CN100436824C - 带轴向运动控制的螺杆压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种螺杆压缩机，其中轴向滑动阀在两端提供有轴向延伸的流体腔室，一个腔室容纳着弹簧并且吸取压力作用在所述腔室上，另一个腔室与固定的活塞共同合作并且流出压力或类似的作用在所述腔室，由此定位所述滑动阀，以便平衡所述弹簧和流体压力，从而调节所述压缩机的压缩能力。

Description

带轴向运动控制的螺杆压缩机
背景技术
在空调和制冷应用中正排量压缩机一般在压缩能力范围上操作，因此如果要维持有效率的运作，需要一些装置来改变它们的运作。希望能够在整个范围内将压缩机以固定的增量或连续卸荷到压缩能力的不同百分比。同时，希望有效率地保持流出压力和吸取压力比率或Vi以符合系统要求。为了满足这些不同的要求，使用了许多独立的控制。例如在螺旋螺杆压缩机的情况下，传统上使用滑动阀来达到压缩能力控制。滑动阀定位在外壳的顶点中并可在其中轴向滑动，所述外壳形成在两个转子的相交孔腔之间。因此滑动阀限定了每个孔腔的部分，从而有损外壳的完整性以及使设备变得复杂。滑动阀可相对于转子的轴线往复定位，从而通过改变吸取容量的关闭点可以有效地改变压缩的开始，因而控制收集和压缩的气体的量。轴向类型的滑动阀还可以用于围绕着转子孔腔的各个位置，此时仅限定一个孔腔的部分。而且，使用了从转子孔腔移动的轴向槽阀。
发明内容
轴向滑动阀在其各端提供了轴向延伸的流体腔室，从而在压缩机工作期间流体压力作用在滑动阀上，并常常可通过弹簧偏压向打开或卸荷位置。典型地，弹簧力与一个腔室中的吸取压力一起与流出压力或者由润滑泵或其他类似的供应到相反腔室的压力相对，所述相反腔室由固定的活塞密封。启动的时候，由于流体压力平衡，弹簧偏压作用在滑动阀上，以将所述滑动阀定位在对应于最低压缩机压缩能力的位置上，从而使到压缩机的启动更加容易。当流出压力或润滑泵压力在所述相反腔室中增大并作用在所述阀上，使得所述阀逆着吸取压力荷弹簧偏压移动时，从而压缩所述弹簧，所述阀增加了用于压缩空气的可用容积。作用在阀上的压力差决定了阀的位置，从而决定收集容量的大小，因此决定了压缩机的抽吸压缩能力。由于流体腔室设置于滑动阀中并提供了弹簧和固定的活塞的位置，所以所述控制结构是非常紧凑的。
本发明的一个目的是提供一种用于轴向滑动阀的紧凑控制机构。
本发明的另外目的是提供空调压缩机的部分负荷运作的Vi控制。
本发明的另一个目的是提供压缩机启动的时候的自动卸荷。
本发明的进一步目的是提高变速螺杆压缩机的最少所需的旋转速度。
本发明的另外目的是自动达到与部分负荷的压力差相配的优化的Vi。在下面变得明显的这些目的以及其他目的由本发明来实现。
基本上，轴向滑动阀在其两端提供有轴向延伸的流体腔室，一个腔室容纳着弹簧并且吸取压力作用在所述腔室上，另一个腔室与固定的活塞共同合作并且流出压力或类似的作用在所述腔室，由此定位所述滑动阀，以便平衡弹簧和流体压力，从而调整压缩机的压缩能力。
附图说明
为了更全面地理解本发明，现在应该参考下面结合附图的详细描述，其中：
图1示出了剖开的转子，全负荷状态下的收集容量；
图2与图1一样，但是具有在关闭或全负荷位置添加在其上的本发明的滑动阀。
图3与图2一样，除了滑动阀移动到提供在吸取和一些不同的收集容量之间流体相通的部分负荷位置；
图4是沿图5的线4-4的剖视图；
图5是沿图4的线5-5的剖视图；示出了滑动阀处于全负荷的位置；
图6与图5一样，除了滑动阀处于部分负荷的位置；
图7是第一修改实施例的流出端剖视图，其中滑动阀位于母转子孔腔中；
图8是第二修改实施例的流出端剖视图，其中滑动阀位于公转子孔腔和母转子孔腔中；
图9是第四修改实施例的剖视图，示出了修改的滑动阀利用了双活塞促动器并处于全负荷位置；
图10是使用了图4-6的压缩机的空调或制冷系统的示意图；
图11是使用了图9压缩机的空调或制冷系统的示意图。
具体实施方式
在图1中，附图标记10表示了双螺杆螺旋压缩机。附图标记11代表剖开的公转子，附图标记12代表剖开的母转子。轴向吸取端口14位于压缩机外壳的端壁15中，轴向流出端口16位于压缩机外壳的端壁17中。黑点部分代表了人字形的制冷剂收集容量，该容量从吸取端口14的终止处开始并延伸到刚与轴向流出端口16相通之前的点。如图所示，压缩机10运行在全负荷下。图2与图1一样，除了滑动阀20和其孔腔21以及弹簧22安装在公转子11上。在图2中，和图1中一样，压缩机10运行在全负荷下。
