CN104343682B

CN104343682B - 涡旋压缩机

Info

Publication number: CN104343682B
Application number: CN201310342191.5A
Authority: CN
Inventors: 孙庆丰
Original assignee: Emerson Climate Technologies Suzhou Co Ltd
Current assignee: Copeland Suzhou Co Ltd
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2033-08-07
Also published as: CN104343682A

Abstract

本公开涉及一种涡旋压缩机（100），包括：壳体（10）；设置在壳体内的定涡旋部件（80）和动涡旋部件（70），其中定涡旋部件设置成相对于壳体固定，动涡旋部件设置成能够相对于定涡旋部件在轴向上浮动；设置在壳体内以支撑动涡旋部件的主轴承座（40），在动涡旋部件和主轴承座之间形成背压腔（B），背压腔经由形成在动涡旋部件中的连通通道（73）与形成在定涡旋部件和动涡旋部件之间的压缩腔（C2）流体连通；以及设置在连通通道（73）中的阀部件（90，90A），阀部件构造成响应于所述压缩腔与背压腔之间的压差而提供第一开度和第二开度，第二开度小于第一开度。

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

本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。

在涡旋压缩机的领域中，已知一种动涡旋部件浮动式设计，在该设计中，定涡旋部件相对于压缩机的壳体固定，在动涡旋部件和主轴承座之间设置有背压腔，背压腔经由设置在动涡旋部件中的连通通道与定涡旋部件和动涡旋部件之间形成的多个压缩腔中的一个流体连通从而为动涡旋部件提供使其与定涡旋部件接合的背压力。当各个压缩腔中形成的合力大于背压力时，动涡旋部件会产生倾覆使得动涡旋部件和定涡旋部件在轴向上彼此分开(这也称之为轴向柔性)，由此保护压缩机特别是涡旋部件。

然而，在这种设计中，背压腔的密封一般通过动涡旋部件和定涡旋部件之间的动态接触密封来实现。当动涡旋部件倾覆时，背压腔中的压力会经由动态接触密封区域泄漏到部分压缩腔(例如位于径向外侧的处于吸气压力的压缩腔)中从而导致背压降低，这进一步恶化了动涡旋部件和定涡旋部件之间的动态接触密封，甚至可能导致涡旋压缩功能的失效。

因此，需要一种性能进一步改善的涡旋压缩机。

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性能进一步改善的涡旋压缩机。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种涡旋压缩机，包括：壳体；设置在所述壳体内的定涡旋部件和动涡旋部件，其中所述定涡旋部件设置成相对于所述壳体固定，所述动涡旋部件设置成能够相对于所述定涡旋部件在轴向上浮动；设置在所述壳体内以支撑所述动涡旋部件的主轴承座，在所述动涡旋部件和所述主轴承座之间形成背压腔，所述背压腔经由形成在所述动涡旋部件中的连通通道与形成在所述定涡旋部件和所述动涡旋部件之间的压缩腔流体连通；以及设置在所述连通通道中的阀部件，所述阀部件构造成响应于所述压缩腔与所述背压腔之间的压差而提供第一开度和第二开度，所述第二开度小于所述第一开度。

