CN1576605A - 功率可调节的涡旋压缩机 - Google Patents
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Abstract
一种涡旋压缩机，具有容纳增压流体的偏压室，该室内的增压流体把两涡旋件偏压到一起。一阀组件与该偏压室连通，且其根据需要释放增压流体以解除把两涡旋件偏压到一起的负载。当偏压负载被解除后，两涡旋件就分离，从而在排出压区域与吸入压区域之间产生一泄漏通道以降低该涡旋压缩机的功率。
Description
发明领域
本发明涉及压缩机的功率调节(capacity modulation)。更具体的，涉及通过控制一室内的流体压力来对螺旋压缩机进行功率调节，该室内的流体压力把两个涡旋件偏压到一起。
背景技术
为更好地适应空调及制冷系统受到的宽范围负载，往往希望对该系统的压缩机进行功率调节。人们已经采用多种不同方法来提供这种功率调节特性。这些方法包括从控制压缩机的吸入口到使经压缩的排出气旁流回该压缩机的吸入压区域。对于螺旋压缩机来说，常常通过采用一种延迟吸入方法来实现功率调节，该方法包括在沿着涡卷的若干位置处设置孔口，当该孔口打开时，允许最初形成在相互啮合的涡卷之间的压缩室与压缩机的吸入区连通，从而延迟形成封闭压缩室的点，由此延迟开始压缩吸入气体的点。这种功率调节方法实际上具有减小压缩机的压缩比的效果。尽管这些延迟吸入系统能有效地降低压缩机的功率，但它们仅能给压缩机提供预定的卸载量，且该卸载量取决于卸载孔口沿着涡卷的位置。虽然可通过在不同位置设置多个卸载孔口来实现多级卸载，但这种方法成本高且需要额外空间来容纳用以打开和关闭每组孔口的单独控制件。即使采用多个卸载孔口，采用这种延迟吸入技术通常也不能在0％至100％之间控制压缩机的功率。
最近，已经通过在压缩机的操作循环过程中周期性地使两涡旋件轴向或径向分离预定时间来实现压缩机卸载并由此实现功率调节。为便于轴向卸载或轴向分离两涡旋件，在该两涡旋件之一内或其附近形成一种偏压件；此偏压件与压缩机的压力室或排放室内的一种压缩流体源连通。该偏压件内的流体被周期性地释放到压缩机的吸入区域以便于卸载该压缩机。
尽管这些现有装置实地运行良好，但它们的设计需要附加特定偏压件和用以控制增压流体流动的控制系统。
对功率调节的螺旋压缩机的继续开发已经旨在于为降低功率调节系统的成本而简化功率调节装置，以及简化这些功率调节系统的总体制造、设计和开发。
发明内容
本发明提供了一种功率调节的压缩机，该压缩机使一种现有的中间压室周期性地排气至吸入压，从而调节该压缩机的功率。在压缩机中采用该现有中间压室以把两涡旋件偏压到一起，以及使一浮动密封件偏压成与一隔板或外壳接触，从而密封一位于该压缩机的排出压与吸入压区域之间的泄漏通道。
自随后提供的详细说明，本发明的其它应用范围将变得明显。应认识到的是，尽管该详细说明和特定示例表示了本发明的优选实施例，但它们仅仅是示意性的，并不意味着对本发明范围的限制。
附图的简要说明
附图表示目前打算用于实施本发明的最佳模式，在这些图中：
图1是一种螺旋压缩机的垂直剖视图，该压缩机采用依照本发明的一种功率调节系统；
图2是图1所示压缩机的断片图，表示一种处于封闭或未调节状态的阀环；
图3是图1所示压缩机的顶视图，其中，外壳的顶部被移除；
图4是表示一种变形阀环的一部分的放大示意图；
图5是包括在图1所示压缩机中的阀环的透视图；
图6和7分别是沿图4中线6-6和线7-7的图4所示阀环的剖视图；
图8是表示涡旋组件的断片剖视图，该涡旋组件形成了图1所示压缩机的一部分；
图9是包括在图1所示压缩机中的驱动组件的放大详视图；
图10是图1所示压缩机的透视图，其中，部分外壳被拆除；
图11是图1所示压缩机的断片剖视图，表示设置在不旋转涡旋件内的增压流体供应通道；
图12是包括在图1所示压缩机中的电磁阀组件的放大剖视图；
图13是类似于图12的示意图，但表示一种变形的电磁阀组件；
图14是类似于图9的示意图，但表示一种变形的适合用于图13所示电磁阀组件的驱动组件；
图15是类似于图12和13的示意图，但表示依据本发明的另一种电磁阀组件实施例；
图16是类似于图1的一种螺旋压缩机的垂直剖视图，但采用依照本发明另一实施例的一种功率调节系统；
图17是一种螺旋压缩机的垂直剖视图，其采用依照本发明另一实施例的一种功率调节系统；
图18是类似于图17的垂直剖视图，但电磁阀组件设置在压缩机外壳的外部；
图19是一种螺旋压缩机的垂直剖视图，其采用依照本发明另一实施例的一种功率调节系统；
图20是类似于图19的垂直剖视图，但电磁阀组件设置在压缩机外壳的外部；
图21是一种螺旋压缩机的垂直剖视图，其采用依照本发明另一实施例的一种功率调节系统；
图22是类似于图21的垂直剖视图，但电磁阀组件设置在压缩机外壳的外部；
图23是一种螺旋压缩机的垂直剖视图，其采用依照本发明另一实施例的一种功率调节系统；以及
图24是类似于图23的垂直剖视图，但电磁阀组件设置在压缩机外壳的外部。
优选实施例的详细说明
以下对优选实施例的说明在本质上仅仅是示意性的，决不意味着对本发明、其应用或用途进行限制。
尽管本发明适合用在多种不同类型的涡旋机中，包括密封机、空转机以及非密封机，但出于示例目的，这里将描述本发明用在一种“低侧”类型(即，其中利用密封外壳内的吸入气体来冷却电动机和压缩机，如图1表示的垂直剖视图中说明的)的密封涡旋式制冷电动机-压缩机10中。总的来说，压缩机10包括圆筒状密封外壳12，该外壳12的上端具有端盖14。该端盖14具有制冷剂排出管接头16，该排出管接头16内选择性地具有普通排出阀。固定到该外壳上的其它部件包括：横向延伸的隔板18，在把端盖14焊接到外壳12上的同一点处，围绕隔板18的周缘把该隔板18焊接到该外壳12上；由两部分组成的主轴承箱20，按照任何理想的方式在多个点处将该主轴承箱20固定到外壳12上；以及吸入气体进入管接头22，其被设置成与位于该外壳12内部的压缩机10的吸入压区域连通。
