HK1116234B - 壓縮機卸載閥 - Google Patents

Description

压缩机卸载阀

技术领域

本发明涉及压缩机。更具体地说，本发明涉及致冷压缩机。

背景技术

螺旋型压缩机一般用于空气调节和致冷应用。在这种压缩机中，互相啮合的公叶轮转子(lobed rotor)与母叶轮转子或公螺纹与母螺纹绕着它们的轴线进行旋转用以将工作流体(致冷剂)从低压入口端泵送到高压出口端。在旋转期间，公转子的连续叶轮用作活塞，活塞向下游驱动致冷剂并且将其压缩在一对相邻母转子叶轮和壳体之间的空间内。同样，母转子的连续叶轮产生了在一对相邻公转子叶轮和壳体之间的空间内的致冷剂压缩。其中发生压缩的公转子和母转子的叶间空间形成了压缩穴(或者描述成共用压缩穴的公部分和母部分在啮合区结合)。在一个实施过程中，公转子与电气驱动马达同轴并且由在其叶轮工作部分的入口和出口侧的轴承支承。可以有多个与特定公转子接合的母转子或者反之亦然。

当叶间空间中的一个暴露于入口端口时，致冷剂本质上以吸入压力进入空间。当转子继续旋转时，在旋转期间的一些时刻，空间不再与入口端口相通并且切断致冷剂往空间的流动。在封闭入口端口之后，在转子继续旋转时压缩致冷剂。在旋转期间的一些时刻，每个空间都与相关的出口端口相交并且终止封闭的压缩过程。入口端口和出口端口可以每个都是径向、轴向的，或者是轴向端口和径向端口的混合组合。

当不需要全容量的操作时，经常希望通过延迟入口端口的关闭而暂时减少通过压缩机的致冷剂质量流(有或没有压缩机体积指数的减小)。这种卸载经常由具有阀元件的滑阀提供，阀元件具有它的位置(当平移阀时)控制压缩穴的各自吸入侧的关闭和排出侧的打开的一个或多个部分。滑阀卸载移动的主要作用在于减少初始的被截留吸入体积(和因此的压缩机容量)；体积指数的减小是典型的副作用(sideeffect)。示范性的滑阀公开在美国专利申请公开No.20040109782A1和美国专利Nos.4,249,866和6,302,668中。

发明内容

根据本发明的一个方面，压缩机具有卸载滑阀。该阀设有具有在第一状态和第二状态之间的范围的阀元件，第二状态相对于第一状态是被卸载的。活塞处于气缸内并机械连接到阀元件上。控制阀与气缸的顶部空间连接，以便选择性地将顶部空间暴露给流体源，在顶部空间内的流体压力对活塞和阀元件产生自第二状态指向第一状态方向的力。压缩机包括用于减轻顶部空间内过剩压力的机构。

具体来说，本发明提出了一种压缩机设备，包括：

壳体，其具有沿着流动路径的第一端口和第二端口；

一个或多个工作元件，其协同所述壳体在吸入位置和排出位置之间沿着所述流动路径限定压缩路径；和

卸载滑阀，其具有：

具有在第一状态和第二状态之间的范围的阀元件，所述第二状态相对于所述第一状态是被卸载的；

气缸；

活塞，其位于所述气缸内并机械连接到所述阀元件上并且包括主体和包围所述主体并由所述主体承载的至少一个密封件；

控制阀，其与所述气缸的顶部空间连接，以便选择性地将所述顶部空间暴露给流体源，所述顶部空间内的流体压力对所述活塞和阀元件产生自所述第二状态指向所述第一状态的方向的力；和

