CN104736847A - 往复式制冷压缩机吸入阀座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于簧片阀(94)的压缩机阀板(80)，具有用于安装簧片(100)的底座部分(104)的安装表面部分。压缩机具有端口(90)。座(150)包绕所述端口。环(154)包绕所述座。深度小于所述环的缓和区域(180,182)在环的近侧(182)和远侧(180)延伸。往复活塞压缩机包括具有此类压缩机阀板和簧片的阀组件。

Description

往复式制冷压缩机吸入阀座
相关申请的交叉引用
本申请要求了2012年9月4日提交的且名称为"往复式制冷压缩机吸入阀座（Reciprocating Refrigeration Compressor Suction Valve Seating）"的美国专利申请序列第61/696729号的权益，其公开内容通过引用如同最后阐明那样以其整体并入本文中。
技术领域
本公开内容涉及制冷压缩机。更具体而言，其涉及容积式压缩机(例如，往复式活塞压缩机)，其用于压缩气体，如，低全球变暖潜力(GWP)的及自然的制冷剂。
背景技术
在往复式压缩机中，活塞头在下位置与上或"顶部"位置之间驱动；在下位置处，待压缩的流体进入压缩缸；在上或"顶部"位置处，压缩流体从缸向外驱动。阀板典型地置于缸的顶部处。用语"顶部"和"底部"并未要求任何相关或绝对垂直定向，而是仅表示缸中的相对位置。阀板承载入口阀和出口阀两者，以允许流体流入缸，且在活塞的往复移动中的适合点处流出缸。在往复活塞压缩机等中，在压缩机的各个轴回转期间，压力促动阀典型地开启和闭合一次。
各种类型的阀是已知的，且已经使用了各种类型的阀板。一种类型的压缩机阀结构使用簧片阀。簧片阀可覆盖多个沿周向间隔开的端口。当阀闭合时，其由于阀刚度和/或压力促动接触阀座，因此对于吸入阀而言密封离开缸的流，或对于排放阀而言密封进入缸的流。
发明内容
本公开内容的一个方面涉及一种用于簧片阀的压缩机阀板。板具有用于安装簧片的底座部分的安装表面部分。压缩机具有端口。座包绕端口。环（trepan）包绕座。深度小于环的缓和区域在环的近侧和远侧延伸。
在各种实施方式中，存在多个所述端口，其环为邻接的。缓和区域可具有至少1.0mm的跨距。缓和区域可具有0.1到0.3mm的深度。缓和区域可具有环深度的40到60%的深度。
本公开内容的另一个方面涉及包括此类板和簧片的压缩机阀组件。簧片具有安装在安装表面部分上的底座，以及在环的远侧的缓和区域上的末梢。
在各种实施方式中，簧片为安装成控制穿过多个所述端口的流的单个簧片。末梢可在缓和区域上突出至少1.0mm或端口的最大横向尺寸的至少15%，或环径向跨距的至少75%。
本公开内容的另一个方面涉及包括此类压缩机阀组件的压缩机。在各种实施方式中，电动马达可在联接到曲轴上的壳内。阀可为吸入阀。可存在多个所述端口，其环邻接。簧片可为安装成控制穿过多个所述端口的流的单个簧片。
一种使用压缩机的方法可包括：运行压缩机，以便簧片的闭合引起簧片至少部分地容纳在缓和区域中。
本公开内容的另一个方面涉及一种用于制造此类压缩机的方法。阀板为缺少缓和区域的现有的阀板的替换物，或通过再设计此类现有阀板的构造来形成。
本公开内容的其它方面涉及包括此类压缩机的制冷系统。制冷系统可包括穿过压缩机的再循环流动通路。第一热交换器可沿压缩机下游的流动通路定位。膨胀装置可沿第一热交换器下游的流动通路定位。第二热交换器可沿膨胀装置下游的流动通路定位。制冷剂装料可包括按重量至少50%的二氧化碳或碳氟化合物。该系统可为固定的制冷系统。固定制冷系统还可包括多个制冷空间。可存在多个所述第二热交换器，其各自定位成冷却相关联的此类制冷空间。
