專利名稱：帶有防反轉保護的渦旋機器的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及渦旋機器，更特殊一點講，是涉及消除渦旋機器中的反轉問題，這種渦旋機器在冷凍、空調和熱泵系統中用于壓縮冷凍劑。
由于極其有效的運行能力，渦旋機器越來越多地在冷凍，空調，熱泵應用中作為壓縮機使用。一般來說，這些機器組合一對內部吻合的螺線形卷葉片，二者中的一個被帶動相對于另一個作軌跡運動，從而形成一個或多個移動的空腔，當這些空腔從外部吸入口向中心排出口移動時，其體積逐漸減小。通常一個電動馬達通過一個適當的驅動軸來帶動迴動渦旋(orbiting scroll)部件。
因為渦旋壓縮機是依靠卷片相對側面之間產生的密封來形成順序的空腔來壓縮，所以一般不需要吸入和排出閥門。但是，對于這種壓縮機來說，或者是根據需要有意地停機，或者由于電源中斷而意外停機時，由于帶壓腔體和/或排出腔壓縮氣體的倒流，會形成一種強烈的趨向去引起回動渦旋部件和相連接的驅動軸作相反的軌跡運動。這種逆動經常造成被認為是不良和不希望有的噪聲或者轟響。而且，對于使用單相驅動馬達的機器，當出現瞬間電力中斷時，對壓縮機來說也可能出現反轉現象。這種反轉可能造成壓縮機的過熱和/或其它設備的損壞。另外，在某些情況下，例如冷凝風扇堵塞時，使得排氣壓力增高到足以使馬達停轉并且產生反轉。當回動渦旋沿相反方向回動時，排氣壓力將下降。當它到某一點時馬達又可以克服這個壓力頭，從而使渦旋部件再次沿著正確的方向運動。然而，排出壓力又會增高到使馬達停轉的程度，這種循環因此周而復始。這種循環是不希望有的，因為它造成壓縮機內不同部件的超額應力。這些部件因此必須加大尺寸或更加復雜以承受由于這個不希望有的循環帶來的超額應力。
本發明的一個主要目標，在一個實施例中，是提供一個非常簡單并且不尋常的電磁閥，它可以很容易地安裝在常規的渦旋類氣體壓縮機中，而不需要對壓縮機的整體設計作大的改動，這個電磁閥在壓縮機斷電時可以使氣體從一個中間壓力區流向一個吸入壓力區。在中間壓力和吸入壓力達到平衡時，從壓縮機排出側到壓縮機吸入側的一個泄放將形成。這個泄放使得排出氣體和吸入氣體平衡，從而防止排出氣體推動壓縮機反轉，也就消除了由這種反轉造成的正常停機時的噪聲。
本發明的另一個目標，在另一個實施例中例，是提供一個非常簡單并且不尋常的機械閥門，它可以容易地安裝到一個常規的渦旋壓縮機上，而不用對壓縮機的整體設計作大的改動，這個機械閥在壓縮機斷電時可以使氣體從一個中間壓力區流向一個吸入壓力區。在中間壓力和吸入壓力達到平衡時，從壓縮機排出側到壓縮機吸入側的一個泄放將形成。這個泄放使得排出氣體和吸入氣體平衡，從而防止反轉和由反轉帶來的停機噪聲。
本發明的以上兩個實施例，都利用在中間壓力區和吸入壓力區之間安裝一個非常簡單的閥門而達到了預期的效果。在第一個實施例中，閥門是靠一個電磁閥動作的，而在第二個實施例中，閥門是靠一個機械裝置動作的。其他的實施例也被披露，它們還使得壓縮機的起動變得容易，這一點對帶有低起動轉矩馬達的壓縮機特別有用。
本發明的這些以及其他的特征，通過后面參照附圖的描述和權利要求書，將變得十分明顯。
在圖例中描述了目前認為是實施本發明的最佳模式
圖1是一個通過本發明的第一個實施例的一個渦旋壓縮機中心的垂直剖面圖;
圖2是圖1中的壓縮機移去頂蓋和隔板后的一個頂部正視圖;
圖3是圖1中所示的浮動密封一部分的一個局部放大圖;
圖4是本發明另一實施例的一個渦旋壓縮機通過上部的一個垂直剖面圖;
圖5是本發明另一實施例的一個渦旋壓縮機通過上部的一個垂直剖面圖;
圖6是本發明另一實施例的一個渦旋壓縮機通過上部的一個垂直剖面圖;
圖7是通過一個渦旋壓縮機中心的一個垂直剖面圖，該壓縮機使用壓縮機的馬達作為電磁閥;
圖8是通過根據本發明的另一個實施例的一個渦旋壓縮機上部的一個垂直剖視圖，該壓縮機使用壓縮機的馬達作為電磁閥;
圖9是通過一個渦旋壓縮機上部的垂直剖面簡圖，該壓縮機使用一個離心閥來釋放中間壓力;
圖10是圖9中處于關閉狀態的離心閥的一個放大的剖視圖;
圖11是通過一個渦旋壓縮機中心的垂直剖面簡圖，該壓縮機利用壓縮機的一個部件的角加速度來使一個閥門動作(圖示為關閉狀態)來釋放中間壓力;
圖12是通過一個渦旋壓縮機中心的垂直剖面簡圖，該壓縮機利用壓縮機的一個部件的角加速度來使一個閥門動作(圖示為打開狀態)來釋放中間壓力;
圖13是通過一個渦旋壓縮機中心的垂直剖面簡圖，該壓縮機利用壓縮機的一個部件的粘度牽引來使一個閥門動作以釋放中間壓力，閥門所示為關閉位置;
圖14是通過圖13所示的曲軸和軸襯的一個水平剖視圖;
圖15是一個用于電磁閥的故障保護裝置的略圖，圖示為第一位置;
圖16是一個用于電磁閥的故障保護裝置的略圖，圖示為第二位置;
圖17是一個用于電磁閥的故障保護裝置的略圖，圖示為第三位置;
圖18是一個處于關閉位置的熱敏閥門的簡圖，該閥門將中間壓力釋放到壓縮機的吸入區;
圖19是一個處于打開位置的熱敏閥門的簡圖，該閥門將中間壓力釋放到壓縮機的吸入區。
