CN1338573A - 具有带着出入口的运行涡卷件的涡卷机 - Google Patents

Abstract

一种涡卷式压缩机包括一个流体注射系统。流体注射系统包括一条流体通道,它从压缩机壳体外部的一个位置延伸到由涡卷件的圈建立的流体腔。流体通道延伸通过运行涡卷件。流体注射系统可以用于注射气态或液态冷冻剂、润滑剂,或者流体注射系统可以用于把活动腔通到压缩机的吸入区来调节容量。

Description

具有带着出入口的运行涡卷件的涡卷机

                     发明领域

本发明通常涉及涡卷式机器。尤其是，本发明涉及了包含流体注射系统的气密涡卷压缩机，其中流体注射系统利用了延伸通过运行涡卷件端板的流体通道。

                   发明背景和概述

冷冻和空调系统一般包括一个压缩机、一个冷凝器、一个膨胀阀或其相当装置、以及一个蒸发器。这些部件按顺序结合成连续的流动路线。工作流体流经这个系统并在液相和蒸气或气相之间交替。

在冷冻系统中已经采用了各种类型的压缩机，包括(但不限于)往复压缩机、螺旋压缩机和旋转压缩机。旋转式压缩机可以包括如涡卷机的各种叶片式压缩机。采用两个涡卷件构成了涡卷压缩机，每个涡卷件具有一个端板和一个螺旋圈。把两个涡卷件安装成使得它们可以按相对轨道运行方式相互接合。在这个轨道运行期间，螺旋圈确定了一系列连贯的封闭空间或封闭腔，当每一个腔从相当低吸入压力的径向外部位置向内运动到相当高压力的中心位置时，其尺寸逐渐减小。压缩气体通过涡卷件之一的端板中形成的排出通道，从中心位置的封闭空间排出。

出于各种理由，当这些封闭空间或封闭腔在吸入和排出位置之间运动时，这些涡卷式机器的设计者需要能够出入这些封闭腔。出入这些活动腔的一个理由是把油注入腔，以便在涡卷件压缩流体时润滑和冷却涡卷件。对于冷冻压缩机，出入这些活动腔的另一个理由是注入液体冷冻剂来冷却涡卷件。出入这些活动腔的又一个理由是把这些中间腔连接到压缩机的吸入区，以便在容量调节系统中减少压缩机的容量。出入这些活动腔的另外一个理由是注入被压缩成蒸汽形式的补充流体量，以便增加涡卷机的压缩比或容量。

已经利用各种先前技术的方法来出入这些活动腔。当不需要从压缩机气密壳体外部出入这些活动腔时，如注油和/或调节容量情形，则可以根据注射系统的设计意图，通过运行涡卷件或者非运行涡卷件来达到出入。当确实需要从压缩机气密壳体外部出入这些活动腔时，如液体注射和蒸汽注射系统情形，则通过静止的或非运行的涡卷件来提供出入，因为与静止涡卷件连通要比与活动的运行涡卷件连通容易。

流体注射系统的继续发展包括优化设计来达到对压缩流体活动腔的出入。本发明对当前技术提供了一种方法，通过在运行涡卷件端板中延伸的通道，从压缩机气密壳体外部出入活动的流体腔。通过运行涡卷件从压缩机气密壳体外部出入活动腔的方式提供了少花钱和更简单的涡卷机组件，以及少花钱的涡卷件加工要求。

