專利名稱：渦旋壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓渦旋壓縮機(jī)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種渦旋 機(jī)械，該渦旋機(jī)械包括處理高壓渦旋壓縮機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的高軸向力的偏置渦盤 構(gòu)件。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中存在一類通稱為"渦旋"機(jī)械的機(jī)器，這種渦旋機(jī)械用 于移動(dòng)各種類型的流體。這些機(jī)械可以配置為膨脹器、容積式發(fā)動(dòng)機(jī)、 泵、壓縮機(jī)等，本發(fā)明的特征適用于這些機(jī)械中的任一種。然而，為了 舉例說明，所公開的實(shí)施例的形式是密封式制冷劑壓縮機(jī)。
總的來說，渦旋機(jī)械包括構(gòu)造類似的兩種螺旋式渦旋齒，每種渦旋 齒分別安裝在獨(dú)立的端板上從而限定出渦盤構(gòu)件。這兩種渦盤構(gòu)件以渦
旋齒中的一種相對(duì)于另一種旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)了 180度而互相裝配在一起。該 機(jī)械通過使一個(gè)渦盤構(gòu)件("動(dòng)渦盤")相對(duì)于另一個(gè)渦盤構(gòu)件("定渦 盤"或"靜渦盤")繞動(dòng)而使相應(yīng)渦旋齒的側(cè)面之間的線接觸移動(dòng)，從 而限定出移動(dòng)式隔離的新月形流體凹穴。該螺旋的一般形式是圓的漸開 線，并且運(yùn)轉(zhuǎn)過程中理論上來說渦盤構(gòu)件之間沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；即，該運(yùn) 動(dòng)是純粹的曲線平移(即，本體內(nèi)的任一線條都沒有旋轉(zhuǎn))。流體凹穴 將待處理的流體從其中設(shè)置有流體入口的渦旋機(jī)械的第 一 區(qū)轉(zhuǎn)移至設(shè) 置有流體出口的該機(jī)械的第二區(qū)。密封凹穴的容積隨著其從第一區(qū)移動(dòng) 至第二區(qū)而改變。在任一個(gè)瞬間都會(huì)有至少一對(duì)密封凹穴；而且當(dāng)某一 時(shí)刻出現(xiàn)若干對(duì)密封凹穴時(shí)，每一對(duì)都會(huì)有不同的容積。在壓縮機(jī)內(nèi)， 第二區(qū)比第一區(qū)的壓力高從而其實(shí)體上位于該機(jī)械的中央，而第一區(qū)位 于該機(jī)械外圍處。
兩種類型的接觸限定了渦盤構(gòu)件之間的流體凹穴，渦旋齒的螺旋面 或側(cè)面之間的由徑向力引起的沿軸向延伸的切線接觸("側(cè)面密封"), 以及由軸向力引起的每個(gè)渦旋齒的平面邊緣表面("頂端")與相對(duì)的端 板之間的區(qū)域接觸("頂端密封")。為了獲得高的效率，必須對(duì)兩種類 型的接觸進(jìn)行良好的密封。渦旋式機(jī)械中的一個(gè)設(shè)計(jì)上的難點(diǎn)是關(guān)于在所有運(yùn)行條件下以及 在可變速機(jī)械內(nèi)所有速度下實(shí)現(xiàn)頂端密封的技術(shù)。通常，可以通過以下
方式實(shí)現(xiàn)，(1)采用極其精確且非常昂貴的機(jī)加工技術(shù)，(2)對(duì)渦旋齒 的頂端提供螺旋式頂端密封件，不幸的是，所述頂端密封件難于裝配且 經(jīng)常不可靠，或者(3)通過利用壓縮作業(yè)流體向相對(duì)的渦盤沿軸向偏 置動(dòng)渦盤構(gòu)件或靜渦盤構(gòu)件來施加軸向恢復(fù)力。
利用軸向恢復(fù)力首先需要將兩個(gè)渦盤構(gòu)件中的一個(gè)安裝成可相對(duì) 于另一個(gè)軸向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)為能壓縮像二氧化碳之類的制冷劑 的高壓壓縮機(jī)時(shí)，就對(duì)渦旋壓縮機(jī)的軸向偏置系統(tǒng)及其它部件有附加的
要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明給該領(lǐng)域提供一種設(shè)計(jì)為有效壓縮用于冷卻系統(tǒng)的二氧化 碳的高壓渦旋壓縮機(jī)。本發(fā)明的渦旋壓縮機(jī)包括較短較厚的渦盤葉片和 沿軸向?qū)χu盤構(gòu)件偏置的動(dòng)渦盤構(gòu)件。在需要時(shí)可以給該渦旋壓縮 機(jī)增加蒸汽注射系統(tǒng)以增強(qiáng)其功能。另外，在需要時(shí)該渦旋壓縮機(jī)可以 裝配用于冷卻和潤(rùn)滑的油注射系統(tǒng)。


通過參閱下面的詳細(xì)描述和附圖將會(huì)更全面地理解本發(fā)明，附圖
中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的渦旋壓縮機(jī)的豎直剖面圖2是圖1中所示渦旋壓縮機(jī)的渦盤構(gòu)件的放大圖，圖中示出了偏 置系統(tǒng)；
圖3a是圖1中所示偏置系統(tǒng)的放大圖3b是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的偏置系統(tǒng)的放大圖4a-4c是圖3a中所示渦盤構(gòu)件和偏置系統(tǒng)的俯視圖5是圖1中所示渦旋壓縮機(jī)的渦盤構(gòu)件的放大圖，圖中示出了加 壓端口；圖6是圖1中所示渦旋壓縮機(jī)的渦盤構(gòu)件的放大圖，圖中示出了可
選的蒸汽注射系統(tǒng)；
圖7a-7c是圖6中所示渦盤構(gòu)件和蒸汽注射系統(tǒng)的俯視圖8是圖1中所示渦旋壓縮機(jī)的渦盤構(gòu)件的放大圖，圖中示出了可 選的高壓油偏置系統(tǒng)；
圖9是用于圖8中所示壓縮機(jī)的可選的油壓偏置系統(tǒng)的油壓調(diào)節(jié)器 的側(cè)視剖面圖IO是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的渦旋壓縮機(jī)的渦盤構(gòu)件的放大圖lla是用于本發(fā)明的動(dòng)渦盤構(gòu)件的受力圖的俯視圖llb是沿徑向軸線的動(dòng)渦盤構(gòu)件的受力圖的側(cè)視圖llc是沿切向軸線的動(dòng)渦盤構(gòu)件的受力圖的側(cè)視圖12是示出圖10中所示動(dòng)渦盤構(gòu)件上的受力軌跡的俯視圖13是圖10中所示動(dòng)渦盤構(gòu)件的側(cè)視剖面圖14是圖10中所示動(dòng)渦盤構(gòu)件的俯視圖15是圖10中所示靜渦盤構(gòu)件的側(cè)視剖面圖16是圖10中所示靜渦盤構(gòu)件的俯視圖17是圖10中所示主軸承箱的側(cè)視剖面圖18是圖10中所示主軸承箱的俯視圖19a-19d示出了用于圖10中所示渦旋壓縮機(jī)的通道、凹槽、密封 唇之間的關(guān)系；
圖20示出了在動(dòng)渦盤構(gòu)件繞動(dòng)的過程中凹槽內(nèi)的壓力之間的關(guān)系；
