具有涡旋体偏斜补偿的涡旋压缩机

摘要

一种涡旋压缩机，其可结合受控的涡旋体构件的弯曲，以补偿涡旋体构件之间可能发生的轴向变形。所述受控的弯曲可以是借助于与涡旋体构件的与互相啮合的涡卷相对的表面相连通的密封腔室中的流体压力。流体通路可以延伸穿过位于密封腔室与互相啮合的涡卷之间的涡旋体构件。所述受控的弯曲可以提高涡旋体构件之间的接触的一致性并提高压缩操作的效率。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年3月21日提交的美国专利申请No.12/053,118以及2007年10月12日提交的美国临时申请No.60/979,543的权益。以上申请的公开内容通过参引结合在本文中。

技术领域

本教示大体涉及涡旋压缩机，并且更具体地，涉及具有涡旋体偏斜补偿的涡旋压缩机。

背景技术与发明内容

该部分中的陈述仅仅提供涉及本教示的背景信息，并且可以不构成现有技术。

涡旋压缩机可以将流体从吸入压力压缩至比吸入压力更大的排出压力。涡旋压缩机可以使用定涡旋体构件和动涡旋体构件，它们均具有以彼此啮合接合的方式定位的涡卷。涡旋体构件之间的相对运动使得流体压力随着流体从吸入口向排出口运动而增大。为了提高效率，将动涡旋体构件和定涡旋体构件设计成一体的但较轻的，并且设计成彼此接触从而保持它们之间的密封。

然而，在操作过程中，由于在由互相啮合的涡卷形成的压缩室中存在高流体压力，因此定涡旋体构件和动涡旋体构件的底盘会发生轴向变形。这种轴向变形在对应于较高流体压力的位置处较明显。此外，定涡旋体构件和动涡旋体构件的涡卷都可能因与压缩腔中的热压流体相接触而发生热增长。这种热增长在对应于较高流体温度的位置处较明显。轴向变形和/或热增长都会对保持涡旋体构件之间的密封的能力产生不利影响。

根据本教示的涡旋压缩机可以结合定涡旋体构件的受控的弯曲，以补偿操作过程中的变形。受控的弯曲可以通过利用与定涡旋体构件相连通的密封的腔室中的流体压力而实现。流体通路可延伸穿过位于密封的腔室与相啮合的动涡旋体构件之间的定涡旋体构件。所述受控的弯曲可提高涡旋体构件之间的接触一致性，并且由此提高压缩操作的效率。操作根据本教示的涡旋压缩机的方法可以包括：改变位于定涡旋体构件的非互相啮合侧上的空腔中的流体压力，以引起定涡旋体构件的受控的弯曲并补偿其中一个涡旋体构件或二者的因压缩工作流体而导致的变形。

从本文提供的描述，其它应用领域将变得显而易见。应当理解，这些描述及具体示例仅出于说明的目的而非意在限制本公开的范围。

附图说明

此处所描述的附图仅出于图示的目的，而并非意在以任何方式限制本公开的范围。

图1为根据本教示的涡旋压缩机的剖面图；

图2为图1的压缩机的一部分的放大的局部视图，示出了定涡旋体构件和动涡旋体构件的细节；

图3A与3B为根据本教示的处于非密封和密封状态的位于图2的圆圈3内的定和动涡旋体构件的互相作用的放大的示例性局部视图；以及

图4A与4B为根据本教示的处于非密封和密封状态的位于图2的圆圈4内的定和动涡旋体构件的互相作用的放大的示例性局部视图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，而并非意图限制本公开、应用或用途。

参照图1和2，示出了根据本教示的示例性涡旋压缩机20。压缩机20包括外壳22，外壳22具有上部22a，该上部22a以成密封关系的方式附连至下部22b。外壳22呈大体圆筒形。上部外壳22a设有制冷剂排出口24，制冷剂排出通道26延伸穿过该排出口24。固定主轴承壳体或本体28和下轴承组件30紧固在外壳22中。上端具有偏心曲轴销34的驱动轴或曲轴32以可旋转的方式轴颈支承在主轴承壳体28和下轴承组件30中。曲轴32的下端具有相对较大直径的偏心孔36，该偏心孔36与从偏心孔36向上延伸至曲轴32的顶部的倾向于径向外侧的小直径孔38相连通。孔36内设置有搅拌器40。下部外壳22b的下部形成盛装润滑剂的油底壳，并且孔36可用作泵，以将润滑液沿曲轴32向上泵送然后进入孔38并最终到达需要润滑的压缩机的各个部分。滤器42附连至外壳的下部22b并引导润滑剂流入孔36中。

