CN105829724B - 包括可变容积指数阀的压缩机 - Google Patents

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Abstract

本文提供一种压缩机，其包括外壳，所述外壳具有抽吸入口和排放出口。所述外壳内的压缩机构被配置来在所述抽吸入口处接收蒸气并且向所述排放出口提供压缩机蒸气。容积指数阀布置在所述排放出口附近。所述容积指数阀包括活塞，所述活塞定位在中空腔室内并且被配置成在关闭位置与打开位置之间移动以便提供从所述压缩机构的中间部分到所述排放出口的旁通流动路径。所述活塞被配置成响应于所述压缩机内的所述蒸气的操作压力而在所述腔室内自动地移动。

Description

包括可变容积指数阀的压缩机
相关申请的交叉引用
本申请主张2013年12月19日提交的美国临时专利申请第61/918,003号的权益，所述临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
发明背景
本发明一般而言涉及压缩机，并且更详细而言涉及一种用于改变压缩机的容积指数的阀。
螺杆压缩机通常用于空气调节和制冷应用中。在此类压缩机中，互相啮合的阳性叶状转子和阴性叶状转子或螺杆围绕它们的轴线旋转，以便将工作流体(如制冷剂)从低压入口末端抽送至高压出口末端。具有构建到外壳中的固定入口通口和排放通口的螺杆压缩机被优化来实现一组特定的抽吸和排放条件以及压力。然而，压缩机连接在其内的系统很少在恒定条件下运作，尤其是在空气调节应用中。夜间、白天和季节温度可能影响系统的容积比以及压缩机运作的效率。容积比或容积指数Vi是抽吸通口关闭时压缩机内部的蒸气体积与排放通口打开时压缩机内部的蒸气体积的比率。螺杆压缩机、涡旋压缩机和其他类似机器一般具有基于压缩机几何结构的固定容积指数。
在负载变化的系统中，冷凝器中所阻隔的热量会出现波动，从而引起高侧压力上升或下降，并且导致容积指数不同于压缩机的固定容积指数。为了提高效率，压缩机内部的压力应当大体上等于来自压缩机的排放管路中的压力。如果内部压力超过排放压力，那么便会发生气体的过度压缩，而如果内部压力过低，那么便会发生回流，二者都会导致系统损耗。因此，压缩机的容积指数应当变化，以便在不一致的操作条件下使压缩机的效率最大化。
发明简述
根据本发明的一个方面，提供一种压缩机，其包括外壳，所述外壳具有抽吸入口和排放出口。外壳内的压缩机构被配置来在抽吸入口处接收蒸气并且向排放出口提供压缩机蒸气。容积指数阀布置在排放出口附近。容积指数阀包括活塞，所述活塞定位在中空腔室内并且被配置成在关闭位置与打开位置之间移动，以便提供从压缩机构的中间部分到排放出口的旁通流动路径。活塞被配置成响应于压缩机内的蒸气的操作压力而在所述腔室内自动地移动。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，中空腔室包括形成为一体的、具有第一横截面积的第一部分和具有第二横截面面积的第二部分，所述第二横截面面积大于所述第一横截面积。第一部分邻近压缩机构来定位，并且第二部分邻近外壳来定位。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，安装至外壳的盖罩与中空腔室的第二部分的一端重叠。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，所述活塞包括第一区部和第二区部。第一区部布置在中空腔室的第一部分内，并且具有与所述第一部分互补的横截面面积。第二区部布置在中空腔室的第二部分内，并且具有与所述第二部分实质上互补的横截面面积。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，所述活塞另外包括通孔，所述通孔被配置来将作用在活塞的自由末端上的排放压力传送至所述腔室中处于盖罩与活塞的第二相反末端之间的部分中。柔性机构布置在邻近于通孔的空腔内。所述柔性机构被配置成在第一位置与第二位置之间变换以便控制穿过通孔的排放压力的流动。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，柔性机构是双金属盘，所述双金属盘被配置成响应于邻近温度而在第一位置与第二位置之间变换。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，当柔性机构处于第一位置中时，所述腔室中处于盖罩与活塞的第二末端之间的部分中的排放压力在活塞的第二末端上产生力，从而使得活塞处于关闭位置中。