專利名稱：渦旋壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高壓渦旋壓縮機。更具體地說，本發(fā)明涉及一種渦旋機械，該渦旋機械包括處理高壓渦旋壓縮機內(nèi)產(chǎn)生的高軸向力的偏置渦盤構件。
背景技術：
在本領域中存在一類通稱為“渦旋”機械的機器，這種渦旋機械用于移動各種類型的流體。這些機械可以配置為膨脹器、容積式發(fā)動機、泵、壓縮機等，本發(fā)明的特征適用于這些機械中的任一種。然而，為了舉例說明，所公開的實施例的形式是密封式制冷劑壓縮機。 總的來說，渦旋機械包括構造類似的兩種螺旋式渦旋齒，每種渦旋齒分別安裝在獨立的端板上從而限定出渦盤構件。這兩種渦盤構件以渦旋齒中的一種相對于另一種旋轉(zhuǎn)地移動了 180度而互相裝配在一起。該機械通過使一個渦盤構件(“動渦盤”)相對于另一個渦盤構件(“定渦盤”或“靜渦盤”)繞動而使相應渦旋齒的側面之間的線接觸移動，從而限定出移動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，并且運轉(zhuǎn)過程中理論上來說渦盤構件之間沒有相對轉(zhuǎn)動；即，該運動是純粹的曲線平移(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置有流體入口的渦旋機械的第一區(qū)轉(zhuǎn)移至設置有流體出口的該機械的第二區(qū)。密封凹穴的容積隨著其從第一區(qū)移動至第二區(qū)而改變。在任一個瞬間都會有至少一對密封凹穴；而且當某一時刻出現(xiàn)若干對密封凹穴時，每一對都會有不同的容積。在壓縮機內(nèi)，第二區(qū)比第一區(qū)的壓力高從而其實體上位于該機械的中央，而第一區(qū)位于該機械外圍處。兩種類型的接觸限定了渦盤構件之間的流體凹穴，渦旋齒的螺旋面或側面之間的由徑向力引起的沿軸向延伸的切線接觸(“側面密封”)，以及由軸向力引起的每個渦旋齒的平面邊緣表面(“頂端”)與相對的端板之間的區(qū)域接觸(“頂端密封”)。為了獲得高的效率，必須對兩種類型的接觸進行良好的密封。渦旋式機械中的一個設計上的難點是關于在所有運行條件下以及在可變速機械內(nèi)所有速度下實現(xiàn)頂端密封的技術。通常，可以通過以下方式實現(xiàn)，(I)采用極其精確且非常昂貴的機加工技術，(2)對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)流體向相對的渦盤沿軸向偏置動渦盤構件或靜渦盤構件來施加軸向恢復力。利用軸向恢復力首先需要將兩個渦盤構件中的一個安裝成可相對于另一個軸向運動。當壓縮機被設計為能壓縮像二氧化碳之類的制冷劑的高壓壓縮機時，就對渦旋壓縮機的軸向偏置系統(tǒng)及其它部件有附加的要求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明給該領域提供一種設計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。本發(fā)明的渦旋壓縮機包括較短較厚的渦盤葉片和沿軸向?qū)χu盤構件偏置的動渦盤構件。在需要時可以給該渦旋壓縮機增加蒸汽注射系統(tǒng)以增強其功能。另外，在需要時該渦旋壓縮機可以裝配用于冷卻和潤滑的油注射系統(tǒng)。


通過參閱下面的詳細描述和附圖將會更全面地理解本發(fā)明，附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明的渦旋壓縮機的豎直剖面圖；圖2是圖I中所示渦旋壓縮機的渦盤構件的放大圖，圖中示出了偏置系統(tǒng)；圖3a是圖I中所示偏置系統(tǒng)的放大圖；
圖3b是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的偏置系統(tǒng)的放大圖；圖4a_4c是圖3a中所不潤盤構件和偏置系統(tǒng)的俯視圖；圖5是圖I中所示渦旋壓縮機的渦盤構件的放大圖，圖中示出了加壓端口 ；圖6是圖I中所示渦旋壓縮機的渦盤構件的放大圖，圖中示出了可選的蒸汽注射系統(tǒng)；圖7a_7c是圖6中所示渦盤構件和蒸汽注射系統(tǒng)的俯視圖；圖8是圖I中所示渦旋壓縮機的渦盤構件的放大圖，圖中示出了可選的高壓油偏置系統(tǒng)；圖9是用于圖8中所示壓縮機的可選的油壓偏置系統(tǒng)的油壓調(diào)節(jié)器的側視剖面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的渦旋壓縮機的渦盤構件的放大圖；圖Ila是用于本發(fā)明的動渦盤構件的受力圖的俯視圖；圖Ilb是沿徑向軸線的動渦盤構件的受力圖的側視圖；圖Ilc是沿切向軸線的動渦盤構件的受力圖的側視圖；圖12是示出圖10中所示動渦盤構件上的受力軌跡的俯視圖；圖13是圖10中所示動渦盤構件的側視剖面圖；圖14是圖10中所示動渦盤構件的俯視圖；圖15是圖10中所示靜渦盤構件的側視剖面圖；圖16是圖10中所示靜渦盤構件的俯視圖；圖17是圖10中所示主軸承箱的側視剖面圖；圖18是圖10中所示主軸承箱的俯視圖；圖19a_19d示出了用于圖10中所示渦旋壓縮機的通道、凹槽、密封唇之間的關系;圖20示出了在動渦盤構件繞動的過程中凹槽內(nèi)的壓力之間的關系；圖21示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的動渦盤構件的側視剖面圖；圖22示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的靜渦盤構件的凹槽的方位的俯視圖；圖23示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的渦旋壓縮機的側視剖面圖；圖24是示出了圖23中所示油壓端口的局部剖視俯視圖。
具體實施例方式下面對優(yōu)選實施例的描述本質(zhì)上僅是示例性的，而決非試圖限制本發(fā)明、其應用、或用途?，F(xiàn)在參照附圖，其中在全部附圖中相同的附圖標記指代相同或相應的部件，圖I中示出的是根據(jù)本發(fā)明的渦旋壓縮機，其整體上由附圖標記10標示。壓縮機10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安裝底座16。蓋子14設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?shù)鼐o固到殼體12的下軸承箱24和適當?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)動軸或曲柄軸28以可轉(zhuǎn)動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的下部限定一個油槽40，其中充滿了液面稍微高過轉(zhuǎn)子42下端的潤滑油，孔36作為泵用于將潤滑流體向上泵吸到曲柄軸28并流入孔38，最后到達壓縮機的所有需要潤滑的各個部分。曲柄軸28由電動馬達旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，該電動馬達包括定子46、貫穿其中的繞組48和壓配合在曲柄軸28上的轉(zhuǎn)子42，并且該電動馬達具有分別位于上部和下部的平衡重50和52。上軸承箱26的上表面設置有環(huán)形凹槽54，動渦盤構件56位于環(huán)形凹槽54上方，動渦盤構件56具有從端板60向上延伸的常規(guī)螺旋葉片或渦旋齒58。從動渦盤構件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)動襯套64轉(zhuǎn)動地置于該圓筒形轂中，而曲柄銷30驅(qū)動地置于該內(nèi)孔中。曲柄銷30在一個表面上具有平坦部，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)動接合從而提供徑向柔性補償(compliant)的驅(qū)動配置，諸如受讓人的美國專利證書4，877，382中所示，該專利中所公開的內(nèi)容通過引用結合到本文中。動渦盤構件56和上軸承箱26之間還設置有歐氏聯(lián)軸節(jié)68，并且歐氏聯(lián)軸節(jié)68鍵連接到動渦盤構件56和上軸承箱26以阻止動渦盤構件56的旋轉(zhuǎn)運動。靜渦盤構件70同樣設置為具有從端板74向下延伸的渦旋齒72，該渦旋齒72設置在與動渦盤構件56的渦旋齒58嚙合的位置。靜渦盤構件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)在參照圖l_3a，其中更詳細地示出了動渦盤構件56和靜渦盤構件70。靜渦盤構件70通過多個螺栓80以固定方式緊固到兩件式上軸承箱26，螺栓80禁止靜渦盤構件70相對于上軸承箱26的所有運動。動渦盤構件56位于靜渦盤構件70和上軸承箱26之間。如上所述，動渦盤構件56可相對于壓縮機10的徑向柔性補償驅(qū)動件沿徑向移動。動渦盤構件56也可通過位于環(huán)形凹槽54內(nèi)的浮動式推力密封件82沿軸向移動。浮動式推力密封件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通道94供給凹槽54的流體壓力的作用下被迫壓而抵靠動渦盤構件56的端板60，所述多個通道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90和92封閉著動渦盤構件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。