CN214196666U

CN214196666U - 涡旋压缩机

Info

Publication number: CN214196666U
Application number: CN202023007464.5U
Authority: CN
Inventors: 郭伟平
Original assignee: Emerson Climate Technologies Suzhou Co Ltd
Current assignee: Copeland Suzhou Co Ltd
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2030-12-15

Abstract

本实用新型涉及一种涡旋压缩机(100)，包括：壳体(110)，在所述壳体内限定有处于吸气压力的低压区域(LR)；压缩机构(CM)，所述压缩机构设置在所述壳体(110)内并且包括定涡旋(150)和动涡旋，所述定涡旋(150)包括定涡旋端板(154)、形成在所述定涡旋端板中的排气口(159)、形成在所述定涡旋端板一侧的螺旋状的定涡旋叶片(156)以及形成在所述定涡旋端板另一侧的与所述排气口连通的处于排气压力的高压空间(DC)；以及密封组件(S100)，所述密封组件包括第一密封部(S140)，所述第一密封部构造成抵接于所述定涡旋以将所述高压空间与所述低压区域隔绝。本实用新型提供了不设置背压腔使得排气构造空间最大化、实现单侧密封的涡旋压缩机。

Description

涡旋压缩机

技术领域

本实用新型涉及涡旋压缩机，特别是，涉及密封和排气构造方面做出改进的涡旋压缩机。

背景技术

涡旋压缩机通常包括由定涡旋和动涡旋构成的压缩机构，定涡旋可以采用浮动定涡旋设计，例如，通过定涡旋与用于支撑定涡旋的壳体或主轴承座借助于定位孔和螺栓配合间隙构造，以为定涡旋提供轴向柔性和径向柔性，从而为带液启动提供卸载可能以及调整加工误差。

进一步地，为了将涡旋压缩机的高压侧和低压侧隔绝并且配合定涡旋的轴向浮动提供了浮动密封件，该浮动密封件设置在定涡旋的环形凹部内并且与该环形凹部配合形成背压腔，环形凹部(即背压腔)可以与涡旋压缩结构的中间的压缩腔(通常称为中压腔)连通，因此，该浮动密封件在背压腔的流体中压压力的作用下浮动。隔板将涡旋压缩机的内部空间分隔成高压侧和低压侧，浮动密封件的上表面和隔板或隔板密封附接件(例如套环)的下表面接触并产生接触压力，形成端面密封效果，以将高压侧与低压侧隔绝。并且，在浮动密封件的内外侧分别设置唇形密封件，以分别与环形凹部(背压腔)的径向内环形壁和径向外侧环形壁接触密封，从而将背压腔与低压侧之间、背压腔与高压侧之间隔绝。

在上述构造中，一方面，定涡旋的环形凹部(环形凹部的径向内侧壁与径向外侧壁之间)的面积需要足够大，进而使设置在环形凹部内的密封组件上浮的压力足够大以接触隔板或隔板的密封附接件，以满足轴向密封压力，另一方面，环形凹部的径向内侧壁的内部的高压腔(与压缩机构的排气口流体连通的排气腔)的面积设置较小以减小轴向载荷。然而，该构造导致设置在径向内侧壁内的排气组件受限于小的面积，降低了排气组件(排气孔和排气阀)的设计自由度，而无法满足更广泛的压缩比(特别是低压缩比)范围的需求。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是通过将密封组件的密封部抵接于定涡旋以将高压空间与低压区域隔绝以取消背压腔使得排气构造空间最大化、实现单侧密封的涡旋压缩机。

本实用新型的另一个目的是通过将密封组件与隔板或隔板的密封附接件固定或一体形成以替代抵接接触密封使得消除由于密封组件不能及时上浮而不能启动的缺陷、减少接触磨损的涡旋压缩机。