机构，其用于充分减轻所述顶部空间内的过剩压力，以便避免对所述密封件的损坏和所述密封件的错位，

其中，所述机构包括在所述气缸内的通道。

本发明还提出了一种压缩机设备，包括：

壳体，具有沿着流动路径的第一端口和第二端口；

一个或多个工作元件，其协同所述壳体在吸入位置和排出位置之间沿着所述流动路径限定压缩路径；和

卸载滑阀，其具有：

具有在第一状态和第二状态之间的范围的阀元件，所述第二状态相对于所述第一状态是被卸载的；

气缸；

活塞，其位于所述气缸内并机械连接到所述阀元件上并且包括主体和包围所述主体并由所述主体承载的至少一个密封件；和

控制阀，其与所述气缸的顶部空间连接，以便选择性地将所述顶部空间暴露给流体源，所述顶部空间内的流体压力对所述活塞和阀元件产生自所述第二状态指向所述第一状态方向的力；和所述气缸内的通道，其定位成用以充分减轻所述顶部空间内的过剩压力，以便避免对所述密封件的损坏和所述密封件的错位。

本发明还提出了一种用于重制造压缩机或重建所述压缩机的构造的方法，包括：

提供初始的这种压缩机或构造，其具有：

壳体；

一个或多个工作元件，其协同所述壳体在吸入位置和排出位置之间限定压缩路径；和

卸载滑阀，其具有：

具有在第一状态和第二状态之间的范围的阀元件，所述第二状态相对于所述第一状态是被卸载的；

气缸；

活塞，其处于所述气缸内并机械连接到所述阀元件上并且包括主体和包围所述主体并由所述主体承载的至少一个密封件；和

所述气缸顶部空间内的流体，所述顶部空间内的所述流体压力对所述活塞和阀元件产生自所述第二状态指向所述第一状态方向的力；和

调节这种压缩机或构造以便包括用于减轻所述顶部空间内过剩压力的所述气缸内的通道，以便有效地充分减轻所述过剩压力而避免对所述密封件的损坏和所述密封件的错位.

在各种实施中，该机构可以包括通过或绕过活塞的通道。该机构可以包括减压阀。在重制造压缩机或重建从初始的基准构造的压缩机构造中，可以提供该机构。

在附图和下面的说明中陈述了本发明的一个或多个实施例的细节。本发明的其它特征、目的和优势将通过说明和图示以及通过权利要求而变得明显。

附图说明

图1是压缩机的纵向截面图。

图2是图1沿着线2-2的压缩机排出正压室的横向截面图。

图3是图2在完全加载状态、沿着线3-3的排出正压室的滑阀组件的截面图。

图4是图3在相对被卸载的状态的滑阀的视图。

图5是图3中阀的活塞和气缸的纵向截面图。

图6是第一备选活塞和气缸的部分纵向截面图。

图7是第二备选活塞和气缸的部分纵向截面图。

在各种图示中的相似标号和标示表示相似的元件。

具体实施方式

图1示出了具有壳体组件22的压缩机20，壳体组件22包含驱动转子26和28的马达24，转子26和28具有各自的纵向轴线500和502。在示范性的实施例中，转子26具有在第一端31和第二端32之间延伸的公叶轮主体或工作部分30。工作部分30与母转子28的母叶轮主体或工作部分34啮合。工作部分34具有第一端35和第二端36。每个转子都包括从相关工作部分的第一端和第二端延伸的轴部(例如与相关工作部分整体形成的轴端39、40、41和42)。这些轴的轴端中的每个都由一个或多个轴承组件44安装在壳体上，以便绕着相关的转子轴线旋转。

在示范性的实施例中，马达是具有转子和定子的电动马达。转子26和28之一的轴的轴端中的一个可以结合到马达的转子上，以便允许马达绕着那个转子的轴线对其驱动。当绕着轴线以运转着的第一方向如此驱动时，转子以相反的第二方向驱动另一个转子。示范性的壳体组件22包括具有在沿着马达长度的大致中间的上游/入口端面49和本质上与转子主体端32和36共面的下游/排出端面50的转子壳体48。许多其它的构造是可能的。

示范性的壳体组件22进一步包括马达/入口壳体52，马达/入口壳体52具有在上游端的压缩机入口/吸入端口53并且具有安装于转子壳体下游面的下游面54(例如用穿过两个壳体件的螺栓)。组件22进一步包括出口/排出壳体56，出口/排出壳体56具有安装于转子壳体下游面的上游面57并且具有出口/排出端口58。示范性的转子壳体、马达/入口壳体和出口壳体56可以各自形成为经受进一步精加工的铸件。

壳体组件22的表面与啮合的转子主体30和34结合以对压缩穴限定入口端口和出口端口，压缩穴压缩和驱动致冷剂流体504从吸入(入口)正压室60到排出(出口)正压室62(图2).许多对的公和母压缩穴由壳体组件22、公转子主体30和母转子主体34形成.每个压缩穴都是由啮合的转子的外表面、在转子箱和其沿着滑阀的延续部分中的公和母转子的孔壁的圆柱形表面的部分以及面57的部分界定的.