浮動式推力密封件82的設計參數(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或動渦盤構件56持續(xù)保持接觸。施加給動渦盤構件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90和92與動渦盤構件56的端板60之間的機械接觸提供。這減少了表面密封部90和92與動渦盤構件56的端板60的相應表面的機械摩擦及磨損。使用一條或多條通道96即可實現(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并穿過動渦盤構件56的渦旋齒58?，F(xiàn)在參照圖3b，該圖公開了一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例的偏置系統(tǒng)。圖3b示出了與浮動式推力密封件82相同的浮動式推力密封件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。浮動式推力密封件82'包括環(huán)形閥體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通道94供給凹槽54的流體壓力作用下被迫壓而抵靠動渦盤構件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90和92封閉著動渦盤構件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能夠彼此獨立地工作。浮動式推力密封件82的設計參數(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90和92與端板60或動渦盤構件56持續(xù)保持接觸。施加給動渦盤構件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與動渦盤構件56的端板60之間的機械接觸提供。這減少了表面密封部90和92與動渦盤構件56的端板60的相應表面的機械摩擦及磨損。使用一條或多條通道96即可實現(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和動渦盤構件56的渦旋齒58。在動渦盤構件56相對于靜渦盤構件70繞動的過程中，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件70的端板74內(nèi)機加工出的凹槽98連接到由渦旋齒58和72限定的移動凹穴之一。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凹穴和凹槽54中的壓縮氣體之間的氣體流通的開啟和關閉。此外，移動凹穴和凹槽54之間壓力均等化的過渡時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。開啟和關閉時間以及過渡時間可以選擇成使得施加給動渦盤構件56的端板60的過多的軸向力最小化，而同時該軸向力又能使動渦盤構件56與靜渦盤構件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之間的連通關閉的情形?，F(xiàn)在參照圖5,該圖不出了軸向壓力偏置系統(tǒng)110。在壓縮機10運作期間，吸入氣體被吸入渦盤構件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。因為來自壓縮氣體的軸向力主要位于動渦盤構件56的中央，而且浮動式推力密封件82對動渦盤構件56的軸向支撐位于動渦盤構件56的外周，所以動渦盤構件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，由于熱場的作用，動渦旋齒58和靜渦旋齒72都產(chǎn)生了熱膨脹，在渦盤構件56和70的中央部分熱膨脹更大。由于來自移動凹穴中的壓縮氣體的軸向分離力的作用，靜渦盤構件70的端板74的下表面也變成了凹面。然而，靜渦盤構件70的端板74后面的氣體壓力也能影響端板74的變形。靜渦盤構件70用密封件112密封地緊固到端蓋14上。靜渦盤構件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從一個或多個由渦旋齒58和72限定的移動凹穴供給壓力腔114。在給定的運行條件下，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。