圖21示出了根據(jù)本發(fā)明另 一實(shí)施例的動(dòng)渦盤構(gòu)件的側(cè)視剖面圖22示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的靜渦盤構(gòu)件的凹槽的方位的 俯視圖；圖23示出了根據(jù)本發(fā)明另 一 實(shí)施例的渦旋壓縮機(jī)的側(cè)^L剖面圖； 圖24是示出了圖23中所示油壓端口的局部剖視俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述本質(zhì)上僅是示例性的，而決非試圖限制本 發(fā)明、其應(yīng)用、或用途。
現(xiàn)在參照附圖，其中在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指代相同或相應(yīng) 的部件，圖1中示出的是根據(jù)本發(fā)明的渦旋壓縮機(jī)，其整體上由附圖標(biāo) 記10標(biāo)示。壓縮機(jī)10包括大體上呈圃筒形的密封殼體12,該殼體12 在其上端焊接有蓋子14并在其下端焊接有多個(gè)安裝底座16。蓋子14 設(shè)置有制冷劑排放管接頭18。其它附接到殼體12上的主要元件包括適 當(dāng)?shù)鼐o固到殼體12的下軸承箱24和適當(dāng)?shù)鼐o固到下軸承箱24的兩件 式上軸承箱26。
上端具有偏心曲柄銷30的驅(qū)動(dòng)軸或曲柄軸28以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式支承在 下軸承箱24中的軸承32和上軸承箱26中的第二軸承34中。曲柄軸28 在下端具有直徑較大的同心孔36，同心孔36與沿徑向向外偏移的直徑 較小的孔38相連通，該孔38從該處向上延伸到曲柄軸28的頂部。內(nèi) 殼體12的下部限定一個(gè)油槽40，其中充滿了液面稍微高過轉(zhuǎn)子42下端 的潤(rùn)滑油，孑L 36作為泵用于將潤(rùn)滑流體向上泵吸到曲柄軸28并流入孔 38，最后到達(dá)壓縮機(jī)的所有需要潤(rùn)滑的各個(gè)部分。
曲柄軸28由電動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，該電動(dòng)馬達(dá)包括定子46、貫穿其 中的繞組48和壓配合在曲柄軸28上的轉(zhuǎn)子42，并且該電動(dòng)馬達(dá)具有分 別位于上部和下部的平衡重50和52。
上軸承箱26的上表面設(shè)置有環(huán)形凹槽54，動(dòng)渦盤構(gòu)件56位于環(huán)形 凹槽54上方，動(dòng)渦盤構(gòu)件56具有從端板60向上延伸的常規(guī)螺旋葉片 或渦旋齒58。從動(dòng)渦盤構(gòu)件56的端板60的下表面向下突出的是圓筒形 轂，該圓筒形轂具有位于其中的軸頸軸承62,并且具有內(nèi)孔的驅(qū)動(dòng)襯套 64轉(zhuǎn)動(dòng)地置于該圓筒形轂中，而曲柄銷30驅(qū)動(dòng)地置于該內(nèi)孔中。曲柄 銷30在一個(gè)表面上具有平坦部，該平坦部與形成在該孔的一部分上的 平坦表面(未示出)驅(qū)動(dòng)接合從而提供徑向柔性補(bǔ)償(compliant)的驅(qū) 動(dòng)配置，_諸如受讓人的美國(guó)專利證書4,877,382中所示，該專利中所7〉開的內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。動(dòng)渦盤構(gòu)件56和上軸承箱26之間還 設(shè)置有歐氏聯(lián)軸節(jié)68，并且歐氏聯(lián)軸節(jié)68鍵連接到動(dòng)渦盤構(gòu)件56和上 軸承箱26以阻止動(dòng)渦盤構(gòu)件56的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
靜渦盤構(gòu)件70同樣設(shè)置為具有從端板74向下延伸的渦旋齒72，該 渦旋齒72設(shè)置在與動(dòng)渦盤構(gòu)件56的渦旋齒58嚙合的位置。靜渦盤構(gòu) 件70具有位于其中央的排放通道76，該通道76與延伸穿過端蓋14的 排放管接頭18連通。
現(xiàn)在參照?qǐng)Dl-3a，其中更詳細(xì)地示出了動(dòng)渦盤構(gòu)件56和靜渦盤構(gòu) 件70。靜渦盤構(gòu)件70通過多個(gè)螺栓80以固定方式緊固到兩件式上軸承 箱26,螺栓80禁止靜渦盤構(gòu)件70相對(duì)于上軸承箱26的所有運(yùn)動(dòng)。動(dòng) 渦盤構(gòu)件56位于靜渦盤構(gòu)件70和上軸承箱26之間。如上所述，動(dòng)渦 盤構(gòu)件56可相對(duì)于壓縮機(jī)10的徑向柔性補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)件沿徑向移動(dòng)。動(dòng)渦 盤構(gòu)件56也可通過位于環(huán)形凹槽54內(nèi)的浮動(dòng)式推力密封件82沿軸向 移動(dòng)。
浮動(dòng)式推力密封件82包括環(huán)形閥體84、內(nèi)唇密封件86和外唇密封 件88。環(huán)形閥體84限定了內(nèi)表面密封部90和外表面密封部92,所述 密封部在通過多個(gè)通道94供給凹槽54的流體壓力的作用下被迫壓而抵 靠動(dòng)渦盤構(gòu)件56的端板60，所述多個(gè)通道94延伸穿過環(huán)形閥體84。 內(nèi)唇密封件86封閉著凹槽54的內(nèi)壁，外唇密封件88封閉著凹槽54的 外壁，而且表面密封部卯和92封閉著動(dòng)渦盤構(gòu)件56的端板60從而將 凹槽54與殼體12內(nèi)的制冷劑的吸入壓力隔離開來。浮動(dòng)式推力密封件 82的設(shè)計(jì)參數(shù)是以這種方式來選擇的，在內(nèi)部加壓的情況下，環(huán)形閥體 84通過表面密封部90和92與端板60或動(dòng)渦盤構(gòu)件56持續(xù)保持接觸。 施加給動(dòng)渦盤構(gòu)件56的大部分軸向偏置載荷是由凹槽54內(nèi)的制冷劑氣 壓提供的，而不是由表面密封部卯和92與動(dòng)渦盤構(gòu)件56的端板60之 間的機(jī)械接觸提供。這減少了表面密封部90和92與動(dòng)渦盤構(gòu)件56的 端板60的相應(yīng)表面的機(jī)械摩擦及磨損。使用一條或多條通道96即可實(shí) 現(xiàn)凹槽54的加壓，該通道96從端板60的開通到凹槽54的區(qū)域延伸穿 過端板60并穿過動(dòng)渦盤構(gòu)件56的渦旋齒58。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3b，該圖公開了一種根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的偏置系 統(tǒng)。圖3b示出了與浮動(dòng)式推力密封件82相同的浮動(dòng)式推力密封件82'， 區(qū)別之處在于環(huán)形閥體84被三件環(huán)形體84a、 84b和84c替換。浮動(dòng)式推力密封件82'包括環(huán)形岡體84a、 84b和84c、內(nèi)唇密封件 86和外唇密封件88。環(huán)形閥體84a限定了內(nèi)表面密封部90和外表面密 封部92,所述面密封部在通過多個(gè)通道94供給凹槽54的流體壓力作用 下被迫壓而抵靠動(dòng)渦盤構(gòu)件56的端板60。