HK1117887B - 壓縮機的卸載閥 - Google Patents

Description

压缩机的卸载阀

技术领域

本发明涉及压缩机。更具体地说，本发明涉及制冷剂压缩机。

背景技术

螺杆式压缩机通常在空调和制冷应用场合中使用。在这种压缩机中，互相啮合的阳和阴突齿转子或螺杆都围绕其轴线转动，以便将工作流体(制冷剂)从低压的进口端泵送到高压的出口端。在转动期间，阳转子的顺序的突齿起着活塞的作用，以便驱动制冷剂流向下游并且在邻近的一对阴转子突齿与壳体之间的空间内压缩该制冷剂。同样，阴转子的顺序的突齿在邻近的一对阳转子突齿与壳体之间的空间内压缩该制冷剂。在阳和阴转子突齿间的空间中进行压缩并形成了压缩腔(或者被称作是在啮合区相接合的公共压缩腔的阳和阴部分)。在一种装置中，阳转子与驱动电机共轴线，并且借助在其突齿工作部分的进口端和出口端的轴承来支承。可设置成多个阴转子与一个给定的阳转子相啮合，或反之亦然。

当突齿之间的空间中的一个空间暴露于进口端口，制冷剂就在吸入压力作用下基本上进入了该空间。随着转子的继续转动，当转动到某个位置时，该空间就不再与进口连通，制冷剂流向该空间的流动也就被切断。在进口被关闭以后，随着转子的继续转动，制冷剂就受到压缩。当转动到某个位置上时，每个空间都与相关的出口相遇，该封闭的压缩过程由此结束。每个进口和出口可以是径向的、轴向的或者是径向孔和轴向孔的混合式组合。

当不需要全功率运行时，往往需要通过延迟关闭进口端口(出现或不出现压缩机容积指数的减少)，以便暂时减少通过压缩机的制冷剂质量流量。这种卸载常常通过滑阀来提供，该滑阀设有带有一个或多个部分的阀件，(当阀平移动时)阀件的位置控制压缩腔的相应的吸入端的关闭和排出端的打开。滑阀的卸载变换的主要作用是减少原始的残留的吸入容积(由此也减少了压缩机功率)；容积指数的减少是典型的副作用。在美国专利出版物20040109782 A1以及美国专利4,249,866和6,302,688中公开了典型的滑阀。所需要的压缩机的卸载程度通常是专用于特定场合的。对于某些场合来说，最好是采用高度卸载(例如，下降到典型的全部负荷能力的15％)。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种具有壳体的压缩机，该壳体沿着一流动通道具有第一端口和第二端口。一个或多个工作部件与该壳体相配合以便沿着该流动通道在吸入位置与排出位置之之间限定出一压缩通道。卸载阀具有一阀件，该阀件的作用范围在第一状态与第二状态之间，该第二状态相对于该第一状态处于卸载状态。某些装置朝着在第一状态与第二状态中间的第三状态偏压该阀件。

在各种实施方案中，该装置包括第一弹簧和第二弹簧。这些弹簧可以设置在与阀件相接合的活塞的对置端。

该装置可以在现有压缩机结构的再设计和/或现有压缩机的再制造时采用。再设计可能是一个在硬件上或者作为一个模拟/计算进行的反复过程。再设计或再制造可以包括增加第二弹簧，该弹簧用来对抗原始压缩机的现有的第一弹簧。

