帶有蒸汽噴射的渦旋式壓縮機的製作方法
2023-04-25 14:23:36
專利名稱：帶有蒸汽噴射的渦旋式壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及渦旋類型的機器。更具體地，本發明涉及一種密封的渦旋式壓縮機，該渦旋式壓縮機包含一個利用熱交換器或閃蒸罐的蒸氣噴射系統，所述熱交換器或閃蒸罐直接安裝於所述渦旋式壓縮機的外殼。
背景技術：
製冷和空氣調節系統通常包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥或等效物，以及蒸發器。這些組件依次連接在連續的流動通道內。工作流體或製冷劑流過所述系統並在液相和蒸汽或氣相之間交替變換。
在製冷和空氣調節系統中已使用各種各樣類型的壓縮機，包括(但不局限於)往復式壓縮機、螺杆式壓縮機和旋轉式壓縮機。旋轉式壓縮機可包括葉片式壓縮機和渦旋式壓縮機。用兩個渦旋部件構成渦旋式壓縮機，其中每個渦旋部件具有一個端板和一個渦卷，所述渦卷通常垂直於相應的端部纏繞延伸。以相對的方式布置所述渦卷，並且兩個渦卷相互交錯或配合。將渦旋部件安裝得使它們相互之間可進行相對的沿軌道運動。在該沿軌道運動期間，所述渦卷限定了一連串封閉腔或空間，當所述封閉空間從處於吸入壓力較低的徑向外部位置向處於壓力較高或排放壓力的中心位置向內移動時，其中每個封閉空間在尺寸上逐漸地減小。壓縮氣體從中心位置處的封閉空間通過排出通道排出，所述排出通道是穿過一個渦旋部件的端板形成的。
製冷和空氣調節系統現包括蒸氣噴射系統，在該蒸氣噴射系統中氣態形式的製冷劑的一部分被噴射到處於較低吸入壓力和較高排放壓力之間的一個壓力下的封閉腔或空間中。通過一個或多個噴射口將氣態製冷劑噴射到封閉腔或空間中，所述噴射口貫穿兩個渦旋部件中的一個。這種氣態製冷劑的噴射具有增加製冷或空氣調節系統的系統容量和效率的作用。在包含蒸氣噴射以使最大容量和最大效率增加的製冷或空氣調節系統中，開發工程師試圖提供一種使噴射到封閉腔中的製冷劑氣體的量達到最大同時使製冷劑氣體噴射到封閉腔中時的中間壓力最大的系統。通過使噴射的製冷劑氣體的量和製冷劑氣體噴射時的中間壓力達到最大，能夠使所述製冷或空氣調節系統的系統容量和系統效率最大化。
當開發這種蒸氣噴射系統時，開發工程師必須考慮用於噴射到腔中的蒸氣的來源。一般來說，蒸氣製冷劑來源通過製冷迴路和裝置(諸如閃蒸罐或節能器)中的一個位置處的接頭，所述接頭用來從氣態製冷劑中分離出蒸氣製冷劑，以確保只有氣態或蒸氣製冷劑被噴射到封閉腔或空間中。當接近來自於製冷迴路內的一個位置的液態製冷劑時，一般通過流體管線將蒸氣或氣態製冷劑用管道輸送到壓縮機，所述液體管線在製冷迴路內的一個位置和壓縮機之間延伸。在蒸氣或氣態製冷劑來源與壓縮機之間的流體管道輸送的使用提供了一個系統，在該系統中由於液體管線損耗和/或溫度耗損可產生氣態製冷劑的壓降。雖然為了限制溫度耗損可使液體管線絕緣，但是這種絕緣增加了附加費用，而且使得所述製冷或空氣調節系統複雜了，並在系統的服務過程中出現問題。
因此，蒸氣噴射系統的繼續開發集中到增加可噴射到封閉空間中的中間加壓蒸氣的量和壓力上。
發明內容
本發明提供一種渦旋式壓縮機，包括一個外殼；非沿軌道運行的渦旋部件，所述非沿軌道運行的渦旋部件位於所述外殼內，並且所述非沿軌道運行的渦旋部件具有從非沿軌道運行的端板延伸的非沿軌道運行的渦卷；沿軌道運行的渦旋部件，所述沿軌道運行的渦旋部件位於所述外殼內，並且所述沿軌道運行的渦旋部件具有從沿軌道運行的端板延伸的沿軌道運行的渦卷，所述沿軌道運行的渦卷與所述非沿軌道運行的渦卷互相交錯以限定出至少兩個流體腔，當所述流體腔相對於所述渦卷的沿軌道的運行從徑向外部位置移動到徑向向內位置時，所述流體腔的尺寸減小；由反相器控制的電動機，所述電動機用於供給所述渦旋部件動力；熱交換器，所述熱交換器與渦旋式壓縮機所壓縮的流體相通，所述熱交換器緊固於所述外殼；所述反相器與所述熱交換器進行熱傳遞接觸。