通过本文提供的说明，其他的应用领域将变得显而易见。应该理解，本部分中描述的特定示例和实施方式仅处于说明目的而不是试图限制本公开的范围。

附图说明

本部分描述的附图仅出于说明目的而不是试图以任何方式限制本公开的范围。

图1是一种涡旋压缩机的纵剖视图。

图2是图1的局部放大图。

图3A是示出背压腔中的压力变化的示意图。

图3B是对应于图3A中的背压力变化的压缩腔的变化的示意图。

图4的曲线示出了连通通道的连通面积对能量损失的影响。

图5是包括根据第一实施方式的阀部件的动涡旋部件的分解立体图。

图6是包括根据第一实施方式的阀部件的动涡旋部件的组装立体图。

图7是根据第一实施方式的第一变型的阀部件的局部组装立体图。

图8是根据第一实施方式的第二变型的阀部件的局部组装立体图。

图9是根据第二实施方式的阀部件的局部组装立体图。

具体实施方式

下文的描述性质上仅是示例性的而不是试图限制本公开、应用及用途。应当理解，在这些附图中，相应的参考数字指示相似的或相应的部件及特征。

下面将首先参照图1、2、3A和3B描述申请人已知的一种涡旋压缩机100的基本构造和原理。

如图1所述，涡旋压缩机(下文中也称之为压缩机)100一般可以包括壳体10、设置在壳体内的由定涡旋部件80和动涡旋部件70构成的压缩机构、支撑压缩机构的主轴承座40、由马达20和旋转轴30构成的驱动机构等。

更具体地，壳体10一般包括大致圆筒形的本体12、设置在本体12一端的顶盖14以及设置在本体12另一端的底盖16。壳体10构成大致密封的空间。在壳体10上分别设置有用于吸入工作流体(例如制冷剂)的进气通道18和用于排出压缩后的工作流体的排气通道(图中未示出)。

马达20由相对于壳体10固定的定子22和能够相对于定子22转动的转子24构成。转子24中设置有包括偏心曲柄销32的旋转轴30以驱动动涡旋部件70相对于定涡旋部件80平动转动(即，动涡旋部件70的中心轴线绕定涡旋部件80的中心轴线旋转，但是动涡旋部件70本身不会绕自身的中心轴线旋转)从而实现流体的压缩。上述平动转动通过定涡旋部件70和动涡旋部件80之间设置的十字滑环26来实现。

旋转轴30的一端由主轴承座40支撑而另一端由下轴承座50支撑。主轴承座40通常相对于壳体10固定。

同时参见图2，动涡旋部件70包括端板72、形成在端板一侧的螺旋状的叶片74和形成在端板另一侧的毂部76。定涡旋部件80包括端板82、形成在端板一侧的螺旋状的叶片84和形成在端板的大致中央位置处的排气口83。在定涡旋部件80的螺旋叶片84和动涡旋部件70的螺旋叶片74之间形成一系列体积从径向外侧向径向内侧逐渐减小的压缩腔C1、C2和C3。径向最外侧的压缩腔C1处于吸气压力，径向最内侧的压缩腔C3处于排气压力。中间的压缩腔C2处于吸气压力和排气压力之间，从而也被称之为中压腔。

在图1示出的所谓高压侧设计中，进气通道18直接地且密封地连接到定涡旋部件80和动涡旋部件70之间形成的多个压缩腔C1、C2、C3中的最外侧的压缩腔(例如压缩腔C1)。从压缩机构的排气口83排出的压缩后的工作流体充满在壳体10内并且经由排气通道排出压缩机。

另外，在图1所示的设计中，定涡旋部件80可以设置成相对于壳体10固定，而动涡旋部件70可以设置成能够相对于定涡旋部件80在轴向上浮动。更具体地，例如，定涡旋部件80可以经由多个螺栓19固定在主轴承座40上。另外，优选地，定涡旋部件80与主轴承座40固定地连接使得二者之间的接合界面F基本上是密封的。动涡旋部件70由主轴承座40支撑。更具体地，动涡旋部件70的端板72的一侧(下侧)由主轴承座40的一部分44支撑成使得动涡旋部件70能够在轴向方向上在定涡旋部件80的径向外周部分86与该部分44之间在预定的范围内运动(亦即所谓的动涡旋浮动设计)。

为了使得压缩机构正常工作，定涡旋部件80的叶片84需要与动涡旋部件70的端板72接合，而动涡旋部件70的叶片74需要与定涡旋部件80的端板82接合。定涡旋部件80和动涡旋部件70之间的接合通过形成在动涡旋部件70和主轴承座40之间的背压腔B来实现。更具体地，背压腔B经由形成在动涡旋部件70(例如端板72)中的连通通道73与形成在定涡旋部件80和动涡旋部件70之间的多个压缩腔C1、C2和C3中的一个压缩腔(例如压缩腔C2)流体连通。