马达定子24压配合在机架26内，而该机架26反过来又压配合在外壳12内。其上端具有偏心曲柄销30的曲柄轴28可转动地轴颈连接在主轴承箱20中的轴承32内以及机架26中的第二轴承34内。该曲柄轴28的下端具有通常直径较大的同轴抽油孔36，该孔36与径向朝外偏斜的直径较小孔38连通，该孔38自孔36起向上延伸至曲柄轴28的顶部。按照惯例，外壳12的内底部装满润滑油，位于曲柄轴28底部的孔36是初始泵，该初始泵与作为二次泵的孔38协作共同把润滑液抽吸至需要润滑的压缩机10的所有各个部分。
利用马达旋转驱动该曲柄轴28，该马达包括定子24和转子42，该定子24具有穿过其的绕组40，该转子42压配合在曲柄轴28上且具有一个或多个配重44。在紧邻马达绕组40的附近提供一种马达保护器46，这样如果马达超过其正常温度范围，该马达保护器46将断开该马达。
主轴承箱20的上表面提供有环形的平坦的推力轴承面48，一种旋转涡旋件50设置在该轴承面48上，该旋转涡旋件50包括一端板52，该端板52的上表面上具有普通的螺旋叶片或包绕部(wrap)54，该端板52的下表面上具有一环形平坦的推力面56，以及一种其内具有轴颈轴承60的圆筒状轮毂58自该端板52起向下延伸，一种具有内孔的传动衬套62可转动地设置在该轴颈轴承60内，而曲柄销30可被带动地设置在该内孔中。该曲柄销30的一个表面(未表示)是平面，该表面与传动衬套62内孔的一部分中的一个平表面传动接合，以提供一种允许径向传动的布置，如本受让人的美国专利No.4,877,382所表示的，在此引入该专利的公开内容以供参考。
包绕部54与一构成不旋转涡旋件66的一部分的不旋转螺旋包绕部64啮合，按照给该涡旋件66提供有限径向运动的任何理想方式把该不旋转涡旋件66安装到主轴承箱20上。具体的安装方式与本发明无关。为了更详细地说明该不旋转涡旋件的悬架系统，参见受让人的美国专利No.5,055,010，在此引入该专利的公开内容以供参考。
不旋转涡旋件66具有位于中央的排出通道，该排出通道与向上敞开的凹腔72连通，该凹腔72经由隔板18内的孔74与由端盖14和该隔板18限定的排放消音室(discharge muffler chamber)76流体连通。一种减压阀设置在该排放消音室76与外壳12的内部之间。当排出压与吸入压之间的压差为某特定值时，该减压阀将打开以使增压气体排出该排放消音室76。具有平行同轴侧壁的环形凹腔80位于该不旋转涡旋件66的上表面内，环形浮动密封件82密封设置在该同轴侧壁内并进行相对轴向运动，该密封件82用于隔离凹腔80的底部与存在于吸入和排出压下的气体，这样就可经由一通道84(未表示)使该凹腔80与一种中间流体压力源流体连通。因此，利用由作用在涡旋件66中央部分上的排出压所产生的力以及由作用在凹腔80底部上的中间流体压力所产生的力把该不旋转涡旋件66轴向偏压向旋转涡旋件50。此轴向偏压和用于支承该涡旋件66以进行有限轴向运动的各种方法更详细地公开在本受让人的前述美国专利No.4,877,328中。
利用包括一环状件86的普通欧氏联轴节防止该两涡旋件相对转动，该环状件86具有可滑动地设置在涡旋件66的两径向相对槽90(表示了其中一个)内的第一对销键88(表示了其中一个)以及可滑动地设置在涡旋件50的两径向相对槽内的第二对销键(未表示)。
现在参照图2。尽管浮动密封件82的详细构造不是本发明的一部分，但出于示例目的，该密封件82是一种同轴多层构造且包括一环形底板100，该底板100具有若干等间隔的直立一体凸起102。一环形垫圈106设置在该板100上，且具有若干用于容纳凸起102的等间隔孔。一上密封板110设置在该垫圈106的顶部上，且具有若干用于容纳凸起102的等间隔孔。一向上凸出的平面密封唇口116围绕该密封板110的内周缘设置。如118所示，通过用型铁弯曲每个凸起102的端部把该组件紧固到一起。
因此，整个密封组件提供了三个不同密封件；即，124处的内径密封件、128处的外径密封件以及130处的顶密封件。密封件124位于垫圈106的内周缘与凹腔80的内壁之间。该密封件124使得在凹腔80底部内处于中间压下的流体与在凹腔72内处于排出压下的流体相互隔离。密封件128位于垫圈106的外周缘与凹腔80的外壁之间，其使得在凹腔80底部内处于中间压下的流体与在外壳12内处于吸入压下的流体相互隔离。密封件130位于密封唇口116与一环绕隔板18内的孔74的环形耐磨环之间，其使得处于吸入压下的流体与横过该密封组件顶部且处于排出压下的流体相互隔离。该密封件82的详细构造类似于在美国专利No.5,156,539中描述的那种密封件，因而在此引入该专利的公开内容以供参照。
该压缩机优选是“低侧”类型的，这种类型某种程度上允许进入该进气管接头22的吸入气体逸入外壳12内以帮助冷却马达。只要该吸入气体充分回流，马达就将保持在预期的温度界限内。但当这种流动极剧下降时，冷却损失最终会导致马达保护器46跳闸并使机器停止运转。
因此如前所述，涡旋式压缩机10是典型的这种涡旋式制冷压缩机。在工作中，当旋转涡旋件50相对于不旋转涡旋件66转动时，经由进气管接头22引入下部室内的吸入气体将被吸入运动流体腔中。当该运动流体腔向内移动时，此吸入气体就被压缩并随后经由不旋转涡旋件66内的向上敞开凹腔72以及隔板18内的排出孔74排入消音室76内。接着，经压缩的制冷剂经由排出管接头16供应给制冷系统。
