具有雾化的油喷射的旋转式螺杆压缩机的制作方法

本申请大体上涉及工业空气压缩机系统，且更具体地但非排它地涉及具有雾化的油喷射的压缩机系统。

背景技术：

螺杆压缩机系统构造成产生加压流体，诸如压缩空气等。一些螺杆压缩机包括油浸式接触冷却润滑剂系统。油浸式压缩机的油喷射系统的冷却和润滑有效性对于压缩机的操作是至关重要的。一些现有的系统关于某些应用具有各种不足、缺陷和缺点。因此，仍需要在这一技术领域有进一步的贡献。

技术实现要素：

本申请的一个实施例是一种具有构造成雾化润滑剂的喷射喷嘴的压缩机系统。其它实施例包括将雾化润滑剂喷射到螺杆压缩机的压缩室中的设备、系统、装置、硬件、方法和方法组合。本申请的其它实施例、形式、特征、方面、益处和优点将根据本文提供的描述和附图而变得清楚。

附图说明

图1为根据本公开内容的一个实施例的压缩机系统的透视图；

图2为根据本公开内容的一个实施例的压缩机壳体的透视图；

图3为根据本公开内容的一个实施例的示例性喷嘴喷射器的横截面视图；

图4为图3的喷嘴喷射器的放大视图；

图5为根据本公开内容的一个实施例的喷嘴插入件的透视图；

图6为根据本公开内容的另一实施例的喷嘴插入件的透视图；

图7为根据本公开内容的另一实施例的示例性喷嘴喷射器的横截面视图；

图8为图7中所示的喷嘴插入件的放大透视图；

图9为根据本公开内容的另一实施例的示例性喷嘴喷射器的横截面视图；

图10a为图9中所示的喷嘴插入件的放大透视图；

图10b为图10a中所示的喷嘴插入件的横截面剖视图；

图11a为用于在图9中所示的实施例中使用的另一喷嘴插入件的放大透视图；

图11b为图11a中所示的喷嘴插入件的横截面剖视图；

图12为根据本公开内容的另一实施例的示例性喷嘴喷射器的横截面视图；以及

图13为沿线a-a截取的图12中所示的喷嘴喷射器的横截面视图。

具体实施方式

出于促进理解本发明的原理的目的，现在将参照附图中所示的实施例，且特定语言将用于描述其。然而将理解的是，不意在由此限制本发明的范围。所述实施例的任何变型和其它改型，以及如本文所述的本发明的原理的任何其它应用被设想为本发明涉及的领域中的技术人员通常将想到的。

工业压缩机系统构造成在期望温度、压力和质量流速下提供大量压缩流体。一些压缩机系统包括流体与流体的换热器，以控制系统内的多个级处的压缩流体的温度。用语“流体”将理解为包括用于如本文公开的压缩机系统中的任何气体或液体介质。一方面，流体可包括空气和油的混合物，且可在分离罐中分成单独的组分。应理解，在用语“空气”用于说明书或权利要求中时，其它工作流体被包括在可压缩流体的宽泛定义下。另外，当用语“油”或“润滑剂”用于说明书或权利要求时，应理解，本文设想不论是碳基还是合成性质的任何润滑流体。

螺杆压缩机可用喷射到压缩室中的润滑剂润滑、密封和冷却，压缩室具有啮合的公螺杆转子和母螺杆转子。已经确定润滑剂的雾化会改进螺杆压缩机的效率和性能。雾化的润滑剂提供了具有极大减小的润滑剂液滴尺寸的较宽流型。雾化的喷雾式样通过减小压缩室中的工作流体的泄漏和增加经加热的工作流体与润滑剂之间的热传递来提高压缩效率。接触冷却旋转螺杆压缩机将润滑剂喷射到压缩室中，以润滑接触转子表面，密封转子之间的空隙区域，且在压缩工作流体时冷却工作流体。当密实润滑剂流被喷射到压缩室中时，润滑剂流在与旋转螺杆转子接触时分解成大液滴。呈窄喷雾式样的大液滴分布不均，且并未均匀涂布关键的转子表面。另外，窄喷雾式样的每单位体积流具有低表面面积，这限制了可在喷射的润滑剂与压缩室内的经加热的工作流体之间使用的热传递。

通过在喷射入压缩室中之前雾化润滑剂，细密的雾化润滑剂流可通过较宽的喷雾式样输送至压缩室。减小的液滴尺寸和改进的分布实现了转子表面上和空隙区域中的更均匀的润滑剂涂布，因此减小了磨损和工作流体的从高压区域到低压区域的泄漏。较小的液滴尺寸还增大给定流速下的表面面积，这在压缩过程期间改进热传递，且改进总体压缩效率。

