高压侧共转涡旋压缩机的保护装置 发明的技术背景
本发明一般涉及涡旋设备，特别是共转型涡旋压缩机，其中两个涡旋件绕平行的非重合轴旋转。本发明更特别涉及保护高压侧共转制冷涡旋压缩机，使其当打开压缩机的吸入和排出区域之间的一第二气体流动通道时，避免由于非正常运行状况发生而引起的损坏。
典型的涡旋压缩装置包括两个涡旋件，每个涡旋件带有一个渐开线卷。涡旋件的该渐开线卷从一端板延伸出，并呈互相交错的关系。一个涡旋件相对于另一个的相对旋转轨迹运动在涡旋卷之间形成一系列腔，这些腔在机器运转时体积减小，并压缩腔内的气体。
第一种类型的典型的涡旋压缩机中一个涡旋件是固定的，而另一个涡旋件绕其作沿轨迹旋转运动，第二种典型的涡旋压缩机即所谓“共转”型，其中两个涡旋件绕平行的但偏离的轴旋转。在一种共转型涡旋压缩机中，其中一个涡旋件以驱动涡旋为特征，而另一个以空转涡旋为特征。驱动涡旋件通过一传动轴驱动，传动轴从其端板上延伸出并固定联接，以便随驱动压缩机的马达的转子转动。
气密压缩机(为驱动马达和压缩机构都设置在一气密壳体内地压缩机)，包括涡旋型的，其按高压侧或低压侧设计分类。一高压侧压缩机的驱动马达设置在壳体内部，当压缩机运行时该部分处于压缩机排放压力区域内。一低压侧压缩机的驱动马达设置在壳体内部，当压缩机运转时该部分处于压缩机吸入压力区域内。
对于气密共转型涡旋压缩机，曾预计采用这样一种高压侧设计是有利的，在这种设计中，压缩机驱动马达实际上位于压缩机构的上方，采用驱动涡旋件的驱动轴将由压缩机构压缩的制冷剂气体通向压缩机的排出压力区域。这方面的例子是美国专利4,927,339和5,080,566，前者转让给本发明的受让人，在此引为参考。
还曾预计在这种压缩机中，将油收集在位于压缩机壳体的排出压力区域内的一油槽中是有利的，这样就可以利用排出压力将收集在油槽中的油送到压缩机内需润滑的各位置处。
然而，还是有必要在非正常运行条件下保护压缩机，包括高压侧共转涡旋型压缩机，克服非正常运行条件包括压缩机倒转，这可能发生在接线错误的情况，和压缩机壳体的排出压力区域的压力超过一预定的最大值，例如在使用压缩机的空调或制冷系统中处于压缩机下游的部件失灵时可能发生这种情况。在这类情况中，除了穿过压缩机构的正常的制冷剂气流通路以外，再在吸入和排出压力区域之间提供一个常闭的气流通路都是必要的。
虽然采用单向阀或/压力释放型阀门在压缩机的非正常运行条件下连通涡旋压缩机的吸入和排出压力区域是公知的，例如见美国专利4,560,330；4,767,293；4,840,545和5,186,613，但在一高压侧共转涡旋压缩机的吸入和排放压力区域之间形成一流体通路却是困难的，需要一种在现有技术中没有仔细考虑过的解决方案，因为在这种压缩机壳体的排出压力区域限定一油槽，该备用流体通路必须横穿该油槽。
因此，在高压侧共转型涡旋压缩机中需要一种可行的结构，该压缩机包括一排出压力区域，其垂直地设置在一吸入压力区域的上方，排出压力区域限定一油槽，通过这种可行的结构在压缩机的吸入和排出压力区域之间提供一可选择地打开的气流通路，以在压缩机的非正常运行条件下保护压缩机。
本发明的概述
本发明的一个目的是为高压侧共转涡旋压缩机提供非正常运行条件下的保护。
本发明的另一个目的是为高压侧气密共转涡旋压缩机提供压缩机排出压力大于一预定的最大值和压缩机壳体的排出压力区域中的压力小于该壳体的吸入压力区域中的压力的条件下的保护。
本发明的另一个目的是通过在压缩机壳体的排出压力区域与吸入压力区域之间提供一备用气流通路来为高压侧共转涡旋压缩机提供非正常运行条件下的保护，这种通路必需横穿由压缩机壳体的排出压力区域所限定的一油槽。