在为某种特定用途选择制冷压缩机时，人们通常会选择具有足够功率的压缩机以为此用途所预计的最不利工作条件提供充足的制冷剂流，也可选择具有稍大功率的压缩机以提供额外的安全余度(marginof safety)。但是，此“最坏情况”的不利条件在实际工作中极少遇到，因此压缩机的这种过大功率将导致该压缩机在其绝大部分工作时间里在轻负载条件下操作。这种操作导致系统的总体工作效率降低。相应的，为改进在通常遇到的工作条件下的总体工作效率，同时仍然使制冷压缩机适应“最坏情况”的工作条件，该压缩机10具有一种功率调节系统。此功率调节系统允许该压缩机在所要求的用以满足系统需要的功率下操作。
该功率调节系统包括可移动地安装在不旋转涡旋件66上的环形阀环150、支承在该外壳内的驱动组件152以及用于控制该驱动组件的操作的控制系统154。
如参照图2和5-7可最清楚看到的，阀环150包括近似圆形的主体部156，该主体部156上提供有一对基本径向相对且径向向内伸出的突出部158和160，这一对突出部的预定轴向尺寸和预定周向尺寸基本相同。基本相同且周向延伸的适当导向面162，164和166，168分别提供在突出部158和160的轴向相对侧附近。另外，两对基本相同、周向延伸且轴向隔开的导向面170，172和174，176提供在主体部156上，该导向面170，172和174，176被设置为相互基本径向相对的关系且与各个突出部158和160周向间隔大约90°。如所示，导向面172和174像导向面162和166那样自主体部156起径向向内稍稍突出。优选的，导向面172，174和162，166全部轴向对齐且沿着一圆的圆周布置，该圆的半径略小于主体部156的半径。类似的，导向面170和176像导向面164和168那样自主体部156起径向向内稍稍突出，优选的，该导向面170和176与导向面164和168轴向对齐。同时，该导向面170，176和164，168沿着一圆的圆周布置，该圆的半径略小于主体部156的半径且优选基本等于导向面172，174和162，166所沿着的那个圆的半径。主体部156还包括一周向延伸的阶台部178，该阶台部178的一端包括一轴向延伸且面向圆周方向的止动面180。该阶台部178位于突出部160与导向面170，172之间。还提供一在该阶台部178的一端附近轴向向上延伸的销件182。阀环150可由适当金属例如铝制成或者选择性地由适当聚合物形成，该销件182可被压入阀环150内的一适当孔中或者与之形成一体。
如前面所提到的，阀环150设计用以可移动地安装到不旋转涡旋件66上。为容纳该阀环150，不旋转涡旋件66上包括一径向向外面对的圆柱形侧壁部184，该侧壁部184具有形成在其上端附近内的一环形槽186。为了能把阀环150安装到不旋转涡旋件66上，一对径向相对、基本相同且径向向内延伸的凹槽188和190提供在该不旋转涡旋件66内，如参照图3所最清楚看到的，每个凹槽都通向槽186。该凹槽188和190的周向延伸尺寸略大于阀环150上的突出部158和160的周向长度。
槽186的尺寸被设定为当阀环安装到不旋转涡旋件上时其可移动地容纳突出部158和160，以及凹槽188和190的尺寸被设定为能把突出部158和160移入槽186内。另外，圆柱形部分184具有这样一种直径，该直径使得导向面162，164，166，168，170，172，174和176相对于不旋转涡旋件66可滑动地支承阀环150的旋转运动。
不旋转涡旋件66还包括一对通常径向相对且径向延伸的通道192和194，该通道192和194通向槽186的内表面且通常径向向内延伸过不旋转涡旋件66的端板。一条轴向延伸通道196使该通道192的内端与环形凹腔80流体连通，而第二条轴向延伸通道198使该通道194的内端与环形凹腔80流体连通。
如参照图9所最清楚看到的，驱动组件152包括活塞气缸组件200和回动弹簧组件202。该活塞气缸组件200包括具有一孔的壳体204，该壳体204限定了自其一端起向内延伸的气缸206，活塞208可移动地设置在该气缸206内。该活塞208的外端210自壳体204的一端起轴向向外伸出，且其内包括一细长或者椭圆形孔212，该孔212适于容纳构成阀环150一部分的销182。该细长或者椭圆形孔212设计用于在工作过程中提供该销182相对于活塞端部210线性运动的弧形运动。适当尺寸的安装法兰216固定到该壳体204的悬垂部分214上，该安装法兰216适于通过螺栓220把该壳体204固定到一种适当法兰件218上。该法兰218反过来又例如通过轴承箱20被适当地支承在外壳12内。
通道222设置在悬垂部分214内，且自其下端起向上延伸并通向一条横向延伸的通道224，该通道224反过来又通向气缸206的内端。提供在悬垂部分214内的第二横向延伸通道226穿过该悬垂部分214的侧壁向外敞开且其内端与通道222连通。第二条较小的横向延伸通道228自流通道222起朝着与流通道224相反的方向延伸，且穿过壳体204的端壁230向外敞开。
设置一种自壳体204起直立的销件232，回动弹簧234的一端与该销件232连接，其另一端与销182的延伸部分连接。该回动弹簧234具有这样一种长度和强度，当经由通道228完全排空气缸206时，该长度和强度能把阀环150和活塞208推到图9所示位置。
如参照图1，10和12所最清楚看到的，控制系统154包括一阀体236，该阀体236具有径向向外延伸的凸缘238，该凸缘238的一侧上具有一锥形面240。把该阀体236插入外壳12内的孔242中，并使锥形面240与孔243的周缘邻接，然后将其焊接到该外壳12上，而圆柱形部分244自该外壳12起向外突出。阀体236的圆柱形部分244包括直径扩大的螺纹孔246，该螺纹孔246轴向向内延伸且通入凹入区域248。