现在参看其中示出了示例性压缩机系统10的图1。压缩机系统10包括主动力源20，诸如电动马达、内燃发动机或流体驱动的涡轮等。压缩机系统10可包括压缩机30，压缩机30可包括多级压缩。压缩机30可包括螺杆转子，螺杆转子可操作成压缩工作流体，诸如空气和油蒸气等。

结构底座12构造成将压缩机系统10的至少一部分支承在支承表面13诸如地板或地面上。从压缩机30排出的经压缩的工作流体的部分可通过一个或多个导管40输送至储槽或分离罐50，以分离流体组分，诸如空气和油等。在一些实施例中，一个或多个冷却器60可与系统10可操作地联接，以用于将工作流体冷却到期望的温度。一个或多个冷却器60可将工作流体(诸如压缩空气或油)冷却到期望温度。压缩系统10还可包括控制器100，其可操作用于控制主动力源20，以及压缩机30与中间冷却器60之间的多种阀控和流体控制机构(未示出)，诸如放气阀90。

分离罐50可包括定位在其顶部部分53附近的盖52。密封件54可定位在盖52与分离罐50之间，以便提供盖52与分离罐50之间的不透流体的连接。诸如螺纹紧固件等的多种机械器件(未示出)可用于将盖52固定到分离罐50上。放气扫导管80可从分离罐50延伸至放气阀90。放气阀90可操作用于在压缩机30卸载且不将压缩空气供应至最终负载时减小分离罐50的压力。空气供应导管82可被可操作地联接到分离罐50上，以便将压缩空气输送至单独的存储罐(未示出)或最终负载来用于如本领域技术人员已知的工业用途。供油导管70可从分离罐50延伸至压缩机30以将已与在分离罐50中的工作流体分离的油供应至压缩机30。一个或多个过滤器81可在某些实施例中用于从油过滤颗粒，且/或在压缩机系统10中将污染物(诸如如水等)与工作流体分离。

现在参看其中示出了压缩机壳体110的横截面透视图的图2。压缩机壳体110构造成可旋转地支承公螺杆转子112和啮合的母螺杆转子114。入口116形成在压缩机壳体110的壁中，以允许可压缩的流体被吸入分别形成在压缩机壳体110与公螺杆转子112和母螺杆转子114之间的压缩室118中。压缩机壳体110可包括延伸穿过其一部分的一个或多个润滑剂通道120。多个润滑剂端口122,124从润滑剂通道120延伸以允许润滑剂进入到压缩室118中。在示例性实施例中，第一润滑剂端口122和第二润滑剂端口124从润滑剂通道120延伸至压缩室118，然而在备选实施例中，附加的润滑剂端口可流体地连接到润滑剂通道120上。此外，在一些实施例中，不止一个润滑剂通道120可在压缩机壳体110的不同区域内延伸。

现在参看图3和4，压缩机壳体110的横截面视图示出了延伸穿过其壁的润滑剂通路130。润滑剂端口132在润滑剂通路130与压缩室118(图2)内的压缩区域133之间流体连通。图4为图3中的一部分的放大横截面视图。在一些形式中，塞134可定位在润滑剂端口132的一端处，以提供与壳体110的不透流体的密封。当用在外部穿过壳体110的壁而进入的工具钻孔、铣削或以别的方式形成的润滑剂端口132时，可使用塞134。在一些形式中，润滑剂端口132可通过钻孔或以别的方式从壳体110的内侧部分移除材料来形成，从而消除了对塞134的需要。

在本公开内容的一种形式中，喷嘴插入件136可在与塞134相反的端部处定位在润滑剂端口132中，以形成喷嘴喷射器137的一部分。喷嘴插入件136可包括沿径向向外延伸的一个或多个叶片138，以便在润滑剂端口132内形成涡流室140。在一种形式中，叶片可形成为螺旋形状，然而本公开内容设想其它叶片形状。润滑剂端口132可包括喷嘴插入件136下游的会聚区域142，以与排出孔口144连接。排出孔口144与压缩区域133流体连通。在一种形式中，喷嘴喷射器137产生雾化的锥形润滑剂流型150。当润滑剂分解成小离散颗粒时，形成雾化流。雾化的锥形流150进入压缩区域133中，且可冲击在公螺杆转子112和母螺杆转子114中的一者或多者上，以便冷却转子112,114并对转子112,114提供流体密封性。

