CN110388319B - 具有同步节能器端口的螺杆压缩机 - Google Patents

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Abstract

本公开通常涉及经济型螺杆压缩机。特别地，这种在压缩机壳体的凹形转子侧和凸形转子侧上均具有同步的节能器端口。节能器端口同时向由凸形转子和凹形转子形成的压缩室提供气体。同步的凸形侧节能器端口和凹形侧节能器端口配置成分别以打开角和关闭角打开和关闭。打开角和关闭角各自相差压缩机的凸形波瓣的角宽度的至多一半。

Description

具有同步节能器端口的螺杆压缩机
技术领域
本公开通常涉及经济型螺杆压缩机。特别地，本公开涉及经济型螺杆压缩机，其在压缩机壳体的凹形转子侧和凸形转子侧上均具有同步的节能器端口。
背景技术
压缩机可包括节能器回路，其在吸入和排出之间以中间压力将气体供给压缩机。这增加了压缩机的气体吞吐量并且可以实现冷却能力和/或效率的改进。
增加通过节能器的流量增加了节能器实现的冷却能力和/或效率的改进。然而，由于流过端口而导致的节能器端口处的端口尺寸和压力限制了可以提供的流量。目前，通过以下方法增加通过节能器的流量：增加端口尺寸，在压缩机的同一侧使用多个端口并且非常接近，或者使用细长的槽形端口。
发明内容
本公开通常涉及经济型螺杆压缩机。特别地，本公开涉及经济型螺杆压缩机，其在压缩机壳体的凹形转子侧和凸形转子侧上均具有同步的节能器端口。
节能器通过在压缩期间引入额外的气体来改善压缩机容量和/或效率。通过增加引入压缩机的气体体积可以改善节能器的效果。一种方法是通过包括多个节能器端口。多个节能器端口通常定位成在压缩机的一侧彼此接近，并且多个节能器端口紧跟螺杆转子的波瓣的螺旋形状定位，以便在压缩机运行期间各自与相同的压缩室连通。当多个节能器端口紧邻并相对于压缩室顺序定位时，流过上游节能器端口的流体在更下游的节能器端口的出口处产生压力并减少通过那些下游端口的流量。相反，通过将多个节能器端口彼此间隔开放置在压缩机中并且彼此同步，可以在不改变螺杆式压缩机的调速或压缩角的情况下增加流量。
在压缩机内的空间中分隔节能器端口提供了改进的流量分配并为压缩机提供了改进的容积效率。此外，与包括依次布置在壳体的一个部分上的多个端口的设计相比，在凸形侧和凹形侧上分配节能器端口简化了多个节能器端口在压缩机壳体的有限长度上的容纳。
通过使用孔而不是槽作为节能器端口的开口，简化了压缩机部件的加工。此外，通过使用放置在压缩机的不同部分处的多个、单独、同步端口，孔可以实现进一步的均匀流动和容积效率改进。改进的流量还降低了压缩机中的噪音和平滑了脉动。
在一个实施例中，螺杆式压缩机包括压缩机壳体，位于压缩机壳体中的凸形转子壳体侧的凸形转子、位于压缩机壳体中的凹形转子侧的并且构造成与凸形转子接合的凹形转子，在凸形转子侧上的第一节能器端口和在凹形转子侧上的第二节能器端口。第一节能器端口和第二节能器端口构造成同时向由凸形转子和凹形转子形成的压缩室提供气体。
在一个实施例中，第一节能器端口和第二节能器端口以小于凸形转子的波瓣的角宽度的一半的差的压缩角打开，其中角宽度为360°除以凸形转子的波瓣数。在一个实施例中，第一节能器端口和第二节能器端口以相等的压缩角打开。在一个实施例中，第一节能器端口和第二节能器端口以小于凸形转子的波瓣的角宽度的一半的差的压缩角关闭。在一个实施例中，第一节能器端口和第二节能器端口以相等的压缩角关闭。
