CN107850071A - 用于脉动降低的螺杆式压缩机节能器增压室 - Google Patents

Abstract

一种压缩机(22)，其具有阳转子(52)、阴转子(54)以及壳体(50)。所述壳体具有分别容纳所述阳转子部分和所述阴转子部分的第一孔(114)和第二孔(116)。所述壳体具有入口(26)、出口(28)、沿着所述第一孔和所述第二孔中的至少一个的节能器口(150)和与所述节能器口连通的外部口(46)。所述壳体在所述节能器口与所述外部口之间具有腔室(152)，所述腔室具有至少0.8升的体积。

Description

用于脉动降低的螺杆式压缩机节能器增压室

相关申请的交叉参考

本申请要求提交于2015年8月11日且题为“Screw Compressor EconomizerPlenum for Pulsation Reduction”的美国专利申请号62/203,858的权益，所述美国专利申请的公开内容如同详细阐述般整体以引用方式并入本文。

背景技术

本公开涉及压缩机。更具体地，本公开涉及节能压缩机。

诸如螺杆式压缩机的容积式压缩机通常用于诸如冷却器的应用中。许多此类压缩机是节能的，其在吸入口和排出口中间具有节能器口。在冷却器压缩机的运行中，节能器流量从主流量绕过并且用于在返回到节能器口之前从主流量吸收热量。这扩大了压缩机和系统操作的范围。

此种压缩机的一个显著问题是来自节能器口的脉动的传播。节能器口的压缩腔的打开和关闭使得沿节能器流道向上游传播的脉动激发系统并产生扰动的声音和不希望的振动。

为了解决此种声音和振动，可以采取各种措施，包括沿节能器管线添加消声器，以及沿节能器管线和/或压缩机壳体添加隔音材料。2006年6月15日公开的Shoulders的美国专利申请公开2006/0127235A1公开了沿压缩机壳体内的节能器流道形成谐振器以产生抵消脉动。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种具有阳转子、阴转子和壳体的压缩机。壳体具有分别容纳阳转子部分和阴转子部分的第一孔和第二孔。壳体具有入口、出口、沿着第一孔和第二孔中的至少一个的节能器口和与节能器口连通的外部口。壳体在节能器口与外部口之间具有腔室，其具有至少0.8升的体积。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，体积为至少1.0升。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，体积为1.0升至2.0升。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，体积为1.10升至1.50升。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，体积为阳转子每转排量的至少30％。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，阳转子每转排量为1.0升至5.0升。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，节能器口与外部口的面积比为至少0.130且至多0.170。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，压缩机是双转子压缩机。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，压缩机还包括：壳体内的电动机，其直接驱动阳转子。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，节能器口沿着第二孔而不是第一孔。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，腔室具有凸出部分。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，在第一位置处，凸出部分具有至少两倍于外部口的面积的最小横截面积。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，通过平行于第一孔和第二孔中的至少一个的中心轴线的凸出部分的切割面具有至少三倍于通道管段至外部口的横截面积的面积和/或至少八倍于通道管段至节能器口的横截面积的面积。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，腔室的一部分具有开口到节能器口的表面部分，并且相对于第一孔和第二孔中的所述至少一个的轴线大致径向向外凸出。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，一种使用压缩机的方法包括：驱动阳转子和阴转子的旋转以：通过入口吸入第一流体流量，压缩第一流量并从出口排出第一流量；并且通过节能器口吸入额外的流体流量以与第一流量合流。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，腔室在60Hz至105Hz的大部分阳转子速度范围内有效地提供至少3dB rms的脉动传输损耗。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，腔室在大部分所述速度范围内有效地提供至少5dB rms的脉动传输损耗。

本公开的另一方面涉及一种蒸汽压缩系统，其包括压缩机并且还包括：第一热交换器；第二换热器；从压缩机出口通过第一热交换器、然后通过第二热交换器、然后返回到压缩机入口的流道；以及从流道分支并返回到外部口的节能器流道。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，蒸汽压缩系统还包括：沿着节能器流道的节能器。

在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，节能器包括热交换器，该热交换器具有沿着流道的第一管段和沿着节能器流道并且与第一管段为热交换关系的第二管段。