雖然本發明適用于許多不同類型的渦旋機器，但是為了舉例說明的目的，這里只介紹如圖1所示的具有一般結構的冰箱渦旋壓縮機。現在來看圖例，特別是圖1，在那里展示了一個壓縮機10，包括一個通常為圓柱形的密封殼12，在其上端焊有一個罩14。罩14上帶有一個冰箱排放接頭18，在其上可以帶有普通的排放閥(沒有畫出)。其它附裝在殼上的主要零件包括一個入口接頭20，一個橫向延伸的隔板22，它沿圓周焊在罩14與殼12相焊接處，一個兩件主軸承室24和一個下軸承室26，帶有幾個徑向朝外延伸并固定在殼12上的支架。下軸承室26在殼12內定位和支撐兩件主軸承室24和一個包括馬達定子30在內的馬達28。一個驅動軸或曲軸32，它的頂端帶有一個偏心曲柄軸34，以可旋轉方式插在主軸承室24中的一個軸承36和下軸承室26中的一個第二軸承38中。曲軸32在它的下端有一個相對較大直徑的同心孔40，這個孔與一個徑向朝外偏斜并朝上延伸到曲軸32頂部的較小直徑的孔42相通。在孔40內有一個攪拌器44。在殼12內的底部有一個油槽46盛有潤滑油。孔40的功能相當于一個泵，可以把潤滑油沿曲軸32向上抽送至孔42，并最終送至壓縮機所有需要潤滑的不同部位。
曲軸32由電動機28驅動旋轉，電機28包括馬達定子30，繞組穿行其中，壓配在曲軸32上的馬達轉子50，以及分別在上下的上下配重52和54。
兩件主軸承室24的上表面具有一個平的止推軸承面56，在其上安放一個帶有通常的螺線形葉片或卷片60的回動渦旋58。從回動渦旋58下表面向下突出的是一個圓柱形輪轂，它上面有一個軸頸軸承62，軸承里面是一個以可運動方式安排的驅動軸襯64，軸襯內有一個內孔66，在這個孔里曲軸34以可驅動方式安置。曲軸頸34在一個表面上有一個平面，與孔66中一部分上形成的一個平的表面(沒有畫出)以可驅動方式配合，正如受讓人在美國專利4，877，382中所展示的那樣。本文引入上述專利申請作為參考。一個十字聯軸節68也安排在回動渦旋58和軸承室24之間。十字聯軸節68用鍵固定在回動渦旋58上和固定渦旋70上，以防止回動渦旋58的旋轉運動。十字聯軸節68使用的類型最好是披露于受讓人的未決申請591，443中的那種，該申請題為“用于渦旋壓縮機的十字聯軸節”申請日期是1990年10月1日，它的披露在此處作為參考。
固定渦旋部件70也帶有一個卷片72，它定位于與回動渦旋58的卷片60嚙合相配的位置。固定渦旋70帶有一個中心安置的排放通道74，這個通道與一個向上開口的凹槽76相通，凹槽又通過一個在隔板22上的開口78與由罩14和隔板22圍出的排放緩沖腔80流體相通。開口78的入口有一個環繞其上的環形座82。固定渦旋70的上表面有一個環形槽84，槽上有平行的同心側壁，在其中以相對軸向運動密封的方式安裝有一個環形浮動密封86，它用于隔離槽84的底部與處于吸入壓力的點88和處于排出壓力的點90的氣體，從而使它可以與一個處于中間流體壓力下的源通過一個通道92以流體相連通。固定渦旋部件70因此在軸向上被作用于其中心部位的排出壓力和作用于槽84底部的中間流體壓力壓向回動渦旋部件58，以增加卷片尖端的密封。在凹槽76和開口78中的排出氣體也利用作用在環形座82上的密封86與具有吸入壓力的氣體相隔絕。這個軸向壓力偏壓和浮動密封86的作用，在申請人的受讓人的美國專利證書No.5，156，539中有更詳細的披露，在此處上述專利的披露被作為附注。固定渦旋部件70被設計為以適當方式固定在軸承室24上，這種方式將使固定渦旋部件70只有有限的軸向移動而無任何轉動。固定渦旋部件70可以用披露于前邊提到過的美國專利No.4，877，382或美國專利No.5，102，316中的方法來固定，上述專利的披露在此處被作為附注。
壓縮機最好是“低側面”類型的，在其中通過接頭20吸入的氣體被允許一部分逸入殼內并且協助冷卻馬達。由于有足夠的返回的吸入氣體流，馬達就可以維持在要求的溫度限度以內。然而，當這個流動停止時，冷卻的喪失將會使一個馬達保護器94作動將機器停止。
到現在為止廣泛描述的這種渦旋壓縮機，或者是在當前工藝中已知的，或者是在申請受讓人的其它的正在進行專利申請中的項目。
如前所述，本發明的兩個主要實施例都采用一種非常簡單的閥門，在壓縮機停機時閥門動作使氣體從一個中間壓力區流向一個吸入壓力區。本發明的閥門動作以允許處于中間壓力的氣體流向處于吸氣壓力的區域，從而使排氣壓力降低到吸入壓力。利用操作于一個中間壓力而不是直接操作處于排出壓力的氣體，則閥門的尺寸，復雜性和費用都可以大大地降低。在第一個實施例中，閥門由一個電磁閥控制，在第二個實施例中，閥門由一個機械裝置開關。本發明的所有實施例都確信可以應用于任何類型的渦旋壓縮機中。
本發明的第一個實施例示于圖1至圖3。第一個實施例使用了上述的雙壓力平衡方式，這種方式用于在軸向上平衡固定渦旋部件70和浮動密封86，浮動密封86用來隔開排出氣體壓力和吸入氣體壓力。
一個電磁閥98包括一個電磁線圈100和一個閥102。電磁閥98可以與馬達28并聯或串聯，從而使電磁線圈100可以與馬達一起通電或斷電，或者電磁閥98獨立于馬達28以外接線。當電磁閥98獨立于馬達28以外接線時，閥98可以被操作于一個脈沖方式或一個脈沖寬度調制的方式來調節壓縮機10的能力。電磁線圈100可以開關與位于固定渦旋70內部的一個通道104相連通的閥102。通道104從在壓縮機運行時處于中間壓力的凹槽84的底部，延伸到壓縮機的在吸入氣體壓力下保持吸入氣體的區域。
電磁線圈100和閥門102最清楚地示于圖2。電磁線圈100包括一個圓柱狀的線圈106，它以通常方式環繞在一個柱塞108的周圍。電磁線圈100以任何技術上熟知的方法固定在閥門102上。閥門102包括一個閥體110，閥體上有一個通道112與固定渦旋70上的通道104相通。閥體110以工藝中熟知的方式附著在固定渦旋70上。一個小球114放在通道112內，并且根據柱塞108的運動在一個開的位置和一個關的位置之間活動。在小球開的位置上，流體可以通過通道112從通道104流出。在小球關的位置上，流體不能通過通道104和112流動，這是因為小球114被柱塞108推壓在通道112內的一個閥座116上。