本实用新型提供了一种涡旋压缩机，包括：壳体，在所述壳体内限定有处于吸气压力的低压区域；压缩机构，所述压缩机构设置在所述壳体内并且包括定涡旋和动涡旋，所述定涡旋包括定涡旋端板、形成在所述定涡旋端板中的排气口、形成在所述定涡旋端板一侧的螺旋状的定涡旋叶片以及形成在所述定涡旋端板另一侧的与所述排气口连通的处于排气压力的高压空间；以及密封组件，所述密封组件包括第一密封部，所述第一密封部构造成抵接于所述定涡旋以将所述高压空间与所述低压区域隔绝。

有利地，所述涡旋压缩机包括隔板，所述隔板将所述壳体内的内部空间分隔成第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述低压区域并且容纳所述压缩机构，所述第二区域接纳来自所述高压空间的经过压缩的高压工作流体，所述隔板设置有孔口，以及所述密封组件包括用于将所述高压空间与所述低压区域隔绝的第二密封部，所述第二密封部构造成适于抵接于所述隔板或者抵接于附接至所述隔板的所述孔口处的附接件。

有利地，所述密封组件包括顶板和底板，所述第一密封部包括插置在所述顶板与所述底板之间的连接部和抵接于所述定涡旋的唇缘部，以及所述第二密封部形成在所述顶板处。

有利地，所述涡旋压缩机还包括适于将所述密封组件朝向所述隔板推压的启动弹簧。

有利地，所述涡旋压缩机包括隔板，所述隔板将所述壳体内的内部空间分隔成第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述低压区域并且容纳所述压缩机构，所述第二区域接纳来自所述高压空间的经过压缩的高压工作流体，所述隔板设置有孔口，在所述孔口处附接有附接件，以及所述密封组件包括顶板，所述顶板固定至所述附接件或者与所述附接件成一体。

有利地，所述密封组件包括底板，所述底板附接至所述顶板，以及所述第一密封部包括插置在所述顶板与所述底板之间的连接部和抵接于所述定涡旋的唇缘部。

有利地，所述定涡旋包括部分地限定所述高压空间的毂部，以及所述第一密封部与所述毂部的径向内侧壁抵接，或者，所述第一密封部与所述毂部的径向外侧壁抵接。

有利地，所述定涡旋包括定涡旋本体和定涡旋盖板，所述定涡旋本体包括所述定涡旋端板，所述定涡旋盖板附接至所述定涡旋端板，所述毂部形成在所述定涡旋盖板处。

有利地，所述第一密封部与所述毂部的径向外侧壁抵接，所述密封组件包括径向向内延伸超过所述毂部的径向内侧壁的延伸部，并且优选地，所述第二密封部形成在所述延伸部处。

有利地，在所述高压空间中设置有可变容积比阀。

与现有的涡旋压缩机相比，本实用新型提供了改进的密封和排气设计：1)通过将密封组件的密封部抵接于定涡旋以将高压空间与低压区域隔绝，在允许定涡旋轴向浮动的情况下，取消了背压腔，使得用于排气构造的空间最大化，从而提高了排气孔布置和排气阀组件的设计自由度，实现了涡旋压缩机以及应用涡旋压缩机的系统在更广的运行范围内保持高能效，简化了密封结构并且进而简化了定涡旋的结构；由于取消背压腔可以实现单侧(径向)密封，减少了密封件的数量；增加了启动弹性构件以在压缩机启动瞬间保证密封组件顶端(轴向)密封，以防止高压侧流体启动瞬间泄漏到低压侧。2)将密封组件设置在盖板的毂部上，使得减小密封组件的尺寸。3)将密封组件与隔板或隔板的密封附接件固定或一体形成以替代(轴向)抵接接触密封，取消了启动弹性构件，使得不存在现有技术的例如在低温工况下由于密封组件不能及时上浮(例如，PTFE密封件在低温时不宜变形而卡住，或者，低的环境温度下低的吸气压力和低的中压腔压力即背压腔压力)导致高压侧和低压侧导通而不能工作的缺陷，同时也不存在密封组件的端面接触密封(例如在流体脉动的作用下微小错动)导致的磨损，减少了部件数量，降低了成本。

附图说明

通过以下参照附图而提供的对具体实施例的详细描述，将能够更加容易地理解本实用新型的特征和优点。附图中，相同的特征或部件采用相同的附图标记来表示且附图不一定按比例绘制，并且附图中：

