CN112055784A - 具有自动压缩比调整系统的正排量式压缩机 - Google Patents

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Abstract

正排量式压缩机(1)具有用于调整压缩比(Vi)的自动系统,并且被设计成安装在用于流体(F)的调节或制冷系统中,所述压缩机(1)包括:抽吸室(2),用于以可变的抽吸压力(pa)抽吸流体(F);输送室(4),用于以比抽吸压力(pa)大的输送压力(pm)来输送流体(F);压缩室(6),介于抽吸室(2)和输送室(4)之间并且经由一个或更多个排出端口(7)与输送室流体连通;至少一个压缩元件(8),适于绕纵向轴线(X)旋转以将流体(F)压缩至这样的压缩压力(pc);用于驱动该压缩元件(8)的电机装置;以及用于调整压缩比(Vi)的装置。调整装置包括机械阀装置(13),该机械阀装置介于压缩室(6)和输送室(4)之间并且被配置成响应于输送室(4)和压缩室(6)之间存在的压力差来自动地改变排出端口(7)的孔径,以瞬时地使压缩压力(pc)和输送压力(pm)相等并提高压缩机(1)的效率。

Description

具有自动压缩比调整系统的正排量式压缩机
技术领域
本发明大体上应用于操作机械的领域,并且特别地涉及一种具有自动压缩比调整系统的正排量式(positive displacement,容积式)压缩机,优选但不限于用于调节和制冷系统的正排量式压缩机。
背景技术
长期以来已知的是设备在调节和制冷中被用于压缩工作流体来改变其压力并因此改变其温度。
这些设备通常被称为正排量式压缩机,并且包括用于抽吸工作流体的、与系统的第一部分流体连通的抽吸室以及与系统的第二部分流体连通的输送室。
此外,压缩室介于抽吸室和输送室之间,并且具有适于在压缩室和输送室之间建立流体连通的排出端口。
为了改变工作流体的压力,压缩室包括由电机装置驱动的压缩装置。
在排出端口处测量的工作流体的压缩压力必须与输送压力基本上相等,以使压缩机的效率最佳并减少待由电机装置完成的工作。
然而,在用于调节和制冷的正排量式压缩机中,压缩室的排出端口具有固定的大小,该固定的大小根据系统的给定的额定操作条件来选择。
因此,当操作状态改变且因此系统所需的输送压力改变时,瞬时压缩比偏离标称值。
另外,由于系统的操作状态的变化,抽吸和输送压力会经受振荡,这导致压缩过度或压缩不足,从而导致效率损失。
为了试图至少部分地消除这些缺点,已经开发了用于调整压缩机的流量的装置,该装置包括滑动阀,该滑动阀适于通过使排出端口的大小变化以改变压缩比来改变压缩机的流量。
WO2011048618公开了一种包括双螺杆压缩装置和滑动阀的正排量式压缩机。该滑动阀被放置在压缩装置和压缩室的内壁之间,并具有面向压缩装置的一个或更多个缝隙。
缝隙与压缩室和排出室流体连通,柱塞操作的闸板(shutter,遮板、挡板)位于滑动阀中,以打开或关闭缝隙并相应地改变压缩比。
此外,闸板通过压缩机外部的多个阀被机电地控制,这些阀适于测量压缩和排出压力以控制闸板在滑动阀中的平移移动。
该布置的第一缺点是,设置多个阀使得闸板位置调整困难且费力,从而增大了制造成本。
该布置的另外的缺点是,在压力随时间快速变化的情况下,当读取压力时,多个阀增大了闸板的响应时间。
该布置的另一缺点是在由阀错误的压力读取的情况下,调整效率差。
另外的缺点是通过将电机装置连接到逆变器以改变压缩装置的rpm来调整压缩机的流量,这导致了压缩机的复杂性和成本的增大。
为了至少部分地消除这些缺点,已经开发了与流量调整装置相独立的压缩比调整装置。
EP2436929公开了一种双螺杆膨胀器,该双螺杆膨胀器包括在多个旁路通道中移动的多个可移动元件,上述旁路通道适于在膨胀室与输送室和抽吸室之间建立连通并且独立于流量控制滑动阀。