现在参看图5，示出了喷嘴插入件136的一个实施例的透视图。喷嘴插入件136可包括一个或多个叶片138，且在公开形式中包括从喷嘴插入件柱160延伸的三个叶片138。在其它形式中，可使用更多数量或更少数量的叶片138。喷嘴插入件柱160可包括实心鼻部部分162，且在一些形式中可为球形构造，以便减小润滑剂端口132内的流体动态压力损失。然而，在其它形式中，鼻部162可具有其它形状。叶片138包括延伸至后缘139的前缘137。前缘137位于润滑剂端口132内的相对较低的点处，且后缘139位于相对较高的点，即，更接近压缩区域133。一对上表面143和下表面141在前缘137与后缘139之间延伸。叶片138构造成在润滑剂沿轴向流过润滑剂端口132时对润滑剂施加旋转角速度或涡流运动。角速度或涡流速率部分地由润滑剂流速和形成在喷嘴插入件136上的叶片138的形状、尺寸和数量以及喷嘴插入件136在端口132内的轴向位置限定。当润滑剂从润滑剂端口132传递至排出孔口134且进入压缩区域133时，角速度被施加到润滑剂流中。叶片138产生中空的锥形喷雾式样。该式样提供较细密的雾，或较小液滴尺寸，这增大了与热的经压缩的工作流体的热传递。在一些形式中，叶片138可包括螺旋形状，在其它形式中，叶片138可包括弯曲和/或基本上平坦的多个部分。

现在参看图6，其以透视图示出了另一喷嘴插入件136b。喷嘴插入件136b可与图5中所示的喷嘴插入件136基本上相似，然而柱160的本体可包括穿过其纵向长度形成的内部流动通路164。以此方式，润滑剂流的一部分可沿轴向流过喷嘴插入件136的内部流动通路164，且润滑剂的另一部分可在外部围绕柱160流动且与叶片138接合。叶片138以与之前描述的图5的实施例相同的方式操作。然而，喷嘴插入件136b将允许轴向流朝润滑剂端口132的上部部分，同时对润滑剂施加旋转或涡流，以便产生待喷射到压缩区域133中的细密的雾化颗粒锥形雾。在柱160中添加轴向内部流动通路164产生在各处填充有润滑剂液滴的“密实”锥形喷雾式样，这与如上文所述的中空的锥形式样相反。

现在参看图7，其以横截面示出了另一喷射器喷嘴137b。喷射器喷嘴137b包括喷嘴插入件136c，喷嘴插入件136c具有从叶片138延伸至塞134的伸长纵向本体170。图8示出了喷嘴插入件136c的放大透视图。喷嘴插入件136c可为一体的整体式本体，其中塞134永久地连接到延伸长度的纵向本体170上。在其它形式中，塞134可为单独的件，其被压到或拧到纵向本体170上。塞134可与之前的附图中所示的塞134相似。工具插入区域180可形成在塞134的头部181中。在一些形式中，工具插入区域180可包括用于六角驱动器或其它常用工具的标准接口配件。在未示出的一些形式中，工具插入区域180可包括突出的部分，使得套筒扳手或扳钳可用于提供转矩来将塞134安装到润滑剂端口132或从润滑剂端口132拆卸塞。塞134可包括密封件182，以与图3和4中所示的润滑剂端口132的接口密封地接合。在一些形式中，从头部181延伸的柄184的尺寸可设计成压配合到润滑剂端口132(见图3和4)中。在其它形式中，柄184可包括螺纹特征，以便与形成在润滑剂端口132中的匹配螺纹螺纹地接合，如本领域技术人员所了解的那样。

现在参看图9，示出了压缩机壳体110的具有交替的喷射器喷嘴137c的一部分的横截面视图。交替的喷嘴插入件190可定位在润滑剂端口132内，以便雾化润滑剂流，且产生不同的喷雾式样，诸如风扇喷雾式样192等。风扇喷雾式样192可以基本上较平的构造向外发散，以冲击公螺杆转子112和母螺杆转子114中的一者或多者，这与上文所述的锥形喷雾式样相似。尽管风扇形状的式样192可为基本上较平的，但可存在分散在平面外的一些润滑剂颗粒。润滑剂流将以与关于以上其它实施例所述的相似方式流过润滑剂通路130且流入润滑剂端口132中。塞134防止润滑剂从压缩机壳体110向外部泄漏。润滑剂然后被引导至交替的喷嘴插入件190来将风扇形状的喷雾式样192喷射到压缩区域133中。