图1是根据本实用新型的实施方式的一个方面的包括密封组件和定涡旋的涡旋压缩机的示意性剖视图。

图2是图1的涡旋压缩机的密封组件和定涡旋的放大示意性剖视图。

图3是图1的涡旋压缩机的密封组件和定涡旋的分解立体图。

图4是根据本实用新型的实施方式的另一方面的包括密封组件的涡旋压缩机的示意性剖视图，密封组件设置在定涡旋的盖板的毂部上。

图5是图4的涡旋压缩机的密封组件和定涡旋的分解立体图。

图6是根据本实用新型的实施方式的再一个方面的包括密封组件的涡旋压缩机的示意性剖视图。

图7是图4的包括密封组件的涡旋压缩机的变型，密封组件的顶板和隔板的附接件一体形成。

图8是图1的包括密封组件的涡旋压缩机的变型，密封组件的顶板和隔板的附接件一体形成。

图9是相关技术的包括设置在环形凹部内的密封组件和定涡旋的涡旋压缩机的示意性剖视图。

图10是图9的涡旋压缩机的密封组件构造和定涡旋的放大示意性剖视图。

具体实施方式

下面对本实用新型各种实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件，因此相同部件的构造将不再重复描述。

首先将参照图9和图10描述涡旋压缩机的总体构造和运行原理。涡旋压缩机(下文中有时也会称为压缩机)一般包括壳体110。壳体110可以包括大致圆筒形的本体111、设置在本体111一端的顶盖112、设置在本体111另一端的底盖114以及设置在顶盖112和本体111之间以将压缩机的内部空间分隔成高压侧和低压侧的隔板116。隔板116和顶盖112之间的空间构成高压侧，而隔板116、本体111和底盖114之间的空间构成低压侧。在低压侧设置有用于吸入流体的进气接头(未示出)，在高压侧设置有用于排出压缩后的流体的排气接头119。壳体110中设置有由定子122和转子124构成的马达120。转子124中设置有驱动轴130以驱动由定涡旋150和动涡旋160构成的压缩机构。动涡旋160包括端板164、形成在端板一侧的毂部162和形成在端板另一侧的螺旋状的叶片166。定涡旋150包括端板154、形成在端板一侧的螺旋状的叶片156和形成在端板另一侧的环形凹部158，该环形凹部包括径向外侧壁和径向内侧壁。在端板的大致中央位置处形成有排气口159。排气口159周围的空间也构成高压侧。在定涡旋150的螺旋叶片156和动涡旋160的螺旋叶片166之间形成一系列体积在从径向外侧向径向内侧逐渐减小的压缩腔C1、C2和C3。其中，径向最外侧的压缩腔C1处于吸气压力，径向最内侧的压缩腔C3处于排气压力。中间的压缩腔C2处于吸气压力和排气压力之间，从而也被称之为中压腔。

动涡旋160的一侧由主轴承座140的上部(即支撑部)支撑，驱动轴130的一端由设置在主轴承座140中的主轴承支撑。驱动轴130的一端设置有偏心曲柄销132，在偏心曲柄销132和动涡旋160的毂部162之间设置有卸载衬套。通过马达120的驱动，动涡旋160将相对于定涡旋150平动转动(即，动涡旋160的中心轴线绕定涡旋150的中心轴线旋转，但是动涡旋160本身不会绕自身的中心轴线旋转)以实现流体的压缩。上述平动转动通过定涡旋150和动涡旋160之间设置的十字滑环来实现。经过定涡旋150和动涡旋160压缩后的流体通过排气口159排出到高压侧。

为了防止高压侧的流体在特定情况下经由排气口159回流到低压侧，可以在排气口159处设置单向阀或排气阀190，该阀可以是可变容积比阀，例如可以在对一些排气压力和吸气压力比比较低的低压缩比的工况进行提前排气，以免对制冷剂过压缩造成功耗的损失，使得涡旋压缩机在更广的运行范围内保持高能效。