可移动元件通过多个导阀操作的阀被控制,这些导阀操作的阀适于使它们的端部处的压力值变化以改变它们在通道中的位置,从而改变膨胀比率。
然而,这些阀还是由微处理器控制系统从外部控制,这增加了设备的复杂性并且不提供瞬时响应。
US2011038747、US2014260414和US2012027632公开了具有权利要求1的前序部分的所有特征的正排量式压缩机。
技术问题
鉴于现有技术,可以认为本发明所解决的技术问题是如何简单且便宜地改变压缩机的压缩比。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种具有自动压缩比调整系统的正排量式压缩机来解决前面提到的技术问题,该正排量式压缩机是高效且相对地节省成本的。
本发明的特定目的是提供如上文描述的压缩机,该压缩机提供压缩比的自动和瞬时的改变。
本发明的另外的特定目的是提供如上文描述的压缩机,该压缩机可以独立于流量控制而改变压缩比。
本发明的另一目的是提供如上文描述的压缩机,该压缩机具有简单的构造并且可以在没有外部控制和调整系统的帮助下调整压缩比。
本发明的另外的目的是提供如上文描述的压缩机,该压缩机可以调整压缩比同时保持随时间的最佳效率。
这些和其他目的,如下文更清楚地解释的,通过根据权利要求1限定的具有自动压缩比调整系统的正排量式压缩机来实现,该正排量式压缩机被设计成安装在工作流体调节或制冷系统中,所述压缩机包括:抽吸室,该抽吸室用于抽吸工作流体、具有响应于系统条件可变的抽吸压力;输送室,该输送室用于输送工作流体、具有的输送压力大于抽吸压力并根据系统条件而变化;以及压缩室,该压缩室介于抽吸室和输送室之间并且经由一个或更多个排出端口与该输送室流体连通。
正排量式压缩机还包括:至少一个螺杆压缩元件,该螺杆压缩元件保持在压缩室内并绕纵向轴线旋转以将流体压缩至压缩压力;电机装置,用于驱动至少一个压缩元件;以及调整装置,用于调整压缩比。
调整装置包括机械阀装置,该机械阀装置介于压缩室与输送室之间,以根据输送室与压缩室之间存在的压力差自动地改变至少一个排出端口的孔径。
根据本发明的特定方面,压缩室具有基本上平坦的端部壁,该端部壁横向于至少一个压缩元件的旋转轴线以限定输送平面,并且至少一个座部与输送平面相邻,用于至少一个可移动元件的移动,以瞬时地使压缩压力与输送压力相等来改进压缩机的效率。
根据从属权利要求获得本发明的有利实施方式。
附图说明
通过对具有自动压缩比调整系统的正排量式压缩机的优选的、非排他的实施方式的详细描述,本发明的另外的特征和优点将变得更加明显,在附图帮助下将上述实施方式作为非限制性实施例进行描述,在附图中:
图1是本发明的正排量式压缩机的侧视图;
图2是图1的正排量式压缩机的纵向剖视图;
图3和图4分别示出了根据处于第一和第二操作配置的自动调整系统的第一实施方式的图2的压缩机的细节;
图5是根据第一实施方式的图1的正排量式压缩机的细节的立体分解图;
图6和图7是图5的细节的正视图;
图8和图9分别地示出了根据处于第一和第二操作配置的自动调整系统的第二实施方式的图1的压缩机的细节;
图10和图11分别是图8和图9的细节的立体图;
图12是根据第二实施方式的图1的正排量式压缩机的细节的立体分解图;
图13和图14是图12的细节的正视图。
具体实施方式
特别地参考前面提到的附图,示出了具有压缩比调整系统的正排量式压缩机,该正排量式压缩机总体上由附图标记1指示、被设计成安装在用于工作流体F的调节或制冷系统中。
压缩机1可以使用任何工作流体F、通常是在环境条件下处于气态的工作流体来运行。
压缩机1包括抽吸室2,该抽吸室用于抽吸工作流体F、具有根据系统条件而变化的抽吸压力pa
如本身已知的,抽吸室2经由第一凸缘(flange,法兰、翼缘)3与未示出的抽吸管流体连通,并且抽吸管连接到系统的第一区域。
