CN103362802A

CN103362802A - 涡旋压缩机

Info

Publication number: CN103362802A
Application number: CN2012100871643A
Authority: CN
Inventors: 孙庆丰
Original assignee: Emerson Climate Technologies Suzhou Co Ltd
Current assignee: Copeland Suzhou Co Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN103362802B

Abstract

本发明涉及一种涡旋压缩机，包括：动涡旋(60)、定涡旋(100)和配合在定涡旋端板(104)上的盖板(120)，定涡旋端板(104)中形成有与至少其中一个压缩腔选择性连通的至少一个泄压孔(110)，泄压孔(110)通过定涡旋端板(104)和盖板(120)之间的连通空间(S)与定涡旋上的排气口(102)流体连通。本发明的涡旋压缩机能够显著降低过压缩现象并且成本相对较低。

Description

涡旋压缩机

技术领域

本发明涉及一种涡旋压缩机。

背景技术

如图1所述，常规的涡旋压缩机1一般包括壳体10、设置在壳体10前端的前端盖12、设置在壳体10后端的后端盖14以及设置在前端盖12和壳体10之间以将压缩机的内部空间分隔成高压侧和低压侧的隔板16。隔板16和前端盖12之间构成高压侧，而隔板16、壳体10和后端盖14之间构成低压侧。壳体10中设置有由定子22和转子24构成的电机20。转子24中设置有驱动轴30以驱动由定涡旋50和动涡旋60构成的压缩机构。动涡旋60包括端板64、形成在端板一侧的毂部62和形成在端板另一侧的螺旋状的叶片66。定涡旋50包括端板54、形成在端板一侧的螺旋状的叶片56和形成在端板的大致中央位置处的排气口52。动涡旋60的一侧由主轴承座40支撑，并且驱动轴30的一端也由主轴承座40支撑。驱动轴30的一端设置有偏心曲柄销32，在偏心曲柄销32和动涡旋60的毂部62之间设置有卸载衬套42。通过电机40的驱动，动涡旋60将相对于定涡旋50平动转动(即，动涡旋60的中心轴线绕定涡旋50的中心轴线旋转，但是动涡旋60本身不会绕自身的中心轴线旋转)以实现流体的压缩。

如图2所示，在定涡旋50的叶片54和动涡旋60的叶片64之间形成一系列的压缩腔。图2仅示出了一个(或一对)压缩腔在一个压缩循环中的变化。图2的左上图示出了压缩腔C1和C2处于吸气压力并且刚刚闭合的状态。图2的右上图和右下图分别示出了压缩腔C1和C2被朝向中心压缩并且处于中间压力状态。图2的左下图示出了压缩腔C1和C2被压缩到大致排气压力并且即将从排气口52排出的状态。

图3示出了定涡旋50的立体图。如图1和3所示，定涡旋50的端板54上还设置有凹槽58，在凹槽58中形成有与处于中间压力的压力腔流体连通的中压孔59。在凹槽58中设置有密封组件57，从而在压缩机运转时在凹槽58中形成背压腔。利用背压腔的压力和主轴承座40的支撑力，动涡旋60和定涡旋50可以保持彼此啮合以实现流体压缩。

对于一套给定的定涡旋50和动涡旋60来说，它们提供的容量和压缩比是固定的，但是安装有这样一套定涡旋50和动涡旋60的压缩机却也可能用于不同的制冷应用，例如空调系统、冷库系统、低温冷冻系统等。不同的应用环境对应了不同的冷凝压力。图4示出了压缩腔中的压力P和冷凝压力P2之间的关系。如图4所示，当在某一应用中冷凝压力P2低于压缩腔的排出压力P0(压缩腔中的最大压力)时，会产生所谓的过压缩现象。换言之，由于一套定涡旋50和动涡旋60的压缩比是固定的，所以在吸气压力P1一定的情况下，排出压力P0也是一定的。然而由于系统需要冷凝压力P2，则被压缩到P0的流体在排出压缩腔后会降低到压力P2，从而与P0至P2的压力差(P0-P2)相对应的压缩做功是被浪费的。这样，不但导致电力的浪费而且还需要较大功率或扭矩的电机来实现上述压缩过程(压缩到P0)，从而导致压缩机成本较大。

