壓縮機的卸載閥的制作方法

專利名稱：壓縮機的卸載閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及壓縮才凡。更具體地i兌，本發明涉及制冷劑壓縮才凡。
技術背景螺桿式壓縮機通常在空調和制冷應用場合中使用。在這種壓縮機 中，互相嚙合的陽和陰突齒轉子或螺桿都圍繞其軸線轉動，以便將工 作流體(制冷劑)從低壓的進口端泵送到高壓的出口端。在轉動期間， 陽轉子的順序的突齒起著活塞的作用，以便驅動制冷劑流向下游并且 在鄰近的 一 對陰轉子突齒與殼體之間的空間內壓縮該制冷劑。同樣， 陰轉子的順序的突齒在鄰近的一對陽轉子突齒與殼體之間的空間內壓 縮該制冷劑。在陽和陰轉子突齒間的空間中進行壓縮并形成了壓縮腔 (或者被稱作是在嚙合區相接合的公共壓縮腔的陽和陰部分)。在一 種裝置中，陽轉子與驅動電機共軸線，并且借助在其突齒工作部分的 進口端和出口端的軸承來支承。可設置成多個陰轉子與一個給定的陽轉子相嚙合，或反之亦然。當突齒之間的空間中的一個空間暴露于進口端口 ，制冷劑就在吸 入壓力作用下基本上進入了該空間。隨著轉子的繼續轉動，當轉動到 某個位置時，該空間就不再與進口連通，制冷劑流向該空間的流動也 就被切斷。在進口被關閉以后，隨著轉子的繼續轉動，制冷劑就受到 壓縮。當轉動到某個位置上時，每個空間都與相關的出口相遇，該封 閉的壓縮過程由此結束。每個進口和出口可以是徑向的、軸向的或者 是徑向孔和軸向孔的混合式組合。當不需要全功率運行時，往往需要通過延遲關閉進口端口 (出現 或不出現壓縮機容積指數的減少)，以便暫時減少通過壓縮機的制冷 劑質量流量。這種卸載常常通過滑閥來提供，該滑閥設有帶有一個或 多個部分的閥件，(當閥平移動時)閥件的位置控制壓縮腔的相應的 吸入端的關閉和排出端的打開。滑閥的卸載變換的主要作用是減少原始的殘留的吸入容積(由此也減少了壓縮機功率)；容積指數的減少 是典型的副作用。在美國專利出版物20040109782 Al以及美國專利4， 249， 866和6， 302， 688中/>開了典型的滑閥。所需要的壓縮才幾的卸 載程度通常是專用于特定場合的。對于某些場合來說，最好是采用高 度卸載(例如，下降到典型的全部負荷能力的15%)。發明內容根據本發明的一個方面， 一種具有殼體的壓縮機，該殼體沿著一 流動通道具有第一端口和第二端口 。 一個或多個工作部件與該殼體相 配合以便沿著該流動通道在吸入位置與排出位置之之間限定出 一壓縮 通道。卸載岡具有一閥件，該閥件的作用范圍在第一狀態與第二狀態 之間，該第二狀態相對于該第一狀態處于卸栽狀態。某些裝置朝著在 第 一狀態與第二狀態中間的第三狀態偏壓該閥件。在各種實施方案中，該裝置包括第一彈簧和第二彈簧。這些彈簧 可以設置在與閥件相接合的活塞的對置端。該裝置可以在現有壓縮才凡結構的再設計和/或現有壓縮才幾的再制 造時采用。再設計可能是一個在硬件上或者作為一個模擬/計算進行的 反復過程。再設計或再制造可以包括增加第二彈簧，該彈簧用來對抗 原始壓縮機的現有的第一彈簧。本發明的一個或多個實施例的細節將在下面的附圖和說明中進行 描述。本發明的其它特征、目的和優點在閱讀了該說明和附圖以及附 屬的權利要求書后將一清二楚。附圖內容圖l是壓縮機的縱向剖視圖。圖2是

圖1沿直線2-2截取的壓縮機的排出壓力室的橫剖面圖。 圖3是圖2的排出壓力室的滑閥組件處于滿載狀態下的剖面圖。 圖4是圖3的滑閥處于相對地卸載狀態下的剖視圖。 圖5是圖3的滑閥處于中間狀態下的剖視圖，滑閥處于該狀態下 的負載大于處于圖4狀態下的負載，但小于處于圖3狀態下的負栽。 在各個不同附圖中，相同的標號和符號表示相同的部件。
具體實施方式
圖1示出了具有殼體組件22的壓縮機20，該殼體組件裝有用來驅