此外,压缩机1包括输送室4,该输送室用于输送流体F、具有大于抽吸压力pa并且也根据系统条件变化的输送压力pm
如图1和图2中示出的,输送室4经由第二凸缘5与未示出的输送管流体连通,并且输送管连接到系统的第二区域。
如本身已知的,压缩室6介于抽吸室2和输送室4之间并且经由一个或更多个排出端口7与输送室4流体连通。
特别地,排出端口7可以包括:主排出端口7',该主排出端口恒定地打开并且与输送室4直接流体连通;以及一个或更多个辅排出缝隙7。
至少一个螺杆压缩元件8容置在压缩室6中并且绕纵向轴线X旋转以将工作流体F压缩至比抽吸压力pa大的压缩压力pc
如图2中示出的,压缩机1可以包括一对螺杆元件8'、8”,上述螺杆元件围绕相应的平行纵向旋转轴线X1、X2旋转并且具有直径相同或不同的匹配的周缘螺旋表面10'、10”。
有利地,主排出端口7'通过螺杆8'、8”的周缘螺旋表面10'、10”的轮廓的接触限定。
压缩元件8可以是公螺杆8'或母螺杆8”并且可以具有:预定的直径,预定的直径分别是用于公元件8'的较大直径和用于母元件8”的较小直径;以及相反的旋转方向。
因此,一对螺杆8'、8”和压缩室6的内壁12可以一起创建具有逐渐地减小的容积的腔12,该腔适于容纳一定量的工作流体F,该工作流体在抽吸室2和输送室4之间逐渐地移动同时减小该工作流体的体积并增大该工作流体的压力。
另外,正排量式压缩机1包括未示出的电机装置,该电机装置用于驱动该元件8或压缩元件8'、8”并且可以是被配置成设置旋转速度的通用电气装置,其中,转数和速率随时间恒定。
抽吸室2和输送室4两者具有相应的容积V、vm,相应的容积限定了固有压缩比Vi,该压缩比是可变的并且能够使用用于调整压缩比vi的装置进行调整。
如本身已知的,固有压缩比由已知公式Vi=Va/vm给出,并且与输送室4的容积Vm成反比。如本身也是已知的,随着输送室4的容积VM改变,输送压力pm也改变。
如图中示出的,调整装置包括机械阀装置13,该机械阀装置介于压缩室6与输送室4之间并且被配置成根据输送室4与压缩室6之间存在的压力差自动地改变至少一个排出端口7的孔径。
此外,阀装置13包括被接收在对应的座部15中的至少一个可移动元件14,该座部具有与压缩室6流体连通的上游部分16以及与输送室4流体连通的下游部分17。
根据本发明的特定方面,压缩室6具有基本上平坦的端部壁,该端部壁横向于压缩元件8的旋转轴线以限定输送平面9,并且座部15与输送平面9相邻,用于至少一个可移动元件14的移动,以瞬时地使压缩压力pc与输送压力pm相等来提高压缩机1的效率。
如图中示出的,输送室4可以在压缩机1的位于输送平面9和第二凸缘5之间的部分中延伸。此外,主排出端口7'和辅排出缝隙7"两者都形成在输送平面9中,并且元件14由于压缩压力pc和输送压力pm之间的差异是可移动的。
实际上,使输送压力pm和压缩压力pc相等是已知的用以防止由于系统所需的压力变化而导致的压缩过度或压缩不足操作,从而使压缩机1的效率最大化。
因此,座部15的两个部分16、17将分别以压缩压力pc和输送压力pm容纳工作流体F的相应部分
有利地,座部15的下游部分17可以经由辅管道18与输送室4流体连通。
辅管道18可以包括与座部15的下游部分17连接的第一端部18A以及与输送室4连接的第二端部18b。
因此,座部15将与输送平面9相邻,由此与上游部分16和下游部分17的流体连接允许无误地读出压缩压力pc和输送压力pm,如图2至图14中示出的。
此外,可移动元件14适于选择性地阻挡或打开排出端口7的辅排出缝隙7”,以建立其与输送室4的选择性连通。
在本发明的第一实施方式中,如图2至图7中示出的,座部15可以是具有基本上与输送平面9平行的Y轴的基本上柱状的腔,并且可移动元件14可以包括活塞19,该活塞沿着座部15轴向地移动并且具有扩大的头部20和中空轴21。
特别地,座部15在其顶部处可以通过密封塞22被关闭,该密封塞适于界定可移动元件14的轴向滑动移动。