本發明提供了具有噴射系統的這種技術，其中閃蒸罐或熱交換器被直接安裝於壓縮機的密封外殼。閃蒸罐或熱交換器的直接安裝消除了中間加壓氣態製冷劑所需的所有外部管道。閃蒸罐或熱交換器的直接安裝提供了以下優點，即，結構更加緊湊的單一組件、產生的壓降更小、安裝更容易、無需將蒸氣噴射液體管線隔離或絕緣、在安裝過程中只有較少的組件需要連接以及將降低所述製冷或空氣調節系統的成本。
從下文中所作的詳細描述中，可以明顯地看出本發明的其它適用性。應該理解的是，詳細描述和具體實施例(指本發明的優選實施例)只是出於解釋的目的而不是限制本發明的保護範圍。
從以下詳細描述和附圖中，我們將能夠更充分地理解本發明，其中圖1是本發明所涉及的渦旋式壓縮機的垂直截面圖；圖2是在圖1的隔板下方所得到的渦旋式壓縮機的水平剖視圖；圖3是圖1中所示的帶有本發明所涉及的附著式閃蒸罐的渦旋式壓縮機的垂直側面圖；圖4是本發明的另一個實施例所涉及的用於製冷系統的蒸氣噴射系統的熱交換器的示意圖；圖5是圖1中所示的渦旋式壓縮機的垂直側面圖，該渦旋式壓縮機與圖4示意圖所涉及的熱交換器結合；圖6是圖1中所示的渦旋式壓縮機的透視圖，該渦旋式壓縮機與本發明另一個實施例所涉及的熱交換器結合；以及圖7是圖5中所示的渦旋式壓縮機的垂直側面圖，該渦旋式壓縮機與本發明另一個實施例所涉及的熱交換器和反相器(inverter)結合。
優選實施例的詳細描述下面對優選實施例的描述僅僅是示範性的，而絕不是對本發明、發明應用或用法的限制。
現在參考附圖，其中在這幾個附圖中，相同的附圖標記表示相同或相應的零件，在附圖1中示出了本發明所涉及的包含獨特的蒸氣噴射系統的渦旋式壓縮機，所述渦旋式壓縮機用附圖標記10表示。下面對優選實施例的描述僅僅是示範性的，而絕不是對本發明、發明應用或用法的限制。
渦旋式壓縮機10包括一般為圓柱形的密封外殼12，所述密封外殼12在其上端焊接有蓋罩14，在其下端有基底16，在所述基底16上整體形成有多個固定支架(未示出)。蓋罩14裝配有製冷劑排放接頭18，在製冷劑排放接頭18中可具有普通排出閥(未示出)。固定於外殼12的其它主要部件包括橫向伸展隔板20，該隔板20在蓋罩14與外殼12焊接的同一點上被焊接在外殼12的邊緣上；入口接頭22；適當地緊固於外殼12的主軸承殼24；以及具有多個徑向向外的延伸支腿的下軸承殼26，所述每個延伸支腿適當地緊固於外殼12。將馬達定子28壓配合在外殼12中，所述馬達定子28的橫截面一般是四方形的但是將其角部倒圓。馬達定子28上的圓角之間的平面提供了馬達定子28和外殼12之間的通路，所述通路有助於潤滑劑從外殼12的頂部回流到其底部。
在其上端有個偏心曲柄銷32的主動軸或曲柄軸30可轉動地軸接在主軸承殼24中的軸承34中和下軸承殼26中的軸承36中。曲柄軸30在其下端具有一個直徑較大的同心孔38，所述同心孔38與處於徑向向外位置上的較小直徑的孔40相通，所述孔40從那裡向上延伸到曲柄軸30的頂部。在孔38中布置有攪拌器42。在內殼12的下部充滿潤滑油，孔38和40起到泵的作用以將潤滑油向上泵送到曲柄軸30並最終泵送到渦旋式壓縮機10的需要潤滑的各個部分。
由電動機相對地驅動曲柄軸30，所述電動機包括具有電動機繞組44穿過其上的電動機定子28和壓配合在曲柄軸30上的電動機轉子46，所述轉子46分別具有上配重48和下配重50。在靠近電動機繞組44處裝有普通型的馬達保護裝置52，這樣如果電動機超過了其正常溫度範圍，電動機保護裝置52將使電動機斷電。
