專利名稱：容積可調(diào)且壓縮比優(yōu)化的渦卷容積式流體壓縮裝置的制作方法
本專利申請(qǐng)系1992年8月17日所呈正在審查中之系列號(hào)為US.serial No.07/931，011的專利的繼續(xù)，而上述專利又為1992年8月14日所呈正在審查之系列號(hào)為U.S.serial No.07/930，758的專利的繼續(xù)。上述兩項(xiàng)專利申請(qǐng)?jiān)诖艘怨┍景钢畢⒖肌?br> 本發(fā)明總的涉及容積式流體壓縮裝置。更具體地說，本發(fā)明系一改進(jìn)的渦卷容積式流體壓縮裝置，它能依據(jù)負(fù)荷之需要調(diào)節(jié)流體工作或壓縮，同時(shí)又能夠在一寬廣的運(yùn)行范圍保持最優(yōu)的壓縮比。
渦卷容積式流體壓縮裝置的技術(shù)是眾所周知的，例如授與Creux的美國專利802，182揭示了一種渦卷裝置。該裝置包括兩個(gè)渦卷件，每個(gè)渦卷件有一個(gè)端面平盤和一個(gè)螺旋形或漸開線形的渦卷。這兩個(gè)渦卷具有相同的幾何形狀彼此相互嚙合且保持一定的角度和徑向偏移以在它們螺旋形的曲面之間形成多處線接觸。如此，相互嚙合的渦卷形成至少一對(duì)被密封住的流體氣室。當(dāng)一個(gè)渦卷相對(duì)于另一個(gè)渦卷作軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，上述接觸線就沿著螺旋曲面移動(dòng)，因而流體氣室容積隨之改變。容積之增加或減小取決于渦卷之間相對(duì)軌道運(yùn)動(dòng)的方向，這樣該裝置可以用來壓縮或膨脹流體。
下面參照

圖1a-1d對(duì)傳統(tǒng)的渦卷壓縮機(jī)的一般運(yùn)行原理作一些說明。圖1a-1d示意性地示出了相互嚙合的螺旋形的渦卷1和2作相對(duì)運(yùn)動(dòng)以壓縮流體的情況，渦卷1和2相互嚙合并在相互之間保持一定的角度偏移和徑向偏移。圖1a顯示了每個(gè)渦卷的外端與另一渦卷相接觸，也就是吸氣階段剛好完成，一對(duì)對(duì)稱的流體氣室A1和A2剛好形成。
圖1b-1d依次顯示了驅(qū)動(dòng)軸曲柄旋轉(zhuǎn)了一定角度后的渦卷位置。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣室A1、A2以徑向和角度地逐漸向嚙合渦卷的中心移動(dòng)，同時(shí)A1和A2的容積逐步減少。流體氣室A1和A2當(dāng)曲軸的角度越從圖1c所示的狀態(tài)到達(dá)1d所示的狀態(tài)時(shí)在中心部分A處合并在一起。當(dāng)主軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，上述合并后的氣室進(jìn)一步減少它的容積。在渦卷作相對(duì)的軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，圖1b和1d所示的形成在每一渦卷端部附近的外部空間逐步變化以形成新的密封氣室，其中封閉著行將被壓縮的下一個(gè)流體的容積(如同圖1c和1a所示)。圖2示意性地示出了在氣室中的一個(gè)，A1或A2匯向中心容積A時(shí)其中所發(fā)生的壓縮循環(huán)。同時(shí)，圖2也示出了氣室中流體壓力和容積之間的關(guān)系。
當(dāng)氣室被密封時(shí)，壓縮循環(huán)開始(圖1a)。在圖1a中，吸氣相剛剛結(jié)束，在吸氣相中氣室中的一個(gè)的流體壓力示于圖2中的H點(diǎn)。
在H點(diǎn)，氣室的容積是VH，當(dāng)渦卷旋轉(zhuǎn)到某一曲軸角度時(shí)氣室的容積連續(xù)地被減小，流體連續(xù)地被壓縮，這種情況示于圖2的L點(diǎn)。在狀態(tài)L時(shí)，氣室的容積VL被定義為是最終的壓縮氣室容積。
在經(jīng)過L點(diǎn)之后，氣室A1及A2彼此互相相連并同時(shí)與中心容積A相連，在中心容積中充滿著未排放的高壓流體。吸氣室容積VH和最終壓縮氣室容積VL之比被定義為裝置內(nèi)設(shè)的容積比RV。在狀態(tài)L的壓力PL和狀態(tài)H下的壓力PH之比被定義為壓力比。