本公开的另一方面涉及一种压缩机，其包括：阳转子和阴转子；以及壳体。壳体具有：分别容纳阳转子部分和阴转子部分的第一孔和第二孔；入口；出口；沿着第一孔和第二孔中的至少一个的节能器口；与节能器口连通的外部口；以及在节能器口和外部口之间用于消散从节能器口传播的脉动的装置。

在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施方案的细节。从说明书和附图以及权利要求中，其它特征、目的和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是双转子螺杆式压缩机的第一轴向剖视图。

图2是蒸汽压缩系统的示意图。

图3是压缩机的第二轴向剖视图。

图4是压缩机的局部复合剖视图，其示出了相对于壳体以复合角度剖开阴转子以露出节能器通道。

图5是用于铸造节能器通道的芯的视图。

图6是芯的第二视图。

图7是芯的第三视图。

图8是沿图6的线8-8截取的芯(省略分支)的局部剖视图。

在各个附图中类似的附图标记和标识表示类似的元件。

具体实施方式

图2示出了沿着再循环制冷流道24具有压缩机22的蒸汽压缩系统20。为了说明的目的，示例性系统20是最基本的系统。许多变化是已知的或可能尚待开发。沿着流道20，压缩机22具有吸入口(入口)26和排出口(出口)28。在正常操作模式中，经由吸入口26吸入的制冷剂从排出口28以高压被压缩且排出，以沿着流道24向下游侧行进，并最终返回到吸入口。沿着流道24从上游到下游顺序是：热交换器30(在正常模式中是排热热交换器)；膨胀设备32(例如，电子膨胀阀(EXV)或热膨胀阀(TXV))；以及热交换器34(在正常模式中是吸热热交换器)。根据涉及的具体任务，交换器可以是制冷剂-空气热交换器、制冷剂-水热交换器或其它变型。

示例性系统20是具有节能器热交换器36的节能系统。示例性节能器热交换器36(例如，铜焊板式热交换器)具有沿着主制冷剂流道的第一管段38。节能器还包括沿着主流道分支的节能器流道42与第一管段38为热交换关系的第二管段40。节能器流道42进入相关联的节能器管线并从与主流道的接合处44延伸到压缩机的节能器口46。另一种节能器配置是闪蒸罐节能器。

图3示出了作为容积式压缩机的压缩机20，即具有壳体组件(壳体)50的双转子螺杆式压缩机。压缩机具有下面更详细讨论的转子对52(阳转子)、54(阴转子)。示例性压缩机是半封闭式压缩机，其中电动机56位于壳体组件内并且暴露于吸入口26和排出口28之间流动的制冷剂。示例性电动机包括固定地安装在壳体内的定子58和安装到第一转子52的轴部分62的转子60。

每个转子52、54具有从第一端部68、70延伸到第二端部72、74的叶片工作部分或区段64、66。转子包括从第一端部突出的轴部分80、82以及从第二端部突出的轴部分84、86。轴部分可以安装到轴承90、92、94和96。轴承支撑相应的转子以围绕彼此平行的相应轴线500、502(图3)旋转。示例性轴部分62位于轴部分80的远侧并延伸至端部100。示例性轴部分62没有任何附加的轴承支撑件，使得电动机转子60从轴承90悬臂地保持。

各个转子工作部分64、66具有彼此啮合的叶片110、112。转子叶片与容纳相应转子的壳体孔114、116结合以形成压缩腔。在操作中，压缩腔在吸入增压室120和排放增压室122处顺序打开和关闭。该打开/关闭动作用于将流体通过入口26吸入，然后吸入到吸入增压室中，然后压缩流体并将其排出到排放增压室中，进而通向出口。通过吸入口26吸入的流体可以穿过/绕过电动机，以便在到达吸入增压室之前冷却电动机。

图1示出了由壳体外部上的配件140提供的节能器口46。为了讨论的目的，术语“节能器口”可以另选地指与配件相关联的壳体的外部上的口，或者可以指沿着壳体的内部的口150(即，沿着容纳一个或多个转子的孔的表面)。图3示出了在外部节能器口140与内部节能器口150之间形成通道的增压室(节能器增压室)152。示例性内部节能器口150沿着转子中的单一转子的孔，并且在压缩的中间阶段期间暴露于压缩腔。

