CN1097678C - 涡旋式压缩机节能器注射通道的最佳位置 - Google Patents

Abstract

在一涡旋式压缩机中的诸节能器通道的位置得以最佳化，使这些通道在诸外密封点封闭诸压缩腔之前将附加流体供给诸压缩腔。如此，节能器通道对抗一低平均压力供给流体，从节能器通道注射的流体量是最大的。节能器通道的位置最好选择得使，由于来自节能器通道的流体的注射在压缩腔里产生的一波，在外密封点封闭压缩腔之前不会到达该外密封点。如此，没有从节能器通道向主吸入腔的回流，诸吸入流也无相应的减少。

Description

涡旋式压缩机节能器注射通道的最佳位置

本发明涉及一种压缩机，其中，节能器注射通道的位置是最佳的。

涡旋式压缩机已被广泛地应用于制冷压缩用途方面。正如已知的，一对蜗卷件有一底板，该底板带一从它延伸的螺旋状蜗壳。一个蜗卷是固定的，另一个相对于该固定蜗卷回转。两蜗壳相互配合以限定多个压缩腔。回转蜗卷壳(scroll wrap)接触于固定蜗卷壳以密封和限定诸压缩腔。当回转蜗卷完成其回转循环时诸压缩腔移向一中心排放通道。

制冷剂系统也提高利用节能器的循环，其中，一部分制冷剂在吸入压力与排放压力之间的一中间压力下返回到压缩机。这些制冷剂通过诸内部通道被注入诸压缩腔。这样的作用是提高了系统容量和效率。在有些系统里节能器循环周期对于最大容量增长是最佳的，在这样的系统里，蜗卷设计者试图将诸内部通道的位置确定得使注入的蒸气量最大，并由此使该中间压力最小。

蜗卷设计者在设计最大容量的节能器通道(economizer port)方面具有竞争性设想。首先，该节能器通道必须在一个尽可能靠近于主要吸入腔的位置与压缩腔连通，但是，其次，也必须使在该位置注入的流体不能漏泄返回到该主要吸入腔。流体的这种漏泄实际上有损于容量。如此，通常就将诸节能器通道放在一个这样的位置上，即，使在诸回转蜗卷壳密封了一腔，以可堵住流体返回主要吸入腔之前，不要与该腔连通。

由这两个需求决定的这一位置导致一个节能器压力高于最大容量所需的热动力最佳值。这是由于一旦该腔与主要吸入腔分开而密封就使该腔压力开始升高，如此，节能器通道就遇到了比最大容量所需的最小压力还高的已提高的平均压力。这一限制导致比最佳容量增长还小。

本发明的目的在于提供一种涡旋压缩机，通过最佳选定其上的节能器注射通道的位置，从而使通过该通道的注入量最大，以最大限度提高该压缩机的容量。

为实现上述目的，按照本发明提供一种涡旋式压缩机，该压缩机包括：一固定蜗卷，它具有一底板和一从该底板延伸的螺旋形蜗壳；一回转蜗卷，它具有一底板和一从底板延伸的螺旋形蜗壳，该回转蜗卷的螺旋形蜗壳与该固定蜗卷的螺旋形蜗壳相互配合以限定诸压缩腔，该回转蜗卷经过一回转循环相对于固定蜗卷移动，回转蜗卷壳在一外密封点接触并离开固定蜗卷壳，使在固定和回转蜗卷壳之间的诸压缩腔交替地被密封和打开，以截留并密封一预先打开的压缩腔；一接触的内密封点，它限定诸压缩腔的一内端；以及，至少一条节能器通道连通于一流体源，并延伸通过固定和回转蜗卷之一的底板以与诸压缩腔流通，节能器通道的定位应使在外密封点回转蜗卷壳与固定蜗卷壳接触之前，它与压缩腔连通。

在被揭示的本发明的实施例中，在压缩腔脱离主要吸入腔而密封前，一节能器通道与该压缩腔连通。最好是，对该节能器通道的定位应使，在该压缩腔被密封时或被密封之后的短时间内使从其进口移入并通过该压缩腔，并朝着主吸入腔，达到在其压缩腔即将被密封的一个位置。也就是说，该通道的位置离进入该压缩腔足够远，使在该压缩腔与主吸入腔分隔而密封之前，从进入节能器的流体形成的压力波未到达该进口。这样，注射的流体就不会回流到主吸入腔中。另一方面，节能器通道一度将流体送入一其内的压力并不在吸入压力之上的一腔内，这是因为该压缩腔未被密封，如此平均节能器压力得以减小，并增大了节能器容量。

