回转式压缩的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于压缩气体介质的回转式压缩机，该回转式压缩机包括叶轮(2)、驱动单元(3)和磁耦合器(4)，该磁耦合器(4)包括旋转的内转子(41)、旋转的外转子(42)和罐体(40)，其中，所述内转子(41)与所述叶轮(2)连接，其中，所述叶轮(2)包括连续的实心部(25)，其中，叶片(23)的第一排(21)和第二排(22)设置在所述叶轮的所述实心部(25)的外周，叶片的所述第一排和所述第二排被周向的中间壁(20)分开，并且其中，所述第一排(21)的叶片(23)沿周向与所述第二排(22)的叶片(23)错开。
【专利说明】回转式压缩机
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种回转式压缩机，该回转式压缩机用于压缩气体介质，本发明还涉 及一种气体润滑机械密封结构，该机械密封结构包括作为辅助压缩机的上述回转式压缩 机。
【背景技术】
[0002] 气体润滑机械密封结构的可靠性很大程度上依赖于干净、干燥的冲洗气体的持续 供应。冲洗气体防止被污染的加工气体进入所述密封结构内。在运行时，冲洗气体通常取 自压缩机。在主压缩机的空转状态或停滞状态下，由辅助压缩机供应冲洗气体。辅助压缩 机为往复的活塞型设计。由于高磨损、启动时活塞的阻塞、产生热量等，活塞压缩机易于泄 漏和易于出现故障。同样地，所述活塞压缩机提供脉冲气体流，该脉冲气体流通常需要脉动 阻尼器。此外，W097/01053A公开了一种密封气体增压器系统，该密封气体增压器系统包括 用作增压压缩机的涡轮机。然而，并没有公开这种涡轮机的具体设计。
【发明内容】
[0003] 因此，本发明的目的在于提供一种回转式压缩机和一种气体润滑机械密封结构， 该气体润滑机械密封结构能够确保冲洗气体无泄漏且可靠地供给至气体润滑机械密封中。
[0004] 通过具有方案1的特征的回转式压缩机以及具有方案13的特征的气体润滑机械 密封结构解决上述目的。附属方案包含本发明的有利实施方式。
[0005] 具有方案1的特征的本发明的回转式压缩机具有增大的流速以及增大的压力增 力口。回转式压缩机包括叶轮、驱动单元和用于连接所述叶轮和所述驱动单元的磁耦合器。所 述叶轮被设计为实心的、刚性盘（deflection-free disc)。在外周处，所述叶轮包括叶片的 第一排和第二排，其中所述叶片被周向的中间壁分开。因此，所述第一排的叶片沿周向与第 二排的叶片错开。因此，根据本发明的回转式压缩机，可以提供气体介质的连续流，使得可 以将冲洗气体供应至气体润滑机械密封。此外，本发明的回转式压缩机在主压缩机不工作 的情况下启动后提供冲洗气体。此外，由于所述磁耦合器包括旋转的内转子、旋转的外转子 和罐体，提供了与外界隔绝的密封，并且杜绝了处理气体向环境泄漏。优选地，所述驱动单 元为电驱动单元或者液压驱动单元或者气动驱动单元。
[0006] 优选地，所述回转式压缩机包括壳体，该壳体具有入口、出口和流路，所述流路位 于所述叶轮的外周。所述流路连接所述入口和所述出口，优选地，所述流路包括两个管状 的、环形的路径元件。优选地，所述壳体中的所述路径元件的截面为半圆形。此外，所述流 路环绕所述叶轮的外周的至少300°设置，优选地，所述流路环绕所述叶轮的外周的315° 设置。
[0007] 根据本发明的另一个优选实施方式，所述流路和/或所述入口和/或所述出口包 括具有多个凹坑的表面。该凹坑引起微湍流，该微湍流增强了流动特性。优选地，所述凹坑 具有环状外周，并且被设计为直径大约为〇. 1-0. 5mm、深度为直径的25%至30%的圆坑。此 夕卜，优选地，所述凹坑在所述流路上、在所述入口和所述出口上均匀分布。