主軸承殼24的上表面裝配有環形平推力軸承表面54，在所述環形平推力軸承表面54上布置有沿軌道運行的渦旋部件56。渦旋部件56包括端板58，在所述端板58的上表面有普通螺旋瓣(valve)或渦卷60，在其下表面有環形平推力表面62。從下表面向下突出的是其中有軸頸軸承66的圓柱形轂部64，並且在所述圓柱形轂部64中旋轉地設有驅動軸襯68，所述驅動軸襯68具有內孔，曲柄銷32被驅動地設置於該內孔中。曲柄銷32在一個表面(未示出)上具有一個平面，該平面驅動地與在驅動軸襯68的內孔的一部分中的平表面嚙合以提供徑向從動布置，諸如本受讓人的美國專利No.4,877,382中所示的，該文獻所披露的內容在這裡作為參考。
渦卷60與非沿軌道運行的渦卷72嚙合，所述非沿軌道運行的渦卷72構成非沿軌道運行的渦旋部件74的一部分。在沿軌道運行的渦旋部件56相對於非沿軌道運行的渦旋部件74的沿軌道運行期間形成了流體腔，當所述流體腔從徑向外部位置向渦旋部件56和74的中心位置移動時，所述流體腔被壓縮。以任何期望的將提供非沿軌道運行的渦旋部件74受到限制的軸向移動的方式，將非沿軌道運行的渦旋部件74安裝於主軸承殼24上。對於本發明來說這種安裝的具體方式不是關鍵性的。
非沿軌道運行的渦旋部件74具有一個中心布置的排出口76，該排出口76通過隔板20中的開口78與由蓋罩14和隔板20所限定的排放消音器80流體連通。由渦卷60和72之間的流體腔壓縮的流體通過排出口76和開口78排出到排放消音器80中。非沿軌道運行的渦旋部件74在其上表面中具有環形槽82，該環形槽82具有平行同軸側壁，在其中密封放置有趨向於軸向移動的環形密封組件84，所述環形密封組件84用於隔離所述環形槽82的底部，以便可通過通路86使其與中間流體壓力源流體連通。因此，由作用在非沿軌道運行的渦旋部件74的中心部分上的排放壓所產生的力和作用在環形槽82底部上的中間流體壓力所產生的力使得非沿軌道運行的渦旋部件74被軸向偏壓到沿軌道運行的渦旋部件56上。該軸向偏壓以及用於支撐非沿軌道運行的渦旋部件74以限制軸向移動的各種技術，在本受讓人的美國專利No.4,877,382中都有更詳細的披露。
利用普通十字聯軸器88阻止渦旋部件56和74的相對旋轉，所述十字聯軸節88具有一對可滑動地放置於非沿軌道運行的渦旋部件74中在直徑方向上相對的狹縫中的鍵和第二對可滑動地放置於沿軌道運行的渦旋部件56中在直徑方向上相對的狹縫中的鍵。
渦旋式壓縮機10最好是其中允許吸入氣體部分地進入外殼12以有助於冷卻電動機的「低側」型的。只要有足夠的回吸氣流，電動機就會保持在期望的溫度限度內。然而當該氣流中斷時，冷卻的損失將使得電動機保護裝置52跳閘並斷開渦旋式壓縮機10。
這種概括地描述的渦旋式壓縮機，是本領域已知的或者是申請的受讓人的其他未審定專利申請的主題。包含本發明原理的結構的細節是一般用附圖標記100表示的獨特蒸氣噴射系統涉及的細節。蒸氣噴射系統100被用於噴射蒸氣或氣態製冷劑以增加渦旋式壓縮機10的容量和效率。
現在參照圖1到3，蒸氣噴射系統100包括貫穿非沿軌道運行的渦旋部件74的端板90的蒸氣噴射通道102、通向封閉的流體腔的單一蒸氣噴射口104、連接管106、穿過外殼12延伸到外殼12外部的流體噴射口108。
蒸氣噴射通道102是交叉鑽導孔，該交叉鑽導孔通常從非沿軌道運行的渦旋部件74的外部上的一個位置水平地穿過非沿軌道運行的渦旋部件74延伸到與蒸氣噴射口104相通的一個位置。蒸氣噴射口104通常從通道102垂直地穿過非沿軌道運行的渦旋部件74以通向由纏繞60和72所形成的封閉空間或腔。連接管106從蒸氣噴射通道102向流體噴射口108延伸，其中它密封地緊固於流體噴射口108，所述流體噴射口108依次地與下面所述的製冷系統的閃蒸罐或熱交換器連接。
