專利名稱：雙容積比的渦旋機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及渦旋機(jī)械(Scroll machine)，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及雙容積比的渦旋機(jī)械，它具有使用倒裝密封件(flip seals)的多功能浮動(dòng)密封系統(tǒng)。渦旋機(jī)械能在兩種設(shè)計(jì)壓力比下工作。
渦旋型機(jī)械公認(rèn)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。例如，渦旋機(jī)械具有高的等熵效率和容積效率，因此對(duì)于給定功率，它體積小而重量輕。它們比許多壓縮機(jī)更安靜和振動(dòng)更小，因?yàn)樗鼈儧](méi)有使用大的往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件(例如活塞，連桿等)。全部的流體沿一個(gè)方向流動(dòng)，并同時(shí)在多個(gè)相對(duì)的腔內(nèi)壓縮，這樣，振動(dòng)引發(fā)的壓力較小。這種機(jī)械還傾向于具有高的可靠性和耐久性，這是因?yàn)槭褂幂^少的活動(dòng)部件，在渦旋件之間較低的移動(dòng)速度以及對(duì)流體污染固有的可忽略性。
一般來(lái)說(shuō)，渦旋機(jī)械具有兩個(gè)相似形狀的螺旋形卷片(Spiral wrap)，每個(gè)卷片安裝在單獨(dú)的端板上，形成渦旋元件。兩個(gè)渦旋元件相互配合到一起，其中一個(gè)渦旋卷片相對(duì)于另一個(gè)渦旋卷片轉(zhuǎn)動(dòng)位移180°。裝置工作時(shí)是借助一個(gè)渦旋元件(旋轉(zhuǎn)渦旋元件)相對(duì)于另一個(gè)渦旋元件(非旋轉(zhuǎn)渦旋元件)旋轉(zhuǎn)，以在相應(yīng)的卷片的側(cè)面之間產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)線接觸。這種運(yùn)動(dòng)線接觸形成限定而成的運(yùn)動(dòng)的、相互隔離的新月形流體腔(Pocket)。螺旋形渦旋卷片一般形成圓的漸開(kāi)線。理想的是當(dāng)工作時(shí)，在渦旋元件之間沒(méi)有相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)是純粹的曲線平移(在件體上沒(méi)有任何直線的轉(zhuǎn)動(dòng))。在渦旋元件之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一般用歐氏連軸節(jié)制止。
移動(dòng)的流體腔將被處理的流體由渦旋機(jī)械中設(shè)置流體入口的第一區(qū)域攜帶至渦旋機(jī)械中設(shè)置流體出口的第二區(qū)域。當(dāng)密封的流體腔由第一區(qū)域移動(dòng)至第二區(qū)域時(shí)，其容積改變。在任何瞬間至少有一對(duì)密封流體腔，如果同時(shí)有數(shù)對(duì)密封腔，每對(duì)腔都具有不同的容積。在壓縮機(jī)內(nèi)，第二區(qū)域處于比第一區(qū)域更高的壓力，以及在物理學(xué)上處于機(jī)械的中心，第二區(qū)域處于機(jī)械的外圍。
兩種類型的接觸限定了渦旋元件之間形成的流體腔。首先，存在由于徑向力引起的在卷片的螺旋面或側(cè)面之間的軸向延伸的切線接觸(側(cè)面密封)。其次，存在由軸向力引起的在每個(gè)卷片的平面邊緣表面(端部)和相對(duì)的端板之間的面接觸(端部密封)。為了高效率，達(dá)到兩種類型的接觸都必須良好密封，然而，本發(fā)明僅與端面密封有關(guān)。
為了提高效率，重要的是使每個(gè)渦旋元件的卷片端部與另一個(gè)渦旋元件的端板密封配合，從而使其間的泄漏最小化。實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的一種方式不是使用端部密封件(它們的裝配非常困難，經(jīng)常存在可靠性問(wèn)題)，而是使用處于承壓流體，使一個(gè)渦旋元件向另一個(gè)渦旋元件軸向偏壓。當(dāng)然，這也需要密封件以便隔離處于希望壓力下的偏壓流體。因此，在渦旋機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)軸向偏壓技術(shù)—包括改進(jìn)的密封件，有持續(xù)不斷的需求，以便于軸向偏壓。
本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種獨(dú)特的密封系統(tǒng)，用于渦旋裝置的軸向偏壓腔。本發(fā)明的密封件實(shí)施在渦旋壓縮機(jī)中，并適用于僅利用排出壓力，利用排出壓力和獨(dú)立的中間壓力，或者僅單獨(dú)利用中間壓力來(lái)提供所需軸向偏壓力以改進(jìn)端部密封的各種機(jī)器中。此外，本發(fā)明的密封件特別適合于向著旋轉(zhuǎn)渦旋元件偏壓非旋轉(zhuǎn)渦旋元件的那些用途。
作為空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)的一般的渦旋機(jī)械是單容積比的裝置。渦旋壓縮機(jī)的容積比是在結(jié)束吸氣時(shí)吸入氣體的體積和排氣口開(kāi)啟時(shí)的氣體體積之比。典型的渦旋壓縮機(jī)的容積比是“固有”的，因?yàn)樗怯沙跏嫉奈肭坏某叽绾陀行u旋卷片的長(zhǎng)度確定的。固有容積比和被壓縮的制冷劑的類型決定了渦旋壓縮機(jī)的單一的設(shè)計(jì)壓力比，這里，避免了由于壓力比失配引起的壓縮損失。通過(guò)將設(shè)計(jì)壓力比選擇得嚴(yán)格匹配壓縮機(jī)的初始功率點(diǎn)(rating point)，然而，該功率點(diǎn)可能會(huì)向第二功率點(diǎn)偏壓。
