涡旋制冷压缩机 【技术领域】
本发明涉及一种涡旋制冷压缩机。背景技术 美国专利 No.4,477,238 描述了一种涡旋制冷压缩机， 包括由封套限定的气密外 壳， 其中包括静涡旋和动涡旋， 动涡旋相对于静涡旋做轨道运动， 静涡旋和动涡旋都有涡 齿， 两个涡齿互相接合并限定至少两个可变体积的压缩室。
根据美国专利 No.4,477,238 所述的第一实施例， 每一涡齿都具有梯级部分， 该梯 级部分从涡齿的外端延伸过涡齿的至少一部分。
这使得两个外部压缩室的体积、 以及压缩机的位移变大。这些特征因而提高了压 缩机的性能。
然而， 该实施例需要在动涡旋的板片上设置凹部， 以容纳静涡旋的涡齿的梯级部 分。
为了不因该凹部而降低板的机械强度， 必然增加板的厚度。板厚度的增加增大了 动涡旋的重量及其惯性。 增大的惯性直接转变成动涡旋及动涡旋驱动杆的轴承上的增大的 机械负载， 这会导致轴承的过早磨损。
根据美国专利 No.4,477,238 所述的第二实施例， 仅动涡旋的涡齿具有梯级部分， 该梯级部分从涡齿外端开始延伸过涡齿的至少一部分。 这些特征避免在动涡旋的板上形成 凹部， 并因此避免动涡旋驱动轴承的过早磨损。
然而， 由于在该实施例中这两个室的体积不同， 在两个外压缩室之间产生不对称 的压力变化。 具有梯级部分的涡齿壁外部限定的的室中的压力高于没有梯级部分的涡齿壁 外部限定的室中的压力。
结果， 这两个室之间存在流体泄漏， 并因此降低了压缩机的性能。
发明内容 本发明的目的是克服上述缺陷。
本发明的任务是提供一种设计紧凑的涡旋制冷压缩机， 提高其性能， 且同时避免 对压缩机某些部件的永久损伤。
为此， 本发明涉及一种涡旋制冷压缩机， 其具有静涡旋和动涡旋， 动涡旋相对于静 涡旋做轨道运动， 静涡旋和动涡旋都装有涡齿， 两个涡齿彼此接合并限定可变体积的压缩 室， 仅动涡旋的涡齿具有梯级部分， 该梯级部分延伸过其至少一部分长度， 其特征在于， 涡 旋中的至少一个具有至少一个通道， 所述至少一个通道设计成在动涡旋的轨道运动期间提 供两个压缩室之间的连通， 该两个压缩室相对于动涡旋的轨道运动中心对称地布置， 通道 的端部终止于具有通道的涡旋的涡齿的外壁和内壁的分别两侧， 或者终止于具有通道的涡 旋的涡齿的外壁和内壁的内侧， 且该通道具有止回阀， 该止回阀设计成允许流体仅从具有 通道的涡旋的涡齿的外侧流到其内壁。
通道的存在实现了在静涡旋和动涡旋的相对轨道运动期间、 两个外压缩室联通， 因此利用流体从一个室流到另一个室来平衡这两个室任一侧上的压力。 由于在动涡旋的涡 齿上形成一个梯级部分， 因此该压力平衡实现了两个外压缩室之间的压力不平衡的补偿， 因而防止由涡齿限定的室之间的流体泄漏。
仅动涡旋的涡齿具有沿其至少一部分长度延伸的梯级部分。 这些结构避免在动涡 旋的板上形成凹部而导致对动涡旋的驱动轴承的永久磨损。
通道中止回阀的存在避免了在动涡旋的轨道运动期间提供内压缩室和外压缩室 之间的联通， 因而避免当处于最低压力时加压流体泄漏入外压缩室中。
根据本发明的一个实施例， 通道的端部相对于动涡旋的轨道运动的中心彼此偏移 一定角度， 该角度优选地小于或等于 160°， 有利地小于 120°， 且优选地大约 60°。
这样的角度值限制了通道的长度， 因此避免了降低压缩机性能的大量死体积， 并 有利于形成通道。
根据本发明的一个实施例， 静涡旋具有至少一个通道， 其面对具有梯级部分的动 涡旋的涡齿的部分， 并相对于动涡旋的轨道运动中心呈角度位置， 且位于梯级部分的内端 的角度位置和与其径向相对的点之间。 应当理解为， 动涡旋的轨道运动的中心是静涡旋的涡齿的中心。
有利地， 设置在静涡旋中的通道具有止回阀， 该止回阀设计成允许流体仅从静涡 旋的涡齿的外壁流到其内壁。
优选地， 终止于静涡旋的涡齿的内壁中或处的通道的端部从通道的终止于静涡旋 的涡齿的相对于梯级部分的外壁中或处的端部凹入。