[0008] 优选地，所述入口和/或所述出口与所述流路之间的接头的形状为圆角的，以将 阻碍最小化。
[0009] 在优选的实施方式中，第一排的叶片的数量与第二排的叶片的数量相同。这支持 所述气体介质的恒定流动。
[0010] 优选地，叶片的第一排和第二排沿周向错开一个间隔件的长度的一半，所述间隔 件位于两个相邻的叶片之间。优选地，所述错开类似于4°的弧长。
[0011] 为了进一步增大叶轮的效率，所述叶片为直的径向叶片（straight radial blade)，该直的径向叶片在径向上是锥形的。
[0012] 根据本发明的另一个优选实施方式，所述磁耦合器的阻挡件罐体包括内阻挡件和 外阻挡件，其中，所述内阻挡件和所述外阻挡件之间设置有静电绝缘层，以防止静电产生的 电弧。优选地，所述静电绝缘层由合成材料（优选地，聚酰亚胺）制成。优选地，所述内阻 挡件包括交替堆叠的金属环和聚四氟乙烯（PTFE)绝缘箔。外阻挡件可以包括纵向槽。内 阻挡件和外阻挡件的结构可以减小磁润流（magnetic eddy current)，提供低能量消耗和 高效的磁力耦合。减小发热量。
[0013] 进一步优选地，所述回转式压缩机包括轴承单元。所述轴承单元包括上轴承和下 轴承。优选地，下轴承为双轴承，而上轴承为单轴承。优选地，所述轴承为角接触球轴承，因 此可以提供所述叶轮轴和所述叶轮的精确轴向定位。
[0014] 优选地，所述叶轮的相邻的叶片之间的周向距离为10°的弧长或更小的弧长。
[0015] 进一步优选地，所述叶轮的中间壁的厚度与所述叶片的最外部的厚度相同。
[0016] 此外，本发明涉及一种气体润滑机械密封结构，该气体润滑机械密封结构包括旋 转环和固定环，该旋转环和固定环之间限定有密封间隙。此外，设置有气体供应单元，该气 体供应单元包括主压缩机和辅助压缩机，其中，所述辅助压缩机为根据本发明的回转式压 缩机。
[0017] 因此，本发明的气体润滑机械密封结构在特殊的条件下（例如，主气体供应系统 停止或者在低系统压力条件下工作）是可以操作的。由于使用了本发明的回转式压缩机， 可以获得长保养间隔，以及可靠的、无泄漏的操作以及无泄漏。进一步优选地，可以使用标 准电动马达驱动所述叶轮。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 下文中，结合如下的附图描述本发明的优选实施方式：
[0019] 图1是根据本发明的一个实施方式的回转式压缩机的剖视图；
[0020] 图2至图4是叶轮的不同的正面图；
[0021] 图5是包括马达的回转式压缩机的总体视图；
[0022] 图6是示出壳体中的流路的示意图；和
[0023] 图7是在气体润滑机械密封中的回转式压缩机结构的示意图。
【具体实施方式】
[0024] 如图1中所示，根据本发明的优选实施方式的回转式压缩机1包括叶轮2、电动马 达3和磁耦合器4。磁耦合器4将电动马达3与叶轮2相连。
[0025] 磁耦合器4包括罐体40、内转子41和外转子42。外转子42与电动马达3连接， 并且内转子41通过叶轮轴6与叶轮2连接。叶轮2包括中心开口 26 (见图4)，以容纳叶轮 轴6的端部。磁f禹合器4由罩14所保护。
[0026] 罐体40包括内阻挡件43、外阻挡件44和静电绝缘层45。静电绝缘层45配置在所 述内阻挡件和所述外阻挡件之间，以防止产生电弧。静电绝缘层45由例如聚酰亚胺制成。
