CN101460705A - 用于过压保护的滑阀致动 - Google Patents

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Abstract

一种压缩机(20)，具有卸载滑阀(100)。所述阀具有阀元件(102)，所述阀元件具有第一状态和第二状态之间的范围，所述第二状态相对于所述第一状态是卸载的。活塞(124)位于汽缸(128)中并且机械地连接到所述阀元件。控制阀(140)连接到所述汽缸的顶部空间(138)以选择性地使所述顶部空间暴露于流体源(144)，在所述顶部空间中的流体的压力沿着从所述第二状态朝向所述第一状态的方向在所述活塞和所述阀元件上产生力。所述压缩机在所述顶部空间中包括压力释放阀(180)，所述压力释放阀(180)连接到吸入状态以响应于过压来卸载所述压缩机。

Description

用于过压保护的滑阀致动
技术领域
[0001]本发明涉及压缩机。更具体地，本发明涉及制冷压缩机。
背景技术
[0002]螺杆式压缩机一般用于空气调节和制冷应用。在这种压缩机中，相互啮合的阴阳叶状转子或螺杆绕其轴线旋转以将工作流体(制冷剂)从低压进口端抽送到高压出口端。在旋转期间，顺序的阳转子叶用作向下游驱动制冷剂并在相邻的阴转子叶对和壳体之间的空间内压缩所述制冷剂的活塞。同样，顺序的阴转子叶在相邻的阳转子叶对和壳体之间的空间内产生对制冷剂的压缩。发生压缩的阳转子和阴转子的叶间空间形成压缩袋(或者称为在啮合区连接的公共压缩袋的阳部分和阴部分)。在一个实施方式中，阳转子与电驱动马达同轴并且由轴承支撑在其叶状工作部分的进口侧和出口侧上。可以有多个阴转子咬合给定的阳转子，反之亦然。
[0003]当叶间空间之一暴露于进口时，制冷剂基本上以吸入压力进入所述空间。在转子继续旋转时，在旋转期间的某些时刻，所述空间不再与进口连通，流向所述空间的制冷剂流被切断。在所述进口关闭后，制冷剂在转子继续旋转时被压缩。在旋转期间的某些时刻，每个空间与关联的出口相交，封闭的压缩过程终止。所述进口和出口可分别是径向的、轴向的、或者是轴向口和径向口的混合组合。
[0004]当不需要全容量操作时，经常希望通过延迟对进口的封闭(需要或不需要减小压缩机容积指数)来减小流过压缩机的制冷剂质量流量。这种卸载经常由滑阀提供，所述滑阀具有阀元件，所述阀元件具有一个或多个位置，所述阀元件的位置(在所述阀平移时)控制压缩袋的相应吸入侧的关闭和排出侧的打开。滑阀的卸载移位的主要作用是减少初始截留的吸入量(从而减少压缩机容量)；容积指数的减小是一种代表性的副作用。在美国专利申请公布No.20040109782 A1和美国专利No.4,249,866和No.6,302,668中披露了示范性滑阀。
[0005]例如，如果在排出压力通风室的下游有限制，那么排出压力可能变得过大，从而有可能损坏压缩机。因此，压缩机可包括压力释放阀。一种示范性的释放阀定位在排出压力通风室和吸入压力通风室之间的通路中，并且当跨越所述阀的压力差超过阈值压力时从排出压力通风室向吸入压力通风室排放气体。美国专利No.5,807,081披露了一种双向压力释放阀。这也解决了逆流情形的问题。
[0006]另外，2005年2月7日递交的国际申请PCT/US05/03813披露了一种保护滑阀活塞环的压力释放阀。
发明内容
[0007]根据本发明的一方面，压缩机具有卸载滑阀。所述阀具有阀元件，所述阀元件具有第一状态和第二状态之间的范围，所述第二状态相对于所述第一状态是卸载的。活塞位于汽缸中并且机械地连接到所述阀元件。控制阀连接到所述汽缸的顶部空间以选择性地使所述顶部空间暴露于流体源，在所述顶部空间中的流体的压力沿着从所述第二状态朝向所述第一状态的方向在所述活塞和阀元件上产生力。压力释放阀将所述顶部空间连接至吸入状态以响应于过压来卸载所述压缩机。
[0008]在各种实施方式中，除所述压力释放阀以外，另一压力释放阀(例如内部阀)可延伸在排出状态和吸入状态之间。在再制造压缩机或者从初始基本构造再设计压缩机构造时可以提供所述压力释放阀。