在壓縮機起動時，電磁線圈100被激勵并且閥102被關閉，以阻斷任何流體流過通道104。在這種方式下，壓縮機10是正常起動的。在某些壓縮機的設計中，在起動時渦旋內的壓力迅速增高。這種壓力的增高可能會非常迅速，以至于壓縮機可能因為馬達的扭矩不夠而堵轉。一般來說，這只是在使用單相馬達時才有的一個問題。當這種壓力的增高出現時，馬達堵轉，馬達的保護裝置反復動作以至壓縮機很難再起動。本發明的一個選擇是建立一個電磁線圈100激勵時間延遲，用于防止在起動時關閉通道104，從而使中間壓力不被憋高。這種中間壓力的不增高將使渦旋能在軸向上分開，并且在足夠的馬達扭矩產生之前防止壓縮的增高。
在壓縮機關機時，電磁線圈100在電源到馬達28被切斷的同時被斷電。電磁線圈100的去激勵使閥102打開，從而使流體從凹槽84的底部通過通道104和112流向壓縮機10的吸入區。在中間壓力和吸入壓力變得平衡時，浮動密封86由于排出氣體的壓力而獲得一個凈向下力，浮動密封86在凹槽84內向下運動，產生了一個排出氣體越過浮動密封86頂部在環形座部位82上向吸入氣體的泄漏。利用控制通道104和/或通道112的尺寸，反轉可以被減少到任何可以接受的反轉RPM(轉數/分鐘)值，或者反轉可以被完全消除。
電磁閥98可以是一個AC(交流)或一個DC(直流)電磁閥，而與馬達28的類型無關。如果一個DC電磁閥與一個AC馬達同時使用，一個整流器需要接在AC電源和DC電磁閥之間。
圖4描繪了本發明的另一個實施例。在圖4中，與圖1至圖3中相同的元件用同一個參考數字代表。在圖1至圖3的實施例中，槽84中的中間壓力支持著固定渦旋70，這個壓力被泄放使得浮動密封86下降。在圖4中所示的實施例體現在一個壓縮機里，這個壓縮機利用中間壓力支撐回動渦旋58向上。圖4所示的實施例將支持回動渦旋58向上的中間壓力泄放，從而在渦旋卷片60和72的翼梢和它們相對應的渦旋之間產生足夠的翼梢間隙，使得排出氣壓的高壓可以在可觀的反轉出現之前通過渦旋58和70向回泄漏。
圖4展示了壓縮機130的上部。壓縮機130與壓縮機10相似，不同之處在于壓縮機10的隔板22和浮動密封86一起被取消。為了分隔排出壓力和吸入壓力區，固定渦旋，或者在這里講是靜止渦旋70，完全跨越殼12和罩14延伸，殼12和罩14一起，都以工藝中熟知的焊接或其它方法固定在固定渦旋上。
主軸承室24帶有一個延伸到平的止推軸承面56中的環形腔132，一個第一環形密封134在徑向上開在腔132的外側，并且一個第二環形密封136在徑向上開在腔132的內側。密封134和136阻止流體從腔132流向壓縮機130的吸入側。一個通道138延伸通向回動渦旋58并且以流體連通的方式聯接腔132和壓縮機130內一個具有中間壓力的區域。在壓縮機130的運行期間，具有中間壓力的流體通過通道138被提供到腔132中。回動渦旋58從而被腔132內的流體壓力在軸向上向上推。腔132內的流體壓力被密封134和136維持。
壓縮機130進一步包括一個通道140，它通過主軸承室24延伸并聯接腔132和電磁閥98。在圖4中的實施例包括一個流體管142，它從通道140延伸到電磁閥98，使得電磁閥98可以安裝在壓縮機130的吸入區內任何空間上可以允許的地方。管142或它的等效物的采用可以適用于本發明的任何一個實施例中以滿足包裝和設計的要求。如果需要，也可以將管142穿過殼12延伸出來，將電磁線圈100和閥102安裝在殼12的外部。
圖4所示實施例的操作類似于圖1至圖3所示實施例的操作。在壓縮機起動時，電磁線圈100被激勵，閥102被關閉從而阻斷任何通過通道112從通道140出來的流體流動。在這種方式下壓縮機130進行一個正常起動。前述的在壓縮機起動時的延時特點也可以用于這個實施例的電磁閥98中。在壓縮機停機時，電磁線圈100斷電使閥102打開，從而允許流體通過通道140和112從腔132流向壓縮機130的吸入區。當中間壓力和吸入壓力平衡時，回動渦旋58向下移動，從而造成一個排出氣體越過渦旋卷片60和72翼梢向吸入氣體的泄漏。反轉的程度可以由控制通道140和/或通道112的尺寸來控制。閥102的斷電和馬達28的停機也可以用一個延時聯系在一起，以保證在馬達的停機前，在腔132和壓縮機的吸入區之間含有足夠的泄漏產生。可以理解，這個在壓縮機停機時的時間延遲功能，可以用于本發明任何一個帶有電磁閥98的實施例中。
圖5和圖6展示了本發明的另一個實施例。在圖1至圖3所示的實施例和圖4所示的實施例中，利用壓縮機中一個現存的腔中的中間壓力的排放，這個腔被用來推動一個渦旋部件偏壓向另一個渦旋部件。從偏壓腔里排放這個中間壓力的效果，是在現存的壓縮機部件中間產生一個泄漏，從而允許排出氣體的壓力和吸入氣體的壓力平衡。在某些情況下，可能需要產生一個直接的通路來使排出壓力和吸入壓力平衡，而不必依賴壓縮機不同部件的運動或分離。
在圖5和圖6中所示的實施例包括了一個壓力比敏感閥門，這個閥門直接將排出壓力旁路到吸入壓力。圖5展示一個壓縮機150，它帶有一個裝入回動渦旋58中的壓力比敏感閥閥152。圖5所示的壓縮機150的設計類似于圖4所示的壓縮機130的設計，即固定渦旋70是一個固定在殼12和罩14上的渦旋。主軸承室24帶有延伸在平面止推軸承表面56內的環形腔132。密封134和136阻止流體從腔132流向壓縮機150的吸入側。通道138延伸穿過回動渦旋58，并且連接腔32和一個壓縮機150內具有中間壓力的區域。在壓縮機130運行時，帶有一個中間壓力的流體通過通道138提供到腔132中去。回動渦旋58因而由于腔132中的流體壓力在軸向上被偏壓向上。腔132中流體的壓力由密封134和136保持。