內(nèi)唇密封件86位于環(huán)形閥體 84a和84b之間并且封閉著凹槽54的內(nèi)壁，外唇密封件88位于環(huán)形閥 體84a和84c之間并且封閉著凹槽54的外壁，而且表面密封部卯和92 封閉著動(dòng)渦盤構(gòu)件56的端板60從而將凹槽54與殼體12內(nèi)的制冷劑的 吸入壓力隔離開來。采用三件閥體84a、 84b和84c使得唇密封件86和 88能夠彼此獨(dú)立地工作。浮動(dòng)式推力密封件82的設(shè)計(jì)參數(shù)是以這種方 式來選擇的，在內(nèi)部加壓的情況下，環(huán)形閥體84a通過表面密封部卯 和92與端板60或動(dòng)渦盤構(gòu)件56持續(xù)保持接觸。施加給動(dòng)渦盤構(gòu)件56 的大部分軸向偏置載荷由凹槽54內(nèi)的制冷劑氣壓提供，而不是由表面 密封部90和92與動(dòng)渦盤構(gòu)件56的端板60之間的機(jī)械接觸提供。這減 少了表面密封部90和92與動(dòng)渦盤構(gòu)件56的端板60的相應(yīng)表面的機(jī)械 摩擦及磨損。^^用一條或多條通道96即可實(shí)現(xiàn)凹槽54的加壓，該通道
的渦旋齒58。
在動(dòng)渦盤構(gòu)件56相對(duì)于靜渦盤構(gòu)件70繞動(dòng)的過程中，延伸穿過渦 旋齒58的一條或多條通道96的端部通過在靜渦盤構(gòu)件70的端板74內(nèi) 機(jī)加工出的凹槽98連接到由渦旋齒58和72限定的移動(dòng)凹穴之一。該 一條或多條通道96和凹槽98的位置、尺寸和形狀決定了移動(dòng)凹穴和凹 槽54中的壓縮氣體之間的氣體流通的開啟和關(guān)閉。此外，移動(dòng)凹穴和 凹槽54之間壓力均等化的過渡時(shí)間由該一條或多條通道96和凹槽98 的位置、尺寸和形狀控制。開啟和關(guān)閉時(shí)間以及過渡時(shí)間可以選擇成使 得施加給動(dòng)渦盤構(gòu)件^6的端板60的過多的軸向力最小化，而同時(shí)該 軸向力又能使動(dòng)渦盤構(gòu)件56與靜渦盤構(gòu)件70持續(xù)保持接觸。圖4a示 出了凹槽98和一條通道96之間的連通準(zhǔn)備開啟的情形，圖4b示出了 凹槽98和一條通道96之間的連通已開啟的情形，而圖4c示出了凹槽 98和一條通道96之間的連通關(guān)閉的情形。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，該圖示出了軸向壓力偏置系統(tǒng)110。在壓縮機(jī)10運(yùn) 作期間，吸入氣體被吸入渦盤構(gòu)件56和70并在其中被壓縮，然后從排 放通道76通過延伸穿過蓋子14的排放管接頭18排出。因?yàn)閬碜詨嚎s 氣體的軸向力主要位于動(dòng)渦盤構(gòu)件56的中央，而且浮動(dòng)式推力密封件82對(duì)動(dòng)渦盤構(gòu)件56的軸向支撐位于動(dòng)渦盤構(gòu)件56的外周，所以動(dòng)渦盤 構(gòu)件56的端板60產(chǎn)生彎曲，使得端板60的上表面變成凹面。與此同 時(shí)，由于熱場(chǎng)的作用，動(dòng)渦旋齒58和靜渦旋齒72都產(chǎn)生了熱膨脹，在 渦盤構(gòu)件56和70的中央部分熱膨脹更大。由于來自移動(dòng)凹穴中的壓縮 氣體的軸向分離力的作用，靜渦盤構(gòu)件70的端板74的下表面也變成了 凹面。然而，靜渦盤構(gòu)件70的端板74后面的氣體壓力也能影響端板74 的變形。
靜渦盤構(gòu)件70用密封件112密封地緊固到端蓋14上。靜渦盤構(gòu)件 70和端蓋14限定壓力腔114，中壓氣體通過延伸穿過端板74的通道116 從一個(gè)或多個(gè)由渦旋齒58和72限定的移動(dòng)凹穴供給壓力腔114。在給 定的運(yùn)行條件下，取決于吸入壓力和排放壓力，可以確定壓力腔114內(nèi) 的氣壓值。壓力腔114內(nèi)的氣壓以這種方式影響端板74的變形程度 動(dòng)渦旋齒58的頂端和靜渦旋齒72的頂端將盡可能地接近于均勻接觸。 為了實(shí)現(xiàn)與相應(yīng)的端板60和74的均勻接觸可以通過在端板74中適當(dāng) 地定位通道116來選擇必需的氣壓。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6和7a-7c，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的蒸汽注射系統(tǒng)120。 蒸汽注射源位于壓縮機(jī)10的外部并且其從延伸穿過蓋子14的流體管線 (未示出)供入。靜渦盤構(gòu)件70限定流體注射端口 122，該流體管線附 接到流體注射端口 122上以便向渦盤構(gòu)件56和70供給加壓蒸汽。流體 注射端口 122與動(dòng)渦盤構(gòu)件56中的軸向通道124連通。軸向通道124 與徑向通道126連通，該徑向通道126又與一對(duì)通向由渦旋齒58和72 限定的移動(dòng)流體凹穴的軸向通道128連通。為了將必需量的蒸汽引入移 動(dòng)凹穴內(nèi)，必須控制端口 122和通道124之間連通的開啟和關(guān)閉。端口 122到通道124的開啟應(yīng)當(dāng)正好在移動(dòng)凹穴通過與壓縮機(jī)10的吸入?yún)^(qū)密 封而形成之后開始。端口 122到通道124的關(guān)閉應(yīng)當(dāng)發(fā)生在動(dòng)渦盤構(gòu)件 56轉(zhuǎn)動(dòng)大約90度之后。由于動(dòng)渦盤構(gòu)件56相對(duì)于靜渦盤構(gòu)件70的相 對(duì)繞動(dòng)，通過合適地選擇端口 122、通道124和通道128的相對(duì)位置可 以控制蒸汽注射系統(tǒng)120的開啟和關(guān)閉。開啟和關(guān)閉蒸汽注射系統(tǒng)120 從而向移動(dòng)凹穴供給蒸汽可以通過下述方式來實(shí)現(xiàn)，即通過靜渦盤構(gòu)件 的渦旋齒72來降低和揭開動(dòng)渦盤構(gòu)件56的端板60上的通道128或者 開啟和關(guān)閉端口 122與通道124之間的連通或者上述兩種方式結(jié)合使 用。圖7a示出了對(duì)應(yīng)于由渦旋齒58和72限定的移動(dòng)凹穴最初與壓縮 機(jī)10的吸入?yún)^(qū)密封的位置點(diǎn)時(shí)的渦盤構(gòu)件56和70。端口 122和通道 124之間的連通剛剛開始進(jìn)行并且通道128正好開始被渦旋齒72揭開。 圖7b示出了對(duì)應(yīng)于在圖7a中所示最初封閉點(diǎn)之后轉(zhuǎn)動(dòng)了 45度的位置 處的渦盤構(gòu)件56和70。端口 122開通到通道124并且通道128沒有被 渦旋齒72遮蓋以便提供蒸汽注射。圖7c示出了對(duì)應(yīng)于在圖7a中所示 最初封閉點(diǎn)之后轉(zhuǎn)動(dòng)了卯度的位置處的渦盤構(gòu)件56和70。端口 122 正好關(guān)閉了與通道124的連通以停止蒸汽注射系統(tǒng)120的蒸汽注射。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8和9,圖8和9示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的渦旋 壓縮機(jī)210。渦旋壓縮機(jī)210除了包括可選擇的油注射系統(tǒng)212以外其 它方面與渦旋壓縮機(jī)10相同。渦旋壓縮機(jī)210包括替4戈靜渦盤構(gòu)件70 的靜渦盤構(gòu)件70'和替代兩件式上軸承箱26的兩件式上軸承箱26'。靜 渦盤構(gòu)件70'除了限定有油壓通道214和油壓溝槽216以外其它方面與 靜渦盤構(gòu)件70相同。上軸承箱26'除了限定有供油通道218以外其它方 面與上軸承箱26相同。
