平衡活塞和密封装置的制作方法

专利名称：平衡活塞和密封装置的制作方法技术领域：本发明总的涉及涡轮压缩机，更为具体地涉及一种在有油输入的传动箱和邻近涡轮的平衡活塞的相对低压区之间提供密封的方法和装置。为了抵消由涡轮压缩机的涡轮产生的气动推力，众所周知的方法是，在涡轮叶片的后面使用一种由低压腔构成的平衡活塞。因为润滑油会逐渐从传动装置漏入这个低压区，因此通常在平衡活塞和传动装置之间安置一密封装置。一种机械密封，如碳面密封，通常用于这种目的。但是，除了复杂、易损和价格昂贵之外，由于接触表面间的相对运动而产生粘滞，摩擦，使这些机械密封装置产生相当大的机械损失。另一种是迷宫式密封装置，它结构简单，机械强度高，价格也不昂贵，并且，由于是非接触式的，实际上不会有由摩擦而产生的机械损失。但其不足之处在于，为了让密封装置充分发挥作用，需要对迷宫式密封装置加压。对涡轮压缩机来说进行这类加压的一个周知的方法是把排气管那里的高压气源与迷宫中心连通。用这种方法大大减少了传动装置的漏油。申请人注意到这种对迷宫式密封装置加压法的不足之处在于作用在迷宫上的高压气体将会流入平衡活塞和传动箱，如果这种高压气体的流入是过量的话，压缩机的整体效率就会受到损失。此外，平衡活塞将会因进入气体而降低其性能。对高压系统来说，如使用高密度致冷剂诸如R-22的涡轮压缩机，这种效率损失更甚。压缩机排气管和传动装置间的压力差，以及排气管和平衡活塞间的压力差可以大到使可观的致冷气体流入平衡活塞和传动装置。传动装置里的气体通过管子排放到压缩机吸气部分。同样，平衡活塞有孔与压缩机吸气部分连通。因为，任何在这二个方向漏失的高压气体需被重新压缩，由此导致了效率损失。本发明的一个目的在于为涡轮压缩机提供一种改进的迷宫式密封装置。本发明的另一个目的在于在涡轮压缩机内提供一种构造，使平衡活塞能可靠、有效地工作。本发明的再一个目的在于在涡轮压缩机内提供一种构造，用于可靠、有效地维持传动装置和平衡活塞结构的低压腔之间的密封。本发明的再一个目的在于在涡轮压缩机内提供一种构造，用于减少漏入平衡活塞腔的对迷宫密封加压的气体。本发明的再一个目的在于在涡轮压缩机内提供一种用于迷宫式密封结构的构造，它制造经济，使用可靠、有效。本发明的这些目的和其他的特征和优点通过下面结合附图的描述将很容易理解。这些目的由所有的权利要求的前序部分和特征部分所述的装置和方法完成。简要地说，根据本发明的一个方面，设置在涡轮压缩机的传动装置和平衡活塞之间的迷宫式密封装置通过一压缩气体源被加压，该压缩气源的压力比传动装置内的压力稍高。这种微小的压力差足以阻止油从传动装置流出，但又不会导致过量的气体流入平衡活塞和传动装置。根据本发明的另一方面，向迷宫施加压力的气体取自与冷却装置相通的马达箱。在马达的冷却过程中，在马达箱内产生的致冷气体在背压阀的控制下流入冷却装置。这个阀的作用是在马达箱和冷却装置之间维持一设定的压力差，并由此向迷宫式密封装置提供压缩气体源，其压力比传动装置内的压力稍高，也不比平衡活塞内的压力高太多。下面将提到的附图描述了一最佳实施例。但是不脱离本发明精神和范围的各种其他的变换和替换结构可能被设计出来。图1为本发明所述的带有平衡活塞和密封装置的涡轮压缩机的纵向剖面图;图2为一局部放大图，图中详细地示出了本发明的迷宫式密封部分。现参见图1，本发明总的体现在涡轮压缩机系统11内标号10所示的部分。涡轮压缩机系统11的一端有一电动马达12，其另一端有一涡轮压缩机13，两者由传动装置14连接。马达12包括一马达箱16，定子线圈17沿其内圆周安置。