[0009]结合附图和下文的说明给出本发明的一个或多个实施例的细节。从所述说明和附图以及权利要求将会清楚本发明的其它特征、目的和优点。
附图说明
[0010]图1是压缩机的纵剖视图。
[0011]图2是沿2-2线截取的图1的压缩机的排出压力通风室的横剖视图。
[0012]图3是沿3-3线截取的处于完全卸载状态的图2的排出压力通风室的滑阀组件的剖视图。
[0013]图4是处于相对卸载状态的图3的滑阀的视图。
[0014]图5是在压力释放卸载之后的图3的滑阀的视图。
[0015]各个附图中同样的附图标记和标号指示同样的元件。
具体实施方式
[0016]图1示出压缩机20，该压缩机20具有壳体组件22，该壳体组件22包含马达24，该马达24驱动具有相应中心纵轴线500和502的转子26和28。为了图示的目的，从上文记述的PCT/US05/03813获取所述压缩机的基本结构。然而，其它现有的或仍在开发的压缩机构造是也可能的。
[0017]在示范性实施例中，转子26具有在第一端31和第二端32之间延伸的阳叶状体或工作活塞30。工作活塞30与阴转子28的阴叶状体或工作活塞34啮合。工作活塞34具有第一端35和第二端36。每个转子包括从关联的工作活塞的第一端和第二端延伸的轴部(例如与关联的工作活塞一体形成的根部38、40、41和42)。这些轴根部中的每一个都通过一个或多个轴承组件44安装到壳体，以便绕关联的转子轴线旋转。
[0018]在示范性实施例中，所述马达是具有转子和定子的电动机。所述转子26和28之一的轴根部之一可连接到马达转子以便允许马达绕所述转子的轴线驱动所述转子。当这样绕轴线沿运转的第一方向被驱动时，所述转子沿相反的第二方向驱动另一转子。示范性壳体组件22包括转子壳体48，该转子壳体48具有近似位于马达长度中间的上游/进口端面49，以及基本上与转子主体端32和36共面的下游/排出端面50。很多其它构造也是可能的。
[0019]示范性壳体组件22还包括马达/进口壳体52，该马达/进口壳体52在上游端处具有压缩机进口/吸入口53，并且具有(例如用穿过两个壳体件的螺栓)安装到转子壳体下游面的下游面54。组件22还包括出口/排出壳体56，该出口/排出壳体56具有安装到转子壳体下游面的上游面57，并且具有出口/排出口58。示范性转子壳体、马达/进口壳体、以及出口壳体56可分别形成为接收进一步精加工的铸件。
[0020]壳体组件22的表面与嵌入的转子主体30和34共同限定通向压缩袋的进口和出口，所述压缩袋压缩制冷剂流504并且从吸入(进口)压力通风室60向排出(出口)压力通风室62(图2)驱动所述制冷剂流504。一系列成对的阳压缩袋和阴压缩袋由壳体组件22、阳转子主体30和阴转子主体34形成。每个压缩袋由嵌入转子的外表面、在转子壳及其沿着滑阀的延续部分中的阳转子和阴转子内孔表面的圆筒形表面的部分、以及面57的部分所限制。
[0021]图2示出位于出口/排出口58处的示范性流路的进一步细节。止回阀70具有安装在出口壳体56的凸起部74内的阀元件72。示范性阀元件72是具有杆/轴76的前密封提升阀，所述杆/轴76与头部78一体形成并且从所述头部78沿着阀轴线520向下游延伸。所述头部具有背面/下侧表面80，所述背面/下侧表面80接合偏压弹簧82(例如金属线圈)的上游端。所述弹簧的下游端接合衬套/引导件86的面向上游的肩部84。所述衬套/引导件86可以与壳体一体形成或者相对于所述壳体来安装，并且具有中心孔88，该中心孔88滑动地容纳所述杆以便在打开状态(未示出)和图2的关闭状态之间作往复运动。弹簧82朝关闭状态的上游位置向上游偏压元件72。在关闭状态中，头部上游表面的环形外围插座部分90紧靠排出压力通风室的部分94的下游端处的环形座92。
[0022]沿着吸入压力通风室和排出压力通风室之间的通路98定位压力释放阀96(图1)。虽然是示意地示出，但实际的通路98可以是穿过转子壳的孔。当排出压力超过吸入压力大约400psi的示范性阈值时(取决于设计操作参数和壳体强度)，示范性释放阀打开。