从以下详细描述、所附权利要求和附图，本发明的其它优点和目的对熟悉该技术的人员来说将变得很明显。

                         附图简述

附图说明了当前打算实现本发明的最好模式，其中：

图1是一个涡卷压缩机的垂直剖视图，包含了一个按照本发明的独特流体注射系统；

图2是图1所示涡卷压缩机的一个部分为剖面的平面视图；

图3是一个大致沿着图2中3-3线所取的放大剖视图，表示了图1所示压缩机的注射系统；

图4是一个部分为剖面的平面视图，为按照本发明另一个实施例的独特流体注射系统；

图5是一个大致沿着图4中5-5线所取的放大剖视图，表示了图4所示压缩机的注射系统；

图6是一个部分为剖面的平面视图，为按照本发明又一个实施例的独特流体注射系统；以及

图7是一个放大剖视图，表示了图6所示的注射系统。

                   优选实施例详述

现在参照附图，其中相同的编号表示所有附图中相同或相应的零件，在图1中表示了一个包含本发明独特流体注射系统的气密涡卷压缩机，用编号10概括表示。涡卷压缩机包括一个大致为圆柱形的气密壳体12，在其上端有一个焊接的盖14，在其下端有一个底座16，底座具有许多与之整体形成的安装腿(图中未示)。盖14上设有一个冷冻剂排出接头18，它具有常见的排出阀(图中未示)。加在壳体12上的其它主要件包括一个横向延伸的隔板20，它沿着其周边焊接在与盖14焊在壳体12的同一点上，一个进入接头22、一个适于固定到壳体12的主轴承座24，以及一个下轴承座26，它具有沿径向朝外伸出并适于固定到壳体12的许多支腿。一个马达定子28压配在壳体12中，定子大致为方形截面，但具有倒圆的四角。在定于28倒圆四角之间的平面提供了定子28和壳体12之间的通路，有助于润滑剂从壳体12顶部回流到其底部。

一个在其上端具有偏心销32的驱动轴或曲轴30可转动地支承在主轴承座24中的轴承34上和下轴承座26中的轴承36上。曲轴30在其下端具有一个相当大直径的偏心孔38，它与沿径向朝外设置的较小直径孔40相连通，孔40从孔38向上延伸到曲轴30的顶部。一个搅拌器42设在孔38内。壳体12内的下区充以润滑油，孔38和40作为一个泵来把润滑油沿曲轴30向上泵吸，最终到达压缩机10需要润滑的各个区域。

曲轴30由电动马达相关联地驱动，马达包括了马达定子28和马达转子46，定子具有通过它的绕组44，转子压配在曲轴30上并分别具有上、下配重48和50。一个常规类型的马达保护器52非常靠近马达绕组44，使得如果马达超过其正常温度范围，马达保护器就使马达断电。

主轴承座24的上表面上设有环形推力支承平面54，在平面54上设有一个运行涡卷件56。涡卷件56包括一个端板58，在端板上表面上具有常规的螺旋阀或螺旋圈60，在端板下表面上具有环形的推力平面62。一个圆柱轴套64从下表面向下突出，其中具有一个轴颈轴承66，轴承66内转动地设有一个驱动衬套68，衬套68具有一个内孔，曲轴销32可驱动地被设置在其中。曲轴销32在一个表面(图中未示)上具有一个平面，它与驱动衬套68一部分内孔的一个平面可驱动地接合，提供了沿径向相符的驱动设置，如在本代理人的美国专利号4,877,382中所示，其公布内容结合在这里作为参考。

涡形圈60与形成非运行涡卷件74一部分的非运行涡形圈72相咬合。在运行涡卷件56相对于非运行涡卷件74作轨道运行时，产生了活动流体腔，当腔从外部径向位置向涡卷件56和74中心位置运动时它被压缩。以任何希望的方式把非运行涡卷件74装在主轴承座24上，主轴承座提供了非运行涡卷件74的有限轴向运动。这种安装的具体方式对本发明并不重要。但是，在优选实施例中，非运行涡卷件74具有许多沿周向隔开的安装凸台76(参见图2和3)，每个凸台具有平的上表面78和轴向孔80。一个套82滑动地设置在孔80内，用一个螺钉84把套82螺接到主轴承座24上。螺钉84具有一个扩大的头部，它与上表面78接合来限制非运行涡卷件74的沿轴向向上或分离运动。涡形圈72下端面的轴向扩大部分和运行涡卷件56的上平面限制了非运行涡卷件74沿相反方向的运动。

非运行涡卷件74具有一个沿中心设置的排出口88，它通过隔板20上的开口90，与由盖14和隔板20确定的排气消音器92连通。被涡形圈60和72之间活动腔压缩的流体通过排出口88和开口90排入排气消音器92中。非运行涡卷件74在其上表面上具有一个带着平行同轴侧壁的环形凹槽94，其中为相对轴向运动密封地设置了一个环形密封组件96，用于隔离凹槽94的底部，使得它可以依靠通道98与中间流体压力源相连通。因此作用在非运行涡卷件74中心区域的排出压力产生的力以及作用在凹槽94底部的中间流体压力产生的力，使得对着运行涡卷件56沿轴向偏压非运行涡卷件74。这种轴向偏压，以及支承非运行涡卷件74作有限轴向运动的各种技术，已经更详细地公布在本代理人的上述美国专利号4,87,382中。

用常规的01dham联接装置100来阻止涡卷件56和74的相对转动，联接装置100具有一对键，滑动地设在非运行涡卷件74的沿直径对着的槽中，第二对键滑动地设在运行涡卷件56的沿直径对着的槽中。