转子18然后通过转轴19被可转动地安置在定子线圈17内。转轴19悬臂式地伸出传动装置14并由该传动装置14所支承。传动装置14包括一传动箱体21，传动箱体21有一径向延伸的环状凸缘22，该凸缘22通过许多螺栓24被固定在马达箱体16和压缩机箱体23之间，并和传动箱体21及压缩机箱体一起局部地限定了传动箱30。传动轴28通过一对轴向分开置放的轴承26和27而被可转动地安装在传动箱体21内。轴28最好是马达轴19整体的延伸部分。和轴成整体的或用红套法装入轴上的凸肩29用来将推力从轴28上传递到轴承26的止推轴承部分。轴28的未端伸出传动箱体21外，主动齿轮31用档圈21和螺栓33固定在轴28的末端。主动齿轮31和被动齿轮34啮合，被动齿轮34然后驱动高速轴36以直接驱动压缩机涡轮37。高速轴36由轴颈轴承39和40支承。为了减小传动装置14内的通风损耗并阻止油从传动箱30内流失，传动箱30通过通道55，管65和压缩机吸气管75将箱内气压排放到系统内的最低压力(即，压缩机的吸气压力)，正如下面将解释的除非采用本发明制造的装置，这种流通通道可能导致效率损耗。为了冷却马达12，液态致冷剂通过一喷射部分42从致冷装置(未图示)输入至马达12的一端41，标号43所代表的液态致冷剂进入马达箱45并汽化以冷却马达12，同时致冷气体随后经过导管44回到冷却装置。在导管44内装有背压阀46来维持马达箱45和冷却装置间的预定的压力差(即，大约为5-6磅/平方英寸)，冷却装置的典型工作压力约为80磅/平方英寸)。在压缩机吸气管75与传动排气管65连接的那一处的压力一般比冷却装置低1-2磅/平方英寸，这样产生了一大约为78-79磅/平方英寸的传动压力。因此，马达箱体内的压力被维持在85-86磅/平方英寸，比传动箱30内的压力高大约6-8磅/平方英寸或7.6-10.3%。同样，在传动箱体21的环状凸肩22内的孔47与马达箱体45连通。管48的一端通过标准联接件49被连接到孔47上。管48的另一端是联接件51，该联接件51将管48内部相通地与凸肩53内的通道52相连接(如图1所示，图2更清楚地示出)。轴承40既作为轴颈轴承以维持轴36的径向位置，又作为止推轴承以维持轴36的轴向位置。进油通道54被提供作为导管，让油径向地向内流到轴承表面，抛油圈50被提供用来将油径向向外地抛离轴36。然后一环状腔56收集从轴承40里抛离出的油，以便于回油系统将油通过通道57排回至贮油箱58，除非采用下述的改进措施，这个通道及前面提到的流通通道，成为导致效率的损失的原因。为了抵消涡轮37产生的气动推力，在涡轮37后面设有低压腔59而提供了一种称之为“平衡活塞”。在涡轮37内设有通道61而将腔59内的压力维持在与标号60所指的压缩机吸气部分同样低的压力。这个压力(导流叶片70的下游)一般在满负荷时的77磅/平方英寸至10%负荷时的40磅/平方英寸之间变化，因为在传动箱体内的压力(即等于在导流叶片70进口的上游的压缩机吸气部分的压力，或约为78-79磅/平方英寸)比腔59内的压力高，特别是在负荷不足的运行过程中。具有齿63的迷宫式密封装置62被提供在轴承40和涡轮37之间以密封那个区域，阻止油从传动装置流入平衡活塞59。在迷宫密封上施加高压气体，使其增强在高压下的密封性，这个进一步的原理同上述的原理一样是众所周知的。如果像通常一样用排气管出来的高压气体对迷宫式密封装置62加压，那么相当大的压力差将会导致高压蒸气(即，约为200磅/平方英寸)从迷宫式密封装置62流入系统的低压区域，由此降低了系统的效率。