阀体236包括一壳体250，该壳体250具有自近似平面的上表面254起向下延伸且与第二横向延伸通道256相交的第一通道252，该通道256朝外通向外壳12中的孔242区域。第三通道258也自表面254起向下延伸且与第四横向延伸通道260相交，该通道260朝外通入位于阀体236端部内的凹入区域248。
集管262通过适当固定件密封固定在表面254上，且其包括用以连接每个流休管路264和266的一端以使该流体管路264和266与相应的通道258和252密封性流体连通的管接头。
螺线管组件268被设计成密封固定到阀体236上且其包括细长管形件270，螺纹管件272密封固定到该管形件的敞开端上。该螺纹管件272适于螺纹接合在孔246内且经由O形环274密封在该孔246内。柱塞276可移动地设置在管形件270内，且利用压向该管形件270封闭端的弹簧278从那里向外偏压该柱塞276。阀件280提供在该柱塞276的外端上，且与阀座282相协作以选择性地封堵通道256。螺线圈284设置在管形件270上，且经由拧到该管形件270外端上的螺母将该螺线圈284固定到该管形件270上。
为给驱动组件152供应增压流体，一条轴向延伸的通道286自敞开凹腔72起向下延伸并与一条位于不旋转涡旋件66内且通常径向延伸的通道288连通。如参照图11所最清楚看到的，该通道288径向延伸且穿过不旋转涡旋件66的圆周侧壁向外敞开。流体管路264的另一端与通道288密封连通，由此就可自敞开凹腔72把一批增压流体供应给阀体236。一周向延伸孔290设置在阀环150内，适当地设置该孔290以使得流体管路264能够穿过，同时允许该阀环150相对于不旋转涡旋件66转动。
为把增压流体从阀体236供应给驱动组件的活塞气缸组件200，流体管路266自该阀体236起延伸并与设置在壳体204的悬垂部分214内的通道226连通。
仅通过对准突出部158和160与相应凹槽188和190并将该突出部158和160移入环形槽186内，就可容易地把阀环150组装到不旋转涡旋件66上。随后，转动该阀环150至理想位置，且突出部158和160的轴向上下面与导向面162，164，166，168，170，172，174和176相协作以把该阀环150可移动地支承在不旋转涡旋件66上。随后，把驱动组件152的壳体204放置到安装法兰218上，且活塞端部210容纳着销182。接着，使弹簧234的一端与销232连接。随后，使该弹簧234的另一端与销182连接，由此完全装配过程。
尽管通常在装配阀环150之前利用适当螺栓292把不旋转涡旋件66固定到主轴承箱20上，但在某些情况下优选在不旋转涡旋件66装配到主轴承箱20上之前把这种连续功率调节部件装配到该不旋转涡旋件66上。这仅通过沿着阀环150的圆周提供若干适当布置的弧形切口294就可容易地实现，如图4所示。这些切口为固定螺栓292提供通路，阀环装配在不旋转涡旋件66上。
工作时，当由一个或多个传感器296探测到的系统工作条件指示需要压缩机10全功率时，控制模块298就响应于来自该传感器296的信号给螺线管组件268的螺线圈284通电，由此导致柱塞276脱离与阀座282的接合，从而使通道256与260流体连通。接着，就允许基本处于排出压下的增压流体从敞开凹腔72经由通道286，288，流体管路264，通道258，260，256，252，流体管路266以及通道226，222和224流至气缸206。然后，此流体压力导致活塞208相对于气缸206向外移动，从而转动阀环150以把突出部158和160移入密封覆盖通道192和194的关系。于是，这将防止位于凹腔80内的中间压气体经由通道192和194排出或放出。因此，压缩机10将在其全功率下操作。
当负载情况变化到不需要压缩机10全功率时，传感器296就给控制器298提供表示这种情况的信号，该控制器298反过来又切断供应给螺线管组件268的螺线圈284的电流。于是，柱塞276在弹簧278的偏压作用下向外移动，从而使阀件280移动至与阀座282密封接合，由此封堵通道256并阻止增压流体流过。应注意的是，凹入区域248与敞开凹腔72持继流体连通，因此不断地受到排出压。此排出压有助于偏压阀件280，使该阀件280与阀座282流密性密封接合同时保持这种关系。
容纳在气缸206内的增压流体将经由排出通道228流回压缩机10的吸入区域内，由此弹簧234能使阀体回转至通道192和194不再被突出部158和160封堵的位置。该弹簧234还相对于气缸206向内移动活塞208。在这个位置，环形凹腔80内的中间压流体将经由通道192和194排出或放出。所排出的中间压流体解除了迫使不旋转涡旋件66与旋转涡旋件50密封啮合的偏压力，以在排出压区域与吸入压区域之间产生漏缝。此漏缝导致压缩机10的功率移动至零功率。弹簧300向上推动浮动密封件82，并维持顶密封件130处的密封关系。
应注意的是，阀环150在调节位置与未调节位置之间的移动速度与排气通道228和供应管路的相对尺寸直接相关。换句话说，由于通道228连续不断地向压缩机10的吸入压区域敞开，当螺线管组件268的螺线圈284通电时，来自敞开凹腔72的一部分增压流体将连续不断地排向该吸入压区域。利用通道228的相对尺寸控制排向该区域的流体体积。但是，当缩小该通道228的尺寸时，用以排空气缸206所需要的时间也增加，从而增加了自下降功率转换到全功率所需要的时间。