現在參照圖3，其中示出了作為製冷系統120的部分所裝配的渦旋式壓縮機10。製冷系統120包括渦旋式壓縮機10、冷凝器122、膨脹閥或固定節流孔形式的第一膨脹裝置124、閃蒸罐126、膨脹閥形式的第二膨脹裝置128以及蒸發器130。
在運轉中，渦旋式壓縮機10所壓縮的製冷劑流經液體管線到冷凝器122中，在所述冷凝器122中通過去除其中的熱量將製冷劑冷卻和冷凝。來自於冷凝器122中的液態製冷劑流過膨脹閥或固定節流孔124。所述膨脹閥或固定節流孔124降低所述製冷劑的壓力。來自於膨脹閥或固定節流孔124的製冷劑流入閃蒸罐126。在閃蒸罐126中，由於降低的壓力，部分製冷劑被蒸發，從聚集在閃蒸罐126底部的保持液態的製冷劑中帶走蒸發熱。來自於閃蒸罐126的過冷的液態製冷劑流過膨脹閥128並進而流過蒸發器130，在所述蒸發器130中通過吸收熱量將其蒸發。然後蒸發的製冷劑流入渦旋式壓縮機10的吸入室中，在所述吸入室中將製冷劑再壓縮然後繼續循環。在閃蒸罐126中產生的閃蒸或氣態製冷劑直接流入貫穿外殼12的流體噴射口108。如上所述，密封地緊固於流體噴射口108的連接管106向蒸氣噴射通道102延伸，所述蒸氣噴射通道102與蒸氣噴射口104相通，所述蒸氣噴射口104通向由纏繞60和72所形成的封閉空間或腔。通過到達蒸發器130之前的上述系統所獲得的閃蒸罐126中的過冷的液態製冷劑增加了蒸發器130的製冷容量(也就是說，可得到穿過蒸發器130的較大的焓(enthalpy)差)。
現在參照圖4和圖5，其中示出了作為製冷系統220的部分的渦旋式壓縮機10。製冷系統220包括渦旋式壓縮機10、冷凝器222、膨脹閥或固定節流孔形式的第一膨脹裝置224、熱交換器226、膨脹閥形式的第二膨脹裝置228以及蒸發器230。
運轉中，渦旋式壓縮機10所壓縮的製冷劑流經液體管線到冷凝器222中，在所述冷凝器222中通過去除其中的熱量將製冷劑冷卻和冷凝。來自於冷凝器222中的液態製冷劑通過孔232和膨脹閥或固定節流孔224流入熱交換器226中。所述膨脹閥或固定節流孔224降低所述製冷劑的壓力和溫度，然後所述製冷劑回復到氣態階段。蒸發的製冷劑通過孔234流入熱交換器226中，在所述熱交換器226中從液態製冷劑中去除了附加熱，以便於使液態製冷劑過度冷卻，從冷凝器222中通過孔232將所述液態製冷劑直接供給熱交換器226。氣態製冷劑通過孔236離開熱交換器226並直接流入貫穿外殼12的流體噴射口108。如上所述，密封地緊固於流體噴射口108的連接管106向蒸氣噴射通道102延伸，所述蒸氣噴射通道102與蒸氣噴射口104相通，所述蒸氣噴射口104通向由纏繞60和72所限定的一個和多個封閉空間或腔。
過冷的液態製冷劑通過孔238離開熱交換器226並流過膨脹閥228並進而流過蒸發器230，在所述蒸發器230中通過吸收熱量將其蒸發。然後蒸發的製冷劑流入渦旋式壓縮機10的吸入室中，在所述吸入室中將製冷劑再壓縮然後繼續循環。通過到達蒸發器230之前的上述系統所獲得的熱交換器226中的過冷的液態製冷劑增加了蒸發器230的製冷容量(也就是說，可得到穿過蒸發器230的較大的焓(enthalpy)差)。
現在參照圖6，其中示出了與熱交換器326相結合的渦旋式壓縮機10。將熱交換器326設計為位於基底16內的渦旋式壓縮機10的下面。用環形凸緣340增加基底16的高度，以便為熱交換器326的底部安裝提供空間。熱交換器326包括冷凝器222的孔232，對於熱交換器326來說膨脹閥或固定節流孔224以及孔234是位於內部的。將流體噴射口108復位以貫穿基底16而不是貫穿外殼12，並且熱交換器326包括內部孔236，所述內部孔236與貫穿基底16的流體噴射口108緊密配合。連接管106將被重新裝配以與噴射口108緊密配合。熱交換器326還包括孔328，所述孔328用於將過冷的液態製冷劑發送到蒸發器230。如上所述的帶有熱交換器226的製冷系統220的操作、功能和優點與裝配有用熱交換器326取代熱交換器226的製冷系統220的操作、功能和優點是相同的。
