WO2023155448A1 - 螺杆压缩机及其控制方法以及空调设备 - Google Patents

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龙忠铿
罗炽亮
刘华
张治平
武晓昆
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    • F04C28/10—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber
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Definitions

  • the alveolar volume V s When the alveolar volume V s is at its maximum through proper structural design, the alveolar volume is separated from the inhalation channel, and the inhalation process ends. As the rotor continues to rotate, the closed volume gradually decreases, and the refrigerant vapor pressure in the volume is continuously increased. When the refrigerant vapor pressure rises to a certain value, the closed volume V d at this time is connected with the exhaust port to enter the exhaust process.
  • a technical problem to be solved in the present disclosure is to provide a screw compressor, a control method thereof, and an air conditioner, which can reduce the power consumption of the compressor.
  • some embodiments of the present disclosure provide a control method applied to control the aforementioned screw compressor, which includes: after the command to move the slide valve 4 is issued, if the internal compression end pressure P1 detected by the first pressure sensor 6 If there is no change, an alarm message will be issued indicating that the slide valve has a movement failure.

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Abstract

本公开涉及一种螺杆压缩机及其控制方法以及空调设备。其中，螺杆压缩机包括：机体和滑阀；滑阀的排气端设有第一排气口，机体在滑阀腔的排气端设有第二排气口。通过在滑阀开设排气口的同时在机体也设置排气口，滑阀的排气端滑动至滑阀腔的排气端的初期状态下，第一排气口和第二排气口相接通，从而增大了排气口初期的排气面积，减少了排气初期的流动损失，降低了压缩机的功耗。该控制方法包括移动滑阀来改变所述滑阀的排气口位置，先使内压缩终了压力与冷凝压力相当，再使排气过程末段齿槽压力与冷凝压力相当，使得压缩机处于高效区运行；同时对比不同位置下滑阀监测点压力，判断滑阀是否正常移动，及时发现滑阀卡死故障，避免设备长期低效运行。