圖5中所示的實施例包括一個通道140，它穿過主軸承室24并連接腔132和電磁閥98。圖5所示的實施例包括一個流體管142，它從通道140中延伸出來，從而允許電磁閥98可以安裝在壓縮機150吸入區域內任何空間上允許的地方。到目前為止，圖5中所示的壓縮機150與圖4所示的壓縮機130相同，如上所述，壓縮機150的運行也與壓縮機130的運行相同。
壓縮機150進一步包括壓力比敏感閥152，它安裝在回動渦旋58內部的一個槽154中。一條排氣壓力通道156延伸于排氣通道74和槽154之間。一條吸入壓力通道158延伸于槽154和壓縮機150的吸入區之間。一個閥體160位于槽154內，并且在軸向上可以在槽154內移動以允許或阻止流體在通道156和通道158之間流動。閥體160和槽154設計得使閥體160可以在槽154中軸向運動，但是流體在閥體160和槽154之間的流動是禁止的。閥體160的上表面有一個環形圈162，它將閥體160上方的區域分隔為一個環形腔164和一個圓柱腔166。
圖5所示實施例的操作類似于圖4中所示的壓縮機130的操作。在壓縮機起動時，電磁線圈100被激勵并且閥102被關閉以阻斷任何流體從通道140流過通道112。在這種方式下壓縮機150進行一次正常開機。用于壓縮機起動的延時性能也能用于這個實施例的電磁閥98中。當壓縮機150在運行時，閥體160的位置取決于作用在閥體160相應的表面上的各種壓力。腔132內的中間壓力加在閥體160上一個向上的力，這個力等于中間壓力乘上閥體160暴露于腔132的表面積。排氣壓力被施加于環形腔164并且施加在閥體160上一個向下的力，這個力等于排氣壓力乘以閥體暴露于腔腔164的表面積。類似地，吸入壓力被提供在圓柱腔166上，并且從而施加一個向下的力在閥體160上，這個力等于吸入壓力乘以閥體160暴露于腔166的表面積。因此，壓力比敏感閥152的開關可以由選擇閥體160的尺寸以及環形圈162的尺寸和直徑控制不同的表面積來控制。
在壓縮機關閉時，電磁線圈100被斷電造成閥102打開，并且允許流體通過通道140和112從腔132流向壓縮機150的吸入區。當中間壓力和吸入壓力被平衡時，回動渦旋58和閥體160都向下移動。渦旋58的移動造成了排出氣體越過渦旋卷片60和72的翼梢向吸入氣體的泄漏，正如上述圖4所示的實施例那樣。另外，在槽154內閥體160的運動允許排出氣體通過通道158從通道156的流動，從而產生了一個排氣和吸氣之間直接的流體流動。在前述的用于圖4所示的實施例的各種控制，包括通道140和/或通道112的尺寸和壓縮機停機時的延時，都可以用于這個實施例。另外，反轉程度可以進一步由通道156和158的尺寸以及如前所述的閥體160的表面積比例來控制。
圖6展示了本發明的另一個實施例。圖6描繪了一個壓縮機180，它有一個壓力比敏感閥182，安裝在固定渦旋或靜止渦旋70內部的一個槽內。與圖1至圖3所示實施例相似，壓縮機180包括固定渦旋70，回動渦旋58，殼12，罩14和隔板22。壓縮機180具有固定渦旋70，用幾個螺栓184直接擰在隔板22上。由于固定渦旋或靜止渦旋70不象圖1至圖3所示的那樣沿軸向運動，所需的浮動密封86被取消。壓縮機180可以利用也可以不利用位于主軸承室24內部與密封134和136相配合的偏壓腔132，這個偏壓腔用于偏壓回動渦旋58使其朝向固定渦旋70，這類似于在圖4所示但是沒有在圖6所示的實施例中的那種方式。
壓縮機180包括壓力比敏感閥182，它位于渦旋70內部的一個槽186中。一個中間壓力通道188延伸于一個壓縮機180內的中間壓力區和槽186之間。一個排氣通道190延伸于槽186和通向電磁閥98的入口之間。電磁閥98可以直接安裝在固定渦旋70上，如圖1所示，或者它可以遠離固定渦旋70而利用一個管142，如圖4和圖6所示。一個閥體192位于槽186內，并且在軸向上可以在槽186內活動，以允許或阻止流體流經一個穿越隔板延伸的小孔194。閥體192和槽186設計得使閥體192可以在槽186內作軸向運動，但是流體在閥體192和槽186之間的流動被滑動密封196所阻止。閥體192的上表面有一個圓柱延伸體198，它用來與一個閥座200一起來密封小孔194。
圖6中所示實施例的運行與圖5中所示的壓縮機150的運行類似。在壓縮機起動時，電磁線圈100通電，閥102關閉以阻塞任何流體從通道190通過通道112的流動。在這種情況下，壓縮機180進行一次正常的起動。用于壓縮機起動的時間延遲特點也可以用于這個實施例的電磁閥98中。當壓縮機180在運行時，閥體192的位置被作用于閥體192相應表面積上不同的壓力所決定。槽186內的中間壓力作用在閥體上一個向上的力，它等于中間壓力乘以閥體192的表面積。排氣壓力被提供于小孔194并從而在閥體192上作用一個向下的力，它等于排氣壓力乘以小孔194的面積。與此類似，吸氣壓力存在于槽186的上端，從而施加一個向下的力在閥體192上，它等于吸氣壓力乘以閥體192的表面積減去小孔194的表面積。因此壓力比敏感閥182的開關可以由選擇閥體192的尺寸和小孔194的尺寸來控制。
