使用比例阀控制的螺杆式压缩机中的无级可变体积比制造技术

本发明专利技术提供了一种用在被配置以执行制冷的闭环系统中的可变效率的螺杆式压缩机。该可变效率的螺杆式压缩机包含：一个入口端口，以将制冷剂抽入到该可变效率的螺杆式压缩机中；一个或多个旋转螺杆，与该入口端口流体连通以压缩该制冷剂，以形成压缩制冷剂；一个排放端口，与该旋转螺杆流体连通，以接收该压缩制冷剂和排放该制冷剂，其中该排放端口包含：一个可调整的活塞，在该排放端口中能够从体积较高的第一位置移动至体积较低的第二位置，该可调整的活塞被布置且定位以响应于需求的改变来调整该排放端口的体积。

【技术实现步骤摘要】

本申请总体涉及可变容量螺杆式压缩机和具有可变容量螺杆式压缩机的系统，且更具体地涉及无级可变容量螺杆式压缩机。
技术介绍
在正位移（positive-displacement）压缩机中，可以既通过速度调制又通过吸入节流（suction throttling）来获得容量控制，以减少抽入（drawn）到压缩机内的蒸汽或气体的体积。正位移压缩机包含例如往复式（reciprocating）压缩机、旋转式（rotary）压缩机、涡旋式（scroll）压缩机、螺杆式压缩机。螺杆式压缩机（也被称为螺旋叶瓣（helical lobe）旋转压缩机）是空气压缩机制冷、水冷机（water chiller）以及天然气加工业中众所周知的。往复式压缩机利用在气缸（cylinder）中可移动的活塞（piston）。该活塞被附接至连接杆（rod），该连接杆被附接至曲柄（crank）。电动马达驱动该曲柄，该曲柄导致该活塞在该气缸中往复运动，增加和减小该气缸内的体积。当该活塞在其冲程的顶部处时，流体通过阀被引入到该气缸中。当该活塞在其冲程的底部处时，该流体被压缩且通过阀从该气缸移除。涡旋式压缩机在两个涡形管（scroll）之间生成一系列新月形的气阱（pocket），该新月形的气阱接收流体用于压缩。通常，一个涡形管被固定且另一个在该固定的涡形管周围绕行。当动作发生时，所述两个形体之间的气阱被慢慢地推到该两个涡形管的中心。这减少了流体的体积。旋转式压缩机有两种普遍类型：静止叶片（stationary blade）压缩机和旋转叶片压缩机。旋转叶片旋转式压缩机上的叶片或轮叶（vanes）在圆柱形外罩（housing）内随着轴旋转。在静止叶片压缩机中，该静止叶片具有的叶片保持静止且是该外罩组件的部分，而气缸经由该气缸内的偏心轴上的辊（roller）在该外罩组件内旋转。在两种类型中，叶片为流体提供了持续的密封。来自吸入管线（line）的低压流体被抽入到开口中。当叶片旋转时，流体填充该叶片后面的空间。在叶片前面的蒸汽空间内集聚（trap）的流体被压缩，直到它能够被推到压缩机排出口（exhaust）中。螺杆式压缩机一般包含安装在中空、双管外壳（double-barreled casing）内部的分立的轴上的两个圆柱形转子。该压缩机外壳的侧壁通常形成两个平行的、交叠的气缸，所述气缸以所述转子的轴平行于地面的方式并排地容纳所述转子。螺杆式压缩机转子通常在它们的外表面上具有螺旋形地延伸的叶瓣和沟槽（groove），在该转子的周缘上形成大螺纹。在运行过程中，通过一个转子上的叶瓣与另一个转子上的对应的沟槽啮合来使该转子的螺纹啮合在一起，以在该转子之间形成一系列间隙。这些间隙形成持续的压缩腔，该压缩腔与该外壳的一端处的入口（inlet）开口或“端口”连通，从而当该转子转动时持续地减少体积，且朝着在该外壳的相对端处的排放（discharge）端口压缩气体。各种类型的压缩机所共有的是入口、出口和工作腔。压缩机入口有时也被称作“吸入”或“低压侧”，而排放被称作“出口”或“高压侧”。制冷剂气体在穿过该入口之后在该工作腔中被压缩到较高压力。