動具有各自的縱向中心軸線500和502的轉子26和28的馬達24。在 該典型的實施例中，轉子26具有在第一端31與第二端32之間延伸的 陽突齒體或工作部分30。工作部分30與陰轉子28的陰突齒體或工作 部分34相嚙合。工作部分34具有第一端35和第二端36。每個轉子包 括從相關的工作部分的第一端延伸到其第二端延伸的軸部分(例如， 軸端39、 40、 41和42整體地形成有相關的工作部分)。這些軸端中 的每個軸端都通過一個或多個軸承組件44安裝在殼體上，以便圍繞相關的轉子軸線轉動。在該典型的實施例中，馬達是一種具有轉子和定子的電動機。轉 子26和28中的一個轉子的其中一個軸端可以與電機的轉子相連接， 以便該電機可以驅動該轉子圍繞其軸線轉動。當圍繞軸線沿著運行的 第一方向受到驅動時，該轉子就驅動另一個轉子沿著相反的第二方向 運轉。典型的殼體組件22包括一轉子殼體48，該轉子殼體具有大約位 于電機長度的中間位置的上游/進口端面49,以及基本上與轉子本體端 面32和36同一平面的下游/排出口端面50。其它的許多結構形式也是 可以采用的。典型的殼體組件22還包括一電機/進口殼體52，該電機殼體在上 游處具有壓縮機進口/吸進口 53,以及(例如借助螺栓穿過兩個殼體 件)安裝在轉子殼體下游端面上的下游端面54。該殼體組件22還包括 出口/排出口殼體56以及出口/排出口 58，該殼體具有安裝在轉子殼體 下游端面上的上游端面57。該典型的轉子殼體48、電機/進口殼體52、 以及出口殼體56都可以鑄造制成，以便進行進一步的精加工。殼體組件22的表面與相互嚙合的轉子本體30和34相配合以便限 定了通向壓縮腔的進口端口和出口端口 ，該壓縮腔用來從吸入(進口 ) 壓力室60向排出(出口 )壓力室62壓縮并驅動制冷劑流504 (參見圖 2)。 一系列成對的陽和陰壓縮腔由殼體組件22、陽轉子本體30和陰 轉子本體34所形成。每個壓縮腔的邊界由相嚙合的轉子的外表面、沿 滑閥的方向在轉子殼體及其延續部分內的陽和陰轉子缸孔表面的部分 柱形表面、以及端面57的一部分來限定。圖2示出了在出口/排出口 58處的典型的流動通道的細節。設置 有一止回閥70，其具有安裝在出口殼體56的凸臺部分74內的閥件 72。典型的閥件72是一具有柱/軸76的前端密封的提動閥件
(poppet)，該柱/軸與頭部78制成一整體并且沿著閥軸線520從該 頭部向下游延伸。該頭部具有一與偏壓的壓縮彈簧82 (例如金屬螺旋 管)的上游端相接合的背面/底面80。該彈簧的下游端與襯套/導管86 的面朝向上游的臺肩84相接合。村套/導管86可以與該殼體制成一整 體或者安裝在該殼體上，并且具有一可滑動地容納該柱以便它在(未 示出的)打開狀態與圖2所示的關閉狀態之間進行往復運動的中心孔 88。彈簧82向上游朝關閉狀態偏壓所述閥件72。在關閉狀態下，頭部 的上游表面的環形外周閥座部分90抵靠環形座92以便就位在排出壓 力室的端口 94的下游端。為了進行工作能力(capacity )調節/卸載，該壓縮機具有帶閥件 102的滑閥100。閥件102沿著在轉子之間的嚙合區(即沿著高壓波峰) 具有一個部分104。該典型的閥件在排出壓力室處具有第一部分106(圖 3)，以及在吸入壓力室具有第二部分108。該閥件是可移動的，以便 調節壓縮機的工作能力以用來提供卸載。該典型的閥通過平行于轉子 軸線的線性平移來實現移動。圖3示出了閥件在其運動范圍內的最上游位置時的情況。在該位 置，壓縮腔相對地接近于上游，工作能力處于相對最大值(即至少為 轉子最大排量的90%，通常約為99%)。圖4示出了閥件移動到最下游 位置時的情況。在該卸載狀態，工作能力將減少(例如一般將減少到 圖3時的排量或最大排量的40%以下，通常小于3oy。)。在該典型的滑 閥中，在兩個位置之間的移動由彈簧力和流體壓力的組合來驅動。主 彈簧120使得閥件從加載位置偏壓到卸載位置。在該典型的閥中，彈 簧120是一個圍繞在軸122周圍的使閥件與活塞124相連接的金屬螺 旋彈簧。該活塞安裝在氣缸128的孔(內部)126中，該氣缸128形 成在與出口殼體連接的滑動殼體件130內。該軸穿過在出口殼體內的 孔132。彈簧在活塞的底面134與出口殼體之間受壓縮。