Description

螺杆压缩机及其控制方法以及空调设备
相关申请的横向引用
本公开是以申请号为 202210138068.0，申请日为 2022年2月15日的中国申请为基础，并主张其优先权，该中国申请的公开内容在此作为整体引入本公开中。
技术领域
本公开涉及一种螺杆压缩机及其控制方法以及空调设备。
背景技术
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。
蒸汽压缩式制冷系统主要包括蒸发器，冷凝器、节流元件和制冷压缩机四大部件。首先制冷剂在蒸发器中沸腾蒸发形成制冷剂蒸汽，制冷压缩机从蒸发器抽吸低压制冷剂蒸汽，经压缩后形成高压气体排入冷凝器，在冷凝器中与外部换热冷凝形成高压液体，通过节流元件的绝热降压过程形成低压的气液两相状态制冷剂进入蒸发器，在蒸发器中再次沸腾蒸发，实现制冷循环。在制冷系统中，压缩机承担提升制冷剂蒸汽压力和输送制冷剂的重任，是制冷压缩系统的心脏和唯一动力源。
螺杆压缩机是容积式压缩机的一种，具有内压缩和强制输气特征，其依靠一对具有螺旋特征的阴、阳转子相互配合形成封闭容腔，随着转子的旋转运动，封闭容腔周期性的缩小和扩大，达到吸气、压缩和排气的目的。目前螺杆压缩机在工作时存在较多的能量损失，功耗较大。
发明内容
本公开的一些实施例提供了一种螺杆压缩机，包括：机体和滑阀，滑阀沿螺杆压缩机的轴向可滑动地设于机体的滑阀腔内；其中，滑阀的排气端设有第一排气口，机体在滑阀腔的排气端设有第二排气口，在滑阀的排气端滑动至滑阀腔的排气端状态下，第一排气口和第二排气口接通以增大螺杆压缩机的排气口面积。
在一些实施例中，第二排气口被配置为沿螺杆压缩机的径向延伸。
在一些实施例中，第二排气口在轴向上沿着排气方向呈渐扩状。
在一些实施例中，第一排气口在轴向上沿着排气方向呈渐扩状。
在一些实施例中，第一排气口和第二排气口能够接通以形成排气面积沿排气方向渐扩的V型排气口。
在一些实施例中，螺杆压缩机还包括设置在机体的转子腔内相互啮合的螺杆阳转子和螺杆阴转子，转子腔与滑阀腔相通。
在一些实施例中，螺杆压缩机还包括第一压力传感器，第一压力传感器被配置为检测螺杆压缩机的内压缩终了压力P1。
在一些实施例中，滑阀的工作面上设有滑阀引压孔，滑阀引压孔与第一压力传感器的压力检测通道相通，滑阀引压孔位于第一排气口的前一个转子齿槽处。
在一些实施例中，滑阀的工作面上设有与滑阀引压孔相通的滑阀引压槽，第一压力传感器的压力检测通道形成于机体，在滑阀的滑动过程中，滑阀引压孔能够通过滑阀引压槽始终与第一压力传感器的压力检测通道相通。
在一些实施例中，螺杆压缩机还包括第二压力传感器，第二压力传感器被配置为检测排气过程末段齿槽压力P2，第二压力传感器的压力检测通道与第二排气口相通。
本公开的一些实施例提供了一种控制方法，应用于控制前述螺杆压缩机，包括：移动滑阀来改变滑阀的排气口位置，使第一压力传感器检测的内压缩终了压力P1与冷凝压力Pc相当；然后再移动滑阀来改变滑阀的排气口位置，使第二压力传感器检测的排气过程末段齿槽压力P2与冷凝压力Pc相当。
本公开的一些实施例提供了一种控制方法，应用于控制前述螺杆压缩机，包括：在发出移动滑阀的指令后，若第一压力传感器检测的内压缩终了压力P1未发生变化，则发出滑阀出现移动故障的报警信息。
本公开的一些实施例提供了一种空调设备，包括前述螺杆压缩机。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本公开螺杆压缩机组的一些实施例的整体结构示意图；
图2是根据本公开螺杆压缩机的一些实施例中滑阀的结构示意图；
图3是根据本公开螺杆压缩机的一些实施例在排气初期时的结构示意图；
图4是根据本公开螺杆压缩机的一些实施例在排气初期时的内部结构示意图；
图5是根据本公开螺杆压缩机的一些实施例中滑阀远离排气端时的内部结构示意图；
