專利名稱：壓縮機無動力反轉的預防的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及具有由驅動電機旋轉驅動的軸的壓縮機，例如，包括渦卷壓縮機和螺桿式壓縮機，且特別是，涉及在停機時操作這種壓縮機以防止無動力反轉。
背景技術：
在空調和制冷系統中，壓縮機用于壓縮致冷劑和通過致冷回路和系統部件傳送致冷劑，如冷凝塔、蒸發器和膨脹裝置。渦卷壓縮機和螺桿式壓縮機被廣泛用于這類空調和致冷系統中。在渦卷壓縮機和螺桿式壓縮機中，致冷劑當其通過與由驅動電機交替驅動的壓縮機軸相聯系的壓縮元件時被壓縮。當壓縮機軸被交替驅動時，致冷劑逐漸通過定義為壓縮機構的壓縮室的小壓縮容器。在螺桿式壓縮機中，壓縮機構由螺旋地安裝在壓縮機軸上的螺旋線組成，并且具有與形成逐漸壓緊的壓縮室的外殼相連接的螺桿螺紋。在渦卷壓縮機中，壓縮機構由一對相互作用的渦卷部件組成，每個渦卷部件通常具有一螺旋外殼，其與其他部件的外殼一起形成壓縮室。當壓縮機轉動時，渦卷部件中的一個相對于另一個盤旋旋轉，以便在渦卷外殼之間形成的壓縮室逐漸變狹而壓縮圈閉在其中的致冷劑。
這種壓縮機的缺點是，在停機時，頻繁發生無動力反轉。實踐中，其通常發生在通過突然切斷驅動電機的供電開始使壓縮機停機的時候。當停止向電機供電時，電機就不再給壓縮機軸施加驅動力矩。當被壓縮的致冷劑蒸汽從壓縮機排放口的致冷回路出口通過壓縮室返回到壓縮機吸入口的致冷劑回路入口端的吸入側發生再膨脹時導致反轉。當致冷劑通過壓縮室再膨脹時，致冷劑再膨脹的作用力驅動無動力壓縮機構反向轉動。當壓縮機排放口和吸入口之間的壓力相等或接近相等時，反轉停止。
由于其可以損害壓縮機的內部部件，故這種無動力反轉不合需要的。再者，無動力反轉產生不良的噪音，干擾和打擾空調或制冷系統的使用者，或誤報壓縮機故障。以前防止無動力反轉的步驟通常包括在壓縮機中設計附加部件，如內單向閥，其當被壓縮的致冷劑蒸汽從壓縮器排放口返回通過壓縮室開始再膨脹時關閉。當內單向閥關閉時，壓縮蒸汽的回流完全被阻塞，這樣至少將無動力反轉的持續時間減小到最短或消除它。然而，為壓縮機添加額外部件增加了壓縮機成本。再者，在工作期間存在單向閥故障的風險。
也可以利用旁通閥來防止無動力反轉，如電磁閥等等，其有選擇地打開，以繞過全部或至少部分壓縮機構來至少將一部分回流致冷劑蒸汽直接傳送到吸入口。例如，Lifson的美國專利US6042344公開了一種具有卸載旁通閥的渦卷壓縮機。在停機時，或之前不久，卸載旁通閥打開以允許從中間壓縮級來的被壓縮的致冷劑直接通過壓縮機吸入管線，從而至少繞過部分壓縮機構。在美國專利US5167491中，Keller和Chaump公開了一種具有安裝在壓縮機出口管線和壓縮機吸入管線之間的旁通管線中的專用閥的壓縮機。在壓縮機停機時，或之前不久，該閥是打開的，以允許來自壓縮機出口管線的被壓縮的致冷劑通過旁通管線直接進入吸入管線，從而繞過全部壓縮機構。在這些方案的每一個中，這樣無動力反轉被消除或基本上被減少。然而，在這些方案的的每一個中，一般需要附加的部件。同時，一些致冷劑可能仍然通過壓縮機構。
發明內容