一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐明。其它特征、目的和优点将从描述和附图清楚，且从权利要求清楚。
附图说明
图1为压缩机的侧视图。
图2为图1的压缩机的垂直纵向截面视图。
图3为图1的压缩机的缸的部分垂直纵向截面视图。
图3A为图3的缸的阀区域的放大视图。
图4为阀板和吸入阀簧片组件的下侧视图。
图5为图4的阀板的视图。
图5A为图5的阀板的吸入端口组的放大视图。
图6为处于中间位置的图3的缸的视图，其中阀的压缩状态以实线示出，而膨胀/吸入状态以虚线示出。
图7为制冷系统的示意性视图。
图8为固定商业制冷系统的示意性视图。
图9为现有技术的压缩机的缸的部分垂直纵向截面视图。
各图中相似的参考数字和标号指示相似的元件。
具体实施方式
图1和2示出了示例性压缩机20。 压缩机20具有壳体(壳)组件22。示例性压缩机包括电动马达24(图2)。示例性壳22具有吸入端口(入口)26和排放端口(出口)28。壳体限定多个缸30、31和32。各个缸容纳相关联的活塞34，其安装成用于至少部分地在缸内往复移动。示例性多缸构造包括：一列式；V形(V字形)；以及水平相对的。示例性一列式压缩机包括三个缸。各个缸均包括吸入位置和排放位置。例如，缸可平行地联接，以便吸入位置为由吸入端口26给送的共用/公共吸入室，而排放位置为给送排放端口28的共用/公共排放室。在其它构造中，缸可共用吸入位置/状态，但具有不同的排放位置/状态。在其它构造中，缸可为串联的。示例性的基于碳氟化合物的制冷剂为R-410A。示例性的基于二氧化碳(CO2)(例如，按质量/重量至少50%的CO2)制冷剂为R-744。
各个活塞34均通过相关联的连接杆36联接到曲轴38上。示例性曲轴38通过轴承保持在壳内，以用于围绕轴线500旋转。示例性曲轴与马达24的转子40和定子42同轴。各个活塞30-32经由相关联的肘销44联接到其相关联的连接杆36上。图3将销44示为具有中心部分46，其安装成在连接杆36的远侧端部部分50中的孔口48中旋转。示例性孔口可在连接杆的主件中套管(未示出)过盈配合。销具有安装在活塞(例如，经由过盈配合（如压配合）或经由轴接配合)的相关的收纳部分的孔口54和55中的第一端部部分52和第二端部部分53。
示例性活塞具有远侧端部面60(图3)和侧向/周向表面62。一个或多个密封环64可承载在表面62中的对应凹槽66中。缸各自具有缸壁/表面70。
图3示出了由阀板80(用于簧片阀系统)的下侧78形成的缸上端部/壁76。示例性阀板80安装到壳的缸体84的上面82上，其中垫圈86在其间用于密封。
各个缸均具有延伸穿过其上表面与下表面之间的板80的多个入口/吸入端口90和出口/排放端口92。穿过端口的流由阀控制。在该实例中，入口阀94和出口阀96两者均为簧片阀。图3还示出了吸入阀簧片100和排放阀簧片102。各个簧片均具有刚性地安装到壳上的近侧/底座端部部分(底座)104、106。各个簧片均具有远侧端部部分108、110，其可通过簧片的弯曲转移，以解锁相关联的端口，且可松弛来阻挡相关联的端口。图3还示出了限制排放阀簧片的弯曲范围的排放阀衬垫物111。
图4为阀板的下侧视图，其中仅三个吸入阀簧片100安装到其上。为了易于图示，未包括下文将看到的排放阀簧片和衬垫物。图4与示例性三缸的缸体相关联。给定压缩机上存在一个或多个此类缸体。其它数目的缸显然也可能。