定涡旋150设置有定位孔151，主轴承座140上设置有用于穿过定位孔151的螺栓141，该定位孔151和螺栓141构造成在它们之间形成轴向间隙和径向间隙，使得为定涡旋(相对于主轴承座)提供轴向柔性和径向柔性。

通常，在定涡旋150的环形凹部158中设置有密封组件S。即，密封组件S设置在隔板116和定涡旋150之间。环形凹部158经由形成在定涡旋端板154中的通孔155(也称之为中压通道)与一系列压缩腔C1、C2、C3中的一个流体连通。优选地，环形凹部158经由通孔155与中间的压缩腔C2流体连通。从而密封组件S与环形凹部158一起配合形成为动涡旋150提供背压的背压腔BC。密封组件S的轴向位移受到隔板116的限制。当各个压缩腔中的压力超过设定值时，这些压缩腔中的压力所产生的合力将超过背压腔BC中提供的下压力从而使得定涡旋150向上运动。此时，压缩腔中的流体将通过定涡旋150的螺旋叶片156的顶端与动涡旋160的端板164之间的间隙以及动涡旋160的螺旋叶片166的顶端与定涡旋150的端板154之间的间隙泄漏到低压侧以实现卸载，从而为涡旋压缩机提供了轴向柔性。因此，密封组件在来自中压通道的压缩腔流体的作用下轴向浮动以配合定涡旋的轴向浮动。

下面将更详细地描述密封组件S的构造和功能。如图10所示，密封组件S可以包括上板S1、下板S2和设置在上板S1与下板S2之间的第一密封件S3和第三密封件S5。密封组件S的形状与环形凹部158(背压腔BC)的形状基本对应，从而第一密封件S3可以抵靠环形凹部158的径向内侧壁实现密封，而第三密封件S5可以抵靠环形凹部158的径向外侧壁实现密封。此外，上板S1的上端可以抵靠隔板116或设置在隔板116上的套环117实现密封。

密封组件S在压缩机中实现了如下方式的密封：1)上板S1的上端抵靠隔板116上的套环117以实现高压侧和低压侧的隔开；2)第一密封件S3抵靠环形凹部158的径向内侧壁以实现高压侧与背压腔BC的隔开；3)第三密封件S5抵靠环形凹部158的径向外侧壁以实现背压腔BC与低压侧的隔开。

上述用于浮动密封件的背压腔需要在定涡旋的顶板上设置环形凹部，在环形凹部的径向内侧壁与径向外侧壁之间形成背压腔。根据该背压腔构造，一方面，环形凹部(背压腔)的面积需要足够大以保证密封组件(上板)的上端与隔板或隔板的套环之间具有足够的轴向密封压力；另一方面，径向内侧壁的内部的高压腔(排气腔)的面积通常设置较小以减小轴向载荷。然而，例如，排气孔通常布置成沿径向方向布置的多个排气孔以适用于多个压缩比，同时考虑与排气孔配合的排气阀组件的设置，这需要较大的空间，因此，现有技术的布置会导致设置在径向内侧壁内的排气阀组件和排气孔受限于小的面积，降低了排气组件的设计自由度，而无法满足更广泛的压缩比(特别是低压缩比)范围的需求，特别地导致压缩机在低压缩比工况下能效很低。

有鉴于此，本实用新型提供了一种具有改进的密封组件和排气构造的压缩机，并且结合图1至图8对密封组件和排气构造进行描述。

参见图1至图3，并且结合图9至图10，涡旋压缩机100，包括：壳体110，在壳体内限定有处于吸气压力的低压区域LR；压缩机构CM，压缩机构设置在壳体110内并且包括定涡旋150和动涡旋，定涡旋150包括定涡旋端板154、形成在定涡旋端板中的排气口159、形成在定涡旋端板一侧的螺旋状的定涡旋叶片156以及形成在定涡旋端板另一侧的与排气口连通的处于排气压力的高压空间DC；以及密封组件S100，密封组件可以包括第一密封部S140，第一密封部构造成抵接于定涡旋以将高压空间与低压区域隔绝。在高压空间DC中设置有单向阀或排气阀，该阀可以是可变容积比阀190。