在这种情况下，如果通过重新设计涡旋部件来得到合适的压缩比，则会导致制造成本大幅度增加，因为涡旋的制造模具和数控加工程序也不得不重新设计。因而这种方式一般是不可取的。

因此，需要一种能够解决过压缩问题并且成本相对较低的涡旋部件和/或涡旋压缩机。

发明内容

本发明的一个或多个实施方式的一个目的是提供一种能够解决过压缩问题的涡旋压缩机。

本发明的一个或多个实施方式的另一个目的是提供一种成本较低的涡旋压缩机。

本发明的一个或多个实施方式的又一个目的是提供一种能够容易地应用于多种制冷系统的涡旋压缩机。

为了实现上述目的中的一个或多个，根据本发明一个方面，提供了一种涡旋压缩机，包括：动涡旋，所述动涡旋包括动涡旋端板和形成在所述动涡旋端板一侧的动涡旋螺旋叶片；定涡旋，所述定涡旋包括定涡旋端板、形成在所述定涡旋端板一侧的定涡旋螺旋叶片和形成在所述定涡旋端板的大致中央处的排气口，所述定涡旋和所述动涡旋配合以在其间形成一系列压缩腔；其中所述涡旋压缩机进一步包括配合在所述定涡旋端板上的盖板，并且所述定涡旋端板中形成有与至少其中一个所述压缩腔选择性连通的至少一个泄压孔，所述泄压孔通过所述定涡旋端板和所述盖板之间的连通空间与所述排气口流体连通。

优选地，所述连通空间由形成在所述定涡旋端板另一侧的凹槽所限定。

优选地，所述连通空间由形成在所述盖板一侧的凹槽所限定。

优选地，在所述泄压孔上设置有单向阀，所述单向阀允许流体从所述压缩腔流动到所述连通空间，并且防止流体从所述连通空间流动到所述压缩腔。

优选地，所述单向阀包括覆盖所述泄压孔的阀片和防止所述阀片过度变形的阀挡。

优选地，所述泄压孔与所述压缩腔中的压力为预定值的压缩腔流体连通，所述预定值大于等于应用了所述涡旋压缩机的制冷系统的设定冷凝压力。

优选地，所述定涡旋端板中设置有两个所述泄压孔。

优选地，两个所述泄压孔相对于所述排气口中心对称。

优选地，在所述盖板和所述定涡旋端板之间设置有密封垫。

优选地，在所述盖板的另一侧设置有凹部，所述凹部通过中压孔与所述压缩腔中的中压腔流体连通，所述中压腔的压力介于所述涡旋压缩机的吸气压力和排气压力之间。

优选地，所述中压孔包括形成在所述盖板中的第一中压孔部分和形成在所述定涡旋端板中的第二中压孔部分。

优选地，在所述盖板的凹部中设置有密封组件以在所述盖板和所述密封组件之间形成背压腔。

优选地，在所述盖板中形成有与所述连通空间流体连通的排气孔，在所述排气孔上设置有排气阀。

优选地，从所述定涡旋的轴线方向观察，所述泄压孔与所述定涡旋螺旋叶片部分重叠。

优选地，所述泄压孔的直径大于所述定涡旋螺旋叶片的厚度。

优选地，所述泄压孔设置在所述定涡旋的半径的1/3至2/3的范围内。

优选地，所述泄压孔设置在所述定涡旋的半径的1/2处。

根据本发明的一种或几种实施方式的涡旋压缩机的优点在于：

在根据本发明一种实施方式的涡旋压缩机中，定涡旋端板中形成有与至少其中一个压缩腔选择性连通的至少一个泄压孔，泄压孔通过定涡旋端板和配合在定涡旋端板上的盖板之间的连通空间与所述排气口流体连通。因此，当压缩腔中的压力达到特定压力时，泄压孔与连通空间连通从而压缩腔中的流体通过泄压孔排出。另外，由于泄压孔与排气口连通，所有经由泄压孔排出的流体可以经由排气口排出到高压侧。从而，避免了流体被过压缩。一方面，由于流体可以提前排出，所以用于驱动涡旋部件的电机无需很大的功率和扭矩，仅需满足将流体压缩到特定压力(小于原先的最大排气压力)即可，从而降低了电机的成本和涡旋压缩机的总体成本。另一方面，由于无需对定涡旋的螺旋叶片部分进行加工，而只是对定涡旋的端板部分进行了加工，所以与重新设计螺旋叶片的情况下相比，本发明大大降低了涡旋部件的成本。