在考虑附图和下面的优选实施例的说明时，明显地可以看出本发明的这些和其它目的。在本发明中，在一高压侧共转涡旋压缩机的压缩机构中压缩的气体穿过由压缩机马达驱动的涡旋件所用的轴排入压缩机壳体的排出压力区域中。从压缩机构中排出的压缩气体夹带有润滑剂，在压缩气体排出压缩机之前将其夹带的润滑剂在压缩机内分离以备再用。分离后的润滑剂流到限定在压缩机壳体的该部分底部的一油槽内。
在这样一种结构中，用于在与非正常压力有关的压缩机运行状况发生时将壳体的一区域与另一区域内的气体连通的备用流体通路必需既穿过油槽又穿过在压缩机内将压缩机的排出与吸入压力区域分开的框架。如果备用流体通路不横穿油槽，当该通路打开时油能够从中流过，则油向压缩机轴承面的基本供应可能糟到如此程度，即轴承和其它通常用油槽中的润滑剂润滑的表面在很长的一段时间里不能得到足够的润滑或者根本得不到润滑。在这种情况下，即使对压缩机提供在与压力有关的非正常运行条件下保护，压缩机也可能发生灾难性损坏。
在第一种情况下，通过将一阀设置在压缩机壳体的吸入压力与排出压力区域之间，提供一通向壳体的吸入压力区域的备用气流通道，以允许气体从排放压力向吸入压力区域流动，同时防止油从其中流过，按预定时间将压缩机壳体的排出压力区域内的非正常高压释放，使使用压缩机的制冷系统因此而关闭，避免了压缩机永久性损坏的发生。当引起高排出压力的条件予以修正后，该气流释放通道被关闭，压缩机和系统正常运行。
第二种情况是由于压缩机被接错了线而引起反转，其结果是，在涡旋卷之间限定的腔室不是径向向内移动，并减小容积，而是以一种泵的动作方式径向向外移动，且容积膨胀，压缩机构起到了一膨胀器的作用。在这种情况下，压缩机壳体内的气源为正常情况下压缩机构向其排出的区域。由涡旋件限定的腔室在这种环境下的膨胀，可能引起腔室内的低压甚至负压发展到在正常情况下为压缩机的排出压力区域内得不到足够的空气或没有空气源去泵送。其结果是，涡旋件被紧紧地抽吸在一起，在涡旋件继续旋转的情况下，这就会导致涡旋件的严重损坏。通过在吸入和排出压力区域之间设置一阀来提供一通向壳体的排出压力区域的备用气流通路，以允许气流从壳体的吸入压力区域进入排出压力区域，保证压缩机在所描述的情况下总能提供泵送气流，直到压缩机关闭。
为了保证在上述两种情况下吸入压力区域与排出压力区域之间的备用流体通路都不会被壳体的排出压力区域中的油槽内的油阻塞或使气流减慢，备用流体通路进入壳体的排出压力区域的开口高于油槽中的油的水平面。
附图的简要描述
图1为一高压侧共转涡旋压缩机配合按照本发明的保护装置的一横剖面图；
图2为对图1中一部分的放大图，更清楚地示出了该压缩机的保护装置和其在图1所示压缩机中的安装；
图3和4简要地示出了图1和2所示的实施例中的各保护阀是如何结合成一实现同一目的的单一阀装置的。
优选实施例的描述
首先参见图1和2，共转涡旋压缩机10包括一上壳体部分12、一中间壳体部分14和一下壳体部分16，这三部分密封地连接形成一气密壳体18。一中央框架24将壳体18分为一排出压力区域20和一吸入压力区域22。通过吸入管25使吸入气体通入壳体18的吸入压力区域。
设置在压缩机10的吸入压力区域22内的是一空转涡旋件26和一驱动涡旋件28。驱动和空转涡旋件构成共转涡旋压缩机10的压缩机构。驱动涡旋件28包括一端板30，由端板沿一第一方向延伸出一渐开线卷32，并沿相反的方向延伸出一驱动轴34。端板30上设有一排出孔36，其与限定在驱动涡旋件的驱动轴34中的一排出通道36流动连通。