[0027] 回转式压缩机1还包括壳体7,该壳体7具有第一壳体部71和第二壳体部72。罐 体40例如通过螺栓固定至第二壳体部72。壳体7容纳流路5,流路5为局部地环绕叶轮2 的环状路径。如图6所示，流路5限定在入口 8和出口 9之间，并且覆盖约315°。即，所述 入口和所述出口之间的角度α约为45°。如图1所示，流路5包括第一部分51和第二部 分52。因此，在截面中，所述第一部分和所述第二部分为半径相等的半圆形。如图1所示， 第一部分51的半径和第二部分52的半径以及设置在叶轮2的相邻的叶片23之间的间隔 件24的轮廓合并入闭合的螺旋通道（volute channel)。
[0028] 壳体7附着于基板10,通过该基板10,回转式压缩机1可以固定至任何结构件。
[0029] 叶轮轴6由第一轴承11和第二轴承12支撑。第一轴承11为由角接触球轴承提 供的双轴承。因此，第一轴承11为在轴向X_X(参见图1)上被设置为靠近叶轮2的轴承。 此外，压力平衡孔13设置为获得轴承单元内部和轴承单元外部的压力平衡。
[0030] 图2至图4中详细示出了叶轮2。如图3中所示，叶轮2包括叶片的第一排21和 叶片的第二排22,叶片的所述第一排和所述第二排具有相同数量的叶片23。相邻的叶片被 相对应的间隔件24分开。如图3所示，叶片的第一排21沿周向与叶片的第二排22错开。 在本实施方式中，两排叶片错开一个间隔件24的弧长的一半，S卩，4°。叶片23的第一排21 和第二排22通过中间壁20沿轴向分开。因此，中间壁20的外周部的厚度与叶片23的最 外端的厚度相同。叶轮2还包括实心部25,该实心部25连接中心开孔26和两排叶片。因 此，所述叶轮具有刚性盘。
[0031] 叶轮轴6通过键槽结构与叶轮2连接。
[0032] 此外，可以在流路5的第一部分51和第二部分52上设置凹坑（dimple)。该凹坑 增强流动特性，并因此可以提高回转式压缩机1提供的流速，并且因此提高压力增加。此 夕卜，流路5的涂层（例如，聚四氟乙烯，PTFE)可以进一步提高流速。此外，流路5与入口 8 和出口 9之间的过渡的特征为平滑的过渡，以将壳体7内的气体流路的阻碍最小化。
[0033] 图7示出了本发明的回转式压缩机1在气体润滑机械密封结构100中的优选应 用。气体润滑机械密封结构100包括机械密封件，该机械密封件具有连接至轴115的旋转密 封环101和连接至固定元件的固定密封环102。密封间隙103形成在旋转密封环101和固 定密封环102之间。机械密封通过由主压缩机105通过密封气体供应106提供的气体介质 将产品侧113与大气侧114分开。在密封气体供应106中，设置有过滤器110、截止阀108、 孔口 111和止回阀112。此外，设置有旁路107,该旁路107包括截止阀109和根据本发明 的回转式压缩机1。因此，旁路107旁通截止阀108、孔口 111和止回阀112(参见图7)。此 夕卜，提供有迷宫式密封（labyrinth seal) 104,该迷宫式密封104与旋转密封环101相邻，以 保持供应的气体介质116靠近密封间隙103。
[0034] 在一种情况下，当主压缩机105不起作用或者处于空转模式时，本发明的回转式 压缩机1作为辅助压缩机被致动，以保持向所述机械密封供应气体介质116。因此，截止阀 108是关闭的，并且截止阀109是打开的，使得气体介质被抽吸穿过旁路107。
[0035] 本发明的回转式压缩机1具有非常短的启动时间，并且可以为所述机械密封提供 非脉冲气流。由于本发明的叶轮2、流路5和磁耦合器4的创新性结构，可以以连续的方式 提供非常有效的气体供应，且没有气体泄漏至大气。因此，可以避免旋转密封环101和固定 密封环102之间的密封间隙103的污染。由于叶轮2处没有摩擦以及积累热量的危险，因 此，本发明的回转式压缩机1可以长时间运行。此外，没有使用活塞压缩机的情况中所出现 的机械故障的风险。
【权利要求】