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，所述压缩机还包括抽吸通道，所述抽吸通道被配置来在所述腔室中处于盖罩与活塞的第二末端之间的部分与抽吸入口之间提供压力连通。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，排出孔延伸穿过活塞的第二区部，并且抽吸孔从抽吸入口的邻近处延伸至所述腔室的一部分。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，当柔性机构处于第二位置中时，所述腔室中处于盖罩与活塞的第二末端之间的部分中的排放压力借助抽吸通道而排出，从而使得排放压力在活塞的自由末端上所产生的力将活塞移动至打开位置。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，所述盖罩包括至少一个凸缘，所述凸缘延伸到所述腔室的第二部分中以便限定所述腔室的第三部分，所述第三部分具有小于所述腔室的第二部分的横截面面积但大于所述腔室的第一部分的横截面面积的横截面面积。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，所述活塞还包括与第二区部形成为一体的第三区部，所述第三区部大体上布置在所述腔室的第三部分内并且与所述第三部分具有大体上相等的横截面面积。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，所述活塞还包括通孔，所述通孔被配置来将作用在活塞的自由末端上的排放压力传送至所述腔室中处于盖罩与活塞的第二相反末端之间的部分中。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，抽吸压力孔从所述抽吸入口延伸至所述腔室的第二部分。抽吸压力孔被配置来在活塞的第二区部的第一暴露表面上施加抽吸压力。中间压力孔从压缩机构的中心部分延伸至所述腔室的第二部分。中间压力孔被配置来在活塞的第二区部的第二暴露表面上施加中间压力。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，所述第一暴露表面具有大体上等于所述活塞的第二区部的横截面面积与所述活塞的第三区部的横截面面积的差值的第一表面面积，并且所述第二暴露表面具有大体上等于所述活塞的第二区部的横截面面积与所述活塞的第一区部的横截面面积的差值的第二表面面积。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，当排放压力实质上大于抽吸压力时，所述活塞便处于关闭位置中。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，当排放压力和抽吸压力略微不同时，所述活塞便处于打开位置中。
这些和其他优点以及特征将从以下结合附图进行的描述中变得更加显而易见。
附图简述
在本说明书所附的权利要求书中具体指出并明确主张被视为本发明的主题。本发明的前述和其他特征以及优点从以下结合附图进行的详细描述中是显而易见的，在附图中：
图1是螺杆压缩机的简化横截面图，其展示排放末端以及通向排放管路的连接；
图2是根据本发明的一个实施方案的、图1的压缩机的一部分的透视横截面图；
图3是根据本发明的一个实施方案的螺杆压缩机的关闭容积指数阀的横截面图；
图4是根据本发明的一个实施方案的螺杆压缩机的打开容积指数阀的横截面图；
图5是根据本发明的一个实施方案的、作用在容积指数阀的活塞上的力的示意图；
图6是根据本发明的一个实施方案的关闭容积指数阀的透视横截面图；
图7是根据本发明的另一个实施方案的关闭容积指数阀的透视横截面图；以及
图8是根据本发明的一个实施方案的打开容积指数阀的透视横截面图。
发明详述
现在参考图1，其更详细地示出通常用于空调系统中的螺杆压缩机20的示例。螺杆压缩机20包括外壳组件32，所述外壳组件32含有马达34和两个或更多个互相啮合的螺杆转子36、38，所述螺杆转子36、38具有相应的中心纵向轴线A和B。在示例性实施方案中，转子36具有在第一末端42与第二末端端44之间延伸的阳性叶状体40。阳性叶状体40与另一个转子38的阴性叶状体46啮合。转子38的阴性叶状体46具有第一末端48和第二末端50。每个转子36、38中包括从关联工作部分40、46的第一和第二末端42、44、48、50延伸的轴杆部分52、54、56、58。轴杆部分52和56通过一个或多个入口轴承60安装至外壳32，并且轴杆部分54和58通过一个或多个出口轴承62安装至外壳32，以便围绕关联转子轴线A、B进行旋转。