在壓縮機停機時，電磁線圈100被斷電，使閥102打開并且允許流體流過通道190和112，從槽186流向壓縮機180的吸入區。在中間壓力和吸入壓力被平衡時，閥體192由于小孔194處的排氣壓力而向下運動。槽186內閥體192的運動產生了一個排出氣體和吸入氣體之間通過小孔194的直接流動。各種控制，包括通道190和/或通道112的大小以及在壓縮機停機時的延時，如圖4中的實施例所描述的那樣也都可以適應于這個實施例。并且，如前所述，反轉的程度可以進一步由小孔194與閥體192大小相關的尺寸來控制。
圖7和圖8展示本發明的另一個實施例。圖7和圖8取消了對電磁閥98的需要。取代使用電磁閥98，圖7和圖8所示的壓縮機利用馬達28和曲軸32來起到電磁閥98的開關作用。一個電磁線圈基本上是一個產生磁場的線圈，它再去推或拉線圈內的一個柱塞。這一點非常類似于壓縮機的馬達。馬達定子30產生一個旋轉的磁場，它傾向于在馬達定子30內在軸向上定心馬達的轉子50。圖7和圖8所示的實施例利用這個定心力，并與一個相反的彈簧力來產生與一個電磁線圈相同的結果。
圖7展示壓縮機220，它與圖1中所示的壓縮機10相似，不同之處在于電磁閥98被管142和閥222所代替，閥222利用馬達28和曲軸32來開和關。通道延伸通過固定渦旋70并且密封地固定在管142上。管142通過壓縮機220并且它的另一端密封地固定到一個通道224上，通道224延伸通過主軸承室24。通道224從主軸承室24的一側延伸到一個上表面226上，在這里它向壓縮機220的吸入區敞開。曲軸32通過主軸承室24，并且有一個環形密封法蘭228固定其上，固定的位置鄰近上表面226。圖7所示的實施例中，法蘭228與曲軸32為一整體并且上配重52固定在法蘭228上。在本發明的范圍內，如果需要，法蘭228和配重52做成一個整體并安裝在曲軸32上。曲軸32通常被一個偏壓彈簧230偏壓向上，彈簧230定位在下軸承室26和曲軸32之間，這樣可以使密封法蘭228被推離上表面226，并且通道224被敞開向壓縮機220的吸入區。
在壓縮機起動時，曲軸32被馬達28的磁場的定心力向下推壓向偏壓彈簧230，這個定心力迫使在馬達定子內的馬達的轉子50，從而曲軸32，在軸向上定心。曲軸32的這個向下運動使密封法蘭228與上表面226相接觸，這樣就阻止了流體流過通道224。在這種情況下，壓縮機10進行了一次正常的起動。
在壓縮機停機時，通向馬達28的電流被切斷，消除了傾向于將馬達定子30內的轉子50定心的磁場。曲軸32就再一次被彈簧230推壓向上，將密封法蘭228從上表面226上分開，并且將通道224開向壓縮機220的吸入區。流體流出通道104，通過管142和通過通道224，使得流體可以從腔84的底部流向壓縮機220的吸入區。在中間壓力和吸入壓力被平衡時，由于排出氣體的壓力，浮動密封86獲得一個凈向下力，并且排出氣體向吸入氣體的泄漏被形成，和在圖1情況中描述的完全一樣。
圖8描述了本發明的另一個實施例，它與圖4中的實施例類似，但它利用馬達28和曲軸32作為閥門，與上面在圖7中描述的類似。圖8展示了一個壓縮機240，它包括一個中間氣體壓力偏壓腔132，與圖4中所示的類似。壓縮機240還包括一個通道242，它從軸承室24的一個水平表面244上延伸出來，與從偏壓腔132中延伸出來的一個通道246相遇。
壓縮機240的運行與前述的壓縮機220的運行相同，不同點在于中間壓力是從回動渦旋的下面而不是從浮動密封86的下面釋放的，并且排出氣體向吸入氣壓的泄漏被形成的方式與圖4中所述的相同。另外，可以認為，在圖5和圖6中所示實施例中的一種壓力比敏感閥，也可以在需要的時候用于壓縮機240。
圖9和圖10展示本發明的另一個實施例。在圖9和圖10中的實施例在預定的轉速以上使用一個離心力去控制一個閥門。這個閥門在低速時被偏壓在一個打開的位置以排放中間壓力氣體。可以認為，這個離心力閥門可以被應用于前述的所有實施例中，在那里電磁閥被離心閥所代替。
圖9和圖10展示一個壓縮機250，它使用一個離心閥252來代替電磁閥98。如10中畫得最清楚的那樣，離心閥252包括一個閥體254，它固定在曲軸32上并隨之轉動，但是它還可以沿曲軸32在軸向上運動。一個閥彈簧256在軸向上沿曲軸32偏壓著閥體，并且使閥體254與主軸承室24密封相配。一個第一通道258徑向上延伸穿過閥體254。一個閥260在通道258內可滑動安置并且由一個卷彈簧262壓著徑向上向內。在徑向上朝外的端上，通道258有一個小球264，這個小球也給卷彈簧262提供了一個作用點。
閥體254的上表面，與閥彈簧256相對，開有一個環形槽266，它與主軸承室24上的通道224相通。一個軸向上的通道268從環形槽266延伸通過徑向通道258通向壓縮機250的吸入區。當卷彈簧在徑向上把閥體260向內推時，通道224通過槽266和軸向通道268向吸入區敞開。當離心力在徑向上抵壓卷彈簧262的彈力向外推動閥260時，閥260將阻塞軸向通道268，并且禁止流體流出通道224到壓縮機250的吸入區。
在壓縮機起動時，閥260在徑向上被卷彈簧262壓向朝內。在曲軸32和離心閥252的轉速增加時，閥260在徑向上被推向外去阻塞軸向通道268。在這種情況下，壓縮機250進行一次正常起動。
在壓縮機停機時，閥260將維持在阻塞軸向通道268的位置上，直至離心閥252的轉速降低到使由卷彈簧262施加的壓力超過作用在閥260上的離心力時為止。事實上，閥260將向內移動足夠的距離來打開通道268，并且通道224內的中間壓力將被排放到壓縮機250的吸入區去。中間壓力向吸入壓力的排放將起到如前所述實施例相同的作用。對于這一實施例的速度控制將涉及到軸向通道268的大小，閥260的重量和卷彈簧262的彈性。