在一个实施例中，第一节能器端口和第二节能器端口位于在凸形转子和凹形转子形成压缩室的位置之后5度或大约5度到10度或大约10度之间。
在一个实施例中，一种操作螺杆式压缩机的方法，包括通过螺杆式压缩机的凸形转子侧上的第一节能器端口和螺杆式压缩机的凹形转子侧上的第二节能器端口将气流注入压缩室，第一节能器端口和第二节能器端口同时向压缩室提供气流。
附图说明
图1示出了根据一个实施例的螺杆压缩机。
图2A和2B示出了根据一个实施例的螺杆式压缩机的视图。
图3A-3D示出了一系列压缩角的实施例的转子和压缩室，其对应于节能器端口的打开和关闭。
图4A和4B示出了根据一个实施例的压缩机壳体。
具体实施方式
本公开通常涉及经济型螺杆压缩机。特别地，本公开涉及经济型螺杆压缩机，其在压缩机壳体的凹形(female)转子侧和凸形(male)转子侧上均具有同步的节能器端口。节能器在高压缩比应用中可能特别有益，例如在供暖、通风、空调和制冷(HVACR)系统中，例如在风冷式冷却器中实施，但也适用于诸如水冷式冷却器的具有相对较低压缩比的其他应用。
图1示出了根据一个实施例的螺杆压缩机。螺杆式压缩机10包括位于压缩机壳体16内的凸形转子12和凹形转子14。压缩机壳体16在压缩机壳体包括容纳凸形转子12的腔的一侧具有凸形侧节能器端口32。压缩机壳体16在压缩机壳体包括容纳凹形转子14的腔的一侧具有凹形侧节能器端口34。
压缩机壳体16包含凸形转子12和凹形转子14。压缩机壳体16具有吸入端18和排出端20。气体在吸入端18进入压缩机，而气体在排出端20离开压缩机壳体。压缩机壳体16具有第一腔36和第二腔38，第一腔36容纳凸形转子12，第二腔38容纳凹形转子14。
凸形转子12具有多个波瓣(lobe)22。在一个实施例中，凸形转子12具有五个波瓣。凸形转子12的每个波瓣向外突出。凸形转子12的每个波瓣22在转子的纵向方向上以螺旋形扭转。在一个实施例中，凸形转子12由轴24驱动。可以基于例如螺杆式压缩机10的期望压缩比来选择凸形转子12上的波瓣的数量。例如，在空调应用中，压缩压力比可以是，例如，在约1.7(部分负载下)与约4.5(满载时)之间，在凸形转子12上可以有四个或五个波瓣，在凹形转子14上可以有五到七个波瓣。在制冷应用中，压缩压力比可接近10，在凸形转子12上可以有六个波瓣，在凹形转子14上可以有七个或八个波瓣。凸形转子12和凹形转子14上的波瓣的数量也可以关于压缩机设计(例如包角、气/油比和/或轮廓长度与转子直径的比)而变化。在一个实施例中，凸形转子12具有3至6个波瓣。在一个实施例中，凸形转子12具有5个波瓣。
凹形转子14构造成与凸形转子12接合。在一个实施例中，凹形转子14具有由凹陷28分开的多个波瓣26。在一个实施例中，凹形转子14具有5到7个波瓣。在一个实施例中，凸形转子12具有5个波瓣22，而凹形转子14具有6个波瓣26。凹形转子14的每个波瓣在转子的纵向方向上以螺旋形扭转。在一个实施例中，凹形转子14中的凹陷28构造成容纳凸形转子12的波瓣22。凹形转子14与凸形转子12一起与压缩机壳体16接合形成压缩室30。凸形转子12与凹形转子14中的凹陷28的接合可用于驱动凹形转子14的转动。当凸形转子12和凹形转子14转动时，凸形转子12的每个波瓣22的后缘和凹形转子14的紧跟着每个凹陷28的波瓣26的后缘将压缩室30与压缩机壳体16的吸入端16密封。