再請(qǐng)參看圖2，當(dāng)曲軸角超過狀態(tài)L時(shí)，相連的氣室中的流體，即中心容積A，將經(jīng)受下列三個(gè)過程之一(1)理想壓縮過程當(dāng)流體在中心容積A的壓力(Pd1)等于最終壓縮氣室中的流體壓力時(shí)，壓縮過程稱為理想壓縮過程。如圖2中線L-L所示，此時(shí)流體在排氣過程中不經(jīng)歷任何壓力變化。在此過程中，渦卷件的內(nèi)設(shè)容積比完全同運(yùn)轉(zhuǎn)條件相符合。因此壓縮過程的能量效率最高。
(2)過壓縮過程在此一過程中，在點(diǎn)L處最終壓縮氣室中的壓力(PL)高于在中心容積的流體壓力(Pd2)。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)角超過點(diǎn)L時(shí)，最終壓縮氣室中的流體突然向中心容積膨脹，并且降低其壓力直至等于(Pd2)，如同圖2中M點(diǎn)所示。圖中陰影三角形LMO表示由于過壓縮過程所引起的能量損失。
(3)欠壓縮過程在此一過程中(PL)低于排氣壓力(Pd3)。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)角超過點(diǎn)L時(shí)，中心容積中的流體迅速向最終壓縮氣室膨脹。最終壓縮氣室中的流體壓力(PL)迅速上升達(dá)到Pd3，也就是圖2中所示的點(diǎn)N。最終壓縮氣室中的流體然后在線N-N排出。陰影三角形LNT表示了由于欠壓縮過程所引起的能量損失。為了獲得高的能量效率很重要的一點(diǎn)就是要把內(nèi)設(shè)容積比設(shè)計(jì)得盡量接近理想壓縮過程。在渦卷機(jī)械運(yùn)行中，其負(fù)荷是有所變化的。因而，為節(jié)省能源，人們希望能調(diào)節(jié)渦卷機(jī)械的輸出能力。例如，在制冷系統(tǒng)中，為減少制冷量，可以用反復(fù)起動(dòng)與停止壓縮機(jī)來實(shí)現(xiàn)，也可用減荷的方式使輸出與要求相一致。又如，在空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用中，為了減少供氣量，即可以用反復(fù)起動(dòng)與停止壓縮機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)，也可以用減荷的方式來使供求相等。反復(fù)頻繁的起動(dòng)與停機(jī)將會(huì)降低壓縮機(jī)的工作壽命并且浪費(fèi)能源。因而人們希望能夠調(diào)節(jié)壓縮機(jī)輸出能力以節(jié)約能源。
調(diào)節(jié)渦卷機(jī)械輸出能力的辦法之一就是減少氣流進(jìn)入在渦卷最外端形成的氣室之中，這種方法可以減少氣體的質(zhì)量流率，但并未相應(yīng)地減少能量消耗。因而，這一方法極少見于應(yīng)用。
另一種方法，見諸美國專利Pat.No4，468，178。這一方法通過調(diào)節(jié)渦卷機(jī)械容積的方法來調(diào)節(jié)其輸出能力。根據(jù)此專利，渦卷壓縮機(jī)固定渦卷的端面平盤上至少有一對(duì)通孔，還有一控制機(jī)構(gòu)控制這些孔的啟通和關(guān)閉。當(dāng)這些孔被關(guān)閉時(shí)，壓縮過程按通常那樣進(jìn)行，因此，壓縮容積不變。當(dāng)控制機(jī)構(gòu)打開這些孔時(shí)，密封的氣室中的氣體通過這些孔流回到吸氣室直至繞軌道運(yùn)動(dòng)的渦卷件的渦卷越過這些孔。此氣體氣室中的有效容積因此減小，壓縮過程始于某一中間容積。然而，壓縮容積的減小使有效壓縮容積對(duì)最終壓縮容積之比，亦即裝置內(nèi)設(shè)有效容積比相應(yīng)減小。為了糾正這一問題，專利’178中于排氣口上采用了一排氣閥(請(qǐng)參見’178專利圖1)。該排氣閥減小了由欠壓縮過程導(dǎo)致的能量損失，但并不能完全消滅這一損失。這是因?yàn)?，總有一些殘余氣體截留在“死容積”或余隙容積中，該死容積是由排氣閥下面的渦卷件的中心容積形成的。對(duì)于具有大容積的渦卷件來說，在容積即余隙容積是相當(dāng)可觀的。因而由此而產(chǎn)生的能量損失也是不可忽略的。