可以認為，在圖9和圖10中所示的實施例可以取代前述任何一個實施例中的電磁閥。
圖11和圖12簡略描述了本發明的另一個實施例。在圖11和圖12中所示的實施例利用起動時的角加速來關閉一個通氣孔，利用停機時的減加速來敞開這個通氣孔，并且允許中間氣體壓力排放到吸入氣體壓力中去。圖11和圖12簡略表述了本發明的這個實施例的反轉保護，并且包括了曲軸32，主軸承室24，通道224，一個閥280和一個軸襯282。
閥280位于通道224內的一點上，在這點上通道224通過上表面244。閥280包括一個球284，一個驅動裝置286和一個閥座288。軸襯282可滑動地裝在曲軸32上，位于鄰近主軸承室24上的上表面244的一個位置上。軸襯282包括一個銷子290，這個銷子穿過軸襯282并且配置在曲軸32上的一個螺線形凹槽292內。一個卷彈簧294將軸襯282向下壓，朝向主軸承室24的上表面244。在圖11所示的低處位置，軸襯282接觸到驅動裝置286，這個裝置又在小球284上施力使之朝向閥座288以阻止流體流經通道224。當軸襯282由于在曲軸32上的相對運動而離開上表面244時，如圖12所示，中間壓力作用在球284上迫使小球向上而打開通向壓縮機吸氣區的通道224。
在壓縮機起動時，如圖11所示，曲軸32的正角加速度造成曲軸32和軸襯282之間由于軸襯上作用的慣性效果的相對運動。螺線形凹槽292的方向是這樣確定的，即軸32的這種正角加速度使銷子290在凹槽292內向下運動，迫使軸襯壓向上表面226，并通過迫使小球284壓向閥座288而關閉閥280。在這種方式下，壓縮機進行了一次正常起動。
在壓縮機停機時，如圖12所示，情況正好相反。曲軸32的一個負角加速度造成曲軸32的和軸襯282之間由于軸襯上作用的慣性效果的相對運動。螺線形凹槽292的方向現在造成銷子290在凹槽292中由于負角加速度的向上運動。當銷子在銷292內向上移動時，軸襯282移動離開表面244，并且小球284后面的中間壓力迫使小球284離開閥座288，通道224被敞開向壓縮機的吸入區而允許中間壓力的排放。
可以認為，在圖11和圖12中所示的實施例可以取代前述不同實施例中任何一個的電磁閥。
圖13和圖14展示本發明的另一個實施例。在圖13和圖14中的實施例利用由于壓縮機的一個轉動部件造成的粘度牽引力。在圖13和圖14中，所示的轉動部件是曲軸32，盡管壓縮機內任何一個轉動部件都可以被利用。由一個轉動部件造成的粘度牽引可以產生足夠的力，去轉動一個彈簧驅動的裝置到一個位置，來阻塞一個通氣孔或驅動一個閥門。圖13和圖14略述了本發明的這個實施例的反轉保護裝置，它包括了曲軸32，一個軸襯300和一個閥302。閥302包括一個閥體304，一個閥彈簧306，一個第一通道308，一個閥310以及一個第二通道312。
軸襯300可滑動地裝在曲軸32上，如圖13和圖14所示。曲軸32和外徑和軸襯300的內徑的關系是這樣的一個粘性流體膜314存在于曲軸32和軸襯300之間。當軸襯300不能隨曲軸32轉動時，曲軸32的旋轉趨向于去剪切兩個部件之間的粘性流體膜314。當粘性流體膜314趨向于隨曲軸32去轉動軸襯300時，這個粘性流體的剪切力將造成一個作用于軸襯300上的扭矩。軸襯300上帶有一個徑向上延伸的撥片316，它被用來驅動閥302，這一點將在后面描述。
閥體304可以固定在主軸承室24上，類似于圖1至圖3所示的閥104附著于固定渦旋70一樣，或者閥體304可以離開主軸承室并且由管子142提供中間壓力。
第一通道308在長度方向上穿過閥體304。閥310可滑動地裝于通道308內并且被閥彈簧306壓向軸襯300的撥片316，如圖13所示。通道308與閥310相對的端上被一個小球318堵住，小球還為閥彈簧306提供了一個作用點。
第二通道312延伸通過閥體304并且通過第一通道308，它一般與第一通道308垂直。第二通道312的一端聯接中間壓力源，或者是直接通過通道224或者是通過管子142。第二通道312的相反的一端向壓縮機的吸入區敞開。當閥彈簧306把閥310壓向撥片316，第二通道312被打開，并且中間壓力源開向壓縮機的吸入區。當扭矩被施加在軸襯300上時，由于粘度牽引，撥片316施加了一個力在閥310上，這個力克服了閥彈簧306的力，并且移動閥310到一個位置上，以阻塞第二通道312并且阻止中間壓力源向壓縮機的吸入區排氣。
在壓縮機的起動時，閥310被閥彈簧306壓向撥片316。在曲軸32和軸襯300之間的旋轉速度差增加時，由于曲軸32和軸襯300之間粘性流體膜的剪切，施加在軸襯300上的扭矩增大。軸襯300隨曲軸32的旋轉被接觸閥310的撥片所阻止。當作用在軸襯300上的扭矩增加時，作用在閥310上的力增大，閥310被迫使在第一通道308內沿長度方向抵抗閥彈簧306來阻塞第二通道312。在這種情況下，壓縮機250進行了一次正常起動。
在壓縮機停機時，閥310將維持在一個阻塞第二通道312的位置上，直至當曲軸32和軸襯300之間的轉速差減小時，閥彈簧306施加的力超過由撥片316施加在閥310上的力時為止。結果是閥310將向內移動足夠的距離而打開第二通道312，并且中間壓力源將向壓縮機的吸入區排氣。在這個實施例中的中間壓力的排放，具有與前面實施例所述的相同的效果。對這一實施例的參數控制將包括第二通道312的尺寸，閥彈簧306的參數和流體膜314的寬度。
