螺杆压缩机的滑阀系统 【技术领域】
本发明总地涉及螺杆压缩机领域。特别地，本发明涉及螺杆压缩机滑阀系统。
背景技术
螺杆型压缩机通常用在制冷和空调系统中。位于平行相交孔中的互锁的阴阳转子限定了啮合转子叶之间的压缩穴。由两个转子组成的压缩机是最常见的，但是具有设置三个或更多转子以便成对作用的其它配置是本领域众所周知的。流体进入转子对一个轴向端附近的吸入口，并通过排放口从相反端附近退出。开始，压缩穴与吸入口连通。当转子转动时，压缩穴被截留在阴阳转子叶与转子孔壁之间。当压缩穴沿轴向向下游转移时，压缩穴变得更小，从而压缩其内的流体。最后，压缩穴旋转进入与排放口的连通，从而被压缩的流体退出。
体积V
1定义为压缩穴初次与吸入口密封隔开之时的压缩穴体积。体积V
2定义为压缩穴刚与排放口初次连通之前的穴体积。压缩机体积流速(容量)取决于V
1的大小。假定转子维持恒定的角速度，则V
1的值越大，压缩机的容量越大。转子、进口、以及转子外壳的几何尺寸限定了密封压缩穴的初始尺寸。因此，对于操作在固定角速度的特定螺杆压缩机，容量是固定的。
限于操作在固定容量的压缩机牺牲了效率，特别是在负载条件变化下操作时。因为压缩机容量与系统冷却容量成比例，所以需要改变容量以匹配动态冷却负载。为了改变容量同时维持恒定转子角速度，螺杆压缩机通常结合滑阀。在传统两转子螺杆压缩机中，滑阀位于收容互锁转子的孔的尖端中。滑阀在这种套筒中沿平行于转子轴线的轴线可线性移动，形成部分孔壁。当每组转子齿接触滑阀时，新的压缩穴被密封，压缩开始。改变滑阀的轴向位置有效地改变压缩开始的轴向点。由于螺杆转子的几何尺寸的原因，由相互啮合的螺杆转子叶形成的压缩穴在转子的吸入端最大，且在排放端最小。改变压缩开始的轴向点增大或减小V
1，从而增大或减小压缩机容量。
滑阀的轴向位置通常通过致动控制活塞控制。传统地，控制活塞通过刚性连接杆附接至滑阀。这允许活塞传递压缩力以朝吸入口移动滑阀，或者传递拉伸力以朝排放口拉滑阀。活塞和滑阀组件在由多个邻接的外壳箱形成的孔中往复是常见的。但是为了最小化磨损和防止阻塞，这些外壳的每一个必须被仔细地加工，并被精确地定位，以便沿单个轴线对齐它们的孔。加工和组装中的这种精度大大增加了压缩机成本。在美国专利公开2005/0123422A1中示出的一种已知系统，使用每端通过非刚性装置(如球接头)附接的相对柔性的杆将运动传递至活塞。在美国专利5,081,876中示出的另一个系统，采用磁联接以将控制活塞运动传递至测量滑阀位置的外部传感器。但是这种系统保留刚性杆作为将控制活塞运动传递至滑阀本身的装置。
【发明内容】
在本发明的示例性实施例中，螺杆压缩机包括线性往复滑阀系统。该滑阀系统包括在活塞套筒中轴向可移动的控制活塞，偏置弹簧，滑阀，以及将控制活塞连接至滑阀并能够传输轴向拉伸力的柔性构件。在操作中，螺杆压缩机排放压力在第一轴向方向上移动滑阀，而柔性构件在第二轴向方向上移动滑阀。
【附图说明】
图1是旋转螺杆压缩机的透视图，部分切除以显露内部组件。
图2A是螺杆压缩机内部的示意图，显示了在全卸载位置的滑阀。
图2B是螺杆压缩机的部分示意图，显示了在部分负载位置的滑阀。
图2C是螺杆压缩机的部分示意图，显示了在全负载位置的滑阀。
【具体实施方式】
