CN1745253B - 几何形状可变的扩散器机构 - Google Patents

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Abstract

一种压缩机(100)，包括可旋转地安装在壳体(120)内的叶轮(124)和邻近叶轮(124)固定到壳体(120)上的基板(126)。基板(126)与壳体配合，以形成扩散器间隙(134)。基板(126)包括多个结构支撑块(180)。驱动环(250)安装到支撑块(180)上，并相对支撑块(180)和喷嘴基板(126)可旋转地移动。扩散环(130)连接到驱动环(250)上。扩散环(130)可置于不在扩散器间隙(134)内的缩回位置和位于扩散器间隙(134)内的伸出位置之间的任何位置处，以限制间隙开口，从而控制流过扩散器间隙(134)的流体量。

Description

几何形状可变的扩散器机构
发明领域
本发明涉及一种离心式压缩机，更具体地说是涉及一种用于控制可变容积式涡轮压缩机的扩散器中的流动的系统。
背景技术
离心式压缩机用于需要压缩流体的各种设备中。例如，所述设备包括涡轮、泵和冷却器。压缩机通过使流体流过旋转叶轮来运行。叶轮作用于流体，以增大流体压力。因为叶轮的运转在流动中产生负压力梯度，所以许多压缩机设计包括置于叶轮出口处的扩散器，以稳定流体流动。
经常需要改变流过压缩机的流体量或者需要改变由压缩机所产生的压差。然而，在流过压缩机的流体流量减小时，并且还要跨过叶轮维持相同的压差时，流过压缩机的流体流动通常变得不稳定。一些流体在压缩机内停止流动，停止流动的流体包开始随叶轮旋转。这些停止流动的流体包所带来的问题是产生噪音、振动并降低压缩机效率。这种情况通常称作旋转失速或初始喘振。如果流体流量继续下降，那么流体流动将变得更加不稳定，在许多情况下会造成流体流的完全倒流。这种现象通常称作喘振，其特征是流体在压缩机内交替地前后波动。除了制造噪音、产生振动和降低压缩机效率之外，流体喘振也造成压力峰值，并损害压缩机。
解决由失速和喘振所产生的问题的方法是改变叶轮出口处的扩散器的几何形状。在以低流速操作时，扩散器的几何形状变小，以减小叶轮出口处的面积。面积减小就会防止流过叶轮的流体停滞以及最终回流。在流体流率增大时，扩散器的几何形状变宽，以给附加流动提供较大的面积。在由压缩机所产生的压差改变时，也可以调节几何形状可变的扩散器。在压差增大时，扩散器的几何结构变窄，以在叶轮出口处降低面积，从而防止流体停滞和喘振。同样地，在压差减小时，扩散器的几何结构变宽，以在叶轮出口提供较大的面积。
在现有技术中披露了用于改变扩散器几何形状的几种设备。例如，Snell的美国专利US5116197披露了用于可变容积式压缩机的几何结构可变扩散器。这种以及类似设备包括可移动驱动环，可调节该驱动环，以改变叶轮出口处的扩散器的几何形状。所述驱动环邻近扩散器的一个壁设置，并可被移入液体流中，从而为实现低速流动或增大压差而降低扩散器面积。
在所述驱动环被置于液体流中时，已知的设备在驱动环和壁之间有开口，流出叶轮的流体将流入该开口内。在试图将驱动环移出液体流中时，必须除去驱动环和壁之间的流体。由于流体逆着壁的移动而作用，转移这种流体以因此移动驱动环需要相当大的力。
由于驱动环在喷嘴基板上引导(pilot)，在Snell中叙述的设备是非常昂贵的。喷嘴基板包括在其圆柱形外表面上精加工形成的轨道。驱动环在其内径上包括相应的球形袋(spherical pocket)。滚珠被安装在喷嘴基板和驱动环之间，在轨道和袋内滑动，这种排列将驱动环的旋转移动转换成轴向移动，同时防止了驱动环和喷嘴基板相脱离。然而，由于必须在驱动环的内径和喷嘴基板的外径之间维持紧公差，这种组件制造成本昂贵。另外，驱动环上的球形袋必须与喷嘴基板上的轨道匹配。而且，磨损最终会造成更换驱动环和喷嘴基板。
在Seki等人的美国专利US2002/0014088A1中披露了另一种方法。在这个方法中，置于液体流内的环受到箱体的支撑。箱体上的三个突起配合到扩散环的外圆周表面上的凹槽内。轴承可与各个突起一起使用，以抑制箱体和扩散环之间的摩擦接触。扩散环连接到轴上。轴的旋转导致扩散环结构经由托架沿圆周方向旋转。由于突起引导扩散环沿着凹槽作轴向移动，因此周向移动致使扩散环作轴向移动。尽管非常有效，但是由于突起必须被精确地置于箱体内，该方法比较昂贵。用于轴旋转的螺纹轴和马达也增加了这个组件的成本。
鉴于前面所述，需要提供一种用于可变容积式压缩机的几何形状可变扩散器，其在压缩机的操作过程中可被容易地打开和关闭。几何形状可变扩散器应当制造成本廉价、易于装配、维修或更换简单，并响应于控制器的信号或命令提供用于精确位置测定的正确啮合。
发明内容