此外，由于定涡旋部件实际上由定涡旋和盖板构成，所以通过不同设计的盖板，本发明的定涡旋部件可以方便地应用于不同的应用，而无需对定涡旋的主要结构做改动。

在根据本发明一种实施方式的涡旋压缩机中，连通空间可以由形成在定涡旋端板另一侧的凹槽所限定，或者由形成在盖板一侧的凹槽所限定。因此，大大方便和简化了定涡旋和盖板的加工和设计。

在根据本发明一种实施方式的涡旋压缩机中，压缩腔与连通空间的选择性连通通过泄压孔上设置的单向阀来实现。因此，本发明的定涡旋和盖板的结构相对简单并且成本较低。

在根据本发明一种实施方式的涡旋压缩机中，泄压孔可以与压缩腔中的压力为预定值的压缩腔流体连通，所述预定值大于等于应用了所述涡旋压缩机的制冷系统的设定冷凝压力。换言之，通过调整泄压孔的位置可以方便地实现在流体达到冷凝压力时就被排出从而避免过压缩的目的。通过将与泄压孔连通的压缩腔中的压力值设定为大于或等于系统的冷凝压力，可以显著减小甚至消除过压缩。

在根据本发明一种实施方式的涡旋压缩机中，定涡旋端板中可以设置两个所述泄压孔，并且两个泄压孔可以相对于所述排气口中心对称。对于对称涡旋设计(即，由定涡旋和动涡旋形成的压缩腔相对于中心轴线中心对称，并且总是同时打开和同时闭合，特别是两个对称的压缩腔中的压力基本相同)来说，可以在两个对称的压缩腔中分别设置泄压孔以实现两个压缩腔的同时泄压。然而，在非对称涡旋设计(即，由定涡旋和动涡旋形成的压缩腔相对于中心轴线是不对称的，处于中心轴线两侧的两个压缩腔的打开和闭合不是同步的，因此这两个压缩腔中的压力是不同的)中，可以仅在压力达到冷凝压力的压缩腔中设置一个泄压孔，同样可以实现避免过压缩的目的。

在根据本发明一种实施方式的涡旋压缩机中，在盖板和定涡旋端板之间设置有密封垫，从而能够可靠地防止连通空间中的高压流体通过盖板和定涡旋端板之间的界面泄漏到低压侧。

在根据本发明一种实施方式的涡旋压缩机中，在盖板的另一侧设置有凹部，所述凹部通过中压孔与压缩腔中的中压腔流体连通，另外，在盖板的凹部中设置有密封组件，从而能够在盖板和密封组件之间形成背压腔以向定涡旋提供轴向的密封力。因此，在本发明中，在避免过压缩的同时仍然能够为涡旋压缩机提供轴向柔性，改善了涡旋压缩机的压缩性能和可靠性。

在根据本发明一种实施方式的涡旋压缩机中，从定涡旋的轴线方向观察，泄压孔可以与定涡旋螺旋叶片部分重叠，并且优选地泄压孔的直径可以大于定涡旋螺旋叶片的厚度。因此，即使定涡旋螺旋叶片和动涡旋螺旋叶片在泄压孔处接合，也可以保证压缩腔中的流体通过泄压孔可靠地排出。可替代地，泄压孔也可以不与定涡旋螺旋叶片重叠。因此，可以改善泄压孔布置位置的灵活性。

