WO2021139201A1 - 涡旋组件和涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

一种涡旋组件和具有该涡旋组件的压缩机，涡旋组件包括第一涡旋（1）、第二涡旋和高温保护装置（3），高温保护装置（3）包括泄放通道（35、36）、支撑部（32）和高温变形件（31），泄放通道（35、36）经由泄漏开口（351）选择性地连通第一涡旋（1）的背压腔与低压区域，高温变形件（31）布置在支撑部（32）上并且构造成：在涡旋组件正常工作时，封堵泄漏开口（351）；在涡旋组件的温度达到预定温度时，高温变形件（31）变形而打开泄漏开口（351）使得背压腔经由泄放通道（35、36）与低压区域连通，在支撑部（32）的周缘支撑表面（321）上设置有凹槽（322），背压腔中的中压气体在打开泄漏开口（351）时能够经过凹槽（322）流动至泄漏开口（351）。由此，能够形成有效的流通面积增大的泄漏通道，提高高温保护装置（3）的响应速度和高温保护效率。

Description

涡旋组件和涡旋压缩机

本申请要求以下中国专利申请的优先权：于2020年1月6日提交中国专利局的申请号为202020021273.5、发明创造名称为“涡旋组件和涡旋压缩机”的中国专利申请。该专利申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本公开涉及涡旋压缩机领域，更具体地，涉及具有改进的高温保护装置的涡旋组件和涡旋压缩机。

背景技术

本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。

通常，涡旋压缩机包括动涡旋和静涡旋(动涡旋和静涡旋构成涡旋组件或压缩机构)，动涡旋的涡卷与静涡旋的涡卷配合以形成压缩腔，通过动涡旋相对于静涡旋的平动运动在压缩腔内实现对气体的压缩。在压缩机工作期间，有时涡旋组件的温度(例如压缩腔内的气体温度)会非常高。压缩腔内温度过高会对压缩机构造成非常不利的影响，例如，可能会影响压缩机构内的润滑油的润滑效果等从而造成磨损。为了避免压缩腔内温度过高的问题，现有技术的压缩机构通常设置有高温保护装置。

下面介绍常用的高温保护装置的工作原理。已知的是，在压缩机构内，动涡旋与静涡旋配合以形成对气体进行压缩的压缩腔。通常，静涡旋能够沿压缩机的轴向上下浮动一定距离，以实现压缩机的轴向柔性。在压缩机运行期间，压缩腔内的气体会对动涡旋和静涡旋施加使其相互分离的轴向压力。为了保持动涡旋与静涡旋的轴向相互抵接，通常在静涡旋的与压缩腔相反的一侧上设置有具有中等压力气体的背压腔，用以向静涡旋施加沿轴向向下的压力，从而使静涡旋保持与动涡旋轴向抵接。为了避免压缩机的压缩腔内温度过高，通常在静涡旋上设置高温保护装置。该高温保护装置的气体通道(泄放通道)的一端与压缩机的低压区域(例如吸气侧)连通，另一端与背压腔连通。在压缩腔内温度高于设定的特定温度时，高温保护装置的气体通道打开，使背压腔内的压 力降低。在这种情况下，静涡旋在压缩腔内的气体的推动下沿轴向向上移动，使得动涡旋与静涡旋脱离轴向抵接。这使得压缩机不再对气体进行压缩，使压缩腔内温度逐渐降低，从而实现高温保护功能。

