再循环管道74而向回流到入口管道14中。这样就防止了燃料泄漏到轴承壳体中。
就空气轴承来说，有两种基本类型自加压的空气动力轴承，也称为动力轴承或活动轴承(active bearing)(包括箔带轴承)，以及外部加压的空气静力轴承，也称为静力轴承。根据本发明，来自动力空气轴承或静力空气轴承的空气均可流入压缩机的泄漏通道，从而减少或消除了用于密封目的的单独气源的需要。可选地，对于静力轴承，供应至泄漏通道中用于密封目的的空气可流入空气轴承中，从而减少或消除对轴承气源的需要。
就动力空气轴承来说，在传统发动机中，在启动发动机时由箔带承受负载直到由轴转动产生的动压接收负载。这导致箔带的变形和磨损，这显著地限制了轴承的寿命。根据本发明，在关闭或起动期间的低转速下，供应至泄漏通道中的一部分密封空气能够以足以减轻或防止箔带上的磨损的压力和量而被导向轴承中。随着在起动期间轴承中的动态压力增加，从泄漏通道到轴承中的流动将逐渐减少；在高速下，在泄漏通道中的净流可以或进入轴承或离开轴承。在计划关闭或紧急关闭时，来自泄漏通道的气流将使空气轴承加压。
本发明在油润滑轴承的情况下也获得了许多优点。泄漏到轴承壳体中的清洁空气防止油进入主气流通道中。其余的清洁压缩空气向外流动从而防止空气和气体燃料泄漏到轴承区中。对于所有的轴承类型，本发明基本上都消除了燃料泄漏到轴承区中并通过该路径逸入环境中的任何可能性。因此本发明能够大大减少未燃碳氢化合物的排放，从而即使在最严格的空气质量管理区也能够使用潜在地使用空气-燃料压缩机的微型涡轮机系统。
此处所阐述的本发明的许多修改例及其它实施例对于在本发明所属领域中受到上述描述及附图中所提供的教导的好处的技术人员而言是可以想到的。因此，应理解，本发明并不限于所公开的具体实施例，并且在所附权利要求的范围内旨在包括修改及其它实施例。尽管此处使用了特定术语，但它们仅用于一般及描述的意义，并非用于限定的目的。
权利要求
1.一种用于压缩空气和气体燃料的压缩机，包括可转动的轴；安装在所述轴上的压缩机叶轮，该叶轮具有多个固定在其上的叶片；轴承壳体，其限定有内部空间；安装在所述轴承壳体中并可转动地支承所述轴的轴承；围绕所述叶轮的压缩机壳体，该压缩机壳体限定主气流通道，该压缩机壳体具有与所述压缩机叶轮的表面紧邻并间隔开的固定壁，所述表面从靠近所述主气流通道的位置朝着所述轴承壳体大致径向向内延伸；所述压缩机壳体和轴承壳体限定从所述压缩机主气流通道至所述轴承壳体内部的泄漏通道，至少部分所述泄漏通道限定在所述压缩机叶轮表面与所述压缩机壳体的固定壁之间；和位于所述泄漏通道中的密封装置，该密封装置包括流体阻力元件，其布置在压缩机叶轮的所述表面与压缩机壳体的所述固定壁之间；所述泄漏通道的一部分，该部分从所述流体阻力元件延伸到所述轴承壳体，并且没有任何另外的流体阻力元件；和压缩空气供应管道，其穿过所述压缩机壳体通向泄漏通道的所述部分。
2.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述流体阻力元件包括迷宫密封件。
3.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，还包括供油管道和排油管道，该供油管道穿过所述轴承壳体通向其内部，用于将润滑油供应至所述轴承中，该排油管道从所述轴承壳体内部引出，用于将空气和油从所述轴承壳体排出。
4.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机壳体限定有入口管道，并且还包括通向该入口管道、用于将燃料供应到所述压缩机的燃料供应管道，其中空气经过所述入口管道通向该压缩机。