可以認為，在圖13和圖14中所示的實施例，可以替代前述的不同實施例中任何一個的電磁閥。
圖15到圖17簡略展示了一個故障保護裝置，它可以裝在一個電磁閥350中，這個電磁閥可以是以前的實施例的電磁閥98的一個替代物。電磁閥350的運作類似于電磁閥98的動作。電磁閥98在通電時將小球114推向閥座116去阻止流體流經通道112。電磁閥350在通電時，離開小球來允許小球坐在一個閥座上。當電磁閥350被斷電時，它將小球推離閥座而允許流體流過該閥。
圖15到圖17簡略描繪了電磁閥350，它包括一個電磁閥352，一個緩沖器354和一個閥356。電磁閥352包括一個圓柱線圈358，它以通常方式圍繞著一個柱塞360。一個返回彈簧362推著柱塞360朝向左側，如圖15所示。緩沖器354包括一個外室364，它固定在柱塞360上，一個內室366，以及一個緩沖彈簧368。內室366可滑動地安裝在一個外室364內的槽370內。緩沖彈簧368裝在槽370內并且推動內室366向左，如圖15所示。內室366包括一個驅動桿372，它從室366上延伸出來朝向閥356，它用于打開和關閉閥356，如后面將要描述的那樣。閥356包括一個閥體374，一個小球376和一個閥彈簧378。閥體374包括一個孔380，它在閥體374內部沿長度方向伸延。閥376安排在孔380內，它被閥彈簧378推向右邊壓向一個閥座382，如圖15所示。中間壓力源或者直接地或者通過管142提供到孔380。
電磁閥350的運作開始于電磁閥352斷電時，緩沖器354被減壓，閥356由于閥彈簧378推擠小球376壓向閥座382而關閉。這個位置簡略示于圖15。驅動桿372被緩沖器彈簧368向小球376，但是由于閥彈簧378作用在小球376上的力而不能將小球376推離閥座。閥彈簧378的彈力被選擇得比緩沖彈簧368的彈性高些。
在壓縮機起動時，如圖16所示，電磁閥352通電并且柱塞360被推向右方，如圖16所示。這也將外室364向右推，并且由于緩沖彈簧368的推力，緩沖器354在軸向上伸展。緩沖器354的伸展維持驅動桿372和小球376的接觸。在這種情況下，壓縮機將進行一次正常起動。
在壓縮機停機時，如圖17所示，電磁閥352被斷電，由于返回彈簧362的作用柱塞360被推向左側，如圖17所示。柱塞360向左側的移動帶動緩沖器354向左移動，造成驅動桿372將小球376推離閥座382。閥彈簧378不能克服由于返回彈簧362施加的力和緩沖器354對減壓的抵抗而加在驅動桿的負荷。返回彈簧362的彈力被選擇得高于閥彈簧378的彈力。小球376將維持離開閥座382一段時間，這個時間將由緩沖器354的設計確定。閥彈簧378將最終把緩沖器354減壓并將小球376推坐在閥座382上。這就返回到圖15所示的電磁閥350的位置。在小球離工閥座382的期間，中間壓力的氣體將被排放到壓縮機的吸入區中去。在這個實施例中的中間壓力的排放具有與前邊實施例所述的相同的效果。對于這個實施例的參數控制將包括閥座382的大小，彈簧362，368和378的彈力以及緩沖器354的彈力。
電磁閥350的故障保護特點在于如果柱塞360在起動時不能縮回，在停機時不能返回，或者由于任何原因卡在任何位置上時，閥356可以維持在關閉的狀態。如果緩沖器354本身出故障，不管是在減壓狀態或延伸狀態，壓縮機將運轉正常，盡管在停機時會有轟響。
可以認為，在圖15到圖17所示實施例的故障保護特性，可以應用于前述不同的實施例的任何一個中的電磁閥中。
圖18和圖19展示本發明的另一個實施例。在以前詳細描述的實施例中，中間壓力的氣體排放到壓縮機的吸入區是直接聯系到壓縮機的起動和關機。在圖18和圖19所示的實施例利用一個熱開關去控制中間壓力氣體的源向壓縮機吸入區的排放。一當熱保護器被打開，中間壓力氣體的源的排放將允許排出氣體漏向壓縮機的吸入區，如以前實施例中詳細描述的那樣。排出氣體到吸入的泄漏將降低壓縮機的工作壓力比以及排出側的溫度。壓縮機的馬達保護裝置最終將把壓縮機停機，這是因為高溫排出氣體被漏入壓縮機的吸入區，在吸入樞裝有馬達和馬達保護裝置。
圖18和圖19簡略描述了本發明的熱響應閥，它用參照數目400代表。閥400包括一個閥體402，一個第一腔404，一個第二腔406，一個排出壓力通道408以及一個吸入壓力通道410。閥體402可以是一個單獨的部件，或者閥體402可以和壓縮機內的固定渦旋70，主軸承室24或任何其它部件做成一個整體。
第一腔404延伸在閥體402內并且與壓縮機的排氣相通。排氣壓力通道408從腔404的下端延伸出來，并且將腔404和腔406的下端以流體連通聯接。一個熱敏盤(TOD)410安置在由腔404和通道408形成的階臺上。TOD410保持下壓狀態以阻止排出氣體從室404流向通道408。當達到一個預先確定的臨界溫度時，TOD410打開并允許排出氣體從室404完全流向通道408。
第二腔406是一個階梯狀的腔，它也延伸于閥體402內。它的上部，或者說是腔406的大頭與中間壓力氣體的源相通。它的下部，或者說是腔406的小頭，通過通道408與腔404相通。吸入壓力通道410從壓縮機內的吸入氣體區延伸到腔406的下部。吸入壓力通道410進入腔406的點，是處于高壓通道408和腔406的上端或大頭之間。
