CN106232991B - 螺旋式压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种压缩机(22)包括外壳(50)，所述外壳(50)具有第一端口(26)和第二端口(28)。凸形转子(52)具有工作部分(64)，所述工作部分(64)具有计数(NM)的多个叶片(110)；以及至少第一轴部(62)，所述至少第一轴部(62)突出超过所述凸形转子工作部分的第一端(68)并且安装用于围绕第一轴线(500)旋转。凹形转子(54)具有工作部分(66)，所述工作部分(66)具有计数(NF)的多个叶片(112)并且安装用于围绕第二轴线(502)旋转，以便与所述凸形转子工作部分啮合。电动机(56)位于所述外壳内，并且具有定子(58)和安装到所述第一轴部的转子(60)。所述压缩机不具有另外的压缩机转子。所述凸形转子的所述叶片数小于所述凹形转子的所述叶片数。组合的叶片数(NM+NF)至少为十五。

Description

螺旋式压缩机
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年6月2日提交的并且题为“螺旋式压缩机(Screw Compressor)”的美国专利申请序列号62/006,487的权益，正如详细阐述的，所述美国专利申请的公开内容以引用的方式全部并入本文中。
背景
本公开涉及螺旋式压缩机。更具体地说，本公开涉及双转子封闭或半封闭压缩机。
美国专利号7,163,387('387专利)公开了双转子压缩机转子叶片几何结构。所示出的压缩机具有五叶凸形转子和六叶凹形转子。其他已知的非对称双转子压缩机具有五叶凸形转子和七叶凹形转子，或六叶凸形转子和七叶凹形转子。
概述
本公开的一方面涉及压缩机，所述压缩机包括具有第一端口和第二端口的外壳。凸形转子具有凸形转子工作部分，所述凸形转子工作部分具有计数的多个叶片；以及至少第一轴部，所述至少第一轴部突出超过凸形转子工作部分的第一端并且安装用于围绕第一轴线旋转。凹形转子具有凹形转子工作部分，所述凹形转子工作部分具有计数(NF)的多个叶片并且安装用于围绕第二轴线旋转，以便与凸形转子工作部分啮合。电动机位于外壳内并且具有定子和安装到第一轴部的转子。凸形转子的叶片数小于凹形转子的叶片数。组合的叶片数(NM+NF)至少为十五。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，压缩机不具有另外的压缩机转子。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，组合的叶片数(NM+NF)为十五至二十一。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，凸形转子的叶片数(NM)和凹形转子的叶片数(NF)彼此相差不超过一个。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，凸形转子的叶片数(NM)比凹形转子的叶片数(NF)少一个。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，以下各项中的一项：凸形转子的叶片数是七并且凹形转子的叶片数是八；凸形转子的叶片数是八并且凹形转子的叶片数是九；凸形转子的叶片数是九并且凹形转子的叶片数是十；以及凸形转子的叶片数是十并且凹形转子的叶片数是十一。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，以下各项中的一项或两项：凹形转子的叶片的叶顶叶根比率不超过1.50:1以及凸形转子的叶片的叶顶叶根比率不超过1.42:1。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，以下各项中的一项或两项：凹形转子的叶片的叶顶叶根比率是1.30:1至1.50:1以及凸形转子的叶片的叶顶叶根比率是1.36:1至1.42:1。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，凸形转子的叶片数是七并且凹形转子的叶片数是八，凹形转子的叶片的叶顶叶根比率是1.49:1至1.50:1并且凸形转子的叶片的叶顶叶根比率是1.41:1至1.42:1。