空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范一般包括這樣的要求，使驅(qū)動(dòng)渦旋元件的電動(dòng)機(jī)必須能夠經(jīng)受降低的供電電壓，而不產(chǎn)生過(guò)熱。當(dāng)在降低的供電電壓工作時(shí)，壓縮機(jī)必須在高的載荷條件下工作。當(dāng)使電動(dòng)機(jī)的尺寸滿足降低的供電電壓的要求時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)改變通常與在壓縮機(jī)的初始功率點(diǎn)提高電動(dòng)機(jī)效率的愿望相矛盾。一般，增加電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩會(huì)改進(jìn)電動(dòng)機(jī)的低壓工作性能，但這樣也降低了壓縮機(jī)在初始功率點(diǎn)的效率。相反，在設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)扭矩中能夠?qū)崿F(xiàn)的任何降低，當(dāng)它仍能通過(guò)低電壓規(guī)范時(shí)，選擇這種電動(dòng)機(jī)就是可行的，它可在壓縮機(jī)的初始功率點(diǎn)以較高的效率工作。
本發(fā)明的另一方面是通過(guò)一組固有容積比及其相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力比改進(jìn)渦旋壓縮機(jī)的工作效率。為了示范目的，本發(fā)明描述了具有兩個(gè)固有容積比和兩個(gè)相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力比的壓縮機(jī)。應(yīng)該理解，如果希望，可以在壓縮機(jī)中結(jié)合另外的固有容積比和相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力比。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和目的將通過(guò)下述的詳細(xì)的說(shuō)明，權(quán)利要求書和附圖明確地表示出來(lái)。
圖6是按照本發(fā)明另一實(shí)施例的壓縮機(jī)的局部放大圖；圖7是按照本發(fā)明另一實(shí)施例的壓縮機(jī)的局部放大圖；圖8是按照本發(fā)明另一實(shí)施例的壓縮機(jī)的局部放大圖；圖9是按照本發(fā)明另一實(shí)施例的壓縮機(jī)的局部放大圖；

圖10是按照本發(fā)明另一實(shí)施例的壓縮機(jī)的局部放大圖；圖11是按照?qǐng)D3所示的本發(fā)明的密封系統(tǒng)的局部放大平面圖；圖12是圖2所示的圓圈4-4的放大的垂直剖面圖；圖13是按照本發(fā)明另一實(shí)施例的密封槽的橫剖面圖；以及圖14是按照本發(fā)明另一實(shí)施例的密封槽的橫剖面圖。
現(xiàn)參見(jiàn)附圖，在各圖中，對(duì)于相同的和對(duì)應(yīng)的部件使用相同的標(biāo)號(hào)表示，在圖1和2中所示的渦旋壓縮機(jī)具有按照本發(fā)明的獨(dú)特的雙容積比，它的標(biāo)號(hào)為10。渦旋壓縮機(jī)10一般具有圓筒形的密封殼體12，在其上端焊接有罩蓋14，在其下端焊接有底板16，底板16帶有一組與之一體成形的安裝腳(圖中未示出)。罩蓋14配置有制冷劑排放配件18，它可以具有普通的排放活門(圖中未示出)。固定在殼體上的其它主要元件包括橫向延伸的間壁22，它沿周邊焊接在罩蓋14與殼體12焊接的相同位置；主軸承蓋24，它適合固定到殼體12上；以及下軸承蓋26，它具有一組徑向向外延伸的腳條，每個(gè)腳條也適合固定到殼體12上。橫截面總體上為方形但在隅角倒圓的電動(dòng)機(jī)靜子28壓配合在殼體12內(nèi)。靜子的倒圓的隅角之間的平直部分在靜子和殼體之間提供了通道，便于潤(rùn)滑劑由殼體的頂部至底部的返回流動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)軸或曲軸30在其上端具有偏心的曲軸銷32，并轉(zhuǎn)動(dòng)支承在主軸承蓋24內(nèi)的軸承34內(nèi)以及下軸承蓋26內(nèi)的第二軸承36內(nèi)。曲軸30在下端具有較大直徑的同心膛孔38，它與徑向向外傾斜的較小直徑的膛孔40貫通，此膛孔40由此向上延伸至曲軸30的頂部。在膛孔38內(nèi)設(shè)置攪拌器42。內(nèi)殼體12的下部限定了油貯槽44，它充填潤(rùn)滑油，油面稍高于轉(zhuǎn)子46的下端，膛孔38起到泵的作用，向上泵送潤(rùn)滑油至曲軸30并進(jìn)入通道40，最終到達(dá)壓縮機(jī)的所有各種需要潤(rùn)滑的部分。
曲軸30被電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)具有靜子28，通過(guò)它的繞組48及轉(zhuǎn)子46，后者與曲軸30壓配合，并分別具有上、下配重50和52。