图5为单独的板的对应视图。对于各个缸，存在三个吸入端口90(单独标为90A、90B和90C)，以及三个排放端口92(单独地标为92A、92B和92C)。图4将各个簧片100示为阻挡所有三个相关联的端口。簧片的底座104具有端部/边缘130。示例性底座104包括横向腹板，其具有一对孔口，孔口收纳用于使簧片与板套准的定位销132。销132延伸至板中的对应孔口，且可与簧片压配合对齐。示例性簧片具有一对臂或分支134和136，其从底座104向远侧延伸，且分别穿过相邻的排放端口之间，其中134穿过92A和92B之间，且136穿过92B和92C之间。这些分支134和136在远侧端部部分108处再连结，远侧端部部分108形成有示例性的三个叶140A、140B和140C(共同且单独为140)，其分别与吸入端口相关联。各个叶均还包括大体上圆形的主要部分，以及向远侧突出的末梢部分或凸片142。示例性叶的主要部分与彼此合并，其中叶140A和140C的主要部分分别与分支134和136和其间的叶140B合并来连结它们。
图5A还将各个阀端口示为具有外接相关联的端口的相关联的阀座150。阀座150具有边沿152，其可形成为原来的板的平的下表面的完整部分(例如，板80可从板的原料加工，板原料具有对应于最终的上表面和下表面的两个表面)。各个阀座均由环154包绕。示例性环为垂直的缓和/加工区域。示例性环为环形，其中各个环仅与相邻吸入端口的环合并。图3A将环示为具有底座表面156，且从内侧壁158(其形成座150的外壁)延伸至外侧壁160。环的深度对应于座高度HT。图3A将端口示为具有轴线540和在座处的半径RS(沿座的内表面161)。图3还将座厚度或座径向跨距示为DRS。环径向跨距看作是DRT。
图6为处于中间位置的图3的缸的视图，其中阀的压缩状态以实线示出，而膨胀/吸入状态以虚线示出。在膨胀状态下，末梢142处的吸入簧片100(位置100')的下侧抵靠缸壁中的止挡隔间212的底座210触底。环限制阀与板之间的接触(且限定座)。通过设立较窄的座，环限制了可能为油膜的接触区域。如果端口处存在宽的接触区域，则油将引起静摩擦。通过限定座，将存在围绕端口的更有限的接触区域，以及大大减少的静摩擦。环宽度有效略微超过至少远离凸片和腿部/臂的阀叶外形。这在阀开启时有助于破坏静摩擦。闭合的排放阀簧片以虚线示为102'，而开启以实线示出。
图3A和5A示出了环的外侧的缓和区域180、182。图9示出了缺少缓和区域的基准阀板。缓和区域可在基准压缩机构造的再设计中加入。此外，其可在压缩机的翻新中实施，如，通过以本阀板来替换基准阀板。最小的此类再设计或翻新可保留所有其它部件。例如，相同的簧片可用于再设计或翻新。
在示例性的图5A的图示中，存在用于各个座的一个缓和区域远侧部分180，座大体上向远侧延伸，且具有与相关联的簧片叶140A-140C的凸片142互补的外形。缓和区域180在外形中略微较宽，以便能够在凸片在从其开启状态咬合回与座接合之后过度弯曲时收纳凸片。图3A将区域180、182示为具有板下表面的完整部分190与缓和区域的底座表面192之间的深度H1。示例性H1为HT的10%到90%，更窄的是30%到70%，或40%到60%。
图3A示出了示例性间距S1，通过该间距，缓和区域比凸片更宽。示例性S1为0.25到1.0mm，更窄的是0.50到0.75mm。有利的是，S1足够大，以便在两个部分之间的失准的所有可能情况下基于制造公差来提供阀边缘与阀板之间的空隙。此外，显著的增加仅用于增大空隙体积，且非期望地减小体积效率。图3A示出了示例性间距S2，通过其，簧片在缓和区域上突出。末梢处的示例性S2将取决于末梢尺寸(继而又由期望的末梢抵靠图6中的止挡件加载来确定)。在近侧部分处的示例性S2将与缓和区域的径向跨距或其它厚度一致。末梢处的示例性峰值S可类似地经历小空隙。作为备选，此类S2可为RS的至少30%(例如，端口/座直径的15%到40%)。图3A示出了示例性间距S3，通过其，缓和区域比环更宽(延伸超过环)。示例性S3为顶点缓和区域跨距位置处的环径向跨距的至少大约75%，更具体是75%到200%(与末梢在中心对准，且在叶的近侧端部处)，更窄的是，120%到150%。缓和区域的径向跨距在远离末梢/凸片和叶的近侧区域(例如，在凸片附近，且沿外侧叶的外侧)较小或不存在。示例性缓和区域包括在其远侧的环与跨越所有三个环的单个近侧区域之间的两个尖端处隔离的部分。示例性S3为至少1.0mm，且示例性H1为0.1到0.3mm。