本发明的一个或多个实施例的细节将在下面的附图和说明中进行描述。本发明的其它特征、目的和优点在阅读了该说明和附图以及附属的权利要求书后将一清二楚。

附图内容

图1是压缩机的纵向剖视图。

图2是图1沿直线2-2截取的压缩机的排出压力室的横剖面图。

图3是图2的排出压力室的滑阀组件处于满载状态下的剖面图。

图4是图3的滑阀处于相对地卸载状态下的剖视图。

图5是图3的滑阀处于中间状态下的剖视图，滑阀处于该状态下的负载大于处于图4状态下的负载，但小于处于图3状态下的负载。

在各个不同附图中，相同的标号和符号表示相同的部件。

具体实施方式

图1示出了具有壳体组件22的压缩机20，该壳体组件装有用来驱动具有各自的纵向中心轴线500和502的转子26和28的马达24。在该典型的实施例中，转子26具有在第一端31与第二端32之间延伸的阳突齿体或工作部分30。工作部分30与阴转子28的阴突齿体或工作部分34相啮合。工作部分34具有第一端35和第二端36。每个转子包括从相关的工作部分的第一端延伸到其第二端延伸的轴部分(例如，轴端39、40、41和42整体地形成有相关的工作部分)。这些轴端中的每个轴端都通过一个或多个轴承组件44安装在壳体上，以便围绕相关的转子轴线转动。

在该典型的实施例中，马达是一种具有转子和定子的电动机。转子26和28中的一个转子的其中一个轴端可以与电机的转子相连接，以便该电机可以驱动该转子围绕其轴线转动。当围绕轴线沿着运行的第一方向受到驱动时，该转子就驱动另一个转子沿着相反的第二方向运转。典型的壳体组件22包括一转子壳体48，该转子壳体具有大约位于电机长度的中间位置的上游/进口端面49，以及基本上与转子本体端面32和36同一平面的下游/排出口端面50。其它的许多结构形式也是可以采用的。

典型的壳体组件22还包括一电机/进口壳体52，该电机壳体在上游处具有压缩机进口/吸进口53，以及(例如借助螺栓穿过两个壳体件)安装在转子壳体下游端面上的下游端面54。该壳体组件22还包括出口/排出口壳体56以及出口/排出口58，该壳体具有安装在转子壳体下游端面上的上游端面57。该典型的转子壳体48、电机/进口壳体52、以及出口壳体56都可以铸造制成，以便进行进一步的精加工。

壳体组件22的表面与相互啮合的转子本体30和34相配合以便限定了通向压缩腔的进口端口和出口端口，该压缩腔用来从吸入(进口)压力室60向排出(出口)压力室62压缩并驱动制冷剂流504(参见图2)。一系列成对的阳和阴压缩腔由壳体组件22、阳转子本体30和阴转子本体34所形成。每个压缩腔的边界由相啮合的转子的外表面、沿滑阀的方向在转子壳体及其延续部分内的阳和阴转子缸孔表面的部分柱形表面、以及端面57的一部分来限定。

图2示出了在出口/排出口58处的典型的流动通道的细节。设置有一止回阀70，其具有安装在出口壳体56的凸台部分74内的阀件72。典型的阀件72是一具有柱/轴76的前端密封的提动阀件(poppet)，该柱/轴与头部78制成一整体并且沿着阀轴线520从该头部向下游延伸。该头部具有一与偏压的压缩弹簧82(例如金属螺旋管)的上游端相接合的背面/底面80。该弹簧的下游端与衬套/导管86的面朝向上游的台肩84相接合。衬套/导管86可以与该壳体制成一整体或者安装在该壳体上，并且具有一可滑动地容纳该柱以便它在(未示出的)打开状态与图2所示的关闭状态之间进行往复运动的中心孔88。弹簧82向上游朝关闭状态偏压所述阀件72。在关闭状态下，头部的上游表面的环形外周阀座部分90抵靠环形座92以便就位在排出压力室的端口94的下游端。

为了进行工作能力(capacity)调节/卸载，该压缩机具有带阀件102的滑阀100。阀件102沿着在转子之间的啮合区(即沿着高压波峰)具有一个部分104。该典型的阀件在排出压力室处具有第一部分106(图3)，以及在吸入压力室具有第二部分108。该阀件是可移动的，以便调节压缩机的工作能力以用来提供卸载。该典型的阀通过平行于转子轴线的线性平移来实现移动。