这种流动能沿二个方向产生，如图1和图2箭头所示。它能沿通道61流入压缩吸气部分60或者沿通道57流入贮油箱58，从那里，它可以如图1中的箭头所示，通过排气孔55，管65，吸气管75最后流入压缩机吸气部分60。为了防止这些损耗，迷宫式密封装置62已被改用马达箱45内的致冷蒸汽加压，蒸气通过管48，通道52和迷宫式密封装置62内的通道66。这样，迷宫式密封装置62被加压至马达壳体内的压力，为85-86磅/平方英寸，比传动动装置压力高6-8磅/平方英寸，由于这个压力差是那么小，所以，因对迷宫密封装置加压的气体漏回至传动装置，并且最后进入压缩吸气部分60而导致的损耗，也可减少到最小。同样，由于在迷宫式密封装置62和压缩机吸气部分60间的压力差被限制到最小，因此因对迷宫密封装置加压的气体通过通道61直接漏入压缩机吸气部分60而导致的损失也被减少到最小。由此可见，本发明不仅提供了使用迷宫式密封装置，把涡轮压缩机内的传动箱30与平衡活塞隔离的优点，也提供了一种新颖实用的对迷宫式密封装置加压的手段，而得到系统的最佳效率。权利要求1.一种用于涡轮压缩机的改进的密封装置，它具有平衡活塞以抵消作用在涡轮上的载荷推力，一设置在平衡活塞和传动箱之间的迷宫式密封装置，和一压力气体源以对迷宫式密封装置加压，其特征在于一压力流体源，其压力维持在比传动箱内的压力略高，一导管，将所述的压力流体源与迷宫式密封装置相连通。2.根据权利要求1所述的改进的密封装置，其特征在于，所述的压缩机由电动马达驱动，电动马达由喷入其箱内的致冷剂冷却，所述的压力流体源是马达箱。3.根据权利要求1所述的改进的密封装置，其特征在于，所述的压力流体源的压力维持在比传动箱内的压力高7.6-10.3%。4.一种设置在涡轮压缩机的贮有油的传动箱和平衡活塞间的改进的迷宫式密封装置，其特征在于一蒸汽源，其压力比传动箱内的压力稍大，流体连通装置，用于可流通地将所述的蒸汽源与迷宫式密封装置连通，以向所述的密封装置加压并阻止油从传动箱流入平衡活塞。5.根据权利要求4所述的改进的迷宫式密封装置，其特征在于，所述的压缩机由电动马达驱动，电动马达由喷入马达箱内的致冷剂冷却，所述的蒸汽源是马达箱。6.根据权利要求4所述的改进的迷宫式密封装置，其特征在于，所述的蒸汽源的压力维持在比传动箱内的压力高7.6-10.3%。7.一种对设置在涡轮压缩机的贮有油的传动箱和平衡活塞间的迷宫式密封装置改进的加压的方法，其特征在于建立一蒸汽源，其压力比传动装置内的压力略高，可流通地将所述的源连接到所述的迷宫式密封装置上，从而对密封装置加压并阻止油从传动箱流入平衡活塞。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的蒸汽源的压力比传动箱内的压力高7.6-10.3%。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括向马达箱加压的步骤，所述的马达箱被用作所述的蒸汽源。全文摘要一种迷宫式密封装置用以隔离涡轮压缩机的传动装置与平衡活塞，迷宫式密封装置被从马达箱排出的致冷蒸汽加压，该蒸汽的压力比传动装置内的压力稍高，由此减少了因蒸汽漏入传动装置和压缩机吸气部分而可能另外发生的效率损失。文档编号F04D29/10GK1050599SQ90104958公开日1991年4月10日 申请日期1990年7月23日 优先权日1989年9月25日发明者托马斯·米切尔·齐恩斯米尔, 维西纽·默哈·西西特拉 申请人:运载器有限公司