CN118008753A - 制冷剂压缩机密封装置 - Google Patents

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Abstract

用于HVAC应用的离心式压缩机包括能够绕一轴线旋转的旋转部件、静态部件和固定到静态部件和旋转部件中的一者的刷式密封件。刷式密封件包括与静态部件和旋转部件中的另一者接触的刷毛。

Description

制冷剂压缩机密封装置
本申请是名称为“制冷剂压缩机密封装置”、申请日为2019年6月28日、申请号为201910570709.8的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年6月28日提交的美国临时申请No.62/691,059的优先权。
技术领域
本公开涉及用于减少涡轮机械压缩机中的流体泄漏的密封装置，并且更具体地涉及刷式密封装置。
背景技术
制冷剂压缩机用于通过制冷剂回路在制冷机或热泵中循环制冷剂。已知制冷剂回路包括冷凝器、膨胀设备和蒸发器。
发明内容
根据本公开的示例的用于HVAC应用的离心式压缩机包括能够绕轴线旋转的旋转部件、静态部件和固定到旋转部件和静态部件中的一者的刷式密封件。刷式密封件包括与静态部件和旋转部件中的另一者接触的刷毛。
在前述的另一示例中，刷式密封件定位成防止旋转部件和静态部件之间的在轴向方向上的泄漏流体。
在前述任何内容的另一示例中，刷式密封件定位成防止旋转部件和静态部件之间的在径向方向上的泄漏流体。
在前述任何内容的另一示例中，压缩机是多级离心压缩机。
在前述任何内容的另一示例中，刷毛各自具有相对于径向成角度的至少一部分。
在前述任何内容的另一示例中，刷式密封件包括与旋转部件接触的轴向间隔开的多个刷毛部分。
在前述任何内容的另一示例中，轴向间隔开的多个刷毛部分中的一个刷毛部分在轴向间隔开的多个第二刷毛部分内侧径向延伸。
在前述任何内容的另一示例中，旋转部件包括与第二表面轴向间隔开的第一表面。第一表面在第二表面的径向内侧。轴向间隔开的多个刷毛部分中的一部分与第一表面接触，并且轴向间隔开的多个刷毛部分中的第二部分与第二表面接触。
在前述任何内容的另一示例中，刷毛接触旋转部件中的环形凹槽的表面。
在前述任何内容的另一示例中，旋转部件包括轴。
在前述任何内容的另一示例中，压缩机是单级压缩机。
在前述任何内容的另一示例中，每个刷毛具有在旋转部件的旋转方向上相对于径向方向成角度的至少一部分。
根据本公开的示例的制冷剂冷却***包括至少一个离心式压缩机，其包括能够绕一轴线旋转的旋转部件、静态部件和固定到旋转部件和静态部件中的一者的刷式密封件。刷式密封件包括与静态部件和旋转部件中的另一者接触的刷毛。
在前述的另一示例中，压缩机是多级离心压缩机。
在前述任何内容的另一示例中，每个刷毛具有相对于径向方向成角度的至少一部分。
在前述任何内容的另一示例中，刷式密封件包括与旋转部件接触的多个轴向间隔开的刷毛部分。
根据本公开的示例的制冷剂热泵***包括至少一个离心式压缩机，其包括能够绕一轴线旋转的旋转部件、静态部件和固定到静态部件和旋转部件中的一者的刷式密封件。刷式密封件包括与静态部件和旋转部件中的另一者接触的刷毛。
在前述的另一示例中，压缩机是多级离心压缩机。
在前述任何内容的另一示例中，每个刷毛具有相对于径向方向成角度的至少一部分。
在前述任何内容的另一示例中，刷式密封件包括与旋转部件接触的轴向间隔开的多个刷毛部分。
从以下说明书和附图可以最好地理解这些和其他特征，以下是简要说明。
附图说明
图1是制冷剂回路的示意图。
图2示出了具有示例性刷式密封装置的示例性压缩机的一部分。
图3示出了图2中所示的示例性刷式密封装置的轴向视图的一部分。
图4示出了另一个示例性刷式密封装置。
图5示出了另一个示例性刷式密封装置。
图6示出了另一个示例性刷式密封装置。
图7示出了另一个示例性刷式密封装置。
图8示出了另一个示例性刷式密封装置。
图9示出了另一个示例性刷式密封装置。
图10示出了另一个示例性刷式密封装置。
图11示出了另一个示例性刷式密封装置。
具体实施方式
图1示意性地示出了制冷剂冷却***或制冷剂热泵***20。制冷剂***20包括与一个或多个压缩机24、冷凝器26、蒸发器28和膨胀设备30连通的主制冷剂环路或回路22。作为示例，该制冷剂***20可以用在冷却器或热泵中。值得注意的是，虽然示出了制冷剂***20的特定示例，但是该应用延伸到其他制冷剂***配置中。例如，主制冷剂回路22可包括在冷凝器26下游和膨胀设备30上游的节热器(economizer)。