主軸承蓋24的上表面設(shè)置有圓形的平的推力軸承表面54，在其上設(shè)置具有普通的螺旋葉片或卷片58的旋轉(zhuǎn)渦旋元件56，葉片或卷片由端板60向上延伸。由旋轉(zhuǎn)渦旋元件56的端板60的下表面向下伸出具有軸頸軸承62的圓柱形軸轂，在該軸轂內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置主動(dòng)襯套64，主動(dòng)襯套64具有內(nèi)膛孔66，其中設(shè)置驅(qū)動(dòng)用的曲軸銷32。曲軸銷32在一個(gè)表面上具有平臺(tái)，它與在膛孔66的一部分中形成的平臺(tái)表面驅(qū)動(dòng)嚙合(圖中未示出)以提供徑向順從的(radially compliant)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，就如美國(guó)專利4,877,382所示，該專利公開(kāi)的內(nèi)容在此引作參考。歐氏聯(lián)軸節(jié)68設(shè)置在旋轉(zhuǎn)渦旋元件56和軸承蓋24之間，并用鍵固定到旋轉(zhuǎn)渦旋元件56和一個(gè)非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70上，以防止旋轉(zhuǎn)渦旋元件56的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70也設(shè)置有卷片72，后者由端板74向下延伸，它的定位與旋轉(zhuǎn)渦旋元件56的卷片58相嚙合。非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70在中央設(shè)置有排放通道76，它與向上開(kāi)口的凹槽78貫通，后者又與由罩蓋14和間壁22限定的排放減聲腔(discharge muffler chamber)80流體連通。在非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70內(nèi)還形成第一和第二環(huán)形槽82和84。槽82和84限定了軸向壓力偏壓腔，接收被卷片58和72壓縮的承壓流體，從而對(duì)非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70施加軸向偏壓力，以此推動(dòng)相應(yīng)的卷片58，72的端部分別與端板74和60的相對(duì)的端板表面密封配合。最外的凹槽82通過(guò)通道86接收增壓流體，最內(nèi)的凹槽84通過(guò)一組通道88接收增壓流體。在非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70和間壁22之間設(shè)置三個(gè)環(huán)形的壓力致動(dòng)密封件90，92和94。密封件90和92將最外的凹槽82與吸收腔96和最內(nèi)的凹槽84隔離，而密封件92和94將最內(nèi)的凹槽84與最外的凹槽82和排放腔80隔離。
減聲板22具有設(shè)置在中央的排放口100，它接收來(lái)自非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70的凹槽78的壓縮的制冷劑。當(dāng)壓縮機(jī)10在其全功率或最高的設(shè)計(jì)壓力比工作時(shí)，排放口100排放壓縮的制冷劑至排放腔80。減聲板22也具有一組排放通道102，處于由排放口100徑向向外位置。排放通道102沿周邊間隔分布，其徑向距離使它們位于最內(nèi)凹槽84的上面。當(dāng)壓縮機(jī)10在其降低的功率或低的設(shè)計(jì)壓力比工作時(shí)，通道102排放壓縮的制冷劑至排放腔80。通過(guò)通道102的制冷劑的流動(dòng)用安裝在間壁22上的活門104控制。閥擋106將活門104定位和保持在減聲板22上，使它蓋住和封閉通道102。
參見(jiàn)圖3和4，示出保溫系統(tǒng)110和除壓系統(tǒng)112。保溫系統(tǒng)110具有軸向延伸通道114，徑向延伸通道116，雙金屬盤118和保持器120。軸向通道114與徑向通道116交叉而將凹槽84與吸收腔96連接起來(lái)。雙金屬盤118位于圓膛孔122內(nèi)，具有設(shè)置在中央的凹陷124，它與軸向通道114配合以便封閉通道114。雙金屬盤118用保持器120保持在膛孔122內(nèi)。當(dāng)凹槽84內(nèi)制冷劑的溫度超過(guò)預(yù)定的溫度時(shí)，雙金屬盤118將迅速開(kāi)啟或改變?yōu)楣靶?，使凹?24和通道114分開(kāi)。制冷劑隨后由凹槽84通過(guò)雙金屬盤118內(nèi)的一組孔126流進(jìn)通道116和吸收腔96。由于環(huán)形密封件92的密封喪失，凹槽82內(nèi)的增壓氣體將泄出至凹槽84。
當(dāng)凹槽84內(nèi)的增壓氣體泄出時(shí)，環(huán)形密封件92喪失密封，因?yàn)樗c密封件90和94相似，部分地是由相鄰凹槽82和84之間的壓力差供能的。凹槽84內(nèi)承壓流體的喪失因此引起凹槽82和凹槽84之間流體的泄漏。這樣導(dǎo)致凹槽82和84內(nèi)的承壓流體提供的軸向偏壓力的撤除，這樣就導(dǎo)致渦旋卷片的端部與相對(duì)的端板分離，導(dǎo)致排放腔80和吸收腔96之間出現(xiàn)泄漏路徑。流泄漏路徑傾向于防止在壓縮機(jī)10內(nèi)超溫的建立。