根据本发明的一个实施例， 梯级部分从动涡旋的涡齿的外端延伸。
有利地， 梯级部分从动涡旋的涡齿的外端延伸至少 180°。
根据本发明的另一实施例， 动涡旋具有至少一个通道， 该通道面向其没有梯级部 分的部分， 并相对于动涡旋的轨道运动中心呈角度位置， 并在梯级部分的内端的角度位置 和与其径向相对的点之间。
根据本发明的再一实施例， 设置在动涡旋中的通道具有止回阀， 该止回阀设计成 允许流体仅从动涡旋的涡齿的外壁流到其内壁。
优选地， 通道的终止于动涡旋的涡齿的内壁中或处的端部从通道的终止于动涡旋 的涡齿的相对于梯级部分的内端的外壁中或处的端部凹入。
有利地， 静涡旋和动涡旋都具有数个偏移一定角度的通道， 每一个通道都具有止 回阀。
优选地， 静涡旋具有凹部， 该凹部设计成容纳动涡旋的涡齿的梯级部分。
在任意情况下， 本发明可以从参照附图的说明中更好地理解， 附图中显示了非限 制性实例， 该涡旋制冷压缩机的两个实施例。
附图说明 图 1 显示了根据本发明的第一实施例的涡旋制冷压缩机的静涡旋和动涡旋的纵 向截面图 ；
图 2 显示了图 1 中压缩机的动涡旋的立体图 ；
图 3 显示了图 2 中的涡旋的纵向截面图 ；
图 4 显示了图 2 中的动涡旋的俯视图 ；
图 5 显示了图 1 中压缩机的静涡旋的纵向截面图 ；
图 6、 8、 9 和 11 是图 1 中涡旋的两个涡齿在四个不同功能位置中的横截面视图， 其 中四个不同功能位置相互之间偏转 90° ；
图 7 和 10 是图 1 的两个涡旋的纵向截面的部分视图， 显示了两个不同操作位置下 的止回阀 ；
图 12、 14、 15 和 17 是根据本发明的第二实施例的压缩机的两个涡齿在四个不同功 能位置的横截面， 其中四个不同功能位置相互间偏转 90° ； 和
图 13 和 16 是图 12 的压缩机的两个涡齿的纵向截面图的部分视图， 显示了两个不 同操作位置下的止回阀。 具体实施方式
涡旋制冷压缩机通常具有由封套限定的密封外壳， 其中包含用于安装制冷剂 - 气 体压缩级的机架。
该压缩级包括静涡旋 3 和动涡旋 6， 静涡旋 3 具有圆形板 4， 该圆形板 4 装有向下 的第一涡齿 5， 该动涡旋 6 具有圆形板 7， 该圆形板 7 装有向上的第二涡齿 8。
压缩机具有驱动杆 ( 图中未显示 )， 该驱动杆的上端接合在套状部分 11 中， 该套状 部分 11 包括动涡旋 6。当其由封套中所装的电动机转动时， 驱动杆驱动动涡旋 6 相对于静 涡旋 3 做轨道运动。
第一和第二涡齿 5、 8 彼此接合并限定可变体积的压缩室。
动涡旋 6 的涡齿 8 具有梯级部分 12， 该梯级部分 12 从涡齿 8 的外端延伸大约 360°。因而， 动涡旋 6 的涡齿 8 具有第一部分， 该第一部分从涡齿的内端延伸到过渡部分 T， 和第二部分， 该第二部分包括梯级部分 12， 且该第二部分从过渡部分 T 延伸到涡齿 8 的外 端。如图 3 中具体所示， 第二部分的高度 h1 大于第一部分的高度 h2。
过渡部分 T 由半圆形凸面限定。
如图 1 和 5 所示， 静涡旋 3 具有凹部 13， 该凹部 13 设置在板 4 面对动涡旋 6 的表 面上， 并设计成容纳动涡旋 6 的涡齿 8 的梯级部分 12。
凹部 13 延伸过大约 360°， 且其深度对应于梯级部分 12 的高度， 即等于涡齿 8 的 第一和第二部分的高度 h1 和 h2 之间的差的高度。
凹部 13 的内端由半圆形凹面 14 所限定。限定过渡部分 T 的凸面设计成与限定凹 部 13 的内端的凹面 4 相配合。
如图 6 和 7 具体所示， 静涡旋 3 在其板 4 内具有通道 15。通道 15 的端部位于静涡 旋 3 的涡齿 5 的分别的内壁和外壁两侧上。通道 15 的位置与涡齿 8 的具有梯级部分 12 的 第二部分的内壁相对。