本发明提供一种用于压缩流体的可变容积式离心式压缩机的系统。压缩机包括可旋转地安装在壳体内的叶轮。该系统包括邻近叶轮固定到壳体上的喷嘴基板。该喷嘴基板具有与相对的壳体内表面配合的细长表面，从而形成扩散器间隙或出口流路。喷嘴基板包括多个安装到喷嘴基板背面上的结构支撑块。驱动环安装到支撑块上，并可相对支撑块和喷嘴基板旋转移动。驱动环可选择地在第一位置和第二位置之间移动。扩散环连接到驱动环上，并响应于驱动环的移动而移动。扩散环在相应于驱动环的第一位置的缩回位置和相应于驱动环的第二位置的伸出位置之间移动。在打开或缩回位置，扩散环缩回到凹槽内，因此，扩散环的表面与喷嘴基板的表面平齐，扩散器间隙畅通无阻，以容许最大液体流流过该间隙。在闭合或伸出位置，扩散环向外延伸到扩散环间隙内，以收缩间隙开口并降低通过其的液体流。扩散环可被置于其缩回位置和伸出位置之间的任何位置处，以控制流过扩散环间隙的流体量。
驱动环包括在其外圆周表面上加工的多个凸轮轨道，各个凸轮轨道的位置与结构支撑块的位置相应。定位销装配到结构支撑块上，该定位销带有装配于凸轮轨道内的凸轮从动件。作动杆连接到驱动环上。作动杆可沿轴向移动，借此驱使驱动环旋转。随着驱动环旋转，凸轮轨道内的凸轮从动件驱使定位销沿轴向移动。扩散环随着定位销的移动而在其与驱动环的第一位置相应的缩回位置和其与驱动环的第二位置相应的伸出位置之间移动。驱动环及由此的扩散环可停止在第一位置(完全缩回位置)和第二位置(完全伸出位置)之间的任何中间位置。
本发明的一个优点在于，可通过本发明的结构将驱动环的旋转移动转换成轴向移动。响应于控制器所发出的适当信号，通过可轴向移动地作动杆可以迅速有效地获得轴向移动。
本发明的另一个优点在于本发明的扩散环可被置于压缩机内的任何位置处，只要所述扩散环能够延伸到扩散器间隙内并可从扩散器间隙缩回。因为支撑块承载扩散环的负载，所以扩散环可采取任何位置，当然，只要该扩散环能够延伸到或者缩入扩散器间隙内。因此，与现有技术中的设备不同，如果需要，扩散环可被置于扩散器中的更下游处。由于扩散环不必严格地匹配加工，以与喷嘴基板的内径这样的结构配合，且该扩散环没有支撑在箱体上，并仅仅需要将扩散环延伸到或缩入扩散器间隙内以控制扩散器间隙内的流体流动，所以，扩散环公差可宽松一些，以借此降低成本。
本发明的又一个优点是在部件磨损时，不仅扩散环制造成本低并易于更换，而且用于控制扩散环移动的机构也可容易廉价地更换。
本发明的又一个优点是用于控制扩散环的机构包括超程余量，这样，扩散环可被迅速地移入完全伸出或缩回位置，而不需考虑到在这些端点处的过量磨损。
本发明的另一个优点是超程容许控制逻辑不受扩散环的实际位置的影响。相反，控制逻辑只作用于与喘振相关的噪音，将扩散环完全闭合，直到情况已得到缓和。
通过下文对优选实施例的更加详细的叙述，并结合以示例方式说明本发明原理的附图，本发明的其他特征和优点变得更加明显。
附图说明
图1是现有技术中的离心式压缩机的横截面视图，其中，所述离心式压缩机带有几何结构可变的扩散器；
图2是离心式压缩机中的本发明的几何结构可变的扩散器的横截面视图；
图3是离心式压缩机中的本发明的几何结构可变的扩散器的横截面视图，其中，本发明的扩散环处于伸出或闭合位置；
图4离心式压缩机中的本发明的几何结构可变的扩散器的横截面视图，其中，本发明的扩散环处于缩回或打开位置；
图5是本发明的定位销的透视图；
图6是从本发明的扩散器环上方所看到的透视图；
图7是装配到本发明的扩散环上的定位销的透视图；
图8是喷嘴基板正面的透视图；
图9示出喷嘴基板的背面，其示出装配到其上的支撑块；
图10是图9的放大图，示出装配到喷嘴基板的支撑块；
图11是图9的放大图，示出装配到位于喷嘴基板上的支撑块上的定位销；
图12是图9的侧视图，示出带有装配到其上的凸轮从动件的销；
图13是本发明的驱动环的透视图；
图14是由喷嘴基板组成的组件的透视图，其中，驱动环装配到该喷嘴基板上，支撑块连接到该喷嘴基板上；
图15是驱动环的内圆周表面透视图，其中，所述驱动环装配到带有径向轴承组件和轴向轴承组件的支撑块上，所述径向轴承组件和轴向轴承组件安装在支撑块内；
图16是轴向轴承组件的透视图；
图17是径向轴承组件的分解图；
图18是装配到驱动环上的致动器的透视图；
图19是调节至驱动环上的轴向轴承的俯视图；以及
图20是在带有凸缘的径向轴承滚道300内同心钻出的安装孔320的透视图。
具体实施方式
本发明是用于离心式压缩机的几何结构可变的扩散器机构。图1示出现有技术中的带有各种扩散器结构的可变容积式离心式压缩机。现有技术中的系统将可移动壁用作置于叶轮出口附近的环形圈。与往常一样，所述壁可移动进入扩散器空间，以控制通过扩散器的流体流动。环形圈置于基板上。环形圈连接到用于移动壁的复杂支撑结构上，其包括连接到壁上的环形推环和销。驱动环经由球轴承装置安装在基板上。驱动环推动环形推环，所述环形推环反过来又移动壁。球轴承装置在驱动环内的滚道内以及基板内的倾斜滚道内移动。驱动环的旋转移动致使可移动壁轴向移入或移出扩散器空间(diffuser space)，其中，可通过任何适当的机构来带动该驱动环作旋转移动。在2000年10月31日授权的美国专利US6139262中披露了这种组件和这种装置操作的详细叙述，该专利属于本发明的受让人，在此全部加入以供参考。