授與David H.Eber等人的美國專利4，389，171號(hào)揭示了另外一種裝置，該裝置借助于在渦卷機(jī)械從靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)降低壓縮程度以減小對(duì)初始起動(dòng)力矩的要求。此專利與本發(fā)明的內(nèi)容，即調(diào)節(jié)渦卷裝置的輸出能力無關(guān)，但是在這里仍有必要指出本專利與美國專利’171專利的不同之處。
在美國’171專利中，有一條通道從一個(gè)與在渦卷件之間形成的密閉的移動(dòng)容積及排氣室相連通的位置延伸過壓縮機(jī)的端面平盤。
當(dāng)壓縮機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，如果密封的移動(dòng)容積中的壓力高于排氣室中的排氣壓力，通道中的閥門打開允許流體流過。在壓縮機(jī)的運(yùn)行過程中，由于排氣室中的排氣壓力總是高于密封的移動(dòng)容積中的壓力，因而，這些閥門總是關(guān)閉而不讓流體流過的。
與此相對(duì)，在本發(fā)明中，所用的渦卷其壓縮比要比渦卷裝置實(shí)際運(yùn)行中的壓縮比大得多，因而在流體達(dá)到中心排氣室之前，在密閉移動(dòng)壓縮容積中的工作流體的壓力將超過排氣壓力。該通道上所裝的閥門總是打開以允許流體流過從而防止氣體被過壓縮的。
綜上所述，有必要發(fā)明一種裝置，它既能夠調(diào)節(jié)渦卷機(jī)械的輸出能力，同時(shí)又能在一個(gè)較大范圍的運(yùn)行條件下保持所需要的有效的內(nèi)設(shè)容積比。
因此，本發(fā)明的目的之一就是提供一種方法，利用該方法，可依據(jù)負(fù)荷的需要，調(diào)節(jié)渦卷機(jī)的輸出能力。在本發(fā)明的裝置和方法中，所用的是具有高設(shè)內(nèi)容積比的渦卷組件。在工作狀態(tài)下，渦卷的一部分用于氣體的有效壓縮。當(dāng)負(fù)荷要求變化時(shí)，渦卷的有效壓縮氣體的部分也隨之移動(dòng)，從而引起流體作容積的變化。同時(shí)，這一裝置又保持了所需要的有效內(nèi)設(shè)容積比，從而改善了能量利用效率。
具有給定的幾何形狀的渦卷裝置形成一相應(yīng)的內(nèi)設(shè)容積比。在空調(diào)機(jī)應(yīng)用中，典型的內(nèi)設(shè)容積比是2.2左右。此外，假定我們所要求的多級(jí)制冷容量調(diào)節(jié)的各級(jí)分別是滿負(fù)荷，70%滿負(fù)荷，50%滿負(fù)荷和空載即零負(fù)荷。在這里50%叫做最小非零百分比。在本發(fā)明中，要求渦卷具有高內(nèi)設(shè)容積百分比。此內(nèi)設(shè)容積比的“改變”的值約為4.4。
本發(fā)明的另一目的就是提供一種具有新穎結(jié)構(gòu)的渦卷型流體容積壓縮裝置。這一裝置的流體工作或壓縮容積可隨系統(tǒng)負(fù)荷要求變化，同時(shí)又能保持所需的有效內(nèi)設(shè)容積比，從而改善這一裝置的能量利用效率。
本發(fā)明所披露之內(nèi)容涉及渦卷型流體容積壓縮裝置，這一裝置包括一個(gè)有流體進(jìn)口和流體出口的主機(jī)架;一個(gè)具有端面平盤和由此平盤沿軸向向主機(jī)架內(nèi)延伸的第一渦卷的第一渦卷件;另一具有端面平盤和沿此平盤沿軸向延伸的第二渦卷的第二渦卷件，第二渦卷件設(shè)置得可以相對(duì)于第一渦卷件作非旋轉(zhuǎn)的軌道運(yùn)動(dòng)。