曲轴32由电机44以可旋转的方式驱动，电机44设置在下轴承组件30内。电机44包括定子46、穿过定子的绕组48以及刚度地安装于曲轴32上的转子50。

主轴承壳体28的上表面包括平止推轴承表面52，平止推轴承表面52中具有轴向延伸的空穴54。空穴54中设置浮动密封件56。止推轴承表面52和浮动密封件56沿轴向支撑动涡旋体构件62的下表面60。动涡旋体构件62包括从其上表面65沿轴向向上延伸的螺旋叶片或涡卷64。圆筒形毂部66从动涡旋体构件62的下表面60向下突出，毂部66中具有轴颈轴承68以及驱动套筒70，并且曲轴销34以驱动方式设置在驱动套筒内。曲轴销34的一个表面上具有平坦部，该平坦部驱动接合形成于驱动套筒70的一部分中的平表面(未示出)，以提供径向屈从驱动布置，如在受让人的题为“Scroll-Type Machine with AxiallyCompliant Mounting(具有轴向屈从安装座的涡旋式机器)”的美国专利No.4,877,382——其公开的内容在此通过参引结合进来——中所示的。十字滑块联轴器(Oldham coupling)72可置于动涡旋体构件62和轴承壳体28之间并栓锁于动涡旋体构件62和轴承壳体28，以防止动涡旋体构件62的旋转运动。十字滑块联轴器72可以是在以上参引的美国专利No.4,877,382中所公开的类型。然而，还可以使用其他十字滑块联轴器，如在受让人的题为“Oldham Coupling for Scroll Machine(用于涡旋机器的十字滑块联轴器”的美国专利No.6,231,324——其公开的内容在此通过参引结合进来——中所公开的联轴器。

定涡旋体构件76固定地紧固在外壳22内。定涡旋体构件76可以通过螺栓78紧固至主轴承壳体28。主轴承壳体28可对定涡旋体构件76的周缘提供轴向支撑。密封件80可以在上部外壳22a与定涡旋体构件76的侧部之间延伸，以在它们之间形成密封。定涡旋体构件76的上表面84上方可设置空腔82。空腔82可以由上表面84和上部外壳22a来限定。

定涡旋体构件76包括相反的上表面84和下表面86。下表面86包括螺旋叶片或涡卷88，涡卷88沿轴向向下延伸并且与动涡旋体构件62的涡卷64啮合接合。定涡旋体构件76具有设置在中央的排出通道/排出口90，该排出通道90与排出通道26相连通，以引导压缩的流体流出涡旋压缩机20。在排出通道90和/或排出通道26中可设置排出阀(未示出)。该排出阀可以为单向阀。排出通道26以密封方式设置在排出口90中，从而防止经排出口90以及排出通道26流动的流体与空腔82中的流体相连通，并且可以允许排出通道26与定涡旋体构件76之间少许相对的轴向运动。

动涡旋体构件62可以相对于定涡旋体构件76盘旋，并使得相应的涡卷64、88相对于彼此运动和形成压缩空腔/空穴92，压缩空腔92的容积逐渐减小从而压缩其中的流体。如图2中最佳示出的，涡卷64、88之间形成了多个压缩空腔92。在操作过程中，流体在邻近动涡旋体构件62的周缘处以吸入压力被吸入涡旋体组中。随后通过逐渐减小压缩空腔92的尺寸而将流体压缩至排出压力，并且经位于定涡旋体构件76的中央中的排出通道90将流体排出。因为在互相啮合的涡卷64，88中被压缩的流体的压力随着流体朝向定涡旋体构件76的中央前进而增大，所以来自压缩的流体的轴向力在邻近排出通道90的位置处最大，而在邻近动涡旋体构件62的周缘处较低，在邻近动涡旋体构件62的周缘处流体处于吸入压力。