图2是带有本发明的几何形状可变的扩散器110的离心式压缩机100的横截面视图。如图2所示，压缩机100包括壳体或扩散器板120、叶轮124和喷嘴基板126。扩散环130为本发明的几何形状可变的扩散器110的一部分，被装配到凹槽132内，该凹槽132机加工形成在喷嘴基板126内。扩散环130可从凹槽132移动离开，并进入将扩散器板120和喷嘴基板126分离开的扩散器间隙134内。在完全缩回位置，扩散环130嵌入喷嘴基板126上的凹槽132内，扩散器间隙134处于最大流动状态。在完全伸出位置，扩散环130跨过扩散器间隙134延伸，基本上将该扩散器间隙134关闭。扩散环130能够移到完全缩回位置和完全伸出位置之间的任何中间位置处。
流入压缩机的流体的定向流动受到入口导向叶片的控制，如图1中的附图标记26所示，其可绕其轴线以限制方式旋转，从而控制方向并调节流过压缩机的液体流。由于入口导向叶片26的位置在不同的离心式压缩机中改变不大，被置于叶轮上游，且其位置对于本发明的操作来说并不是关键所在，因此，入口导向叶片26没有在任何其他附图中示出。叶片26通过旋转范围转动来改变压缩机的容积。叶片26通常包括用于确定其相对位置的装置，如位置传感器，这样，能够确定流过压缩机的流体流量，并且可用致动器来随意调节流量。
在通过入口叶片26之后，流体通常以制冷剂或者以与润滑剂薄雾混合的制冷剂形式流过叶轮24(图1)或者叶轮124(图2)。叶轮124的旋转作用于流体，因此增大了流体压力。众所周知，高压流体离开叶轮并穿过扩散器间隙134，其最终被导向压缩机出口。
在压缩机负载降低时，入口导向叶片26旋转，以降低流过叶轮124的流体流动。然而，由于跨过叶轮124要维持相同的压力，因此，流出压缩机的流体流动可变得不稳定，并且会向后流动，从而造成上述的喘振现象。响应于低速流动，为了防止喘振现象，扩散器间隙134被降低，从而减小叶轮出口处的面积并稳定流体流动。通过将扩散环130移入间隙134内来减小其面积，如图3所示，或者通过将扩散环130向后移入凹槽132内来增大面积，如图4中所示的最大流动情况，从而控制扩散器间隙134。
下面将参考附图详细叙述本发明的几何结构可变的扩散器110的设置和操作。
本发明的几何形状可变的扩散器110包括扩散环130。扩散环130连接到定位销140上。现参考图5，定位销140具有第一端142和第二端144，以与扩散环130相配合。凸轮从动件小孔146位于定位销140的第一端142上。用于将定位销140连接到扩散环130上的装置位于定位销140的第二端144上。在优选实施例中，用于连接的装置至少是一个小孔148，其如图所示包括一对螺纹孔。
图6中示出的扩散环130具有第一表面150、第二相对表面152、延伸在第一表面150和第二表面152之间的内圆周壁154以及延伸在第一表面150和第二表面152之间的外圆周壁156，外圆周壁与内圆周壁154基本同心。扩散环130具有预定厚度和预定轴向长度，该预定厚度由内圆周壁154和外圆周壁152之间的距离确定，该预定轴向长度由第一表面150和相对的第二表面152之间的距离确定。多个孔158延伸穿过扩散环130的轴向长度，并在定位销140和扩散环130之间形成连接装置的一部分。如在优选实施例中示出，所述多个孔为三对孔158。各对孔158置于扩散环130上，以与定位销内的孔148相应。扩散环130的第二表面152(未在图5中示出)邻近定位销140的表面装配。如果需要，第二表面152可选择地包括与孔158相对的沉孔，以接收定位销140。在图7中示出，多个定位销140装配到扩散环130上。螺纹紧固件延伸穿过孔158进入定位销140的孔148，将定位销140固定到扩散环上。如图所示，将定位销140连接到扩散环130上的连接装置包括从孔158延伸穿入孔148的螺纹紧固件。然而，连接装置并不限于此，其可用任何已知的机械紧固装置。例如，定位销第二端144可车有螺纹，并被扩散环螺纹接收。可替换地，定位销140例如可用点焊固定到扩散环130上。将定位销140固定到扩散环130上的装置并不是特别挑剔的，任何可将这些部件固定到一起的装置都可接受。
图8示出喷嘴基板126的正面160的透视图。凹槽132延伸在喷嘴基板126的圆周周围。多个小孔162在凹槽132内穿透喷嘴基板126。这些小孔用于接收定位销140，扩散环130连接到该定位销140上。在如图8所示的优选实施例中，以大约120°的间隔设置三个小孔162。大中心孔164用来接收压缩机100的驱动轴(未示出)，叶轮124安装在该驱动轴上。