油注射系統(tǒng)212通過通道94和一條或多條通道96將油注入渦旋齒 56和72限定的移動(dòng)腔以便進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑。雖然通道94和96示出為 用于注油，但是在需要時(shí)設(shè)置附加的或其它的專用油注射端口也是處于 本發(fā)明范圍之內(nèi)的。 一旦將油注入移動(dòng)凹穴內(nèi)，它便和壓縮氣體一起排 出并隨后在外部油分離器(未示出)中從壓縮氣體中分離出來。分離出 來的油接著被冷卻并再次注入壓縮機(jī)210的移動(dòng)凹穴內(nèi)。
高壓油源或高壓油槽228穿過蓋子14連接到油壓通道214以便向 環(huán)形凹槽54和浮動(dòng)式推力密封件82供給高壓油。為了控制供油壓力， 使用了外部油壓調(diào)節(jié)器230。并且，為了給調(diào)節(jié)器230提供必要的反饋， 油溝槽216和油壓通道214穿過蓋子14連接到調(diào)節(jié)器230。當(dāng)動(dòng)渦盤構(gòu) 件56與靜渦盤構(gòu)件70'緊密接觸時(shí)，溝槽216與壓縮機(jī)210的吸入?yún)^(qū)密 封。然而，當(dāng)渦盤沿軸向分離時(shí)，溝槽216便開通到壓縮機(jī)210的吸入 區(qū)以提供泄漏路徑。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9，油壓調(diào)節(jié)器230包括箱體232和差動(dòng)活塞234。如 圖9所示，在活塞234左側(cè)，設(shè)置有靜壓推力支承腔236和潤(rùn)滑溝槽感 測(cè)腔238。潤(rùn)滑溝槽感測(cè)腔238通過油壓通道214連接到油溝槽216。 潤(rùn)滑溝槽感測(cè)腔238還通過測(cè)流口 240連接到高壓油槽228。如圖9所示，在活塞234右側(cè)，設(shè)置有螺旋連接到箱體232內(nèi)的調(diào)節(jié)活塞242。 如圖9所示，調(diào)節(jié)活塞242可用于調(diào)節(jié)向左側(cè)迫壓活塞234的彈簧244 的預(yù)載荷。調(diào)節(jié)活塞242和活塞234 —起形成腔246和腔248。
在運(yùn)行過程中腔246連接到高壓油槽228并且腔248連接到壓縮機(jī) 210的吸入側(cè)?；钊?34中i殳置有圓形溝槽250,圃形溝槽250通過通 道252連接到靜壓推力支承腔236。穿過箱體232的徑向通道254也連 接到壓縮機(jī)210的吸入側(cè)。穿過箱體232的第二徑向通道256連接到高 壓油槽228。在運(yùn)行過程中，活塞234的位置取決于腔236、 238、 246 和248中的壓力與彈簧244施加的彈力之間的平衡。腔236中的壓力由 從溝槽250向徑向通道254和256的油泄漏或從徑向通道254和256的 油泄漏程度來控制。這種泄漏取決于溝槽250相對(duì)于通道254和256開 口的位置。差動(dòng)活塞的直徑以及其它設(shè)計(jì)參數(shù)以這種方式來選擇腔236 中的受控壓力變成吸入壓力和排放壓力以及彈簧力的組合，導(dǎo)致環(huán)形凹 槽54內(nèi)可以產(chǎn)生作用于動(dòng)渦盤構(gòu)件56和浮動(dòng)式推力密封件82上的最 佳壓力，從而提供對(duì)動(dòng)渦盤構(gòu)件56的合適偏置，以便壓縮機(jī)210高效 運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)渦盤構(gòu)件56和70'緊密接觸時(shí)，圓形溝槽216和腔238中的油 壓接近設(shè)計(jì)壓力。然而，在渦盤沿軸向分離的情況下，由于存在測(cè)流口 240，從溝槽216向壓縮機(jī)210的吸入部分的油泄漏將導(dǎo)致溝槽216和 腔238中的壓力下降。這改變了活塞234上的受力平衡，導(dǎo)致溝槽250 與通道256對(duì)準(zhǔn)，從而通過將腔236經(jīng)由通道252、溝槽250和通道256 連接到高壓油槽228來增加腔236中的油壓。這種增加的油壓從腔236 供給環(huán)形凹槽54，導(dǎo)致夾緊力增加以便使渦盤回復(fù)到結(jié)合狀態(tài)。隨著渦 盤回復(fù)到結(jié)合狀態(tài)，溝槽216和腔238內(nèi)的壓力將恢復(fù)到高壓油槽228 的壓力，如圖9所示，這將使活塞234向右移動(dòng)直到溝槽250與通道254 對(duì)準(zhǔn)從而將腔236內(nèi)增加的壓力通過通道252、溝槽250和通道254釋 放到壓縮機(jī)的吸入?yún)^(qū)。這便使腔236以及環(huán)形凹槽54內(nèi)的壓力回復(fù)到 設(shè)計(jì)壓力。
現(xiàn)在參照?qǐng)D10，圖中示出的是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的渦旋壓縮機(jī) 310。渦旋壓縮機(jī)310除了結(jié)合有用于動(dòng)渦盤構(gòu)件的不同的偏置系統(tǒng)以 外其它方面都與渦旋壓縮機(jī)10相同。
壓縮機(jī)310包括大體上呈圓筒形的密封殼體12，該殼體12在其上 端焊接有蓋子14并且在其下端焊接有多個(gè)安裝底座16。蓋子14設(shè)置有制冷劑排放管接頭18。其它附接到殼體12上的主要元件包括適當(dāng)?shù)鼐o 固到殼體12的下軸承箱24和適當(dāng)?shù)鼐o固到下軸承箱24的兩件式上軸 承箱26。
上端處具有偏心曲柄銷30的驅(qū)動(dòng)軸或曲柄軸28以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式支承 在下軸承箱24中的軸承32和上軸承箱26中的第二軸承34中。曲柄軸 28在下端處具有直徑較大的同心孔36，同心孔36與沿徑向向外偏移的 直徑較小的孔38連通，該孔38從該處向上延伸到曲柄軸28的頂部。 內(nèi)殼體12的下部限定油槽40,油槽40中充滿了液面稍微高過轉(zhuǎn)子42 的下端的潤(rùn)滑油，并且孔36作為泵用于將潤(rùn)滑流體向上泵吸到曲柄軸 28并流入孔38,最后到達(dá)壓縮機(jī)的所有需要潤(rùn)滑的各個(gè)部分。
曲柄軸28由電動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，該電動(dòng)馬達(dá)包括定子46、貫穿其 中的繞組48和壓配合在曲柄軸28上的轉(zhuǎn)子42，并且該電動(dòng)馬達(dá)具有分 別位于上部和下部的平衡重50和52。