在操作中，电动机直接驱动阳转子。反过来，阳转子叶片与阴转子叶片的相互作用驱动阴转子的旋转。替代的压缩机可以具有其它的驱动布置，诸如减速齿轮箱。对于具有R134A制冷剂的示例性空气冷却式压缩机，示例性基本全负荷压缩机体积指数是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，可以使用一个或多个卸载阀和/或体积指数(VI)阀来将压缩减小到低于此种基本全负荷值。-示例性电动机是感应电动机。示例性感应电机是双极电动机。

在内部节能器口150处的压缩腔的打开产生脉动。例如，当压缩腔刚开始开口到内部节能器口150时，腔中的压力可能小于节能器管线中的压力。因此，制冷剂流量从节能器管线冲入压缩腔。当腔跨越内部节能器口时，压缩腔中的压力升高到超过节能器管线中的压力，导致气体通过内部节能器口150冲出压缩腔。气体进出压缩腔的运动引起节能器通道152中的脉动。脉动将沿节能器分支42向上游反向传播。因此脉动可能产生扰动的声音，并且还可能产生破坏设备的振动。

为了帮助消散在离开压缩机之前的振动，图1将通道152示出为包括扩大的区域160。因此，在外部节能器口46附近，示例性通道152包括与用于形成节能器管线的制冷剂管线的标称尺寸相关联的示例性圆形横截面的区域162。通道152然后膨胀形成区域160，短的管段164(图4)离开其延伸到内部口150。

下面的表I示出了示例性压缩机和示例性腔体的示例性特性。通过框架标号，压缩机名义上尺寸设计成随着尺寸的增加而增加标号。表I的第二列标识了双转子压缩机的示例性尺寸的性质，示例性尺寸以每转立方英尺测量，其标识了阳转子每转的吸入流体的体积。第三列标识了通道152的总空腔体积。如下面所讨论的，这可能包括可能代表制造伪影的盲管段或分支170(图5)。第四列是内部节能器口150的面积。第五列是外部节能器口的面积(例如，区域162中的横截面直径)。最后列是这些面积的比率。

表I

示例性框架1、框架2和框架3空腔是测试示例的代表，并且不限于特定的几何形状。空腔体积可能足够大，以便为脉动波提供空间用于扩散并通过反射等分散开。然后由于成本问题的困扰，可能导致边际收益递减到阈值以上。示例性体积为至少0.8升，或至少1.0升，或1.0升至2.0升，或1.10升至1.50升。

作为相对尺寸的示例，体积可以是阳转子每转排量的至少30％。然而，上表中所示的测试显示了足够的空腔尺寸对压缩机尺寸的相对不敏感性。这种示例性尺寸包括一升至五升的示例性排量。

示例性压缩机速度的特征在于阳转子的转速(例如，以Hz为单位)。脉动频率将反映该速度和叶片计数的组合，但是叶片计数通常只有轻微的变化，其中大多数压缩机在其阳转子上具有5至8个叶片。对于变速驱动器，示例性基准压缩机可具有45Hz至90Hz的操作范围。在这个范围的较低部分(例如，低于60Hz)，脉动通常不是问题。

图4和图5示出了节能器通道152和用于铸造它的芯的更多细节。通道示出为具有从通道的主要部分分支出来的盲管段170(即，分支出从外部节能器口46延伸到内部节能器口150的路径)。盲管段170是铸造过程的伪像，并由铸造芯300的分支302(图5)铸造。分支302用于在铸造过程中将铸造芯对准/保持在模具或壳体(未示出)中。示例性铸造芯300还包括分支304，其定位在尺寸中以铸造区域162。芯300还包括分支306，其定位成铸造从区域160通向内部节能器口150的通道管段。中心凸起320(管段302、304和306延伸离开其中)的尺寸设计成铸造区域160。在铸造过程中，分支304最终从转子壳体的排出端面突出，并且其铸造的管段170被轴承壳体封闭。