[0023]为了容量控制/卸载，压缩机具有滑阀100，该滑阀100具有阀元件102。阀元件102具有沿着转子之间的啮合区(即，沿着高压尖点)的部分104。示范性阀元件具有处在排出压力通风室处的第一部分106(图3)和处在吸入压力通风室处的第二部分108。所述阀元件是可移位的，从而控制压缩机容量以提供卸载。示范性的阀经由平行于转子轴线的线性平移来移位。
[0024]图3示出阀元件处在其运动范围的最上游位置。在该位置，压缩袋相对地向上游关闭，并且容量是相对最大值(例如，转子的最大位移量的至少90％，经常约为99％)。图4示出被移位至最下游位置的阀元件。在该卸载状态中，容量被减小(例如，减小至小于图3位移量或最大位移量的至少40％的位移量，并且经常小于30％)。在示范性滑阀中，在两个位置之间的移位通过弹簧力和流体压力的组合来驱动。主弹簧120将阀元件从加载位置偏压到卸载位置。在示范性的阀中，弹簧120是环绕轴122的金属螺旋弹簧，所述轴122将阀元件连接到活塞124。所述活塞安装在汽缸128的孔(内部)126内，所述汽缸128形成在附接到出口壳的滑动壳元件130中。所述轴穿过所述出口壳中的孔口132。所述弹簧在活塞的下侧134和所述出口壳之间被压缩。汽缸内部的近端部分136经由所述孔口和轴之间的间隙与排出压力通风室压力平衡流体连通。顶部空间138经由电控电磁阀140和142(示意地示出)选择性地在或接近排出条件时连接到高压流体源144(例如高压油分离器)，在或接近吸入条件时连接到排出管/排放槽146。排出管/排放槽146可以是吸入压力通风室60或者可以大体处于吸入状态。端口148示意地示于管道网络的端部的顶部空间处的汽缸中，所述管道网络连接阀140和142、源144和排出管/排放槽150。在一个示范性实施方式中，所述管道网络的部分可形成在壳体部件的铸件内。
[0025]通过将顶部空间138连接到源144并通过对阀140和142的适当控制将该顶部空间138与排出管/排放槽146隔离，从而可以获得图3的加载位置/状态。通过将顶部空间138连接到排出管/排放槽146并通过对阀140和142的适当控制将该顶部空间138与源144隔离，从而可以获得图4的卸载位置/状态。通过使用适当选择的用于连接的时间间隔(可结合将顶部空间138与源144和排出管/排放槽146隔离适当选择的时间间隔(例如通过适当的调制技术))将顶部空间138交替连接到源144或排出管/排放槽146，从而可以获得中间(部分加载)位置(未示出)。
[0026]就本文所述的内容来说，所述压缩机可以具有各种现有的构造。图3-5示出在顶部空间138和吸入压力通风室60之间延伸的通路182中的第二压力释放阀180。
[0027]示范性的阀180是具有预定阈值/释放或出气压力的单向弹簧加载压力释放阀。所述示范性的阀180一般是关闭的，当顶部空间中的压力超过吸入压力通风室60中的压力达到阈值压力时，该压力差将使释放阀元件克服其弹簧力而移位，从而自动地打开阀180并允许流体(例如，该具体示例中的油)从顶部空间流向吸入压力通风室60，进而使滑阀元件102移位到卸载状态。
[0028]当出现过压状态时，排出压力通风室62和汽缸孔近端部分136中的增大的制冷剂压力将朝图4的卸载状态增加压向活塞124的流体压力。假定油在顶部空间138中的相对不可压缩性，顶部空间138中的压力可相应地增加，甚至很少有活塞运动。如果顶部空间压力和吸入压力(例如在排放槽146处)之间的差超过压力释放阀180的阈值，那么压力释放阀180将打开，使流体从顶部空间138流向排放槽146并允许滑阀元件102移位。所述移位通常可基本上一直达到卸载状态(图5)。所述移位使压缩机卸载并减少压缩机对过压状态的进一步作用。