另外，在动涡旋部件70的端板72和定涡旋部件80的径向外周部分86之间形成动态接触密封S1。并且在动涡旋部件70的毂部76与主轴承座40之间形成有密封界面S2。为了便于密封界面S2的实现，毂部76的端部可以包括径向向外延伸的凸缘77。

由此，形成了大致密封的背压腔B。当压缩机100正常运转时，压缩腔C2中的流体经由连通通道73进入背压腔B中。由于背压腔B中的压力为动涡旋部件70提供了轴向向上的合力，所以当背压腔B提供的合力大于各个压缩腔C1、C2、C3中的合力时，动涡旋部件70与定涡旋部件接合以进行流体压缩。而在某些情况下，当各个压缩腔C1、C2、C3中的合力大于背压腔B提供的合力时，动涡旋部件70会产生倾覆使得动涡旋部件70和定涡旋部件80在轴向上彼此分开由此保护压缩机特别是涡旋部件(这也称之为轴向柔性)。

然而，如上所述，在这种设计中，背压腔B的密封一般通过动涡旋部件70和定涡旋部件80之间的动态接触密封S1以及动涡旋部件70与主轴承座40之间的密封界面S2来实现。当动涡旋部件70倾覆时，背压腔B中的压力会经由动态接触密封S1的区域泄漏到部分压缩腔(例如位于径向外侧的处于吸气压力的压缩腔C1)中从而导致背压降低，这进一步恶化了动涡旋部件70和定涡旋部件80之间的动态接触密封，甚至可能导致涡旋压缩功能的失效。

为此，已经提出了通过加大连通通道73的连通面积来改善这一状况。例如，参见图3A和3B，当定涡旋部件80和动涡旋部件70处于(a)所示的相对位置时，连通通道73所处位置的压力对应于图3A中的压力I，随着动涡旋部件70的平动转动，该位置的压力逐渐升高并且在(b)所示的相对位置达到最大压力II。在保持一段时间的最大压力II后，在(c)所示的相对位置出现大的压力降III。随着压缩机的运转，背压腔提供的背压力循环地波动。通过将连通通道73的连通面积加大，使得背压腔B中的流体流入的速度大于流体经由动态接触密封S1泄漏的速度，可以在背压腔B中更快地建立稳定的压力。

然而，发明人发现与当采用连通面积较小的连通通道时相比，当采用连通面积更大的连通通道73时压缩机的整体性能会有所下降。更具体地，参见图4，其中横轴表示时间，纵轴表示压缩腔中的压力，实线表示连通通道73较大时形成的压力驼峰，而虚线表示连通通道73较小时形成的压力驼峰。从图4中可以明显看出，由于连通通道73的连通面积的不同而造成了由符号A所指出的能量损失区域。

基于上述讨论，本发明的发明人提出了如下解决方案(参见图5-9)：在连通通道73中设置阀部件90，该阀部件90构造成响应于压缩腔C2与背压腔B之间的压差而提供第一开度和第二开度，其中第二开度小于第一开度。更具体地，当压缩腔C2与背压腔B之间的压差大于等于预定值时，阀部件90提供第一开度，否则阀部件90提供第二开度。优选地，第二开度可以设定为是第一开度的1/10至1/2。

尽管在本发明的构思中，阀部件可以是能够实现上述功能的任何阀部件，例如电磁式阀部件、机械式阀部件等，但是从降低成本和安装便利的角度，优选采用机械式弹性阀部件。

图5-8示出了根据本发明第一实施方式及其变型的阀部件90。具体地，阀部件90可以包括阀座92和用于打开或关闭阀座92的弹性阀片94。在阀座92和阀片94中的至少一个上可以形成用于提供第二开度的泄漏通道L。泄漏通道L可以为以下形式中的一种：形成在阀片94上的孔95或缺口(参见图5)，形成在阀座92上的凹槽98(参见图8)，以及形成在阀片94上的隆起部97(参见图7)等。