图9示出喷嘴基板126的背面170。连接到喷嘴基板126的背面170上的是多个支撑块180。支撑块180可以是装配到喷嘴基板170上的单独的块，其对改型应用来说非常有用。可替换地，支撑块180可以是喷嘴基板170的整体部分。更加常见的是，这些支撑块可被配置到铸造的喷嘴基板的几何结构里面。在图9示出的优选实施例中，设有三个支撑块180。各个支撑块包括穿过支撑块180的主孔182。支撑块180可被装配到喷嘴基板126的背面170，这样，穿过支撑块180的各个主孔182与穿过喷嘴基板126的各个小孔162共轴。很明显，这些同轴孔162、182各用来接收定位销140。
图10是装配到喷嘴基板126上的支撑块180的放大透视图。套筒184装配到小孔182内。在优选实施例中，这个套筒184是用涂覆的，并被压配合到小孔182内。定位销140滑入套筒184中，如图11所示，图11示出装配到喷嘴基板126上的支撑块180的放大图，该支撑块180内装有定位销140。
参考图11和12，定位销第一端142延伸在支撑块180之上。如图12所示，定位销第一端142具有垂直于凸轮从动件小孔146的轴线的第一平面190。尽管可以采用任何几何形状，但这种几何形状可以将凸轮从动件200容易地装配到定位销第一端142上。通过小孔146来装配凸轮从动件200，并将其用螺母202固定到定位销126上。只要凸轮从动件200可以自由旋转，可以使用可将凸轮从动件200固定到定位销126上的任何装置如锁定销装置。优选的装置包括能够容易地装配和拆卸的那些装置。
图13是驱动环250的透视图。驱动环250包括外圆周表面252和内圆周表面254，这两表面都延伸在其顶表面256和底表面258之间。驱动环250的轴向长度是顶表面256和底表面258之间的轴向距离，驱动环250的轴线是延伸穿过并垂直于其顶表面256和底表面256所在的平面的假想线，通常是位于驱动环250的几何中心的轴线。沿着内圆周表面254定位内圆周凹槽260。凹槽260具有预选宽度，以接收轴向轴承，其将在下文解释。如图13所示，为易于制造，内圆周凹槽260沿着内圆周表面254周围延伸360°。更加明显地是，凹槽260不限于延伸360°。位于外圆周表面252上的是多个凸轮轨道262，尽管仅仅示出一个。这些凸轮轨道262是在外圆周表面252上以预选宽度和预选深度制成的凹槽，以接收凸轮从动件200。理想地，各个凸轮轨道262应该对应于支撑块180并与之匹配。因此，在图9示出的优选实施例中(图9中示出了3个支撑决180)，驱动环250将具有三个相应的凸轮轨道262。凸轮轨道262由凹槽组成，所述凹槽沿着外圆周表面相对驱动环的轴线成预选角度在项表面256和底表面258之间延伸。在凸轮轨道262的任一端，凹槽包括圆周部分264，其基本平行于顶表面256和底表面258，以容许超程。在凸轮轨道凹槽距底表面258最近的一端，凹槽具有延伸到底表面258上的部分268，以为凸轮从动件200的组件进入凹槽提供入口。尽管示出的部分268基本平行于驱动环250的主轴，但是可以使用有助于装配的任何结构。例如，部分268也可水平地向上延伸到顶表面256上。凸轮轨道262具有两个元件，其中一个平行于驱动环250的轴线，另一个沿垂直于驱动环250轴线的径向方向绕驱动环250圆周地延伸。凸轮轨道262平行于驱动环250的轴线延伸的距离基本上等于扩散器间隙134的宽度。凸轮轴凹槽的角度可以是任何预选角度。角度越小，就越能精确地控制驱动环250，并因此越精确地控制扩散环130。然而，这个角度有一下限，可用驱动环250的直径和驱动环250外径中的凸轮从动件的数目来限定该角度。如果角度变得太大，驱动环250会变得难以定位。优选凸轮轴凹槽相对于驱动环250的轴的角度在大约5°-45°之间，更优选在约7°到约14°之间的范围内。
图14是装配到支撑块180上的驱动环250的透视图。支撑块180延伸到驱动环250下方。支撑块180装配到喷嘴基板126上。定位销140装配到支撑块上，如图11所示，定位销向下延伸穿过喷嘴基板126。凸轮从动件200(在图14中没有示出，但是结构如图12所示)装配到凸轮轨道262内。如图14所示，支撑块180延伸到驱动环250的底表面258之下。
现参考图15，其示出延伸在驱动环250之下的其中一个支撑块180的透视图。该视图示出驱动环250的内圆周表面254和内圆周凹槽260。轴向轴承组件280和径向轴承组件290装配到支撑块180上。