在示例性实施方案中，马达34和转子36的轴杆部分52可被耦接而使得马达34将所述转子36围绕其轴线A进行驱动。当在操作性第一方向上如此驱动时，转子36在相反的第二方向上驱动另一个转子38。示例性外壳组件32包括转子外壳64，所述转子外壳64具有基本上与转子第二末端44和50共面的上游/入口端面66和下游/排放端面68。尽管本文示出和描述特定的压缩机类型和配置，但是例如像具有三个转子的其他压缩机也处于本发明的范围内。
示例性外壳组件32还包括马达/入口外壳70，所述马达/入口外壳70具有处于上游末端的压缩机入口/抽吸通口72并且具有(例如，通过穿过两个外壳块的螺栓)安装到转子外壳上游面66上的下游面74。组件32还包括出口/排放外壳76，所述出口/排放外壳76具有安装到转子外壳下游面68上的上游面78并且具有出口/排放通口80。示例性转子外壳64、马达/入口外壳70和出口外壳76可各自形成为经受进一步精加工的铸件。制冷剂蒸气在抽吸压力PS下进入至入口或抽吸通口72中并且在排放压力PD下退出压缩机20的排放通口80。在所述两个或更多个转子36、38的压缩机构内处于入口通口72与排放通口80之间的制冷剂蒸气具有中间压力PI。
现在参考图2至图8，容积指数阀100邻近于转子36、38的排放末端44、50而定位在转子外壳64内。容积指数阀为蒸气提供从转子36、38的中间点到排放通口80的流动路径，从而绕过压缩的最后部分。阀100响应于压缩机20内的制冷剂蒸气的操作压力而在关闭位置与打开位置之间自动地移动，以便控制旁通流动并且因此控制压缩机20的容积指数。
容积指数阀100包括可滑动地布置在形成于外壳组件32内的中空腔室110内的活塞130。中空腔室110经过定位从而使得第一末端112靠近第二转子末端44、50与排放通口80之间的接面。在一个实施方案中，端盖或盖罩120在腔室110的第二末端114上延伸。盖罩120可以利用例如像紧固件122而可移除地安装至外壳32的外部，以便为使用容积指数阀100提供便利。腔室110具有不一致的横截面，从而使得腔室110中从第一末端112延伸的第一部分116比腔室110中邻近于外壳组件32的第二部分118具有更小的横截面面积。在图3所示的一个实施方案中，盖罩120包括延伸到腔室110中第二末端114的邻近处的至少一个凸缘124。结果，凸缘124限定腔室110中直接邻近于第二末端114的第三部分126，所述第三部分126具有小于腔110的第二部分118但大于第一部分116的横截面面积。
在图2至图4示出的实施方案中，活塞包括第一区部132，所述第一区部132靠近转子末端44、50而布置在中空腔室110的第一部分116内。活塞130的第一区部132具有与腔室110的第一部分116的横截面面积大体上相等的横截面面积。在示出的非限制性实施方案中，活塞130的第一区部132的自由末端133是锯齿状的且不平坦的。与第一区部132的一端形成为一体的、活塞130的第二区部134布置在室110的第二部分118内并且被配置来接触腔室110的壁128。第二区部134具有与腔室110的第二部分118的横截面面积大体上相等的横截面面积。与第二区部134的一端形成为一体的第三区部136至少部分地布置在腔室110的第三部分126内。第三区部136具有与腔室110的第三部分126的横截面面积大体上互补的横截面面积。第三区部136的横截面面积大体上大于第一区部132的横截面面积并且小于第二区部134的横截面面积。
通孔150从自由末端133延伸至活塞130的相反末端140。作用在活塞130的不平整自由末端133上的排放压力PD经由通孔150而递送至腔室110的第二末端114。排放压力PD向活塞130的第一末端133施加力F1，所述力F1等于排放压力PD乘以活塞130的第一区部132的横截面面积。排放压力PD充填腔室110中处于盖罩120与活塞130之间的部分并且向活塞130的相反末端140施加力F2，所述力F2等于排放压力PD乘以活塞130的第三区部136的横截面面积。
形成于外壳32中的抽吸压力孔152从压缩机20的入口通口72延伸至腔室110的第二部分118。抽吸压力PS向活塞130的第二区部134的暴露表面142施加力F3。力F3等于抽吸压力PS乘以暴露表面142的表面面积。暴露表面142的表面面积实质上等于活塞130的第二区部134的横截面面积与第三区部136的横截面面积之间的差值。类似地，中间压力孔154从转子36、38的中心部分的邻近处延伸穿过外壳32而到达腔室110的第二部分118。来自中间压力孔154的压力PI施加至活塞130的第二区部134的相反暴露表面144。中间压力PI产生的力F4等于中间压力PI乘以暴露表面144的表面面积。暴露表面144具有实质上等于第一区部132的横截面面积与第二区部134的横截面面积之间的差值的表面面积。其上施加中间压力PI的暴露表面144大体上比其上施加抽吸压力PS的暴露表面142具有更大的面积。