马达39具有一转子40，驱动涡旋件的驱动轴34穿过该转子并与其固定连接，马达39还包括一定子42，其固定安装在压缩机壳体18的排出压力区域20内。在转子40与定子42之间限定一间隙44。驱动轴34可转动地安装在壳体18内的中央框架24中的中间轴承座46内。
压缩机10的上框架48包括一上轴承座50，其中可转动地安装有驱动轴34的远端52。安装在上框架48上的是一油分离器拱罩54，一内过负荷装置56穿入其中。上框架48上确定有一第一系列孔58，从驱动轴34的通道38中流出的排出气体流经这些孔，还设有一第二组孔60，排出气体流过这些孔后经排出管62排出压缩机的上壳体部分12。
在压缩机10的排出压力区域20中直接位于中央框架24上方的是一排出压力油槽64。油从油槽64中通过油路68提供给中轴承座46的轴承面66。在中轴承座46上可以安装一轴密封件70，以便围绕驱动轴34进行密封。
中轴承座46还限定了一第一通道72和一第二通道73，它们在压缩机10的排出压力区域20和吸入压力区域22之间连通，并通入进入压力区域22。通道72和73优选至少部分带有螺纹。一内压释放阀75螺纹旋入第一通道73，而一单向阀74旋入第二通道72。中央框架24上还带有一油路76，其与一圆周油路78连通。油路78最好至少部分由壳体18所限定，并从油槽64向通路92供油，这将进一步予以描述。
空转涡旋件26具有一端板80，渐开线卷82沿一第一方向从该端板延伸出，一短柱轴84沿相反的方向从该端板延伸出。空转涡旋件26的渐开线卷82与驱动涡旋件28的渐开线卷32交叉接合，并与其配合限定出与排出孔36流动连通的排出槽85。一十字连轴节86保持在运行中两涡旋件的渐开线卷的相对角定向，并使驱动与空转涡旋件传动连接。
下框架88设置在壳体18的吸入压力区域22内，且其包括一整体的轴承座90，空转涡旋件的短柱轴84可转动地安装在其内。下框架88优选限定一油路92，其与圆周油路78流动连通，也与由短柱轴84和下轴承座90所限定的空间94流动连通。空转短柱轴84在下轴承座90的轴承面内转动，由于当压缩机10运转时油槽64所受到的排出压力和该轴承面上的压差，润滑油从排出压力油槽64穿过油路76、78和92及空间94提供到该轴承面上。
现在再结合附图2，可以理解，在压缩机10处于静止或正常运转时，阀74和75的部件定位如图。在压缩机的正常运行过程中，壳体18的排出压力区域20充以处于排出压力下的压缩的制冷剂气体。如前面所指出的，从压缩机构载运出来进入排出区域20内的被压缩的制冷剂气体中的润滑剂在排出压力区域20内被卸下，排入油槽64中。因此，除了框架24以外，油槽64中的润滑剂实际上也处于在排出压力区域20内的其上的制冷剂气体与压缩机壳体的吸入压力区域20之间，吸入压力区域在运转时充以处于吸入压力下的制冷剂气体。
在运行时，排出压力保持着阀74的球形件96座靠在开孔98上，有效地封闭住通道100，否则通道100就会连通壳体18的排出压力区域20和吸入压力区域22。而阀75中的球形件102在压缩机的正常运行过程中，例如由一弹簧104偏压，座靠在开孔106上，从而封闭住通道108。