在图16中示出轴向轴承组件280的透视图。轴向轴承组件280由用于轴向轴承284的支撑结构282和联结装置286组成，该联结装置286用于将支撑结构282连接到支撑块180上。轴(未示出)延伸穿过支撑结构282。套筒285位于轴的一端，该套筒285优选为偏心的。如优选实施例中所示，联结装置286基本为一对螺纹部件，其被接收在支撑块180内的匹配孔内。可以使用可将支撑结构282固定到支撑块180上的任何其他已知的装置。回头参考图15，通过固定装置288可将轴向轴承284安装到支撑块282上。如图15所示，用于将轴向轴承284固定到支撑块282上的装置是螺母，该螺母紧固到延伸穿过支撑块282的轴的螺纹端。套筒285可绕这个轴的相对端自由旋转。再有，可以使用用来将轴向轴承284固定到内圆周凹槽260对面的适当位置上的任何其他装置。如图15所示，轴向轴承284(不可见)装配到内圆周凹槽260内。轴向轴承284在驱动环250旋转时防止其轴向移动。除了阻止驱动环250轴向移动之外，轴向轴承284也容许对驱动环250的轴向位置进行很小的调节。这种调节是必须的，以适应定位销140的长度变化。由于偏心套筒285位于轴向轴承284的轴上，因此可以进行这种调节。在将轴向轴承284装配到驱动环250内之后，驱动环250旋转，这样，凸轮从动件200就位于凸轮轨道262靠近小孔266的一端。这就将轴向轴承284与凸轮轨道262附近的小孔266对齐。在这个位置，如图19所示，如六角(Allen)扳手之类的工具可插入穿过小孔266，进入与六角扳手匹配的零件中，这儿是位于轴向轴承284上的与六角扳手匹配的六角孔。轴向轴承284根据需要可顺时针或逆时针旋转，以调节驱动环250相对套筒285的轴向位置。一旦这一位置是恰当的，轴向轴承284就被上紧螺母固定到轴的相对端上。优选这样调节驱动环250，即在扩散环处于完全缩回位置时，扩散环130的表面与喷嘴基板126的表面平齐。
图15也示出安装在支撑块180上的径向轴承组件290。图17示出径向轴承组件290的分解图。径向轴承组件290由滚筒292和安装在滚筒292内的至少一个套筒294组成，优选是两个带凸缘的套筒294，分别位于滚筒292的两侧。带凸缘的滚道300装配成至少一个套筒29在优选实施例中，一对带凸缘的套筒294由两个带凸缘的套筒组成，分别安装在滚筒292的两端。局部车有螺纹的轴296延伸穿过滚道300，以将组件固定到支撑块180上。垫圈298可夹在滚筒292和支撑块180之间。其中一个径向轴承组件290采用在带有凸缘的滚道300内偏心钻出的安装孔320，如图20所示。偏心安装孔容许对径向轴承290进行调节。这种调节是必需的，以补偿驱动环250内径的变化。优选将所有径向轴承调节至其刚好接触到驱动环250的内表面。径向轴承组件290可防止驱动环250在旋转时发生径向移动。可以使用能够阻止驱动环250在旋转时发生径向移动的任何其他适当的径向轴承组件。
现参考图2、3和4以及图18来描述机构的操作。图18是连接到驱动环250的顶表面256上的传动装置310的透视图。如图18所示，传动装置310是机械致动器，其能够仅仅在轴向移动并连接到能够使其移动的马达上。尽管采用了机械致动器，但是，也可以采用用于驱使驱动环250旋转的任何其他熟知的装置，包括液压致动器、气压致动器、连接到驱动环250上的螺旋机构或者能驱使驱动环250旋转的其他系统。其冲程的方向和长度不受限制。致动器的轴向运动驱使驱动环旋转。马达响应于控制装置而被启动，所述控制装置是如在名称为“用于探测离心式压缩机内的旋转失速的系统和方法”的Attorney Docket 20712-0059的临时申请中所述的控制装置。然而，可以使用用于致动器的任何其他控制装置。在压缩机以正常模式与处于缩回位置的扩散环一起操作时，如图4所示，如果传感器探测到开始发生失速或者初始喘振，信号就被传送到控制器，所述控制器可在一个方向上启动马达，以使扩散器间隙134关闭。所述马达驱使传动装置310移动，该传动装置310又驱使驱动环250旋转。驱动环250被限制在平面内进行旋转移动，该驱动环250在该平面内位于支撑块180上方。在驱动环250旋转时，各个凸轮从动件200从凸轮轨道262中的第一位置沿着轨道移向驱动环250的底面258，其中，凸轮轨道凹槽在第一位置靠近驱动环250的顶表面256。在驱动环250和凸轮轨道262旋转时，凸轮从动件200被迫沿着轨道262向下移动。在凸轮从动件向下移动时，定位销140移入支撑块180内。由于扩散环130连接到定位销140的相对端上，其中，定位销140位于喷嘴基板126的相对侧上，定位销140移动进入支撑块180内，这就带动定位销140的相对侧离开喷嘴基板，致使扩散环130移入扩散器间隙134内。如果凸轮从动件200在凸轮轨道262内从顶表面256附近位置完全移动到底表面258附近的位置处，那么扩散器间隙134就基本处于完全堵塞或闭合位置。凸轮轨道262的水平凹槽部分264容许传动装置310和凸轮从动件200超程，这样，在不需进一步移动扩散环130的情况下就可以容许这些元件进行一些附加移动，其中，这些元件的附加移动会对压缩机100、驱动环250、传动装置310和传动装置马达中的任一个或者所有这些元件造成损害。