上軸承箱26的上表面設(shè)置有環(huán)形凹槽54,環(huán)形凹槽54上方設(shè)置有 具有從端板360向上延伸的螺旋葉片或渦旋齒358的動(dòng)渦盤構(gòu)件356。 從動(dòng)渦盤構(gòu)件356的端板360的下表面向下突出的是其中設(shè)置有軸頸軸 承362的圓筒形轂，具有內(nèi)孔的驅(qū)動(dòng)襯套64轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在該圓筒形轂 中，曲柄銷30驅(qū)動(dòng)地設(shè)置在該內(nèi)孔中。曲柄銷30在一個(gè)表面上具有平 坦部，該平坦部與形成在該孔的一部分上的平坦表面(未示出)驅(qū)動(dòng)接 合從而提供徑向柔性補(bǔ)償?shù)尿?qū)動(dòng)配置，諸如受讓人的美國(guó)專利證書 4,877,382中所示，該專利中所公開的內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。動(dòng)渦 盤構(gòu)件356和上軸承箱26之間還設(shè)置有歐氏聯(lián)軸節(jié)68,并且歐氏聯(lián)軸 節(jié)68鍵連接到動(dòng)渦盤構(gòu)件356和上軸承箱26以阻止動(dòng)渦盤構(gòu)件356的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
靜渦盤構(gòu)件370同樣設(shè)置為具有從端板374向下延伸的渦旋齒372, 該渦旋齒372設(shè)置在與動(dòng)渦盤構(gòu)件356的渦旋齒358嚙合的位置。靜渦 盤構(gòu)件370具有位于其中央的排放通道376，該通道376與延伸穿過端 蓋14的排放管接頭18連通。
靜渦盤構(gòu)件370通過多個(gè)螺栓80以固定方式緊固到兩件式上軸承 箱26,螺栓80禁止靜渦盤構(gòu)件370相對(duì)于上軸承箱26的所有運(yùn)動(dòng)。動(dòng) 渦盤構(gòu)件356位于靜渦盤構(gòu)件370和上軸承箱26之間。如上所述，動(dòng)渦盤構(gòu)件356可相對(duì)于壓縮機(jī)310的徑向柔性補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)件沿徑向移動(dòng)。 動(dòng)渦盤構(gòu)件356也可通過位于環(huán)形凹槽54內(nèi)的浮動(dòng)式推力密封件382 沿軸向移動(dòng)。
浮動(dòng)式推力密封件382包括一對(duì)環(huán)形閥體384,其中一個(gè)環(huán)形閥體 384在386處與凹槽54的內(nèi)壁密封接合，另一個(gè)環(huán)形閥體384在388 處與凹槽54的外壁密封接合。環(huán)形閥體384限定了內(nèi)表面密封部3卯 和外表面密封部392，這些表面密封部在供給凹槽54的流體壓力作用下 被迫壓而抵靠動(dòng)渦盤構(gòu)件356的端板360。 386處的密封使凹槽54的內(nèi) 壁得以密封，388處的密封使凹槽54的外壁得以密封，而且表面密封 3卯及392密封著動(dòng)渦盤構(gòu)件356的端板360從而將凹槽54與殼體12 內(nèi)的制冷劑的吸入壓力隔離開來。浮動(dòng)式推力密封件382的設(shè)計(jì)參數(shù)是 以這種方式來選擇的，在內(nèi)部加壓的情況下，環(huán)形閥體384通過表面密 封部3卯和392與端板360或動(dòng)渦盤構(gòu)件356持續(xù)保持接觸。施加給動(dòng) 渦盤構(gòu)件356的大部分軸向偏置載荷是由凹槽54內(nèi)的制冷劑氣壓提供 的，而不是由表面密封部3卯和392與動(dòng)渦盤構(gòu)件356的端板360之間 的機(jī)械接觸提供。這減少了表面密封部3卯和392與動(dòng)渦盤構(gòu)件356的 端板360的相應(yīng)表面的機(jī)械摩擦及磨損。雖然圖10中未示出，但是使 用一條或多條通道96即可實(shí)現(xiàn)凹槽54的加壓，所述通道96從端板360 的開通到凹槽54的區(qū)域穿過端板360延伸到由渦旋齒358和372形成 的壓縮腔中的一個(gè)或多個(gè)，如圖l-4c所示。并且，渦旋壓縮機(jī)10可包 括上述用于壓縮機(jī)210的可選擇的油注射系統(tǒng)212。
在動(dòng)渦盤構(gòu)件356相對(duì)于靜渦盤構(gòu)件370繞動(dòng)的過程中，延伸穿過 端板360的多條通道396控制凹槽398內(nèi)的壓力。延伸穿過端板360的 每條通道396的端部連接到在靜渦盤構(gòu)件370的端板374內(nèi)機(jī)加工出的 多個(gè)凹槽398中的一個(gè)。通道396和凹槽398的位置、尺寸和形狀將決 定渦旋壓縮機(jī)310的吸入?yún)^(qū)和凹槽398中的壓縮氣體之間的氣體連通的 開啟和關(guān)閉以及凹槽54和凹槽398之間的氣體連通的開啟和關(guān)閉。此 外，渦旋壓縮機(jī)310的吸入?yún)^(qū)和凹槽398之間壓力均等化的過渡時(shí)間以 及凹槽54和凹槽398之間壓力均等化的過渡時(shí)間由通道396和凹槽398 的位置、尺寸和形狀控制。開啟和關(guān)閉的時(shí)間結(jié)合過渡時(shí)間可選擇成使 得施加給動(dòng)渦盤構(gòu)件356的端板360的過度軸向力最小化，而同時(shí)該 軸向力又能使動(dòng)渦盤構(gòu)件356與靜渦盤構(gòu)件370持續(xù)保持接觸。由于壓縮工序的作用，渦旋壓縮機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)試圖分離兩個(gè)匹配渦 盤的臨時(shí)軸向力。在回轉(zhuǎn)一周的過程中該軸向力會(huì)因運(yùn)行條件而產(chǎn)生
10-30%的起伏變動(dòng)。為了克服該分離力并使渦盤保持匹配在一起，使 用密封系統(tǒng)從動(dòng)渦盤構(gòu)件的背側(cè)施加一個(gè)恒定的氣壓，該密封系統(tǒng)通常 設(shè)置在渦旋壓縮機(jī)的靜止部分。為了利用抵抗上下波動(dòng)的分離力的恒定 壓力使渦盤構(gòu)件持續(xù)保持在一起，產(chǎn)生保持力的反向壓力必須等于或大 于產(chǎn)生過度壓力的該上下波動(dòng)的分離力的峰值。結(jié)果，該過度力將施加 在密封系統(tǒng)的匹配的軸向表面上。該過度力引起使壓縮機(jī)效率下降的摩 擦損失。
存在需要非期望的過度力的另一種情況。這是由于圖lla-llc所示 的"渦盤特有的"("scroll particular")傾復(fù)力矩的存在。因?yàn)榉蛛x力
Fsp和保持力FHOLD獨(dú)立地作用在繞動(dòng)半徑RoR的一半處，所以為了平
衡來自兩個(gè)力Fsp和Fhold的力矩，過度力FiH的作用點(diǎn)必須出現(xiàn)在軸 線(以X示出)的相反側(cè)。如圖llb所示，軸向上的力平衡可以通過下 列等式[1I表示。
圖lib中示出的位置X變得從中央軸線偏置，這樣'一來保持力FHOLD 逐漸靠近分離力FSP，從而消除過度力，該過度力的位置可以通過下列 等式[2]表示。
及1一 L P鵬
2:ar 細(xì)J
=，==='■■:■■■■■■■■■扁腦-':---------::::"'兩+
"^證.