图3示出了阀件在其运动范围内的最上游位置时的情况。在该位置，压缩腔相对地接近于上游，工作能力处于相对最大值(即至少为转子最大排量的90％，通常约为99％)。图4示出了阀件移动到最下游位置时的情况。在该卸载状态，工作能力将减少(例如一般将减少到图3时的排量或最大排量的40％以下，通常小于30％)。在该典型的滑阀中，在两个位置之间的移动由弹簧力和流体压力的组合来驱动。主弹簧120使得阀件从加载位置偏压到卸载位置。在该典型的阀中，弹簧120是一个围绕在轴122周围的使阀件与活塞124相连接的金属螺旋弹簧。该活塞安装在气缸128的孔(内部)126中，该气缸128形成在与出口壳体连接的滑动壳体件130内。该轴穿过在出口壳体内的孔132。弹簧在活塞的底面134与出口壳体之间受压缩。气缸内部的近端部分136通过在该孔与该轴之间的间隙与排出压力室处于压力平衡的流体连通状态。余留空间(headspace)138通过(图中示意地示出的)电子控制的电磁阀140和142与处于或接近卸载状态下的高压流体源144(例如与油分离器)相连接。在与阀140和142相连接的导管网末端位于余留空间处的气缸内示意地示出了端口孔146。在一个典型的实施例中，导管网的部分可以形成在壳体件的铸件内。典型的主弹簧120用一个力来作用，该力与通过流体压力产生的净力相比较是相对地不重要的。在非工作期间，下面将描述，当流体压力处于平衡状态时，主弹簧120的作用和操作。

图3的加载位置/状态可以通过将余留空间138连接到流体源144并且通过对阀140和142的适当控制将该空间与排出口/溢流道(drain/sink)150相隔离而实现。图4的卸载位置/状态可以通过将余留空间138连接到排出口/溢流道150上并且通过对阀140和142的适当控制将该空间与流体源144相隔离而实现。(图中未示出的)中间(部分加载)位置可以通过将余留空间138交替地连接到流体源144或排出口/溢流道150上并对每次连接使用适当选择的一段时间以及尽可能结合将该空间138与流体源144和排出口/溢流道150都隔离适当选择的一段时间(例如通过适当的调制技术)而实现。

对于某些应用场合而言，所希望的是具有如图4这样的卸载位置/状态，以便在工作期间，流过压缩机的制冷剂质量流量将低于当滑阀处于图3的加载位置/状态时所获得的典型的质量流量的15％。另一种说法是，图4的该位置的排量是图3的该位置的典型排量的15-20％。由于存在内部泄漏，稍高于15％的排量将获得15％的流量。在某些起动状态下，制冷剂质量流量的低流率可能导致排出压力不可能在比较短的时间周期内升高。许多系统都依靠流体源144中的排出压力来输送油，以便致动如上所述的滑阀100以及润滑转子和轴承。不能快速得到足够的排出压力来实现这些功用可能被看作是对系统性能具有负面影响，或者对于压缩机的可靠性是有害的。当系统在长时期不运行以后进行起动时，该问题就可能变得特别严重。在这种情况下，在转子上和轴承空穴内的残留的润滑将显著地变稀，这是由于许多制冷机油随着时间而吸收制冷剂并由此变稀。在运行时，这种稀释的趋向将由高温和零件的高速运动所抵消，两者都趋向使得制冷剂离开油溶液。因此，在长时期停机以后进行起动时，最好是快速将润滑剂输送到压缩机中。

为了提供快速起动，所希望的是，在起动时阀位置的加载比图4卸载位置的加载程度更高。最好是，使该起动位置与图3加载位置时的质量流量的25-35％范围内的质量流量相当。排量可能是图3排量的25-50％。

根据本发明，设置有用来偏压滑阀的装置，从其范围(图4)的卸载端至少部分地朝其范围(图3)的加载端偏压滑阀。一种典型的装置包括弹簧160。典型的弹簧160是在余留空间内的螺旋压缩弹簧。典型的弹簧160从近端部分162延伸到远端部分164。近端部分162与余留空间内的阀壳体130的凸台166相接合，以便牢固地固定弹簧160。典型的弹簧160具有这样的尺寸和弹簧常数，即，使得远端164与图4中卸载状态下的活塞124的端面168相接合，但是在移向图3加载位置范围内的某个位置上与该端面相脱离。