示例性缓和区域近侧部分182大体上在两个外侧端口的区域中具有大体上较大的外形，以便适应分支的略微过度弯曲。尽管缓和区域近侧部分示为与远侧部分180具有相同的深度，给定更邻近底座/根部，但将存在较少的过度弯曲。因此，这些缓和区域可具有小于区域180的深度。因此，存在具有略微深度变化的可能性。
缓和区域可起到若干功能中的一个或多个。它们可通过若干机构中的任何来改善阀座。首先，它们可减少或消除任何气体或润滑膜在远离座的簧片的部分上的效果，这可防止完全闭合。类似地，它们可减小任何局部捕集碎屑的效果。此外，座上的磨损和簧片上面的匹配部分否则可导致超过环的簧片的部分抵靠板的完好表面的拍打(从而减小了与座的接合力，或甚至留下间隙)。在基准压缩机中，该效果可观察到作为簧片的末梢和阀板上的磨损。该附加空隙区减少或消除这些。此外，阀板和吸入阀平面的效果，以及可由于压差出现的任何偏转都可减小。例如，图3A示出了由缓和区域部分地容纳的簧片(通过虚线上表面198'')。示例性容纳可代表总体凹入在座处的磨损和末梢142处的略微弯曲的组合，从而在末梢处提供了略微更深的容纳。
图7示出了包括压缩机20的示例性制冷系统220。系统220包括吸入端口26处的系统吸入位置/状态250。制冷主流动通路252从吸入位置/状态250向下游行进穿过并联的压缩机缸，以从排放端口28处的排放位置/状态254排放。主流动通路252向下游行进穿过第一热交换器(气体冷却器/冷凝器)256的入口来离开气体冷却器/冷凝器的出口。主流动通路252然后向下游行进穿过膨胀装置262。主流动通路252然后向下游行进穿过第二热交换器(蒸发器)264，以返回吸入状态/位置250。
在正常操作状态中，制冷剂的再循环流沿主流动通路252穿过，在缸中压缩。压缩的制冷剂在气体冷却器/冷凝器256中冷却，在膨胀装置262中膨胀，且然后在蒸发器264中加热。在示例性实施方式中，气体冷却器/冷凝器256和蒸发器264为具有相关联的风扇(270;272)强制空气流(274;276)的制冷剂空气热交换器。蒸发器264可在制冷空间中，或其空气流可穿过制冷空间。类似地，气体冷却器/冷凝器256或其空气流可在制冷空间外。
附加的系统部件和其它系统变型为可能的(例如，多区/蒸发器构造、节省构造等)。示例性系统包括制冷运输单元和固定商业制冷系统。
示例性固定商业制冷系统350(图8)包括一个或多个中心压缩机20和排热热交换器256(例如，以支架安装在建筑物355外侧/在建筑物355上)，其通常用于多个制冷空间356(例如，建筑物中的零售陈列柜358的多个制冷空间)。各个此类制冷空间可具有其自身的热吸收热交换器264'和膨胀装置262'(或可存在公共膨胀装置)。其它以支架安装的情形包括建筑物加热、通风和空气调节(HVAC)。
压缩机可通过其它常规制造技术来制造。活塞和缸体可为铸件，且加工为其它部件。阀板可由板原料加工。簧片可从板原料切割。
尽管上文详细描述了实施例，但此描述并不旨在限制本公开内容的范围。将理解的是，可制作出各种改型，而不会脱离本公开内容的精神和范围。例如，当在现有压缩机构造的再设计中实施时，现有构造的细节可影响或支配任何特定实施方式的细节。因此，其它实施例在以下权利要求的范围内。

Claims (21)