图3中，通过弹簧22与穿过滑动阀20的压力差共同作用，滑动阀20已经在其孔腔21中移动，以便将孔腔21的部分与吸取端口14连接，从而在图1和2中对应于收集容量的沟槽11-1通过孔腔21与吸取端口14相通。母转子12中的沟槽12-1与沟槽11-1流体相通，从而形成了人字形的空腔并通过沟槽11-1和孔腔21与吸取端口14流体相通。在图1-3中端口14和16已经选定成轴向端口以便相对与剖开的转子11和12表示出所述端口。如从图4-9可以看出，端口14和16可以具有径向的部件。
参照图4-8，应该注意的是滑动阀20和20’是分别带有轴向延伸的沟槽20-a和20-a’的圆柱形，分别形成了公转子孔腔10-1和母转子孔腔10-2的部分。阀20具有两个圆柱形的空腔或腔室20-1和20-2，由壁或隔板20-3在一个位置最好是滑动阀20的中间长度处隔开。圆柱形空腔20-1和20-2可具有同样的或不同的直径。如图所示，空腔20-1具有直径D1，空腔20-2具有直径D2。圆柱形空腔或腔室20-1和20-2相对于限定滑动阀20的圆柱体是偏心的而不是同轴的，这是因为如果所述空腔是同轴的话沟槽20-a的存在会使到在沟槽20-a范围空腔20-1和20-2的壁过薄。公转子11位于压缩机外壳孔腔10-1中，母转子位于压缩机外壳孔腔10-2中。滑动阀20相对于固定的活塞30在孔腔21中往复运动，所述活塞容纳在空腔20-2中并相对于空腔20-2通过密封件32密封。活塞30中的孔腔30-1提供了与空腔20-2的唯一流体相通，并供应流出或其他加压的流体到腔室20-2，在该处所述流体作用在隔板20-3上并趋向将滑动阀20移动到图5的位置。在停止的时候，孔腔30-1允许腔室20-2的压力的释放，以便达到流体压力平衡。如果有需要，或所希望的，弹簧支撑或导向装置40可以螺纹地或其他适当的方式固定到阀止停件24或压缩机外壳并延伸进空腔20-1。空腔20-1与滑动阀20的吸取端20-6流体相通。弹簧22放松地围绕着导向机构40并延伸进空腔20-1，在此处它提供了作用在壁20-3上的偏压力，该力与作用在壁20-3上的空腔20-2中的流体压力相反，并与作用在壁20-3和滑动阀20的吸取端20-6上的腔室20-1中的吸取压力联合作用。
在图5的位置上，作用在壁20-3上的空腔20-2中的流体压力足以克服弹簧22和空腔20-1中的流体压力的联合作用力，从而滑动阀20的吸取端20-6与阀止停件24接触地固定。因此，图5示出了滑动阀20的全负荷位置。在图4中最好地示出，一个或多个孔腔20-4可提供并延长滑动阀20的长度，以便在滑动阀20的端部20-5和20-6上提供压力平衡。如果没有孔腔20-4，典型地流出压力会作用在固定活塞30的径向向外的流出端20-5。特别地，趋向在孔腔21中移动滑动阀20的作用在所述滑动阀上的流体压力是一个方向的吸取压力，和相反方向的腔室20-2中的压力以及活塞30的径向向外的阀20的流出端20-5上的压力。当腔室20-2中的压力和流出端20-5上的压力不足以将阀20固定与阀止停件24接合的时候，阀20将会移动到对应于图3和6的位置，该位置对应于阀20的部分负荷位置。从图5位置移动到图6位置的时候，流体通过孔腔30-1从腔室20-2流出，以便允许滑动阀20的移动。在滑动阀20的图3和6的位置中，如上所述，可能是收集容积的沟槽11-1和12-1与吸取入口14流体相通，所述沟槽并不能承受压力。越少的收集容积，就越少的制冷剂被压缩，从而降低压缩机的压缩能力。
压缩机启动的时候，由于吸取压力和流出压力没有压力差，所以滑动阀20处在对应于最少负荷的位置上，这样，流体压力是平衡的，从而弹簧22的弹簧偏压会将滑动阀20移动到由物理阻挡或弹簧22的最大伸展量所允许的最极限位置。当流出压力或润滑压力增加并输送到腔室20-2时，滑动阀20将会移动到左侧，如图6中示出的位置，从而使得压缩机负荷，腔室20-2中的流体压力和流出端20-5上的压力与对立的吸取压力和作用在腔室20-1中和吸取端20-6上的弹簧偏压之间的平衡决定了该负荷。如果端部20-5上的压力和腔室20-2中的压力足以克服端部20-6上的压力和弹簧偏压，滑动阀20会移动到与阀止停件24相接合，即图5中示出的全负荷位置。在部分负荷的情况下，腔室20-2中的减少压力和滑动阀20的重新定位产生了与减少的压力比率相配的新的Vi。
