CN101657640B - 启动时不同持续时间的压缩机反转 - Google Patents

Abstract

在启动时操作压缩机的方法中，使压缩机反转持续一较短时间。该压缩机是在反转时不会压缩流体类型的。其目的是通过加热和搅动油箱中的油和制冷剂的混合物，而使液体制冷剂从所述油中蒸发掉。这使得在更少制冷剂吸入到压缩机泵，并使启动时泵出压缩机的油量最小化时得到更良好的正向启动。同时，油的粘性增加，从而改善轴承的润滑。经过较短时间后反转停止，压缩机开始正向转动。所述反转持续的较短时间根据系统条件的不同而变化。在一个实施例中，随环境温度的升高可通过减少所述反转时间实现变化。在另一个实施例中，可利用供电条件，比如输入电压和/或电压与频率的比率来改变反转时间。

Description

启动时不同持续时间的压缩机反转

技术领域

本发明涉及一种独特的方法，通过使压缩机反转不同的一段时间而将带液启动带来的不利影响降低到最小。

背景技术

涡旋压缩机是广泛应用于制冷压缩运行中的一类压缩机。一种已知的涡旋压缩机包括包围在密闭压缩机壳体内的压缩元件和电动机。在压缩机壳体内还存在有一定量的润滑剂。在这种压缩机中，制冷剂在其路径中穿过电动机而到达压缩元件的入口，从而冷却所述电动机。

涡旋压缩机中一对涡旋元件具有相互适配以限定压缩室的涡卷(wraps)。当其正向旋转时，将产生常规的压缩过程，其中制冷剂被限制在所述涡卷之间并朝向排出口压缩。

启动时，位于压缩机油箱中的油可能包含有一些液体制冷剂。在启动时，所述油箱和电动机是冷的，没有进行预热。在油箱中没有预热的油/制冷剂混合物的存在将会产生一些不利影响。

这一问题在联运的制冷剂系统中更为明显，制冷作用出现在用于长途运输水果或其他食物产品的大型货柜中。联运的制冷货柜最初被装到船上，运输到火车上，然后运送到卡车上。必须保证在整个运输过程中的制冷作用。之后货柜被返回到较远的地方储存。因此，在其寿命周期中，货柜的制冷系统经常会长时间停止运行。

在冷启动期间，所述问题将会变得更加严重。在特定的环境条件下，当所述制冷系统停止运行时，包含在系统中的大部分液体制冷剂将会浸入压缩机油箱内。这样，位于压缩机油箱内的油将被液体制冷剂稀释。这是所不希望发生的，因为在启动时它会导致液体制冷剂穿过涡旋元件。这将使轴承和涡旋元件遭到破坏。同时，油被制冷剂稀释后会导致较低的润滑粘度，也会不利于轴承的寿命。

目前在启动时使涡旋压缩机反转操作是已知的。见美国专利US6648604。当反转操作时，制冷剂不会被压缩和通过压缩元件。这样，电动机的热量不会被制冷剂蒸汽带走。电动机浸在所述油/制冷剂的混合物中，并因此迅速加热该混合物。于是限制在油箱中的制冷剂被蒸发掉，而且油温升高。

由于油/制冷剂混合物已经由电动机转子和转子配重搅动，，在油/制冷剂混合物中旋转，出现其他的制冷剂蒸发。经过较短的时间后反转停止，电动机正向旋转并开始常规的压缩过程。而这时油被预热，并且包含在油中的液体制冷剂较少。

上述技术已被应用于涡旋压缩机，也可以应用在其他类型的压缩机中，例如螺旋压缩机。

通过增加反转时间可以大大减小带液启动带来的严重后果。但是由于反转运行时电动机产生的热量几乎全部散失在压缩机壳体内，增加上述时间会造成不希望的压缩元件的过热。当过热很快产生(15至25秒)时，上述问题在高温环境情况下尤为明显。在这种情况下，可能会导致所述压缩机内部线路断开(这是所不希望的，因为压缩机将不能按要求启动)和/或牺牲压缩机的可靠性，因为产生的热量将破坏电动机的迭片结构和标记(score)涡旋元件。如果在启动时所述压缩机电动机的电压低于最佳压力值，类似情况同样也会发生。在这种情况下，也会产生不希望的过热。