图1-图2示出了现有技术的高温保护装置。如图所示，压缩机具有静涡旋100、动涡旋、背压腔101以及高温保护装置300。该高温保护装置具有止挡架302、双金属片304、气体通道306。在涡旋压缩机正常工作时，双金属片304在上下方压力差的作用下，借助其中心弧顶部308与双金属片支撑部305的中央部相互贴合以形成密封面，从而隔离双金属片上方的背压腔的中等压力气体与气体通道306的连通，由此，中等压力气体会向静涡旋施加沿轴向向下的压力，使得静涡旋所受合力向下，动涡旋与静涡旋轴向抵接且稳定运行。在压缩腔的温度达到跳动温度后，双金属片304的中心弧顶部308与双金属片304的边缘会产生一定行程的相对形变。这种相对形变会使得双金属片304的边缘接触到涡旋的双金属片支撑部305的周缘部，并继续将双金属片304的弧顶部抬起，使弧顶部与涡旋的双金属片支撑部305的中央部(通道306的泄漏开口设置在该中央部中)分离，使得通道306与背压腔连通。此时，双金属片304上方的中等压力气体能够从形成在双金属片304与双金属片支撑部305之间的泄漏通道流过并且流动至气体通道(泄放通道)306，使得对静涡旋向下的背压力不足，则静涡旋沿轴向方向向上运动，与动涡旋分离，压缩机不再正常压缩。止挡架302能够确保双金属片304在关闭和打开过程中的稳定性。

在现有产品的涡旋高温保护技术设计中，能够在双金属片变形而打开泄漏开口之后，使得静涡旋由于背压力的下降而所受到的合力方向沿轴向向上，静涡旋向上运动，静动涡旋分离。但是，某些涡旋设计中，在双金属片打开后，静涡旋上方中等压力气体在经过由双金属片和双金属片支撑部之间形成的细长而狭窄的流道时，会在中等压力室(背压腔)和泄漏开口之间存在一个压力差。此压力差仍然向静涡旋施加一个向下的作用力，这将不利于静涡旋与动涡旋的分离。在某些涡旋设计中，即使涡旋超温，涡旋高温保护装置打开后，静涡旋所受向下的背压力下降，静涡旋所受到的合力方向仍向下，使得无法完成静涡旋与动涡旋的直接分离，从而造成涡旋高温保护功能失效，导致涡旋高温而发生磨损失效等。

因此，仍需要对双金属片打开后的中等压力气体流道进行优化，尽可能 减小背压腔与泄漏开口之间的压力差和施加于静涡旋的向下背压力，使得动涡旋和静涡旋在双金属片打开后更容易彼此分离。

发明内容

为了解决或减轻现有技术中的上述问题中的至少一部分，本公开提供了一种具有新型的高温保护装置的涡旋组件以及一种相关的涡旋压缩机。

本公开提供了一种涡旋组件。该涡旋组件包括第一涡旋和第二涡旋。其中，第一涡旋和第二涡旋相互配合以压缩工作流体。第一涡旋构造成能够相对于第二涡旋轴向移动并且设置有背压腔以将第一涡旋朝向第二涡旋推压。并且该涡旋组件包括高温保护装置。高温保护装置包括：泄放通道，泄放通道的一端经由泄漏开口选择性地与背压腔连通，泄放通道的另一端与低压区域连通；支撑部，支撑部具有周缘支撑表面和中央部，泄漏开口设置在中央部中；以及高温变形件，高温变形件布置在支撑部上并且构造成：在涡旋组件正常工作时,高温变形件封堵泄漏开口使得背压腔与低压区域隔离，在涡旋组件的温度达到预定温度时,高温变形件变形而打开泄漏开口使得背压腔经由泄放通道与低压区域连通。其中，在周缘支撑表面上设置有凹槽，背压腔中的中压气体在高温变形件变形而打开泄漏开口时能够经过凹槽流动至泄漏开口。

其中，高温变形件为双金属片。

其中，双金属片具有圆盘形形状。双金属片具有双金属片周缘部和位于中央的呈球顶状的弧顶部。弧顶部适于封堵泄漏开口。双金属片周缘部布置在周缘支撑表面上。

其中，凹槽为关于支撑部的中心对称地设置的四个凹槽；凹槽为关于支撑部的中心对称地设置的三个凹槽；或者凹槽包括两组凹槽，每组凹槽包括相互靠近的两个凹槽，两组凹槽关于经过支撑部的中心的直线对称地设置。