將等式[1]代入等式[2就可以得到位置X,位置X可以通過下列等式[3]
表示o
1= : +及微,
f撤幼一乂VFTH的位置也受到下列等式[4中示出的切面內(nèi)的其它力矩平衡的影響。
如所示出的，通過使過度力(FHOLD-FSP )最小化位置Y也會(huì)遠(yuǎn)離中
央軸線。對(duì)于大多數(shù)渦旋壓縮機(jī)來說，F(xiàn)TH位于從動(dòng)渦盤的中心向軌道
的轉(zhuǎn)動(dòng)方向延伸的切線附近。隨著切向軸線和徑向軸線的旋轉(zhuǎn)，則FTH 沿著切向軸線移動(dòng)，導(dǎo)致畫出如圖12中以虛線所示的閉環(huán)軌跡。如果
匹配的渦盤構(gòu)件之間在FiH的位置處沒有軸向表面，那么動(dòng)渦盤構(gòu)件將 會(huì)傾覆并因此導(dǎo)致渦旋壓縮機(jī)停止工作。因此，允許過度力僅在FTH沒 有超出匹配的渦盤之間的軸向表面的外部邊緣的范圍之內(nèi)被降低。
克服這種過度力的通常方法是加寬軸向推力面積以便延伸軸向表 面的外部邊緣并降低單位面積上的接觸壓力。然而，采用這種方法會(huì)造 成壓縮機(jī)殼體直徑增大，這違背了小型化的市場(chǎng)需求。另外，對(duì)這種增 加的表面積進(jìn)行潤(rùn)滑也存在額外的問題。
本發(fā)明通過增大和減小凹槽398內(nèi)的流體壓力來解決這個(gè)問題，這
樣便在旋轉(zhuǎn)循環(huán)期間生成壓力偏置腔以便抵消FTH的周向移動(dòng)。上面已
經(jīng)描述了凹槽398內(nèi)的流體壓力的增大和減小，其中凹槽398循環(huán)性地 與壓縮機(jī)310的吸入?yún)^(qū)和凹槽54內(nèi)的流體壓力相連通。
圖13-18示出了端板360中的多條通道396、形成在端板374中的 多個(gè)凹槽398以及設(shè)置在端板360背側(cè)處的環(huán)形凹槽54的軸向密封表
這個(gè)等式可以寫做
CM
:=::.:::::::;*;.j
將等式[1代入該等式就可以得到位置Y。面400的位置和幾何信息。
優(yōu)選地，四條通道396a-d以間隔卯度、離動(dòng)渦盤構(gòu)件356的中心 距離直徑CBH沿周向繞端板360設(shè)置。每條通道396的直徑DBH優(yōu)選地 與外表面密封部392的密封寬度相匹配，但是其不限于此。優(yōu)選地，四 個(gè)凹槽398a-d以直徑CcR沿周向繞端板374設(shè)置。四個(gè)凹槽398a-d彼 此互不相連，因此它們能分別作為獨(dú)立的容積來對(duì)待。每個(gè)凹槽的深度 tGR優(yōu)選地非常小-諸如小于一毫米，但其不限于此。凹槽398以間隔 卯度、離靜渦盤構(gòu)件370的中心直徑Cgr布置。每個(gè)凹槽398的寬度 優(yōu)選地等于或大于繞動(dòng)半徑RoR的兩倍但是不限于此。直徑CcR優(yōu)選地 與通道396的直徑Cbh尺寸相同。并且，直徑CcR優(yōu)選地與外表面密封 部392的直徑Cseal尺寸相同，但是不限于此。直徑CGR和CSEAL的匹 配使得多條通道396可以通過簡(jiǎn)單的豎直鉆孔操作來制成。
四個(gè)凹槽398的角度方位優(yōu)選地設(shè)置成使得每個(gè)凹槽的對(duì)稱軸線與 相應(yīng)通道396的徑向重合。
圖19a-19d示出了在動(dòng)渦盤構(gòu)件356相對(duì)于靜渦盤構(gòu)件370每轉(zhuǎn)動(dòng) 90度時(shí)通道396、凹槽398和外表面密封部392的外部密封表面之間的 位置關(guān)系。當(dāng)動(dòng)渦盤構(gòu)件356的中心Oos在繞動(dòng)圓周CoR上繞著靜渦盤 構(gòu)件370的中心Ow轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每條通道396和外表面密封部392的外部 密封表面之間的相對(duì)位置持續(xù)變換。在動(dòng)渦盤構(gòu)件356旋轉(zhuǎn)一周的過程 中每條通道396路經(jīng)外表面密封部392的軸向密封表面兩次。所以，通 道396的底部反復(fù)且交替地暴露于高壓和低壓冷凍劑環(huán)境。每條通道 396的暴露呈現(xiàn)卯度階段性延遲，使得在繞動(dòng)過程中相應(yīng)通道一個(gè)接著 一個(gè)地發(fā)生暴露。
每條通道396的上端在任何時(shí)間都與相應(yīng)凹槽398連通。所以，通 道396交替地暴露于高壓和低壓的制冷劑環(huán)境導(dǎo)致在動(dòng)渦盤構(gòu)件356每 回轉(zhuǎn)一周的過程中凹槽398內(nèi)的流體壓力波動(dòng)起伏。圖20中示出了每 個(gè)凹槽398中壓力波動(dòng)的典型線型。當(dāng)通道396暴露于高壓制冷劑環(huán)境 時(shí)其壓力增大，當(dāng)它暴露于低壓環(huán)境時(shí)其壓力減小。雖然每個(gè)凹槽398 內(nèi)的壓力增大和減小的頻率由凹槽的容積和通道396的流動(dòng)阻力決定， 但是峰值壓力總是出現(xiàn)在通道396暴露于高壓的階段結(jié)束時(shí)，而峰谷壓 力出現(xiàn)在通道396暴露于低壓的階段結(jié)束時(shí)。這在圖20中進(jìn)行了圖示， 其中實(shí)線表示的是大體積的凹槽398或大流動(dòng)阻力的通道396的凹槽壓力，而虛線表示的是小體積的凹槽398或小流動(dòng)阻力的通道396的凹槽 壓力。
在圖19a所示的曲柄位置中，通道396a位于暴露于壓力高過渦旋 壓縮機(jī)310的吸入?yún)^(qū)的凹槽54內(nèi)部的結(jié)束位置處。所以，在該曲柄位 置處，凹槽398a內(nèi)的壓力達(dá)到最大，產(chǎn)生峰值力以抵消由傾覆力矩產(chǎn) 生的逸度力Fth。由于凹槽398內(nèi)的壓力是均勻的，所以力的位置應(yīng)由 凹槽軸向面積的中心來表示，如圖16中以Fgra所示的。
如圖12所示，過度力FTH總是出現(xiàn)在從動(dòng)渦盤構(gòu)件356向軌道的轉(zhuǎn) 動(dòng)方向延伸的切線附近。如圖16中所看到的，反作用力F(^a的中心位
于靠近FiH處。提供鄰近Fra的反作用力FcRA將抵消大部分過度力FTH 并阻止因FGRA和FiH之間的最小距離引起的剩余力矩。
當(dāng)軌道運(yùn)動(dòng)從圖19a所示出的曲柄位置開始進(jìn)行到圖19b所示出的 曲柄位置時(shí)，通道396a路經(jīng)外表面密封部392的外部密封表面并且將 會(huì)暴露于渦旋壓縮機(jī)310的吸入?yún)^(qū)。凹槽398a內(nèi)的壓力將開始降低并 因此減小來自凹槽398a的反作用。然而，在下一個(gè)凹槽398b上，相應(yīng) 的通道396b正逼近暴露于加壓凹槽54內(nèi)部的結(jié)束位置，加壓凹槽54 正在增加凹槽398b內(nèi)的壓力。因此，在圖19a和19b之間的中間位置， 凹槽398a和398b都保持著在FGRA和FGRB處產(chǎn)生中等反作用力的中等 壓力。這兩個(gè)力也能由位于兩個(gè)凹槽的兩個(gè)中心之間的兩個(gè)凹槽的中心 來表示。所以反作用力的位置在軌道運(yùn)動(dòng)方向上沿周向移動(dòng)并跟隨著圖 12中虛線所示FiH的移動(dòng)。圖19c和19d分別示出的是軌道運(yùn)動(dòng)的另外 兩個(gè)卯度。
通道396a-d在凹槽的同心圓直徑CGR與外表面密封部392的密封面 的直徑相匹配的前提下被示出為豎直的。該前提有時(shí)因關(guān)于其它部件的 配置限制而無法滿足。通道396可以被圖21中示出的通道396，替換， 從而使得通道396，的底部同樣反復(fù)且交替地暴露于凹槽54的內(nèi)部和外 部。如圖22所示，凹槽398的角度方位可以在每個(gè)溝槽的對(duì)稱軸線與 相應(yīng)通道396的徑向方向相重合的優(yōu)選實(shí)施例情況開始的45度內(nèi)進(jìn)行 改型。這將會(huì)允許相應(yīng)凹槽398的中心沿周向移動(dòng)并進(jìn)一步使得過度力 Fth和反作用力FQR之間的距離最小化。雖然圖22示出了沿順時(shí)針方向 的改型，但是需要時(shí)沿逆時(shí)針方向?qū)Π疾?98進(jìn)行改型也在本發(fā)明的范 圍之內(nèi)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D23和24，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的渦旋壓縮機(jī)410。
IO相同。壓縮機(jī)410包括大體上呈圓筒形的密封殼體12,該殼體12在 其上端焊接有蓋子14并在其下端焊接有多個(gè)安裝底座16。蓋子14設(shè)置 有制冷劑排放管接頭18。其它附接到殼體12上的主要部件包括適當(dāng)?shù)?緊固到殼體12的下軸承箱24和適當(dāng)?shù)鼐o固到下軸承箱24的兩件式上 軸承箱26。