為了實現(xiàn)與相應的端板60和74的均勻接觸可以通過在端板74中適當?shù)囟ㄎ煌ǖ?16來選擇必需的氣壓?，F(xiàn)在參照圖6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上以便向渦盤構件56和70供給加壓蒸汽。流體注射端口 122與動渦盤構件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又與一對通向由渦旋齒58和72限定的移動流體凹 穴的軸向通道128連通。為了將必需量的蒸汽引入移動凹穴內(nèi)，必須控制端口 122和通道124之間連通的開啟和關閉。端口 122到通道124的開啟應當正好在移動凹穴通過與壓縮機10的吸入?yún)^(qū)密封而形成之后開始。端口 122到通道124的關閉應當發(fā)生在動渦盤構件56轉(zhuǎn)動大約90度之后。由于動渦盤構件56相對于靜渦盤構件70的相對繞動，通過合適地選擇端口 122、通道124和通道128的相對位置可以控制蒸汽注射系統(tǒng)120的開啟和關閉。開啟和關閉蒸汽注射系統(tǒng)120從而向移動凹穴供給蒸汽可以通過下述方式來實現(xiàn)，即通過靜渦盤構件的渦旋齒72來降低和揭開動渦盤構件56的端板60上的通道128或者開啟和關閉端口 122與通道124之間的連通或者上述兩種方式結合使用。圖7a示出了對應于由渦旋齒58和72限定的移動凹穴最初與壓縮機10的吸入?yún)^(qū)密封的位置點時的渦盤構件56和70。端口 122和通道124之間的連通剛剛開始進行并且通道128正好開始被渦旋齒72揭開。圖7b示出了對應于在圖7a中所示最初封閉點之后轉(zhuǎn)動了 45度的位置處的渦盤構件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示出了對應于在圖7a中所示最初封閉點之后轉(zhuǎn)動了 90度的位置處的渦盤構件56和70。端口 122正好關閉了與通道124的連通以停止蒸汽注射系統(tǒng)120的蒸汽注射?，F(xiàn)在參照圖8和9，圖8和9示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的渦旋壓縮機210。渦旋壓縮機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10相同。渦旋壓縮機210包括替代靜渦盤構件70的靜渦盤構件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限定的移動腔以便進行冷卻和潤滑。雖然通道94和96示出為用于注油，但是在需要時設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210的移動凹穴內(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。當動渦盤構件56與靜渦盤構件70'緊密接觸時，溝槽216與壓縮機210的吸入?yún)^(qū)密封。然而，當渦盤沿軸向分離時，溝槽216便開通到壓縮機210的吸入?yún)^(qū)以提供泄漏路徑?，F(xiàn)在參照圖9,油壓調(diào)節(jié)器230包括箱體232和差動活塞234。如圖9所示,在活塞234左側，設置有靜壓推力支承腔236和潤滑溝槽感測腔238。潤滑溝槽感測腔238通過油壓通道214連接到油溝槽216。潤滑溝槽感測腔238還通過測流口 240連接到高壓油槽228。如圖9所示，在活塞234右側，設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)向左側迫壓活塞234的彈簧244的預載荷。調(diào)節(jié)活塞242和活塞234 —起形成腔246和腔248。在運行過程中腔246連接到高壓油槽228并且腔248連接到壓縮機210的吸入側。活塞234中設置有圓形溝槽250，圓形溝槽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210的吸入側。穿過箱體232的第二徑向通道256連接到高壓油槽228。在運行過程中，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相對于通道254和256開口的位置。差動活塞的直徑以及其它設計參數(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，導致環(huán)形凹槽54內(nèi)可以產(chǎn)生作用于動渦盤構件56和浮動式推力密封件82上的最佳壓力，從而提供對動渦盤構件56的合適偏置，以便壓縮機210高效運轉(zhuǎn)。