第一渦卷和第二渦卷相互嚙合并保持一定的角度和徑向位移以便形成數(shù)處線接觸，從而形成至少一對(duì)被密封的氣室。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作用于渦卷件上，使之能夠作相對(duì)的軌道運(yùn)動(dòng)而不能作相對(duì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使氣室改變其容積。
本發(fā)明還提出了一種新穎的方法和結(jié)構(gòu)，用這一方法和結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)渦卷工作或壓縮容積來調(diào)節(jié)渦卷的輸出能力，同時(shí)，又能保持所需的有效內(nèi)設(shè)容積比。
依照這一發(fā)明，需在第一渦卷件的端面平盤上打兩組孔。第一組孔用于進(jìn)氣容積調(diào)節(jié)，這組孔是成對(duì)出現(xiàn)的，它們可以對(duì)稱于端面平盤的中心軸線，也可以不對(duì)稱于端面平盤的中心軸線。這些孔借助于吸氣旁路通道使密封氣室與吸氣側(cè)相連。用電磁閥控制這第一組孔的開啟和關(guān)閉。
第二組孔則用于控制通往非排氣通道的氣流。這一組孔同樣是成對(duì)出現(xiàn)的。在通常情況下，借助于里德閥(Reed valve)，這些孔是關(guān)閉著的。最里邊一對(duì)孔的位置位于由φstart+2π＞φ＞φstart所確定的范圍內(nèi)。這里φstart是渦卷外表面的漸開線起始角度。φ就是該孔所在的漸開線角度，相鄰的孔對(duì)之間的角距離略小于2π。
每對(duì)孔的分布可以對(duì)稱于端面平盤的軸線中心線，也可以不對(duì)稱于端面平盤的軸向中心線。同樣，每一個(gè)孔上都有一里德閥使之在通常情況下是關(guān)閉狀態(tài)。
當(dāng)負(fù)荷足夠高，要求系統(tǒng)在全負(fù)荷下工作時(shí)，由于系統(tǒng)本身具有的高內(nèi)設(shè)壓縮比，氣室中的壓力升高在氣體到達(dá)中心容積之前即已超過排氣壓力。當(dāng)氣體的壓力剛好超過排氣壓力時(shí)的氣室容積我們定義為有效最終壓縮容積。此時(shí)工作容積和有效最終壓縮容積的比值定義為有效內(nèi)設(shè)容積比。在這種情況下，壓縮氣室中的氣體打開遮蓋第二組孔的里德閥，借助于排氣通道流向排氣室。
當(dāng)負(fù)荷較低，要求系統(tǒng)工作在低負(fù)荷下時(shí)，電磁閥打開第一組孔的相應(yīng)諸孔對(duì)，因此在第二渦卷件(動(dòng)渦卷)越過這組孔之前，氣室A1和A2一直沒有被密封住。在這種情況下，這一系統(tǒng)的有效工作容積被減小至渦卷剛越過第一組孔后氣室的容積。隨著密封氣室繼續(xù)向端面平盤中心移動(dòng)，氣室中氣體壓力升高。當(dāng)這一壓力超過排氣壓力時(shí)，氣體排出遮蓋第二組孔的里德閥被打開，此時(shí)有效工作容積雖減小，有效最終壓縮容積也相應(yīng)減小，因此有效內(nèi)設(shè)容積比保持不變。
本發(fā)明所披露內(nèi)容涉及具有高內(nèi)設(shè)容積比漸開線型的空調(diào)用壓縮機(jī)。和審查中的美國專利審請(qǐng)07/930，758中所披露的內(nèi)容一樣，這一渦卷壓縮機(jī)可以用于壓縮制冷工質(zhì)，使之到達(dá)要求的壓力，同時(shí)，又能夠使壓縮過程盡可能地接近理想過程。即使調(diào)節(jié)了工作容積也能有效地節(jié)約能源。
參照所附的圖并閱讀下文的詳細(xì)說明，本發(fā)明將較易被理解。
圖1a-1d是已有技術(shù)渦卷壓縮機(jī)中渦卷之間的相對(duì)軌道運(yùn)動(dòng)的示意圖。
圖2是壓力-容積圖。它描述了壓縮循環(huán)過程，其中包括理想理壓縮過程，欠壓縮過程和過壓縮過程。
圖3是按本發(fā)明所建造的空調(diào)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)縱向剖視圖。