除壓系統(tǒng)112具有軸向延伸通道128，徑向延伸通道130和泄壓閥組件132。軸向通道128與徑向通道130交叉以便連接凹槽84與吸收腔96。泄壓閥組件132處于通道130的外端的圓膛孔134內(nèi)。泄壓閥組件132在現(xiàn)技術(shù)中是已知的，因此不詳細(xì)說(shuō)明。當(dāng)凹槽84內(nèi)制冷劑的壓力超過(guò)預(yù)定的壓力時(shí)，泄壓閥組件132將開(kāi)啟以便使流體在凹槽84和吸收腔96之間流動(dòng)。借助閥組件132泄出流體壓力影響壓縮機(jī)10，其方式與上述保溫系統(tǒng)110相同。閥組件132產(chǎn)生的泄漏路徑傾向于防止壓縮機(jī)10內(nèi)產(chǎn)生超壓。如果與凹槽84連通的壓縮腔在曲軸循環(huán)的一部分時(shí)暴露于排出壓力，則閥組件132對(duì)超高排出壓力的響應(yīng)會(huì)得到改進(jìn)。如果需要在上設(shè)計(jì)壓力比140和下設(shè)計(jì)壓力比142(圖5)之間壓縮的有效渦旋卷片58和72的長(zhǎng)度小于360°，就是這樣的情況。
參見(jiàn)圖5，示出了空調(diào)用的典型壓縮機(jī)的工作包絡(luò)線。圖中還示出了上設(shè)計(jì)壓力比140和下設(shè)計(jì)壓力比142的相對(duì)位置。上設(shè)計(jì)壓力比140的選擇用于優(yōu)化壓縮機(jī)10在電動(dòng)機(jī)低電壓試驗(yàn)點(diǎn)的工作。當(dāng)壓縮機(jī)10在此點(diǎn)工作時(shí)，被渦旋元件56和70壓縮的制冷劑通過(guò)排放通道76，凹槽78和排放口100進(jìn)入排放腔80。排放通道102被活門104關(guān)閉，活門104由排放腔80內(nèi)的流體壓力推動(dòng)頂住間壁22。增加壓縮機(jī)10在上設(shè)計(jì)壓力比140的總效率可使電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)扭矩減少，從而在該功率點(diǎn)獲得增加的電動(dòng)機(jī)效率。下設(shè)計(jì)壓力比142用來(lái)匹配壓縮機(jī)10的功率點(diǎn)，以進(jìn)一步改進(jìn)效率。
因此，如果壓縮機(jī)10的工作點(diǎn)超過(guò)下設(shè)計(jì)壓力比142，渦旋腔內(nèi)的氣體沿卷片58和72的全長(zhǎng)以正常的方式壓縮，以通過(guò)通道76，凹槽78和排放口100排放。如果壓縮機(jī)10的工作點(diǎn)等于或低于下設(shè)計(jì)壓力比142，渦旋腔內(nèi)的氣體可以通過(guò)在達(dá)到渦旋卷片58和72的內(nèi)端之前開(kāi)啟活門104而通過(guò)通道102排放。這種氣體早期排放避免了由于壓縮比失配引起的損失。
最外的凹槽82以典型的方式作用，以抵銷渦旋壓縮腔內(nèi)的部分氣體分離力。凹槽82內(nèi)的流體壓力使非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70的葉片端部軸向偏壓，從而與旋轉(zhuǎn)渦旋元件56的端板60接觸，并使旋轉(zhuǎn)渦旋元件56的葉片端部軸向偏壓從而與非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70的端板74接觸。最內(nèi)的凹槽84以典型的方式作用，當(dāng)壓縮機(jī)10的工作條件低于下設(shè)計(jì)壓力比142時(shí)在減少的壓力下作用，當(dāng)壓縮機(jī)10的工作條件等于或超過(guò)下設(shè)計(jì)壓力比142時(shí)在增加的壓力下作用。在這種模式，凹槽84可用于改進(jìn)軸向壓力平衡模式，因?yàn)樗峁┝耸苟瞬拷佑|力最小化的補(bǔ)充機(jī)會(huì)。
為了減少用于早期排放端的軸向通道88和102引起的再膨脹損失，被最內(nèi)凹槽84限定的容量應(yīng)保持最小。一種代替的方法是在凹槽84內(nèi)安裝擋板150，如圖1和6所示。擋板150控制由壓縮腔進(jìn)入凹槽84的氣體體積。擋板150的工作方式與活門板104相似。擋板150的角移動(dòng)受到限制，但可以在凹槽84內(nèi)軸向移動(dòng)。當(dāng)擋板150在凹槽84的底部與非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70接觸時(shí)，進(jìn)入凹槽84的氣流最小。僅有一個(gè)極小的排出孔152連接凹槽84與壓縮腔。排出孔152與軸向通道88排成一線。因此膨脹損失得到最小化。當(dāng)擋板150離開(kāi)凹槽84的底部時(shí)，早期排放用的足夠的氣體流通過(guò)擋板150上偏置的一組孔154。該組孔154中的每個(gè)孔與相應(yīng)的通道102排成一線，而不與任何通道88排成一線。當(dāng)使用擋板150并如上述借助在設(shè)計(jì)壓力比140和142之間具有360°的有效渦旋長(zhǎng)度(active scroll length)而優(yōu)化泄壓閥組件132的響應(yīng)時(shí)，該增強(qiáng)的響應(yīng)換來(lái)的是開(kāi)啟擋板150的可能性。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖6，該圖示出了按照本發(fā)明另一實(shí)施例的非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70的凹槽78和84的放大的橫剖面圖。在此實(shí)施例中，排放活門160位于凹槽78內(nèi)。