弹簧160可以例如在停机期间自由地活动。例如，在停机状态下，在吸入压力室60、排出压力室62、气缸内部的近端部分136和余留空间138内的压力是平衡的。在这种状态下，弹簧160将使阀件从图4卸载状态稍微移开一点距离(例如向图5的中间状态)。在停机状态下，当活塞的各个面上的压力相等时，弹簧160作用在活塞124上以便反作用于弹簧120，使活塞124移动并将滑阀固定在图5的位置上，该位置具有比图4位置稍大的负载。弹簧160的长度和弹簧常数应这样选择，即，尽可能与弹簧120的长度和弹簧常数相配合，使得图5中示出的所获得到的位置与这样一个排量相对应，该排量能导致排出压力快速地升高，从而足以保证将润滑剂快速地输送到压缩机。通常，与图5位置相对应的排量将处在图3加载位置时的排量的25-35％的范围内。起动以后，一旦排出压力已经升高，图4的卸载位置就可以自动地实现，这是因为作用在活塞124的端面168和134上以及作用在滑阀100的端面106和108上的压力的作用将产生足够的力来克服弹簧160所产生的力。或者，如果需要，图4的卸载位置可以通过把余留空间138与流体源144相连接而受到阻止，如前面所述的那样，流体源144中的适当的压力现在已经产生，能够将流体输送到余留空间138中。

弹簧160可以在从基准的压缩机或其结构的重新设计或重新制造时加上。在原始的压缩机中，主弹簧160可以有足够的长度，以便起动在完全卸载的状态下进行。主弹簧160在重新设计或重新制造时可以被保存或对它进行修改。一种修改方案是把它节短。

在对余留空间的压缩弹簧160的许多供选择的方案中，都将使主弹簧120处于图5阀状态的中间位置，并且在图4和图5阀状态之间产生张力。如果不是螺旋弹簧，弹簧160也可以是其它形式的弹簧(例如，盘形垫圈弹簧)。在另一个实施例中，可以将弹簧160固定在活塞124上，而不是固定在阀壳体130的凸台166上。

上面已经描述了本发明的一个或多个实施例。但是，应当指出，只要不脱离本发明的原理和范围，可以对本发明做出各种更改。例如，在重新设计或重新制造的情况下，现有压缩机结构的细节可能会特别影响或规定实施的细节。因此，其它实施例也都在下列权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种压缩机设备(20)，包括：