如图 7 所示， 通道 15 具有第一部分 16 和第二部分 17， 该第一部分 16 终止于静涡 旋 3 的涡齿 5 的内壁， 而该第二部分 17 终止于静涡旋 3 的涡齿 5 的内壁。第一和第二部分 16、 17 平行于压缩机的轴线延伸， 并通过第三部分 18 彼此连接， 该第三部分 18 垂直于压缩 机的轴线延伸。如图 6 具体所示， 通道 15 的第一和第二部分 16、 17 彼此偏移一定角度。
通道 15 的上游端、 即终止于涡齿 5 的外壁的第一部分 16 的端部， 位于梯级部分 12 的内端区域， 同时通道 15 的下游端、 即终止于涡齿 5 的内壁的第二部分 17 的端部， 从后者 相对于凹面 14 的上游端凹陷。
如图 7 中所示， 通道 15 具有止回阀 19， 该止回阀 19 安装在第三部分 18 中， 并设计 成允许流体仅能从通道 15 的上游端流到其下游端。
止回阀能够在第一关闭位置 ( 图 7 中所示 ) 和第二打开位置 ( 图 10 中所示 ) 之间 平移， 其中在所述第一关闭位置， 该止回阀到达终止于第三部分 18 的第一部分 16 的开口， 而在第二打开位置， 该止回阀远离终止于第三部分 18 的第一部分 16 的开口， 并允许流体从 第一部分 16 流到第二部分 17。
静涡旋 3 具有盖 21， 该盖 21 设计成密封关闭通道 15 的第三部分 18。
现在参照图 6-11 描述涡旋制冷压缩机的操作。
图 6 显示了静涡旋 3 和动涡旋 6 的位置， 其中两个外压缩室 22、 23 分别由动涡旋 6 的涡齿 8 的内壁以及静涡旋 3 的涡齿 5 的内壁向外地限定， 当从上方观察时， 每一个外压 缩室 22、 23 都具有最大表面区域。静涡旋 3 和动涡旋 6 的该位置对应于进气位置， 即允许 气体进入压缩室的位置。 由于压缩室 22 的体积由具有梯级部分 12 的动涡齿的第二部分及凹部 13 所限定， 因此在静涡旋 3 和动涡旋 6 的该位置中， 由静涡旋 3 的涡齿 5 向外限定的压缩室 23 的体积 小于由动涡旋 6 的涡齿 8 向外限定的压缩室 22 的体积。因此， 两个压缩室 22、 23 之间存在 压力不对称。
在静涡旋 3 和动涡旋 6 的该位置中， 限定过渡部分 T 的凸面与限定凹部 13 的内端 的凹面 14 相接触。因此， 两个外压缩室 22、 23 在过渡部分 T 处彼此不联通。
相似地， 当静涡旋 3 和动涡旋 6 处于图 6 中所示位置时， 由于通道 15 未延伸到压 缩室 22， 因此两个外压缩室 22、 23 在通道 15 处彼此不联通。
应当注意， 内压缩室 24 的压力高于外压缩室 22 的压力。该压力差使得止回阀 19 移动到图 7 所示的位置， 因而关闭通道 15， 并防止两个压缩室 23、 24 联通。
因此由于止回阀 19 存在于通道 15 中而防止加压的制冷剂气体从内压缩室 24 流 到外压缩室 23。
一旦动涡旋 6 离开图 6 所示位置， 限定过渡部分 T 的凸面离开限定凹部 13 的内端 的凹面 14。因此， 两个外压缩室 22、 23 通过空间 E 彼此联通， 该空间 E 位于分别限定过渡部 分 T 和凹部 13 的内端的半圆形面之间。
该两个压缩室之间的联通实现了这些室任一侧上的压力平衡， 并因此补偿这两个 压缩室 22、 23 之间的压力不对称。
应当说明的是， 在动涡旋 6 从图 6 所示位置开始的半圈 (halfturn) 中， 限定过渡 部分 T 的凸面保持远离限定凹部 13 的内端的凹面 14。
因此， 在动涡旋 6 从图 6 中所示位置开始的半圈中， 利用空间 E 确保了压缩室 22、 23 的任一侧上的压力平衡， 该空间 E 设置在分别限定过渡部分 T 和凹部 13 的内端的半圆形 面之间。
图 8 中具体显示了该空间 E， 其表示了当动涡旋 6 已执行自图 6 所示位置起 1/4 圈
时静涡旋 3 和动涡旋 6 的位置。