上端具有偏心曲柄銷30的驅(qū)動(dòng)軸或曲柄軸28以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式支承在 下軸承箱24中的軸承32和上軸承箱26中的第二軸承34中。曲柄軸28 在下端具有直徑較大的同心孔36,同心孔36與沿徑向向外偏移的直徑 較小的孔38相連通，該孔38從該處向上延伸到曲柄軸28的頂部。內(nèi) 殼體12的下部限定油槽40，其中充滿了液面稍微高過轉(zhuǎn)子42下端的潤(rùn) 滑油，孔36作為泵用于將潤(rùn)滑流體向上泵吸到曲柄軸28并流入孔38, 最后到達(dá)壓縮機(jī)的所有需要潤(rùn)滑的各個(gè)部分。
曲柄軸28由電動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，該電動(dòng)馬達(dá)包括定子46、貫穿其 中的繞組48和壓配合在曲柄軸28上的轉(zhuǎn)子42,并且該電動(dòng)馬達(dá)具有分 別位于上部和下部的平衡重50和52。
上軸承箱26的上表面設(shè)置有環(huán)形凹槽54，環(huán)形凹槽54上方設(shè)置有 具有從端板460向上延伸的螺旋葉片或渦旋齒458的動(dòng)渦盤構(gòu)件456。 從動(dòng)渦盤構(gòu)件456的端板460的下表面向下突出的是其中設(shè)置有軸頸軸 承462的圓筒形轂，具有內(nèi)孔的驅(qū)動(dòng)襯套64轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在該圓筒形轂 中，曲柄銷30驅(qū)動(dòng)地設(shè)置在該內(nèi)孔中。曲柄銷30在一個(gè)表面上具有平 坦部，該平坦部與形成在該孔的一部分上的平坦表面(未示出)驅(qū)動(dòng)接 合從而提供徑向柔性補(bǔ)償?shù)尿?qū)動(dòng)配置，諸如受讓人的美國(guó)專利證書 4,877,382中所示，該專利中所公開的內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。動(dòng)渦 盤構(gòu)件456和上軸承箱26之間還設(shè)置有歐氏聯(lián)軸節(jié)68，并且歐氏聯(lián)軸 節(jié)68鍵連接到動(dòng)渦盤構(gòu)件456和上軸承箱26以阻止動(dòng)渦盤構(gòu)件456的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
靜渦盤構(gòu)件470同樣設(shè)置為具有從端板474向下延伸的渦旋齒472 ， 該渦旋齒472設(shè)置在與動(dòng)渦盤構(gòu)件456的渦旋齒458嚙合的位置。靜渦 盤構(gòu)件470具有位于其中央的排放通道476，該通道476與延伸穿過端 蓋14的排放管接頭18連通。靜渦盤構(gòu)件470通過多個(gè)螺栓80以固定方式緊固到兩件式上軸承 箱26，螺栓80禁止靜渦盤構(gòu)件470相對(duì)于上軸承箱26的所有運(yùn)動(dòng)。動(dòng) 渦盤構(gòu)件456位于靜渦盤構(gòu)件470和上軸承箱26之間。如上所述，動(dòng) 渦盤構(gòu)件456可相對(duì)于壓縮機(jī)410的徑向柔性補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)件沿徑向移動(dòng)。 動(dòng)渦盤構(gòu)件456也可通過位于環(huán)形凹槽54內(nèi)的浮動(dòng)式推力密封件482 沿軸向移動(dòng)。
浮動(dòng)式推力密封件482包括一對(duì)環(huán)形閥體484,其中一個(gè)環(huán)形閥體 484在486處與凹槽54的內(nèi)壁密封接合，另一個(gè)環(huán)形閥體484在488 處與凹槽54的外壁密封接合。環(huán)形閥體484限定了內(nèi)表面密封部4卯 和外表面密封部492，這些表面密封部在供給凹槽54的流體壓力作用下 被迫壓而抵靠動(dòng)渦盤構(gòu)件456的端板460。 486處的密封使凹槽54的內(nèi) 壁得以密封，488處的密封使凹槽54的外壁得以密封，而且表面密封 4卯及492密封著動(dòng)渦盤構(gòu)件456的端板460從而將凹槽54與殼體12 內(nèi)的制冷劑的吸入壓力隔離開來。浮動(dòng)式推力密封件482的設(shè)計(jì)參數(shù)是 以這種方式來選擇的，在內(nèi)部加壓的情況下，環(huán)形閥體484通過表面密 封部490和492與端板460或動(dòng)渦盤構(gòu)件456持續(xù)保持接觸。施加給動(dòng) 渦盤構(gòu)件456的大部分軸向偏置載荷是由凹槽54內(nèi)的制冷劑氣壓提供 的，而不是由表面密封部490和492與動(dòng)渦盤構(gòu)件456的端板460之間 的機(jī)械接觸提供。這減少了表面密封部4卯和492與動(dòng)渦盤構(gòu)件456的 端板460的相應(yīng)表面的機(jī)械摩擦及磨損。使用一條或多條通道96即可 實(shí)現(xiàn)凹槽54的加壓，所述通道96從端板460的開通到凹槽54的區(qū)域 延伸穿過端板460并穿過動(dòng)渦盤構(gòu)件456的渦旋齒58。
渦旋壓縮機(jī)410結(jié)合有靜壓推力軸承500或靜渦盤構(gòu)件470。靜壓
推力表面502處。這樣靜壓軸承500便在靜渦旋齒472外部的位置。靜 壓軸承500包括一個(gè)或多個(gè)布置在推力表面502上的凹槽504、 一個(gè)或 多個(gè)諸如節(jié)流孔、管子、閥門、毛細(xì)管或其它本領(lǐng)域公知的節(jié)流裝置等 節(jié)流裝置506、高壓油源508以及一個(gè)或多個(gè)將高壓油源508連接到一 個(gè)或多個(gè)凹槽504的油道510。油分離器512可用于高壓油源508，并 且如圖23所示，油分離器512位于渦旋壓縮機(jī)410的排放端。
如上所述，渦旋壓縮機(jī)會(huì)通過其壓縮機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)試圖分離兩個(gè)相 匹配的渦盤的臨時(shí)軸向力。在動(dòng)渦盤構(gòu)件回轉(zhuǎn)一周的過程中該軸向力會(huì)隨著運(yùn)行條件而產(chǎn)生10-30%的起伏變動(dòng)。為了克服該分離力并使渦盤 保持匹配在一起，通常從靜渦盤構(gòu)件的一側(cè)或從動(dòng)渦盤構(gòu)件的一側(cè)施加 但定的反向壓力。為了利用抵抗上下波動(dòng)的分離力的恒定反向壓力使渦 盤構(gòu)件持續(xù)保持在一起，則要選擇所產(chǎn)生的力等于或大于該上下波動(dòng)的 分離力的峰值的反向壓力。結(jié)果，在除了峰值力產(chǎn)生時(shí)的其它時(shí)間內(nèi)過 多的夾緊力將施加給渦盤構(gòu)件，從而導(dǎo)致機(jī)械損失。如果渦旋壓縮機(jī)相 對(duì)于有用工作輸出產(chǎn)生很大的軸向力-諸如co2制冷劑的渦旋壓縮
機(jī)，，那么該損失將變得更為顯著。
優(yōu)選地，四個(gè)獨(dú)立的凹槽504a-d設(shè)置在靜渦盤構(gòu)件470的推力表面 502上。凹槽504a-d定位成沿周向環(huán)繞渦旋齒472。通過^f吏用獨(dú)立的凹 槽504a-d，承載渦盤構(gòu)件產(chǎn)生的偏心的偏置栽荷的能力將得到提高。每 個(gè)凹槽具有其自己的節(jié)流裝置506以便為每個(gè)凹槽504自身提供獨(dú)立的 送油能力。該特征對(duì)于偏心載荷同樣是必要的。每個(gè)凹槽504的邊岸高 度調(diào)節(jié)成與靜渦旋齒472的頂表面齊平。
共用油道514通過連接到油分離器516的高壓油管線516連接到每 個(gè)凹槽504。如上面具體所述，來自凹槽54的恒定的反向壓力施加給動(dòng) 渦盤構(gòu)件456的端板460。
靜壓推力軸承500將會(huì)向抵抗兩個(gè)匹配表面—端板460和推力表面 502之間的間隙的載荷承載能力提供剛性。靜壓推力軸承500將會(huì)在兩 個(gè)表面間的間隙減小時(shí)承載額外的載荷。當(dāng)過度的力從凹槽54內(nèi)的流 體壓力施加給動(dòng)渦盤構(gòu)件456時(shí)，動(dòng)渦盤構(gòu)件456靠近靜渦盤構(gòu)件470。 靜壓推力軸承500將會(huì)在動(dòng)渦盤構(gòu)件456靠近靜渦盤構(gòu)件470時(shí)產(chǎn)生增 大的反作用力。偏置力和反作用力將會(huì)在一定間隙的位置處達(dá)到平衡， 在該位置動(dòng)渦盤構(gòu)件456停止其軸向移動(dòng)。結(jié)果，動(dòng)渦盤構(gòu)件456相對(duì) 于靜渦盤構(gòu)件470停留在浮動(dòng)狀態(tài)，渦旋齒458與端板474之間以及渦 旋齒472與端板460之間沒有傳遞力。動(dòng)渦盤構(gòu)件456的這種浮動(dòng)狀態(tài) 消除了渦盤頂端和端板間的摩擦損失。