因此在压缩机反转运行时可能出现过热的情况下，需要进一步优化该反转运行操作。

发明内容

在本发明所公开的实施例中，压缩机在启动时反转一定时间，上述时间根据条件进了选择和变化。在所公开的一个实施例中，使上述反转时间变化的条件是环境温度。环境温度的范围是可以确定的，所述反转时间的递增量(incremental changes)将根据上述环境温度的范围进行设定。可替换地，可以给出利用温度的连续变化来连续改变所述反转时间的一些公式。

其他条件，比如线路电压和/或电压/频率的比率可以用来改变所述反转的时间。电流随着电压的下降而增加，从而增加内部电动机线路断开的可能性。因此降低操作电压将会使反转运行的时间减少。

本发明的上述及其他技术特征将通过以下说明书和附图而更加容易理解，以下是附图的简要说明。

附图说明

图1是结合到本发明的涡旋压缩机的视图。

图2是冷藏货柜的示意图。

图3是螺旋压缩机的视图。

图4是本发明的一个实施例的图表视图。

具体实施方式

图1示出了实现本发明的压缩机20。如图所示，密闭的压缩机壳体21容纳有包括固定涡旋39，动涡旋33以及曲轴箱5的压缩机泵单元22。出口51形成在与进口24密封的位置。电动机28位于密闭的压缩机壳体21内，并且具有与定子30间隔设置的转子29。所述电动机驱动轴32，进而驱动涡旋压缩机的动涡旋33。

如图所示，油34充满油箱35，转子29和轴32的底部在所述油箱中旋转。众所周知，油通过位于轴32内的通道37向上输送到润滑轴承及固定涡旋39和动涡旋33。所述固定涡旋由曲轴箱43支承，而所述轴由下部的轴承环45支承。

在常规的运行过程中，所述转子及轴正向旋转，所述涡旋压缩机压缩流体。流体通过进口24而进入压缩机壳体21内，其中一部分流体穿过所述电动机以预热导入压缩机进口的气体。另一部分流体被直接送到压缩泵22内。目前为止所描述的压缩机都还是现有技术中已知的。

附图2表示制冷系统41的前视图，其可用于联运制冷。所述制冷系统41包括风扇42，压缩机20，以及连接到压缩机排出管路51的冷凝器50。控制器44控制所述风扇和压缩机电动机。并且，所述控制器与公知的反相单元46连通，该反相单元可以使输入到电动机的电力反相，从而使其反转。也可以采用实现反相旋转的其它方法。

压缩机20刚启动时，油34中可包含有相对较多的液体制冷剂。另外油34和电动机28都相对较冷。

当所述压缩机在反转之前没有进行转动而直接正向启动时，吸入压力将迅速下降，并且会出现制冷剂和油的混合物发泡的现象。这将使制冷剂和油的液体混合物与进入的蒸汽一同被吸入压缩机泵单元22中。所述液体吸入泵单元22将可能损坏涡旋压缩机的涡卷。此外，由于油和制冷剂的混合物会离开压缩机，油将被泵出到压缩机的密闭壳体外。也就是说，油量将会部分损耗。这将导致由于启动时缺少润滑油而使轴承和涡旋压缩机的涡卷遭到破坏。