在腔406內安置了一個平止逆閥412，從它上面有一個活塞414延伸出來。平止逆閥412和活塞414一起在腔406內運動，從一個如圖18所示的關閉位置到一個如圖19所示的打開位置。一個限位器416限制平止逆閥412和活塞414在腔406內的運動范圍。在如圖18所示的關閉位置，平止逆閥壓在腔406里形成的階臺上，阻止流體從提供到腔406上部的中間壓力氣體源流向吸入壓力通道410。平止逆閥412被壓力向下壓，這是由于中間壓力氣體作用在止逆閥平臺暴露面積上和吸入氣體壓力作用在活塞414的暴露面積上。當TOD410處于開啟位置時，由于排氣壓力作用在活塞414上，平止逆閥將被壓向上移。在如圖19所示的打開位置，平止逆閥412被從腔406階臺部位抬起，中間壓力的氣體被允許漏向壓縮機的吸入側。限位器416限制了平止逆閥的活動范圍，使得通道408內的排出氣體不會被允許流入壓縮機的吸入區。
熱響應閥400通常定位于如圖18所示的位置。排出氣體被導入腔404，中間壓力氣體被導入腔406。壓縮機在TOD410保持關閉時正常運行。當TOD410遇到腔404內溫度過高的排氣氣體時，TOD410打開并允許排出氣體進入通道408。排氣的壓力作用在活塞414暴露的表面上而抬起平止逆閥412，這就允許與腔406相通的中間壓力的氣體源通過通道410排放，并進入壓縮機的吸氣區。在壓縮機內排放中間氣體允許排出氣體漏向吸入氣體，具有與以上各個實施例相同的效果。因為TOD410的打開并不與壓縮機馬達的停止相關聯，馬達將繼續在壓縮機以低工作壓力比的狀態下運行，直至由于高溫的排出氣體漏向裝有馬達和馬達保護器的壓縮機的吸入區，而使馬達保護器將壓縮機斷電為止。
雖然以上詳細的描述介紹了本發明的優先的實施例，應該理解的是，本發明將被允許作改善，改變和變更，而不越出它所附錄的權利要求的范圍和宗旨。
權利要求
1.一種渦旋機器包括一個第一渦旋部件，它具有一個第一螺線形卷片向外突出于一個端板上；一個第二渦旋部件，它具有一個第二螺線形卷片向外突出于一個端板上，所述的第二螺線形卷片與所述的第一螺線形卷片相互嚙合；一個驅動部件用以使所述的渦旋部件相對作回旋運動，在這里所述的螺線形卷片將形成在吸入壓力區和排出壓力區間逐漸改變體積的空腔，所述的渦旋機器包括一個泄漏通路，形成在所述的排氣壓力區和所述的吸氣壓力區之間，所述的泄漏通路由于一個帶壓流體的影響而關閉；一個閥門部件用以釋放所述的帶壓流體到所述的渦旋機器的所述的吸氣壓力區，由此所述的排氣壓力區和所述的吸氣區之間的泄漏通路被打開。
2.根據權利要求1的渦旋機器，其特征在于所述的泄漏通路位于所述的第一和第二渦旋部件之間。
3.根據權利要求1的渦旋機器，其特征在于所述的渦旋部件之一相對另一個以有限的軸向移動安裝，所述的一個渦旋部件被所述的帶壓流體推壓向另一個渦旋部件。
4.根據權利要求1的渦旋機器，其特征在于所述閥門部件包括一個電磁閥。
5.根據權利要求4的渦旋機器，其特征在于所述的驅動部件包括一個電馬達，所述的電馬達和所述的電磁閥被并聯連接。
6.根據權利要求4的渦旋機器，其特征在于一個時間延遲被加在在所述的馬達的起動和所述的電磁閥的動作之間。
7.根據權利要求4的渦旋機器，其特征在于一個時間延遲被加在所述電磁閥的動作停斷和所述馬達的停機之間。
8.根據權利要求4的渦旋機器，其特征在于一個故障保護裝置安裝在所述的電磁閥中。
9.根據權利要求4的渦旋機器，其特征在于所述的驅動部件包括一個電馬達，所述的電馬達和所述的電磁閥被串聯連接。
10.根據權利要求4的渦旋機器，其特征在于所述的驅動部件包括一個電馬達，所述的電磁閥的接線獨立于所述的電馬達之外。
11.根據權利要求10的渦旋機器，其特征在于所述的電磁閥運行于脈沖模式來調節所述的渦旋機器的能力。
12.根據權利要求4的渦旋機器，其特征在于所述的電磁閥是一個直流電磁閥。
13.根據權利要求4的渦旋機器，其特征在于所述的電磁閥是一個交流電磁閥。
14.根據權利要求1的渦旋機器，其特征在于所述的閥門部件包括一個機械閥門。
15.根據權利要求14的渦旋機器，其特征在于所述的機械閥門由離心力操作。
16.根據權利要求14的渦旋機器，其特征在于所述的機械閥門由所述的渦旋機器一個部件的角加速度操作。
17.根據權利要求14的渦旋機器，其特征在于所述的機械閥門由所述的機械閥門和所述渦旋機器一個部件之間粘性牽引力操作。
18.根據權利要求1的渦旋機器，其特征在于所述的閥門部件包括一個溫度敏感部件，當所述的溫度敏感部件感測到所述的渦旋機器內部的一個過熱狀態時，所述的閥門部件被打開。
19.根據權利要求1的渦旋機器，其特征在于所述的驅動部件可以開關所述的閥門部件。
20.根據權利要求1的渦旋機器，其特征在于所述的閥門部件包括一個壓力比敏感閥。
21.根據權利要求1的渦旋機器，進一步包括一個在所述的排氣區和所述的吸氣區之間的隔板，所述的泄漏通路位于所述的隔板之中;并且一個閥體用于關閉所述的泄漏通路，所述的閥體根據所述的帶壓流體的作用來開關所述的泄漏通路，當所述的帶壓流體供給到所述的閥體時，所述的泄漏通路被關閉。
全文摘要
一種渦旋機器帶有一個中間壓力腔，它可以開關渦旋機器的排出和吸入區之間的一個泄漏路徑。當中間壓力的流體供給到腔中時，這個泄漏路徑關閉，當這個腔向壓縮機的吸入區敞開時這個泄漏路徑打開。一個機械的或電氣的閥門用于開關伸于這個腔和機器的吸入區之間的一個通路。
文檔編號F04C29/02GK1108358SQ9411883
公開日1995年9月13日 申請日期1994年11月25日 優先權日1993年11月29日
發明者弗蘭克·S·沃利斯, 讓·L·凱萊特, 弗朗西斯·M·辛普森, 加里·J·安德森, 唐納德·W·羅德, 諾曼·G·貝克 申請人:科普蘭公司