在图中所示的示例中，阀座92可以由动涡旋部件70的一部分构成。本领域技术人员应该理解，阀座92也可以为独立的构件并且可以安装在连通通道73中。阀片94可以呈悬臂梁形式，并且阀片94的一端可以经由紧固件96固定在动涡旋部件70上。泄漏通道L的通路面积可以为连通通道73的通路面积的1/10至1/2。

在上述第一实施方式及其变型中，当压缩腔C2与背压腔B之间的压差大于等于预定值时(即需要在背压腔中迅速建立并稳定背压时)，阀片94在压差的作用下离开阀座92从而提供了相对较大的第一开度。而当背压腔B中的压力基本稳定时，压缩腔C2与背压腔B之间的压差小于预定值由此阀片94关闭阀座92。然而，由于泄漏通道L的存在，阀部件90仍然提供了相对较小的第二开度，由此使得压缩机的性能维持在较高值。

特别是，第一开度(连通通道73的连通面积)可以根据在背压腔中快速建立并稳定背压的要求而合理设定，而第二开度(泄漏通道L的连通面积)可以根据压缩机性能优化的要求而合理设定。此外，阀片94的弹性力(即使阀片94离开阀座92所需的压差)也可以根据压缩机性能优化的要求而合理设定。

因此，根据本发明的构造，在背压腔中能够快速建立背压的同时改善了压缩机的整体性能并且确保了压缩机构的轴向柔性。而且，根据本发明构思的压缩机的构造仍然相对简单并且整体成本无需过分增加。

图9示出了根据本发明第二实施方式的阀部件90A。该阀部件90A可以包括阀座92A、用于打开或关闭阀座的阀片94A以及为阀片提供弹簧力的弹簧97A。阀部件90A还可以包括用于保持阀片94A和弹簧97A的固定件(例如固定环)99A。固定件99A可以配合在连通通道73中，并且弹簧97A可以上述在固定件99A与阀片94A之间。

同样地，可以在阀座92A和阀片94A中的至少一个上形成用于提供第二开度的泄漏通道L。同第一实施方式类似，泄漏通道L可以为以下形式中的一种：形成在阀片94A上的孔95A或缺口(图9)，形成在阀座上的类似于图8所示的凹槽，以及形成在阀片上的类似于图7所示的隆起部等。

同样地，阀座92A可以由动涡旋部件70的一部分构成也可以由单独的构件构成。泄漏通道L的通路面积也可以设置为连通通道73的通路面积的1/10至1/2。

第二实施方式的阀构件90A可以以类似于第一实施方式的阀构件90的方式操作，并且可以实现类似的效果。

尽管上文参照图1所示的高压侧设计的涡旋压缩机描述了本发明的各个实施方式，但是本领域技术人员应该理解，本发明也可以应用于低压侧设计。在这种情况下，由动涡旋部件和定涡旋部件构成的压缩机构的吸气口敞开至充满吸气压力的壳体内，并且从压缩机构排出的高压流体排出到一个与吸气压力分隔开的空间中。背压腔的构造可以与图1所示类似，即背压腔仍然形成在动涡旋部件与主轴承座之间。另外，在与背压腔流体连通的连通通道中可以设置如上面参照图5-图9所述的阀部件90或90A。当本发明的构思应用于低压侧设计时，阀部件的运转和所实现的功能与上述第一和第二实施方式的相同。