氣缸內部的近 端部分136通過在該孔與該軸之間的間隙與排出壓力室處于壓力平衡 的流體連通狀態。余留空間(headspace) 138通過(圖中示意地示出 的)電子控制的電磁閥140和142與處于或接近卸載狀態下的高壓流 體源144 (例如與油分離器)相連接。在與閥140和142相連接的導 管網末端位于余留空間處的氣缸內示意地示出了端口孔146。在一個典 型的實施例中，導管網的部分可以形成在殼體件的鑄件內。典型的主 彈簧120用一個力來作用，該力與通過流體壓力產生的凈力相比較是 相對地不重要的。在非工作期間，下面將描述，當流體壓力處于平衡 狀態時，主彈簧120的作用和操作。圖3的加載位置/狀態可以通過將余留空間138連接到流體源144 并且通過對閥140和142的適當控制將該空間與排出口/溢流道 (drain/sink) 150相隔離而實現。圖4的卸載位置/狀態可以通過將 余留空間138連接到排出口/溢流道15 0上并且通過對閥14 0和142的 適當控制將該空間與流體源144相隔離而實現。(圖中未示出的)中 間(部分加栽)位置可以通過將余留空間138交替地連接到流體源144 或排出口 /溢流道15 0上并對每次連接使用適當選擇的 一段時間以及盡 可能結合將該空間138與流體源144和排出口 /溢流道15 0都隔離適當 選擇的一段時間(例如通過適當的調制技術)而實現。對于某些應用場合而言，所希望的是具有如圖4這樣的卸載位置/ 狀態，以便在工作期間，流過壓縮機的制冷劑質量流量將低于當滑閥 處于圖3的加載位置/狀態時所獲得的典型的質量流量的15%。另一種 說法是，圖4的該位置的排量是圖3的該位置的典型排量的15-20%。 由于存在內部泄漏，稍高于15。/。的排量將獲得15%的流量。在某些起動 狀態下，制冷劑質量流量的低流率可能導致排出壓力不可能在比較短 的時間周期內升高。許多系統都依靠流體源144中的排出壓力來輸送 油，以便致動如上所述的滑閥100以及潤滑轉子和軸承。不能快速得 到足夠的排出壓力來實現這些功用可能被看作是對系統性能具有負面 影響，或者對于壓縮機的可靠性是有害的。當系統在長時期不運行以 后進行起動時，該問題就可能變得特別嚴重。在這種情況下，在轉子 上和軸承空穴內的殘留的潤滑將顯著地變稀，這是由于許多制冷機油 隨著時間而吸收制冷劑并由此變稀。在運行時，這種稀釋的趨向將由 高溫和零件的高速運動所抵消，兩者都趨向使得制冷劑離開油溶液。 因此，在長時期停機以后進行起動時，最好是快速將潤滑劑輸送到壓 縮機中。為了提供快速起動，所希望的是，在起動時閥位置的加載比圖4 卸載位置的加載程度更高。最好是，使該起動位置與圖3加載位置時 的質量流量的25-35%范圍內的質量流量相當。排量可能是圖3排量的 25-50%。
根據本發明，設置有用來偏壓滑閥的裝置，從其范圍(圖4)的卸 栽端至少部分地朝其范圍(圖3)的加栽端偏壓滑閥。 一種典型的裝置 包括彈簧160。典型的彈簧16Q是在余留空間內的螺旋壓縮彈簧。典型 的彈簧160從近端部分162延伸到遠端部分164。近端部分162與余 留空間內的閥殼體130的凸臺166相接合，以^(更牢固地固定彈簧160。 典型的彈簧160具有這樣的尺寸和彈簧常數，即，使得遠端164與圖4 中卸載狀態下的活塞124的端面168相接合，但是在移向圖3加載位 置范圍內的某個位置上與該端面相脫離。彈簧160可以例如在停才幾期間自由地活動。例如，在停才幾狀態下， 在吸入壓力室60、排出壓力室62、氣缸內部的近端部分136和余留空 間138內的壓力是平衡的。在這種狀態下，彈簧160將使閥件從圖4 卸載狀態稍微移開一點距離(例如向圖5的中間狀態)。在停機狀態 下，當活塞的各個面上的壓力相等時，彈簧160作用在活塞124上以 便反作用于彈簧120，使活塞124移動并將滑閥固定在圖5的位置上， 該位置具有比圖3位置稍大的負載。彈簧160的長度和彈簧常數應這 樣選擇，即，盡可能與彈簧120的長度和彈簧常數相配合，使得圖5 中示出的所獲得到的位置與這樣一個排量相對應，該排量能導致排出 壓力快速地升高，從而足以保證將潤滑劑快速地輸送到壓縮機。