[0029]压力释放阀180可在多种情形下打开。一个示例涉及对制冷剂回路的局部堵塞，其中所述压缩机沿着所述制冷剂回路定位。这可出现在压缩机运转期间(例如，甚至在以稳态运转时)或压缩器起动时。在其它稳态运转期间施加限制或产生限制将会增加排出压力。充分的限制将促使排出压力增加到压力释放阀180的阈值以上。然后，通过打开压力释放阀180引起的卸载可以在不打开压力释放阀96的情况下有效地解决局部限制的问题。在其它情形中，所述卸载可以补足或补充压力释放阀96的操作。尽管存在所述卸载，如果排出压力上升至超过压力释放阀96阈值压力，那么压力释放阀96将会打开并使压缩的制冷剂从排出压力通风室62转向回到吸入压力通风室60。然后，因为所述卸载，所述压力释放阀96将不必像不存在卸载时的情况那样传送很大的制冷剂流。
[0030]其它的示例涉及起动操作。一个示范性起动限制可以是错误关闭的检修阀的形式。
[0031]如下文进一步所讨论的，压力释放阀180有利地在压力释放阀96打开之前打开。如果弹簧120的影响(如果有的话)是可以忽略的，那么压力在活塞124的另一面将是基本相等的。因此，压力释放阀180的阈值压力可有利地稍小于压力释放阀96的阈值压力。
[0032]根据实施方式，压力释放阀180的一个可能优点是，所述压力释放阀180增加了选择压力释放阀96的灵活性。例如，如上所述，压力释放阀96及其关联的通路98可不必像没有压力释放阀180的情况那样是很大的。因此，当设计相对高容量的压缩机时，可以使用较低容量压缩机的现有的压力释放阀96。这体现了成本的节省。
[0033]因为压力释放阀96通常传送气体，而压力释放阀180通常传送液体油(密度更大)，所以压力释放阀180相对于压力释放阀96可以更小。另外，涉及减小压力释放阀96的尺寸的成本节省可能比提供压力释放阀180的成本更为重要。
[0034]其它优点可涉及避免对压力释放阀96的有害作用。例如，通过以稍低于压力释放阀96的阈值压力的压力来卸载，从而节省了磨损。这可减少在压力释放阀96中形成残余物泄漏的趋势。
[0035]在再设计情形中，当增加第二压力释放阀180时，也可以改变压缩机的其它方面。如上所述，可以减小压力释放阀96的尺寸(流量)。再制造或再设计可以是使用实际的硬件和/或计算/仿真执行的重复过程。例如，压力释放阀180的参数(例如，阈值/释放压力和/或容量)可被优化以在不启用压力释放阀96的情况下以尽可能高的压力提供可靠的卸载。
[0036]现在已经描述了本发明的一个或多个实施例。然而，应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种改进。例如，在再设计或再制造情形中，现有压缩机构造的细节可能特别影响或决定实施方式的细节。还可以提供附加的压力释放特征，例如在PCT/US05/03813中披露的特征。因此，其它的实施例也在所附权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种压缩机装置(20)，包括：
壳体(22)，所述壳体(22)具有沿着流路的第一口(53)和第二口(58)；
一个或多个工作元件(26；28)，所述一个或多个工作元件(26；28)与所述壳体(22)在沿着所述流路的吸入位置(60)和排出位置(62)之间共同限定压缩路径；
压力释放阀(96)，所述压力释放阀(96)连接所述吸入位置(60)和所述排出位置(62)，从而通过使工作流体从所述排出位置(60)流向所述吸入位置(62)来减轻所述排出位置(62)的过压；以及
卸载滑阀(100)，所述卸载滑阀(100)具有：
阀元件(102)，所述阀元件(102)具有第一状态和第二状态之间的范围，所述第二状态相对于所述第一状态是卸载的；
汽缸(128)；
活塞(124)，所述活塞(124)位于所述汽缸中并且机械地连接到所述阀元件；
控制阀(140)，所述控制阀(140)连接到所述汽缸的顶部空间(138)以选择性地使所述顶部空间暴露于流体源(144)，在所述顶部空间中的流体的压力沿着从所述第二状态朝向所述第一状态的方向在所述活塞和所述阀元件上产生力；以及
机构(180、182)，通过使流体从所述顶部空间流向所述吸入位置(62)来减少所述顶部空间中的过度压力。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述范围是线性平移的范围；以及