尽管以上实施例已经描述了利用一条设置在壳体204内的通道228来释放气缸206的致动压力从而使压缩机10返回至下降功率，但也可除去此通道228而采用位于阀体236内的排放通道来代替它。这种实施例表示在图13和14中。图13表示一种包括排放通道(ventpassage)312的变形阀体236′，该排放通道312操作用以连续不断地使通道252排放至吸入压并因此经由管路266使气缸206排放至吸入压。而图14表示一种变形的活塞气缸组件200′，该组件200′除去了排放通道228。阀体236′及活塞气缸组件200′的操作和功能与以上所公开的基本相同。相应的，阀体236和236′、活塞气缸组件200和200′的对应部分基本相同且每个对应部分都用相同的参考数字标示。
尽管以上实施例提供了高效且成本较低的功率调节装置，但也可采用一种三通电磁阀，在这种电磁阀中也利用阀门组来控制气缸206的排放。这种装置表示在图15中，且将参照图15描述这种装置。在这种实施例中，阀体314按照如上所述相同的方式固定到外壳12上且包括细长的中央孔316，滑阀318可移动地设置在该中央孔316内。该滑阀318穿过壳体12向外伸入螺线圈320中，且适于当该螺线圈320通电时自阀体314起向外纵向移动。盘簧322操作用以当线圈320断电时将滑阀318偏压到阀体314内。
滑阀318包括细长且轴向延伸的中央通道324，利用塞子326堵塞该中央通道324的内端。提供三组通常径向延伸且轴向隔开的通道328，330，332，每组都包括一条或多条自中央通道324起向外延伸的通道，且每组分别通向轴向隔开的环形槽334，336和338。反过来，阀体314具有第一高压供应通道340，该通道340通向孔316且适于与流体管路264连通以给该阀体314供应增压流体。阀体内的第二通道342也通向孔316且其外端适于与流体管路266连通以使该孔316与气缸206流体连通。阀体314内也提供有排放通道344，该通道344的一端通向孔316，而另一端通入壳体12的吸入压区域。
工作时，当螺线圈断电时，滑阀318位于使环形槽334与通道342连通且环形槽338与通道344连通从而连续不断地使气缸206排气的位置。此时，滑阀318被设置成使通道340的轴向相对侧上存在环形密封件，从而阻止来自敞开凹腔72的增压流体流动。当希望启动功率调节系统以增大压缩机10的功率时，就给螺线圈320通电，从而使滑阀318自阀体314起向外移动。这将导致环形槽338移出与排放通道344的流体连通，同时环形槽336移动至与高压供应通道340连通。由于通道342仍然与环形槽334流体连通，来自通道340的增压流体将经由滑阀318内的通道330和328供应给气缸206。滑阀318上也可提供额外适当轴向隔开的环形密封件，以确保该滑阀318与孔316之间的密封关系。
如上所述，该功率调节系统能把压缩机10的功率控制为100％功率或零功率。同时，通过采用一种脉冲宽度调节系统控制以上所述功率调节系统，可将该压缩机10的功率设定为零功率与100％功率之间的任意点，以提供该压缩机10的完全控制。例如，对螺线管组件268进行脉冲宽度调节控制将为压缩机10提供0％至100％之间任意位置的功率控制。
现在参照图16，表示了一种涡旋压缩机10′。该压缩机10′与压缩机10相同，只是除去了横向延伸隔板18，以及浮动密封件82限定了顶密封件130，该顶密封件130现在位于密封唇口116与设置在端盖14上的环形耐磨环132之间。在这种实施例中，顶密封件130也使处于吸入压下的流体与横过密封组件82顶部且处于排出压下的流体相互隔离。排出管接头16′设置在端盖14上且位于该端盖14内的一孔74的上方以限定一种直流排放压缩机。一合适的接头76′将排出管接头16′固定到端盖14上。
该压缩机10′的其余部件与以上所述压缩机10相同，因此不再重复。以上针对压缩机10描述的功能、操作及优点也适用于压缩机10′。
现在参照图17，所示压缩机410包括近似圆筒状的密封外壳12，端盖14焊接到该外壳12的上端处。该端盖14具有制冷剂排出管接头16，该排出管接头16内可具有普通排出阀(未表示)。固定到该外壳上的其它主要部件包括：进气管接头22；横向延伸隔板18，在把端盖14焊接到外壳12上的同一点处，围绕隔板18的周缘把该隔板18焊接到该外壳12上；由两部分组成的主轴承箱20；以及机架26。该机架26位于壳体12内且支承着该由两部分组成的主轴承箱20和马达定子24。其上端具有偏心曲柄销30的驱动轴或曲柄轴28可转动地轴颈连接在主轴承箱20中的轴承32内以及机架26中的第二轴承34内。该曲柄轴28的下端具有直径较大的同轴孔36，该孔36与径向朝外偏斜的直径较小孔38连通，该孔38自孔36起向上延伸至曲柄轴28的顶部。外壳12的内底部装满润滑油，孔36用作一泵以沿着曲柄轴28向上抽吸润滑液且抽入孔38中，并最终抽至需要润滑的压缩机10的所有各个部分。
利用电马达旋转驱动该曲柄轴28，该电马达包括马达定子24和马达转子42，该定子24具有穿过其的绕组40，该转子42压配合在曲柄轴28上且具有上部和下部配重。
由两部分组成的主轴承箱20的上表面提供有平坦的推力轴承面48，旋转涡旋件50设置在该轴承面48上，该旋转涡旋件50的上表面上具有普通的螺旋叶片或包绕部54。一种其内具有轴颈轴承60的圆筒状轮毂58自该旋转涡旋件50的下表面起向下凸出，一种具有内孔的传动衬套62可转动地设置在该轴颈轴承60内，而曲柄销30可被带动地设置在该内孔中。该曲柄销30的一个表面是平面，该表面与形成在传动衬套62内孔的一部分中的一个平表面(未表示)传动接合，以提供一种允许径向传动的布置。在旋转涡旋件50与轴承箱20之间还提供欧氏联轴节。将该欧氏联轴节键固定到旋转涡旋件50和不旋转涡旋件466之间，以防止旋转涡旋件50转动。