排放活門160具有活門座162，活門板164以及保持器166。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖7，圖中示出了按照本發(fā)明另一實(shí)施例的非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70的凹槽78和84的放大的橫剖面圖。在此實(shí)施例中，活門104和擋板150用一組連接元件170連接。連接元件170要求活門104和擋板150一起移動(dòng)。連接活門104和擋板150的優(yōu)點(diǎn)是避免了它們兩者之間任何的動(dòng)態(tài)相互作用。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖8，圖中示出了按照本發(fā)明另一實(shí)施例的非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70的凹槽78和84的放大的橫剖面圖。在此實(shí)施例中，活門104和擋板150被單一的整體式活門104′所代替。使用單一的整體式活門104′具有與圖7相同的優(yōu)點(diǎn)，即避免了動(dòng)態(tài)相互作用。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖9，圖中示出了按照本發(fā)明另一實(shí)施例的非旋轉(zhuǎn)渦旋元件270的凹槽78和84的放大的橫剖面圖。渦旋元件270與渦旋元件70相同，但一對(duì)徑向通道302代替了通過(guò)間壁22的一組通道102。此外，曲面柔性活門304沿凹槽78的周邊設(shè)置，它代替了活門104。曲面柔性活門304是一柔性圓筒，它設(shè)計(jì)成可以彎曲，從而開(kāi)啟徑向通道302，其方式與活門104開(kāi)啟通道102相似。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是可使用沒(méi)有通道102的標(biāo)準(zhǔn)間壁22。雖然本實(shí)施例公開(kāi)了徑向通道302和柔性活門304，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以取消通道302和活門304，并把環(huán)形密封件94設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)最內(nèi)凹槽84和排放腔80之間的活門功能。由于環(huán)形密封件94是壓力致動(dòng)的密封件，排放腔80內(nèi)的比凹槽84內(nèi)的壓力高的壓力就會(huì)驅(qū)動(dòng)密封件94。因此，如果凹槽84內(nèi)的壓力會(huì)超過(guò)排放腔80內(nèi)的壓力，密封件94就可以設(shè)計(jì)為開(kāi)啟，使高壓氣體通過(guò)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖10，圖中示出了按照本發(fā)明另一實(shí)施例的非旋轉(zhuǎn)渦旋元件370的凹槽78和84的放大的橫剖面圖。渦旋元件370與渦旋元件70相同，但一對(duì)徑向通道402代替了通過(guò)間壁22的一組通道102。此外，活門404被保持彈簧406偏壓頂住通道402。一活門導(dǎo)桿408控制活門404的移動(dòng)。活門404設(shè)計(jì)成用來(lái)開(kāi)啟徑向通道402，其方式與活門104開(kāi)啟通道102相似。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)也是可使用沒(méi)有通道102的標(biāo)準(zhǔn)間壁22。
雖然沒(méi)有專門說(shuō)明，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以這樣設(shè)計(jì)活門404的形狀，使它們實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟通道402的功能，使通過(guò)通道88產(chǎn)生的角膨脹損失最小化，其方式與擋板150相同。
參見(jiàn)圖1，2，11和12，環(huán)形密封件90，92和94每個(gè)都制成L形環(huán)形密封件，外L形密封件90設(shè)置在位于非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70內(nèi)的溝槽200內(nèi)。密封件的一個(gè)腳條延伸進(jìn)入溝槽200，而另一個(gè)腳條通常水平延伸，如圖1，2和12所示，以提供非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70和減聲板22之間的密封。密封件90的功能是隔離凹槽82的底部與壓縮機(jī)10的吸氣區(qū)。L形密封件90的初始成形直徑小于溝槽200的直徑，因此裝配密封件90進(jìn)入溝槽200時(shí)，要將密封件90撐開(kāi)。最好，密封件90在與鋼部件結(jié)合時(shí)，使用含有10％玻璃纖維的Teflon材料制造。