参看其中示出了交替喷嘴插入件190的放大透视图和横截面剖视图的图10a和图10b。与之前的喷嘴插入件相似，喷嘴插入件190可包括本体200，其基本上构造成与润滑剂端口132成紧密配合公差或压配合布置。尽管未示出，但在一些形式中，喷嘴插入件190和其它公开的插入件可包括可操作成将喷嘴插入件固定和密封在润滑剂端口132内的密封件或螺纹部分。头部202从本体200朝压缩区域133延伸。头部202可包括周壁204，其具有比本体200的直径小的直径。头部202还包括顶壁206，其具有形成在其中的v形凹槽208。v形凹槽208包括第一发散壁210和第二发散壁212，其从本体200延伸至头部202的顶壁206。排出孔口214形成在头部202的v形凹槽208的底座附近。在一些形式中，排出孔口214可为椭圆形或“猫眼”形，以便产生如图9中所示的分散的风扇形喷雾式样192。润滑剂可经由排出孔口214沿所有方向排出，且壁210,212提供边界或最大角度来用于润滑剂喷雾式样扩张。

一个或多个槽口216可形成在喷嘴插入件190的本体的一端处。槽口216可用于按钟式设置或按别的方式设置喷嘴插入件190的角度，使得喷雾式样形状可以期望定向来定位。以此方式，喷嘴插入件190的定向可被优化来最大化喷射到压缩室118的压缩区域133中的喷雾式样的效率。更具体参看图10b，喷嘴插入件190可包括内部敞开的室220，其形成为提供用于润滑剂在其中流动的流动通路。半球形圆顶222可形成在内室220上方。排出孔口214的尺寸可由圆顶区域222相对于v形凹槽208的位置的尺寸和形状控制。在一些形式中，圆顶222可为半球形，然而在本公开内容中设想其它形式。

现在参看分别以透视图和横截面视图公开另一喷嘴230插入件的图11a和图11b。喷嘴插入件230包括与图10b中所示的喷嘴插入件190的本体200相似的本体部分232。头部234可部分地围绕本体232形成，使得周壁236沿本体232的一部分延伸。头部234包括在外周壁236与成角度的面240之间延伸的顶壁238。成角度的面240可形成为会聚壁242，其部分地在排出孔口244上延伸。如图11b中所示，排出孔口244可包括被朝成角度的面242引导的成角度的通路。然而，在其它形式中，排出孔口244可与插入件230的本体232沿轴向对齐。润滑剂流将穿过排出孔口244，且至少一部分将冲击成角度的面240。反射流可产生雾化风扇形润滑剂喷雾式样。更具体地参看图11b，喷嘴插入件230包括用于来自润滑剂端口132的润滑剂在其中流动的内室252。具有会聚流通面积的圆顶区域254可形成在内室252与排出孔口244之间。圆顶区域254可包括会聚侧壁255，以减小排出孔口244上游的流通面积，以最小化由较小的排出孔口244产生的压力损失。喷嘴插入件230可包括形成在本体232中的一个或多个槽口250，以允许喷嘴插入件230的钟式设置，使得可针对特定压缩机设计来优化润滑剂的喷雾式样。

现在参看以横截面视图示出本公开内容的另一实施例图12。压缩机壳体110包括切向进给机构，其中润滑剂通路130构造成在无喷嘴插入件的情况下将涡流引入润滑剂端口260。与前述实施例类似的排出孔口268与润滑剂端口132流体连通。排出孔口268将具有引入的涡流中空锥形喷雾式样的雾化润滑剂喷射入压缩区域133中，以冲击公转子112和母转子114中的一者或多者。类似于之前描述的实施例，在该实施例中可使用塞134。

图13为沿线a-a截取的图12的横截面视图。润滑剂通路130沿中心线c延伸，中心线c相对于润滑剂端口260的中心线d偏离。偏离的入口262在润滑剂通路130与润滑剂端口260之间延伸。偏离的入口262将切向流型施加到润滑剂端口132的一侧中，这产生由箭头264所示的旋转流型。在没有单独喷嘴插入件136的情况下，旋转流型形成涡流室266。排出孔口268将以成角度的旋转喷射润滑剂，从而产生中空锥形喷雾式样而进入压缩室118的压缩区域133。在一些形式中，润滑剂喷射器可使切向进给机构与喷嘴插入件组合，以提高润滑剂流的角速度，且在较宽的锥形夹角内提供具有较细液滴尺寸的喷雾式样。

在一方面，本公开内容包括一种压缩机，其包括：压缩机壳体；定位在压缩机壳体内的压缩室；在压缩室内旋转地啮合在一起的公螺杆转子和母螺杆转子，螺杆转子可操作用于压缩工作流体；与压缩室流体连通的润滑剂端口；具有在第一端与第二端之间延伸的纵向本体的喷嘴插入件，其定位在润滑剂端口内；以及在润滑剂端口内由喷嘴插入件形成的涡流室，喷嘴插入件构造成在涡流室内产生角流速，且将雾化的润滑剂排至压缩机室中。