图6是根据本公开螺杆压缩机的一些实施例的整体结构示意图。
附图标记说明
1、螺杆阳转子；2、螺杆阴转子；3、机体；4、滑阀；5、第二压力传感器；6、第一压力传感器；7、驱动电机；8、滑阀驱动机构；31、第二排气口；41、滑阀引压孔；42、滑阀引压槽；43、阀体；44、第一排气口。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与其它器件直接连接而具有居间器件。
本公开使用的所有术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
发明人通过研究发现，目前的螺杆压缩机工作时存在较多的能量损失，主要原因如下：
通过合适的结构设计来使齿槽容积V s在最大时，齿槽容积与吸气通道脱离，吸气过程结束。随着转子继续旋转，封闭容积逐渐减小，容积中的制冷剂蒸汽压力不断被提升。当制冷剂蒸汽压力提升到一定值时，此时的封闭容积V d与排气口连通进入排气过程。封闭容积与排气口连通之前，齿间容积的蒸汽压力P i为内压缩终了压力，内压缩终了压力与吸气压力之比为内压力比，排气管内的气体压力P d称为外压力或背压力，它与吸气压力的比值称为外压力比。
螺杆压缩机吸、排气孔口的位置和形状决定了内压力比，运行工况所要求的吸、排气压力，决定了外压力比。内压缩终了时压缩腔中的压力高于(过压缩现象)或低于排气压力(欠压缩现象)时均会出现不必要的能量浪费，因此，内外压比的匹配十分重要。
当系统在不同的工况下运行时，需要适时调节压缩机的排气口位置提前或延后排气，即改变转子的内压缩行程，使压缩终了压力与排气压力相当，避免不必要的能量浪费，从而提升系统效率。
齿间容积在连通排气口初期，排气孔口面积很小，齿间容积内的气体不能及时流入排气腔，从而使齿间容积的内压力持续升高，导致较多的能量损失。
当压缩机采用内容积比调节滑阀调节压缩机排气口位置时，通常在滑阀设置排气孔口，受限于滑阀的尺寸，排气孔口不能延伸到机体转子腔区域，导致压缩机排气时径向排气口面积减小，排气过程的节流损失、流动损失增大，压缩机功耗会相应增加。
当压缩机运行在不同工况时，通过内容积比调节滑阀提前排气口位置，使内压缩终了时的压力等于排气压力，但排气初期，排气口面积小，且排气持续时间延长，齿间容积升压现象明显，压缩机功耗会相应增加。
此外，由于内容积调节滑阀实际运行状态难以实时监控，若驱动内容积调节滑阀机构出现故障，无法立即反馈故障，导致压缩机长时间低效运行。
为此，本公开所要解决的一个技术问题是：提供一种螺杆压缩机及其控制方法以及空调设备，能够降低压缩机的功耗。
本公开的实施例通过在滑阀开设排气口的同时在机体也设置排气口，滑阀的排气端滑动至滑阀腔的排气端的初期状态下，第一排气口和第二排气口相接通，从而增大了排气口初期的排气面积，减少了排气初期的流动损失，降低了压缩机的功耗。
结合如图1～图5所示，本公开的一些实施例提供了一种螺杆压缩机，包括：螺杆阳转子1、螺杆阴转子2、机体3和滑阀4，其中螺杆阳转子1和螺杆阴转子2设置在机体3的转子腔内相互啮合，螺杆阳转子1的轴线和螺杆阴转子2的轴线平行设置，滑阀4可轴向滑动地设于机体3的滑阀腔内，转子腔与滑阀腔相通。滑阀4的排气端设有第一排气口44，机体3在滑阀腔的排气端设有第二排气口31，在滑阀4的排气端滑动至滑阀腔的排气端状态下，第一排气口44和第二排气口31能够接通以增大螺杆压缩机的排气口面积。
在该示意性的实施例中，通过在滑阀4开设第一排气口44的同时在机体3也设置第二排气口31，如图3和图4所示，在滑阀4的排气端滑动至滑阀腔的排气端的初期状态下，第一排气口44和第二排气口31相接通，使滑阀4的第一排气口44可以延伸到机体3处，从而增大了排气口在滑阀4的排气端滑动至滑阀腔的排气端的初期的排气面积A，减少了排气打开初期面积较小带来的节流损失，降低了压缩机的功耗。