根据控制系统，传动装置310可在驱动环250的完全伸出位置和完全缩回位置之间的任何中间位置处来停止该驱动环250的旋转。其可响应于来自控制装置的信号来进行这一操作。反过来，这就导致扩散环130可被停止在任何位置，如在完全缩回位置(图4中示出)和完全伸出位置(图3中示出)之间的中间位置(图2中示出)。其将被保持在这一位置，直到从控制装置传来需使驱动环250进行进一步移动的信号为止，所述进一步移动会造成扩散环130的重新定位。
在优选实施例中，一旦表示探测到喘振开始或初始失速的信号被传送到控制装置，命令(或系列命令)被激活，这些命令会致使驱动环250进行如上所述的旋转，借此驱使扩散环130移动到伸出位置(基本堵塞了流过扩散器间隙134的流体流动)，其移动量需要能够消除喘振或者初始失速，或者能够防止形成喘振或初始失速。在一个实施例中，可激活控制器内的计时功能，该功能能够将扩散环130维持在所需位置。在预选时间周期结束时，驱动环250沿相对方向旋转，借此驱使驱动环250移动到缩回位置，直到再次探测到开始喘振或者初始失速为止。响应于传感器信号重复上述过程，再次激活驱使驱动环250旋转的命令(或者系列命令)，借此驱使扩散环130移动或延伸，再次将流过扩散器间隙134的流体流动阻塞为所需量，以消除喘振或初始失速情况。只要探测到喘振或初始失速，就重复进行这一过程。如果在扩散环130缩回时没有探测到喘振或初始失速，扩散环130将继续缩回到完全缩回位置或打开位置，借此容许制冷剂全流量地流过扩散器间隙134。其将维持在这一位置，直到控制装置激活了响应于喘振开始或者初始失速的命令或系列命令为止。
尽管已经参考优选实施例叙述了本发明，本领域技术人员可以理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可对本发明做出各种改变并可用等价物取代其元件。另外，可做出各种优化，以在不偏离本发明保护范围的情况下可将特定情况或材料用于本发明的教导。因此，本发明不限于这儿作为实现本发明的最佳方式所披露的特定实施例，但是本发明将包括落在附属权利要求范围内的所有实施例。

Claims (36)

1.一种用于可变容积式离心式压缩机的扩散器系统，该压缩机用来压缩流体，该压缩机具有壳体和叶轮，所述叶轮可旋转地安装在壳体内，该系统包括：
喷嘴基板，其邻近叶轮连接到壳体上，喷嘴基板具有细长表面，该细长表面与相对的壳体内表面相配合，以限定扩散器间隙，喷嘴基板的细长表面具有与扩散器间隙邻近的第一凹槽；
多个支撑块，其安装到喷嘴基板的与扩散器间隙相对的背面；
驱动环，其可旋转地安装到支撑块上，并能够在第一位置和第二位置之间移动，驱动环包括多个位于其外圆周上的凸轮轨道，所述多个凸轮轨道中至少有两个轨道分别与多个支撑块中的至少两个对齐；
致动装置，其连接到驱动环上，并能够在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动，以驱使驱动环在第一位置和第二位置之间移动；
多个定位销，各定位销延伸穿过相应的支撑块和喷嘴基板，各定位销具有第一端和与第一端相对的第二端，定位销的第一端包括安装到驱动环上的凸轮轨道内的凸轮从动件，定位销的第二端延伸穿过喷嘴基板，进入喷嘴基板表面上的所述第一凹槽内；
扩散环，其安装在多个定位销的每一个的第二端，所述定位销延伸进入喷嘴基板表面上的所述第一凹槽内；
其中，驱动环在第一位置和第二位置之间的旋转移动驱使凸轮从动件在凸轮轨道内移动，该凸轮从动件在凸轮轨道内的移动又驱使定位销轴向移动，所述定位销的轴向移动驱使扩散环在缩回位置和伸出位置之间移动，其中，扩散环在缩回位置位于喷嘴基板表面上的所述第一凹槽内，扩散环在伸出位置将扩散器间隙闭合，以减小流过扩散器间隙的液体流。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个支撑块中的每个支撑块都与所述多个凸轮轨道中的其中一个对齐。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个支撑块是三个支撑块。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述驱动环包括三个凸轮轨道，各个凸轮轨道与各个支撑块分别对齐。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述喷嘴基板表面上的所述第一凹槽的深度在扩散环处于缩回位置时足以接收扩散环，使得扩散环上没有任一部分向外延伸进入扩散器间隙。
6.如权利要求1所述的系统，其中，用紧固装置将所述多个支撑块安装到喷嘴基板的背面。