在改进方面中，本公开内容包括一种压缩机系统，该压缩机系统进一步包括在喷嘴插入件下游与润滑剂端口一起形成的排出孔口，排出孔口具有小于润滑剂端口的流通面积的横截面流通面积；其中排出孔口将雾化的润滑剂排至压缩室中；其中排出的雾化的润滑剂以分散式样冲击公螺杆转子和母螺杆转子中的一者或两者；其中喷嘴插入件包括从纵向本体的外壁向外延伸的叶片；其中喷射器喷嘴包括从纵向本体的外壁延伸的多个叶片，叶片沿纵向本体与彼此间隔开；其中喷射器喷嘴包括延伸穿过纵向本体的内部流动通路；其中内部流动通路包括沿其长度的可变流通面积；还包括定位在润滑剂端口的与喷嘴插入件相反的一端中的塞；以及其中本体沿润滑剂端口的长度延伸以与塞接合。

在另一方面，本公开内容包括一种螺杆压缩机，其包括：具有压缩室的压缩机壳体，其中一对螺杆转子可旋转地支承在压缩室中；与压缩室流体连通的润滑剂端口；具有在第一端与第二端之间延伸的纵向本体的喷嘴插入件，其定位在润滑剂端口内；形成在喷嘴插入件中的排出孔口；以及在排出孔口下游从喷嘴插入件延伸的成角度的壁。

在改进方面中，本公开内容包括一种螺杆压缩机，其中排出孔口在形状上为圆形的；其中排出孔口相对于穿过润滑剂端口的轴向流动方向成角度；其中喷嘴插入件包括形成在纵向本体内的槽口，槽口用于控制喷嘴插入件的角定向；其中成角度的壁从喷嘴插入件的外壁朝排出孔口沿径向向内会聚；其中润滑剂流冲击排出孔口下游的成角度的壁；以及其中润滑剂流在孔口下游扩展成风扇形式样。

在另一方面，本公开内容包括一种将润滑剂喷射到螺杆压缩机的压缩室中的方法，该方法包括：使润滑剂流过通路；用定位在通路中的喷嘴插入件雾化润滑剂；将雾化的润滑剂喷射入压缩室；使润滑剂的分散雾化流冲击螺杆转子；以及将雾化流分散到压缩室内的经压缩的工作流体各处。

在改进方面中，本公开内容包括一种方法，其进一步包括用具有从喷嘴插入件的本体沿径向向外延伸的至少一个叶片的喷嘴插入件来将涡流施加至润滑剂流；以及从形成在喷嘴插入件中的排出孔口排出风扇形或锥形流型的润滑剂。

在另一方面，本公开内容包括一种压缩机，其包括：压缩机壳体；定位在压缩机壳体内的压缩室；在压缩室内旋转地啮合在一起的公螺杆转子和母螺杆转子，螺杆转子可操作用于压缩工作流体；具有延伸穿过压缩机壳体的壁的中心线流动轴线的润滑剂通路；与润滑剂通路和压缩室流体连通的润滑剂端口，其中润滑剂端口的中心线轴线相对于润滑剂通路的中心线轴线偏离；以及由进入偏离的润滑剂端口的润滑剂切向流形成的涡流室，涡流室构造成产生角向润滑剂流速，且将雾化润滑剂流排至压缩室中。

在改进方面中，本公开内容包括一种压缩机，其进一步包括定位在润滑剂端口内的喷嘴插入件。

尽管在附图和前述描述中详细示出和描述了本发明，但其将被认为是在特征上是示范性而非限制性的，将理解的是，仅示出和描述了优选实施例，且归入本发明的精神内的所有变化和改型都期望受保护。应当理解的是，尽管以上描述中使用的词语(诸如可优选的、优选地、优选的或更优选的)的用途指示所述特征可为更期望的，但其可能不是必需的，且缺乏此的实施例可被设想为在本发明的范围内，所述范围由以下权利要求限定。在阅读权利要求时，意图是，在使用词语诸如“一”、“一种”、“至少一个”或“至少一部分”时，不意于将权利要求限于仅一个项目，除非在权利要求中特别地相反指出。当使用语言“至少部分”和/或“部分”时，项目可包括一部分和/或整个项目，除非特别地相反指出。

除非另有说明或限制，否则术语“被安装”、“被连接”、“被支承”和“被联接”及其变型被广泛使用并且包括直接和间接安装、连接、支承和联接。此外，“被连接”和“被联接”不限于物理或机械连接或联接。