中間L形密封件92位于非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70內(nèi)的溝槽204內(nèi)。密封件92的一個(gè)腳條延伸進(jìn)入溝槽204，而另一個(gè)腳條通常水平延伸，如圖1，2和12所示，以提供非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70和減聲板22之間的密封。密封件92的功能是隔離凹槽82的底部與凹槽84的底部。L形密封件92的初始成形直徑小于溝槽204的直徑，因此裝配密封件92進(jìn)入溝槽204時(shí)，要將密封件92撐開(kāi)。最好，密封件92與鋼部件接觸時(shí)使用含有10％玻璃纖維的Teflon材料制造。
內(nèi)L形密封件94位于非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70內(nèi)的溝槽208內(nèi)。密封件94的一個(gè)腳條延伸進(jìn)入溝槽208，而另一個(gè)腳條通常水平延伸，如圖1，2和12所示，以提供非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70和減聲板22之間的密封。密封件94的功能是隔離凹槽84的底部與壓縮機(jī)10的排放區(qū)。L形密封件94的初始成形直徑小于溝槽208的直徑，因此裝配密封件94進(jìn)入溝槽208時(shí)，要將密封件94撐開(kāi)。最好，密封件94與鋼部件接觸時(shí)使用含有10％玻璃纖維的Teflon材料制造。
密封件90，92和94因而提供三種不同的密封，即密封件94的內(nèi)直徑密封，密封件90的外直徑密封以及密封件92的中間直徑密封。減聲板22和密封件94之間的密封隔離了凹槽84底部的中間壓力流體與排出壓力流體。減聲板22和密封件90之間的密封隔離了凹槽82底部的中間壓力流體與吸入壓力流體。減聲板22和密封件92之間的密封隔離了凹槽84底部的中間壓力流體與凹槽82底部的不同中間壓力下的流體。密封件90，92和94是壓力致動(dòng)的密封件，詳見(jiàn)下述。
溝槽200，204和208的形狀全部相似。溝槽200的說(shuō)明如下。應(yīng)該理解，溝槽204和208具有與溝槽200相同的特點(diǎn)。溝槽200具有總體上垂直的外壁240，總體上垂直的內(nèi)壁242和切槽部分244。壁240和242之間的距離，即溝槽200的寬度，設(shè)計(jì)為稍大于密封件90的寬度。這樣做的目的是允許來(lái)自凹槽82的承壓流體進(jìn)入密封件90和壁242之間的區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)的增壓流體將作用于密封件90，壓迫它頂住壁240，從而增強(qiáng)壁240和密封件90之間的密封性能。切槽部分244位于密封件90的總體上水平的部分的下面，如圖12所示。切槽部分244的目的是使凹槽82內(nèi)的承壓流體作用于密封件92的水平部分，推動(dòng)它頂住減聲板22以增強(qiáng)密封性能。因此，凹槽82內(nèi)的承壓流體作用于密封件90的內(nèi)表面，以壓力致動(dòng)密封件90。如上所述，溝槽204和208與溝槽200相同，因此為密封件92和94提供同樣的壓力致動(dòng)。
為了將密封件90，92和94分別裝配進(jìn)溝槽200，204和208中而將它們撐開(kāi)有助于在壓縮機(jī)10工作時(shí)將密封件保持在溝槽內(nèi)。這樣做有兩個(gè)重要的原因。首先，密封件必須在溝槽內(nèi)保持自由浮動(dòng)，以便使密封件向減聲板22的移動(dòng)最小。密封件移動(dòng)的最小化是由于非旋轉(zhuǎn)渦旋元件70的移動(dòng)是借助密封件90，92和94的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。其次，重要的是密封件94僅在一個(gè)方向上密封。密封件94用于在滿溢啟動(dòng)(floodedstarts)時(shí)由凹槽84底部釋放高的中間壓力。高的中間壓力的釋放降低了內(nèi)部渦旋壓力和由之導(dǎo)致的應(yīng)力和噪聲。
本發(fā)明的獨(dú)特的L形密封件90，92和94具有較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，容易安裝和檢查，有效地提供了所需的復(fù)雜的密封功能。本發(fā)明的獨(dú)特的密封系統(tǒng)具有三個(gè)L形密封件90，92和94，它們被撐開(kāi)安裝到位，隨后由壓力致動(dòng)。本發(fā)明的獨(dú)特的密封組件降低了壓縮機(jī)的總體制造費(fèi)用，減少了密封組件用的部件數(shù)量，通過(guò)使密封件的磨損最小化而改進(jìn)耐久性，并提供了空間以增加排放減聲器容積從而改善排放脈沖的衰減，而又不增加壓縮機(jī)的總尺寸。
本發(fā)明的密封件還提供了在滿溢啟動(dòng)(flooded starts)時(shí)的釋放程度。密封件90，92和94設(shè)計(jì)為僅在一個(gè)方向密封。這樣，這些密封件可以用于在滿溢啟動(dòng)時(shí)由中間腔或凹槽82和84釋放高壓流體至排放腔，從而降低渦旋間(inter-scroll)壓力和由之而來(lái)的應(yīng)力和噪聲。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖13，圖中示出了按照本發(fā)明另一實(shí)施例的溝槽300。溝槽300具有向外傾斜的外壁340，總體上垂直的內(nèi)壁242和切槽部分244。因此，溝槽300與溝槽200相同，但用向外傾斜的外壁340代替了總體上垂直的外壁240。溝槽300和密封件90的功能、工作方式和優(yōu)點(diǎn)與上述溝槽200和密封件90的相同。外壁的傾斜增加了凹槽82內(nèi)的承壓流體作用于密封件90的內(nèi)表面以壓力驅(qū)動(dòng)密封件90的能力。