當(dāng)凹槽54內(nèi)的加壓流體產(chǎn)生的偏置載荷很大時(shí)，這種減小就變?yōu)?br> 更加重要的因素。這對(duì)于諸如C02制冷劑的壓縮機(jī)之類的產(chǎn)生波動(dòng)很大
的分離力的渦旋壓縮機(jī)來說更是如此。靜壓推力軸承500通過允許動(dòng)渦 盤構(gòu)件456的浮動(dòng)位置產(chǎn)生變化來吸收這種波動(dòng)力。如果這種浮動(dòng)位置 的變化變得過大，渦旋壓縮機(jī)的性能將會(huì)因?yàn)橄噜彍u盤凹穴間的壓縮氣體的泄漏而劣化。如果這種滑動(dòng)位置的變化變得過大，可以通過設(shè)計(jì)凹
槽504和節(jié)流裝置506達(dá)到最大剛度來阻止氣體泄漏，這隨后將使浮動(dòng) 位置相對(duì)于載荷波動(dòng)的變化最小化。
靜壓推力軸承500可有意地設(shè)計(jì)為或多或少在抵抗分離力的載荷承 受能力方面很小。于是靜壓推力軸承500將承載兩個(gè)接觸的匹配渦盤構(gòu) 件處的部分分離力。盡管在這種設(shè)計(jì)中靜壓軸承500沒有完全消除頂部 摩擦，但是其仍然能通過接收渦盤頂部的軸向應(yīng)力而大大減輕摩擦。
盡管本發(fā)明例舉的是位于具有可軸向移動(dòng)的動(dòng)渦盤構(gòu)件的靜渦盤 構(gòu)件上的靜壓推力軸承，但是靜壓軸承500可以結(jié)合到不沿軸向移動(dòng)但 與可軸向移動(dòng)的靜渦盤構(gòu)件匹配的動(dòng)渦盤構(gòu)件中。
本發(fā)明的描述實(shí)質(zhì)上僅僅是示例性的，因此，不背離本發(fā)明要點(diǎn)的 變型也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這些變型不能視作背離了本發(fā)明的精神和 范圍。
權(quán)利要求
1.一種渦旋壓縮機(jī)，包括第一渦盤構(gòu)件，其具有從第一端蓋向外突出的第一螺旋齒；第二渦盤構(gòu)件，其具有從第二端蓋向外突出的第二螺旋齒，所述第二螺旋齒與所述第一螺旋齒相互嚙合；驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，其使所述渦盤構(gòu)件相對(duì)彼此繞動(dòng)，從而所述螺旋齒將在吸入壓力區(qū)和排放壓力區(qū)之間生成容積逐漸變化的凹穴；第一偏置腔，其位于所述第一渦盤構(gòu)件附近；用于向所述偏置腔供給加壓流體的裝置，所述加壓流體將所述第一渦盤構(gòu)件向所述第二渦盤構(gòu)件偏置；以及用于改變所述加壓流體的壓力的裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述供給裝置包括在 所述凹穴中的 一個(gè)和所述第 一偏置腔之間延伸的第 一通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述改變裝置包括在 所述第一偏置腔和所述吸入壓力區(qū)之間延伸的第二通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的第一渦盤構(gòu)件，進(jìn)一步包括用于開啟和關(guān)閉 所述第二通道的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道通過所 述第一渦盤構(gòu)件的繞動(dòng)來開啟和關(guān)閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道包括延 伸穿過所述第 一端板的貫穿通道和延伸到所述第二端板內(nèi)的凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道由所述第一渦盤構(gòu)件的繞動(dòng)來開啟和關(guān)閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求l所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述改變裝置包括在 所述第一偏置腔和所述吸入壓力區(qū)之間延伸的第二通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的第一渦盤構(gòu)件，進(jìn)一步包括用于開啟和關(guān)閉 所述第二通道的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道由所 述第一渦盤構(gòu)件的繞動(dòng)來開啟和關(guān)閉。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道包括 延伸穿過所述第 一端板的貫穿通道和延伸到所述第二端板內(nèi)的凹槽。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道由所 述第一渦盤構(gòu)件的繞動(dòng)來開啟和關(guān)閉。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的第一渦盤構(gòu)件，進(jìn)一步包括殼體，所述殼 體和所述第二渦盤構(gòu)件限定出第二偏置腔，所述第二偏置腔被供給加壓流 體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的第一渦盤構(gòu)件，進(jìn)一步包括在所述凹穴中 的 一個(gè)和所述第二偏置腔之間延伸的第三通道。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述供給裝置包括 在所述凹穴中的 一個(gè)和所述第 一偏置腔之間延/f申的第 一通道。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述改變裝置包括 在所述第一偏置腔和所述吸入壓力區(qū)之間延伸的第二通道。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的第一渦盤構(gòu)件，進(jìn)一步包括用于開啟和關(guān) 閉所述第二通道的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道由所 述第一渦盤構(gòu)件的繞動(dòng)來開啟和關(guān)閉。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道包括 延伸穿過所述第 一端板的貫穿通道和延伸到所述第二端板內(nèi)的凹槽。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道由所 述第一渦盤構(gòu)件的繞動(dòng)來開啟和關(guān)閉。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述改變裝置包括 在所述第一偏置腔和所述吸入壓力區(qū)之間延伸的第二通道。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的第一渦盤構(gòu)件，進(jìn)一步包括用于開啟和關(guān) 閉所述第二通道的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道由所 述第一渦盤構(gòu)件的繞動(dòng)來打開和關(guān)閉。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道包括 延伸穿過所述第 一端板的貫穿通道和延伸到所述第二端板內(nèi)的凹槽。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的第一渦盤構(gòu)件，其中，所述第二通道由所 述第一渦盤構(gòu)件的繞動(dòng)來開啟和關(guān)閉。
全文摘要
一種渦旋壓縮機(jī)，其具有用于動(dòng)渦盤構(gòu)件和靜渦盤構(gòu)件的流體壓力偏置系統(tǒng)。該偏置系統(tǒng)可以利用來自渦旋壓縮機(jī)的凹穴的加壓氣體或者它可以利用外部加壓油源。在一種附加實(shí)施例中，靜壓軸承位于動(dòng)渦盤構(gòu)件和靜渦盤構(gòu)件之間。
文檔編號(hào)F04C18/02GK101297117SQ200680039877
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者基里爾·M·伊格納季耶夫, 詹姆斯·F·福格特, 馬?！ぐP 申請(qǐng)人:艾默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)有限公司