作用在壁或者隔板20-3的面积上的腔室20-1和20-2的压力不需要相等。为了保持部分负荷的横过壁20-3的恒定压力差，腔室20-2中的压力可以由辅助液压或气压压力控制。如果需要的话，活塞30可以去掉。足够密封的情况下，辅助压力可以作用在滑动阀20的流出端20-5。
由于孔腔10-1和10-2的长度由压缩机的设计固定了和轴向滑动阀20的移动由压缩能力控制所需的卸荷程度决定，所以应该注意的是，本发明不需要超过阀20所需空间的任何空间。因此，本发明提供了阀20的紧凑控制机构。
图7与图4的不同之处在于压缩机10’的滑动阀20’与母转子12而不是公转子11共同合作。滑动阀20’与滑动阀20在结构上和功能上是一样的。另外，滑动阀20’和压缩机10’的运作和图4-6中的设备的运作是一样的。
图8的设备是图4和图7的设备的结合。压缩机10”具有分别与公转子11和母转子12共同合作的滑动阀20和滑动阀20’。滑动阀20和20’以图4-6的设备的滑动阀20同样的方式运作。
图9的实施例与其他实施例的不同之处在于它可以完全由压力控制从而可以省略弹簧22。压缩机10’”的滑动阀120具有密封的空腔，所述空腔由携带着密封件132的固定的活塞130分成两个密封的腔室120-1和120-2。栓塞121螺纹连接地容纳在滑动阀120中以部分地限定腔室120-2，以及与滑动阀共同合作以限定滑动阀120的流出端120-b。固定的活塞130通过螺母135固定在靠着杆134的台肩134a的位置上。杆134具有轴向通道134-1和径向通道134-1’，所述径向通道与密封腔室120-1相通以供应压力为P1的流体。轴向通道134-1由栓塞136密封。轴向通道134-2与密封的腔室120-2相通以供应压力为P2的流体。密封件122在滑动阀120和杆134之间密封。由于杆134延伸通过滑动阀120的吸取端120-a，流体压力在滑动阀120的流出端120-b的作用面积比在吸取端120-a的作用面积大。同样，由于杆134延伸通过腔室120-1，腔室120-1中滑动阀120的端部120-a承受压力的面积比腔室120-2中滑动阀120的端部120-b和栓塞121承受压力的面积小。在运作期间，端部120-a和120-b分别承受吸取压力和流出压力，而在关机后压力平衡时承受相同的压力。
在图10中，一般地附图标记60表示了制冷或空调系统。压缩机10位于线路中，该线路连续地包括流出线61，冷凝器62，膨胀设备63，蒸发器64以及吸取线65。系统60由微处理器70控制。微处理器70接收一系列的输入，包括吸取压力Ps，流出压力Pd以及全体地标记为区域(zone)输入的区域要求。假设通过孔腔30-1从外部源供应压力到腔室20-2而不是将流出压力供应到腔室20-2，这样就需要泵80。微处理器70将会令到压缩机10工作并通过泵80和3位阀81控制所述压缩机的压缩能力，所述泵和所述阀将以由微处理器70根据其输入而决定的压力供应加压的流体到腔室20-2。微处理器70还会根据其输入而控制加压的流体通过3位阀80回流到油池84，以便允许阀20移动到中间负荷位置以及允许在关机的时候释放压力以将所述阀移动到卸荷位置。压缩机10’可以与压缩机10一样控制。压缩机10”需要同时供应流体压力到阀20和20’。
图11的制冷系统160与图10的系统60不同之处在于，采用了压缩机10’”以及一系列的阀82设置在泵80的下游。由微处理器70控制泵80根据将阀120定位的需要而供应压力P1到腔室120-1或者供应压力P2到腔室120-2。通过微处理器70根据其输入控制一系列的阀82连同压力P1和P2的控制一起，释放压力P1或P2，从而允许阀120的移动。由于流体压力作用在阀120的相对的不同面积上，在关机的时候，在允许打开阀82以允许压力平衡之前，阀120应该移动到完全卸荷位置。应该注意的是，吸取压力和流出压力以及腔室120-1和120-2中的压力一起，分别从外部作用在阀120的端部120-a和120-b上。