如上所述，由浮动密封件56和止推轴承表面52提供对动涡旋体构件62的轴向支撑。然而，浮动密封件56和止推轴承表面52位于动涡旋体构件62的周缘附近。因此，动涡旋体构件62会发生弯曲，使得上表面65变成凹形的(在图2所示的视图中向下变形)，尤其是在中央附近。相似地，定涡旋体构件76由邻近周缘的轴承壳体28轴向支撑，并且邻近定涡旋体构件76的中央的高压可以使得下表面86也弯曲且变成凹形的(在图2所示的视图中向上变形)。作为非限制性示例，相对于动涡旋体构件62的周缘，动涡旋体构件62的中央部分的偏斜(在图2所示的视图中向下)可以为大约15-20微米。相似地，作为非限制性示例，定涡旋体构件76的中央部分相对于定涡旋体构件76的周缘的偏斜(在图2所示的视图中向上)可以为大约10-15微米。

除了由互相啮合的涡卷64、88之间的流体压力引起的轴向分离力之外，被压缩流体的温度也从定涡旋体构件76的周缘朝向定涡旋体构件76的中央增加。增加的温度会使涡卷64，88发生热增长，较大的增长发生在涡旋体构件62、76的中央，较小的增长发生在周缘周围。作为非限制性示例，热增长可以从在涡旋体周缘上的大约0.5微米改变至在临近涡旋体中央的区域中的大约10微米。涡卷的热增长沿远离各自的底盘的方向发生。例如，动涡旋体构件62的涡卷64从上表面65向上(在图2所示的视图中)增长，而定涡旋体构件76的涡卷88从下表面86向下(在图2所示的视图中)增长。

动涡旋体构件62的上表面以及定涡旋体构件76的下表面86的凹形变形结合涡卷64、88的热增长可以导致涡卷64、88的末端与涡旋体构件76、62之间的密封性下降，从而使得它们之间会发生流体泄漏。使用的工作流体的物理特性和横跨那些末端的压差可以影响流体泄漏量。流体泄漏可以影响压缩机20的效率。

根据本教示，可以利用空腔82中的流体压力使定涡旋体构件76具有所需的弯曲或变形以补偿可能发生的不需要的变形。这种补偿可以提高涡卷64、88的末端与相关联的定涡旋体构件76的下表面以及动涡旋体构件62的上表面65之间的密封性。根据本教示，这可以通过提供高压通路96与低压通路98而实现，高压通路96和低压通路98与空腔82相连通并且穿过定涡旋体构件76延伸至动涡旋体构件62。具体地，高压通路96可以邻近排出通道90设置，并且可以邻近排出通道90从空腔82穿过定涡旋体构件76和涡卷88延伸。低压通路98可以邻近动涡旋体构件62的周缘从空腔82穿过定涡旋体构件76和涡卷88延伸。高压通路96和低压通路98可以使被压缩机20压缩的流体能够响应于涡旋体构件62、76的变形而在压缩空腔92与空腔82之间流动，并且能够补偿不合需要的变形，如下所述。作为非限制性示例，通道96、98的内径可以是大约1毫米。

在压缩机20的初始操作过程中，其中，涡旋体构件62、76不变形，并且没有发生涡卷64、88的热增长，高、低压通路96、98相对于动涡旋体构件62的上表面65密封，如图3B和4A中所示。随着压缩机20的操作继续，涡卷64、88的热增长以及动涡旋体构件62和定涡旋体构件76在邻近它们中央的位置处的变形可导致高压通路96不再相对于动涡旋体构件62的上表面65密封，如图4B中所示，而低压通路98保持密封，如图3B中所示。因此，空腔92以及邻近包含高压通路96的涡卷88的排出通道90中的高压流体可以通过高压通路96行进到空腔82中。随着流体从高压通路96流入空腔82中，空腔82中的压力可以增大至压缩机20的最大排出压力。空腔82中的压力的增大可以使得定涡旋体构件76的中央部分变形(在所示视图中向下)，使得高压通路96延伸穿过的涡卷88与动涡旋体构件62的上表面65相接合，如图4A所示，从而密封高压通路96。