圖4a-4d是本發(fā)明中嚙合渦卷件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖5a-5d則是本發(fā)明實(shí)施例的縱向剖視圖。
圖6示出了本發(fā)明中壓縮氣室中容積和壓力是如何隨繞軌道運(yùn)動(dòng)的渦卷的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化的。
圖7a-7d展示了在調(diào)節(jié)輸出能力時(shí)各流體氣室是如何與通道和各室相連通的。
請(qǐng)參閱圖3。圖3展示了依據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一個(gè)空調(diào)用壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)10包括一主機(jī)架20，壓縮機(jī)外殼21，前端蓋22和后端蓋23。前端蓋22以熟知的方法(例如焊接)與壓縮機(jī)外殼21連接。外殼21也以熟知的方法(如焊接)與和機(jī)架20相連。后端蓋23同樣以熟知的方法(如焊接)與機(jī)殼21相連。該主機(jī)架20上裝有主軸頸軸承30和下軸頸軸承31。主軸40由軸承30和31支承，在電機(jī)41的驅(qū)動(dòng)下，主軸可繞其中心軸線S1-S1旋轉(zhuǎn)。另有一驅(qū)動(dòng)柱銷從主軸后端伸出。此驅(qū)動(dòng)柱銷的中心軸線S2-S2偏離主軸中心軸線(S1-S1)一段距離，該距離等于繞軌道運(yùn)動(dòng)半徑Ror，所謂繞軌道運(yùn)動(dòng)半徑Ror是第二渦卷50(動(dòng)渦卷)相對(duì)第一渦卷60(定渦卷)所作非旋轉(zhuǎn)性的軌道圓運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌道半徑。
第一渦卷件由端面平盤61和從該平盤上伸出的渦卷62組成。第一渦卷件60用正在審查中的美國專利07/931，011所披露的“半順從”方式固定在主機(jī)架20上。用這一固定方式，第一渦卷件60垂直于軸線S1-S1，同時(shí)依靠作用于表面66上的排氣壓力而靠向主機(jī)架的一個(gè)平面24。這樣，在一個(gè)渦卷的前端和另一渦卷的端面平盤的底部之間就可保持恰當(dāng)?shù)拈g隙65。
除了端面平盤61和渦卷62以外，第一渦卷件60還包括有加強(qiáng)套63和加強(qiáng)肋64。第一渦卷件60能夠沿著軸線向軸線尾部方向作微小的運(yùn)動(dòng)。渦卷62固定在端面平盤61的前端面上并自平盤前端面延伸，加強(qiáng)套63和加強(qiáng)肋64則自平盤后端面延伸。
張二渦卷件50包括有端面平盤51和固定在平盤上并且自平盤后端面延伸出來的渦卷52。
渦卷52和62互相嚙合，并在角度上保持180度的相位差而在徑向則保持偏置位移為繞軌道運(yùn)動(dòng)半徑Ror。在渦卷52和62以及端面平盤51和61之間至少形成一對(duì)密封氣室。第二渦卷件50通過驅(qū)動(dòng)柱銷軸承座53和驅(qū)動(dòng)柱銷軸承43和驅(qū)動(dòng)柱銷42相連接。歐丹環(huán)80的作用是防止第二渦卷件的轉(zhuǎn)動(dòng)。在主軸40的驅(qū)動(dòng)下，第二渦卷件50以繞軌道運(yùn)動(dòng)半徑Ror作相對(duì)于第一渦卷件60的軌道運(yùn)動(dòng)以壓縮流體。工作流體經(jīng)由入口91進(jìn)入壓縮機(jī)10然后被渦卷件所壓縮，最后經(jīng)由排氣孔92、室93和排氣口95而排出。被排出氣體不與氣室96相通，它是被加強(qiáng)套63和導(dǎo)向圈25之間的接觸面以及一密封圈44所密封。平衡重物97和98用以平衡第二渦卷件50在作軌道運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的離心力。