图2显示了在出口/排出端口58处的示范性的流动路径的进一步细节。提供的止回阀70具有安装在出口壳体56的突出部分74内的阀元件72。示范性的阀元件72是前面密封的提升阀，其具有与头部78整体形成并且从头部78沿着阀轴线520向下游延伸的杆/轴76。头部具有接合了压缩偏压弹簧82(例如金属线圈)的上游端的背面/下侧表面80。弹簧的下游端接合套管/导管86的面向上游的肩部84。套管/导管86可以与壳体整体形成或相对于壳体安装，并且具有滑动地容纳杆以便在打开状态(未示出)和图2的封闭状态之间往复移动的中心孔88。弹簧82将元件72朝着封闭状态的上游位置向上游偏压。在封闭状态，头部上游表面的环形外围座置部分90在离开排出正压室的端口94的下游端承座着环形座92。

为了容量控制/卸载，压缩机具有设有阀元件102的滑阀100。阀元件102在转子之间沿着啮合区(即沿着高压尖顶)具有部分104。示范性的阀元件具有处于排出正压室的第一部分106(图3)和处于吸入正压室的第二部分108。阀元件是可移动的以便控制压缩机容量而提供卸载。示范性的阀通过平行于转子轴线的线性平移而移动。

图3显示了阀元件在其运动范围内的最上游位置。在此位置，压缩穴相对地关闭了上游并且容量是相对最大值(例如用于转子的最大位移体积的至少90％，并且经常约为99％)。图4显示了阀元件移动到最下游位置。在此被卸载的状态，容量减少了(例如达到小于图3位移体积或最大位移体积40％的位移体积，并且经常小于30％)。在示范性的滑阀中，在两个位置之间的移动由弹簧力和流体压力共同驱动。主弹簧120将阀元件从加载的位置偏压到被卸载的位置。在示范性的阀中，弹簧120是围绕将阀元件结合于活塞124的轴122的金属线圈弹簧。活塞安装在气缸128的孔(内部)126内，该孔126形成在连接于出口壳体的滑动壳体元件130内。轴经过出口壳体中的孔132。弹簧在活塞下侧134和出口壳体之间压缩。气缸内部的近端部分136通过在孔和轴之间的间隙与排出正压室压力平衡地流体相通。顶部空间138通过电子控制式电磁阀140和142(示意性地显示)与处于或接近排出状态的高压流体源144结合(例如与油分离器结合)。在气缸内顶部空间连接阀140和142的管道网状结构端部，示意性地示出了端口146。在示范性的实施中，管道网状结构的部分可以在壳体部件的铸件内形成。

图3的加载位置/状态可以通过适当的控制阀140和142将顶部空间138结合于源144并且将其与放液口/贮水池150隔离而达到。图4的被卸载位置/状态可以通过适当的控制阀140和142将顶部空间138结合于放液口/贮水池150并且将其与源144隔离而达到。中间(部分加载)位置(未示出)可以通过使用用于连接至每个的、适当选择的时间跨度交替连接顶部空间138至源144或放液口/贮水池150而达到，也许与以适当选择的时间跨度(例如通过适当的调制技术)将顶部空间138隔离源144和放液口/贮水池150相结合。

在活塞124和孔表面160之间有利地提供了低摩擦引导和密封.对于低摩擦引导，一般纵向伸长截面的纵向裂开的塑料引导环162部分容纳在活塞外表面164的环形通道/槽内.示范性的环162通过环形埋头通道/槽中内侧的线圈弹簧166而周向加强.示范性的密封由环形的C型截面聚合物密封环170(例如PTFE)提供，该密封环170位于邻近环162的环形通道172内.密封件170通过弹簧174加强.为了易于安装，通道172的近边176轻微径向钝化.该钝化在活塞和壁之间产生局部间隙178，该局部间隙178远大于直接在环162远端和近端的间隙.示范性密封件170的截面纵向近端敞开(也就是远离顶部空间138并朝向孔的近端部分136).