压缩机10最好是“低面”型压缩机，其中进入壳体12的吸入气体被部分地容许协助冷却马达。只要有一个适当的返回吸入气体流，马达将保持在所希望的温度范围内。但是当这个流停止时，冷却的丧失将引起马达保护器52释放并关闭压缩机10。

因此概括地说，涡卷压缩机或者是目前技术上已知的形式，或者是申请者的代理人另外正在申请专利的主题。引入本发明原理的详细构造是采用了以编号110概括表示的独特流体注射系统。可以利用流体注射系统110来注射冷却用的液态冷冻剂、增加容量用的蒸气或气态冷冻剂、润滑或冷却用的油，或者可以利用流体注射系统110来调节容量。作为举例目的，将采用蒸气注射系统作为流体注射系统110来描述本发明，但可以理解到，采用流体注射系统110也能够注射其它流体或能够排出流体。

现在参照图1-3，流体注射系统110包括一对延伸通过运行涡卷件56端板58的流体注射通道112、一对在主轴承座24中大致垂直的流体通道114、一个在主轴承座24中大致为圆形的水平流体通道116、一个延伸通过主轴承座24支腿之一的大致水平的流体通道118、一个延伸通过壳体12的流体注射口120、以及一个固定在壳体12外部的流体注射接头122。

流体注射通道112延伸通过运行涡卷件56的端板58。根据在压缩循环期间将从涡形圈60和72之间一对活动腔注射或排出流体的定位来确定在端板涡形圈一侧的通道112开口的位置。在涡卷件56推力表面62上通道112开口的定位将使得在运行涡卷件56的整个轨道运行中，通道112的开口始终靠着主轴承座24的推力支承面54。这个特性将结合流体通道114在以下描述。

每个流体通道114从推力支承面54垂直伸到流体通道116。每个流体通道114包括一个扩孔区124，它在推力支承面54上向上敞开。扩孔区124的尺寸使得在运行涡卷件56的所有轨道运行期间，扩孔区与其相关的流体注射孔112始终保持流体连通。

大致为圆形的水平通道116在一对流体通道114和水平流体通道118之间延伸。流体通道118大致水平地延伸通过主轴承座24的一个支腿。流体通道118通向通过壳体12的注射口120。采用焊接把流体注射接头122固定在壳体12上，它包括一个与注射口120流体连通的中心孔126。

因此，通过孔126、通过注射口120、通过通道118、通过通道116、通过通道114和扩孔124、以及通过通道112提供了从注射接头122到涡卷件60和72之间活动压缩腔的出入。流体可以注入涡形圈60和72之间的活动腔中，或者流体可以通过接头122从涡卷件72和60之间的活动腔排出。

现在参照图4和5，说明了按照本发明另一个实施例的一个流体注射系统210。流体注射系统210相似于流体注射系统110，但流体注射系统210包含一个内部阀系统230，它可以替代包含在流体注射系统110中任何类型的外部阀系统。与外部系统相反，内部阀系统230设在壳体12内。内部阀系统230包括一个滑阀232、一个阀导向支承234、一个阀回复弹簧236和一个起动接头238。

滑阀232可滑动地设在一个孔240内，孔与大致水平的流体通道118相交。一对密封件242把流体通道118内的流体与孔240相密封。滑阀232确定了一个蒸气注射通孔244和一个调节槽246。利用蒸气注射通孔244把蒸气注入涡形圈60和72之间的流体腔内来增加压缩机的容量。利用调节槽246，由于排出了涡形圈60和72之间流体腔中压缩流体来提供延迟的压缩，来调节或减少压缩机的容量。蒸气注射和延迟压缩的结合容许在压缩机整个容量采用蒸气注射时增加压缩机的调节量。假设没有蒸气注射的压缩机在100％容量下工作，由于延迟压缩的容量调节，容量被减少到约60％，引入蒸气注射将增加其容量到约120％。当阀系统230从蒸气注射变换到调节状态，容量将减少到原先的60％。因此，60％的容量调节(100％到60％)成为50％的容量调节(120％到60％)。

阀导向支承234装在主轴承座24的一个相邻支腿上，它确定了一个孔248，滑动地容纳了滑阀232并引导它的运动。阀回复弹簧236位于阀导向支承234和滑阀232之间，把滑阀232偏压到如图4所示的其蒸气注射位置。通过接头238中的孔250、壳体12中的开口252、以及在主轴承座24支腿之一中的通道254，起动接头238与孔240的一端连通。通过如电磁阀的阀门，孔250与如压缩机排出压力的压力流体源连接。当这个压力流体提供到孔240一端，滑阀232从其图4所示位置移到这样位置：使调节槽246对准流体通道118，容许由延伸通过主轴承座24的开口260来调节压缩机的容量。密封件256隔离了通过起动接头238提供的压力流体。当再次希望蒸气注射特性时，可以从接头238排出压力流体，容许阀回复弹簧236再次使蒸气注射通孔对准通道118，如图4所示。