尽管上文描述了本发明的多种实施方式和多个方面，但是本领域技术人员应该理解，可以对本发明的一些方面做出进一步的变型和/或改进。

例如，在一些方面中，一种涡旋压缩机可以包括：壳体；设置在所述壳体内的定涡旋部件和动涡旋部件，其中所述定涡旋部件设置成相对于所述壳体固定，所述动涡旋部件设置成能够相对于所述定涡旋部件在轴向上浮动；设置在所述壳体内以支撑所述动涡旋部件的主轴承座，在所述动涡旋部件和所述主轴承座之间形成背压腔，所述背压腔经由形成在所述动涡旋部件中的连通通道与形成在所述定涡旋部件和所述动涡旋部件之间的压缩腔流体连通；以及设置在所述连通通道中的阀部件，所述阀部件构造成响应于所述压缩腔与所述背压腔之间的压差而提供第一开度和第二开度，所述第二开度小于所述第一开度。

例如，在一些方面中，当所述压缩腔与所述背压腔之间的压差大于等于预定值时，所述阀部件提供所述第一开度，否则所述阀部件提供所述第二开度。

例如，在一些方面中，所述第二开度为所述第一开度的1/10至1/2。

例如，在一些方面中，所述阀部件是弹性阀部件。

例如，在一些方面中，所述弹性阀部件包括阀座和用于打开或关闭所述阀座的弹性阀片，在所述阀座和所述阀片中的至少一个上形成有用于提供所述第二开度的泄漏通道。优选地，所述泄漏通道可以为以下形式中的一种：形成在所述阀片上的孔或缺口，形成在所述阀座上的凹槽，以及形成在所述阀片上的隆起部。优选地，所述阀座由动涡旋部件的一部分构成。优选地，所述阀片呈悬臂梁形式，并且所述阀片的一端固定在所述动涡旋部件上。优选地，所述泄漏通道的通路面积为所述连通通道的通路面积的1/10至1/2。

例如，在一些方面中，所述弹性阀部件包括阀座、用于打开或关闭所述阀座的阀片以及为所述阀片提供弹簧力的弹簧，在所述阀座和所述阀片中的至少一个上形成有用于提供所述第二开度的泄漏通道。优选地，所述泄漏通道为以下形式中的一种：形成在所述阀片上的孔或缺口，形成在所述阀座上的凹槽，以及形成在所述阀片上的隆起部。优选地，所述阀座由动涡旋部件的一部分构成。优选地，所述涡旋压缩机还包括用于保持所述阀片和所述弹簧的固定件。优选地，所述泄漏通道的通路面积为所述连通通道的通路面积的1/10至1/2。

例如，在一些方面中，在所述动涡旋部件的端板和所述定涡旋部件的径向外周部分之间形成动态接触密封。

例如，在一些方面中，在所述动涡旋部件的毂部与所述主轴承座之间形成有密封界面。

例如，在一些方面中，所述涡旋压缩机为高压侧设计。

例如，在一些方面中，所述压缩机的进气通道直接地且密封地连接到所述定涡旋部件和所述动涡旋部件的最外侧的压缩腔。

例如，在一些方面中，所述涡旋压缩机为低压侧设计。

例如，在一些方面中，由所述动涡旋部件和所述定涡旋部件构成的压缩机构的吸气口敞开至所述壳体内。

例如，在一些方面中，所述定涡旋部件与所述主轴承座固定地连接使得二者之间的接合界面基本上是密封的。

尽管在此已详细描述本公开的各种实施方式，但是应该理解本公开并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本公开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、部件或特征都可以由其他结构上和功能上等同的构件、部件或特征来代替。

Claims

1.一种涡旋压缩机(100)，包括：

壳体(10)；

设置在所述壳体(10)内的定涡旋部件(80)和动涡旋部件(70)，其中所述定涡旋部件(80)设置成相对于所述壳体(10)固定，所述动涡旋部件(70)设置成能够相对于所述定涡旋部件(80)在轴向上浮动；

设置在所述壳体(10)内以支撑所述动涡旋部件(70)的主轴承座(40)，在所述动涡旋部件(70)和所述主轴承座(40)之间形成背压腔(B)，所述背压腔(B)经由形成在所述动涡旋部件(70)中的连通通道(73)与形成在所述定涡旋部件(80)和所述动涡旋部件(70)之间的压缩腔(C2)流体连通；