1. 一种用于簧片阀(94)的压缩机阀板(80)，所述板包括：
用于安装簧片(100)的底座部分(104)的安装表面部分；
端口(90)；
包绕所述端口的座(150)；
包绕所述座的环(154)；
深度小于所述环且在所述环的近侧(182)和远侧(180)延伸的缓和区域(180、182)。
2. 根据权利要求1所述的板，其中：
存在多个所述端口，其环邻接。
3. 根据权利要求1所述的板，其中：
所述缓和区域具有至少大约1.0mm的跨距。
4. 根据权利要求1所述的板，其中：
所述缓和区域具有大约0.1到0.3mm的深度。
5. 根据权利要求1所述的板，其中：
所述缓和区域具有环深度的大约40%到60%的深度。
6. 一种压缩机阀组件，包括：
权利要求1所述的板；以及
簧片(100)，其具有：
安装到所述安装表面部分上的底座(104)；以及
在所述环的远侧的缓和区域上的末梢(142)。
7. 根据权利要求6所述的压缩机阀组件，其中：
存在多个所述端口，其环邻接。
8. 根据权利要求7所述的压缩机阀组件，其中：
所述簧片为安装成控制穿过多个所述端口的流的单个簧片。
9. 根据权利要求6所述的压缩机阀组件，其中：
所述末梢突出超过所述缓和区域至少大约1.0mm。
10. 根据权利要求6所述的压缩机阀组件，其中：
所述末梢在所述缓和区域上突出所述端口的最大横向尺寸的至少大约15%。
11. 根据权利要求6所述的压缩机阀组件，其中：
所述末梢在所述缓和区域上突出环径向跨距的至少大约75%。
12. 一种压缩机(20)，包括：
具有至少一个缸(30-32)和权利要求6所述的阀组件的壳(22)；
曲轴(38)；以及
对于各个所述缸：
安装成至少部分地在所述缸内往复移动的活塞(34)；
将所述活塞联接到所述曲轴上的连接杆(36)；以及
将所述连接杆联接到所述活塞上的销(44)，所述销具有：安装在所述活塞的第一收纳部分(56)和所述第二收纳部分(57)中的第一端部部分(52)和第二端部部分(53)；以及接合所述连接杆的中心部分(48)。
13. 根据权利要求12所述的压缩机，还包括：
联接到所述曲轴上的所述壳内的电动马达(24)。
14. 根据权利要求12所述的压缩机，其中：
所述阀为吸入阀。
15. 根据权利要求12所述的压缩机，其中：
存在多个所述端口，其环邻接。
16. 根据权利要求15所述的压缩机，其中：
所述簧片为安装成控制穿过多个所述端口的流的单个簧片。
17. 一种使用权利要求12所述的压缩机的方法，包括：
运行所述压缩机，以便所述簧片的闭合引起所述簧片至少部分地容纳在所述缓和区域中。
18. 一种制造权利要求12所述的压缩机的方法，所述方法包括以下至少一者：
以所述阀板替换缺少所述缓和区域的现有的阀板；或
再设计缺少所述缓和区域的现有的阀板的构造且制造具有所述缓和区域的所述阀板(80)。
19. 一种系统(120;250)，包括：
权利要求12所述的压缩机(20)；
穿过所述压缩机的制冷剂再循环流动通路(152)；
沿所述压缩机下游的流动通路的第一热交换器(156)；
沿所述第一热交换器下游的流动通路的膨胀装置(162;162')；以及
沿所述膨胀装置下游的所述流动通路的第二热交换器(164;164')。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中：
制冷剂装料包括按重量至少大约50%的二氧化碳或碳氟化合物。
21. 根据权利要求19所述的系统，其中，所述系统为固定制冷系统，其还包括：
多个制冷空间(256)；以及
多个所述第二热交换器(164')，各个定位成冷却相关联的所述制冷空间。
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