图2示出了示例性压缩机24的一部分32，该部分包括能够绕轴线A旋转的旋转部件34和静态部件36。刷式密封件38固定到静态部件36并包括与旋转部件34的表面42接触的多个刷毛40。因此，刷式密封件38密封旋转部件34和静态部件36之间的间隙GR。如示例所示，间隙GR相对于轴线A径向和周向地延伸，并且刷式密封件38也径向和周向地延伸以抵抗轴向流体F密封间隙GR。在一些实施例中，刷式密封件38可以是完整的环形。流体F可以相对于刷毛40沿任一方向流动。
在一些实施例中，压缩机24是具有高压室和低压室的单级离心压缩机，并且刷式密封件38通过密封旋转部件和静态部件之间的一个或多个间隙来最小化高压室和低压室之间的泄漏损失。在一些实施例中，压缩机是多级离心式压缩机，并且刷式密封件38通过密封旋转部件和静态部件之间的一个或多个间隙来最小化每个相邻级之间的泄漏损失。尽管刷式密封件38在示例性压缩机24中固定到静态部件36，并且刷毛40接触旋转部件34，但是在替代实施例中，刷式密封件可以固定到旋转部件并且刷毛接触静态部件。
图3示出了图2中所示的示例性刷式密封件38的一部分的轴向视图。如图所示，每个刷毛40相对于轴线A与径向方向D成角度θ。刷毛40在方向R上与径向方向D成角度，其中，方向R代表旋转部件34(见图2)的旋转方向。在旋转部件34的旋转方向R上使刷毛40倾斜减小了来自刷式密封件38的旋转部件34的旋转阻力。尽管刷毛40整体示出为如在图3的实施例中那样成角度，但在其他实施例中，每个刷毛的径向内部可以成角度。在其他实施例中，刷毛40可以不成角度。
图4示出了压缩机24的一部分132，该部分具有密封旋转部件134和部件136之间的轴向间隙GA的刷式密封件138。刷式密封件138密封通过间隙GA的径向泄漏流体FR。刷毛140接触旋转部件134的表面142。在一些实施例中，旋转部件134是推进器(impeller)，并且刷式密封件138密封推进器和静态部件136之间的间隙GA。应当理解，相同的附图标记在若干个附图中标识相应或相似的元件。还应该理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可以受益于本公开的教导。
图5示出了示例性刷式密封构造250，其包括轴向间隔开的三个刷毛部分240A/240B/240C，所述三个刷毛部分接触旋转部件234的表面242。如图所示，旋转部件234具有至少从刷毛部分240A到刷毛部分240C的恒定半径。刷毛部分240A/240B/240C相对于轴线A基本径向对齐。
图6示出了示例性刷式密封构造350，其包括与刷毛部分340B轴向间隔开的刷毛部分340A。刷毛部分340A接触旋转部件334的表面342A，并且刷毛部分340B接触旋转部件334的表面342B。表面342A具有半径352A并且表面342B具有半径352B。半径352B大于半径352A，使得表面342B在表面342A的径向外侧。刷毛部分340A在刷毛部分340B的径向内侧延伸。
图7示出了示例性刷式密封构造450，其包括轴向间隔开的四个刷毛部分440A/440B/440C/440D。部分440A和440B径向对齐并接触旋转部件438的表面442A，并且部分440C和440D径向对齐并接触旋转部件438的表面442B。表面442A具有半径452A且表面442B具有半径452B。半径452B大于半径452A，使得表面442B位于表面442A的径向外侧。刷毛部分440A和440B在刷毛部分440C和440D的径向内侧延伸。
图8示出了示例性刷式密封构造550，其包括轴向间隔开的三个刷毛部分540A/540B/540C。旋转部件538包括轴向间隔开的三个环形凹槽554A/554B/554C。刷毛部分540A与凹槽554A轴向对齐，刷毛部分540B与凹槽554B轴向对齐，并且刷毛部分540C与凹槽554C轴向对齐。在所示的示例中，刷毛部分540A/540B/540C在凹槽554A/554B/554C内接触旋转部件538的表面，但是在其他实施例中，刷毛部分540A/540B/540C可以不接触旋转部件的表面。