當渦盤構件56和70'緊密接觸時，圓形溝槽216和腔238中的油壓接近設計壓力。然而，在渦盤沿軸向分離的情況下，由于存在測流口 240，從溝槽216向壓縮機210的吸入部分的油泄漏將導致溝槽216和腔238中的壓力下降。這改變了活塞234上的受力平衡，導致溝槽250與通道256對準，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，導致夾緊力增加以便使渦盤回復到結合狀態(tài)。隨著渦盤回復到結合狀態(tài)，溝槽216和腔238內(nèi)的壓力將恢復到高壓油槽228的壓力，如圖9所示，這將使活塞234向右移動直到溝槽250與通道254對準從而將腔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)的壓力回復到設計壓力?，F(xiàn)在參照圖10，圖中示出的是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的渦旋壓縮機310。渦旋壓縮機310除了結合有用于動渦盤構件的不同的偏置系統(tǒng)以外其它方面都與渦旋壓縮機10相同。壓縮機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安裝底座16。蓋子14設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?shù)鼐o固到殼體12的下軸承箱24和適當?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)動軸或曲柄軸28以可轉(zhuǎn)動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的下端的潤滑油，并且孔36作為泵用于將潤滑流體向上泵吸到曲柄軸28并流入孔38，最后到達壓縮機的所有需要潤滑的各個部分。曲柄軸28由電動馬達旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，該電動馬達包括定子46、貫穿其中的繞組48和壓配合在曲柄軸28上的轉(zhuǎn)子42，并且該電動馬達具有分別位于上部和下部的平衡重50和52。上軸承箱26的上表面設置有環(huán)形凹槽54，環(huán)形凹槽54上方設置有具有從端板360向上延伸的螺旋葉片或渦旋齒358的動渦盤構件356。從動渦盤構件356的端板360的下表面向下突出的是其中設置有軸頸軸承362的圓筒形轂，具有內(nèi)孔的驅(qū)動襯套64轉(zhuǎn)動地設置在該圓筒形轂中，曲柄銷30驅(qū)動地設置在該內(nèi)孔中。曲柄銷30在一個表面上具有平坦部，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)動接合從而提供徑向柔性補償?shù)尿?qū)動配置，諸如受讓人的美國專利證書4，877，382中所示，該專利中所公開的 內(nèi)容通過引用結合到本文中。動渦盤構件356和上軸承箱26之間還設置有歐氏聯(lián)軸節(jié)68，并且歐氏聯(lián)軸節(jié)68鍵連接到動渦盤構件356和上軸承箱26以阻止動渦盤構件356的旋轉(zhuǎn)運動。靜渦盤構件370同樣設置為具有從端板374向下延伸的渦旋齒372，該渦旋齒372設置在與動渦盤構件356的渦旋齒358嚙合的位置。靜渦盤構件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。靜渦盤構件370通過多個螺栓80以固定方式緊固到兩件式上軸承箱26，螺栓80禁止靜渦盤構件370相對于上軸承箱26的所有運動。動渦盤構件356位于靜渦盤構件370和上軸承箱26之間。如上所述，動渦盤構件356可相對于壓縮機310的徑向柔性補償驅(qū)動件沿徑向移動。動渦盤構件356也可通過位于環(huán)形凹槽54內(nèi)的浮動式推力密封件382沿軸向移動。浮動式推力密封件382包括一對環(huán)形閥體384，其中一個環(huán)形閥體384在386處與凹槽54的內(nèi)壁密封接合，另一個環(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390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渦盤構件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390及392密封著動渦盤構件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。