区域160的凸出特性可能有助于引起部分波反射，其消散外部口处相对于内部口的输出脉冲。在区域160的体积的凸出特性的一个表征中，凸出部分在第一位置处具有至少两倍于外部口面积的最小横截面积，或者至少3.0倍。该最小横截面积是通过在区域160中的空间(位置)中给定点处销定假想平面而限定的。由平面切割的区域160的面积将根据平面取向而变化。因此，可以选择第一位置以提供该最小值的最大值。

图6示出了凸起320具有与相关联的转子孔互补的凹形表面部分340。表面部分340铸造了区域160的相应表面部分220(图1)。因此，表面部分220与相关联的转子孔116基本同心/同轴。表面部分340的凹度(表面部分220的向内凸度)有助于增加或最大化区域160的体积。分支306从表面部分340延伸，使得对应的通道区段从区域160的表面部分220延伸到内部节能器口150。因此，表面部分340和220的凹度通常与相关转子的轴线502同心。

在另一个示例中，在图6中通过凸起320(并且因此区域160)示出了切割平面520。平面520平行于转子轴线并大致平分内部节能器口和外部节能器口和分支306、304的中心线。图8示出沿着该平面的切口。该示例性切口(平面520处的横截面积)的表面面积远远大于内部节能器口或外部节能器口或远离凸起320的分支304、306的横截面面积。--在所例示的示例中，该横截面积示出为分支304以及相关联的通向外部节能器口46的通道分支的横截面积的正好四倍。--更广泛地，该区域可以是分支304的面积的至少三倍，或者是三倍至八倍或三倍至六倍的示例。相对于内部节能器口150面积和其通道分支或芯管段306的面积，沿着切割平面520的面积可以明显更大。在例示的示例中，它是近三十倍大。示例性比率在平面520处具有此横截面积，其为内部节能器口或其通道管段的横截面积的至少八倍，或者至少十五倍，或至少二十倍，或至少二十五倍(例如，至多五十倍或更多)。

其它特征可以涉及将分支304和306(及其相关联的通道管段)的横截面积与其中它们与凸起320和区域160相交的表面区域进行比较。-对于分支306，这可涉及与凹形表面部分340的比较。该比率可以是示例性的至少五倍或示例性的至少八倍或显著更多。类似地，对于分支304，其与大体上平坦的区域350(图6)合并，所述平坦的区域350可以具有分支的横截面积的至少2.5倍的面积。为了此目的，由与分支的交叉所占据的部分表面被包括在它们的区域中。类似地，分支的区域基本上与其中心线垂直。因此，分支304的区域是其示例性的圆形横截面，而不是与表面350交叉处的倾斜的大致椭圆形横截面。

脉动消除可以扩大压缩机的操作范围。例如，在上述基准压缩机具有45Hz至90Hz的操作范围的情况下，上端可能是脉动受限的。消除可以将可用上限扩展到示例性的105Hz或更高(例如，120Hz、130Hz、150Hz或更多)。与缺少扩大通道的基线相比，修正可以有效地在阳转子速度范围的大部分(或更多，诸如75％)敏感部分上提供至少3dB或至少5dB的脉动传输损失(例如，60Hz至105Hz范围的大部分或取代70Hz或80Hz的下限和上述任何上限)。脉动及其降低可以通过节能器管线中(例如，靠近节能器口)的动态压力换能器来测量。共振或其它偶然事件可能意味着在该范围内的某些位置处，修正可能不会减少传输并可能增加传输。

压缩机可以使用其它常规或尚待开发的材料和技术来制造。

说明书和所附权利要求中的“第一”、“第二”等的使用仅用于权利要求内的区别，并且不一定表示相对或绝对重要性或时间顺序。类似地，在权利要求中将一个元素标识为“第一”(等)并不排除此种“第一”元素在另一项权利要求中或在说明书中标识为被称为“第二”(等)的元素。

在测量采用英文单位然后包含SI或其它单位的括号的情况下，则括号内的单位是转换，并且不意味着在英文单位中找不到精密度。

已经描述了一个或多个实施方案。然而，将会理解，可以进行各种修改。例如，当应用于现有的基本系统时，此种配置或其相关用途的细节可能影响特定实现的细节。相应地，其它实施方案在所附权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种压缩机(22)，其包括：