图9示出了示例性刷式密封构造650。刷式密封件638具有轴向间隔开的、接触旋转部件638的表面642的两个刷毛部分640A和640B。两个刷式密封件656、658从表面642径向向外延伸，使得刷毛部分660、662接触具有刷毛部分640A和640B的刷式密封件638。刷毛部分660轴向地位于刷毛部分640A和640B之间。刷毛部分640B轴向地位于刷毛部分660和662之间。
图10示出了示例性刷式密封构造750，其包括基部752和从基部752延伸的多个碳纳米管刷毛754。在一些示例中，基部752可以是多种金属中的一种或多种，例如不锈钢、碳钢、铜和/或钛。在一些示例中，碳纳米管刷毛754通过化学气相沉积工艺制成。在一些示例中，碳纳米管刷毛754结合到金属基部752。
在一些示例中，在操作期间，碳纳米管刷毛754的自由端接触旋转部件(未示出)以形成刷式密封并且使泄漏最小化。在所示的示例中，碳纳米管刷毛754从基部752的内径径向向内延伸，但是可以使用包括从一结构径向向外延伸的碳纳米管刷毛754的其他构造。
图11示出了另一示例性衬套型(bush)密封构造850。示例性碳纳米管刷毛854包括附接到其端部并且在碳纳米管刷毛854和旋转部件838之间的垫856。在该示例中，在压缩机的正常操作期间，空气膜将在垫856和旋转部件838之间建立，这消除了密封件850和旋转部件838之间的接触。碳纳米管刷毛854的柔性特性将偏移和恢复空气动力学垫856的位置。在一些示例中，垫856可以是多种金属中的一种或多种，例如不锈钢、碳钢、铜和/或钛。在一些示例中，垫856的径向内表面可以是光滑的、经涂覆的、或者用碳纳米管进行进一步化学气相沉积涂覆。
示例性垫856可包括前部858、与前部轴向间隔开的后部860，以及在前部858和后部860径向内侧的内部862。前部860、后部860和内部862通常在一些示例中可形成为U形，如图所示。刷毛854可轴向地位于前板864和后板866之间。
在其他示例中，碳纳米管854可以用梁状结构、网格结构或迷宫结构代替。
所描述的实施例的刷毛密度和直径可以设计成使泄漏流体的横截面积和相对于轴的旋转的摩擦阻力最小化。在一些实施例中，刷毛的弯曲能力允许刷毛始终接触旋转部件，这适应轴的偏移。当制冷剂泄漏流体试图流过刷式密封件时，制冷剂将受到来自刷毛的阻力，从而使得泄漏流量降低。
通过调节径向刷式密封件和轴向刷式密封件相对于旋转轴线A的径向位置，可以平衡旋转元件上的轴向推力，这使得驻留在轴向轴承上的力最小化。
尽管各个的示例具有图示中所示的特定部件，但是本公开的实施例不限于那些特定组合。可以将来自一个示例的一些部件或特征与来自另一个示例的特征或部件结合使用。
本领域普通技术人员将理解，上述实施例是示例性而非限制性的。也就是说，对本公开的修改将落入权利要求的范围内。
尽管将不同的示例示出为具有特定部件，但是本公开的示例不限于那些特定组合。可以将来自任何实施例的一些部件或特征与来自任何其他实施例的特征或部件结合使用。
前面的描述应被解释为说明性的而不具有任何限制意义。本领域普通技术人员将理解某些修改可以落入本公开的范围内。由于这些原因，应研究以下权利要求以确定本公开的真正范围和内容。

Claims (1)

1.一种离心式压缩机，所述压缩机例如用于HVAC应用，所述压缩机包括：
能够绕一轴线旋转的旋转部件(34，634)；
静态部件(36)；和
刷式密封件(38，638)，所述刷式密封件固定至所述静态部件(36)和旋转部件(34，634)中的一者并且包括刷毛(40，640A/B)，其中所述刷毛(40，640A/B)接触所述静态部件(36)和旋转部件(34，634)中的另一者，
其中所述刷式密封件(38，638)包括轴向间隔开的多个刷毛部分(640A/B)，所述多个刷毛部分接触所述旋转部件(34，634)，
其中所述刷式密封件(38，638)是第一刷式密封件(638)，并且所述压缩机还包括第二和第三刷式密封件(656，658)，所述第二和第三刷式密封件从所述旋转部件(34，634)径向向外延伸，所述第二和第三刷式密封件(656，658)各自包括刷毛部分(660，662)，所述第二和第三刷式密封件的所述刷毛部分接触具有刷毛部分(640A/B)的所述第一刷式密封件(638)。
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