活塞130被配置成基于压缩机20的操作压力条件而在腔室110内、在关闭位置(图3)和打开位置(图4)之间滑动。当活塞130处于关闭位置中时，第二区部134的表面144接触壁128，并且第三区部136与盖罩120间隔某一距离。当活塞130处于打开位置中时，活塞130的第二区部134与壁128间隔开，并且活塞130的第三区部136大体上邻近于盖罩120。当排放压力PD在第三区部136上的力F2与抽吸压力PS在第二区部134的暴露表面142上的力F3的组合大于排放压力PD在第一区部132上的力F1与中间压力PI在第二区部134的相反暴露表面144上的力F4的组合时，活塞130便大体上处于关闭位置中。如果排放压力PD在第一区部132上的力F1与中间压力PI在第二区部134的相反暴露表面144上的力F4的组合超过排放压力PD在第三区部136上的力F2与抽吸压力PS在第二区部134的暴露表面142上的力F3的组合，那么活塞130便将移动至打开位置并且允许蒸气直接流动至排放通口80。
一般来说，当排放压力PD实质上大于抽吸压力PS时，例如像在周围温度变暖时，活塞130便将处于关闭位置中。类似地，当排放压力PD略微不同于抽吸压力PS时，例如像在周围温度变冷时，活塞130便将处于打开位置中。
现在参考图6至图8，其示出另一个活塞230，所述活塞230被配置成在中空腔室110内、在关闭位置与打开位置之间移动。所述活塞包括布置在中空腔室110的第一部分116内的第一区部232，以及从第一区部延伸至中空腔室110的第二部分118中的第二区部234。活塞230的第二区部234大体上比第一区部232具有更大的横截面面积。在示出的非限制性实施方案中，活塞230的第一区部232的自由末端233是锯齿状的且不平坦的。在关闭位置中，第二区部234的表面244接触腔室110的壁128，而在打开位置中，表面244与壁128间隔某一距离。
通孔250从自由末端233延伸至活塞230的相反末端240。包括柔性机构254的空腔252可以如图6所示邻近于自由末端233或者如图7所示邻近于相反末端240而形成在活塞230中。可以形成抽吸通道以便在压缩机20的入口通口72到所述腔室的第二部分118之间提供压力连通。在图6至图8示出的实施方案中，抽吸通道是由形成在活塞230的第二区部234中的排出孔256和形成在外壳32中的抽吸压力孔258组成，其中所述排出孔256从末端240延伸至第二区部234的表面244，而所述抽吸压力孔258从压缩机20的入口通口72延伸至腔室110的第二部分118。
在示出的非限制性实施方案中，柔性机构254是双金属盘，其被配置成响应于温度变化而在第一凹形位置(图6)与第二凸形位置(图8)之间弯曲。柔性机构254用来控制通向腔室110中处于活塞230的第二区部234与盖罩120之间的部分的排放压力PD的流动。当邻近于第二转子末端44、50的排放蒸气具有较高温度时，柔性机构254便弯曲至第一凹形位置，从而允许排放压力PD流动穿过通孔250并且进入到腔室110中。排放压力PD在腔室110内的逐渐积聚会向活塞230的第二末端240施加力，从而使得活塞230保持在关闭位置中。当第二转子末端44、50处的排放蒸气具有较低温度时，柔性机构254便弯曲至第二凸形位置，从而阻挡排放压力流动到腔室110中。排放压力PD将流动穿过排出孔256，并且将经由抽吸压力孔258来释放压力而均衡腔室110中的压力。结果，活塞230的自由末端233处的排放压力PD将致使活塞230相对于腔室110而滑动至打开位置。
一般来说，当排放压力PD实质上大于抽吸压力PS时，邻近于第二转子末端44、50的排放蒸气便具有较高温度。因此，活塞230将处于关闭位置中。类似地，当排放压力PD略微不同于抽吸压力PS时，邻近于第二转子末端44、50的排放蒸气便具有较低温度，这将致使活塞230处于打开位置中。
虽然仅结合有限数量的实施方案对本发明进行了详细描述，但应轻易理解的是，本发明不限于此类所公开的实施方案。相反，本发明可进行修改以便并入上文未描述但与本发明精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替代或等效布置。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但应理解的是，本发明的方面可仅包括所述实施方案中的一些。因此，本发明不应认为是受限于前面的描述，而是仅受限于所附权利要求书的范围。