机械装置作用在该制冷剂气体上，以将它从第一压力压缩到第二腔。各种正位移压缩机中用于压缩制冷气体的机械装置不同。然后，该压缩制冷气体从该压缩机通过出口或排放端口至制冷系统的其余部分。螺杆式压缩机转子彼此相互啮合且在外罩内以相反的方向同步旋转。该转子运行以吹扫气体通过该外罩从外罩一端处的进气（intake）歧管到该外罩的另一端处的出气（output）歧管。商业上可购得的螺杆式压缩机最通常包含具有四个叶瓣的带螺纹的轴或螺旋形转子，然而，已经有其他螺杆式压缩机被设计成具有五个或更多个叶瓣；然而，可能使用具有2-5个叶瓣的转子。通常通过润滑轴承（lubricated bearings）将该转子轴支撑在该外罩的端壁处。针对这样的压缩机的容量控制可以提供从100%容量到少于10%容量的持续调制、良好的部分负载（part-load）效率、无负载启动以及不变的可靠性。在一制冷系统中，也可以基于用于正在被冷却的空间的温度设置点来调节容量。在压缩机处理气体的其他系统中，可以调节容量以为压缩机充分地加载扭矩生成器（torque generator）或原动机（prime mover）（涡轮机或发动机驱动器）。然而，所有当前可用的方法是昂贵的且增加了初始投资装备的成本。在期望系统的初始成本和系统的运行都是经济的冷冻器（chiller）应用中，期望体积比可变的应用。在一种螺杆式压缩机中，体积比或压缩比Vi是压缩开始时沟槽的体积与当排放端口开始打开时同一沟槽的体积的比。因此，通过确定该排放端口的尺寸和形状来确定螺杆式压缩机中的体积比。为了最大的效率，在压缩期间，沟槽中生成的压力应准确地等于当该体积开始对其打开时排放管路中的压力。如果情况并非如此，无论发生过压缩（over-compression）还是低压缩（under-compression），都导致效率的内部损失。这种效率损失增加了功率消耗和/或噪声，同时降低了效率。如果系统的运行条件很少改变，则可能指定将提供良好效率的固定体积比的压缩机。但是因为过压缩会对压缩机造成损害，所以压缩机被设计以限制过压缩，这样它们不经常以过压缩模式运行。被设计以限制过压缩的压缩机常常被设计以在最严酷的运行条件下以最大的或基本最大的压缩运转。当不在最严酷的运行条件下时，被设计以限制过压缩的固定体积比的压缩机将以低压缩模式运转，这将至少导致降低的效率。需要的是允许依赖于压缩机经历的条件而调整体积比的系统。这将在运行条件改变导致制冷需求的改变时允许调整该压缩机排放体积以改变该排放体积，且因此改变该体积比，从而允许该压缩机以增加的或提高的效率运行。
技术实现思路
本专利技术涉及正位移、可变效率压缩机，其中的排放端口的体积包含一个用于响应于需求的改变来调整该排放端口体积的装置，使得该压缩机可以响应于该需求以最大效率或接近最大效率运行。在一个示例性实施方案中，可变效率的螺杆式压缩机包含：一个入口端口，以将制冷剂抽入到可变效率的螺杆式压缩机中；至少一个旋转螺杆，与该入口端口流体连通以压缩该制冷剂，以形成压缩制冷剂气体；一个排放端口，具有与旋转螺杆流体连通的体积，以接收该压缩制冷剂气体且排放该压缩制冷剂气体，其中该排本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正位移、可变效率的压缩机，包括：一个入口端口，将制冷剂气体抽入到该正位移、可变效率的压缩机中；一个工作腔，接收来自该入口端口的制冷剂气体；一个用于在该工作腔中将该制冷剂气体从第一压力压缩到第二压力的装置；一个用于改变该工作腔的体积的装置；一个排放端口，提供压缩的制冷剂气体从该工作腔到一个制冷系统的流体连通；以及其中该用于改变工作腔的体积的装置响应于需求的改变来调整该工作腔的体积。