借助于上述，使得允许定涡旋轴向浮动和满足高压侧与低压侧之间密封的情况下，取消了背压腔，使得用于排气构造的高压空间最大化，从而提高了排气孔布置和排气阀组件的设计自由度。特别地，高压空间可以沿径向向外扩展，从而允许可变容积比排气阀进而可变容积比孔口径向向外设置，这实现了涡旋压缩机以及应用涡旋压缩机的系统在更广的运行范围内保持高能效。此外，由于取消背压腔可以实现单侧(径向)密封，减少了密封件的数量，并且定涡旋无需设置内外双毂部，这简化了密封组件的结构进而简化了定涡旋的结构。

具体地，涡旋压缩机可以包括隔板116，该隔板将壳体内的内部空间分隔成第一区域和第二区域，第一区域可以包括低压区域LR并且容纳压缩机构，第二区域接纳来自高压空间DC的经过压缩的高压工作流体。密封组件S100可以包括第二密封部S142，第二密封部适于在工作状态下抵接于附接至隔板116的附接件S120，当然，第二密封部也可以构造成适于抵接于隔板。密封组件S100可以包括顶板S110和底板S130，如图示，第一密封部S140有利地可以包括插置在顶板与底板之间的连接部(未示出)和抵接于定涡旋的唇缘部并且，第二密封部S142形成在顶板S110处。该唇缘部可以实施为柔性密封唇缘，该柔性密封唇缘允许定涡旋在轴向和径向上有一定柔性，用于调节空间，用于补偿制造误差和用于带液工况等的卸载，并且双板结构允许可靠及方便地固定第一密封部。当然，本领域技术人员可以想到其他方式实现第一密封部与定涡旋的密封，例如，在第一密封部与定涡旋之间设置环形密封圈等。

为了在压缩机启动瞬间保证密封组件顶端(轴向)密封，可以设置启动弹性构件，以防止高压侧流体启动瞬间泄漏到低压侧，使得压缩机能够正常启动。在附图中，涡旋压缩机还包括适于将密封组件S100朝向隔板116推压的启动弹簧S150。在实施方式的一个方面，该启动弹簧S150可以将密封组件S100的顶板S110和底板S130朝向隔板116推压。

隔板116设置有孔口，在孔口处附接有附接件S120，该附接件与孔口过盈配合并且可以用作对排气进行消音的消音密封件。有利地，如图7和图8所示，密封组件S100的顶板S110，顶板固定至附接件或者与附接件成一体。当然，顶板也可以固定至附接件。将密封组件与隔板或隔板的附接件固定或一体形成以替代(轴向)抵接接触密封(特别在金属对金属的抵接接触密封)，取消了启动弹性构件，使得不存在现有技术的例如在低温工况下由于密封组件不能及时上浮(例如，PTFE密封件在低温时不宜变形而卡住，或者，低的环境温度下低的吸气压力和低的中压腔压力)导致高压侧和低压侧导通而不能工作的缺陷，同时也不存在密封组件的端面接触密封(例如在流体脉动的作用下微小错动)导致的磨损，减少了部件数量，降低了成本。

如图所示，定涡旋可以包括部分地限定高压空间DC的毂部181，第一密封部S140可以与毂部181的径向内侧壁抵接(如图2和图8所示)，或者，第一密封部S140可以与毂部181的径向外侧壁抵接(如图6所示)。第一密封部S140可以设置为单个密封部，以简化密封组件的结构。

在实施方式的另一个方面，定涡旋150可以包括定涡旋本体和定涡旋盖板170，定涡旋本体可以包括定涡旋端板154，定涡旋盖板170附接至定涡旋端板154，毂部171形成在定涡旋盖板170处。在分体式定涡旋中，借助于定涡旋盖板，允许密封组件附接至定涡旋盖板而无需附接至定涡旋本体，从而允许在定涡旋本体与定涡旋盖板之间形成具有更大容积的更适于安装各种阀的高压空间。并且，将密封组件设置在盖板的毂部上，使得可以减小密封组件的尺寸，降低成本。