Claims (12)

1.一种压缩机，其包括：
外壳，其包括抽吸入口和排放出口；
压缩机构，其被配置来在所述抽吸入口处接收蒸气并且向所述排放出口提供压缩蒸气；
容积指数阀，其布置在所述排放出口附近，所述容积指数阀包括活塞，所述活塞定位在中空腔室内并且被配置成在关闭位置与打开位置之间移动以便提供从所述压缩机构的中间部分到所述排放出口的旁通流动路径，其中所述活塞被配置成响应于所述压缩机内的蒸气的操作压力而在所述中空腔室内自动地移动，
其中所述中空腔室包括形成为一体的、具有第一横截面面积的第一部分和具有第二横截面面积的第二部分，所述第二横截面面积大于所述第一横截面面积，其中所述第一部分邻近于所述压缩机构来定位，并且所述第二部分邻近于所述外壳，且
其中安装至所述外壳的盖罩与所述中空腔室的所述第二部分的一端重叠，且
其中所述活塞包括：第一区部，其布置在所述中空腔室的所述第一部分内并且具有与所述第一部分互补的横截面面积；以及第二区部，其布置在所述中空腔室的所述第二部分内并且具有与所述第二部分实质上互补的横截面面积，且
其中所述盖罩包括至少一个凸缘，所述至少一个凸缘延伸到所述中空腔室的所述第二部分中以便限定所述中空腔室的第三部分，所述第三部分具有小于所述中空腔室的所述第二部分的所述第二横截面面积但大于所述中空腔室的所述第一部分的所述第一横截面面积的横截面面积；且
其中所述活塞还包括与所述第二区部形成为一体的第三区部，所述第三区部大体上布置在所述中空腔室的所述第三部分内并且具有大体上与所述第三部分相等的横截面面积。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其中所述活塞还包括：
通孔，其被配置来将作用在所述活塞的自由末端上的排放压力传送至所述中空腔室的、处于所述盖罩与所述活塞的相反的第二末端之间的部分中；以及
柔性机构，其布置在邻近于所述通孔的空腔内，所述柔性机构被配置成在第一位置与第二位置之间变换以便控制穿过所述通孔的排放压力的流动。
3.根据权利要求2所述的压缩机，其中所述柔性机构是双金属盘，其被配置成响应于邻近温度而在第一位置和第二位置之间变换。
4.根据权利要求2所述的压缩机，其中，当所述柔性机构处于所述第一位置中时，所述中空腔室的、处于所述盖罩和所述活塞的所述相反的第二末端之间的所述部分中的排放压力在所述活塞的所述相反的第二末端上产生力，从而使得所述活塞处于所述关闭位置中。
5.根据权利要求4所述的压缩机，其中所述压缩机还包括抽吸通道，所述抽吸通道被配置来在所述中空腔室的、处于所述盖罩与所述活塞的所述相反的第二末端之间的所述部分与所述抽吸入口之间提供压力连通。
6.根据权利要求5所述的压缩机，其中所述抽吸通道包括：
排出孔，其延伸穿过所述活塞的所述第二区部；以及
抽吸孔，其从所述抽吸入口的邻近处延伸至所述中空腔室的一部分。
7.根据权利要求5所述的压缩机，其中，当所述柔性机构处于所述第二位置中时，所述中空腔室的、处于所述盖罩与所述活塞的所述相反的第二末端之间的所述部分中的所述排放压力便借助所述抽吸通道而排出，从而使得所述排放压力在所述活塞的所述自由末端上产生的力将所述活塞移动至所述打开位置。
8.根据权利要求1所述的压缩机，其中所述活塞还包括通孔，所述通孔被配置来将作用在所述活塞的自由末端上的排放压力传送至所述中空腔室的、处于所述盖罩与所述活塞的相反的第二末端之间的部分中。
9.根据权利要求8所述的压缩机，其还包括：
抽吸压力孔，其从所述抽吸入口延伸至所述中空腔室的所述第二部分，所述抽吸压力孔被配置来在所述活塞的所述第二区部的第一暴露表面上施加抽吸压力；以及
中间压力孔，其从所述压缩机构的中心部分延伸至所述中空腔室的所述第二部分，所述中间压力孔被配置来在所述活塞的所述第二区部的第二暴露表面上施加中间压力。
10.根据权利要求9所述的压缩机，其中所述第一暴露表面具有大体上等于所述活塞的所述第二区部的所述第二横截面面积与所述活塞的所述第三区部的横截面面积的差值的第一表面面积，并且所述第二暴露表面具有大体上等于所述活塞的所述第二区部的所述第二横截面面积与所述活塞的所述第一区部的所述第一横截面面积的差值的第二表面面积。
11.根据权利要求10所述的压缩机，其中，当所述排放压力实质上大于所述抽吸压力时，所述活塞便处于关闭位置中。
12.根据权利要求10所述的压缩机，其中，当所述排放压力和所述抽吸压力略微不同时，所述活塞便处于打开位置中。
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