通常， 與圖5位置相對應的排量將處在圖3加載位置時的排量的25-35%的范 圍內。起動以后， 一旦排出壓力已經升高，圖4的卸栽位置就可以自 動地實現，這是因為作用在活塞124的端面168和134上以及作用在 滑閥100的端面106和108上的壓力的作用將產生足夠的力來克服彈 簧160所產生的力。或者，如果需要，圖4的卸載位置可以通過把余 留空間138與流體源144相連接而受到阻止，如前面所述的那樣，流 體源144中的適當的壓力現在已經產生，能夠將流體輸送到余留空間 138中。彈簧160可以在從基準的壓縮機或其結構的重新設計或重新制造 時加上。在原始的壓縮機中，主彈簧160可以有足夠的長度，以便起 動在完全卸載的狀態下進行。主彈簧160在重新設計或重新制造時可 以被保存或對它進行修改。 一種修改方案是把它節短。在對余留空間的壓縮彈簧160的許多供選擇的方案中，都將使主 彈簧120處于圖5閥狀態的中間位置，并且在圖4和圖5閥狀態之間
產生張力。如果不是螺旋彈簧，彈簧160也可以是其它形式的彈簧(例 如，盤形墊圈彈簧)。在另一個實施例中，可以將彈簧160固定在活 塞124上，而不是固定在閥殼體130的凸臺166上。上面已經描述了本發明的一個或多個實施例。但是，應當指出， 只要不脫離本發明的原理和范圍，可以對本發明做出各種更改。例如， 在重新設計或重新制造的情況下，現有壓縮機結構的細節可能會特別 影響或規定實施的細節。因此，其它實施例也都在下列權利要求書的 范圍內。
權利要求
1.一種壓縮機設備(20)，包括殼體(22)，該殼體沿著一流動通道具有第一端口(53)和第二端口(58)；一個或多個工作部件(26；28)，該工作部件與殼體(22)相配合沿著該流動通道在吸入位置(60)與排出位置(62)之間限定了一條壓縮通道；以及卸載閥(100)，具有閥件(102)，該閥件的作用范圍在第一狀態與第二狀態之間，該第二狀態相對于該第一狀態處于卸載狀態；以及裝置(160)，該裝置朝著處在第一狀態與第二狀態中間的第三狀態偏壓該閥件。
2. 權利要求l所述的設備，其中卸載閥(100)是滑閥，該作用范圍是線性移動的范圍； 第一，第二和第三狀態分別與第一，第二和第三閥件位置相聯系， 第三閥件位置比第一閥件位置更接近于第二閥件位置。
3. 權利要求2所述的設備，其中 第一閥件位置具有第一排量容積；第二閥件位置具有為第一排量容積的15_20%的第二排量容積；以及第三閥件位置具有為第一排量容積的25_35%的第三排量容積。
4. 權利要求2所述的設備，其中第三閥件位置是從所述第二閥件位置到所述第一閥件位置的所述 范圍的5-25%。
5. 權利要求2所述的設備，其中該卸載閥還包括 氣缸(128 );活塞(124 )，該活塞在氣缸中并與閥件(102 )機械地相連接；以及控制閥(140; 142 ),該控制閥與氣缸的余留空間(138 )相連接， 以便可選擇性地使得該余留空間暴露于流體源(144)。
6. 權利要求5所述的設備，其中，該裝置包括 笫一彈簧(120),該彈簧從第一狀態向第三狀態偏壓該閥件；以及第二彈簧(160)，該彈簧從第二狀態向第三狀態偏壓該閥件。
7. 權利要求6所述的設備，其中，該裝置包括第一彈簧(120)是圍繞軸(122)的第一螺旋彈簧，該軸將活塞 (l24)與閥件(102)相連接；以及第二彈簧(160)是位于余留空間(138)內的第二螺旋彈簧。
8. 權利要求l所述的設備，其中，該裝置包括 第一彈簧(120)，該彈簧從第一狀態向第三狀態偏壓該閥件；以及第二彈簧(160)，該彈簧從第二狀態向第三狀態偏壓該閥件。
9. 權利要求8所述的設備，其中，第一彈簧(120)具有比第二彈簧(160)更小的彈簧常數。
10. 權利要求8所述的設備，其中當閥件沿著整個所述范圍時，第一彈簧(120)處于受壓縮狀態，；以及至少當所述閥件處于在所述第二與第三狀態之間的任何位置上 時，第二彈簧(160)處于受壓縮狀態。