还提供具有包绕部64的不旋转涡旋件466，该包绕部64被设置成与旋转螺旋件50的包绕部54啮合。不旋转涡旋件466具有位于中央的排出通道，该排出通道与向上敞开的凹腔72连通，该凹腔72反过来又经由隔板18内的孔74与由端盖14和该隔板18限定的排放消音室76流体连通。具有平行同轴侧壁的环形凹腔80位于该不旋转涡旋件466的上表面内，环形浮动密封件82密封设置在该同轴侧壁内并进行相对轴向运动，该密封件82用于隔离凹腔80的底部与存在于吸入压下的气体及存在于排出压下的气体，这样就可经由通道84使该凹腔80与处于中间流体压力下的气体源流体连通。因此，利用由作用在涡旋件466中央部分上的排出压所产生的力以及由作用在凹腔80底部上的中间流体压力所产生的力把该不旋转涡旋件466轴向偏压向旋转涡旋件50以增强包绕部的顶部密封。通过作用于环形耐磨环132的一种密封使排出气体与处于吸入压下的气体相互隔离，该耐磨环132安装在隔板18上。不旋转涡旋件466设计用以一种适当方式安装到轴承箱20上，该适当方式将提供不旋转涡旋件466的有限轴向(不旋转)运动。
该压缩机410优选是“低侧”类型的，这种类型在某种程度上允许进入该进气管接头22的吸入气体逸入外壳内以帮助冷却马达。只要该吸入气体充分回流，马达就将保持在预期的温度界限内。但当这种流动停止时，冷却损失将会导致马达保护器跳闸并使机器停止运转。
本发明的阀允许中间压下的气体流至吸入压区域，然后允许排出压倾泄至吸入压。通过用处于中间压下的气体进行工作而不是直接用处于排出压下的气体，能显著降低该阀的尺寸复杂性和成本。在一种实施例中，利用内部螺线管操纵该阀，而在另一种实施例中，利用外部螺线管操纵该阀。可以相信，本发明的所有实施例都能应用于任何类型的涡旋压缩机。
图17表示的本发明实施例采用以上所述双重压力平衡方案来轴向平衡不旋转涡旋件466和用于分离排出气压与吸入气压的浮动密封件82。
电磁阀412可操作地打开和封闭位于不旋转涡旋件466内的通道414。该通道414从在压缩机410工作过程中处于中间压下的凹腔80底部起延伸至容纳处于吸入气压下的吸入气体的压缩机410区域。
工作时，当由一个或多个传感器296探测到的系统工作条件指示需要压缩机410全功率时，控制模块298就响应于来自该传感器296的信号给电磁阀412通电，从而阻止通道414与该压缩机410的吸入区域连通，该压缩机410将在全功率下工作。
当负载情况变化到不需要压缩机410全功率时，传感器296就给控制器298提供表示这种情况的信号，该控制器298反过来又切断供应给电磁阀412的电流，从而使通道414与该压缩机410的吸入区域连通。环形凹腔80内的中间压将经由该通道414排出或放出，以解除迫使不旋转涡旋件466与旋转涡旋件50密封啮合的偏压力。弹簧300向上推动浮动密封件82，并维持顶密封件130处的密封关系。不旋转涡旋件466将偏离旋转涡旋件50，从而在排出压区域与吸入压区域之间产生漏缝。此漏缝导致压缩机410的功率移动至零。
如上所述，该功率调节系统能把压缩机410的功率控制为100％功率或零功率。同时，通过采用一种脉冲宽度调节系统控制电磁阀412，可将该压缩机410的功率设定为零功率与100％功率之间的任意点，以提供该压缩机410的完全控制。换句话说，电磁阀412的脉冲宽度调节控制将为压缩机410提供0％至100％之间任意位置的功率控制。
现在参照图18，表示了一种压缩机410′。该压缩机410′与压缩机410相同，只是把电磁阀412更换为电磁阀412′。与位于外壳12内部的电磁阀412相反，该电磁阀412′位于外壳12的外部。流体管422穿过安装在外壳12上的一种管接头424，以使电磁阀412′与凹腔80连通。流体管426在电磁阀412′与吸入气体进入管接头22之间延伸，以使该电磁阀412′与压缩机410′的吸入压区域连通。该压缩机410′和电磁阀412′的功能及操作与以上针对压缩机410和电磁阀412所述的相同。
现在参照图19，表示了一种涡旋压缩机410″。该压缩机410″与压缩机410相同，只是除去了横向延伸隔板18，以及浮动密封件82限定了顶密封件130，该顶密封件130现在位于密封唇口116与设置在端盖14上的环形耐磨环132之间。在这种实施例中，顶密封件130也使处于吸入压下的流体与横过密封组件82顶部且处于排出压下的流体相互隔离。排出管接头16′设置在端盖14内且穿过该端盖14内的一孔74″以限定一种直流排放压缩机。
该压缩机410″的其余部件与以上针对压缩机410所述相同，因此不再重复。以上针对压缩机410描述的功能、操作及优点也适用于压缩机410″。
现在参照图20，表示了一种涡旋压缩机410。该压缩机410与压缩机410′相同，只是除去了横向延伸隔板18，以及浮动密封件82限定了顶密封件130，该顶密封件130现在位于密封唇口116与设置在端盖14上的环形耐磨环132之间。在这种实施例中，顶密封件130也使处于吸入压下的流体与横过密封组件82顶部且处于排出压下的流体相互隔离。排出管接头16′设置在端盖14内且穿过该端盖14内的一孔74″以限定一种直流排放压缩机。
该压缩机410的其余部件与以上针对压缩机410′所述相同，因此不再重复。以上针对压缩机410′和410描述的功能、操作及优点也适用于压缩机410。