图1提供了螺杆压缩机10的部分切除透视图。螺杆压缩机10包括电机箱12，转子箱14，出口箱16，滑动箱18，电机定子20，电机转子22，阳螺杆转子24a，阴螺杆转子24b，滑阀26，控制活塞28，柔性连接构件30，吸入进口32以及排放出口34。电机箱12附接至转子箱14，形成螺杆压缩机10的一个端盖。电机箱12和转子箱14一起收容电机定子20，电机转子22，以及阴阳螺杆转子组24。电机转子22驱动阳螺杆转子24a或阴螺杆转子24b。出口箱16附接至转子箱14的端部，与电机箱12相对。出口箱16包含滑阀26。滑动箱18附接至出口箱16的剩余端，形成螺杆压缩机10的另一个端盖。控制活塞28在滑动箱18内往复，通过改变滑阀26的轴向位置改变压缩机容量。柔性连接构件30将控制活塞28连接至滑阀26。低压工作流体进入吸入进口32，被阴阳螺杆转子24a和24b压缩，并退出排放出口34。在所示实施方式中，螺杆压缩机10包括两螺杆的压缩机。但是，在其它实施方式中，本发明容易地适用于具有三个，四个或更多螺杆转子的采用往复滑阀系统的压缩机。
图2A显示了旋转螺杆压缩机10的示意截面图。邻接出口箱16的转子箱14的端部包括吸入腔40，阴阳螺杆转子24，螺杆转子叶42，以及螺杆转子孔44。工作流体通过吸入腔40进入形成在螺杆转子叶42与螺杆转子孔44之间的压缩穴。当电机转子22旋转阴阳螺杆转子24时，压缩穴体积随压缩穴朝出口箱16转移而被减小。
出口箱16包含排放口46，排放腔48，以及滑阀26。流体通过排放口46退出形成在螺杆转子叶42之间的压缩穴，并进入排放腔48。排放口46可为径向的或轴向的，这取决于滑阀26的形状和位置。
螺杆压缩机10通过改变滑阀26的轴向位置控制容量。当滑阀26达到其轴向运动远离阴阳螺杆转子24的机械极限时，压缩机10的容量最小。本发明提供了创新的滑阀系统50，其中将滑阀26连接至控制活塞头的装置是柔性的，而非刚性的。图2A显示了在这种全卸载配置下的滑阀系统50。
在图2A中，滑阀系统50包括控制活塞28，控制活塞套筒54，偏置弹簧56，O型圈密封件58，第一活塞腔60，第二活塞腔62，第一套筒唇64，第二套筒唇66，柔性连接构件30，连接器70a和70b，滑阀26和控制第一活塞腔压力的装置72。滑阀系统50现在在负载的中间阶段，在全容量的某个百分比处操作。控制活塞28的轴向位置控制滑阀26的轴向位置以及由此的压缩机容量。控制活塞28配合在控制活塞套筒54内，并能够沿套筒54的竖直轴线线性地往复。控制活塞28可以被从底侧反钻孔，以允许固定偏置弹簧56座位。控制活塞28在轴向方向上也是足够伸长的，以在头的外围经历不对称摩擦力时最小化扭转阻塞。O型圈密封件58防止越过控制活塞28的流体泄漏，将第一活塞腔60与第二活塞腔62分离。第一套筒唇64限定了控制活塞28运动的极限。当控制活塞28挤压第一套筒唇64时，滑阀26在全卸载位置。第二套筒唇66位于控制活塞套筒54的基底处。当控制活塞28被全部压下时，第二套管唇66的尺寸足以提供偏置弹簧56的适当保持力。偏置弹簧56被固定，使得下端挤压第二套筒唇66且上端位于控制活塞28的底侧中。偏置弹簧56被设计为保持压缩，即使被释放至其最大长度。如图2A所示，当控制活塞28挤压第一套筒唇64时，偏置弹簧56在其最大长度。
柔性连接构件30将控制活塞28连接至滑阀26。柔性连接构件30可以包括能够可靠传递拉伸负载的任何非刚性元件(例如绳索或线缆)。柔性连接构件30可由任何材料形成，金属或非金属，其具有足够的轴向拉伸强度并能够忍受周期性负载。柔性连接构件30通过连接器70a被连接至控制活塞28并通过连接器70b被连接至滑阀26。连接器70a和70b可以包括螺纹连接器或安全地附接柔性连接构件30的任何其它装置。