應(yīng)該理解，溝槽200，204，208每個(gè)都可制成與溝槽300相同的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖14，圖中示出了按照本發(fā)明另一實(shí)施例的密封件溝槽400。溝槽400具有向外傾斜的外壁340以及總體上垂直的內(nèi)壁442。因此，溝槽400與溝槽300相同，但取消了切槽部分244。溝槽400和密封件90的功能，工作方式和優(yōu)點(diǎn)與上述溝槽200，300和密封件90相同。撤除切槽部分244成為可能，是在密封件90下面增加了波動(dòng)彈簧(wavespring)450。波動(dòng)彈簧450向上向減聲板22偏壓密封件90的水平部分，以為凹槽82內(nèi)承壓氣體提供通道，以作用于密封件90的內(nèi)表面而壓力驅(qū)動(dòng)密封件90。應(yīng)該理解，溝槽200，204和208每個(gè)可以制成與溝槽400相同的結(jié)構(gòu)。
雖然上面詳細(xì)的說(shuō)明涉及本發(fā)明的最佳實(shí)施例，但應(yīng)該理解，在不脫離所附權(quán)利要求書的范圍和正確含義的條件下，本發(fā)明可以進(jìn)行改進(jìn)、變化和替換。
權(quán)利要求
1.一種渦旋機(jī)械，它具有帶有第一螺旋卷片的第一渦旋元件，第一螺旋卷片由第一端板向外伸出；帶有第二螺旋卷片的第二渦旋元件，第二螺旋卷片由第二端板向外伸出，上述第二渦旋卷片與上述第一螺旋卷片相互穿插，以便當(dāng)上述第二渦旋元件相對(duì)于上述第一渦旋元件旋轉(zhuǎn)時(shí)，在它們之間限定一組移動(dòng)的腔，上述移動(dòng)的腔在處于吸入壓力下的吸入壓力區(qū)域和處于排出壓力下的排出壓力區(qū)域之間移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)元件，用于引起上述第二渦旋元件相對(duì)于上述第一渦旋元件旋轉(zhuǎn)；由上述第一和第二渦旋元件之一限定的第一偏壓腔，上述第一偏壓腔處于偏壓壓力下，上述偏壓壓力將上述第一和第二渦旋元件中的上述一個(gè)渦旋元件向另一個(gè)渦旋元件偏壓；以及在上述偏壓腔的上述排出壓力區(qū)域之間設(shè)置的活門。
2.按照權(quán)利要求1所述的渦旋機(jī)械，它還具有由上述一個(gè)渦旋元件限定的第二偏壓腔，上述第二偏壓腔處于介于上述吸入壓力和上述排出壓力之間的中間壓力下，上述中間壓力將上述一個(gè)渦旋元件向上述另一個(gè)渦旋元件偏壓。
3.按照權(quán)利要求2的渦旋機(jī)械，它還具有在上述排出壓力區(qū)域和上述吸入壓力區(qū)域之間的間壁。
4.按照權(quán)利要求3的渦旋機(jī)械，它還具有通道，延伸通過(guò)上述間壁以連接上述第一偏壓腔和上述排出壓力區(qū)域，上述活門可以工作以開(kāi)啟和關(guān)閉上述通道。
5.按照權(quán)利要求2的渦旋機(jī)械，其中上述第一偏壓腔是圓形腔，上述第二偏壓腔是環(huán)形腔，上述第一偏壓腔與上述第二偏壓腔是同心的。
6.按照權(quán)利要求1的渦旋機(jī)械，它還具有通道，延伸通過(guò)上述一個(gè)渦旋元件以連接上述第一偏壓腔和上述排出壓力區(qū)域，上述活門可以工作以開(kāi)啟和關(guān)閉上述通道。
7.按照權(quán)利要求1的渦旋機(jī)械，它還具有擋板，設(shè)置在上述第一偏壓腔內(nèi)。
8.按照權(quán)利要求7的渦旋機(jī)械，其特征在于上述擋板與上述活門相連接。
9.按照權(quán)利要求7的渦旋機(jī)械，其特征在于上述擋板與上述活門是一體的。
10.按照權(quán)利要求1的渦旋機(jī)械，它還具有熱敏活門，設(shè)置在上述第一偏壓腔和上述排出壓力區(qū)域之間。
11.按照權(quán)利要求1的渦旋機(jī)械，它還具有壓敏活門，設(shè)置在上述第一偏壓腔和上述吸入壓力區(qū)域之間。
12.按照權(quán)利要求1的渦旋機(jī)械，它還具有間壁，設(shè)置在上述排出壓力區(qū)域和吸入壓力區(qū)域之間。
13.按照權(quán)利要求12的渦旋機(jī)械，它還具有通道，延伸通過(guò)上述間壁以連接上述第一偏壓腔和上述排出壓力區(qū)域，上述活門可以工作以開(kāi)啟和關(guān)閉上述通道。
14.按照權(quán)利要求1的渦旋機(jī)械，其中上述第一偏壓腔從至少一個(gè)上述移動(dòng)的腔接收處于偏壓壓力的流體。
15.按照權(quán)利要求14的渦旋機(jī)械，它還具有由上述一個(gè)渦旋元件限定的第二偏壓腔，上述第二偏壓腔處于介于上述吸入壓力和上述排出壓力之間的中間壓力，上述中間壓力將上述一個(gè)渦旋元件向上述另一個(gè)渦旋元件偏壓。
16.按照權(quán)利要求15的渦旋機(jī)械，其中上述第二偏壓腔從至少一個(gè)上述移動(dòng)的腔接收處于上述中間壓力的流體。
17.一種渦旋機(jī)械，它具有帶有第一螺旋卷片的第一渦旋元件，第一螺旋卷片從第一端板向外伸出；帶有第二螺旋卷片的第二渦旋元件，第二螺旋卷片由第二端板向外伸出，上述第二螺旋卷片與上述第一螺旋卷片相互穿插；驅(qū)動(dòng)元件，用于引起上述第二渦旋卷片相對(duì)于上述第一渦旋卷片旋轉(zhuǎn)，從而上述螺旋卷片在處于吸入壓力的吸入壓力區(qū)域和處于排出壓力的排出壓力區(qū)域之間產(chǎn)生逐漸改變?nèi)莘e的腔；第一排放通道，設(shè)置在上述腔之一和上述排出壓力區(qū)域之間；第一活門，用于開(kāi)啟和關(guān)閉上述第一排放通道；以及第二排放通道，設(shè)置在上述另一個(gè)腔和上述排出壓力區(qū)域之間。