5.一种用于压缩空气和气体燃料的压缩机，包括可转动的轴；安装在所述轴上的压缩机叶轮，该叶轮具有多个固定在其上的叶片；轴承壳体，其限定有内部空间；安装在所述轴承壳体中并可转动地支承所述轴的轴承；围绕所述叶轮的压缩机壳体，该压缩机壳体限定主气流通道，该压缩机壳体具有与所述压缩机叶轮的表面紧邻并间隔开的固定壁，所述表面从靠近所述主气流通道的位置朝着所述轴承壳体大致径向向内延伸；所述压缩机壳体和轴承壳体限定从所述压缩机的主气流通道至所述轴承壳体内部的泄漏通道，该泄漏通道的一部分限定在所述压缩机叶轮表面与所述压缩机壳体的固定壁之间；和位于泄漏通道的所述部分中的密封装置，该密封装置包括流体阻力元件，其布置在压缩机叶轮的所述表面与壳体的所述固定壁之间；多个辅助叶片，它们安装在所述压缩机叶轮表面上，并与所述流体阻力元件径向向外间隔开，从而在所述流体阻力元件与辅助叶片之间限定一空腔；和压缩空气供应管道，其穿过所述压缩机壳体通向所述空腔。
6.如权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述流体阻力元件包括迷宫密封件。
7.如权利要求5所述的压缩机，其特征在于，还包括供油管道和排油管道，该供油管道穿过所述轴承壳体通向其内部，用于将润滑油供应至所述轴承中，该排油管道从所述轴承壳体内部引出，用于将空气和油从所述轴承壳体排出。
8.如权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机壳体限定有入口管道，并且还包括通向该入口管道、用于将燃料供应到所述压缩机中的燃料供应管道，空气经过所述入口管道通向该压缩机。
9.一种用于压缩空气和气体燃料的压缩机，包括可转动的轴；安装在所述轴上的压缩机叶轮，该叶轮具有多个固定在其上的叶片；轴承壳体，其限定有内部空间；安装在所述轴承壳体中并可转动地支承所述轴的轴承；围绕所述叶轮的压缩机壳体，该压缩机壳体限定主气流通道，该压缩机壳体具有与所述压缩机叶轮的表面紧邻并间隔开的固定壁，所述表面从靠近所述主气流通道的位置朝着所述轴承壳体大致径向向内延伸；所述压缩机壳体和轴承壳体限定从所述压缩机主气流通道至所述轴承壳体内部的泄漏通道，该泄漏通道的一部分限定在所述压缩机叶轮表面与所述压缩机壳体的固定壁之间；和位于泄漏通道的所述部分中的密封装置，该密封装置包括布置在压缩机叶轮的所述表面与压缩机壳体的所述固定壁之间的第一、第二和第三流体阻力元件，所述第二流体阻力元件与第一流体阻力元件径向向外间隔开从而在其间限定第一空腔，所述第三流体阻力元件与第二流体阻力元件径向向外间隔开从而在其间限定第二空腔；压缩空气供应管道，其穿过所述压缩机壳体通向所述第一空腔；和再循环管道，其从所述第二空腔向回通向压缩机入口，用于使任何经过所述第三流体阻力元件泄漏到所述第二空腔中的空气和气体燃料向回再循环至所述压缩机入口。
10.如权利要求9所述的压缩机，其特征在于，所述流体阻力元件包括迷宫密封件。
11.如权利要求9所述的压缩机，其特征在于，还包括供油管道和排油管道，该供油管道穿过所述轴承壳体通向其内部，用于将润滑油供应至所述轴承中，该排油管道从所述轴承壳体内部引出，用于将空气和油从所述轴承壳体排出。
12.如权利要求9所述的压缩机，其特征在于，还包括通向所述压缩机入口、用于将燃料供应到所述压缩机中的燃料供应管道。