凸形侧节能器端口32是从压缩机壳体16的外表面穿过压缩机壳体16延伸到容纳凸形转子12的第一腔的开口。吸入端口和排出端口之间的节能器端口的相对位置影响节能器是否主要改善压缩机容量或效率。在图1所示的实施例中，凸形侧节能器端口32和凹形侧节能器端口34定位成主要改善螺杆式压缩机10的容量。在图1所示的实施例中，凸形侧节能器端口32位于压缩机壳体16的排出端20附近。凸形侧节能器端口32可以位于压缩机壳体16的吸入端18附近。凸形侧节能器端口32允许将气体引入压缩室30中。凸形侧节能器端口32位于压缩机壳体16上的一位置处，紧跟着该位置压缩室30通过压缩机壳体16与吸入端18密封，例如在转子旋转为或约为5度或为或约为10度的位置处，紧跟着该位置压缩室30通过压缩机壳体16与吸入端18密封。
凹形侧节能器端口34是从压缩机壳体16的外表面穿过压缩机壳体16延伸到容纳凹形转子14的第二腔的开口。在图1中，凹形侧节能器端口位于压缩机壳体16的排出端20附近。凹形侧节能器端口34可以靠近压缩机壳体16的吸入端18。凹形侧节能器端口34位于压缩机壳体16上的一位置处，紧跟着该位置压缩室30通过压缩机壳体16与吸入端18密封，例如在转子旋转为或约为5度或为或约为10度的位置处，紧跟着该位置压缩室30通过压缩机壳体16与吸入端18密封。
凹形侧节能器端口34和凸形侧节能器端口32定位成使得两者能够在压缩室致动或与压缩机壳体16的吸入端18密封的至少一部分时间内同时将气体引入同一压缩室30中。由凸形转子12、凹形转子14和压缩机壳体16形成的压缩室30的时间量基于凸形转子12旋转的速度而变化。在一个实施例中，凸形侧节能器端口32和凹形侧节能器端口34构造成以与凸形转子12和凹形转子14相同的旋转角度打开和关闭。在一个实施例中，凸形侧节能器端口32和凹形侧节能器端口彼此相对于转子的旋转在约72度内。在一个实施例中，凸形侧节能器端口32和凹形侧节能器端口34各自相对于压缩室30处于相同的角度。在一个实施例中，凸形侧节能器端口32和凹形侧节能器端口34具有相同的尺寸。在一个实施例中，凸形侧节能器端口32和凹形侧节能器端口34接收来自相同或不同气源(未示出)的流动。气源可以是用于向压缩机(例如但不限于制冷剂回路的下游部分，例如但不限于制冷剂回路的冷凝器和蒸发器之间的中间压力管线)和箱体等中的节能器提供气体的任何合适的气源。在一个实施例中，从气源到凸形侧节能器端口32和凹形侧节能器端口34的流动被T形件48分开。
图2A和2B示出了图1中所示的螺杆式压缩机的视图。图2A示出了螺旋压缩机实施例的凹形转子侧视图。图2B示出了螺旋压缩机实施例的凸形转子侧视图。
图2A示出了从凹形转子侧观察的螺杆式压缩机10。压缩机壳体16包围凹形转子14。压缩机壳体16在凹形转子侧具有凹形侧节能器端口34。凹形侧节能器端口34延伸穿过压缩机壳体16，以使包含凹形转子14的空腔与气源(未示出)连通。凸形转子驱动轴24从凸形转子12延伸。在一个实施例中，凹形侧节能器端口34位于凹形转子14的中心线40下方。
图2B示出了从凸形转子侧观察的螺杆式压缩机10。压缩机壳体16具有凸形侧节能器端口32。凸形侧节能器端口32延伸穿过压缩机壳体，以使包含凸形转子12的空腔与气源(未示出)连通。公共气源或不同的气源可以与凸形侧节能器端口32和凹形侧节能器端口34一起使用。凸形侧节能器端口32和凹形侧节能器端口34可相对于压缩机壳体16的转子和吸入端定位，使得凸形侧节能器端口32和凹形侧节能器端口34在压缩室30致动的至少一部分时间内同时向压缩室30提供气体。压缩机壳体16包围凸形转子12。凸形转子驱动轴24从凸形转子12延伸。在一个实施例中，凸形侧节能器端口32位于凸形转子12的中心线42下方。