控制壓縮機的停機以便防止壓縮機的壓縮機構的無動力反轉。在先終止向壓縮機驅動電機供電之前，壓縮機排放(高壓)側的壓力基本上等于壓縮機吸入(低壓)側的壓力，從而消除了在停機狀況下壓縮機構的無動力反轉的可能性。
在本發明的一方面，用于控制壓縮機停機的方法包括以下步驟通過降低壓縮機轉速到一低的正向速度來啟動壓縮機的停機；在所述低的正向速度下運行壓縮機一充分的時間以足夠使壓縮機排放側的壓力基本上等于吸入側的壓力，然后斷開向壓縮機驅動電機的供電。
在本發明的另一方面，用于控制壓縮機停機的方法包括以下步驟通過從按正向驅動壓縮機軸轉換到反向驅動壓縮機軸來啟動壓縮機的停機，即動力反轉，并且當在壓縮機排放側的壓力基本上等于吸入側的壓力后壓縮機驅動軸按反方向轉動時，切斷向壓縮機驅動電機的供電。應該注意到，與無動力反轉相比，動力反轉通常不會損害壓縮機的內部元件，并且基本上不產生噪音。
為進一步理解本發明，應參考以下結合附圖的本發明的具體實施方式
的詳細說明
圖1是空調或制冷系統的示意圖；及
圖2是渦卷壓縮機的縱剖圖。
具體實施例方式現在參照圖1，本發明將要描述的相應壓縮機安裝在致冷回路2中，如通常在空調、供熱泵或制冷系統中，其具有通過冷凝管線在致冷劑流動通道中按傳統方式連接的冷凝塔4、蒸發器6、安全閥8和壓縮機10，以便構成致冷回路2。然而，可以意識到，本發明并不限于安裝在空調、供熱泵或制冷系統中的壓縮機的應用，還可以應用在遭受到當停機時由于返回壓縮機構的壓縮流體的再膨脹而產生的無動力反轉的任何壓縮機中。特別是，雖然本發明將描述相關渦卷壓縮機，但是其可以應用到螺桿式壓縮機和其他任何遭受停機時無動力反轉的壓縮機中。此外，如本領域普通技術人員所知，圖1中所示的基本蒸汽壓縮系統可能具有附加特征和許多結構變化。例如，這些改進可以包括，但不局限于，節油器支路、再加熱循環、為供熱泵變更的擴充設計等等。
現在參照圖2，在此描述了具有壓縮機構22和相應驅動電機24的渦卷壓縮機10。壓縮機構22包括盤旋渦卷部件26和非盤旋渦卷部件28。渦卷部件26和28各自具有從其各自的底部向外延伸的外殼27和29。在壓縮過程中，外殼27和29按傳統方式嚙合形成壓縮空腔以圈閉大量的流體。雖然在此描述了相應的渦卷壓縮機，但可以意識到，本發明可以應用于螺桿式壓縮機和遭受由于返回壓縮機構的壓縮流體的再膨脹而產生的無動力反轉的其他任何壓縮機中。
盤旋渦卷部件26按傳統方式可操作地安裝到驅動軸25上。在向驅動電機24供電下，通過驅動電機24按正向驅動驅動軸25轉動。應驅動軸25按正向轉動的要求，盤旋渦卷部件26按相對于非盤旋渦卷部件28的盤旋運動方式運動以壓縮圈閉在壓縮機構22內部的致冷液。操作相關驅動電機24的電機控制器50，并控制壓縮機驅動電機24的操作以響應來自安裝有壓縮機的空調或冷卻系統的相關系統控制器(未示出)的指令。
渦卷壓縮機10包括吸入口30和排出口32。致冷劑從吸入管線34通過吸入口30進入壓縮機20，并經過壓縮機構22，吸入管線34構成致冷回路2的一部分，并與空調或制冷系統的上游部件通連，特別是蒸發器6(未示出)。壓縮致冷劑通過排放口36離開壓縮機構22，并通過排出口32從壓縮機20中排入排出管道40中，壓縮致冷劑通過排出管道40被傳送到后級裝置，特別是空調或制冷系統的的冷凝塔4。