现在参照图6和7，说明了按照本发明又一个实施例的流体注射系统310。流体注射系统310提供了一个供替代的方法，用于出入涡形圈60和72确定的活动腔。流体注射系统310包括一对流体注射通道112、一对大致垂直的流体通道314、一对管道组件316、一个管道连接组件318、一个流体注射口320和一个流体注射接头322。

每个流体通道314从推力支承面54大致垂直延伸到壳体12的内部吸入区。每个流体通道314包括在推力支承面54上向上敞开的扩孔区124。在运行涡卷件56所有运行期间，扩孔区124保持与相关的注射孔112连通。流体通道314的每个下端确定了一个扩大的孔324，它与相关的管道组件316配合。

每个管道组件316在管道连接组件318和相关扩大孔324之间延伸。每个管道组件316包括一个与相关孔324接合的接头326和一个在接头326和管道连接组件318之间延伸的管子328。一个密封件330密封了孔324和接头326之间的对接面，一个定位件332保持接头326设置在孔324之内。

管道连接组件318包括一个主轴承座接头340和一个连接管342。用许多螺钉把接头340固定到主轴承座24上。接头240确定了一个与一对管子328连通的内孔344。连接管342设在接头340的孔344内，并延伸到流体注射接头322。一个密封件346密封了管子342和孔344之间的对接面。

流体注射接头322延伸通过开口320并固定到壳体12上，它确定了一个容纳连接管342另一端的内孔350。一个密封件352密封了管子342和孔350之间的对接面。因此，通过孔350、管子342、孔344、管子328、接头326、流体通道314和注射通道112，接头322与涡形圈60和72确定的压缩活动流体腔相连通。

流体注射系统310还包括一个止回阀360，容许流体从接头322流到注射通道112，但禁止流体从注射通道112流到接头322。

尽管上述详细说明描述了本发明的优选实施例，但应该理解到，可以修改、改变和变换本发明而不背离所附权利要求的范围和本意。

Claims (33)

1.一种运用一种工作流体的涡卷式压缩机，上述压缩机包括：

一个壳体，它具有吸入区和排出区；

一个第一涡卷件，它设置在上述壳体内并具有一个从一个第一端板上延伸的第一涡形圈；

一个第二涡卷件，它设置在上述壳体内并具有一个从一个第二端板上延伸的第二涡形圈，上述第二涡形圈与上述第一涡形圈相互咬合，确定了许多封闭腔；

一个驱动机构，它使上述第二涡卷件相对于上述第一涡卷件作轨道运行，上述许多腔从上述吸入区中的外部径向位置运动到上述排出区中的中心位置；

一条流体通路，它至少与上述许多腔之一连通，上述流体通路包括一条从上述一个腔延伸到上述壳体外部位置的流体通道，上述流体通道延伸通过上述第二涡卷件。

2.按照权利要求1的涡卷式压缩机，还包括一个设置在上述壳体内的座，上述座支承着上述第二涡卷件，上述流体通道延伸通过上述座。

3.按照权利要求2的涡卷式压缩机，还包括一个设置在上述座内的阀，上述阀控制着通过上述流体通道的流体流动。

4.按照权利要求3的涡卷式压缩机，其中上述阀被从上述壳体外部的压力流体所控制。

5.按照权利要求1的涡卷式压缩机，还包括一个阀，用于控制通过上述流体通道的流体流动。

6.按照权利要求5的涡卷式压缩机，其中上述阀设置在上述壳体内。

7.按照权利要求6的涡卷式压缩机，其中上述阀被从上述壳体外部的压力流体所控制。

8.按照权利要求1的涡卷式压缩机，还包括一个座，它具有许多设置在上述壳体内的支腿，上述座支承着上述第二涡卷件，上述流体通道延伸通过上述座的上述支腿之一。

9.按照权利要求8的涡卷式压缩机，还包括一个阀，它设置在上述座内，上述阀控制着通过上述流体通道的流体流动。

10.按照权利要求9的涡卷式压缩机，其中上述阀被从上述壳体外部的压力流体所控制。

11.一种运用一种工作流体的涡卷式压缩机，上述压缩机包括：

一个壳体；

一个非运行涡卷件，它设置在上述壳体内并具有一个从一个非运行端板上延伸的非运行涡形圈；

一个运行涡卷件，它设置在上述壳体内并具有一个从一个运行端板上延伸的运行涡形圈，上述运行涡形圈与上述非运行涡形圈相互咬合，确定了许多封闭腔；

一个驱动机构，它使上述运行涡卷件相对于上述非运行涡卷件作轨道运行，在上述轨道运行期间，上述许多封闭腔从上述工作流体处于吸入压力的外部径向位置运动到上述工作流体处于更高排出压力的中心位置；