其中，第一涡旋为静涡旋。在静涡旋的背压腔的底部处设置有凹入部。支撑部限定在凹入部中。

其中，凹槽从周缘支撑表面延伸至中央部，并且/或者，凹槽从周缘支撑表面的最外部分处延伸。

其中，周缘支撑表面高于中央部从而在周缘支撑表面与中央部之间形成有台阶部。

其中，高温保护装置还具有止挡架。止挡架设置在高温变形件的与支撑部相反的一侧。止挡架用于在高温变形件变形时限制高温变形件浮动离开支撑部的距离。

其中，高温变形件包括泄漏孔。泄漏孔与凹槽轴向对准。

本公开还提供了具有上述涡旋组件的涡旋压缩机。

根据本公开，由于设置附加的凹槽，在涡旋压缩机的压缩腔内的温度过高的情况下，当双金属片变形向上打开时，在双金属片下方即双金属片与双金属片支撑部之间形成有效的流通面积增大的泄漏通道。由此，能够显著降低双金属片上下侧的压力差，减小向下施加至静涡旋的轴向力，从而能够提高高温保护装置的响应速度和高温保护效率。

附图说明

本文中所描述的附图仅出于对示例性的结构的说明性目的而并非意在限制本公开的范围，其中：

图1是示出应用有现有技术的高温保护装置的压缩机的局部立体图；

图2是示出现有技术的高温保护装置的局部放大图；

图3是示出本公开的具有高温保护装置的压缩机的局部立体图；

图4是示出本公开的具有高温保护装置的压缩机的局部俯视图；

图5是示出本公开的高温保护装置的局部放大图；

图6是示出本公开的具有高温保护装置的涡旋组件的剖视图；

图7是示出本公开的高温保护装置的局部放大图；

图8是高温保护装置的双金属片的立体图；

图9是高温保护装置的双金属片的俯视图；

图10是高温保护装置的双金属片的侧视图；

图11是高温保护装置的双金属片的剖视图；

图12至图15分别是止挡架的立体图、主视图、右视图和仰视图；

图16至图18分别是根据本公开的不同实施方式的双金属片支撑部的俯视图；以及

图19是显示双金属片受热变形后的状态的放大图。

具体实施方式

如背景技术中所介绍的，现有技术中的高温保护装置仍存在在双金属片受热变形之后所形成的气体流道过窄，使得在背压腔与泄漏开口之间存在一个压力差，从而造成静涡旋不能与动涡旋脱离轴向抵接，进而使得高温保护功能失效。为了克服上述缺陷，本公开提供了一种具有新型的高温保护装置的涡旋组件。根据本公开的高温保护装置具有新型的位于高温变形件(双金属片)与高温变形件的支撑部之间的气体泄漏通道设置。该设计能够减小背压腔与泄漏开口之间的压力差，从而提高高温保护装置的性能。

下面将结合附图中所示的具体实施例对本公开的高温保护装置进行详细地介绍。

图3至图7示出了根据本公开的高温保护装置。如图所示，根据本公开的涡旋组件SM包括静涡旋(对应于根据本公开的第一涡旋)1和动涡旋(对应于根据本公开的第二涡旋)。涡旋组件SM还包括高温保护装置3，高温保护装置3设置在静涡旋1上，与静涡旋的背压腔11相连。然而，需要说明的是，在动涡旋浮动的涡旋组件中，则高温保护装置可以设置在动涡旋上。如图7所示高温保护装置3包括双金属片31、双金属片支撑部32、止挡架33、止挡架支撑部34以及轴向通道35和横向通道36。其中，双金属片对应于根据本公开的高温变形件，双金属片支撑部对应于根据本公开的支撑部，并且轴向通道35和横向通道36构成根据本公开的泄放通道。双金属片支撑部32和止挡架支撑部34为设置在静涡旋上的台阶式支撑部，特别地，在静涡旋1的背压腔11的底部处设置有凹入部111，双金属片支撑部32和止挡架支撑部34均限定在凹入部111中，换言之，双金属片支撑部32和止挡架支撑部34由凹入部111形成。通过这种构造，可以方便地及简单地设置高温保护装置的支撑部，并且确保高温保护装置的双金属片的可靠打开。双金属片支撑部32的尺寸小于止挡架支撑部34的尺寸并且位于止挡架支撑部34的下方。双金属片31设置在双金属片支撑部32上。止挡架33设置在止挡架支撑部34上。横向通道36的一端与压缩机的吸气侧连通，另一端与轴向通道35连通。其中，该吸气侧对应于低压区域。轴向通道35的下端与横向通道36连通，轴向通道35的上端与设置有双金属片支撑部32和止挡架支撑部34的凹入部111连通。凹入部111的上端与背压腔11连通。图7示出了压缩机正常运行时的高温保 护装置的状态。如图7所示，当未变形的双金属片31设置在双金属片支撑部32上时，双金属片31的弧顶部313与轴向通道35的上端部351贴合，从而密封轴向通道35，使得背压腔与吸气侧密封隔离。其中，轴向通道35的上端部351也称为泄漏开口。