盤旋渦卷部件26的盤旋作用通過形成在壓縮機構22的相嚙合的渦卷部件26和28之間的壓縮腔將致冷劑螺旋地傳送到排出口32中，從而逐漸縮小壓縮腔容積以壓縮圈閉在里面的流體。
代替突然終止向驅動電機供電以關閉壓縮機，本發明提供一種用于控制壓縮機的停機以防止無動力反轉的方法。與本發明的一個方面一致，通過從負載下的正常運轉速度降低驅動軸25的正向轉速到一相對緩慢的正向轉速來啟動停機。當要求停機時，電機控制器50控制驅動電機24以降低驅動軸25的轉速到一期望的相對緩慢的正向速度。當驅動軸的轉速被降低時，盤旋渦卷部件的盤旋速度按比例降低。在這個相對緩慢的正向轉速下運行壓縮機一段時間后以充分使通過壓縮機構的壓力基本相等，并遍及到整個系統，也就是說，直到壓縮機排放側的壓力基本上等于壓縮機吸入側的壓力。當壓縮機在十分緩慢的正向速度下運行時，壓縮機構22內部不發生壓縮。另外，當在低于某一速度下運行時，嚙合渦卷部件26和28可能分開，并在渦卷部件之間產生一比較大的縫隙，壓縮腔內部的壓縮流體通過該縫隙將直接排出到承受負壓和/或中間壓力的壓縮機內部，假如壓縮機配置有中間壓力口。
在緩慢的正向轉速下運行以充分獲得壓力均衡的時間是比較短的，一般地在5到45秒之間。其后，電機控制器50終止向驅動電機24的電力供應。當系統和壓縮機構內部壓力已經與驅動電機斷電前相等，則不會發生無動力反轉。本領域的普通技術人員將意識到，在低速運轉下的特殊運轉速度和時間間隔部分上是由壓縮機的潤滑系統的限定來確定的。如果驅動軸速度太低，則潤滑可能不充分。關于低速運轉的特殊速度和時間段可以在電機控制器50中預先設置到期望的長度。
與本發明的另一方面一致，通過反轉驅動軸25的旋轉方向啟動停機，而其導致了盤旋渦卷部件的旋轉方向的反向。當要求停機時，電機控制器50控制驅動電機24將驅動軸25從正向轉動變換到反向動力轉動。在運轉期間，當驅動軸25正向轉動時，壓縮僅發生在壓縮機構22的內部。當驅動軸25反向轉動時，盤旋渦卷部件被反向驅動，導致壓縮元件內部的流體迅速回到負壓，直到通過壓縮機構的壓力基本上相等，也就是說，直到壓縮機排放側的壓力基本上等于吸入側的壓力。這樣，空調或制冷系統內部的壓力迅速平衡。當壓縮機構22和系統內部的致冷劑壓力迅速平衡時，在發生動力反向轉動之后不久，電機控制器50終止向驅動電機24的電力供應。因為在驅動電機25斷電前，系統和壓縮機構22內部的壓力已經相等，故在驅動電機25斷電時不會發生無動力反轉。關于反轉運行的特殊速度和時間段可以在電機控制器50中預先設置為期望轉速和長度。
換句話說，在本發明的每一方法方面，可以通過電機控制器50響應在壓縮器排出和壓縮機吸入壓力之間測得的壓力差來選擇關于低速運轉或反轉的時段。例如，為檢測壓縮機10的排放側的致冷劑壓力而設置傳感器52并向電機控制器50發送測得的排出壓力的一信號指示，和為檢測壓縮機10的吸入側的致冷劑壓力而設置傳感器54并向電機控制器50發送測得的吸入壓力的一信號指示。當收到指令開始停機時，電機控制器50監控在低速運行或反轉期間來自傳感器52和54的信號，視情況，當測得的排出壓力和測得的吸入壓力基本上相等時，對驅動電機25斷電，即預編程在電機控制器50中的可接受的預選壓差。可以理解，一中間壓力，也就是說大于吸入壓力且小于排出壓力的致冷劑壓力，用來代替吸入壓力，例如在經濟型壓縮機的情況中，或其他與系統壓力有直接關系的等效參數。例如，在壓縮機排出側上設置檢測致冷劑飽和溫度的傳感器，并在壓縮機的吸入側設置檢測致冷劑飽和溫度的傳感器，及足夠的控制器50的程序設計，可以測量飽和吸入和飽和排出溫度。