【技术特征摘要】
2013.03.14 US 61/783,9481.一种正位移、可变效率的压缩机，包括：
一个入口端口，将制冷剂气体抽入到该正位移、可变效率的压缩机
中；
一个工作腔，接收来自该入口端口的制冷剂气体；
一个用于在该工作腔中将该制冷剂气体从第一压力压缩到第二压
力的装置；
一个用于改变该工作腔的体积的装置；
一个排放端口，提供压缩的制冷剂气体从该工作腔到一个制冷系统
的流体连通；以及
其中该用于改变工作腔的体积的装置响应于需求的改变来调整该
工作腔的体积。
2.一种正位移、可变效率的螺杆式压缩机，包括：
一个入口端口，将制冷剂气体抽入到该螺杆式压缩机中；
至少一个旋转螺杆，与该入口端口流体连通，以压缩该制冷剂气体；
一个排放端口，与该至少一个旋转螺杆流体连通，以接收且排放压
缩的制冷剂气体；
一个活塞，被定位在该排放端口中，该活塞能够从该排放端口的体
积为最大体积的第一位置移动到该排放端口的体积为最小体积的第二
位置，且能够移动到中间位置，在该中间位置处，该排放端口的体积是
介于该最大体积和该最小体积之间；
其中该活塞被布置且定位在该排放端口中，响应于需求的改变来调
整该排放端口的体积；以及
一个用于偏置的装置，被附接至该活塞。
3.根据权利要求2所述的螺杆式压缩机，其中所述用于偏置的装
置是一个弹簧，该弹簧在该活塞与来自该至少一个旋转螺杆的制冷剂气
体排放相对的一侧上被附接到该活塞。
4.根据权利要求2所述的螺杆式压缩机，还包括一个比例阀，该
比例阀在该活塞与来自该至少一个旋转螺杆的制冷剂气体排放相对的
一侧上与所述排放端口流体连通，该比例阀向该活塞施加流体压力，
优选地，其中该比例阀响应于该压缩机的至少一个条件，该比例阀

\t调整施加至该活塞的该流体压力，从而在该排放端口中移动该活塞且为
该排放端口提供一个预定的体积；
进一步优选地，其中该至少一个条件包含参考制冷剂压力和参考油
压力中的至少一个。
5.根据权利要求3所述的螺杆式压缩机，还包括一个比例阀，该
比例阀在该活塞附接至该弹簧的一侧上与所述排放端口流体连通，且向
该活塞施加流体压力以抗衡来自该弹簧的弹簧力。
6.一种可变效率的制冷系统，包含：
一个正位移压缩机，具有一个工作体积和一个用于压缩制冷剂气体
的装置；
一个功率源，为该压缩机提供功率；
一个控制面板，调制该功率源；
一个冷凝器，与将压缩的制冷剂气体冷凝成压缩液体的该压缩机流
体连通；
一个蒸发器，与该冷凝器和该压缩机流体连通；
一个膨胀阀，被定位在该冷凝器与该蒸发器之间，该膨胀阀接收压
缩的制冷剂液体且膨胀该压缩的制冷剂液体，形成气体和液体的雾状
物；以及
其中该压缩机是可变效率的螺杆式压缩机，还包括：
一个入口端口，将制冷剂气体抽入到该螺杆式压缩机中；
至少一个旋转螺杆，与...

【专利技术属性】
技术研发人员：小P·奈米特，
申请(专利权)人：江森自控科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US