CN1011728B - 螺杆压缩机 - Google Patents

Abstract

一种特别适用于制冷设备的螺杆压缩机，包括一个外壳，有一个由轴线相互平行的两贯穿缸筒组成的工作空间，装有相隔的进气口和排气口，和一对相互啮合的阳转子和阴转子，各有螺旋齿和插入槽。压缩机装有能量调节装置，具有排放孔和阀杆，阀杆有可轴向移动的控制棱边，以限定排放孔的实际尺寸。还装有辅加供应工作流体的装置，其压力高于正常进气压力。能量调节装置周向上离开排气口，两辅加供应装置在能量调节阀内有一个孔口，离控制棱边的轴向距离，至少相应于其面对的转子的两个相邻螺旋齿的轴向距离。压缩机还装有选择性调节排气口的分开的装置。

Description

本发明涉及一种螺杆压缩机，该压缩机特别适用于二级节流的制冷设备。这种压缩机包括一个外壳，通常具有由轴线相互平行的两贯穿缸筒组成的工作空间，由缸体和两端板封闭起来，并且提供有分隔开的进气口和排气口，分别与进气管和排气管连结。其两个转子，每个都有螺旋齿和插入槽，安放在缸筒内，并相互成对地啮合。一对转子中的一个转子是阳转子，它是这样形成的，至少其各个螺旋齿和插入槽的主要部分是位于转子节圆的外侧。另一个转子是阴转子，它是这样形成的，至少其各个螺旋齿和插入槽的主要部分是位于转子节圆的内侧。两个连通的螺旋槽部份那样形成了一个迷宫型腔室，其底端部位于一横切缸筒轴线的平面上，并且靠近排气口。压缩机配备有能量调节装置，包括排放孔和阀杆，该阀杆有一可轴向移动的控制棱边限定排放孔的实际尺寸。压缩机还配备有工作流体辅加供应装置，该工作流体的压力大于正常进气压力。

上述类型压缩机用于制冷设备，见诸于瑞典专利382663号中。该种压缩机配置有其类型见诸于瑞典专利366375号的轴向移动阀，即阀杆放置在工作空间的缸筒壁内，并包括了缸筒之间的贯穿线，致使阀杆同时其一端调节排放孔大小，而其另一端调节排气口的大小。该阀杆配有孔口，用于从第一节流阶段来的辅加供应气体，其定位是使当最大制冷量时孔口被安排离进口端壁是这样的距离，即压缩开始后，他们首先连通至迷宫型腔室。采用这种压缩机的构造，甚至在部分载荷时，也可以获得一定的省功器效果。

然而，如瑞典专利382663号所示的构造，存在一些问题和缺点，而专利中没谈到。所示类型的阀杆以一确定量位移时，其排气量的减少，即朝排气口打开时迷宫型腔室的容积的减少，和其进气量的减少，即与排放孔切断时迷宫型腔室的容积的减少，二者在数量上是相同的。内容积比，即进气量与排气量之间的比值，随着排放的增加而增加。在排放孔切断后，当辅加工作流体被供应时，这种效果更为增强。为了避免太高的内容积比和过压缩的后果，从这一点看来排放孔必须打开一瞬间，意味着进气量相当大地减少，即使这样做在另一方面意味着低的内容积比造成负压缩。改变压缩机体积容量而不会产生太大绝热效率的损失之可能性，这样地受到限制。在阀杆配有辅加供应孔口，会有另一问题，即为了维持比进气压力更高的压力，这些孔口的位置必须离控制排放孔大小的棱边有一相当距离。因此，这种压缩机的排放孔的位置必须比一般压缩机更接近进口端壁。换句话说，当排放孔打开时，进气量的减少，仅仅是现有压缩机的一小部分，从而使体积容量变化的范围更进一步减小。

本发明的目的是提供一种已详述类型的压缩机，它的高绝热效率的制冷量变化的范围，被相当大地扩展，这同时中间的辅加供应压力处于最佳过程所要求的稳定的高水准，这意味着制冷设备在部分载荷时的总效率，比现有的压缩机获得的总效率，维持在高得多的水平。

依据本发明，为达到该目的，提供了两个独立的阀，一个是控制排放孔用以制冷量的调节，一个是控制排气口用以内容积比的调节，前者辅加供应的装置被定位于能量调节阀于这样一位置，即它不会与排放孔直接连通，后者涉及排气口的阀是选择地可调的。

压缩机效率进一步的改进，可借助在排气口阀上装有冷却和密封液体的喷射装置而获得，上述喷射装置是这样定位，它不会与进气口和排气口的任一个或与辅加供应装置连通，至少在低的能量减小状态时是如 此。

现在参考附图。举例介绍本发明的实施例。图中：

图1是沿图2中1-1线得到的螺杆压缩机横切剖面图;