图3A-3D示出了螺杆式压缩机50的示例性实施例的转子和压缩室，其处于与螺杆式压缩机50的凸形转子52和凹形转子54旋转时对应于节能器端口的打开和关闭的一系列压缩角。压缩角是转子相对于参考位置的当前角度。例如，参考位置可以是凸形转子52的中心、凹形转子54的中心和凸形转子52的波瓣尖彼此位于同一直线的位置，并且压缩角可以是定义为该线与凸形转子52的波瓣的尖端相对于凸形转子52的中心的当前位置之间的角度。在图3A-3D所示的螺杆式压缩机50中，凸形转子52具有5个波瓣，而凹形转子54具有6个凹陷。凸形转子52的每个波瓣的相应部分之间的角度是θ。在图3A-3D所示的实施例中，θ是72°。在凸形转子52上具有5个波瓣的实施例中，例如图3A-3D所示的实施例，每个压缩室56由凸形转子52的波瓣中的一个和凹形转子的凹陷中的一个以压缩角旋转大约72°形成。在具有不同数量的转子的实施例中，形成压缩室56的角度可以变化，例如360度除以凸形转子的波瓣的数量。
在图3A中，该实施例的螺杆式压缩机的压缩角为25度或约25度。在该压缩角下，凸形转子52的凸形后缘58和凹形转子54的凹形后缘60各自正好通过压缩机室56与压缩机壳体64的吸入端62密封的位置。凸形转子52和凹形转子54与压缩机壳体64在此处形成压缩室56。在该压缩角下，凸形转子52的凸形前缘66开始通过凸形侧节能器端口68。在该压缩角下，凹形转子54的凹形前缘70开始通过凹形侧节能器端口72。当前缘通过节能器端口68、72并将节能器端口68、72暴露于压缩室56时，凸形侧节能器端口68和凹形侧节能器端口72均向压缩室56提供气体。
在图3B中，转子已经旋转，使得压缩角现在处于或约为53度。在该压缩角下，凸形前缘66已完全通过凸形侧节能器端口68，凹形前缘70已完全通过凹形节能器端口72。现在，每个凸形节能器端口68和凹形节能器端口72完全打开到由压缩机壳体64、凸形转子52和凹形转子54形成的压缩室56。
在图3C中，转子已经旋转，使得压缩角现在处于或约为97度。在该压缩角，凸形后缘58开始通过凸形侧节能器端口68的开口。在该压缩角，凹形后缘60开始通过凹形侧节能器端口72的开口。当后缘通过各个节能器端口的开口时，端口开始相对于压缩室56关闭。
在图3D中，转子已经旋转，使得压缩角现在处于或约为125度。在该压缩角下，凸形后缘58已完全通过凸形侧节能器端口68。在该压缩角下，凹形后缘60已完全通过凹形侧节能器端口72。凸形侧节能器端口68和凹形侧节能器端口72现在都相对于压缩室56完全关闭。在一个实施例中，节能器端口68和72一起提供在其操作期间通过压缩机的质量流量的高达或大约10％。
在图3A-3D所示的示例性实施例中，凸形侧节能器端口68和凹形侧节能器端口72中的每一个到压缩室56的打开和关闭均以相等的压缩角发生。在一个实施例中，可以以不同的压缩角发生凸形侧节能器端口和凹形侧节能器端口的打开。在一个实施例中，可以以不同的压缩角发生凸形侧节能器端口和凹形侧节能器端口的关闭。用于打开凸形侧节能器端口和凹形侧节能器端口和/或关闭凸形侧节能器端口和凹形侧节能器端口的压缩角的差异可以高达或大约为凸形转子的波瓣的角宽度的一半。凸形转子的波瓣的角宽度是360度除以凸形转子的波瓣的数量，例如，双波瓣转子为180度，六波瓣转子为60度。例如，在凸形转子具有5个波瓣的压缩机中，凸形侧节能器端口的开口压缩角和凹形侧节能器端口的开口压缩角在±36度内。