结合图1～图6所示，在一些实施例中，螺杆压缩机还包括驱动电机7和滑阀驱动机构8，滑阀驱动机构8具体为活塞，机体3设置有吸气腔、转子腔和排气腔，螺杆转子与转子腔形成封闭的齿间容积，螺杆阳转子1是具有“凸”形状的螺旋转子，螺杆阴转子2是具有“凹”形状的螺旋转子，驱动电机7与螺杆阳转子1连接并做回转运动，螺杆阳转子1带动螺杆阴转子2做啮合运动；在转子一侧，通过齿间容积的不断扩大抽吸来自上游蒸发器的制冷剂蒸汽，而在转子的另一侧，驱动电机7驱动螺杆阳转子1和螺杆阴转子2的齿间容积不断减小强制压缩进入齿间容积的制冷剂蒸气，不断提升其压力，当制冷剂蒸汽压力提升到一定值时与壳体排气通道连通，将蒸气排出螺杆转子齿槽并向下游的冷凝器排放。
如图1所示，在转子腔内同时布置有滑阀腔，具备“V”型形状的滑阀4可以沿着滑阀腔做轴向直线运动，滑阀4具有一定的移动范围，如图3和图4所示，滑阀4的第一排气口44越靠近转子排气端面，内压缩行程越长，内压缩终了时的压力越高，相反，如图5所示，第一排气口44远离转子排气端面，内压缩行程越短，内压缩终了时的压力越低。同时，机体3也设置第二排气口31，第二排气口31的位置与滑阀4最靠近排气端时的第一排气口44重合，当压缩机在该位置排气时，排气初期，排气 面积的增大可以降低排气阻力损失。
如图4和图5所示，在一些实施例中，第二排气口31被配置为沿螺杆压缩机的径向延伸，这样有利于增大排气口在滑阀4的排气端滑动至滑阀腔的排气端的初期的排气面积A，且便于加工，具有较高的可实施性。
如图4和图5所示，在一些实施例中，第二排气口31在轴向上沿着排气方向呈渐扩状，这样有利于增大排气口初期的排气面积A，且便于加工，具有较高的可实施性。
在一些具体的实施例中，如图3～图5所示，第一排气口44在轴向上沿着排气方向呈渐扩状，以增大排气口初期的排气面积A。
如图3和图4所示，在一些实施例中，第一排气口44和第二排气口31能够接通以形成排气面积沿排气方向渐扩的V型排气口，从而增大排气面积以降低排气阻力损失。
在一些实施例中，螺杆压缩机还包括第一压力传感器6，第一压力传感器6被配置为检测螺杆压缩机的内压缩终了压力P1。
在一些实施例中，螺杆压缩机还包括第二压力传感器5，第二压力传感器5被配置为检测排气过程末段齿槽压力P2。
在一些实施例中，螺杆压缩机还包括第一压力传感器6和第二压力传感器5，第一压力传感器6被配置为检测螺杆压缩机的内压缩终了压力P1，第二压力传感器5被配置为检测排气过程末段齿槽压力P2，这样可以实时监测螺杆压缩机的内压缩终了压力P1和排气过程末段齿槽压力P2，以便于及时控制滑阀4在滑阀腔内的移动位置。
对于如何实现第一压力传感器6检测螺杆压缩机的内压缩终了压力P1，在一些实施例中，如图1～图5所示，滑阀4的工作面上设有滑阀引压孔41，滑阀引压孔41与第一压力传感器6的压力检测通道相通，滑阀引压孔41位于第一排气口44的前一个转子齿槽处。
为便于检测，如图2所示，在一些实施例中，滑阀4的工作面上设有与滑阀引压孔41相通的滑阀引压槽42，滑阀引压槽42沿着滑阀4的轴向延伸，第一压力传感器6的压力检测通道形成于机体3，在滑阀4的滑动过程中，滑阀引压孔41能够通过滑阀引压槽42始终与第一压力传感器6的压力检测通道相通，保证检测准确度。
在其他一些实施例中，第一压力传感器6的压力检测通道形成于滑阀4的阀体43内，并与滑阀4的工作面上的滑阀引压孔41相通，同样能够实现第一压力传感器 6检测螺杆压缩机的内压缩终了压力P1。
对于如何实现第二压力传感器5检测排气过程末段齿槽压力P2，在一些实施例中，如图5所示，第二压力传感器5的压力检测通道与第二排气口31相通。
相应地，本公开的一些实施例提供了一种控制方法，应用于控制前述螺杆压缩机，包括：
移动滑阀4来改变滑阀4的排气口位置，使第一压力传感器6检测的内压缩终了压力P1与冷凝压力Pc相当；然后再移动滑阀4来改变滑阀4的排气口位置，使第二压力传感器5检测的排气过程末段齿槽压力P2与冷凝压力Pc相当。
利用该控制方法，变内容积比工作时，通过同时监测内压缩终了压力P1和排气过程末段齿槽压力P2来控制滑阀4的位置，适当提前滑阀排气口的位置，此时压缩机无过/欠压缩现象，降低了排气过程末段齿槽压力上升幅度，减少功率损失，使得压缩机高效运行。