在现有的系统中，当需要启动压缩机时，控制器44开始反向操作电动机28。当动涡旋元件相对于固定涡旋元件反向移动时，流体不会被压缩并且油和制冷剂的混合物也不会被吸入到泵单元22中。此外，在反转过程中，转矩要比所述流体经过泵元件时小得多。这样，泵元件就不会出现过应力，轴承负载、耦合负载以及齿侧负载都非常小，且各元件在启动时的磨损也最小化。这样也不会有液体混合物吸入，不会损坏涡旋压缩机的涡卷。所述油仍存留在压缩油箱内。由于没有制冷剂被吸入到进口24，因此不会使制冷剂蒸汽穿过所述压缩机。因此电动机不会被进入的制冷剂冷却因而迅速变热。

由电动机产生的热量被分散至油箱并使油34被迅速加热。这使得油中的制冷剂蒸发掉。通过转子和轴在混合物中旋转来搅动油和制冷剂的混合物又额外加剧了制冷剂从油中的蒸发。反转持续短暂的时间(比如大约15秒至4分钟)之后停止。实际上，在许多系统中，风扇会在压缩机正向启动之前开启一小段时间(即45秒)。因此上述压缩机的反转可以发生在风扇启动的过程中。这样上述反转根本不会延迟制冷系统的启动。当完成反转之后，正向旋转便开始了。

正向旋转开始时，就在压缩机已经反转运行之后，油中的液体制冷剂相比没有在之前进行反转的情况要少得多。因此油和制冷剂的混合物不会被吸入泵单元内，并且油也不会离开压缩机壳体。而且由于相当大量的制冷剂已经从油中蒸发掉，油的粘性增加，从而有利于轴承的润滑。因此压缩机损坏的风险降至最低。而且，只有在某些条件下才需要进行反转。例如，只有当停机时间超过最小值时才需要反转。涡旋压缩机的反向操作延长可能会因为过热而导致损坏电动机和涡卷。在现有系统中，当环境温度高于设定极限值时便不需要进行反转。

附图3示意性表示了一个螺旋压缩机60。众所周知，一对相互啮合的螺旋转子62和64限定了压缩腔。电动机66驱动一个螺旋压缩机元件64。入口或吸入管路68输送制冷剂，该制冷剂由相互啮合的螺旋62和64压缩并送到出口70。这种类型的压缩机总体上与涡旋压缩机的相似之处在于当转子被反向驱动时没有有效的压缩。因此，这是非典型的、与标准螺旋压缩机设计相反的，从而在除了常规运行方向之外的其它方向驱动压缩机。然而，在上文所述过程中，也可以利用某些短时间的反向驱动以实现与上述类似的有利效果。

如图4所示，本发明随环境温度来改变反转运行时间。如图2所示，环境温度传感器100可包括在所述制冷系统中并与控制器44连通。

如图所示，使用阶梯函数X，其中所述反转时间随环境温度以阶梯方式变化。例如，当环境温度低于50°F时，需要1分钟的时间。如果感应的环境温度在50至70°之间，需要更短的时间(比如45秒)。如果环境温度在70至90°之间，需要更短的时间(比如30秒)，而当环境温度在90至110°之间时，需要更短的反转时间(比如10秒)。当环境温度高于110°F时，可能就根本不需要反转。当然，上述所有的数值只是简单的举例。也可以使用其他任何的时间间隔和温度范围。通过随着环境温度的增加而减少反转的时间，所述电动机及其他的压缩机内部元件在反转过程中发生过热的可能性被大大减小了。同样，内部的电动机线路断开的电动机跳闸的可能性也被降到最低。

或者，所述反转时间可以随温度的连续函数而变化，如图由函数Y所示。为示例说明，这种函数Y图示为具有不变的斜率，可是如果需要，具有变化斜率的函数也可用于该目的。

在另一个实施例中，除了根据环境温度改变所述反转时间之外，也可利用其他系统条件。特别地，可利用线电压来改变时间间隔。比如，所述反转时间可根据输入电压和运行频率而进行调整。如果所述电压低于某一极限值和/或如果电压/频率的比率低于某一极限值，可以减少所述时间。此外，微调可以基于所有三个参数(如环境温度，电压以及频率)的组合调整所述反转时间。或者上述任两个参数的组合也可以用于此目的。电动机将以减小的电压和/或电压/频率迅速趋于过热。同样，基于电压或电压/频率条件的所述反转时间的变化可以阶梯或连续方式进行改变。