便利地,辅管道18的第一端部18a可以被放置在座部15的下游部分17中、靠近密封盖22的位置。
在该实施方式中,辅排出缝隙7”可以经由形成在可移动活塞19中的至少一个通路23与座部15的上游部分16流体连通。
通路23可以形成在轴21的面向排出端口7的端部与面向扩大的头部20的相反端部之间,并且适于促进工作流体F从压缩室6向座部15的上游部分16的排放,由此引起活塞19的轴向移动并且使输送压力pm和压缩压力pc相等。
如图3和图4中最佳示出的,座部15可以包括用于滑动地引导活塞19的中空轴21的缩窄部分24和用于滑动地引导扩大的头部20的加宽部分25。
特别地,加宽的部分25可以包括座部15的上游部分16和下游部分17,并且扩大的头部20可以根据其中的压力值在这两个部分之间移动。
扩大的头部20可以具有:第一表面20a,该第一表面面向下游部分17并且受到系统所需的输送压力pm的作用;第二相反表面20B,该第二相反表面面向座部15的上游部分16并且受到压缩压力pc的作用。
环形密封件26可以被放置在第一表面20A和第二表面20B之间,以将座部15的上游部分16与下游部分17分开。
有利地,缩窄部分24可以与输送室4流体连通,并且辅排出缝隙7”可以适于通过滑动活塞19的中空轴21与座部15的缩窄部分24选择性地连接,并因此与输送室4选择性地连接。
图3以示例的方式示出了正排量式压缩机1的细节,该正排量式压缩机包括位于公螺杆元件8'处的四个辅排出缝隙7”和位于母螺杆元件8”处的三个辅缝隙7”。
该图还示出了平衡操作状态,其中,压缩压力pc等于系统所需的输送压力pm
此外,在该平衡状态下,辅排出缝隙7”打开并且三个缝隙7”被中空轴21关闭,并且由螺杆8'、8”压缩的工作流体F通过主排出端口7'和打开的辅缝隙7”被引入到输送室4中。
系统所需的增大的输送压力pm一达到新的压力值pm2,活塞19的扩大的头部20由于座部15的下游部分17中的超压而轴向地移动。
因此,活塞19的轴21将先前打开的辅排出缝隙7”阻挡,如图4中示出的,并且沿座部15轴向地移动直到达到与系统所需的新输送压力pm2相等的新压缩值pc2
因此,当压缩压力值pc由于缝隙7”的闭塞而从值pc增大到值pc2时,并且因此,通过延迟两个螺杆8'、8”开始将工作流体F排出到输送室4中的时间,建立了新的平衡状态,如图7中示出的。
使用介于压缩室6和输送室4之间的机械阀装置13,压缩机1的操作可以以简单且瞬时的方式容易地且自动地适于不同的工作条件。
此外,在没有外部控制和调整系统的帮助下并且独立于由系统所需的输送压力pm引起的任何扰动,调整装置可以自主地改变压缩比Vi
在本发明的第二实施方式中,如图8至图14中示出的,压缩机1可以包括多个可移动活塞19’,多个可移动活塞容置在相应的座部15中并且具有与输送平面9垂直的轴线X3
每个座部15可以面向相应的辅排出缝隙7”,并且每个活塞19'适于选择性地阻挡相应的辅缝隙7”。
在该第二实施方式中,每个可移动元件14可以包括具有下述的基本上T形的截面:第一平坦横向部段27,该第一平坦横向部段面向压缩室6并受到压缩压力pc的作用;第二平坦纵向部段28,该第二平坦纵向部段基本上垂直于第一部段27并且受到系统所需的输送压力pm的作用。
这些可移动元件14的横向部段27对应于第一实施方式的活塞19'的扩大的头部20,而可移动元件14的纵向部段28对应于第一实施方式的活塞19'的轴21。
在该实施方式中,横向间隙29介于多个座部15与输送平面9之间并且适于在辅排出缝隙7”与输送室4之间建立流体连通。
此外,可移动元件14能够沿相应的纵向方向滑动穿过间隙29,以从操作位置移动到无效位置,可移动元件在操作位置阻挡它们的相应的排出缝隙7”,可移动元件在无效位置打开它们的相应的排出缝隙7”,以允许工作流体F从压缩室6流到输送室4,反之亦然。