18.按照權(quán)利要求17的渦旋機(jī)械，它還具有第二活門，用于開(kāi)啟和關(guān)閉上述第二排放通道。
19.按照權(quán)利要求17的渦旋機(jī)械，它還具有由上述渦旋元件之一限定的第一偏壓腔，上述第一偏壓腔處于偏壓壓力下，上述偏壓壓力將上述一個(gè)渦旋元件向另一個(gè)渦旋元件偏壓。
20.按照權(quán)利要求17的渦旋機(jī)械，其中上述第一偏壓腔形成上述第一排放通道的一部分。
21.按照權(quán)利要求19的渦旋機(jī)械，它還具有由上述一個(gè)渦旋元件限定的第二偏壓腔，上述第二偏壓腔處于介于上述吸入壓力和上述排出壓力之間的中間壓力，上述中間壓力將上述一個(gè)渦旋元件向上述另一個(gè)渦旋元件偏壓。
22.按照權(quán)利要求17的渦旋機(jī)械，它還具有間壁，設(shè)置在上述排出壓力區(qū)域和上述吸入壓力區(qū)域之間。
23.按照權(quán)利要求22的渦旋機(jī)械，其中上述第一排放通道延伸通過(guò)上述間壁。
24.按照權(quán)利要求23的渦旋機(jī)械，其中上述第二排放通道延伸通過(guò)上述間壁。
25.按照權(quán)利要求17的渦旋機(jī)械，它還具有熱敏活門，設(shè)置在上述第一排放通道和上述吸入壓力區(qū)域之間。
26.按照權(quán)利要求17的渦旋機(jī)械，它還具有壓敏活門，設(shè)置在上述第一排放通道和上述吸入壓力區(qū)域之間。
27.一種渦旋機(jī)械，它具有殼體；第一和第二渦旋元件，每個(gè)渦旋元件分別具有第一和第二端板，以及其上的第一和第二螺旋卷片，上述螺旋卷片相互嚙合，上述第一渦旋元件限定了第一空腔；驅(qū)動(dòng)元件，用于使上述渦旋元件進(jìn)行相對(duì)的循環(huán)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，上述螺旋卷片形成相繼的流體腔，它們?cè)谡９ぷ鳡顟B(tài)下在吸入壓力區(qū)域和排出壓力區(qū)域之間移動(dòng)；限定上述排出壓力區(qū)域和上述吸入壓力區(qū)域之間的流體路徑的器件；供給第一中間承壓流體至上述第一空腔的器件；以及第一密封件，安裝在上述第一渦旋元件上，上述第一密封件隔離上述第一空腔與渦旋機(jī)械的上述排出壓力區(qū)域；以及第二密封件，安裝在上述第一渦旋元件上，上述第二密封件隔離上述第一空腔與上述渦旋機(jī)械的上述吸入壓力區(qū)域。
28.按照權(quán)利要求27的渦旋機(jī)械，其中上述第一密封件是L形元件，設(shè)置在上述第一渦旋元件的第一溝槽內(nèi)。
29.按照權(quán)利要求28的渦旋機(jī)械，其中上述第二密封件是L形元件，設(shè)置在上述第一渦旋元件的第二溝槽內(nèi)。
30.按照權(quán)利要求29的渦旋機(jī)械，它還具有第一偏壓元件，設(shè)置在上述第一密封件和上述第一溝槽之間。
31.按照權(quán)利要求30的渦旋機(jī)械，它還具有第二偏壓元件，設(shè)置在上述第二密封件和上述第二溝槽之間。
32.按照權(quán)利要求27的渦旋機(jī)械，其中上述第一渦旋元件是非旋轉(zhuǎn)的渦旋元件。
33.按照權(quán)利要求27的渦旋機(jī)械，其中上述第一空腔是環(huán)形腔。
34.按照權(quán)利要求27的渦旋機(jī)械，其中上述第一中間承壓流體將上述第一渦旋元件向上述第二渦旋元件偏壓。
35.按照權(quán)利要求27的渦旋機(jī)械，其中上述第一渦旋元件的安裝使相對(duì)于上述第二渦旋元件的軸向移動(dòng)是有限的。
36.按照權(quán)利要求27的渦旋機(jī)械，它還具有分離上述吸入壓力區(qū)域和上述排出壓力區(qū)域的板，上述第一和第二密封件與上述分離板配合。
37.按照權(quán)利要求27的渦旋機(jī)械，其中由第一渦旋元件限定一個(gè)第二空腔，并上述渦旋機(jī)械還具有向上述第二空腔供給第二中間壓力的器件以及安裝在上述第一渦旋元件上的第三密封件，上述第三密封件隔離上述第一空腔與上述第二空腔。
38.按照權(quán)利要求37的渦旋機(jī)械，其中上述第三密封件是L形元件，設(shè)置在上述第一渦旋元件的溝槽內(nèi)。
39.按照權(quán)利要求37的渦旋機(jī)械，它還具有一偏壓元件，設(shè)置在上述第三密封件和上述溝槽之間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種渦旋機(jī)械,它具有一組固有容積比及各自相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力比。多于一種的固有容積比可使一個(gè)壓縮機(jī)可在多種工作條件下得到優(yōu)化。由壓縮機(jī)的工作包絡(luò)線來(lái)確定選擇各固有容積比中的哪一個(gè)。每個(gè)容積比具有一個(gè)排放通道,它在渦旋機(jī)械的一個(gè)腔和排放腔之間延伸。除了最高的容積比外,全部容積比都使用一個(gè)活門來(lái)控制通過(guò)排放通道的流。
文檔編號(hào)F04C28/26GK1349053SQ0113578
公開(kāi)日2002年5月15日 申請(qǐng)日期2001年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月16日
發(fā)明者斯蒂芬·M·塞貝爾, 邁克爾·M·佩里沃茲奇克弗, 諾曼·貝克 申請(qǐng)人:科普蘭公司