其特征在于：所述涡旋压缩机还包括设置在所述连通通道(73)中的阀部件(90，90A)，所述阀部件(90，90A)构造成响应于所述压缩腔(C2)与所述背压腔(B)之间的压差而提供用于允许流体从所述压缩腔(C2)流动至所述背压腔(B)的第一开度和第二开度，所述第二开度小于所述第一开度。

2.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中当所述压缩腔(C2)与所述背压腔(B)之间的压差大于等于预定值时，所述阀部件(90，90A)提供所述第一开度，否则所述阀部件(90，90A)提供所述第二开度。

3.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中所述第二开度为所述第一开度的1/10至1/2。

4.如权利要求1-3中任一项所述的涡旋压缩机，其中所述阀部件(90，90A)是弹性阀部件。

5.如权利要求4所述的涡旋压缩机，其中所述弹性阀部件(90)包括阀座(92)和用于打开或关闭所述阀座的弹性阀片(94)，在所述阀座(92)和所述阀片(94)中的至少一个上形成有用于提供所述第二开度的泄漏通道(L)。

6.如权利要求5所述的涡旋压缩机，其中所述泄漏通道(L)为以下形式中的一种：形成在所述阀片(94)上的孔(95)或缺口，形成在所述阀座(92)上的凹槽(98)，以及形成在所述阀片(94)上的隆起部(97)。

7.如权利要求5所述的涡旋压缩机，其中所述阀座(92)由所述动涡旋部件(70)的一部分构成。

8.如权利要求7所述的涡旋压缩机，其中所述阀片(94)呈悬臂梁形式，并且所述阀片(94)的一端固定在所述动涡旋部件(70)上。

9.如权利要求5所述的涡旋压缩机，其中所述泄漏通道(L)的通路面积为所述连通通道(73)的通路面积的1/10至1/2。

10.如权利要求4所述的涡旋压缩机，其中所述弹性阀部件(90A)包括阀座(92A)、用于打开或关闭所述阀座的阀片(94A)以及为所述阀片提供弹簧力的弹簧(97A)，在所述阀座(92A)和所述阀片(94A)中的至少一个上形成有用于提供所述第二开度的泄漏通道(L)。

11.如权利要求10所述的涡旋压缩机，其中所述泄漏通道(L)为以下形式中的一种：形成在所述阀片(94A)上的孔(95A)或缺口，形成在所述阀座上的凹槽，以及形成在所述阀片上的隆起部。

12.如权利要求10所述的涡旋压缩机，其中所述阀座(92A)由所述动涡旋部件(70)的一部分构成。

13.如权利要求10所述的涡旋压缩机，还包括用于保持所述阀片(94A)和所述弹簧(97A)的固定件(99A)。

14.如权利要求10所述的涡旋压缩机，其中所述泄漏通道(L)的通路面积为所述连通通道(73)的通路面积的1/10至1/2。

15.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中在所述动涡旋部件(70)的端板(72)和所述定涡旋部件(80)的径向外周部分(86)之间形成动态接触密封(S1)。

16.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中在所述动涡旋部件(70)的毂部(76)与所述主轴承座(40)之间形成有密封界面(S2)。

17.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中所述涡旋压缩机为高压侧设计。

18.如权利要求17所述的涡旋压缩机，其中所述涡旋压缩机的进气通道(18)直接地且密封地连接到所述定涡旋部件(80)和所述动涡旋部件(70)的最外侧的压缩腔(C1)。

19.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中所述涡旋压缩机为低压侧设计。

20.如权利要求19所述的涡旋压缩机，其中由所述动涡旋部件和所述定涡旋部件构成的压缩机构的吸气口敞开至所述壳体内。

21.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中所述定涡旋部件(80)与所述主轴承座(40)固定地连接使得二者之间的接合界面(F)基本上是密封的。