图8至图11分别示出了双金属片的立体图、俯视图、侧视图和剖视图。如图所示，所示出的示例性的双金属片31具有大致圆盘形的形状。在该双金属片31具有本体部316和位于中央的具有呈大致球顶形的弧顶部313。其中，本体部也称为周缘部。采用具有这种特定形状的双金属片，可以特别有利于在到达跳动温度时双金属片可靠变形和打开。在位于双金属片31中央的弧顶部313与外边缘314之间、于弧顶部313与外边缘314之间的距离的大致一半距离处设置有泄漏孔311和312。泄漏孔311和312关于双金属片31的中心对称地设置。泄漏孔的数量仅仅是示例性的。也可以设置关于双金属片的中心对称地设置的其他数量的泄漏孔。如图10和图11所示，双金属片31的表面设置成在未变形状态下从外边缘314向中央弧顶部313倾斜。

图12至图15示出了根据本公开的双金属片的示例性的止挡架33。止挡架33具有本体部331、支脚333、齿状部332、止推部334以及中心通孔335。支脚333关于本体部331的中心对称地设置并且呈大致“Z”形形状。齿状部332关于本体部331的中心对称地设置并且从本体部沿径向向外延伸。止推部334沿中心通孔的边缘从本体部331沿轴向方向向下延伸。止推部334用以在双金属片31高温变形时限制双金属片31离开双金属片支撑部而向上浮动的距离，并且用以确保在双金属片31打开和关闭通道35时的稳定性。

图16示出了根据本公开的高温保护装置的示例性的双金属片支撑部32。如图7、图16和图19所示，双金属片支撑部32具有支撑表面321、底部325和侧壁323。其中，支撑表面位于外周缘从而也称为周缘支撑表面，底部位于中央区域从而也称为中央部。特别地，支撑部32构造为使得周缘支撑表面高于中央部从而在周缘支撑表面与中央部之间形成有台阶部，由此形成了侧壁323。通过这种台阶式构造，在双金属片下方与支撑部的中央部之间形成有空腔。如图16所清楚地示出的，支撑表面321不是沿周向连续的，而是具有关于中心对称地设置的凹槽322。所述凹槽322从支撑表面321延伸至底部325。上述空腔与凹槽连通，以此方式，形成有效的泄漏通道。所述底部325能够与 所述轴向通道35经由泄漏开口——即上文中所述的轴向通道35的上端部351——连通。如图16所示的示例性双金属片支撑部，这些凹槽322为四个并且在支撑平面上具有呈圆弧形的外边缘3221。这些凹槽322能够经由泄漏开口与轴向通道35连通。通过设置多个对称的凹槽，可以在尽量增大双金属片下方的泄漏通道的流通面积的同时允许中压气体均匀地流过双金属片下方的泄漏通道，并且还确保周缘支撑表面能够稳定地支撑双金属片。另外，如图所示，凹槽322可以从支撑表面的最外部分处延伸，以此方式，允许双金属片一变形时中压气体可以从双金属片的周缘流入凹槽，由此形成有效的泄漏通道。