本發明的方法有利于應用于變速停機或多速度壓縮機中。當應用到變速壓縮機時，無論停機是否開始，通過預編程到期望的較低速度或轉換驅動軸到反向動力轉動，電機控制器被編制程序去控制電機驅動以降低驅動軸的正向轉速。當應用到多速度壓縮機時，無論停機是否開始，電機控制器被預編制程序去控制電機驅動以便將驅動軸的速度從滿負荷工作速度階躍到最低正向轉動工作速度或適當的倒檔速度。
雖然本發明已經結合前述的具體實施方式
進行了描述和圖解，本領域的技術人員能想到其他的具體實施方式
。例如，通過降低壓縮機的正向速度到一比較低的正向速度并驅動壓縮機反向轉動，可獲得所述兩個具體實施方式
的效益。因此本發明的范圍僅由附加的權利要求的范圍來限制。
權利要求
1.一種用于控制停機的操作壓縮機的方法，該壓縮機具有與具有一壓縮室的一壓縮機構可操作地連接的一驅動軸，其中，在驅動軸轉動時，流體被從吸入壓力壓縮到排出壓力，和一驅動電機，可操作地連接到驅動軸以用于在一轉速下驅動驅動軸，所述方法包括控制驅動軸的轉動以使排出壓力基本上等于驅動電機斷電前的吸入壓力。
2.一種如權利要求1所述的用于控制停機的操作壓縮機的方法，其中驅動軸的轉動控制包括以下步驟通過將驅動軸的轉速降低到一低的正向速度來啟動壓縮機的停機；在所述低的正向速度下操作壓縮機一段時間以使排出壓力基本上等于吸入壓力。
3.一種如權利要求2所述的用于控制停機的操作壓縮機的方法，還包括在壓縮機的驅動電機斷電前以一預定的低的正向速度操作壓縮機一預定時段。
4.一種如權利要求2所述的用于控制停機的操作壓縮機的方法，還包括在低速運行期間檢測壓縮機的吸入壓力和檢測壓縮機的排出壓力；將檢測到的排出壓力與檢測到的吸入壓力進行比較；及當檢測到的排出壓力基本上等于檢測到的吸入壓力時對驅動電機斷電。
5.一種如權利要求2所述的用于控制停機的操作壓縮機的方法，還包括；在低速運行期間檢測壓縮機的中間壓力和檢測壓縮機的排出壓力；將檢測到的排出壓力與檢測到的中間壓力進行比較；及當檢測到的排出壓力基本上等于檢測到的中間壓力時，對壓縮機驅動電機斷電。
6.一種如權利要求2所述的用于控制停機的操作壓縮機的方法，還包括以下步驟在低速運行期間檢測壓縮機的飽和吸入溫度和檢測壓縮機的飽和排出溫度；將檢測到的飽和排出溫度與檢測到的飽和吸入溫度進行比較；及當檢測到的飽和排出溫度基本上等于檢測到的飽和吸入溫度時，對壓縮機驅動電機斷電。
7.一種如權利要求1所述的用于控制停機的操作壓縮機的方法，其中控制驅動軸的轉動包括以下步驟通過在正向驅動驅動軸轉換到在反向驅動驅動軸來啟動壓縮機的停機；在所述反向運行壓縮機一段時間以使排出壓力基本上等于與吸入壓力；及在驅動軸在反向轉動之后對壓縮機驅動電機斷電。
8.一種如權利要求7所述的用于控制停機的操作壓縮機的方法，還包括在壓縮機驅動電機斷電前按一預定反向速度運行壓縮機一預定時間。