13.一种用于压缩空气和气体燃料的压缩机，包括可转动的轴；安装在所述轴上的压缩机叶轮，该叶轮具有多个固定在其上的叶片；轴承壳体，其限定有内部空间；安装在所述轴承壳体中并可转动地支承所述轴的轴承；围绕所述叶轮的压缩机壳体，该压缩机壳体限定主气流通道，该压缩机壳体具有与压缩机叶轮的所述表面紧邻并间隔开的固定壁，所述表面从靠近所述主气流通道的位置朝着所述轴承壳体大致径向向内延伸；所述压缩机壳体和轴承壳体限定从所述压缩机的主气流通道至所述轴承壳体内部的泄漏通道，至少部分该泄漏通道限定在压缩机叶轮的所述表面与压缩机壳体的所述固定壁之间；和位于所述泄漏通道中的密封装置，该密封装置包括多个辅助叶片，它们安装在压缩机叶轮最接近压缩机壳体的所述固定壁的表面上，所述辅助叶片被构造并布置成通过其径向向外抽吸空气，并提高空气压力且将该空气注入所述压缩机的主气流通道中，所述泄漏通道限定从所述辅助叶片径向向内延伸至所述轴承壳体中的部分。
14.如权利要求13所述的压缩机，其特征在于，所述密封装置还包括穿过所述压缩机壳体通向泄漏通道的所述部分的压缩空气供应管道。
15.一种用于压缩空气和气体燃料的压缩机，包括可转动的轴；安装在所述轴上的压缩机叶轮，该叶轮具有多个固定在其上的叶片；轴承壳体，其限定有内部空间；安装在所述轴承壳体中并可转动地支承所述轴的轴承；围绕所述叶轮的压缩机壳体，该压缩机壳体限定主气流通道，该压缩机壳体具有与压缩机叶轮的所述表面紧邻并间隔开的固定壁，所述表面从靠近所述主气流通道的位置朝着所述轴承壳体大致径向向内延伸；所述压缩机壳体和轴承壳体限定从所述压缩机主气流通道至所述轴承壳体内部的泄漏通道，至少部分该泄漏通道限定在压缩机叶轮的所述表面与压缩机壳体的所述固定壁之间；和位于所述泄漏通道中的密封装置，该密封装置包括布置在压缩机叶轮的所述表面与压缩机壳体的所述固定壁之间的第一和第二流体阻力元件，所述第二流体阻力元件与第一流体阻力元件径向向外间隔开从而在其间限定一空腔，所述泄漏通道具有从所述第一流体阻力元件径向向内延伸至所述轴承壳体中的部分，所述密封装置还包括压缩空气供应管道，其穿过所述压缩机壳体通向泄漏通道的所述部分中；和再循环管道，其从所述空腔向回通向压缩机入口，用于使任何经过所述第二流体阻力元件泄漏到所述空腔中的空气和气体燃料向回再循环至所述压缩机入口。
16.一种方法，用于密封压缩空气和气体燃料的压缩机从而使得基本没有燃料从该压缩机逸出，其中该压缩机限定从压缩机主气流通道大致径向向内通向压缩机轴承壳体内的泄漏通道，至少部分该泄漏通道限定在压缩机叶轮表面与压缩机壳体的壁之间，所述方法包括以下步骤提供至少一个布置在压缩机叶轮的所述表面与压缩机壳体的所述壁之间的流体阻力元件，所述泄漏通道限定从所述至少一个流体阻力元件径向向内延伸至所述轴承壳体中的部分；以及以高于所述主气流通道的压力将没有燃料的压缩空气输送到泄漏通道的所述部分中，从而使得压缩空气的第一部分向内流入所述轴承壳体中，同时压缩空气的第二部分向外经过所述至少一个流体阻力元件流入所述主气流通道中，从而防止任何空气和气体燃料泄漏到所述轴承壳体中。
17.一种方法，用于密封压缩空气和气体燃料的压缩机从而使得基本没有燃料从压缩机逸出，其中该压缩机限定从压缩机主气流通道大致径向向内通向压缩机轴承壳体内的泄漏通道，所述泄漏通道的一部分限定在压缩机叶轮表面与压缩机壳体的壁之间，所述方法包括以下步骤提供布置在压缩机叶轮的所述表面与压缩机壳体的所述壁之间的流体阻力元件，以及位于压缩机叶轮的所述表面上的、在所述流体阻力元件径向向外的多个辅助叶片，从而在所述流体阻力元件与所述辅助叶片之间限定空腔；以高于所述轴承壳体但低于所述主气流通道的压力将没有燃料的压缩空气输送到所述空腔中，从而使得所述压缩空气的第一部分向内经过所述第一流体阻力元件流入所述轴承壳体中；以及通过所述辅助叶片抽吸所述压缩空气的第二部分，从而所述辅助叶片进一步使得该空气加压并将该空气输送到所述主气流通道中，从而防止任何空气和气体燃料泄漏到所述轴承壳体中。