在本发明的一最佳实施例中，两个节能器通道如上所述被定位，每个用于每对压缩腔。下面描写了一公式，该公式有助于设计者选择节能器通道的一个最佳位置。本发明还限定了一种选择最佳节能器通道位置的方法。当改变了涡旋压缩机的几何形状和尺寸时，所希望的通道位置也随之改变。如此，虽然在本申请中描述了一个特定的实施例，但其他的位置也将落在本发明的范围内，对此是可以理解的。

另外，虽然该揭示限制在涡旋压缩机，其他类型的带有节能器的压缩机也能从中得益。如此，本发明的范围超出涡旋压缩机范围。

从下面的说明书和诸附图能最好地理解本发明的这些和其他的目的。下面是附图的简要说明。

图1表示了一涡旋压缩机，其中的蜗壳位于一位置，在该位置诸节能器通道先将增补流体送到尚敞开于主吸入腔的诸压缩腔。

图2表示了在回转蜗卷的循环中的一个位置，它稍微紧随图1所示的位置之后，并处于诸压缩腔刚从主吸入腔密封的这一刻。

图1表示一具有一固定蜗卷壳22和一固定蜗卷底板23的涡旋压缩机20。正如已知的，一回转蜗卷壳24相对于固定蜗卷壳22运动。

一对节能器通道26和28从固定蜗卷的底板23延伸。该节能器通道26和28以一已知的方式连通于一中间压力流体源。通常，一中间压力流体源与一节能器通道贯通，该通道延伸通过固定蜗卷底板。通道26和28连通于此节能器通道。节能器通道的一种最佳结构揭示在申请号为08/942,088、题为“带有由固定蜗卷的一端面限定的节能器流体通道的涡旋压缩机”的共同待批专利申请中。该节能器通道的定位是这一发明的发明构思。

如图所示，一主吸入通道(main suction inlet)30将吸入流体连通于在固定蜗卷壳22与回转蜗卷壳24间的压缩腔。一内密封点32被限定为刚通过节能器通道26的一点。类似地，一内密封点34刚通过节能器通道28。

一旦回转蜗卷移过通道26和28，该两通道连通于诸压缩腔。现在，中间压力流体从通道26注入到腔33内。接着，节能器通道28将中间压力流体注入到腔35。

在这一位置，腔33还没有从主吸入通道30关闭。在图1所示的位置，还有一个尚未关闭的、腔33的进口39。如此，该腔33处于吸入压力中，并有对附加中间压力流体通过通道26注入腔33的小阻力。类似地，腔35尚未密封，来自通道28的流体能进入腔35。进口37仍在主吸入通道30与腔35间连通。

节能器通道26和28的定位使其在进口39和37分别关闭之前分别与腔33和35连通是发明特点。在已有技术中，直到外密封点关闭节能器通道并不与诸腔连通。

在图1所示的位置，回转蜗卷24部分显露出通道26和28。

在该蜗卷的中心位置上表示了一排放通道40。

申请人发明了一种在密封前将诸节能器通道连通于诸腔的独特的定位方法。注入的流体不会导致向主吸入腔或主通道30的回流。现在来揭示确定诸通道的位置的方法。

如图2所示，回转蜗卷24相对于固定蜗卷22从图1所示的位置继续移动。外密封点36o和36f接触，将通往腔35的进口37封闭。类似地，点38o和38f接触，将通往腔33的进口39封闭。节能器通道26和28的定位选择得使，由通道26和28注入流体在腔33和35中而产生的压缩波，在诸密封点关闭前(即图2所示的点)不会达到外密封点38或36。换言之，从节能器通道26和28打开到点38和36密封所经过的时间小于或等于一压缩波从节能器通道26和28传播到点38和26所需的时间。照此，腔33和35中的平均压力已最小了，对从口26和28的流动的阻力较小，如此，使注入节能器流体的量最大，而没有注入流体回流到主吸入腔。

尽管能实现上述目的的该节能器在任何位置的定位是有利的并有其发明高度，但是还存在一最佳位置。诸节能器通道的最佳位置能由一关于四个变量的公式限定。首先，D₁是在图2所示位置，即，当外密封点38或36刚封闭时在内密封点32或34与节能器通道26与28的外端之间的距离。也就是当最初指定外密封点时，在诸节能器通道的最外端与诸内密封点之间的距离。这个距离反映出从注入开始到封闭诸腔之时的流体循环的量。