有利地，参见图6，密封组件S100可以包括与毂部181的径向外侧壁抵接的单个第一密封部的情况下，图6中的单个第一密封部设置在定涡旋(不存在盖板的情况下)的毂部181上，密封组件S100可以包括径向向内延伸超过毂部181的径向外侧壁的延伸部S141，换句话说，延伸部的内径尺寸D1小于毂部181的外径尺寸D2。更优选地，延伸部S141可以延伸超过毂部181的径向内侧壁。类似地，在图4中，单个第一密封部设置在盖板170的毂部171上，密封组件S100也可以包括径向向内延伸超过毂部171的径向外侧壁的延伸部S141，即，延伸部的内径尺寸D3小于毂部171的外径尺寸D4。更优选地，延伸部S141可以延伸超过毂部171的径向内侧壁。该延伸部允许在其下方形成高压受压部，从而在压缩机运行期间利用高压区域中的高压将密封组件向上推压。进一步地，第二密封部S142可以形成在延伸部S141处。

尽管在此已详细描述了本实用新型的优选实施方式，但要理解的是本实用新型并不局限于在此详细描述和示出的具体结构，在不偏离本实用新型的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本实用新型要求保护的权利要求的范围内。

Claims

1.一种涡旋压缩机，包括：

壳体，在所述壳体内限定有处于吸气压力的低压区域；

压缩机构，所述压缩机构设置在所述壳体内并且包括定涡旋和动涡旋，所述定涡旋包括定涡旋端板、形成在所述定涡旋端板中的排气口、形成在所述定涡旋端板一侧的螺旋状的定涡旋叶片以及形成在所述定涡旋端板另一侧的与所述排气口连通的处于排气压力的高压空间；以及

密封组件，

其特征在于，所述密封组件包括第一密封部，所述第一密封部构造成抵接于所述定涡旋以将所述高压空间与所述低压区域隔绝。

2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：

所述涡旋压缩机包括隔板，所述隔板将所述壳体内的内部空间分隔成第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述低压区域并且容纳所述压缩机构，所述第二区域接纳来自所述高压空间的经过压缩的高压工作流体，

所述隔板设置有孔口，以及

所述密封组件包括用于将所述高压空间与所述低压区域隔绝的第二密封部，所述第二密封部构造成适于抵接于所述隔板或者抵接于附接至所述隔板的所述孔口处的附接件。

3.根据权利要求2所述的涡旋压缩机，其特征在于：

所述密封组件包括顶板和底板，

所述第一密封部包括插置在所述顶板与所述底板之间的连接部和抵接于所述定涡旋的唇缘部，以及

所述第二密封部形成在所述顶板处。

4.根据权利要求2所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述涡旋压缩机包括适于将所述密封组件朝向所述隔板推压的启动弹簧。

5.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：

所述隔板设置有孔口，在所述孔口处附接有附接件，以及

所述密封组件包括顶板，所述顶板固定至所述附接件或者与所述附接件成一体。

6.根据权利要求5所述的涡旋压缩机，其特征在于：

所述密封组件包括底板，所述底板附接至所述顶板，以及

所述第一密封部包括插置在所述顶板与所述底板之间的连接部和抵接于所述定涡旋的唇缘部。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的涡旋压缩机，其特征在于：

所述定涡旋包括部分地限定所述高压空间的毂部，以及

所述第一密封部与所述毂部的径向内侧壁抵接，或者，所述第一密封部与所述毂部的径向外侧壁抵接。

8.根据权利要求7所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述定涡旋包括定涡旋本体和定涡旋盖板，所述定涡旋本体包括所述定涡旋端板，所述定涡旋盖板附接至所述定涡旋端板，所述毂部形成在所述定涡旋盖板处。

9.根据权利要求2所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述定涡旋包括部分地限定所述高压空间的毂部，所述第一密封部与所述毂部的径向外侧壁抵接，所述密封组件包括径向向内延伸超过所述毂部的径向内侧壁的延伸部，所述第二密封部形成在所述延伸部处。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的涡旋压缩机，其特征在于，在所述高压空间中设置有可变容积比阀。