11. 權利要求8所述的設備，其中第一彈簧(120)和第二彈簧(160)都是金屬螺旋彈簧。
12. 權利要求l所述的壓縮機，其中， 一個或多個工作部件包括 具有第一轉動軸線(500 )的陽突齒轉子(26);以及 具有第二轉動軸線(502 )并與第一轉子相嚙合的陰突齒轉子(28)。
13. 權利要求12所述的壓縮機，其中在第一狀態，壓縮機是處在最大排量容積的至少90%的狀態； 在第二狀態，壓縮機是處在小于第一狀態排量容積的20%的狀態；以及在第三狀態，壓縮機是處在第一狀態排量容積的25-50%的狀態。
14. 權利要求12所述的壓縮機，其中在第一狀態，壓縮機是處在最大排量容積的至少90%的狀態； 在第二狀態，壓縮機是處在小于第一狀態排量容積的20%的狀態；以及 在第三狀態，壓縮機是處在超過第二排量容積所述第一狀態排量容積的10-40%的狀態。
15. —種壓縮機設備(20)，包括殼體(22)，該殼體沿著一條流動通道具有第一端口 (")和第 二端口 (58);一個或多個工作部件(26; 28)，該工作部件與殼體(22) 相配合沿著該流動通道在吸入位置(60)與排出位置(62)之間限定 了一條壓縮通道；以及卸載閥(100)，具有閥件(102 )，該閥件的作用范圍在第一狀態與第二狀態之間， 該第二狀態相對于該第一狀態處于卸栽狀態；以及第一彈簧(120),該彈簧從第一狀態朝著處在該第一狀態與該第 二狀態中間的第三狀態偏壓該閥件；以及第二彈簧(160),該彈簧從第二狀態朝著第三狀態偏壓該閥件。
16. 權利要求15所述的設備，其中第一彈簧(120)具有比第二彈簧(160)更小的彈簧常數。
17. 權利要求15所述的設備，其中當閥件沿著整個所述范圍時，第一彈簧(120)處于受壓縮狀態，；以及至少當所述閥件處于在所述第二與第三狀態之間的任何位置上 時，第二彈簧(160)處于受壓縮狀態。
18. 權利要求15所述的設備，其中第一彈簧(120)和第二彈簧(160)都是金屬螺旋彈簧。
19. 一種用于壓縮機(20)的重新制造或該壓縮機結構的重新設 計的方法，包括提供原始的這種壓縮機或結構，其中具有殼體(22)，該殼體沿著一條流動通道具有第一端口 (")和第 二端口 (58);一個或多個工作部件(26; 28)，該工作部件與殼體(22) 相配合在吸入位置(60)與排出位置(62)之間限定了一條壓縮通道； 以及卸載滑閥(100)，具有 閥件(102),該閥件的作用范圍在第一狀態與第二狀態 之間，該第二狀態相對于該第一狀態處于卸載狀態； 氣缸(128);活塞(124),該活塞在氣缸中并與閥件(102)機械地相連接；以及在該氣缸的余留空間(138)內的流體，該流體在余留空間內 沿著從第二狀態朝著第一狀態的方向產生作用在活塞和閥件上的力； 以及使這樣的壓縮機或結構改裝成包括裝置(160)，該裝置從所述第 二狀態向第三狀態偏壓該閥件。
20. 權利要求19所述的方法，其中該改裝包括選擇該裝置的至少一個參數，以便提供所述閥件的所 需中間位置。
21. 權利要求20所述的方法，其中該選擇包括以下的多次反復 改變所述至少一個參數；以及 直接或間接地確定所述閥件的中間位置。
22. 權利要求21所述的方法，其中這種改變包括改變在余留空間(138)內的壓縮彈簧(160)的特
全文摘要
一種具有殼體(22)的壓縮機設備(20)，該殼體沿著一流體通道具有第一端口(53)和第二端口(58)。一個或多個工作部件(26，28)與殼體(22)相配合以便沿著該流動通道在吸入位置(60)與排出位置(62)之間限定出一壓縮通道。卸載閥(100)具有一在第一狀態與第二狀態之間的范圍內工作的閥件(102)，第二狀態相對于第一狀態處于卸載狀態。裝置(120，160)朝著在第一狀態與第二狀態中間的第三狀態偏壓該閥件。
文檔編號F03C2/00GK101128647SQ200580048662
公開日2008年2月20日 申請日期2005年2月24日 優先權日2005年2月24日
發明者S·L·肖爾德斯 申請人:開利公司