流体(油)泵80必须能够以大于压缩机10’”的流出压力的压力供应加压的流体到腔室120-2。关机的时候，在压力平衡之后，极小的吸取压力会作用在端部120-a和120-b上，而腔室120-1和120-2中的压力P1和P2允许分别平衡。由于流体压力作用在阀120的不同面积上，滑动阀120会移动到如图9所示的右侧，到达便于启动的卸载位置。
压缩机10’”启动后，压力P1和P2可以保持平衡，直到需要提高压缩能力。此时，P1可以升高，P2可以降低，或者两者结合。如果在卸荷位置流出压力作用在端部120-b上，那么P1需要通过泵80被控制到较高的压力。如果采用了图4的孔腔20-4的等效物并且吸取压力是在腔室120-2中，可以使用供应到腔室120-1的流出压力去获得中间控制压力，以便正确地定位滑动阀120。如果在启动后流出压力作用在端部120-b上，P2需要与正升高的流出压力一起升高，以便保持在卸荷位置。当P2降低的时候，压缩机10’”将开始负荷。如果流出压力作用在120-b上以及吸取压力作用在120-1中，那么密封件122和P1的源可以省略。
虽然本发明的优选实施例已经举例说明和描述了，但是对于本领域的技术人员来说还可以有其他的实施例。例如，图9的实施例可以修改，例如通过省略密封件122、孔腔134-1和134-1’，供应吸取压力到腔室120-1以及在腔室120-2中设置弹簧。因此希望本发明仅由随附的权利要求的范围限定。

Claims (8)

1.一种螺杆压缩机，包括：
外壳，所述外壳中带有一对重叠的孔腔；
位于所述孔腔中的一对相互接合的转子；
滑动阀，其具有第一和第二端并形成了仅一个所述重叠孔腔的一部分；
所述滑动阀在其中具有空腔；
固定的活塞，其设置于所述空腔中并在所述空腔中形成了至少一个压力腔室；
所述滑动阀可相对于所述固定的活塞往复运动并且与所述至少一个压力腔室中的加压流体相通，以及
作用在所述滑动阀的压力是与所述压力腔室中的加压流体相反；
以所述加压流体相反作用在所述滑动阀的偏压构件，由此所述滑动阀根据在一侧上的所述加压流体的力与另一侧上的偏压构件和所述压力的力之间的差而定位，以控制所述压缩机的压缩能力。
2.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，分别通过所述加压流体和所述压力作用在所述滑动阀的所述第一和第二端上。
3.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述定位在所述腔室中的固定活塞形成仅仅在腔室中的一个压力腔室。
4.根据权利要求3所述的螺杆压缩机，其特征在于，分别通过所述加压流体和所述压力作用在所述滑动阀的所述第一和第二端上。
5.根据权利要求3所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述固定活塞固定到杆上，并且加压流体部分地通过所述杆与所述压力腔室相通。
6.一种螺杆压缩机，包括：
外壳，所述外壳中带有一对重叠的孔腔；
位于所述孔腔中的一对相互接合的转子；
滑动阀，其具有第一和第二端并形成了仅一个所述重叠孔腔的一部分；
所述滑动阀在其中具有空腔；
固定的活塞，其设置于所述空腔中并在所述空腔中形成第一和第二压力腔室；
所述滑动阀可相对于所述固定的活塞往复运动，以及承受所述压缩机在第一压力腔室中流出的压力和所述压缩机在第二压力腔室中吸取的压力，其中在第二压力腔室中吸取的压力以与在第一压力腔室中流出的压力相反作用在所述滑动阀上，由此所述滑动阀根据在第一压力腔室中流出的压力与在第二压力腔室中吸取的压力之间的差而定位，以控制所述压缩机的压缩能力。
7.根据权利要求6所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述固定的活塞固定到杆上，并且吸取压力和流出压力的流体部分地通过所述杆与每个所述第一和第二压力腔室相通。
8.根据权利要求6所述的螺杆压缩机，其特征在于，分别通过所述流出压力和吸取压力作用在所述滑动阀的所述第一和第二端上。
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