現(xiàn)請(qǐng)參閱圖4a-4d，圖5a-5g，圖6及圖7a-7d。本發(fā)明裝置的輸出能力的改變機(jī)構(gòu)將在下面加以敘述。該改變機(jī)構(gòu)基本上包括形成在所述定渦卷件60的端面平盤中的幾對(duì)孔。一對(duì)孔中的任一孔其作用或功能基本上與該對(duì)孔中的另一孔相同。因此下面只對(duì)其中一個(gè)孔的功能加以敘述。
當(dāng)壓縮裝置10在滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，液體進(jìn)入諸流體氣室，該諸流體氣室是形成在兩個(gè)渦卷之一的外端和另一渦卷的壁外表面之間的。氣室的這些入口在第二渦卷件50作軌道運(yùn)動(dòng)期間依次啟閉。當(dāng)入口打開時(shí)，待壓縮的流體流入氣室但壓縮并不發(fā)生。當(dāng)入口被關(guān)閉時(shí)，氣室就被密閉，因此不再有別的流體流入氣室，此時(shí)壓縮開始如圖4a所示。此時(shí)，氣室A1和A2的容積是滿負(fù)荷時(shí)的有效壓縮容積如圖6點(diǎn)H所示。當(dāng)壓縮過程繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，氣室A1和A2向兩渦卷件的中心作角的和徑向的移動(dòng)。為了簡明起見，下面只集中對(duì)氣室A1進(jìn)行敘述。當(dāng)然對(duì)室A2來說，工作情況也是一樣的。當(dāng)氣室A1中的氣體壓力超過排氣壓力如圖6中Ⅰ點(diǎn)所示時(shí)，氣室A1中的氣體，如圖4b所示，通過兩種可能的方式之一排向排氣室93。在第一種方式中，氣體打開遮蓋住孔102和與之相關(guān)的通道112、122、103(圖4，5a-5d)的里德閥136及137(圖5c和5d)。然后氣體進(jìn)入氣室126和127(如圖5c所示)，此后再進(jìn)入氣室128和129，最后進(jìn)入排氣室93。在第二種方式中，氣流沖開遮蓋住孔204和與之相關(guān)的通道214、224、225(圖4及圖5a、5b、5c)的里德閥238、239(圖5c)，然后氣流流入氣室226和227，然后再進(jìn)入氣室228和229，最后進(jìn)入排氣室93。當(dāng)氣室A1的尾端接觸線C1剛通過孔102后(圖4c)，壓縮氣室A1內(nèi)的氣體通過孔204繼續(xù)排出。但是此時(shí)孔102落在壓縮氣室D1內(nèi)，其中的壓力小于氣室A1的壓力。里德閥136和137(圖5c)在氣室126和127中氣體壓力的作用下復(fù)位，并閉了孔102。當(dāng)?shù)诙u卷件50繼續(xù)其軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓縮氣室A1的前端接觸線消失，此時(shí)，壓縮氣室A1、A2最終和中心容積A匯合(如圖4d所示)。當(dāng)氣室A1的尾端接觸線C1越過孔204時(shí)，這一孔落在壓縮氣室D1內(nèi)，室內(nèi)的壓力低于氣室A1的壓力，這時(shí)，氣閥238和239究竟是打開，還是在氣室226，227中氣體壓力的作用下關(guān)閉，則完全取決于排氣壓力是比氣室D1中的壓力高還是低。
當(dāng)工作負(fù)荷降低于滿負(fù)荷的75%時(shí)，電磁閥150和250勵(lì)磁起動(dòng)，打開孔100和200(如圖4和圖5a所示)。氣室A1借助于孔100及相關(guān)通道110，140，141與進(jìn)氣端相通(如圖5a和圖5b所示)。在尾端接觸線C1、C2越過孔100和200之前，氣室A1和A2和進(jìn)氣端始終連通(如圖4a和圖4b所示)。因此，新的有效壓縮容積Vh1就是剛剛封閉的氣室A1和A2的容積(對(duì)應(yīng)于圖6中的H1點(diǎn))。這里的Vh1大約是Vh的75%。隨著壓縮過程的繼續(xù)，氣室A1和A2逐漸靠攏渦卷件的中心。由于氣室A1及A2的封閉時(shí)刻從H推遲到H1(如圖6所示)，排氣時(shí)刻相應(yīng)推遲，直至氣室A1和A2的壓力超過排氣壓力。這時(shí)氣體能打開遮蓋孔204和104的里德閥238、238和138、139(如圖4c、5a和5c及圖6中的J點(diǎn)所示)。氣室A1和A2最終與中心容積A匯合，(如圖4d所示)。氣室A1和A2中的氣體通過孔口204、104及中心容積的排氣孔92排出。當(dāng)氣室A1的尾端接觸線C1越過孔204時(shí)，這一孔現(xiàn)在位于壓縮氣室D1內(nèi)，其中的壓力低于中心容積的壓力。因此，里德閥238、238被氣室226、229中的氣體推回，從而關(guān)閉孔204。