对于这种密封布置，或许由于顶部空间的过剩压力而导致潜在的损坏。例如，这种压力或许易于通过间隙178打开和挤压密封件170。在正常运行时，顶部空间的压力至多处于非常接近近端体积136的压力。在卸载时，顶部空间的压力将会远小于近端体积136的压力。在加载时，顶部空间的压力将会典型地稍微低于或等于近端体积136的压力。在某种异常状态下，顶部空间的压力可能变得过大。因此，有利地提供了一些减压机构。图5以减压阀190的形式示出了一种这样的机构，该减压阀190安装到在活塞的远端(面)表面和近端(下侧)表面之间穿过活塞的通道192内。示范性的阀190是具有预定阈值或过压释放(pop-off)压力的单向弹簧加载减压阀。示范性的阀190是常闭的，当顶部空间内的压力超过体积136的阈值压力时，这个压力差将克服弹簧力移动减压阀元件以便打开阀并允许油从顶部空间流向体积136，直到过压被减轻为止。示范性的阀190不允许反向流动。示范性的阈值压力为10磅/平方英寸(psi)或更小(例如示范性的3psi)，但可以调整成以便处理特定的密封强度。阀190的特性和滑阀的其它组件可以根据压缩机运行状态进行选择，使得阀190仅当滑阀达到完全加载状态时才有可能打开(例如达到底部的状态)。主弹簧120的弹簧刚度可同这种状态相关。

图6示出了备选的减压机构。这种机构包括处于表面160内在远端212和近端214之间延伸的通道210。该通道定位成以便在完全加载状态时，密封件170落在远端212和近端214之间的某处。因而在加载状态时，通道210可以提供减压流动。然而，如果活塞移动得足够远，则密封环将落在通道外(例如示范性的超过活塞冲程/范围的5％)。一旦密封环不再受通道的制约(例如越过通道朝卸载状态移动时)，通道将不再提供压力减轻并且滑阀将另外正常运行。提供的减轻程度可以由通道的尺寸决定(例如它的截面积)。通道具有纵向部分并且可以是完全纵向或者可以具有切向部分。通过设有切向部分(例如10-30°的螺旋角)，减弱了在活塞运动期间密封一方面同滑动以及另一方面同通道边缘之间的相互作用。

图7还示出了其它选择性的减压机构，其中，通道220不是敞开的通道，而是具有通过管道226相结合的第一端口222和第二端口224。该端口可以类似地纵向安置在图6中通道的端部。

已经介绍了本发明的一个或多个实施例。然而，应理解的是，可以不背离本发明的精神和范围地进行各种更改。例如，在重建或重制造情况下，现有的压缩机构造的细节可以尤其影响或支配实施的细节。因此，其它实施例在以下权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种压缩机设备(20)，包括：

壳体(22)，其具有沿着流动路径的第一端口(53)和第二端口(58)；

一个或多个工作元件(26；28)，其协同所述壳体(22)在吸入位置(60)和排出位置(62)之间沿着所述流动路径限定压缩路径；和

卸载滑阀(100)，其具有：

具有在第一状态和第二状态之间的范围的阀元件(102)，所述第二状态相对于所述第一状态是被卸载的；

气缸(128)；

活塞(124)，其位于所述气缸内并机械连接到所述阀元件上并且包括主体和包围所述主体并由所述主体承载的至少一个密封件(170)；

控制阀(140；142)，其与所述气缸的顶部空间(138)连接，以便选择性地将所述顶部空间暴露给流体源(144)，所述顶部空间内的流体压力对所述活塞和阀元件产生自所述第二状态指向所述第一状态的方向的力；和