一条流体通路，它至少与上述许多活动腔之一连通，上述流体通路包括一条从上述一个腔延伸到上述壳体外部位置的流体通道，上述流体腔延伸通过上述运行涡卷件。

12.按照权利要求11的涡卷式压缩机，还包括一个设置在上述壳体内的座，上述座支承着上述运行涡卷件，上述流体通道延伸通过上述座。

13.按照权利要求12的涡卷式压缩机，还包括一个设置在上述座内的阀，上述阀控制着通过上述流体通道的流体流动。

14.按照权利要求13的涡卷式压缩机，其中上述阀被从上述壳体外部的压力流体所控制。

15.按照权利要求11的涡卷式压缩机，还包括一个阀，用于控制通过上述流体通道的流体流动。

16.按照权利要求15的涡卷式压缩机，其中上述阀设置在上述壳体内。

17.按照权利要求16的涡卷式压缩机，其中上述阀被从上述壳体外部的压力流体所控制。

18.按照权利要求11的涡卷式压缩机，还包括一个座，它具有许多设置在上述壳体内的支腿，上述座支承着上述运行涡卷件，上述流体通道延伸通过上述座的上述支腿之一。

19.按照权利要求18的涡卷式压缩机，还包括一个阀，它设置在上述座的一个支腿内，上述阀控制着通过上述流体通道的流体流动。

20.按照权利要求19的涡卷式压缩机，其中上述阀被从上述壳体外部的压力流体所控制。

21.一种运用一种工作流体的涡卷式压缩机，上述压缩机包括：

一个壳体，它具有吸入区和排出区；

一个第一涡卷件，它设置在上述壳体内并具有一个从一个第一端板上延伸的第一涡形圈；

一个第二涡卷件，它设置在上述壳体内并具有一个从一个第二端板上延伸的第二涡形圈，上述第二涡形圈与上述第一涡形圈相互咬合，确定了许多封闭腔；

一个驱动机构，它使上述第二涡卷件相对于上述第一涡卷件作轨道运行，上述许多腔从上述吸入区中的外部径向位置运动到上述排出区中的中心位置；

一条流体通路，它至少与上述许多腔之一连通，上述流体通路包括一条流体通道，它从上述一个腔延伸到上述压缩机的上述吸入区，上述流体通道延伸通过上述第二涡卷件。

22.按照权利要求21的涡卷式压缩机，其中上述第一涡卷件是非运行涡卷件和上述第二涡卷件是运行涡卷件。

23.按照权利要求21的涡卷式压缩机，还包括一个设置在上述壳体内的座，上述座支承着上述第二涡卷件，上述流体通道延伸通过上述座。

24.按照权利要求23的涡卷式压缩机，还包括一个设置在上述座内的阀，上述阀控制着通过上述流体通道的流体流动。

25.按照权利要求24的涡卷式压缩机，其中上述阀被从上述壳体外部的压力流体所控制。

26.按照权利要求24的涡卷式压缩机，其中上述阀可以在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置上上述流体通道与上述压缩机的上述吸入区连通，在第二位置上上述流体通道与上述壳体外部的一个位置连通。

27.按照权利要求21的涡卷式压缩机，还包括一个阀，用于控制通过上述流体通道的流体流动。

28.按照权利要求27的涡卷式压缩机，其中上述阀设置在上述壳体内。

29.按照权利要求28的涡卷式压缩机，其中上述阀被从上述壳体外部的压力流体所控制。

30.按照权利要求27的涡卷式压缩机，其中上述阀可以在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置上上述流体通道与上述压缩机的上述吸入区连通，在第二位置上上述流体通道与上述壳体外部的一个位置连通。

31.按照权利要求21的涡卷式压缩机，还包括一个座，它具有许多设置在上述壳体内的支腿，上述座支承着上述第一涡卷件，上述流体通道延伸通过上述座的上述支腿之一。

32.按照权利要求31的涡卷式压缩机，还包括一个阀，它设置在上述座内，上述阀控制着通过上述流体通道的流体流动。

33.按照权利要求32的涡卷式压缩机，其中上述阀被从上述壳体外部的压力流体所控制。

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