在根据本发明一种实施方式的涡旋压缩机中，泄压孔可以设置在定涡旋的半径的1/3至2/3的范围内，更优选地，泄压孔可以设置在定涡旋的半径的1/2处。换言之，如果将泄压孔设置得更加靠近定涡旋的径向外侧，则由于此处的压缩腔刚刚开始压缩流体，所以其压力可能低于冷凝压力，从而泄压孔无法打开。如果将泄压孔设置得更加靠近定涡旋的径向内侧，则由于此处的压缩腔可能已经接近最大排出压力，所以即使泄压孔打开，对过压缩的改善效果也不会很明显。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本发明的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中：

图1是常规的涡旋压缩机的纵剖视图；

图2是图1中的定涡旋和动涡旋配合以压缩流体的示意图；

图3是图1所示定涡旋的立体图；

图4是示出压缩腔中的压力和系统的冷凝压力之间关系图；

图5示出了根据本发明实施方式的定涡旋部件的分解立体图；

图6示出了根据本发明实施方式的定涡旋的俯视图；

图7示出了根据本发明实施方式的盖板的俯视图；

图8示出了泄压孔相对于压缩腔的位置；以及

图9示出了定涡旋的纵向剖面图。

具体实施方式

下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

常规的涡旋压缩机1的基本构造和运行过程已经在背景技术部分参见图1-4进行了描述。在根据本发明实施方式的涡旋压缩机中，用图5-9所述的定涡旋部件1A代替了图1中的定涡旋50，涡旋压缩机的其他构造基本不变。

下面将参考图5-9详细描述根据本发明实施方式的定涡旋部件1A。

根据本发明一种实施方式的定涡旋部件1A包括定涡旋100和盖板120。定涡旋100包括定涡旋端板104、形成在定涡旋端板104一侧的定涡旋螺旋叶片106和形成在定涡旋端板106的大致中央处的排气口102。另一方面，根据本发明实施方式的涡旋压缩机还包括动涡旋60(见图1)，动涡旋60包括动涡旋端板64和形成在动涡旋端板64一侧的动涡旋螺旋叶片66。定涡旋100和动涡旋60彼此配合以在其各自的端板和螺旋叶片之间形成一系列从径向外侧向径向内侧体积逐渐减小压力逐渐增大的压缩腔。

盖板120可以配合在定涡旋端板104上。特别是，在盖板120上形成有多个固定孔128，在定涡旋端板104上形成有多个与上述固定孔128对应的固定孔114，可以通过未示出的螺钉通过这些固定孔128和114将盖板120固定在定涡旋100上。

在定涡旋端板104中形成有与至少其中一个压缩腔选择性连通的至少一个泄压孔110(在图5中示出为两个泄压孔110)，泄压孔110通过定涡旋端板104和盖板120之间的连通空间S与排气口102流体连通。

泄压孔的数量可以根据涡旋部件的类型来设定。例如，在图1-9中示出的对称涡旋设计(即，由定涡旋和动涡旋形成的压缩腔相对于中心轴线中心对称，并且总是同时打开和同时闭合，特别是两个对称的压缩腔中的压力基本相同)中，可以在两个对称的压缩腔中分别设置泄压孔以实现两个压缩腔的同时泄压。换言之，定涡旋端板104中可以设置两个泄压孔110，并且优选地，这两个泄压孔110可以相对于排气口102中心对称。

然而，在非对称涡旋设计(即，由定涡旋和动涡旋形成的压缩腔相对于中心轴线是不对称的，处于中心轴线两侧的两个压缩腔的打开和闭合不是同步的，因此这两个压缩腔中的压力是不同的)中，可以仅在压力达到冷凝压力的压缩腔中设置一个泄压孔。