當(dāng)負(fù)荷要求降到滿負(fù)荷的50%時(shí)，電磁閥150，160，250和260勵(lì)磁被起動(dòng)，打開孔100、102、200和202(如圖4a和圖5a所示)，氣室A1借助孔100及相應(yīng)的通道110，140，141和孔102及相應(yīng)的通道112、142、143與進(jìn)氣端連通(如圖5a，圖5b所示)。在其尾端接觸線C1和C2分別越過相應(yīng)的孔102和202之前，氣室A1、A2和進(jìn)氣端連通。在這種情況下，有效工作容積(Vh2)則是氣室A1和A2剛剛封閉時(shí)的容積，如圖6中H2點(diǎn)所示，Vh2容積大約是Vh容積的50%。隨著壓縮過程的繼續(xù)，氣室逐漸向渦卷件的中心作角向和徑向移動(dòng)。由于氣室A1和A2的封閉時(shí)刻從H時(shí)刻推遲到H2時(shí)刻，排氣時(shí)間也相應(yīng)的推遲，直至氣室A1和A2中的氣體壓力高于排氣壓力，如圖6所示。
此時(shí)，氣體能打開分別遮蓋住孔204，104的里德閥238，239及138，139(如圖5a，5c及圖6中K點(diǎn)所示)，氣室A1和A2最終和中心容積A匯合，如圖4d所示。
氣室A1和A2中的氣體通過孔204，104及排氣出口92排出。
當(dāng)尾端接觸線C1通過孔204時(shí)，這一孔現(xiàn)在位于氣室D1內(nèi)，其中的氣體壓力低于中心容積的壓力，由于氣室226和227中氣體的壓力作用，里德閥被關(guān)閉，堵斷了孔204。
當(dāng)系統(tǒng)卸載時(shí)，電磁閥150，160，170和250，260，270全都勵(lì)磁起動(dòng)，打開相應(yīng)的孔口100，200，102，202及104，204，如圖4a-4d及5a所示。在這種情況下，整個(gè)運(yùn)行中，氣室A1和A2都與進(jìn)氣端接通。借助于通常被電磁閥關(guān)閉的孔，留在氣室A1和A2的氣體又流回到進(jìn)氣端。
為便于理解圖7a-7d用框圖的方式示意性地示出工作容積或輸出能力的調(diào)節(jié)的過程。這里需要指出的是同一組孔中相鄰的兩對(duì)孔之間的角度距離不能超過2π。這樣做的目的，是為了保證在壓縮過程中，每組孔中至少有一個(gè)孔位于每一氣室中。特別是每一組孔中，最里邊一對(duì)孔的位置必須滿足條件φstart+2π＞φ＞φstart。
上面所描述的是本發(fā)明的較佳實(shí)施例。在本技術(shù)領(lǐng)域中熟練人員將能據(jù)此而在本發(fā)明的范疇之內(nèi)對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、布局、部件作出種種改變。本發(fā)明的保護(hù)范圍由下面的權(quán)利要求書所限定。權(quán)利要求書的保護(hù)范圍將包括所有在字義上相同或結(jié)構(gòu)相等效的組成部分和/或方法。
權(quán)利要求
1.一種渦卷型容積式流體壓縮裝置，它包括一第一渦卷件；一第二渦卷件；上述第一渦卷件和第二渦卷件相互嚙合，變能作相對(duì)的非旋轉(zhuǎn)軌道運(yùn)動(dòng)并形成至少一個(gè)流體密封氣室，該氣室移動(dòng)直至與具有排氧壓力的中心容積相通；上述中心容積與排氣口相通并向系統(tǒng)負(fù)荷輸送流體；一個(gè)流體容積控制閥，它與上述密封氣室相通，以改變?cè)摿黧w容積壓縮裝置的工作或壓縮容積，以及一個(gè)排氣閥，它與上述密封氣室相通，當(dāng)在上述密封氣室中的流體壓力超過排氣壓力時(shí)可以減低該密封氣室中的流體壓力；上述的諸閥能夠通過改變?cè)撗b置的工作或壓縮容積以改變其輸出能力，并且同時(shí)還能夠使該裝置保持所要求的有效的內(nèi)設(shè)容積比。