图17和图18示出了另外的两个实施方式的示例性的双金属片支撑部32′和32"。根据图17和图18所示的双金属片支撑部32′和32"分别具有不同形状和数量的凹槽322′和322"。如图17所示，双金属片支撑部32′具有关于其中心对称地设置的3个大致椭圆形外边缘的凹槽322′。如图18所示，双金属片支撑部32"具有2组圆顶(径向尺寸大于轴向尺寸)凹槽322"。每组凹槽包括相互靠近的两个凹槽322"，两组凹槽关于经过所述支撑部的中心的直线329"对称地设置。同样地，通过设置多个凹槽322′或多个凹槽322"，可以在尽量增大双金属片下方的泄漏通道的流通面积的同时允许中压气体均匀地流过双金属片下方的泄漏通道，并且还确保周缘支撑表面能够稳定地支撑双金属片。同时，可以根据具体应用情况灵活地选择具有不同形状的多个凹槽322、多个凹槽322′和多个凹槽322"，以满足具体应用情况的高温保护需要。当然，所示出的凹槽仅仅是示例性的，本领域的技术人员应当理解的是，可以设置其他形状和数量的凹槽。

将在下文中结合根据本公开的高温保护装置的工作原理对这些凹槽的作用进行更详细的描述。

在压缩机正常工作时，双金属片31在背压腔11的中等压力与吸气侧的低压作用下压靠在双金属片支撑部32上。如图7所示，双金属片31的弧顶部313与轴向通道35的上端部351贴合，从而密封轴向通道35。当涡旋组件的温度(例如压缩腔内的温度)高于设定的特定温度(或者说，达到预定温度)时，双金属片31受热变形。图19示出了双金属片的受热变形的状态。双金属片31的中心弧顶部313向上抬起，双金属片31的本体部抵靠双金属片支撑部32的支撑表面321并且向双金属片31的中心移动。这种变形使双金属片的弧 顶部313被进一步抬起，使弧顶部313与轴向通道35的上端部351脱离接合，从而使得通道35与背压腔11连通。此外，双金属片31的外边缘向其中心的移动使得双金属片31不能够覆盖上述凹槽322、322′和322"，使得上述凹槽322、322′和322"能够进一步将背压腔11与轴向通道35和横向通道36连通，或者，即便对于在未变形状态下上述凹槽322、322′和322"未被覆盖或完全覆盖的情形，在变形状态下当弧顶部313与轴向通道35的上端部351脱离接合时，上述凹槽322、322′和322"的存在也同样增加在双金属片31下方的位于双金属片31与双金属片支撑部32之间的泄漏通道的流通面积。由此，由于设置附加的凹槽，在涡旋压缩机的压缩腔内的温度过高时，这种结构使得背压腔11中的气体能够通过双金属片上泄漏孔311和312(在设置泄漏孔的情况下)和/或双金属片的四周顺利地经过双金属片31下方的泄漏通道进入轴向通道35。由此能够在双金属片变形后增加中等压力气体的泄漏通道的流通面积。

对于双金属片这种薄板零件，上下侧的压力差会造成额外的向下变形量，此变形量会同时减小泄漏通道和泄漏开口的打开面积。因此，通过设置凹槽而使泄漏通道流通面积增大，能够显著降低双金属片上下侧的压力差，减小向下施加至静涡旋的轴向力，从而能够提高高温保护装置的响应速度和高温保护效率。

在本文中，“轴向”是指压缩机的主轴延伸的方向，“横向”为与压缩机的轴向垂直的方向。

另外，本公开容许多种可行的变型。例如，尽管在上文中具体描述的是双金属片，但是可以构想，可以采用能够在高温下移动的其它合适构件(例如三金属片)来代替双金属片。又例如，尽管在上文中具体描述的是支撑部构造成台阶状，但是可以构想，周缘支撑表面和中央部也可以处于同一高度，在这种情况下凹槽的设置仍然起到增大泄漏通道流通面积的作用。