7.如权利要求6所述的系统，其中，紧固装置包括螺纹紧固件，所述螺纹紧固件延伸进入各个支撑块上的螺纹孔以及喷嘴基板上的相应螺纹孔中。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个支撑块与喷嘴基板一体制成。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述多个支撑块作为铸造的喷嘴基板内的铸件被包括在内。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述驱动环包括顶表面、底表面、轴向延伸在顶表面和底表面之间的内圆周表面、轴向延伸在顶表面和底表面之间的外圆周表面和沿着至少一部分内圆周表面延伸的第一圆周凹槽，该第一圆周凹槽沿轴向具有预选宽度，并具有预选长度。
11.如权利要求10所述的系统，其中，将每个凸轮轨道制成外圆周表面内的第二凹槽，所述外圆周表面内的第二凹槽具有足以接收一个凸轮从动件的预选宽度和预选深度，所述外圆周表面内的第二凹槽相对驱动环的轴线以预选角度延伸。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述预选角度为5°-45°之间。
13.如权利要求11所述的系统，其中，所述预选角度为7°-14°之间。
14.如权利要求11所述的系统，其中，所述外圆周表面内的第二凹槽还包括在第一端位于平行于顶表面的平面内的部分和在相对端位于平行于底表面的平面内的部分，所述在第一端位于平行于顶表面的平面内的部分和所述在相对端位于平行于底表面的平面内的部分容许一个凸轮从动件超程。
15.如权利要求10所述的系统，还包括：多个轴向轴承组件，各个轴向轴承组件包括支撑结构；用于将轴向轴承组件固定到支撑块上的第一装置；和用于将轴向轴承固定到支撑结构上的第二装置，其中，轴向轴承位于延伸穿过支撑结构的第一轴上且能够绕该第一轴旋转，其中，当轴向轴承装配到支撑结构时，各个轴向轴承置于所述第一圆周凹槽内，从而阻止驱动环在旋转时发生轴向移动，并且对支撑结构进行固定以防止轴向轴承移出所述第一圆周凹槽。
16.如权利要求15所述的系统，其中，将轴向轴承组件固定到支撑结构上的第一装置包括一对螺纹紧固件，该对螺纹紧固件延伸穿过支撑结构内的小孔，并进入支撑块内的匹配螺纹孔中，借此用紧固件将支撑结构固定到支撑块上。
17.如权利要求15所述的系统，其中，用于将轴向轴承固定到支撑结构上的第二装置包括连接到所述第一轴的螺纹端的螺母，所述第一轴的螺纹端在与轴向轴承相对的支撑结构的一侧上延伸穿过该支撑结构。
18.如权利要求10所述的系统，还包括径向轴承组件，其中，该径向轴承组件包括带有内孔的滚筒、安装在滚筒内孔内的至少一个带凸缘的套筒以及第二轴，所述径向轴承组件的第二轴用于固定与驱动环的内圆周接触的径向轴承，以阻碍驱动环的径向移动。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述径向轴承组件包括一对带有凸缘的套筒。
20.如权利要求18所述的系统，其中，所述至少一个带有凸缘的套筒包括特氟纶凸缘。
21.如权利要求18所述的系统，其中，所述径向轴承组件的第二轴将径向轴承紧固到支撑块上。
22.如权利要求1所述的系统，其中，致动装置包括连接到机械致动器上的马达，该机械致动器带有能够在第一缩回位置和第二伸出位置之间线性移动的气缸，借此，开动马达，致使机械致动器线性移动，该机械致动器驱使驱动环旋转。
23.如权利要求1所述的系统，其中，致动装置是液压致动器，所述液压致动器带有能够在第一缩回位置和第二伸出位置之间线性移动的气缸，借此，液压致动器响应于所施加的流体压力做线性移动，进而驱使驱动环旋转。
24.如权利要求1所述的系统，其中，致动装置包括连接到带有螺纹部件的机械致动器上的马达，借此，一旦开动了马达，马达就带动螺纹部件旋转，进而该螺纹部件就驱使机械致动器在第一缩回位置和第二伸出位置之间移动，这样，机械致动器的移动就驱使驱动环旋转。
25.如权利要求1所述的系统，还包括置于压缩机内的传感器，该传感器用来探测是否存在失速情况并发送信号，控制器与传感器及传动装置连通，该控制器将信号发送到致动装置，以响应于从传感器接收的信号来定位驱动环并连接扩散环。
26.如权利要求25所述的系统，其中，所述传感器设置在叶轮附近。
27.一种用于可变容积式离心式压缩机的系统，该压缩机用于压缩流体，该压缩机具有壳体和叶轮，该叶轮可旋转地安装在壳体内，该系统包括：
喷嘴基板，其邻近叶轮固定到壳体上，喷嘴基板具有细长表面，该细长表面与相对的壳体内表面配合，从而形成扩散器间隙，所述喷嘴基板的细长表面带有与扩散器间隙相邻近的第一凹槽；
三个支撑块，其相对扩散器间隙同心地置于喷嘴基板的背面，并以大约120°间隔开；