图4A示出了根据一个实施例的压缩机壳体。压缩机壳体90包括凸形转子腔92、凹形转子腔94、凸形侧节能器端口96和凹形侧节能器端口98。压缩机壳体90具有吸入端100和排出端102。凸形侧节能器端口96和凹形侧节能器端口98均位于压缩机壳体上，使得它们跟随压缩室通过压缩机壳体90与吸入端100密封的位置，例如在转子旋转为或约为5度或为或约为10度的位置处，紧跟该位置压缩室通过凸形转子腔92中的凸形转子、凹形转子腔94中的凹形转子和压缩机壳体90与吸入端100密封。
图4B示出了根据另一个实施例的压缩机壳体。在图4B所示的实施例中，压缩机壳体110包括凹形侧节能器端口112，其位于压缩机壳体110的凹形转子腔94侧的凸台114上。凸台114从压缩机壳体110的表面向外延伸。凸形侧节能器端口116位于压缩机壳体110的凸形转子腔92侧上的相应凸台(未示出)上，并且从压缩机壳体110的表面向外延伸。凸形侧节能器端口112和凹形侧节能器端口114位于压缩机壳体100上，使得它们跟随压缩室通过压缩机壳体110与吸入端100密封的位置，例如在转子旋转为或约为5度或为或约为10度的位置处，紧跟该位置压缩室通过凸形转子腔92中的凸形转子、凹形转子腔94中的凹形转子和压缩机壳体110与吸入端100密封。
方面：
应理解，可以组合方面1-6和7-12中的任何方面。
方面1.一种螺杆压缩机，包括：
压缩机壳体；
位于压缩机壳体内的凸形转子侧的凸形转子；
位于压缩机壳体内的凹形转子侧的凹形转子，所述凹形转子构造成与凸形转子接合；
压缩机壳体的凸形转子侧的第一节能器端口；和
压缩机壳体的凹形转子侧的第二节能器端口，
其中，第一节能器端口和第二节能器端口构造成同时向由凸形转子和凹形转子形成的压缩室提供气体。
方面2.根据方面1的螺杆压缩机，其中第一节能器端口构造成以第一打开压缩角打开，并且第二节能器口构造成以第二打开压缩角打开，其中第一打开压缩角和第二打开压缩角之间的差小于凸形转子的波瓣的角宽度的一半。
方面3.根据方面2所述的螺杆压缩机，其中，第一打开压缩角和第二打开压缩角相等。
方面4.根据方面1-3中任一方面的螺杆压缩机，其中第一节能器端口构造成以第一关闭压缩角关闭，第二节能器构造成以第二关闭压缩角关闭，其中第一关闭压缩角和第二关闭压缩角之间的差小于凸形转子的波瓣的角宽度的一半。
方面5.根据方面4所述的螺杆压缩机，其中，第一关闭压缩角和第二关闭压缩角相等。
方面6.根据方面1-5中任一方面的螺杆压缩机，其中第一节能器端口和第二节能器端口在凸形转子和凹形转子形成压缩室的位置之后位于5到10度之间。
方面7.一种操作螺杆式压缩机的方法，包括：
通过螺杆式压缩机的凸形转子侧的第一节能器端口和螺杆式压缩机的凹形转子侧的第二节能器端口将气流注入压缩室，其中第一节能器端口和第二节能器端口同时向压缩室提供气流。
方面8.根据方面7所述的方法，其中第一节能器端口以第一打开压缩角打开，并且第二节能器口以第二打开压缩角打开，其中第一打开压缩角和第二打开压缩角之间的差小于凸形转子的波瓣的角宽度的一半。
方面9.根据方面8所述的方法，其中，第一打开压缩角和第二打开压缩角相等。
方面10.根据方面7-9中任一方面的方法，其中第一节能器端口以第一关闭压缩角关闭，第二节能器以第二关闭压缩角关闭，其中第一关闭压缩角和第二关闭压缩角之间的差小于凸形转子波瓣的角宽度的一半。