图2是沿图1中2-2线取得的螺杆压缩机的缸筒壁的放大视图;

图3是有二级节流和一个依据图1和图2的压缩机的制冷设备的原理图;

图4是由图1和图2所示压缩机，作为能量调节阀位置的函数的内容积比的曲线图，

图5是由图4所示制冷设备的热力学过程说明图。

图1和图2所示的压缩机，包括具有五个螺旋齿12和五个插入槽14的阳转子10，和具有六个螺旋齿18和六个插入槽20的阴转子16相互啮合。转子10、16被安装在一个外壳内，该外壳有低压端和高压端端壁以及包括两个相互贯穿的缸筒组成的缸筒件22，而每个缸筒各包围着一个转子。该外壳在低压端配有进气口24，作为一分离部分延伸进入缸筒壁内，并在高压端有排气口26。在缸筒件22另有两个圆柱形槽和缸筒壁相交，并且每个圆柱形槽包围着一个可轴向调节的阀杆28、30，与面对的转子10、16形成密封的配合。其中一个阀槽形成了排气口26，阀槽内包围着一个压力调节阀杆28，阀杆28配有控制棱边32以限定排气口26的实际形状和尺寸。另一个阀槽位于包围着阳转子10的缸筒的壁内，它在周向上脱离排气口26的区域，并包围着一个能量调节阀杆30，该阀杆配有控制棱边34面对着进气口24，并在全能量工作状态时限定进气口的部分边棱，而在降低能量工作状态时限定和进气口24连通的排放孔36的大小和形状。能量阀30还提供有一孔口38，用于供应辅加工作流体，该工作流体的压力处于中间压力，高于经由进气口24供应的流体压力。这辅加供应孔口38位于离开控制棱边34一轴向距离处，而相应于其面对的转子10的两个相邻螺旋齿12之间的轴向距离。压力阀杆28同样提供有一孔口 40，用来供应冷却和密封液体，这在制冷压缩机内可以是液化的工作流体，并最好是其温度低于冷凝温度，这将改进压缩机的效率。

图3所示制冷设备包括一个前面已详述类型的压缩机42，一个冷凝器44连接至压缩机的排气口26，一次节流阀46位于冷凝器44和闪发室48之间，后者在气态侧又连接至压缩机的中间压力气体供应孔口38，而在液态侧连接至二次节流阀50，同时蒸发器52连接至二次节流阀50和压缩机低压进气口24。

图4显示了当从最大能量位置转移至最小能量位置时，内容积比（Vi）作为控制棱边34的位置（L）的函数，在那儿轴向部分的固定棱边可决定排气口26的大小尺寸。从连续线可以看出，在所有不同能量时，内容积比实际上保持常数，这意味着压缩机效率在部分载荷的宽阔能量范围内，保持在一个高水平上，同时被称为“省功器化”的效果维持在最佳水平上。作为对比的是，被介绍于瑞典专利382663号和美国专利3568466号中的。相应的压缩机功能，它们分别附有一个在美国专利3314597号所介绍的普通能量阀。

在依据瑞典专利382663号的压缩机的情况下，辅加供应孔口位于普通能量阀上，以虚线表示。由于最大能量时中间压力是固定的，还因为这样的事实，即供应孔口的位置必须离控制排放孔的阀的棱边有相当的距离，接而言之意味着在全载荷时这边棱的位置“a”，必须紧靠压缩机的低压端。当排放孔被打开的瞬间，进气量会突然减少，而排气口处的排气量实际上是不变的，这意味着内容积比瞬时地减小。当该阀朝着低压缩能量更进一步移动时，进气量和排气量将以同等数量减少。然而，这意味着较低的进气量百分比之减小和较高的排气量百分比之减小，将使内容积比快速增大，同时该阀移动量越大，内容积比更快地增大至某一点，在该点排气口处的轴向部分的棱边接近作为排气量的决定因素。经过该点后，进气量继续减小，而排气量维持不变，其结果 是内容积比开始再次减小。在这段期间，内容积比是比在全负荷时的更大，工作流体将过压缩，结果是要求功率有相当的增加，而必然地减低效率。由于太高的内容积比是不能容许的，能量变化的范围将被稍作限制，同时部分载荷时的效率将减弱。

依据美国专利3568466号中能量被调节的压缩机的情况下，其辅加供应孔口是固定的并位于压缩机外壳的壁内，以点划线表示。为了获得可接受的能量改变范围的宽度，阀的排放孔控制棱边的位置离压缩机低压端有一相当的距离。当全负荷时，该棱边的位置在图中以“b”点标志。其内容积比和能量的变化，和上述讨论的依据瑞典专利382663号的压缩机基本上相同。然而，由于阀的控制棱边的位置离压缩机的低压端更远，当泄放孔打开的瞬间，进气量的突然减小是相当显著的，内容积比的降低同样是变大的，另一方面却意味着当阀继续移动时，上述内容积比的增加将稍微缓和。在相当程度的能量范围，内容积比将限制在适当的理想值的范围内。在能量范围的第一部分内，内容积比将低于理想值，这意味着是负压缩，而随压缩的完成将出现压缩压力的回流，这意味着损失并造成效率降低。