1. 一种用于压缩气体介质的回转式压缩机，该回转式压缩机包括： 叶轮（2); 驱动单元（3);和 磁耦合器（4)，该磁耦合器（4)包括旋转的内转子（41)、旋转的外转子（42)和罐体 (43)； 其中，所述内转子（41)与所述叶轮（2)连接， 其中，所述叶轮（2)包括连续的实心部（25)， 其中，叶片（23)的第一排（21)和第二排（22)设置在所述叶轮的所述实心部（25)的 外周，叶片的所述第一排和所述第二排被周向的中间壁（20)分开，并且 其中，所述第一排（21)的叶片（23)沿周向与所述第二排（22)的叶片（23)错开。
2. 根据权利要求1所述的回转式压缩机，其特征在于，所述回转式压缩机还包括壳体 (7)，该壳体（7)具有入口（8)、出口（9)和流路（5)，其中，所述流路（5)连接所述入口（8) 和所述出口（9)，并且所述流路（5)设置在所述叶轮（2)的外周的至少300°的弧形中，并 且优选地设置在所述叶轮（2)的外周的315°的弧形中。
3. 根据权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，所述流路（5)和/或所述入口和 /或所述出口包括具有多个凹坑的表面。
4. 根据权利要求2或3所述的回转式压缩机，其特征在于，所述流路（5)具有表面涂 层，优选地，所述流路（5)具有聚四氟乙烯涂层。
5. 根据权利要求2-4中任意一项所述的回转式压缩机，其特征在于，所述入口（8)和/ 或所述出口（9)与所述流路（5)之间的连接部是没有棱边的。
6. 根据上述权利要求中任意一项所述的回转式压缩机，其特征在于，所述第一排的叶 片（23)的数量与所述第二排的叶片的数量相同。
7. 根据上述权利要求中任意一项所述的回转式压缩机，其特征在于，叶片的所述第一 排（21)和所述第二排（22)沿周向错开一个间隔件（24)的长度的一半，所述间隔件（24) 设置在两个相邻的叶片（23)之间，优选地，叶片的所述第一排（21)和所述第二排（22)沿 周向错开4°的弧长。
8. 根据上述权利要求中任意一项所述的回转式压缩机，其特征在于，所述叶片（23)为 直的径向叶片，该直的径向叶片在径向向外方向上为锥形。
9. 根据上述权利要求中任意一项所述的回转式压缩机，其特征在于，所述罐体（40)包 括内阻挡件（43)和外阻挡件（44)，其中，所述内阻挡件和所述外阻挡件之间设置有静电绝 缘层（45)。
10. 根据上述权利要求中任意一项所述的回转式压缩机，其特征在于，所述回转式压缩 机还包括叶轮轴￠)，该叶轮轴￠)由第一轴承（11)和第二轴承（12)支撑，其中，所述第一 轴承（11)为双轴承。
11. 根据上述权利要求中任意一项所述的回转式压缩机，其特征在于，相邻的叶片沿周 向的距离具有10°的弧长或更小的弧长。
12. 根据上述权利要求中任意一项所述的回转式压缩机，其特征在于，所述叶轮（2)的 所述中间壁（20)的厚度与所述叶片的最外部的厚度相同。
13. -种气体润滑机械密封结构，该气体润滑机械密封结构包括： 旋转环（ιο?); 固定环（102);和 气体供应单元，该气体供应单元包括主压缩机（105)和辅助压缩机（1); 其中，所述辅助压缩机（1)为根据上述权利要求中任意一项所述的压缩机。
【文档编号】F04D23/00GK104093987SQ201280061463
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2012年10月18日 优先权日:2011年12月13日
【发明者】T·D·桑福德, G·兰德里, S·麦科迪, R·麦卡洛克, G·施密特, M·萨特勒, N·廷茨, D·普费尔 申请人:伊格尔博格曼德国有限公司