壳体(22)，该壳体沿着一流动通道具有第一端口(53)和第二端口(58)；

一个或多个工作部件(26；28)，所述工作部件与壳体(22)相配合以便沿着该流动通道在吸入位置(60)与排出位置(62)之间限定出一压缩通道；以及

卸载阀(100)，具有：

阀件(102)，该阀件的作用范围在第一状态与第二状态之间，该第二状态相对于该第一状态处于卸载状态；以及

朝着排量容积处在第一状态与第二状态之间的第三状态偏压该阀件的至少一个弹簧(160)，该偏压既从第一状态又从第二状态施加。

2.如权利要求1所述的设备，其中：

卸载阀(100)是滑阀，该作用范围是线性移动的范围；

第一、第二和第三状态分别与第一、第二和第三阀件位置相关，第三阀件位置比第一阀件位置更接近于第二阀件位置。

3.如权利要求2所述的设备，其中：

第一阀件位置具有第一排量容积；

第二阀件位置具有为第一排量容积的15-20％的第二排量容积；以及

第三阀件位置具有为第一排量容积的25-35％的第三排量容积。

4.如权利要求2所述的设备，其中：

第三阀件位置是从所述第二阀件位置到所述第一阀件位置的所述范围的5-25％。

5.如权利要求2所述的设备，其中该卸载阀还包括：

气缸(128)；

活塞(124)，该活塞在气缸中并与阀件(102)机械地相连接；以及

控制阀(140；142)，该控制阀与气缸的余留空间(138)相连接，以便可选择性地使得该余留空间暴露于流体源(144)。

6.如权利要求5所述的设备，其中，该至少一个弹簧包括：

第一弹簧(120)，该弹簧从第一状态向第三状态偏压该阀件；以及

第二弹簧(160)，该弹簧从第二状态向第三状态偏压该阀件。

7.如权利要求6所述的设备，其中，该至少一个弹簧包括：

第一弹簧(120)是围绕轴(122)的第一螺旋弹簧，该轴将活塞(124)与阀件(102)相连接；以及

第二弹簧(160)是位于余留空间(138)内的第二螺旋弹簧。

8.如权利要求1所述的设备，其中，该至少一个弹簧包括：

第一弹簧(120)，该弹簧从第一状态向第三状态偏压该阀件；以及

第二弹簧(160)，该弹簧从第二状态向第三状态偏压该阀件。

9.如权利要求8所述的设备，其中，

第一弹簧(120)具有比第二弹簧(160)更小的弹簧常数。

10.如权利要求8所述的设备，其中：

当阀件沿着整个所述范围时，第一弹簧(120)处于受压缩状态；以及

至少当所述阀件处于在所述第二与第三状态之间的任何位置上时，第二弹簧(160)处于受压缩状态。

11.如权利要求8所述的设备，其中：

第一弹簧(120)和第二弹簧(160)都是金属螺旋弹簧。

12.如权利要求1所述的压缩机，其中，一个或多个工作部件包括：

具有第一转动轴线(500)的阳突齿转子(26)；以及

具有第二转动轴线(502)并与第一转子相啮合的阴突齿转子(28)。

13.如权利要求12所述的压缩机，其中：

在第一状态，压缩机是处在最大排量容积的至少90％的状态；

在第二状态，压缩机是处在小于第一状态排量容积的20％的状态；以及

在第三状态，压缩机是处在第一状态排量容积的25-50％的状态。

14.如权利要求12所述的压缩机，其中：

在第一状态，压缩机是处在最大排量容积的至少90％的状态；

在第二状态，压缩机是处在小于第一状态排量容积的20％的状态；以及

在第三状态，压缩机是处在超过第二排量容积所述第一状态排量容积的10-40％的状态。

15.一种用于压缩机(20)的重新制造或该压缩机结构的重新设计的方法，包括：

提供原始的所述压缩机或结构，其中具有：

壳体(22)，该壳体沿一流动通道具有第一端口(53)和第二端口(58)；

一个或多个工作部件(26；28)，该工作部件与壳体(22)相配合以便在吸入位置(60)与排出位置(62)之间限定出一压缩通道；以及

卸载滑阀(100)，具有：

阀件(102)，该阀件的作用范围在第一状态与第二状态之间，该第二状态相对于该第一状态处于卸载状态；

气缸(128)；

活塞(124)，该活塞在气缸中并与该阀件(102)机械地相连接；以及

在该气缸的余留空间(138)内的流体，该流体在余留空间内沿着从第二状态朝着第一状态的方向产生作用在活塞和阀件上的力；以及

使所述压缩机或结构改装成包括这样的至少一个弹簧，该至少一个弹簧从所述第二状态向第三状态偏压该阀件，该第三状态的排量容积处在第一状态与第二状态的中间。

16.权利要求15所述的方法，其中：

该改装包括选择该至少一个弹簧的至少一个参数，以便提供所述阀件的所需中间位置。

17.权利要求16所述的方法，其中该选择包括以下的多次反复：

改变所述至少一个参数；以及

直接或间接地确定所述阀件的中间位置。

18.权利要求17所述的方法，其中：

这种改变包括改变在余留空间(138)内的该至少一个弹簧的特性。