2.如權(quán)利要求1所述之裝置，其特征在于，上述第一渦卷件包括一渦卷和一端面平盤。
3.如權(quán)利要求1所述之裝置，其特征在于，上述流體容積控制閥通過在上述第一渦卷件上的一個(gè)小孔與上述密封氣室相通。
4.如權(quán)利要求1所述之裝置，其特征在于，上述排氣閥是里德閥。
5.如權(quán)利要求4所述之裝置，其特征在于，上述里德閥之一側(cè)暴露于上述密封氣室，其另一面暴露于上述排氣壓力。
6.如權(quán)利要求1所述之裝置，其特征在于，上述流體容積控制閥是電磁閥。
7.如權(quán)利要求1所述之裝置，其特征在于，當(dāng)上述流體容積控制閥開啟時(shí)，能使上述密封氣室與流體入口端相連通。
8.一種渦卷型容積式流體壓縮裝置，它包括-第一渦卷件，它具有第一端面平盤和自該平盤上延伸出來的第一渦卷;-第二渦卷件，它具有第二端面平盤和自該平盤上延伸出來的第二渦卷;上述第一渦卷件和第二渦卷件相互嚙合，并能作相對(duì)的非旋轉(zhuǎn)軌道運(yùn)動(dòng)，并形成至少一個(gè)流體密封氣室，該氣室移動(dòng)直至與具有排氣壓力的中心容積相通;上述中心容積與排氣口相通以向系統(tǒng)負(fù)荷輸送流體;在上述第一渦卷件的端面平盤上有第一組小孔，該第一組小孔與上述流體密封氣室相通;諸流體容積控制閥能夠通過一個(gè)或多個(gè)孔同時(shí)開啟與上述第一組小孔構(gòu)通以改變上述機(jī)械裝置的流體工作或壓縮容積;在上述第一渦卷件的端面平盤上有第二組小孔，該第二組小孔與上述流體密封氣室相通;諸排氣閥與上述第二組小孔相通，當(dāng)在上述密封氣室中的流體壓力超過排氣壓力時(shí)可以減低該密封氣室中的流體壓力，借助上述諸閥，該裝置能夠通過改變其流體工作或壓縮容積來改變其輸出能力，且同時(shí)還能使該裝置保持所要求的有效的內(nèi)設(shè)容積比。
9.如權(quán)利要求8所述之裝置，其特征在于，至少一個(gè)上述的排氣閥是里德閥。
10.如權(quán)利要求9所述之裝置，其特征在于，上述之里德閥的一側(cè)暴露于上述密封氣室，其另一側(cè)則暴露于上述排氣壓力。
11.如權(quán)利要求8所述之裝置，其特征在于，至少一個(gè)上述的流體容積控制閥是電磁閥。
12.如權(quán)利要求8所述之裝置，其特征在于，上述第一組小孔由一對(duì)或數(shù)對(duì)小孔組成，并且上述之每一對(duì)小孔中的每一個(gè)孔與該對(duì)孔的另一個(gè)孔相對(duì)于所述第一端面平盤的中心軸線對(duì)稱設(shè)置。
13.如權(quán)利要求8所述之裝置，其特征在于，上述第二組孔位于Φstart+2π＞Φ＞Φstart所限定的區(qū)域內(nèi)，其中Φstart是上述第一渦卷外側(cè)壁之起始漸開線角，Φ是上述的一對(duì)孔中一個(gè)所在處的一漸開線角。
全文摘要
一種具有高內(nèi)設(shè)容積比的渦卷容積式液體壓縮裝置，它具有兩個(gè)互相嚙合的螺旋形的渦卷件，該渦卷件具有預(yù)先確定的幾何形狀。這一新的設(shè)計(jì)能夠調(diào)節(jié)這一裝置的輸出能力，同時(shí)又能在一寬廣的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)保持所需要的有效內(nèi)設(shè)容積比。在該裝置的端面平盤上開有兩組孔。第一組孔通過電磁閥連接氣室和進(jìn)氣端，以調(diào)節(jié)壓縮容積或工作容積。第二組孔通過里德閥連接氣室和排氣室，以避免滿負(fù)荷工作狀態(tài)下的過壓縮情況。
文檔編號(hào)F04C18/02GK1111324SQ9411721
公開日1995年11月8日 申請(qǐng)日期1994年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月19日
發(fā)明者倪詩茂 申請(qǐng)人:倪詩茂