从这一点来看，本发明已对现有技术作了重大改进。

图3所示制冷设备内的热力学过程在图5中以曲线图表示出来。该曲线表示压力（log    P）和焓（i）的关系。在曲线图中，和图3所示制冷设备的各细节有关的各个点，以同一参考号码标明。这样线段42相应于压缩机，而其进气口、辅加供应开孔和排气口，分别对应于点24、38和26。线段44相应于冷凝器，点46对应于一次节流阀，点48对应闪发室，点50对应于二次节流阀，而线段52对应于蒸发器。以连续实线画出的过程，标明本发明在全载荷和部分载荷时的过程。在这过程中，从一次节流阀来的闪发气体，仅仅是从点38的压力压缩至点26的压力，这意味着功率消耗相当程度地减少，而且是过程的改进，与之对比在单级节 流时，闪发气体是从点24压缩至点26。这就是所谓“省功器的效果”。当使用瑞典专利282663号所介绍的压缩机，在部分载荷时，中间压力下降，并伴随着过压缩发生，导致过程有变化，正如虚线和点48a、50a、38a和26a所标志的。与理想过程相比较，它失去“省功器的效果”，这是由于减低的中间压力和压缩机效率以及发生过压缩引起的。当使用美国专利3568466号介绍的压缩机，它附配有标准阀，当部分载荷时，其中间压力降低至蒸发器的压力，同时压缩机的动作是过压缩或负压缩的。过程包括有负压缩，以点划线和点48b、50b、38b和26b来标志。

本发明的效果不仅仅改进了压缩机的效率，在用于制冷设备时也改进了制冷过程效率，这意味着制冷设备有相当高的总效率。

Claims (4)

1、螺杆压缩机，特别是适用于有两级节流的制冷设备中的螺杆压缩机，包括一个具有通常是由轴线相互平行的两贯穿缸筒组成的工作空间的外壳，由缸体和低压端板以及高压端板封闭起来，并且提供有分隔开的进气口和排气口，分别与进气管和排气管连结，该进气口邻近上述低压端板，该排气口邻近上述高压端板，还包括转子，每个都有螺旋齿和插入槽，安放在缸筒内，并相互成对地啮合，一对转子中的一个转子是阳转子，它是这样形成的，至少其各个螺旋齿和插入槽的主要部分是位于转子节圆的外侧，另一个转子是阴转子，它是这样形成的，至少其各个螺旋齿和插入槽的主要部分是位于转子节圆的内侧，两个连通的螺旋槽部分形成了一个迷宫型腔室，其底端部，位于一横切缸筒轴线的平面上，并且靠近排气口，上述压缩机配备有能量调节装置，包括排放孔和阀杆，该阀杆有一可轴向移动的控制棱边限定排放孔的实际大小，该阀杆还有开口用于辅加供应工作流体，该工作流体的压力大于正常进气压力，其特征是：上述能量调节装置位于排气口周边外的位置；上述位于上述能量调节控制阀杆上辅加供应装置的孔口，其位置离开上述控制棱边的轴向距离，至少相应于其面对的转子的两个相邻螺旋齿之间的轴向距离；而且提供压力调节阀杆，用于选择性地调节排气口。

2、根据权利要求1所述的压缩机，其特征是上述压力调节阀杆有控制棱边限定排气口的大小和位置，该压力调节阀杆从一端壁延伸至另一端壁并和排气口连通，由上述工作空间的缸筒壁内一第一轴向槽所包围，并在该第一轴向槽内可轴向调节，上述第一轴向槽位于邻近上述两缸筒相交线的空间位置，上述压力调节阀杆滑配于上述缸筒壁，以及上述能量调节阀杆从一端壁延伸至另一端壁并和进气口连通，由上述工作空间的缸筒壁内一第二轴向槽所包围，并在该第二轴向槽内可轴向调节，上述能量调节阀杆滑配于上述缸筒壁，并密封地穿过上述排气口的端壁。

3、根据权利要求2所述的压缩机，其特征是上述用于调节压力的阀杆，提供有一孔口，用以喷射出液化工作流体，上述孔口的位置离上述控制棱边的轴向距离，至少相应于转子两相邻螺旋齿之间的轴向距离。

4、根据权利要求2所述的压缩机，其特征是上述第一轴向槽至少其主要部分面对着阴转子，同时第二轴向槽面对阳转子。