定涡旋体构件76的朝向动涡旋体构件62的中央部分的最终变形可导致低压通路98打开，如图3A中所示，原因在于与低压通路98相关联的涡卷88和动涡旋体构件62的上表面65之间的分离。因此，空腔82中的高压流体可以通过低压通路98泄漏到邻近低压通路98的压缩空腔92中。由于随着流体通过低压通路98流动空腔82中的压力持续减小，定涡旋体构件76的中央部分的变形会减小，并且最终因相关联的涡卷88的末端与动涡旋体构件62的上表面65相接合而导致低压通路98被密封，如图3B中所示。那时，高压通路96还可以仍然如图4A中所示保持密封，或者可能如图4B中所示重新打开。

当压缩机20继续运行时，如果不是已经重新打开，那么由于与高压通路96相关联的涡卷88与动涡旋体构件62的上表面65因它们之间的流体压力以及涡卷88的热增长而脱离接合并分离，所以高压通路96会重新打开。因此，流体可以从邻近高压通路96的压缩空腔92以及排出通道90流入空腔82中，从而再次增大空腔82中的压力并且重新开始补偿循环。当压缩机20进行操作并且在压缩机中受到压缩的流体导致动涡旋体构件62和定涡旋体构件76的中央部分的轴向变形以及相关联的涡卷64、88的热增长时，补偿循环会持续进行。由于对变形的补偿，当高压通路96和低压通路98打开和关闭时，空腔82中的压力将改变。通路96、98的循环打开和关闭可使得涡卷64、88之间的密封性提高，从而实现压缩机20的效率全面提高。

应该知道的是，定涡旋体构件76的刚度以及动涡旋体构件62的刚度可以影响压缩机20操作过程中发生的变形的量，因而可被选择成使得定涡旋体构件76和动涡旋体构件62的变形处于工作包线以内，在工作包线内，可通过利用高压通路96和低压通路98改变空腔82中的压力而实现适当的补偿。取决于高压通路96和低压通路98的位置以及在通路96、98由此与工作流体相连通的位置处动涡旋体构件62与定涡旋体构件76之间的工作间隙，空腔82中的压力可以从排出压力变成吸入压力。此外，对动涡旋体构件62和定涡旋体构件76的轴向支撑的位置也可以影响涡旋体构件发生的变形。因此，材料的选择、尺寸、刚度、支撑部的位置和数量、以及高压通路96和低压通路98的数量和尺寸可影响改变空腔82中的压力从而补偿动涡旋体构件62和定涡旋体构件76的变形的能力。

因此，根据本教示的具有涡旋体偏斜补偿的涡旋压缩机可以利用延伸穿过定涡旋体构件76的高压通路96和低压通路98，以使得作用在定涡旋体构件76的上表面84上的空腔82中的流体压力能够补偿轴向变形和相关联的涡卷的热增长。可以选择高压通路96和低压通路98的数量、尺寸以及位置以提供所需的补偿。此外，还可以选择涡旋体构件62、76的尺寸和刚度以及它们的轴向支撑的位置，以与高压通路96和低压通路98相结合，从而使得空腔82中的压力能够补偿变形和热增长。因此，可以改善涡卷88、64的末端与相应的动涡旋体构件62的相关联上表面65及定涡旋体构件76的相关联下表面86之间的密封性提高的接触，从而提高压缩机20的总体效率。

尽管通过参照附图中所示的压缩机以示例的方式示出了本教示，应当理解，压缩机20可以呈现多种不同的形式而仍然处于本教示的范围内。另外，还应该理解，本文示出的尺寸仅出于示例的目的，并且可能不反映实际尺寸，无论相对尺寸还是绝对尺寸，并且在某些情况下，可能是夸大的。而且，通路96、98的位置、数量以及尺寸仅仅是示例性的，并且在不脱离本教示的精神与范围的情况下可以采用改变的位置，尺寸以及数量。应该理解，能够包括穿过动涡旋体构件62延伸并且与密封的空腔相连通从而使动涡旋体构件62能够补偿不合需要的变形的高低压通路。此外，应该理解，本文使用的方向指示(例如，向上，向下)指的是图中所示部件的取向，并不是绝对的方向指示。因此，应该理解，在不偏离本教示的精神与范围的情况下，可以使用所示构型的变型。这些变型不应当被看作背离权利要求的精神与范围。