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，满负载体积指数是1.7-4.0。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，第一轴部从位于第一轴部与凸形转子工作部分之间的轴承悬伸出。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，用于使用所述压缩机的方法包括以至少90Hz的速度使所述压缩机运行。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中：所述压缩机的运行压缩制冷剂；将压缩的制冷剂传送至排热热交换器以便进行冷却；将冷却的制冷剂传送至膨胀装置以便进行膨胀和进一步的冷却；将膨胀和进一步冷却的制冷剂传送至吸热热交换器以便吸收热量并且进行加热；以及将加热的制冷剂传送回所述压缩机。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述压缩机的运行包括在1.7-4.0的满负载体积指数下，以及任选地在无负载下运转。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，蒸气压缩系统包括：压缩机；排热热交换器；膨胀装置；吸热热交换器；以及制冷剂流动路径，所述制冷剂流动路径顺序地通过所述压缩机、所述排热热交换器、所述膨胀装置和所述吸热热交换器并且返回至所述压缩机。
一个或多个实施方案的细节在附图和以下描述中进行阐述。其他特征、目标和优点从描述和附图以及权利要求书中将是显而易见的。
附图简述
图1是双转子螺旋式压缩机的轴向剖面图。
图2是蒸气压缩系统的示意图。
图3是图1的压缩机的转子的单独的入口端视图。
各个附图中的相同参考数字和标号指示相同元件。
详细描述
图2示出蒸气压缩系统20，所述蒸气压缩系统20沿再循环制冷流动路径24具有压缩机22。出于说明性目的，示例性系统20是最基本的系统。许多变型是已知的或者有待开发。压缩机22沿流动路径20具有吸入端口(入口)26和排放端口(出口)28。在正常操作模式下，通过吸入端口26吸入的制冷剂被压缩并且在高压下从排放端口28排出，以沿流动路径24向下游前进并且最终返回至吸入端口。沿流动路径24从上游到下游依次是：热交换器30(在正常模式下是排热热交换器)；膨胀装置32(例如，电子膨胀阀(EXV)或热膨胀阀(TXV))；以及热交换器34(在正常模式下是吸热热交换器)。根据所涉及的特定任务，所述交换器可为制冷剂-空气热交换器、制冷剂-水热交换器或其他变型。
图1将压缩机20示出为容积式压缩机，也就是具有外壳组件(外壳)50的双转子螺旋式压缩机。所述压缩机具有在下文进一步详细论述的一对转子52、54。示例性压缩机是半封闭式压缩机，其中电动机56位于外壳组件内并且暴露于在吸入端口26与排放端口28之间流动的制冷剂。示例性电机包括固定地安装在外壳内的定子58和安装到第一转子52的轴部62的转子60。
转子52、54中的每一个具有从第一端68、70延伸至第二端72、74的叶状工作部分或区段64、66。所述转子包括从第一端突出的轴部80、82和从第二端突出的轴部84、86。所述轴部可安装到轴承90、92、94和96。所述轴承支撑相应转子以便围绕彼此平行的相应轴线500、502(图3)旋转。示例性轴部62位于轴部80的远端并且延伸至端部100。示例性轴部62缺乏任何另外的轴承支撑，以使得电动机转子60保持从轴承90悬伸出。
相应的转子工作部分64、66具有彼此啮合的叶片110、112。转子叶片与接收相应转子的外壳孔114、116组合，以形成压缩囊室。在操作中，压缩囊室在吸入增压室120处和排放增压室122处顺序地打开和关闭。这种打开/关闭动作用来通过入口26吸入流体，使其随后流至吸入增压室，随后压缩所述流体并将所述流体排放到排放增压室中，以便进而传送到出口。通过吸入端口26吸入的流体可通过/绕过电机，以便在到达吸入增压室之前使电机冷却。
在操作中，电机直接驱动凸形转子。与凸形转子叶片和凹形转子叶片的相互作用进而驱动凹形转子的旋转。对于利用R134A制冷剂的示例性空气冷却压缩机，示例性的基本满负载压缩机体积指数是3.35或2.7，更广泛地是1.7至4.0，或2.0至4.0，或2.5至3.5。对于可变容量压缩机，一个或多个无负载和/或体积指数(VI)阀可用于将压缩减少至这类基本满负载值以下。示例性电机是感应电机。示例性感应电机是两极电机。