可以理解，弹簧104应这样选择，其弹簧力应足以保持球102密封地座靠在正常排出压力面上的孔106上，以便象阀74的球形件96那样封闭通道108，否则该通道就会在压缩机壳体的排出压力区域20与吸入压力区域22之间提供流动通路。一旦发生一种非正常运行状态，此状态使得壳体18的排出压力区域20内的压力上升到足以产生一压差的程度，该压差克服了弹簧104的反向力与由吸入压力区域作用在球102上的力之和，并将球12从开口106移开，则通道108就开启，使流体从其中流过，从而释放排出压力区域20内的过大压力。球102保持着移开的位置，则通道108保持着打开，直到非正常系统或压缩机运行条件减轻或者压缩机关闭，并且弹簧104的偏压力足以引起球102克服壳体的排出压力区域的压力而座靠在开孔106上。
一旦发生另一种非正常情况，在此情况下压缩机壳体的吸入压力区域22内的压力变得大于排出压力区域20内的压力，类似地会引起阀74的球96离开阀座，从而打开壳体的吸入压力区域和排出压力区域之间的通道100。当球96离开开孔98时被阀74内的横杆110挡住，不会阻塞或过多地限制通过通道100的流动。当排出压力区域内的压力正常压缩运行条件超过壳体的吸入压力区域22内的压力时，重力和排出压力使球96重新座靠到阀座上。
可以理解，在压缩机壳体的排出压力区域20内具有非正常高的排出压力的情况下，这种非正常高的排出压力只能使球96更密封地座靠在阀74的开孔98上，而使阀75打开，可以流过流体。在压缩机壳体的吸入压力区域22内的压力超过排出压力区域20内的压力的情况下，壳体的吸入压力区域中的更高的压力帮助弹簧104将保持球102座靠在开孔106上，而使球96离开开孔98，以打开阀74，使流体流过。用于当球96离开开孔98时挡住球96的横杆110最好如图4所示。
现在转向图3和4，图中示出了本发明的保护阀装置的另一实施例。在图4所示的实施例中可以理解，在图1和2中所示的实施例中的阀74和75被一个单独的阀组件170所代替，阀170与上面所讨论的两阀的部件相结合。如图所示，阀组件170是一个整体零件，其旋入，或者通过焊接或钎焊固定在框架24的开孔172中，它带有第一和第二臂部174和175，这两个臂部连接到一单一悬垂部176内。
组件170的悬垂部176设置在通道172上，在图3和4所示的实施例中只需为此设置一条通道穿过框架24。可以理解，组件170也可类似地构造成有两个开孔通向吸入压力区域，而一个开孔通向排出压力区域。但这种结构需要有两个通道穿过框架24。还需要说明，在图4的实施例中，示出球96处于其离开阀座的位置，其被横杆110挡住，这应该是壳体18的吸入压力区域22内的压力向排出压力区域20内释放的情况。
对于图1、2和图3、4所示出的两个实施例，都可以理解，阀74、75和阀组件170上位于框架24的上表面和油槽64中的油面之间的部分可以以“间隙器”部分为特征，其目的是将阀和阀组件的开口提高到油槽64中的油平面之上的一高度。在这方面，本发明的保护装置是唯一能够在压缩机壳体的排出压力区域与吸入压力区域之间提供一第二备用气流通路，该气流通路需横穿一油槽。如果不存在一间隔器，当气体流动通路打开时，油槽64中的油就会阻止或限制气流和/或就有可能流过气体流动通路，从而使压缩机发生另一种由于缺少润滑而引起的失灵方式。
虽然结合优选和替换实施例对本发明作了描述，这些实施例中在涡旋压缩机的吸入压力区域和排出压力区域之间限定了一第二流动通路，其穿过一居中的油槽，但是应该理解，就保护释放阀本身的特性、其构造和这种阀在与非正常压力有关的情况下打开的方式而言，存在着这些实施例的替代。在任何情况下，本发明仔细考虑了限定气流通道的装置横穿一油槽以使制冷剂气体为了释放压力而经过一备用通路在正常时为压缩机壳体的吸入和排出压力的区域之间流动的问题，以便在与非正常压力相关的运行条件下保护发动机。