当然，可以选择其他的参数来改变所述反转时间，例如，诸如蒸发器或冷凝器的换热器的温度和/或压力测量值。在启动时所述换热器的线圈温度可以被用来指示所述压缩机温度，而所述换热器内的压力也可以被用来指示压缩机内部温度或环境温度。所述温度传感器可以安装在所述换热器或与相关的管道的内部或外部。内部温度传感器可以安装在压缩机内而外部温度传感器可以安装在压缩机壳体上。

任何对基于内部或外部温度的所述反转时间进行的调整都涉及到压缩机运行时的压缩机电动机的温度或压缩机内部其他任何地方的温度，并因此被用作其他参数来改变所述反转时间。由于希望电动机温度或压缩机内部其他地方的温度升高，所述反转的时间都将会减少，而不管其是以阶梯的或连续的方式。

应用本发明的制冷系统可以用于许多不同的应用中，包括但不仅限于：空调系统，热泵系统，船用集装箱单元，制冷载重拖车单元，以及超市制冷系统。

已经给出了本发明的一个优选实施例，但本领域技术人员应该清楚，可以在本发明范围内进行适当的改动。因此，要研究以下的权利要求从而确定了本发明实际的保护范围和内容。

Claims (18)

1.一种压缩机，包括：

电动机和泵单元，当按一个方向旋转时所述泵单元不会有效的压缩流体，但当其按相反的第二方向旋转时可以压缩流体；

控制器，用以确定所述压缩机的启动是必要的；

所述控制器使所述电动机按所述一个方向旋转一定时间，所述一定时间根据环境温度、电压和频率中的至少一个而变化；和

当经过所述一定时间后，所述控制器将停止按所述一个方向旋转，随后开始按所述第二方向旋转。

2.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机是这种类型的，当流体被驱动至所述泵单元的入口时，其进入密闭的压缩机壳体并冷却所述电动机，使得在按所述一个方向旋转的过程中，所述流体不能有效地穿过所述电动机，并且所述电动机将迅速加热。

3.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述泵单元是一个涡旋泵单元。

4.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述泵单元是一个螺旋泵单元。

5.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述一定时间随所述环境温度的升高而减少。

6.如权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述一定时间阶梯式地减少。

7.如权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述一定时间随所述环境温度的升高而连续地减少。

8.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述电压是输入线电压。

9.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述一定时间根据电压与频率的比率而变化。

10.一种操作压缩机的方法，其包括以下步骤：

a)提供包括有电动机和泵单元的压缩机，当按一个方向旋转时所述泵单元不会有效的压缩流体，但当其按相反的第二方向旋转时可以压缩流体；

b)确定所述压缩机的启动是必要的；

c)初始使所述电动机按所述一个方向旋转一定时间，所述一定时间是根据环境温度、电压和频率中的至少一个而变化的；和

d)当经过所述一定时间后，停止按所述一个方向的旋转，随后开始按所述第二方向旋转。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述压缩机是这种类型的，当流体被驱动至所述泵单元的入口时，其进入密闭的压缩机壳体并冷却所述电动机，使得在按所述一个方向旋转的过程中，所述流体不能有效地穿过所述电动机，并且所述电动机将迅速加热。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤a)中提供的所述泵单元是一个涡旋泵单元。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤a)中提供的所述泵单元是一个螺旋泵单元。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述一定时间随所述环境温度的升高而减少。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述一定时间阶梯式地减少。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述一定时间随所述环境温度的升高而连续地减少，至少直到预定的环境温度极限值。

17.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电压是输入线电压。

18.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述一定时间根据电压与频率的比率而变化。

Images