現在參照圖7，其中示出了帶有製冷系統220的渦旋式壓縮機10，所述製冷系統220包括冷凝器222、膨脹閥或固定節流孔224、熱交換器226、膨脹閥228、蒸發器230以及反相器400，所述反相器400安裝於熱交換器226的外部冷卻板上。因此，圖7與圖5是相同的，只是圖7中多了反相器400。
反相器400通過電力線402與渦旋式壓縮機10電力相通。反相器400包括輸入端404，所述輸入端404與電源連接，所述電源供給反相器400進而供給渦旋式壓縮機10電能。在反相器400的運行過程中，產生巨大的熱量。利用穿過熱交換器326的氣態製冷劑足以使熱交換器326的容量對反相器400和液態製冷劑進行冷卻。包括反相器400的製冷系統220的操作、功能和優點與上述的不包括反相器400的製冷系統220的操作、功能和優點是相同的。
所有的上述系統都提供了沒有外部蒸氣噴射管線的優點。這為壓縮機和流體源提供了結構緊湊的一個單元、它降低了流體的壓降、它簡化了安裝、它消除了蒸氣噴射管線的隔離、它減少了安裝所需連接件的數量，以及它降低了系統的成本。另外，上述系統允許第一伸縮調整器124、224是電子膨脹閥、熱膨脹閥或固定節流孔。
對於本發明的描述僅僅是示範性的，因此，不脫離本發明的要旨的變化都包括在本發明的保護範圍內。不認為所述這些變化脫離本發明的精神和保護範圍。
權利要求
1.一種渦旋式壓縮機，包括一個外殼；非沿軌道運行的渦旋部件，所述非沿軌道運行的渦旋部件位於所述外殼內，並且所述非沿軌道運行的渦旋部件具有從非沿軌道運行的端板延伸的非沿軌道運行的渦卷；沿軌道運行的渦旋部件，所述沿軌道運行的渦旋部件位於所述外殼內，並且所述沿軌道運行的渦旋部件具有從沿軌道運行的端板延伸的沿軌道運行的渦卷，所述沿軌道運行的渦卷與所述非沿軌道運行的渦卷互相交錯以限定出至少兩個流體腔，當所述流體腔相對於所述渦卷的沿軌道的運行從徑向外部位置移動到徑向向內位置時，所述流體腔的尺寸減小；由反相器控制的電動機，所述電動機用於供給所述渦旋部件動力；熱交換器，所述熱交換器與渦旋式壓縮機所壓縮的流體相通，所述熱交換器緊固於所述外殼；所述反相器與所述熱交換器進行熱傳遞接觸。
2.如權利要求1所述的渦旋式壓縮機，其特徵在於，蒸氣噴射通道，所述蒸氣噴射通道貫穿所述非沿軌道運行的渦旋部件和沿軌道運行的渦旋部件中的一個，所述蒸氣噴射通道在所述噴射口和一個所述流體腔之間延伸；以及蒸氣源，所述蒸氣源通過所述噴射口與所述蒸氣噴射通道相通，所述蒸氣源直接固定於所述外殼，用於直接向所述噴射口提供蒸氣。
3.如權利要求1所述的渦旋式壓縮機，其特徵在於，所述蒸氣源是熱交換器。
4.如權利要求3所述的渦旋式壓縮機，其特徵在於，所述熱交換器緊固於所述外殼的側部。
5.如權利要求3所述的渦旋式壓縮機，其特徵在於，由反相器控制的電動機驅動所述壓縮機，所述反相器與所述熱交換器處於熱傳遞接觸。
全文摘要
本發明涉及一種製冷系統，所述製冷系統具有壓縮機，所述壓縮機包含一個或多個流體腔的流體噴射。將用於噴射到腔中的流體源直接附屬於壓縮機的外殼上，以便於消除流體源與壓縮機之間的流體管線的需要。流體源可為閃蒸罐，所述閃蒸罐增加了系統的容量和效率，或者流體源可為熱交換器，所述熱交換器同樣增加了系統的容量和效率。
文檔編號F04C29/04GK1800647SQ200510126908
公開日2006年7月12日 申請日期2002年9月18日 優先權日2002年1月24日
發明者麥可·M·佩列沃奇科夫, 羅伊·德普克 申請人:科普蘭公司