位于排放增压室处的压缩囊室的开口产生脉动。转子定子的悬伸性质使得其对由排放脉动诱发的共振特别敏感。这可限制转子的频率范围(速度)。为了减轻这种影响，图3中提出和公开独特的叶片构型。在这种构型中，凸形转子52在方向510上围绕其轴线500旋转，以便进而在相反方向512上围绕凹形转子54的轴线502驱动所述凹形转子54。相对于上述'387专利的实施方案，这种示出的构型在凸形转子上具有七个叶片110并且在凹形转子上具有八个叶片112。
相应的凸形叶片和凹形叶片中的每一个具有叶顶130、132和叶根134、136。图3示出叶顶直径和以及叶根直径和图3还示出内部轴线间距S。图3还示出节圆直径和这些直径被限定为发生纯粹滚动的假想直径。
实施例1
在转子尺寸的一个实例中，尺寸如下：
在示例性转子中，凸形转子的叶顶叶根比率是1.415并且凹形转子的叶顶叶根比率是1.492。与具有五叶凸形转子和六叶凹形转子的假想基准压缩机(baselinecompressor)相比，每个转子两个叶片的示例性增加可具有若干优点中的一个或多个优点。首先，这可用于减少在每个压缩囊室中压缩的制冷剂的量。由此，每排放脉冲的质量流得以减小并且排放脉冲的幅值得以减小。这可减少声音和对其他系统部件的振动的刺激。
其次，相对低的叶顶叶根比率可改变转子的共振特性。较薄的叶片可增加转子动态极限。更具体地说，转子可为相对刚性的并且可增加共振频率。在给定的叶顶直径下，更低的叶顶叶根比率意味着转子的更大的叶根直径和更刚性的叶状工作部分。即使从工作部分64；66突出的轴承接合的轴部80、84；82、86的直径保持不变(相对于基准)，工作部分的增加的刚度也增加总体刚度。这与凸形转子特别相关，其中电机定子悬伸在转子轴部62上。电机转子和轴部62的共振偏移可损坏压缩机。呈现出另外的复杂性的一种解决方案将是在轴部62的端部处添加轴承。
这也可允许增加压缩机速度。例如，基准压缩机可保持在90Hz以下，以便限制声音和/或限制电机转子的振动。由于上文提及的两种机制，更高的叶片数可允许更高的速度操作。示例性速度是90Hz至150Hz，更具体地，示例性值是90Hz至120Hz，或95Hz至120Hz，或95Hz至110Hz，或100Hz至120Hz。
更广泛地说，示例性凸形转子叶顶叶根比率不超过1.44:1、1.43:1或1.42:1，并且示例性凹形转子叶顶叶根比率不超过1.55:1或1.50:1。这些比率两者都可为至少1.1:1或1.2:1。更具体地说，示例性凸形转子叶顶叶根比率是1.36:1至1.42:1或1.41:1至1.42:1，并且示例性凹形转子叶顶叶根比率是1.30:1至1.50:1或1.49:1至1.50:1。
更广泛地说，示例性组合的叶片数是十五至二十一或十五至十八。这提供了振动益处同时维持足够的容量。
图1进一步示出控制器200。控制器可从输入装置(例如，开关、键盘等)和传感器(未示出，例如各个系统位置处的压力传感器和温度传感器)接收用户输入。控制器可通过控制线路(例如，硬连线或无线通信路径)耦接至传感器和可控制系统部件(例如，阀、轴承、压缩机电机、轮叶致动器等)。控制器可包括一个或多个：处理器；存储器(例如，用于存储供处理器执行来进行操作方法的程序信息，并且用于存储由程序使用或生成的数据)；以及用于与输入/输出装置和可控制系统部件对接的硬件接口装置(例如，端口)。在这个实例中，控制器200可通过从源204汲取功率的可变频率驱动器202来控制电机。示例性源204是如可在世界特定区域中可用的两相或三相商用AC壁装电源。实例包括240V/60Hz、460/60、400/50、380/50、575/60等。
描述中和以下权利要求书中的“第一”、“第二”以及类似词语的使用仅仅是为了在权利要求内进行区别，而不一定指示相对或绝对的重要性或时间顺序。类似地，在权利要求中标识为“第一”(或诸如此类)的一个元件并不排除此类“第一”元件去标识在另一个权利要求或在描述中被称为“第二”(或诸如此类)的元件。
在测量值以英制单位给出(随后在括号里加上国际单位或其他单位)的情况下，括号里的单位是转换形式，并且不应暗示在英制单位中未发现精确程度。