如图8和图9中示出的,座部15的上游部分16可以形成在辅排出缝隙7”处,而座部15的下游部分17可以经由多个辅管道18与输送室4流体连通。
另外,每个座部15将适于滑动地容置对应的活塞19'的相应纵向部段28。
每个活塞19'的第一横向部段27可以具有面向压缩室6的第一表面20a和面向对应的座部15的第二相反表面20b。
因此,在该实施方式中,输送压力pm既作用在每个活塞19的容置在相应座部15中的纵向部分28上,又作用在每个活塞19的滑动地容置在间隙29中的横向部分27的第二表面20B上。
图8至图14以示例的方式示出了正排量式压缩机1,该正排量式压缩机包括位于公螺杆元件8'处的三个辅排出缝隙7”以及容置在相应的座部15中并面向对应的缝隙7”的三个活塞19'。
特别地,图8和图10示出了平衡操作状态,在该平衡操作状态中,压缩压力pc等于系统所需的输送压力pm,并且在该平衡操作状态中,所有三个活塞19'阻挡相应的排出缝隙7”。
在该平衡状态下,由螺杆元件8'、8”压缩的工作流体F仅通过主排出端口7'、以压缩压力pc被引入到输送室4中。
系统要求的减小的输送压力pm一达到新的压力值pm3时,活塞19由于其中的超压纵向地移动远离压缩室6。
因此,活塞19'打开了相应的先前关闭的辅排出缝隙7”,如图9和图11中示出的,并且纵向地移动直到其达到与系统所需的新的输送压力pm3相等的新的压缩值pc3
因此,当压缩压力值pc由于缝隙7”的打开而从值pc1降低到值pc3时,并且因此,通过提前两个螺杆8'、8”开始将工作流体F排出到输送室4中的时间,建立了新的平衡状态,如图14中示出的。
如果缝隙7”的打开不足以平衡输送压力pm和压缩压力pc,则下一活塞19'也可以纵向地移动以打开新的缝隙7”。
如本身已知的,正排量式压缩机1可以包括滑动阀30,该滑动阀适于沿着与压缩元件8的旋转轴线X平行的轴线X4移动。
该滑动阀30在外部液压、气动或油压控制下移动,并且可以包括端部30a,该端部面向主排出端口7'并且适于改变待被抽取的工作流体的体积来改变压缩机1的流量。
仅经由示例,外部控制可以包括未示出的多个电磁阀,这些电磁阀可操作地连接至中央控制系统并且适于作用于外部控制以引起滑动阀30的不连续的移动。
同样在该情况下,以上描述的机械阀装置13可以包括至少一个可移动元件14,该可移动元件与主排出端口7'的大小无关地移动,以自动地且瞬时地调整压缩比vi
从前述可以理解,根据本发明的具有自动压缩比调整系统的正排量式压缩机实现了预期的目的,并且特别地能够独立于该正排量式压缩机所处于其中的系统中的压力微扰来自主地改变压缩比。
尽管已经特别地参照附图描述了正排量式压缩机,但是在本公开内容和权利要求书中所指的附图标记仅是为了更好地理解本发明而使用的,并且不应当意在以任何方式限制所要求保护的范围。
工业实用性
本发明可以应用于工业,因为它可以在制造工厂中以工业规模生产、在现场调节和制冷设备中运行。

Claims (10)

1.具有自动压缩比调整系统(Vi)的正排量式压缩机(1),所述正排量式压缩机适于安装在用于工作流体(F)的调节或制冷系统中,所述压缩机(1)包括:
-抽吸室(2),所述抽吸室用于抽吸所述工作流体(F),具有响应于系统条件的可变的抽吸压力(pa);
-输送室4,所述输送室用于输送所述工作流体(F),具有大于所述抽吸压力(pa)的、响应于所述系统条件变化的输送压力(pm);
-压缩室(6),所述压缩室介于所述抽吸室(2)和所述输送室(4)之间并且经由一个或更多个排出端口(7)与所述输送室流体连通;
-至少一个螺杆压缩元件(8),所述至少一个螺杆压缩元件被容纳在所述压缩室(6)中并且绕纵向轴线(X)旋转,以将所述工作流体(F)压缩达到压缩压力(pc);
-电机装置,所述电机装置用于驱动所述压缩元件(8);