滑阀在工作过程中由于是运动部件，若出现卡死不动故障，且这一失效现象不容易被及时发现，压缩机长期在低效区运行。基于此，本公开的一些实施例提供了一种控制方法，应用于控制前述螺杆压缩机，其包括：在发出移动滑阀4的指令后，若第一压力传感器6检测的内压缩终了压力P1未发生变化，则发出滑阀出现移动故障的报警信息。
利用该控制方法，通过调整滑阀4的位置，读取不同位置下齿槽内压缩终了压力，并进行数值对比，判断滑阀是否正常移动，监测滑阀是否正常工作，提高了压缩机运行可靠性。
本公开的一些实施例提供了一种空调设备，包括前述螺杆压缩机。空调设备相应地具有上述有益技术效果。
至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (13)

  1. 一种螺杆压缩机，包括：
    机体(3)；和
    滑阀(4)，沿所述螺杆压缩机的轴向可滑动地设于所述机体(3)的滑阀腔内；
    其中，所述滑阀(4)的排气端设有第一排气口(44)，所述机体(3)在所述滑阀腔的排气端设有第二排气口(31)，在所述滑阀(4)的排气端滑动至所述滑阀腔的排气端状态下，所述第一排气口(44)和所述第二排气口(31)接通以增大所述螺杆压缩机的排气口面积。
  2. 根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其中所述第二排气口(31)被配置为沿所述螺杆压缩机的径向延伸。
  3. 根据权利要求1或2所述的螺杆压缩机，其中所述第二排气口(31)在所述轴向上沿着排气方向呈渐扩状。
  4. 根据权利要求3所述的螺杆压缩机，其中所述第一排气口(44)在所述轴向上沿着排气方向呈渐扩状。
  5. 根据权利要求4所述的螺杆压缩机，其中所述第一排气口(44)和所述第二排气口(31)能够接通以形成排气面积沿排气方向渐扩的V型排气口。
  6. 根据权利要求1～5任一所述的螺杆压缩机，还包括设置在所述机体(3)的转子腔内相互啮合的螺杆阳转子(1)和螺杆阴转子(2)，所述转子腔与所述滑阀腔相连通。
  7. 根据权利要求6所述的螺杆压缩机，还包括第一压力传感器(6)，所述第一压力传感器(6)被配置为检测所述螺杆压缩机的内压缩终了压力P1。
  8. 根据权利要求7所述的螺杆压缩机，其中所述滑阀(4)的工作面上设有滑阀引压孔(41)，所述滑阀引压孔(41)与所述第一压力传感器(6)的压力检测通道相通，所述滑阀引压孔(41)位于所述第一排气口(44)的前一个转子齿槽处。
  9. 根据权利要求8所述的螺杆压缩机，其中所述滑阀(4)的工作面上设有与所述滑阀引压孔(41)相通的滑阀引压槽(42)，所述第一压力传感器(6)的压力检测通道形成于所述机体(3)，在所述滑阀(4)的滑动过程中，所述滑阀引压孔(41)能够通过所述滑阀引压槽(42)始终与所述第一压力传感器(6)的压力检测通道相通。
  10. 根据权利要求7～9任一所述的螺杆压缩机，还包括第二压力传感器(5)，所述第二压力传感器(5)被配置为检测排气过程末段齿槽压力P2，所述第二压力传感器(5)的压力检测通道与所述第二排气口(31)相通。
  11. 一种控制方法，应用于控制权利要求1～10任一所述的螺杆压缩机，包括：
    通过移动所述滑阀(4)来改变所述滑阀(4)的排气口位置，使第一压力传感器(6)检测的内压缩终了压力P1与冷凝压力Pc相当；
    然后再通过移动所述滑阀(4)来改变所述滑阀(4)的排气口位置，使第二压力传感器(5)检测的排气过程末段齿槽压力P2与冷凝压力Pc相当。
  12. 一种控制方法，应用于控制权利要求1～10任一所述的螺杆压缩机，包括：
    在发出移动所述滑阀(4)的指令后，若第一压力传感器(6)检测的内压缩终了压力P1未发生变化，则发出滑阀出现移动故障的报警信息。
  13. 一种空调设备，包括权利要求1～10任一所述的螺杆压缩机。
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