应当注意， 在动涡旋 6 从图 6 所示位置开始的第一个半圈期间， 止回阀 19 保持在 图 7 中所示的关闭位置。
当动涡旋 6 已从图 6 所示位置执行完整半圈时， 静涡旋 3 和动涡旋 6 处于图 9 中 所示的位置。
在静涡旋 3 和动涡旋 6 的该位置中， 限定过渡部分 T 的凸面与限定凹部 13 的内端 的凹面 14 相接触。因此， 两个压缩室 22、 23 不再在过渡部分 T 处联通。
由于压缩室 22 的体积由包括梯级部分 12 的动涡旋 6 的涡齿 8 的第二部分及凹部 13 所限定， 因此由静涡旋 3 的涡齿 5 外部限定的压缩室 23 的体积小于动涡旋 6 的涡齿 8 外 部限定的压缩室 22 的体积。
该压力差使得止回阀 19 移入图 10 中所示打开位置， 因而使压缩室 22、 23 通过通 道 15 联通。
压缩室 22 和 23 之间的该联通允许加压冷却剂气体从压缩室 22 流到压缩室 23， 并 因此这些室任一侧上的压力实现平衡。
当动涡旋 6 已从图 6 中所示位置旋转 3/4 圈时， 静涡旋 3 和动涡旋 6 处于图 11 中 所示的位置。在动涡旋 6 的该位置中， 止回阀 19 仍在打开位置。
应当明确， 在动涡旋 6 从图 9 中所示的位置的半圈中， 通道 15 分别终止于压缩室22、 23。 因此， 在动涡旋 6 从图 9 中所示的位置的半圈中， 通过通道 15 确保压缩室 22、 23 任一侧上的压力平衡。
接下来， 由于动涡旋已旋转一圈， 动涡旋 6 回到其图 6 所示位置。
因此， 两个压缩室 22、 23 基本上一直彼此联通 ( 除了当它们处于进气位置时 )， 确 保无论动涡旋 6 处于任何位置、 对室的压力不平衡进行补偿。
图 14-17 显示了根据本发明的第二实施例的涡旋制冷压缩机， 其与图 1-11 中所示 的不同主要在于 ： 通道 15′设置在动涡旋 6 的板 7 中， 且其面对板 7 没有梯级 12 的部分。
如图 13 中所示， 通道 15′具有第一部分 31 和第二部分 32， 该第一部分 31 终止于 动涡旋 6 的涡齿 8 的外壁， 而该第二部分 32 终止于动涡旋 6 的涡齿 8 的内壁。第一和第二 部分 31、 32 平行于压缩机轴线延伸， 且通过第三部分 33 彼此连接， 该第三部分 33 垂直于压 缩机轴线延伸。
如图 12 中具体显示， 通道 15′的第一和第二部分 31、 32 相对于彼此偏移一定角 度。
通道 15′的上游端、 即终止于动涡旋 6 的涡齿 8 的外壁的第一部分 31 的端部， 与 过渡部分 T 大致直径方向地相对， 同时通道 15′的下游端、 即终止于涡齿 8 的内壁的第二部 分 32 的端部， 从通道相对于梯级部分 12 的内端的上游端回凹。
设置在动涡旋 6 中的通道 15′具有安装在第三部分中的止回阀 19′， 其布置成允 许流体仅从通道 15′的上游端流到其下游端。
如图 13 所示， 通道 15′具有安装在第一部分 31 中的止回阀 19′， 并设计成允许 流体仅从通道 15′的上游端到其下游端。
止回阀 19′能够在第一位置 ( 图 13 所示 ) 和第二位置 ( 图 16 所示 ) 之间平移，
在所述第一位置该止回阀 19′关闭第一部分 31， 而在所述第二位置该止回阀 19′允许流 体从第一部分 31 流到第二部分 32。
止回阀 19′承受压缩弹簧 34 的作用， 该压缩弹簧 34 趋向于保持止回阀处于图 13 所示的关闭位置。
根据本发明的第二实施例的压缩机的运行与图 1-11 中所示的压缩机的操作大致 相同， 因此不再详细描述。
显然， 本发明并不限于上述实例的该涡旋制冷剂压缩机， 而是包括所有等同实施 例。因而， 静涡旋 3 和动涡旋 6 可以都具有一个以上通道， 每一个都具有止回阀。另外， 每 一个用于控制通道 15 和 115 中的流动的止回阀可包括促进其再次关闭的弹性元件。