浮動式推力密封件382的設計參數(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390和392與端板360或動渦盤構件356持續(xù)保持接觸。施加給動渦盤構件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390和392與動渦盤構件356的端板360之間的機械接觸提供。這減少了表面密封部390和392與動渦盤構件356的端板360的相應表面的機械摩擦及磨損。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或多個，如圖l-4c所示。并且，渦旋壓縮機10可包括上述用于壓縮機210的可選擇的油注射系統(tǒng)212。在動渦盤構件356相對于靜渦盤構件370繞動的過程中，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件370的端板374內(nèi)機加工出的多個凹槽398中的一個。通道396和凹槽398的位置、尺寸和形狀將決定渦旋壓縮機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閉以及凹槽54和凹槽398之間的氣體連通的開啟和關閉。此外，渦旋壓縮機310的吸入?yún)^(qū)和凹槽398之間壓力均等化的過渡時間以及凹槽54和凹槽398之間壓力均等化的過渡時間由通道396和凹槽398的位置、尺寸和形狀控制。開啟和關閉的時間結合過渡時間可選擇成使得施加給動渦盤構件356的端板360的過度軸向力最小化，而同時該軸向力又能使動渦盤構件356與靜渦盤構件370持續(xù)保持接觸。由于壓縮工序的作用，渦旋壓縮機會產(chǎn)生一個試圖分離兩個匹配渦盤的臨時軸向力。在回轉(zhuǎn)一周的過程中該軸向力會因運行條件而產(chǎn)生10-30 %的起伏變動。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)從動渦盤構件的背側施加一個恒定的氣壓，該密封系統(tǒng)通常設置在渦旋壓縮機的靜止部分。為了利用抵抗上下波動的分離力的恒定壓力使渦盤構件持續(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的分離力的峰值。結果，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Ila-Ilc所示的“渦盤特有的”(“scroll particular”)傾復力矩的存在。因為分離力Fsp和保持力Fhqiii獨立地作用在繞動半徑Rqk的一半處，所以為了平衡來自兩個力Fsi^PFhqui的力矩，過度力Fth的作用點必須出現(xiàn)在軸線(以X示出)的相反側。如圖Ilb所示，軸向上的力平衡可以通過下列等式[I]表示。Fhold — Fth+Fsp [I]圖Ilb中示出的位置X變得從中央軸線偏置，這樣一來保持力Fmil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。
D
「 mfy ** 磬A MD
—■ —=—..................————+及["21
側I*』
Jl將等式[I]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。
R
纖 EfITf
T..................—Iir 麵孝_|^ jrJpmIFZ =-+I01P]
^HOLD —Fth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。Y Fth = C Ftan [4]這個等式可以寫做
p. P
wwI*^_糊糊糊議糊糊糊丨丨丨丨丨……丨……丨……丨…丨II
Fm將等式[I]代入該等式就可以得到位置Y。
權利要求
1.一種壓縮機，包括 殼體組件； 靜渦盤構件，所述靜渦盤構件相對于所述殼體組件在軸向上固定并且包括第一端板、從所述第一端板的第一側延伸的第一渦旋齒、排放通道、以及輔助通道，所述第一端板和所述殼體組件共同限定出與所述輔助通道流體連通的腔；以及 動渦盤構件，所述動渦盤構件包括第二端板；第二渦旋齒，所述第二渦旋齒從所述第二端板延伸并與所述第一渦旋齒嚙合以形成與所述壓縮機的吸入壓力區(qū)流體連通的吸入凹穴；中間壓縮凹穴；以及與所述排放通道流體連通的排放凹穴，所述輔助通道與所述中間壓縮凹穴中的一個流體連通以向所述腔提供加壓流體，從而使所述第一端板和所述第一渦旋齒朝所述動渦盤構件軸向地變形。
2.根據(jù)權利要求I所述的壓縮機，其中，所述腔與所述排放通道隔離。
3.根據(jù)權利要求I所述的壓縮機，其中，當所述靜渦盤構件產(chǎn)生熱膨脹時，所述腔內(nèi)的加壓流體促進所述第一渦旋齒與所述動渦盤構件之間的接合。