图2B显示了在部分负载位置的滑阀系统50。滑阀系统50通过加压第一活塞腔60以克服偏置弹簧56的反向力而被致动。偏置弹簧56被设计使得它击败第一活塞腔60的环境压力，使控制活塞28挤压第一套筒唇64。控制第一活塞腔压力72的装置随后增加第一活塞腔60中的压力。这种装置一般包括控制工作流体流动的至少一个电磁阀，该工作流体例如油。电磁阀允许连续地而不是逐步地控制腔压力。当第一活塞腔60中的压力克服了偏置弹簧56的力，控制活塞28朝着阴阳螺杆转子24被轴向地驱动。这种运动压缩偏置弹簧56并释放柔性连接构件30上的拉力。释放柔性连接构件56上的拉力允许排放腔48中的压力朝图2B所示的部分负载位置移动滑阀26并维持柔性连接构件30受拉。
图2C显示了在全负载位置的滑阀系统50。即使通过全部压缩的控制活塞28，柔性连接构件30仍保持受拉。滑阀26定位使得一个轴向端一直暴露给吸入腔40，且另一端暴露给排放腔48，作为两个腔之间的有效密封件。由于螺杆压缩机的性质，排放腔48压力总是高于吸入腔40压力。所以排放腔40中的压力朝吸入腔40偏置滑阀26，即使当控制活塞28被驱动至全负载位置时，在柔性连接构件30中仍维持拉力。偏置弹簧56和柔性连接构件30的尺寸设计使得当控制活塞28在如图2C所示的全负载位置时，排放压力可一直驱动滑阀26至允许旋转螺杆压缩机10在全设计容量下操作的位置。
为了卸载压缩机10，第一活塞腔压力控制装置72减小第一活塞腔60压力，直到偏置弹簧56能够迫使控制活塞28再次朝向卸载位置。柔性连接构件30朝卸载位置拉滑阀26，滑阀系统50返回至图2B的部分负载状态或图2A的全卸载状态。
滑阀组件必须经常在多个对齐的孔中往复。如图2A，2B，和2C所示，滑阀组件50在下面三个分离配套的孔中致动：转子箱14，出口箱16和滑动箱18。如果控制活塞28和滑阀26如现有技术那样通过刚性杆连接，组件的长度会要求这多个孔被精确地对齐。这种精度需要昂贵的加工和制造工艺以及昂贵的对齐暗榫。柔性连接构件30允许系统50容忍更大的错位，同时保留将控制活塞28运动在两个方向上传递至滑阀26的能力。通过增加错位的系统容限，滑阀系统50降低了系统成本。因为连接构件30是柔性的，它不将错位转化为作用在控制活塞头和滑阀上的扭转力。所以，滑阀组件50的孔无需被精确地加工。这种设计通过减小滑阀组件中的磨损还具有增加螺杆压缩机使用寿命的潜力。因为柔性构件仅传递轴向拉力，错位创建滑阀系统部件与它们在其中往复的孔的壁之间的更小摩擦。另外，设计为容纳由于错位产生的磨损的轴衬可被取消。柔性连接构件30允许滑阀组件50容忍任何数目的多个孔之间的更大错位。它的使用不限于如图2A，2B和2C中所示的三个配套的孔。
螺杆压缩机通常结合滑阀系统作为控制压缩机容量的装置。这种系统一般使用刚性杆将控制活塞连接至滑阀，需要内部部件精确并由此需要昂贵的对齐。本发明使用柔性连接构件30替代刚性杆。第一活塞腔60中的控制压力引起控制活塞28和滑阀26在两个方向上一起移动，好像是通过刚性构件连接的。以这种方式，柔性连接构件30保留了刚性连接杆的功能，同时容忍更大的错位。当集成在螺杆压缩机中时，滑阀系统50减小制造成本和系统磨损，并增加系统的可靠性和寿命。
虽然本发明已经通过参考(多个)示例性实施例被描述，但是本领域技术人员将理解的是可进行各种变化且等同物可代替其元件，而不背离本发明的范围。另外，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应于本发明的教导，而不背离其根本的范围。因此，意图是本发明不限于公开的特定(多个)实施方式，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。