方面11.根据方面10所述的方法，其中，第一关闭压缩角和第二关闭压缩角相等。
方面12.根据方面7-11中任一方面的方法，其中第一节能器端口和第二节能器端口在凸形转子和凹形转子形成压缩室的位置之后位于5到10度之间。
方面13.一种HVACR系统，包括权利要求1所述的螺杆式压缩机。
本申请中公开的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述表示；并且在权利要求的含义和等同范围内的所有变化都包含在其中。

Claims (9)

1.一种螺杆式压缩机，其特征在于，包括：
压缩机壳体；
位于压缩机壳体内的凸形转子侧的凸形转子；
位于压缩机壳体内的凹形转子侧的凹形转子，所述凹形转子构造成与凸形转子接合；
压缩机壳体的凸形转子侧的第一节能器端口；
压缩机壳体的凹形转子侧的第二节能器端口；
其中，第一节能器端口和第二节能器端口构造成同时向由凸形转子和凹形转子形成的压缩室提供气体；
所述第一节能器端口和所述第二节能器端口位于所述凸形转子和所述凹形转子形成所述压缩室的位置之后5度至10度之间，并且，所述第一节能器端口以第一关闭压缩角关闭，所述第二节能器端口以第二关闭压缩角关闭，其中所述第一关闭压缩角与所述第二关闭压缩角之间的差小于凸形转子波瓣的角宽度的一半，其中，所述角宽度为360°除以凸形转子的波瓣数。
2.根据权利要求1所述的螺杆式压缩机，其特征在于，所述第一节能器端口构造成以第一打开压缩角打开，并且所述第二节能器端口构造成以第二打开压缩角打开，其中所述第一打开压缩角和所述第二打开压缩角之间的差小于凸形转子的波瓣的角宽度的一半。
3.根据权利要求2所述的螺杆式压缩机，其特征在于，所述第一打开压缩角和所述第二打开压缩角相等。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的螺杆式压缩机，其特征在于，所述第一关闭压缩角和所述第二关闭压缩角相等。
5.一种操作螺杆式压缩机的方法，其特征在于，包括：
通过螺杆式压缩机的凸形转子侧的第一节能器端口和螺杆式压缩机的凹形转子侧的第二节能器端口将气流注入压缩室，其中第一节能器端口和第二节能器端口同时向压缩室提供气流；
所述第一节能器端口和所述第二节能器端口位于所述凸形转子和所述凹形转子形成所述压缩室的位置之后5度至10度之间，并且，所述第一节能器端口以第一关闭压缩角关闭，所述第二节能器端口以第二关闭压缩角关闭，其中所述第一关闭压缩角与所述第二关闭压缩角之间的差小于凸形转子波瓣的角宽度的一半，其中，所述角宽度为360°除以凸形转子的波瓣数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一节能器端口以第一打开压缩角打开，并且所述第二节能器端口以第二打开压缩角打开，其中所述第一打开压缩角与所述第二打开压缩角之间的差小于凸形转子的波瓣的角宽度的一半。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一打开压缩角和所述第二打开压缩角相等。
8.根据权利要求5至7任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一关闭压缩角和所述第二关闭压缩角相等。
9.一种HVACR系统，其特征在于，包括根据权利要求1至3中任意一项所述的螺杆式压缩机。
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