在图5-9所示的示例中，连通空间S可以由形成在定涡旋端板104另一侧(相对于形成定涡旋螺旋叶片106的一侧而言)的凹槽108所限定。凹槽108可以围绕排气口102形成并且可以形成为大致圆柱形。两个泄压孔110可以形成在凹槽108的范围内，并且在每一个泄压孔110上设置有单向阀130。单向阀130允许流体从压缩腔流动到连通空间S，并且防止流体从连通空间S流动到压缩腔。单向阀130可以包括覆盖泄压孔110的阀片132和防止阀片132过度变形的阀挡134。单向阀130可以通过诸如螺钉的紧固件136固定到定涡旋端板104中形成的阀固定孔112中。阀固定孔112也可以形成在凹槽108的范围内。因此，单向阀130可以完全容纳在上述连通空间S中。在这种情况下，为了加工的简便，盖板120的下侧(与定涡旋端板104配合的一侧)可以形成为平面状。但是本领域技术人员应该理解，可以将上述限定连通空间S的凹槽形成在盖板120的下侧，而将定涡旋端板104的顶面形成为平面状。或者，上述连通空间S可以由形成在定涡旋端板104上的凹槽108和形成在盖板120下侧的凹槽共同限定。此外，本领域技术人员应该理解，凹槽108的形状并不局限于图中所示，而是可以具有各种形状，只要其能够容纳单向阀130并且在泄压孔110和排气口102之间提供流体连通即可。本领域技术人员还应该理解，单向阀130不限于图中所示的结构，而是可以采用能够控制流体单向流动的任何类型的阀或构件。

如前所述，当压缩机应用于不同的应用时可能面临着不同的冷凝压力。而对于特定的定涡旋和动涡旋组件而言，它们提供的压缩比是一定的。也就是说，在特定的定涡旋和动涡旋组件中，压缩腔中压力是从作为最小值的吸气压力向作为最大值的排气压力逐渐变化的。当系统中需要的冷凝压力低于涡旋组件所提供的最大排气压力时，会出现过压缩现象。

在本发明的实施方式中，泄压孔110设定成与一系列压缩腔中的压力为预定值的压缩腔流体连通，所述预定值大于等于应用了所述涡旋压缩机的制冷系统的设定冷凝压力。这样，当特定压缩腔中的压力大于或等于系统的设定冷凝压力时，单向阀130能够打开泄压孔110使得该压缩腔中的流体直接排出而不会过压缩，并且此时排出的流体的压力大于或等于系统的设定冷凝压力。

从另一个角度描述，泄压孔110可以设置在定涡旋100的半径的1/3至2/3的范围内。优选地，泄压孔110可以设置在定涡旋100的半径的1/2处。特别是，如果将泄压孔110设置得更加靠近定涡旋100的径向外侧，则由于此处的压缩腔刚刚开始压缩流体，所以其压力可能低于冷凝压力，从而泄压孔无法打开。如果将泄压孔110设置得更加靠近定涡旋100的径向内侧，则由于此处的压缩腔可能已经接近最大排出压力，所以即使泄压孔110打开，对过压缩的改善效果也不会很明显。

另外，如图8所示，从定涡旋100的轴线方向观察，泄压孔110可以与定涡旋螺旋叶片106部分重叠。如图9所示，在定涡旋100的纵向剖面图中，泄压孔110的轴向延伸范围可以切入到定涡旋螺旋叶片106中。此外，优选地，泄压孔110的直径可以大于定涡旋螺旋叶片106的厚度。因此，即使定涡旋螺旋叶片106和动涡旋螺旋叶片66在泄压孔110处接合，也可以保证压缩腔中的流体通过泄压孔110可靠地排出。

然而，本领域技术人员应该理解，泄压孔110也可以不与定涡旋螺旋叶片106重叠，此外泄压孔110的直径也可等于或小于定涡旋螺旋叶片106的厚度。通过上述构造可以改善泄压孔110布置位置的灵活性。

此外，盖板120的另一侧(图5中的上侧)可以设置凹部122，所述凹部122通过中压孔124与压缩腔中的中压腔流体连通，所述中压腔的压力介于所述涡旋压缩机的吸气压力和排气压力之间。

特别是，中压孔124可以包括形成在盖板120中的第一中压孔部分124-1和形成在定涡旋端板104中的第二中压孔部分124-2。

另一方面，在盖板120的凹部122中可以设置密封组件57(见图1)以在盖板120和密封组件57之间形成背压腔以向定涡旋100提供轴向的密封力。因此，在根据本发明实施方式的涡旋压缩机中，在避免过压缩的同时仍然能够为涡旋压缩机提供轴向柔性，改善了涡旋压缩机的压缩性能和可靠性。