现在参照图21，表示依照本发明另一种实施例的压缩机510。该压缩机510密封端盖514与不旋转涡旋件566之间的流体压力。排出管接头516和吸入管接头522固定在该端盖514上，以提供一种直流排放涡旋压缩机以及使减压气体流回该压缩机510。不旋转涡旋件566设计用以代替不旋转涡旋件66或以上所述任何其它不旋转涡旋件。如图21所示，由于一密封系统520位于端盖514与不旋转涡旋件566之间，因此位于压缩机510的吸入压区域与排出压区域之间的隔板已经被除去。
该不旋转涡旋件566包括螺旋包绕部64，且其限定了环形凹腔580、外部密封槽582以及内部密封槽584。通道586相互连接该环形凹腔580和外部密封槽582。环形凹腔580位于外部密封槽582与内部密封槽584之间，且经由一种流体通道84给该环形凹腔580提供增压流体，该流体通道84通向由不旋转涡旋件566的不旋转螺旋包绕部64和旋转涡旋件50的旋转螺旋包绕部54所限定的一种流体腔。经由该流体通道84提供的增压流体处于中间压下或者说处于压缩机的吸入压与排出压之间的压力下。环形凹腔580内的流体压力把不旋转涡旋件566偏压向旋转涡旋件50，以增强该两涡旋件之间的尖端密封特性。
一弹转密封件(flip seal)590位于外部密封槽582内，以及一种弹转密封件592位于内部密封槽584内。该弹转密封件590密封接合不旋转涡旋件566与端盖514以使环形凹腔580与吸入压隔离。该弹转密封件592密封接合不旋转涡旋件566与端盖514以使环形凹腔580与排出压隔离。
类似于以上所述实施例，压缩机510采用以上所述双重压力平衡方案来轴向平衡不旋转涡旋件466，但没有采用使排出气压与吸入气压分离的浮动密封件。
电磁阀512可操作地打开和封闭位于不旋转涡旋件566内的通道534。该通道534从在压缩机510工作过程中处于中间压下的环形凹腔580底部起延伸至容纳处于吸入气压下的吸入气体的压缩机510区域。
工作时，当由一个或多个传感器296探测到的系统工作条件指示需要压缩机510全功率时，控制模块298就响应于来自该传感器296的信号给电磁阀532通电，从而阻止通道534与该压缩机510的吸入区域连通，该压缩机510将在全功率下工作。
当负载情况变化到不需要压缩机510全功率时，传感器296就给控制器298提供表示这种情况的信号，该控制器298反过来又切断供应给电磁阀532的电流，从而使通道534与该压缩机510的吸入区域连通。环形凹腔580内的中间压将经由该通道534排出或放出，以解除迫使不旋转涡旋件566与旋转涡旋件50密封啮合的偏压力。不旋转涡旋件566将偏离旋转涡旋件50，从而在排出压区域与吸入压区域之间产生漏缝。此漏缝导致压缩机510的功率移动至零。
如上所述，该功率调节系统能把压缩机510的功率控制为100％功率或零功率。同时，通过采用一种脉冲宽度调节系统控制电磁阀532，可将该压缩机510的功率设定为零功率与100％功率之间的任意点，以提供该压缩机510的完全控制。换句话说，电磁阀532的脉冲宽度调节控制将为压缩机510提供0％至100％之间任意位置的功率控制。
现在参照图22，表示了一种压缩机510′。该压缩机510′与压缩机510相同，只是把电磁阀532更换为电磁阀532′。与位于外壳12内部的电磁阀532相反，该电磁阀532′位于外壳12的外部。流体管542穿过安装在端盖514上的一种管接头544，以使电磁阀532′与凹腔580连通。流体管546在电磁阀532′与吸入气体进入管接头522之间延伸或者与压缩机510′的吸入室连接，以使该电磁阀532′与压缩机510′的吸入压区域连通。该压缩机510′和电磁阀532′的功能及操作与以上针对压缩机510和电磁阀532所述的相同。
现在参照图23，表示了一种涡旋压缩机510″。该压缩机510″与压缩机510相同，只是附加了横向延伸隔板18以为该压缩机510″限定出排出消音室76。弹转密封件590密封接合不旋转涡旋件566与隔板18以使环形凹腔580与吸入压隔离；而弹转密封件592密封接合不旋转涡旋件566与隔板18以使环形凹腔580与排出压隔离。类似于图1所示，排出管接头16(图23中未表示)固定到端盖14上。
该压缩机510″的其余部件与以上针对压缩机510所述相同，因此不再重复。以上针对压缩机510描述的功能、操作及优点也适用于压缩机510″。
现在参照图24，表示了一种涡旋压缩机510。该压缩机510与压缩机510′相同，只是附加了横向延伸隔板18以为该压缩机510限定出排出消音室76。弹转密封件590密封接合不旋转涡旋件566与隔板18以使环形凹腔580与吸入压隔离；而弹转密封件592密封接合不旋转涡旋件566与隔板18以使环形凹腔580与排出压隔离。类似于图1所示，排出管接头16(图24中未表示)固定到端盖14上。
该压缩机510的其余部件与以上针对压缩机510′和510所述相同，因此不再重复。以上针对压缩机510′和510描述的功能、操作及优点也适用于压缩机510。
本发明说明书在实质上仅仅是示意性的，因此，不脱离本发明要旨的变形应在本发明范围内。这种变形不应被看作脱离了本发明的实质和范围。
Claims (28)
1.一种涡旋压缩机，包括：
第一涡旋件，具有自第一端板向外突出的第一螺旋包绕部，所述第一涡旋件限定了一凹腔；
第二涡旋件，具有自第二端板向外突出的第二螺旋包绕部，所述第二螺旋包绕部与所述第一螺旋包绕部互相啮合，所述涡旋件被安装成可相互作有限的轴向运动，通过位于所述凹腔内的增压流体所述涡旋件被偏向压彼此；
驱动件，用于使所述涡旋件相互转动，由此所述螺旋包绕部将生成位于处于吸入压下的吸入压区域与处于排出压下的排出压区域之间的体积逐渐变化的腔；