所述机构包括第二压力释放阀(180)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二压力释放阀(180)是弹簧加载单向阀。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述压力释放阀(96)具有第一阈值/释放压力；以及
所述机构(180)具有小于所述第一阈值/释放压力的第二阈值/释放压力。
5.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述一个或多个工作元件包括：
阳叶状转子(26)，所述阳叶状转子(26)具有第一旋转轴线(500)；以及
阴叶状转子(28)，所述阴叶状转子(28)具有第二旋转轴线(502)并且与所述阳叶状转子相啮合。
6.一种压缩机装置，包括：
壳体(22)，所述壳体(22)具有沿着流路的第一口(53)和第二口(58)；
一个或多个工作元件(26；28)，所述一个或多个工作元件(26；28)与所述壳体(22)在沿着所述流路的吸入位置(60)和排出位置(62)之间共同限定压缩路径；以及
卸载滑阀(100)，所述卸载滑阀(100)具有：
阀元件(102)，所述阀元件(102)具有第一状态和第二状态之间的范围，所述第二状态相对于所述第一状态是卸载的；
汽缸(128)；
活塞(124)，所述活塞(124)位于所述汽缸中并且机械地连接到所述阀元件；
控制阀(140)，所述控制阀(140)连接到所述汽缸的顶部空间(138)以选择性地使所述顶部空间暴露于流体源(144)，在所述顶部空间中的流体的压力沿着从所述第二状态朝向所述第一状态的方向在所述活塞和所述阀元件上产生力；
通路(182)，所述通路(182)将所述顶部空间连接到所述吸入位置；以及
沿着所述通路的压力释放阀(180)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述压力释放阀(180)是弹簧加载单向阀。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
第二压力释放阀(96)连接所述吸入位置(60)和所述排出位置(62)，从而通过使工作流体从所述排出位置(62)流向所述吸入位置(60)来减轻所述排出位置(62)的过压。
9.一种再制造压缩机(20)或再设计压缩机构造的方法，包括：提供初始的这种压缩机或构造，所述压缩机或构造具有：
壳体(22)；
一个或多个工作元件(26；28)，所述一个或多个工作元件(26；28)与所述壳体在吸入位置(60)和排出位置(62)之间共同限定压缩路径；以及
卸载滑阀(100)，所述卸载滑阀(100)具有：
阀元件(102)，所述阀元件(102)具有第一状态和第二状态之间的范围，所述第二状态相对于所述第一状态是卸载的；
汽缸(128)；
活塞(124)，所述活塞(124)位于所述汽缸中并且机械地连接到所述阀元件；以及
所述汽缸的顶部空间(138)中的流体，在所述顶部空间中的流体的压力沿着从所述第二状态朝向所述第一状态的方向在所述活塞和所述阀元件上产生力；以及
改进这种压缩机或构造以包括：
通路(182)，所述通路(182)将所述顶部空间连接到所述吸入位置；以及
沿着所述通路的压力释放阀(180)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：
所述改进包括：选择所述压力释放阀(180)的至少一个参数。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述选择包括以下重复步骤：
改变所述至少一个参数；以及
确定在所述吸入位置(60)和所述排出位置(62)之间的压力释放阀(96)的卸载和启用之间的关系。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
所述改变包括：改变阈值/释放压力。
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