-调整装置,所述调整装置用于调整所述压缩比(Vi);
其中,所述调整装置包括机械阀装置(13),所述机械阀装置介于所述压缩室(6)和所述输送室(4)之间,以响应于所述输送室(4)和所述压缩室(6)之间存在的压力差来自动地改变所述一个或更多个排出端口(7)的孔径;
其中,所述阀装置(13)包括被接收在对应的座部(15)中的至少一个可移动元件(14),所述座部具有与所述压缩室(6)流体连通的上游部分(16)以及与所述输送室(4)流体连通的下游部分(17);
其特征在于,所述压缩室(6)具有基本上平坦的端部壁,所述端部壁横向于所述至少一个压缩元件(8)的旋转轴线并限定输送平面(9),所述至少一个座部(15)与所述输送平面(9)相邻,用于所述至少一个可移动元件(14)的移动,以瞬时地使所述压缩压力(pc)与所述输送压力(pm)相等来提高所述压缩机(1)的效率。
2.根据权利要求1所述的压缩机,其特征在于,所述一个或更多个排出端口(7)包括始终打开的主排出端口(7')和能够被所述至少一个可移动元件(14)选择性地阻挡的一个或更多个辅排出缝隙(7”),所述主端口(7')和所述一个或更多个辅缝隙(7')形成在所述输送平面(9)中。
3.根据权利要求2所述的压缩机,其特征在于,所述主排出端口(7')直接地连接至所述输送室(4),所述座部(15)的所述下游部分(17)经由辅管道(18)与所述输送室(4)流体连通。
4.根据权利要求1所述的压缩机,其特征在于,所述座部(15)是基本上柱状的腔,所述座部的轴线(Y)基本上平行于所述输送平面(9),所述至少一个可移动元件(14)是活塞(19),所述活塞被设计成沿所述座部(15)轴向地移动并且包括扩大的头部(20)和中空轴(21)。
5.根据权利要求4所述的压缩机,其特征在于,所述一个或更多个辅排出缝隙(7”)经由形成在所述至少一个可移动活塞(19)中的至少一个通路(23)与所述座部(15)的所述上游部分(16)流体连通。
6.根据权利要求4所述的压缩机,其特征在于,所述座部(15)包括用于滑动地引导所述中空轴(21)的缩窄部分(24)和用于滑动且密封地引导所述扩大的头部(20)的加宽部分(25),所述加宽部分(25)包括所述座部(15)的所述上游部分(16)和所述下游部分(17)。
7.根据权利要求6所述的压缩机,其特征在于,所述辅缝隙(7”)被设计成经由所述活塞(19)的轴(21)与所述座部(15)的缩窄部分(24)选择性地连接,所述缩窄部分(24)与所述输送室(4)流体连通。
8.根据权利要求3所述的压缩机,其特征在于,所述压缩机包括多个可移动活塞(19'),所述多个可移动活塞被容置在相应的座部(15)中、使得所述多个可移动活塞的轴线(X3)垂直于所述输送平面(9),所述座部(15)中的每个座部面向相应的辅排出缝隙(7”),并且所述活塞(19')中的每个活塞适于选择性地阻挡相应的辅缝隙(7”)。
9.根据权利要求8所述的压缩机,其特征在于,所述压缩机包括横向间隙(29),所述横向间隙介于所述座部(15)与所述输送平面(9)之间并且适于在所述辅排出缝隙(7”)和所述输送室(4)之间建立流体连通,所述座部(15)的上游部分(16)被形成在所述辅排出缝隙(7”)处,并且所述下游部分(17)经由多个辅管道(18)与所述输送室(4)流体连通。
10.根据权利要求1所述的压缩机,其特征在于,所述压缩机包括滑动阀(30),所述滑动阀适于在外部控制下沿着与所述旋转轴线(X)平行的轴线(X4)移动,所述滑动阀(30)包括一个端部(30A),所述端部适于改变所述主排出端口(7')的大小以改变所述压缩机(1)的流量,所述机械阀装置(13)包括与所述主排出端口(7')的大小无关地移动的可移动元件(14)。
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