驱动环，安装成基本上不与支撑块接触，并且相对支撑块和喷嘴基板在第一位置和第二位置之间可旋转地移动，驱动环具有顶表面、底表面、延伸在顶表面和底表面之间的内圆周以及延伸在顶表面和底表面之间的外圆周，内圆周包括内圆周凹槽，驱动环包括位于驱动环外圆周上的、以大约120°间隔开的三个凸轮轨道，各个凸轮轨道与各个支撑块分别对齐；
致动器，其具有能够在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动的马达，该致动器连接到驱动环上，以带动驱动环从第一位置旋转到第二位置；
三个定位销，每个定位销延伸穿过相应的支撑块和喷嘴基板，各个定位销的第一端包括安装到驱动环上的其中一个凸轮轨道内的凸轮从动件，各个定位销的第二端延伸穿过喷嘴基板，进入喷嘴基板表面上的所述第一凹槽内；
三个轴向轴承组件，每个轴向轴承组件安装到其中一个支撑块上，各个轴向轴承组件置于驱动环的内圆周凹槽内，以阻止驱动环在旋转时发生轴向移动；
三个径向轴承组件，每个径向轴承组件安装到各个支撑块上，各个径向轴承组件与驱动环的内圆周表面接触，以阻止驱动环在旋转时发生径向移动；
扩散环，其安装在定位销的第二端，并延伸进入喷嘴基板上的第一凹槽内；
传感器，其置于压缩机内，以提供表示压缩机内的流体情况的信号；
控制器，其与传感器和致动器连通，控制器将信号传送到致动器，以响应于从传感器接收到的信号来定位驱动环并连接扩散环；
其中，致动器响应于从控制器发出的信号，驱使驱动环在第一位置和第二位置之间旋转移动，凸轮从动件在凸轮轨道内的移动带动定位销作轴向移动，这就使得扩散环在与驱动环的第一位置相应的扩散环的第一位置和与驱动环的第二位置相应的扩散环的第二位置之间移动，从而控制流过扩散器间隙的液体流，并防止压缩机失速。
28.一种离心式压缩机，包括：
壳体；
流体入口；
叶轮组件，其可旋转地安装在壳体内的轴上，用于压缩通过入口引入的流体；
流体出口，其用于排放自叶轮压缩的流体；
喷嘴基板，其邻近叶轮连接到壳体上，喷嘴基板具有细长表面，该细长表面与相对的壳体内表面相配合，以限定扩散器间隙；
多个支撑块，其置于喷嘴基板的与扩散器间隙相对的背面上；
驱动环，其可旋转地安装到支撑块上，并能够在第一位置和第二位置之间移动，驱动环包括多个置于驱动环外圆周上的凸轮轨道，所述多个凸轮轨道中至少两个凸轮轨道与所述多个支撑块中至少两个支撑块对齐；
致动装置，其能够在轴向移动并连接到驱动环上，所述致动装置能够在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动，以驱使驱动环在第一位置和第二位置之间移动；
多个定位销，各个定位销延伸穿过相应的支撑块和喷嘴基板，各个定位销具有第一端和与第一端相对的第二端，定位销的第一端包括安装到驱动环的多个凸轮轨道其中一个上的凸轮从动件，定位销的第二端延伸穿过喷嘴基板并从细长表面上突出；
扩散环，其安装在从喷嘴基板表面上突出的各个定位销的第二端上；
其中，驱动环在第一位置和第二位置之间的移动带动凸轮从动件在凸轮轨道内移动，该凸轮从动件又驱使定位销轴向移动，定位销的轴向移动带动扩散环在缩回位置和伸出位置之间移动，其中，扩散环在缩回位置处于距相对的壳体内表面的远端，以增大流过扩散器间隙的液体流，扩散环在伸出位置处于距相对的壳体内表面的近端，以基本上闭合扩散器间隙，并降低流过扩散器间隙的液体流；并且
其中，所述喷嘴基板还包括在其细长表面上的第一凹槽，所述第一凹槽具有足够的深度，以在扩散环处于缩回位置时接收扩散环，使得扩散环就没有向外延伸进入扩散器间隙的部分。
29.如权利要求28所述的离心式压缩机，其中，所述多个支撑块中的每一个与所述多个凸轮轨道中的一个对齐。
30.如权利要求28所述的离心式压缩机，其中，所述多个支撑块是三个支撑块。
31.如权利要求30所述的离心式压缩机，其中，驱动环包括三个凸轮轨道，各个凸轮轨道与各个支撑块分别对齐。
32.如权利要求28所述的离心式压缩机，其中，用紧固装置将多个支撑块安装到喷嘴基板的背面。
33.如权利要求32所述的离心式压缩机，其中，所述紧固装置包括螺纹紧固件，该螺纹紧固件延伸进入各个支撑块上的螺纹孔以及喷嘴基板上的相应螺纹孔中。
34.如权利要求28所述的离心式压缩机，其中，多个支撑块与喷嘴基板一体制成。
35.如权利要求34所述的离心式压缩机，其中，多个支撑块作为在铸造的喷嘴基板内的铸件而包括在内。
36.如权利要求28所述的离心式压缩机，其中，所述驱动环包括顶表面、底表面、轴向延伸在顶表面和底表面之间的内圆周表面、轴向延伸在顶表面和底表面之间的外圆周表面以及沿着至少一部分内圆周表面延伸的圆周凹槽，所述圆周凹槽沿轴向具有预选宽度，并具有预选长度。
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