D₂是从诸节能器通道的最外端经过诸压缩腔到围着诸压缩腔测量的诸外密封点38或36的距离。单个D₂值对于腔33与35稍有不同。确定最佳位置的公式如下：

                       D₁/V_s＝D₂/C

V_s是内密封点32或34绕着蜗卷壳壁在节能器通道26或28的附近移动时的速度。变量C是声音在其操作条件下通过制冷剂流体的速度。V_s系数应为蜗卷设计者所知是蜗卷壳几何尺寸和操作速度的函数。C系数能从对于具体所指定的制冷剂流体和条件的参考性能表中获得。

该等式的右边关系到在节能器通道26或28打开后，最终的压缩波达到外密封点38或36所需的时间。节能器通道的理想位置是这样一个位置，即，其中上面等式的两侧应相对等。在这样一个位置，从节能器通道射入的流体的一压缩波，在外密封点封闭的精确时刻达到该外密封点。但是，为了确保无回流，不设计这一理想位置是谨慎的。如使等式的左边稍小于右边，则将是谨慎的。在其他情况下，例如，当在注入过程开始时注射孔打开得较小和产生流动阻力时，如使等式的左边稍大于右边，则将是谨慎的。此外，变量V_s和C从不能获得如此精确的值，还要考虑到会有错误的因素被带入对节能器通道的位置的设计中。无论如何，最可取的是在设计涡旋压缩机时使等式的两边近似相等。

实质上，上述等式所认识到的是：该等式左边的一项D₁/V_s是在节能器通道首先连通于压缩腔直到该压缩腔被密封的那一刻的时间量。该等式的右边计算从注射的流体形成的压缩波达到外密封点需要多长时间。等式的右边最好是必须至少等于，通常大于左边，使在压缩波达到并通过外密封点之前封住压缩腔。节能器的精确的所希望的位置随具体的几何形状、尺寸、速度、压力和该具体的涡旋式压缩机所采用的制冷剂的不同而不同。可用一相互作用的过程使所希望的节能器注射口位置最佳。

通过提供节能器通道的最佳位置，本发明提高了涡旋压缩机的容量。尤其是，用此发明可使通过节能器通道的流体流量增加5％-10％。

本发明对任何类型具有节能器回路的压缩机均是有益的。尤其是，螺旋式压缩机(screw compressor)更能从中得益。也就是说，本发明具有超过涡旋压缩机的好处。

上面对本发明的一最佳实施例作了描述，但是，本领域的普通技术人员将认识到某些修改将在本发明的范围内。为此，必须研究下述的权利要求，以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (6)

1.一种涡旋式压缩机，它包括：

一固定蜗卷，它具有一底板和一从所述底板延伸的螺旋形蜗壳；

一回转蜗卷，它具有一底板和一从所述底板延伸的螺旋形蜗壳，所述回转蜗卷的所述螺旋形蜗壳与所述固定蜗卷的所述螺旋形蜗壳相互配合以限定诸压缩腔，所述回转蜗卷经过一回转循环相对于所述固定蜗卷移动，所述回转蜗卷壳在一外密封点接触并离开所述固定蜗卷壳，使在所述固定和回转蜗卷壳之间的诸压缩腔交替地被密封和打开，以截留并密封一预先打开的压缩腔；

一接触的内密封点，它限定所述诸压缩腔的一内端；以及

至少一条节能器通道连通于一流体源，并延伸通过所述固定和回转蜗卷之一的所述底板以与所述诸压缩腔流通，所述节能器通道的定位应使在所述外密封点所述回转蜗卷壳与所述固定蜗卷壳接触之前，它与所述压缩腔连通。

2.如权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征在于，所述节能器通道延伸通过所述固定蜗卷的底板。

3.如权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征在于，选择所述节能器通道的位置应使，由于所述节能器通道变成敞开于所述压缩腔，在所述压缩腔里的一波在所述外密封点被密封而关闭所述压缩腔之时才到达所述外密封点。

4.如权利要求3所述的涡旋式压缩机，其特征在于，所述节能器通道的位置是根据下述公式选择的：

                      D₁/V_s≤D₂/C；

其中：D₁是在当所述外密封点最初关闭所述压缩腔时的位置在所述节能器通道与所述内密封点之间的距离，D₂是围着压缩腔测量的、在最初确定所述外密封点时在所述节能器通道与外密封点之间的距离，V_s是所述内密封点的速度，C是在所述压缩机中待使用的特定的制冷剂中的声音的音速。

5.如权利要求4所述的涡旋式压缩机，其特征在于，有两个所述节能器通道，两个所述周期性封闭的压缩腔。

6.如权利要求5所述的涡旋式压缩机，其特征在于，在所述外密封点封闭后所述波到达所述外密封点。

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