已描述了一个或多个实施方案。然而，应理解，可做出各种修改。例如，当应用于现有基本系统时，此类配置或其相关联用途的细节可能影响特定实现方式的细节。因此，其他实施方案均处于所附权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种压缩机(22)，其包括：
外壳(50)，所述外壳(50)具有第一端口(26)和第二端口(28)；
凸形转子(52)，所述凸形转子(52)具有：
凸形转子工作部分(64)，所述凸形转子工作部分(64)具有计数(NM)的多个叶片(110)；以及
至少第一轴部(62)，所述至少第一轴部(62)突出超过所述凸形转子工作部分的第一端(68)并且安装用于围绕第一轴线(500)旋转；
凹形转子(54)，所述凹形转子(54)具有；
凹形转子工作部分(66)，所述凹形转子工作部分(66)具有计数(NF)的多个叶片(112)并且安装用于围绕第二轴线(502)旋转，以便与所述凸形转子工作部分啮合；以及
电动机(56)，所述电动机(56)位于所述外壳内并且具有：
定子(58)；以及
转子(60)，所述转子(60)安装到所述第一轴部，
其中：
所述凸形转子的所述叶片数小于所述凹形转子的所述叶片数；并且
组合的叶片数(NM+NF)至少为十五；
所述凹形转子的所述叶片的叶顶叶根比率不超过1.50:1；以及
所述凸形转子的所述叶片的叶顶叶根比率不超过1.42:1。
2.如权利要求1所述的压缩机，其中：
所述压缩机不具有另外的压缩机转子。
3.如权利要求1所述的压缩机，其中：
所述组合的叶片数(NM+NF)是十五至二十一。
4.如权利要求1所述的压缩机，其中：
所述凸形转子的所述叶片数(NM)和所述凹形转子的所述叶片数(NF)彼此相差不超过一个。
5.如权利要求1所述的压缩机，其中：
所述凸形转子的所述叶片数(NM)比所述凹形转子的所述叶片数(NF)少一个。
6.如权利要求1所述的压缩机，其中以下各项中的一项：
所述凸形转子的所述叶片数是七并且所述凹形转子的所述叶片数是八；
所述凸形转子的所述叶片数是八并且所述凹形转子的所述叶片数是九；
所述凸形转子的所述叶片数是九并且所述凹形转子的所述叶片数是十；以及
所述凸形转子的所述叶片数是十并且所述凹形转子的所述叶片数是十一。
7.如权利要求1所述的压缩机，其中以下各项中的一项或两项：
所述凹形转子的所述叶片的所述叶顶叶根比率是1.30:1至1.50:1；以及
所述凸形转子的所述叶片的所述叶顶叶根比率是1.36:1至1.42:1。
8.如权利要求1所述的压缩机，其中：
所述凹形转子的所述叶片的所述叶顶叶根比率是1.30:1至1.50:1；并且
所述凸形转子的所述叶片的所述叶顶叶根比率是1.36:1至1.42:1。
9.如权利要求1所述的压缩机，其中：
所述凸形转子的所述叶片数是七并且所述凹形转子的所述叶片数是八；
所述凹形转子的所述叶片的所述叶顶叶根比率是1.49:1至1.50:1；并且
所述凸形转子的所述叶片的所述叶顶叶根比率是1.41:1至1.42:1。
10.如权利要求1所述的压缩机，其中：
满负载体积指数是1.7-4.0。
11.如权利要求1所述的压缩机，其中：
所述第一轴部(62)从位于所述第一轴部与所述凸形转子工作部分(64)之间的轴承(90)悬伸出。
12.一种用于使用如权利要求1所述的压缩机的方法，所述方法包括：
以至少90Hz的速度使所述压缩机运行。
13.如权利要求12所述的方法，其中：
所述压缩机的所述运行压缩制冷剂；
将所述压缩的制冷剂传送至排热热交换器以便进行冷却；
将所述冷却的制冷剂传送至膨胀装置以便进行膨胀和进一步的冷却；
将所述膨胀和进一步冷却的制冷剂传送至吸热热交换器以便吸收热量并且进行加热；并且
将所述加热的制冷剂传送回所述压缩机。
14.如权利要求12所述的方法，其中：
所述压缩机的所述运行包括在1.7-4.0的体积指数下运转。
15.一种蒸气压缩系统(20)，其包括：
如权利要求1所述的压缩机(22)；
排热热交换器(30)；
膨胀装置(32)；
吸热热交换器(34)；以及
制冷剂流动路径(24)，所述制冷剂流动路径(24)顺序地通过所述压缩机、所述排热热交换器、所述膨胀装置和所述吸热热交换器，并且返回至所述压缩机。
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