密封件，位于所述凹腔内，该密封件通过所述增压流体被偏压向所述涡旋压缩机的一部件，以封闭位于所述密封件与所述部件之间的自所述排出压区域起延伸至所述吸入压区域的第一泄漏通道；以及
阀组件，用于释放所述增压流体，由此使得所述涡旋件相互轴向移动以打开位于所述吸入压区域与所述排出压区域之间的第二泄漏通道，从而调节所述压缩机的输出功率。
2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述增压流体被释放到所述涡旋压缩机的所述吸入压区域。
3.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述阀组件是电磁阀。
4.根据权利要求3所述的涡旋压缩机，其特征在于，按照一种脉冲调制方式操作所述电磁阀，以调节所述涡旋压缩机的功率。
5.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述增压流体处于所述吸入压与所述排出压之间的压力下。
6.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述涡旋压缩机还包括外壳，所述第一和第二涡旋件设置在所述外壳内。
7.根据权利要求6所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述阀组件设置在所述外壳的外部。
8.根据权利要求7所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述阀组件与所述外壳连接。
9.根据权利要求7所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述涡旋压缩机还包括吸入气体入口，所述阀组件与所述吸入气体入口连接。
10.根据权利要求7所述的涡旋压缩机，还包括穿过所述外壳延伸的管，所述管使所述凹腔与所述阀组件相互流体连通。
11.根据权利要求10所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述第一涡旋件限定了位于所述凹腔与所述管之间的通道。
12.根据权利要求6所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述阀组件设置在所述外壳内。
13.根据权利要求12所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述阀组件与所述第一涡旋件连接。
14.根据权利要求13所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述第一涡旋件限定了位于所述凹腔与所述阀组件之间的通道。
15.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述阀组件包括可转动地设置在所述第一涡旋件上的环。
16.根据权利要求15所述的涡旋压缩机，还包括用于转动所述环的线性驱动器。
17.根据权利要求15所述的涡旋压缩机，还包括用于转动所述环的阀件。
18.根据权利要求17所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述阀件是电磁阀。
19.根据权利要求18所述的涡旋压缩机，其特征在于，按照一种脉冲调制方式操纵所述电磁阀，以调节所述涡旋压缩机的功率。
20.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述密封件包括与所述第一涡旋件接合的唇口密封件。
21.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，还包括外壳，所述第一和第二涡旋件设置在所述外壳内，所述密封件包括与所述外壳接合的唇口密封件。
22.根据权利要求21所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述外壳包括一端盖，所述唇口密封件与所述端盖接合。
23.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，还包括使所述吸入压区域与所述排出压区域隔开的隔板，所述密封件是与所述隔板接合的唇口密封件。
24.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述部件是一外壳，所述第一和第二涡旋件设置在所述外壳内。
25.根据权利要求24所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述外壳包括一端盖，所述部件是所述外壳的所述端盖。
26.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述部件是一使所述吸入压区域与所述排出压区域隔开的隔板。
27.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述密封件包括：
第一唇口密封件，位于所述第一涡旋件与所述涡旋压缩机的所述部件之间，所述第一唇口密封件使所述凹腔与所述排出压区域隔开；
以及
第二唇口密封件，位于所述第一涡旋件与所述涡旋压缩机的所述部件之间，所述第二唇口密封件使所述凹腔与所述吸入压区域隔开。
28.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，还包括位于所述凹腔内的用于迫使所述密封件与所述部件接合的偏压件。
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