4.根據(jù)權利要求I所述的壓縮機，其中，所述第一渦旋齒包括位于遠端上的頂端，并且所述加壓流體影響所述靜渦盤構件的變形，以促進所述頂端向所述第二端板的靠近。
5.根據(jù)權利要求I所述的壓縮機，還包括排放管接頭，所述排放管接頭與所述靜渦盤構件中的所述排放通道流體連通并且延伸穿過所述殼體組件以使所述腔與所述排放通道隔離。
6.根據(jù)權利要求5所述的壓縮機，其中，所述排放管接頭延伸到所述排放通道中。
7.根據(jù)權利要求I所述的壓縮機，其中，所述靜渦盤構件在其外周區(qū)域處相對于所述殼體組件在軸向上固定。
8.根據(jù)權利要求7所述的壓縮機，還包括軸承箱和緊固件，所述軸承箱相對于所述殼體組件在軸向上固定，并且所述緊固件沿軸向延伸穿過所述靜渦盤構件的所述外周區(qū)域并將所述靜渦盤構件固定于所述軸承箱。
9.根據(jù)權利要求I所述的壓縮機，其中，所述動渦盤構件能夠相對于所述靜渦盤構件沿軸向移位。
10.根據(jù)權利要求9所述的壓縮機，還包括軸承箱，所述軸承箱相對于所述殼體組件在軸向上固定并且在其上支撐所述動渦盤構件，所述第二端板和所述軸承箱限定偏置腔，所述動渦盤構件包括偏置通道，所述偏置通道延伸穿過所述第二端板并與所述中間壓縮凹穴中的另一個流體連通，以將所述動渦盤構件沿軸向朝所述靜渦盤構件偏置。
11.一種壓縮機，包括 殼體組件； 靜渦盤構件，所述靜渦盤構件包括第一端板，所述第一端板相對于所述殼體組件在軸向上固定并且在其外周區(qū)域與所述殼體組件密封地接合；從所述第一端板的第一側延伸的第一渦旋齒、排放通道、以及輔助通道，所述第一端板的與所述第一側相反的第二側與所述殼體組件共同限定出與所述輔助通道流體連通的腔，所述腔從所述排放通道徑向向外地限定到所述外周區(qū)域；以及 動渦盤構件，所述動渦盤構件包括第二端板；第二渦旋齒，所述第二渦旋齒從所述第二端板延伸并與所述第一渦旋齒嚙合以形成與所述壓縮機的吸入壓力區(qū)流體連通的吸入凹穴；中間壓縮凹穴；以及與所述排放通道流體連通的排放凹穴，所述輔助通道與所述中間壓縮凹穴中的一個流體連通以向所述腔提供加壓流體，從而使所述第一端板和所述第一渦旋齒朝所述動渦盤構件軸向地變形。
12.根據(jù)權利要求11所述的壓縮機，其中，所述腔與所述排放通道隔離。
13.根據(jù)權利要求11所述的壓縮機，其中，所述第一端板的所述第二側與所述吸入壓力區(qū)隔離。
14.根據(jù)權利要求11所述的壓縮機，其中，所述排放通道位于所述靜渦盤構件的中央。
15.根據(jù)權利要求11所述的壓縮機，其中，所述第一渦旋齒包括位于遠端上的頂端，并且所述加壓流體影響所述靜渦盤構件的變形，以促進所述頂端向所述第二端板的靠近。
16.—種壓縮機,包括 殼體組件； 靜渦盤構件，所述靜渦盤構件相對于所述殼體組件在軸向上固定并且包括第一端板、從所述第一端板的第一側延伸的第一渦旋齒、排放通道、以及輔助通道，所述第一端板和所述殼體組件共同限定出與所述輔助通道流體連通的腔；以及 動渦盤構件，所述動渦盤構件包括第二端板；第二渦旋齒，所述第二渦旋齒從所述第二端板延伸并與所述第一渦旋齒嚙合以形成與所述壓縮機的吸入壓力區(qū)流體連通的吸入凹穴；中間壓縮凹穴；以及與所述排放通道流體連通的排放凹穴，所述輔助通道與所述中間壓縮凹穴中的一個流體連通以向所述腔室提供加壓流體，從而使所述第一端板和所述第一渦旋齒朝所述動渦盤構件軸向地變形；以及 排放管接頭，所述排放管接頭延伸到所述靜渦盤構件中的所述排放通道中并且延伸穿過所述殼體組件以使所述腔與所述排放通道隔離。
17.根據(jù)權利要求16所述的壓縮機，其中，所述靜渦盤構件在其外周區(qū)域處相對于所述殼體組件在軸向上固定。
18.根據(jù)權利要求16所述的壓縮機，其中，所述靜渦盤構件包括與所述第一端板的所述第一側相反的第二側，所述第二側與所述吸入壓力腔隔離。
19.根據(jù)權利要求16所述的壓縮機，其中，所述排放通道位于所述靜渦盤構件的中央。
20.根據(jù)權利要求16所述的壓縮機，其中，所述第一渦旋齒包括位于遠端上的頂端，并且所述加壓流體影響所述靜渦盤構件的變形，以促進所述頂端向所述第二端板的靠近。
全文摘要
一種渦旋壓縮機，其具有用于動渦盤構件和靜渦盤構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。在一種附加實施例中，靜壓軸承位于動渦盤構件和靜渦盤構件之間。
文檔編號F04C18/02GK102705234SQ20121019377
公開日2012年10月3日 申請日期2006年10月11日 優(yōu)先權日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 申請人:艾默生環(huán)境優(yōu)化技術有限公司