虽然已经具体描述了本公开的一些实施方式和变型，但是本领域技术人员应该理解，本公开并不局限于上面描述和附图所示的实施方式和变型而是可以包括其他各种可能的变型和组合。在不偏离本公开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公开的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。

Claims (11)

1. 一种涡旋组件(SM)，包括：

   第一涡旋(1)和第二涡旋，所述第一涡旋和所述第二涡旋相互配合以压缩工作流体，所述第一涡旋构造成能够相对于所述第二涡旋轴向移动并且设置有背压腔(11)以将所述第一涡旋朝向所述第二涡旋推压；以及

   高温保护装置(3)，所述高温保护装置包括：泄放通道(35、36)，所述泄放通道的一端经由泄漏开口(351)选择性地与所述背压腔连通，所述泄放通道的另一端与低压区域连通；支撑部(32、32′、32")，所述支撑部具有周缘支撑表面(321)和中央部(325)，所述泄漏开口设置在所述中央部中；以及高温变形件(31)，所述高温变形件布置在所述支撑部上并且构造成：在所述涡旋组件正常工作时,所述高温变形件封堵所述泄漏开口使得所述背压腔与所述低压区域隔离，在所述涡旋组件的温度达到预定温度时,所述高温变形件变形而打开所述泄漏开口使得所述背压腔经由所述泄放通道与所述低压区域连通，

   其特征在于，在所述周缘支撑表面上设置有凹槽(322、322′、322")，所述背压腔中的中压气体在所述高温变形件变形而打开所述泄漏开口时能够经过所述凹槽流动至所述泄漏开口。
2. 根据权利要求1所述的涡旋组件(SM)，其特征在于，所述高温变形件为双金属片。
3. 根据权利要求2所述的涡旋组件(SM)，其特征在于，所述双金属片具有圆盘形形状，所述双金属片具有双金属片周缘部(316)和位于中央的呈球顶状的弧顶部(313)，所述弧顶部适于封堵所述泄漏开口，所述双金属片周缘部布置在所述周缘支撑表面上。
4. 根据权利要求1所述的涡旋组件(SM)，其特征在于：

   所述凹槽为关于所述支撑部的中心对称地设置的四个凹槽(322)；或者所述凹槽为关于所述支撑部的中心对称地设置的三个凹槽(322′)；或者所述凹 槽包括两组凹槽，每组凹槽包括相互靠近的两个凹槽(322")，所述两组凹槽关于经过所述支撑部的中心的直线对称地设置。
5. 根据权利要求1所述的涡旋组件(SM)，其特征在于，所述第一涡旋为静涡旋，在所述静涡旋的背压腔的底部处设置有凹入部(111)，所述支撑部限定在所述凹入部中。
6. 根据权利要求1所述的涡旋组件(SM)，其特征在于，所述周缘支撑表面位于所述中央部的径向外侧并且与所述中央部径向相邻，所述凹槽从所述周缘支撑表面延伸至所述中央部。
7. 根据权利要求6所述的涡旋组件(SM)，其特征在于，所述凹槽从所述周缘支撑表面的最外部分处延伸。
8. 根据权利要求1所述的涡旋组件(SM)，其特征在于，所述周缘支撑表面高于所述中央部从而在所述周缘支撑表面与所述中央部之间形成有台阶部。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的涡旋组件(SM)，其特征在于，所述高温保护装置还具有止挡架，所述止挡架设置在所述高温变形件的与所述支撑部相反的一侧，所述止挡架用于在所述高温变形件变形时限制所述高温变形件浮动离开所述支撑部的距离。
10. 根据权利要求1至8中任一项所述的涡旋组件(SM)，其特征在于，所述高温变形件包括泄漏孔(311、312)，所述泄漏孔(311、312)与所述凹槽轴向对准。
11. 一种涡旋压缩机，其特征在于，所述涡旋压缩机具有根据权利要求中1至10中任一项所述的涡旋组件(SM)。

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