此外，在盖板120中可形成与连通空间S流体连通的排气孔126，在排气孔126上可设置排气阀128(见图1)。

如上所述，连通空间S中具有较高的压力，为了防止连通空间S中的高压流体通过盖板120和定涡旋端板104之间的界面泄漏到低压侧(吸气侧)，可以在盖板120和定涡旋端板104之间设置密封垫140。

尽管在此已详细描述本发明的各种实施方式，但是应该理解本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本发明的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。

Claims

1.一种涡旋压缩机，包括：

动涡旋(60)，所述动涡旋(60)包括动涡旋端板(64)和形成在所述动涡旋端板(64)一侧的动涡旋螺旋叶片(66)；

定涡旋(100)，所述定涡旋(100)包括定涡旋端板(104)、形成在所述定涡旋端板(104)一侧的定涡旋螺旋叶片(106)和形成在所述定涡旋端板(106)的大致中央处的排气口(102)，所述定涡旋(100)和所述动涡旋(60)配合以在其间形成一系列压缩腔；

其中所述涡旋压缩机进一步包括配合在所述定涡旋端板(104)上的盖板(120)，并且

所述定涡旋端板(104)中形成有与至少其中一个所述压缩腔选择性连通的至少一个泄压孔(110)，所述泄压孔(110)通过所述定涡旋端板(104)和所述盖板(120)之间的连通空间(S)与所述排气口(102)流体连通。

2.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中所述连通空间(S)由形成在所述定涡旋端板(104)另一侧的凹槽(108)所限定。

3.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中所述连通空间(S)由形成在所述盖板(120)一侧的凹槽所限定。

4.如权利要求1-3中任一项所述的涡旋压缩机，其中在所述泄压孔(110)上设置有单向阀(130)，所述单向阀(130)允许流体从所述压缩腔流动到所述连通空间(S)，并且防止流体从所述连通空间(S)流动到所述压缩腔。

5.如权利要求4所述的涡旋压缩机，其中所述单向阀(130)包括覆盖所述泄压孔(110)的阀片(132)和防止所述阀片(132)过度变形的阀挡(134)。

6.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中所述泄压孔(110)与所述压缩腔中的压力为预定值的压缩腔流体连通，所述预定值大于等于应用了所述涡旋压缩机的制冷系统的设定冷凝压力。

7.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中所述定涡旋端板(104)中设置有两个所述泄压孔(110)。

8.如权利要求7所述的涡旋压缩机，其中两个所述泄压孔(110)相对于所述排气口(102)中心对称。

9.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中在所述盖板(120)和所述定涡旋端板(104)之间设置有密封垫(140)。

10.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中在所述盖板(120)的另一侧设置有凹部(122)，所述凹部(122)通过中压孔(124)与所述压缩腔中的中压腔流体连通，所述中压腔的压力介于所述涡旋压缩机的吸气压力和排气压力之间。

11.如权利要求10所述的涡旋压缩机，其中所述中压孔(124)包括形成在所述盖板(120)中的第一中压孔部分(124-1)和形成在所述定涡旋端板(104)中的第二中压孔部分(124-2)。

12.如权利要求10所述的涡旋压缩机，其中在所述盖板(120)的凹部(122)中设置有密封组件(57)以在所述盖板(120)和所述密封组件(57)之间形成背压腔。

13.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中在所述盖板(120)中形成有与所述连通空间(S)流体连通的排气孔(126)，在所述排气孔(126)上设置有排气阀(128)。

14.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中从所述定涡旋(100)的轴线方向观察，所述泄压孔(110)与所述定涡旋螺旋叶片(106)部分重叠。

15.如权利要求14所述的涡旋压缩机，其中所述泄压孔(110)的直径大于所述定涡旋螺旋叶片(106)的厚度。

16.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中所述泄压孔(110)设置在所述定涡旋(100)的半径的1/3至2/3的范围内。

17.如权利要求15所述的涡旋压缩机，其中所述泄压孔(110)设置在所述定涡旋(100)的半径的1/2处。