阳转子(52)和阴转子(54)；

壳体(50)，其具有：

第一孔(114)和第二孔(116)，其分别容纳所述阳转子部分和所述阴转子部分；

入口(26)；

出口(28)；

节能器口(150)，其沿着所述第一孔和所述第二孔中的至少一个；

外部口(46)，其与所述节能器口连通；以及

腔室(152)，其在所述节能器口与所述外部口之间，所述腔室具有至少0.8升的体积。

2.根据权利要求1所述的压缩机，其中：

所述体积为至少1.0升。

3.根据前述任一权利要求所述的压缩机，其中：

所述体积为1.0升至2.0升。

4.根据前述任一权利要求所述的压缩机，其中：

所述体积为1.10升至1.50升。

5.根据前述任一权利要求所述的压缩机，其中：

所述体积为所述阳转子每转排量的至少30％。

6.根据前述任一权利要求所述的压缩机，其中：

所述阳转子的所述每转排量为1.0升至5.0升。

7.根据前述任一权利要求所述的压缩机，其中：

所述节能器口与所述外部口的面积比为至少0.130且至多0.170。

8.根据前述任一权利要求所述的压缩机，其中：

所述压缩机是双转子压缩机。

9.根据前述任一权利要求所述的压缩机，其还包括：

电动机，其在所述壳体内，所述电动机直接驱动所述阳转子。

10.根据前述任一权利要求所述的压缩机，其中：

所述节能器口沿着所述第二孔而不是所述第一孔。

11.根据前述任一权利要求所述的压缩机，其中：

所述腔室具有凸出部分(160)。

12.根据权利要求11所述的压缩机，其中：

在第一位置处，所述凸出部分具有至少两倍于所述外部口的面积的最小横截面积。

13.根据权利要求11所述的压缩机，其中：

通过平行于所述第一孔和所述第二孔中的所述至少一个的中心轴线的所述凸出部分的切割面具有至少三倍于通道管段至所述外部口(46)的横截面积的面积，和/或至少八倍于通道管段至所述节能器口(150)的横截面积的面积。

14.根据前述任一权利要求所述的压缩机，其中：

所述腔室的一部分(160)具有开口到所述节能器口(150)的表面部分220，并且相对于所述第一孔和第二孔中的所述至少一个的轴线大致径向向外凸出。

15.一种使用前述任一权利要求所述的压缩机的方法，所述方法包括：

驱动所述阳转子和所述阴转子的旋转以：

通过所述入口吸入流体的第一流量，压缩所述第一流量并从所述出口排出所述第一流量；以及

通过所述节能器口吸入额外的流体流量以与所述第一流量合流。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：

所述腔室在60Hz至105Hz的大部分阳转子速度范围内有效地提供至少3dB rms的脉动传输损耗。

17.根据权利要求16所述的方法，其中：

所述腔室在大部分所述速度范围内有效地提供至少5dB rms的脉动传输损耗。

18.一种蒸汽压缩系统(20)，其包括根据权利要求1所述的压缩机，并且还包括：

第一热交换器(30)；

第二热交换器(34)；

流道(24)，其从所述压缩机出口通过所述第一热交换器，然后通过所述第二热交换器，然后返回到所述压缩机入口；以及

节能器流道(42)，其从所述流道分支并返回到所述外部口。

19.根据权利要求18所述的蒸汽压缩系统，其还包括：

节能器(36)，其沿所述节能器流道。

20.根据权利要求17或权利要求19所述的蒸汽压缩系统，其中：

所述节能器包括热交换器，所述热交换器具有沿着所述流道的第一管段(38)和沿着所述节能器流道并且与所述第一管段为热交换关系的第二管段(40)。

21.一种压缩机(22)，其包括：

阳转子(52)和阴转子(54)；

壳体(50)，其具有：

第一孔(114)和第二孔(116)，其分别容纳所述阳转子部分和所述阴转子部分；

入口(26)；

出口(28)；

节能器口(150)，其沿着所述第一孔和所述第二孔中的至少一个；

外部口(46)，其与所述节能器口连通；以及

装置(152、160、162)，其在所述节能器口和所述外部口之间以用于消散从所述节能器口传播的脉动。