9.一種如權利要求7所述的操作壓縮機的方法，還包括在反轉運行期間檢測壓縮機的吸入壓力和檢測壓縮機的排出壓力；將檢測到的排出壓力與檢測到的吸入壓力進行比較；及當檢測到的排出壓力基本上等于檢測到的吸入壓力時，對壓縮機驅動電機斷電。
10.一種如權利要求7所述的操作壓縮機的方法，還包括在反轉運行期間檢測壓縮機的中間壓力和檢測壓縮機的排出壓力；將檢測到的排出壓力與檢測到的中間壓力進行比較；及當檢測到的排出壓力基本上等于檢測到的中間壓力時，對壓縮機驅動電機斷電。
11.一種如權利要求7所述的操作壓縮機的方法，還包括在反轉運行期間檢測壓縮機的飽和吸入溫度和檢測壓縮機的飽和排出溫度；將檢測到的飽和排出溫度與檢測到的飽和吸入溫度進行比較；及當檢測到的飽和排出溫度基本上等于檢測到的飽和吸入溫度時，對壓縮機驅動電機斷電。
12.一種壓縮機，包括一壓縮機構；一從動軸，與該壓縮機構可操作地連接，籍此，當從動軸按正向轉動時流體被壓縮；一驅動電機，與該從動軸可操作地連接，并用于驅動該從動軸；及一控制器，通過降低從動軸的轉速到一低的正向速度來啟動壓縮機的停機，并在所述低的正向速度下操作壓縮機一段時間后以使排出壓力基本上等于吸入壓力，然后對驅動電機斷電。
13.一種如權利要求12所述的壓縮機，其中該壓縮機是一渦卷壓縮機。
14.一種如權利要求12所述的壓縮機，其中該壓縮機是一螺桿式壓縮機。
15.一種如權利要求12所述的壓縮機，其中該壓縮機是一變速式壓縮機。
16.一種如權利要求12所述的壓縮機，其中該壓縮機是一多速度壓縮機。
17.一種如權利要求12所述的壓縮機，其中該壓縮機被安裝在空調、供熱泵系統或致冷系統中的一個中。
18.一種壓縮機，包括一壓縮機構；一從動軸，與該壓縮機構可操作地連接，籍此，當從動軸按正向轉動時流體被壓縮；一驅動電機，與該從動軸可操作地連接，并用于驅動該從動軸；及一控制器，通過將從動軸從在正向轉動轉換到在反向轉動來啟動壓縮機的停機，在所述反向操作壓縮機一段時間后以使排出壓力基本上等于吸入壓力，并當壓縮機驅動軸按反向轉動后對壓縮機驅動電機斷電。
19.一種如權利要求18所述的壓縮機，其中該壓縮機是一渦卷壓縮機。
20.一種如權利要求18所述的壓縮機，其中該壓縮機是一螺桿式壓縮機。
21.一種如權利要求18所述的壓縮機，其中該壓縮機是一變速式壓縮機。
22.一種如權利要求18所述的壓縮機，其中該壓縮機是一多速度壓縮機。
23.一種如權利要求18所述的壓縮機，其中該壓縮機被安裝在空調系統、供熱泵系統或致冷系統中的一個中。
全文摘要
控制安裝在空調或制冷系統的致冷回路(2)中的壓縮機(10)的停機以防止壓縮機無動力反向轉動。在終止向壓縮機驅動電機(24)供應電力前，系統內部壓力被降低，且通過壓縮機的壓力基本上相等，從而消除了停機狀況下壓縮機無動力反向轉動的可能性。在對壓縮機驅動電機斷電前，通過降低壓縮機的運行速度到一低的正向速度來獲得降壓和均壓。在對驅動機斷電之前，通過按反向驅動壓縮機也可以獲得均壓。
文檔編號F04B49/06GK101084376SQ200580043809
公開日2007年12月5日 申請日期2005年12月15日 優先權日2004年12月20日
發明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申請人:開利公司