机构(190，192；210，220)，其用于充分减轻所述顶部空间内的过剩压力，以便避免对所述密封件的损坏和所述密封件的错位，

其中，所述机构包括在所述气缸内的通道(200；220)。

2.根据权利要求1所述的压缩机设备，其特征在于：

所述范围为线性平移的范围。

3.根据权利要求1所述的压缩机设备，其特征在于：

所述机构有效地将跨过所述活塞的压力差限定为小于10psi。

4.根据权利要求1所述的压缩机设备，其特征在于，所述一个或多个工作元件包括：

具有第一转动轴线(500)的公叶轮转子(26)；和

具有第二转动轴线(502)并同所述公叶轮转子啮合的母叶轮转子(28)。

5.根据权利要求4所述的压缩机设备，其特征在于：

在所述第一状态，所述压缩机至少为最大位移体积的90％；和

在所述第二状态，压缩机小于所述第一状态的位移体积的40％。

6.根据权利要求1所述的压缩机设备，其特征在于：

所述范围为线性平移的范围；以及

所述压缩机构造成使得仅当所述阀元件接近所述第一状态时，所述机构提供所述压力减轻。

7.根据权利要求1所述的压缩机设备，其特征在于：

所述范围为线性平移的范围；以及

所述压缩机构造成使得仅当所述阀元件本质上处于所述第一状态时，所述机构提供所述压力减轻。

8.根据权利要求1所述的压缩机设备，其特征在于：

所述通道为处于所述气缸内表面中的敞开通道(200)。

9.根据权利要求1所述的压缩机设备，其特征在于：

所述通道为在所述气缸内表面中具有第一端口(222)和第二端口(224)的通道(220)。

10.根据权利要求1所述的压缩机设备，其特征在于：

所述阀元件(102)是单件的。

11.一种压缩机设备，包括：

壳体，具有沿着流动路径的第一端口和第二端口；

一个或多个工作元件，其协同所述壳体在吸入位置和排出位置之间沿着所述流动路径限定压缩路径；和

卸载滑阀，其具有：

具有在第一状态和第二状态之间的范围的阀元件，所述第二状态相对于所述第一状态是被卸载的；

气缸；

活塞，其位于所述气缸内并机械连接到所述阀元件上并且包括主体和包围所述主体并由所述主体承载的至少一个密封件(170)；和

控制阀，其与所述气缸的顶部空间连接，以便选择性地将所述顶部空间暴露给流体源，所述顶部空间内的流体压力对所述活塞和阀元件产生自所述第二状态指向所述第一状态方向的力；和

所述气缸内的通道(200；220)，其定位成用以充分减轻所述顶部空间内的过剩压力，以便避免对所述密封件的损坏和所述密封件的错位。

12.根据权利要求11所述的压缩机设备，其特征在于：

所述通道为处于所述气缸内表面中的敞开通道(200)。

13.根据权利要求11所述的压缩机设备，其特征在于：

所述阀元件(102)是单件的。

14.一种用于重制造压缩机(20)或重建所述压缩机的构造的方法，包括：

提供初始的这种压缩机或构造，其具有：

壳体(22)；

一个或多个工作元件(26，28)，其协同所述壳体在吸入位置(60)和排出位置(62)之间限定压缩路径；和

卸载滑阀(100)，其具有：

具有在第一状态和第二状态之间的范围的阀元件(102)，所述第二状态相对于所述第一状态是被卸载的；

气缸(128)；

活塞(104)，其处于所述气缸内并机械连接到所述阀元件上并且包括主体和包围所述主体并由所述主体承载的至少一个密封件(170)；和

所述气缸顶部空间(138)内的流体，所述顶部空间内的所述流体压力对所述活塞和阀元件产生自所述第二状态指向所述第一状态方向的力；和

调节这种压缩机或构造以便包括用于减轻所述顶部空间内过剩压力的所述气缸内的通道(200；220)，以便有效地充分减轻所述过剩压力而避免对所述密封件的损坏和所述密封件的错位。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：

所述调节包括选择所述通道的至少一个参数以便对所述过剩压力提供期望的界限。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述选择包括重复：

变更所述至少一个参数；以及

直接或间接地确定所述机构允许的过剩压力水平。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：

所述变更包括变更所述气缸内的所述通道(200；220)的截面积。

18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：

所述阀元件(102)是单件的。