18.一种方法，用于密封压缩空气和气体燃料的压缩机从而使得基本没有燃料从压缩机逸出，其中该压缩机限定从压缩机主气流通道大致径向向内通向压缩机轴承壳体内的泄漏通道，所述泄漏通道的一部分限定在压缩机叶轮表面与压缩机壳体的壁之间，所述方法包括以下步骤提供布置在所述压缩机叶轮表面与所述压缩机壳体的壁之间的第一、第二和第三流体阻力元件，所述第二流体阻力元件与第一流体阻力元件径向向外间隔开从而在其间限定第一空腔，所述第三流体阻力元件与第二流体阻力元件径向向外间隔开从而在其间限定第二空腔；以高于所述轴承壳体但低于所述主气流通道的压力将没有燃料的压缩空气输送到所述第一空腔中，从而使得该压缩空气的第一部分向内经过所述第一流体阻力元件流入所述轴承壳体中，同时该压缩空气的第二部分向外经过所述第二流体阻力元件流入所述第二空腔中，一部分空气和气体燃料也从所述主气流通道经过所述第三流体阻力元件泄漏到所述第二空腔中；以及使空气和燃料从所述第二空腔向回再循环至压缩机入口，从而防止任何空气和气体燃料泄漏到所述轴承壳体中。
19.一种用于压缩空气和气体燃料的方法，包括以下步骤将空气和燃料输送到具有压缩机叶轮的压缩机中，该压缩机叶轮在压缩机主气流通道内转动并支承用于压缩空气和燃料的多个叶片；以及将压缩空气供应到限定在压缩机叶轮与压缩机壳体之间的泄漏通道中，该泄漏通道从所述主气流通道通向压缩机的轴承区，在足以确保空气和燃料不能从所述主气流通道经过所述泄漏通道流入所述轴承区的压力下供应所述压缩空气。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述压缩机包括使用压缩空气的空气轴承，用于所述空气轴承的压缩空气的一部分流出至所述泄漏通道中从而防止燃料流入所述轴承区。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述压缩机包括使用压缩空气的静力空气轴承，并且其中来自外部源的压缩空气被输送到所述泄漏通道中，所述压缩空气的一部分流入空气轴承中，从而减少或消除对单独空气轴承气源的需要。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述压缩机包括磁力轴承，并且在压缩机启动期间，被供应到所述泄漏通道中的压缩空气的一部分流入所述磁力轴承中以保护该轴承。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述压缩机包括磁力轴承，并且在压缩机关闭期间，被供应到所述泄漏通道中的压缩空气的一部分流入所述磁力轴承以保护该轴承。
全文摘要
一种用于压缩空气和燃料的气体混合物的压缩机(10)的密封装置，包括压缩空气供应管道(46)，用于将压缩空气供应到限定在压缩机叶轮(30)与压缩机壳体(12)之间的泄漏通道中，该泄漏通道从主气流通道通向压缩机的轴承区，在足以确保空气和气体燃料不能从主气流通道经过泄漏通道流入轴承区的压力下供应所述压缩空气。所述压缩空气的一部分流入轴承区，而其余的空气向外流动，或者被向回输送至主气流通道内，或者与经过外密封件泄漏的空气和气体燃料结合并向回再循环至压缩机入口。
文档编号F01D11/04GK1878931SQ200480033178
公开日2006年12月13日 申请日期2004年9月9日 优先权日2003年9月12日
发明者维克托·奥索波夫, 亚历山大·别洛孔, 乔治·L·塔奇通三世 申请人:麦斯国际有限公司