专利名称：涡旋机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转压缩机。本发明尤其涉及用于涡旋压缩机的直接排出阀系统的独特的保持系统。
背景技术：
在致冷以及空调和热泵应用中作为压缩机使用，涡旋机械变得越来越普及，这主要是由于它们极高效的操作能力。通常，这些机械包括一对互相啮合的螺旋缠绕，其中之一相对于另一个沿轨道行进，从而限定一个或多个移动的腔室，当所述腔室从外吸入口朝中央排放口时行进时它们的尺寸逐渐减小。通常设有电动机，通过适当的驱动轴驱动所述轨道运动的涡旋部件。
因为螺旋压缩机依靠用于吸入、压缩、排气过程的连续腔室，所以通常不需要吸入阀和排出阀。然而，通过包括排出阀，可以提高所述压缩机的性能。决定性能提高水平的因素之一是所谓的再压缩体积的减小。所述再压缩体积是当所述排放室处于其最小体积时，所述排放室和所述压缩机的排放口的体积。该再压缩体积的最小化将导致所述压缩机的性能最大化。此外，当这种压缩机关闭时，无论是为了满足需求有意地，或者是由于供电中断无意地，都存在非常强的压缩气体从所述排放室回流的趋势，对于所述加压室中的气体程度较小，导致所述轨道运动的涡旋部件及其相应的驱动轴反向轨道运动。所述反向运动通常产生噪声或轰鸣，这可能被认为是反对的和不希望的。而且，在使用单相驱动电动机的机器中，压缩机开始反向运转，可能会导致瞬时的供电中断。这种反向操作可以导致压缩机过热和/或使用所述系统的其他不便。另外，在某些情况下，比如，阻塞的冷凝器风扇，所述排放压力可能会升高到使所述驱动电动机停转，并使其反向旋转。当所述轨道运动的涡旋部件反方向轨道运动时，排放压力将减小到一点，在此电动机能够再次克服这一压头，使所述涡旋部件沿前进的方向沿轨道运动。然而，所述排放压力可能会再次升高到使所述驱动电动机停转，并重复所述循环。所述循环是自持的，因而是不需要的。包括排放阀可以减少或消除这些反向旋转的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用于排放阀的非常简单、独特的保持系统，该系统与未轨道运动的涡旋部件相连，且可以容易地组装入普通的涡旋式气体压缩机中，而不会显著改变压缩机的总体设计。所述排放阀用于使所述再压缩体积最小化，且当压缩机关闭时，用于阻止排放的气体通过压缩机回流，从而反向驱动所述压缩机。阻止所述压缩机的反向操作消除了正常的关闭噪声，和与这种反向旋转相关的其他问题。所述保持系统包括位于所述未沿轨道运动的轨涡旋部件的凹槽内的波纹环保持器。该凹槽位于所述排放阀附近。所述波纹环保持器将所述排放阀偏压在所述未沿轨道运动的涡旋部件上，但是所述波纹环保持器将在特定的压力下偏转，而增加排放气体的通流面积。
从下面结合附图的描述和所附的权利要求，本发明的这些和其他特征将变得更为明显。
从下文的详细描述中，本发明的其他应用领域将变得更为明显。应当理解，所述的详细描述和特定实施例，虽然示出了本发明的优选实施例，但它们旨在为了示例性说明的目的，并非试图限制本发明的范围。
附图简要说明从下面的详细描述和附图中，将能够更加充分地理解本发明，其中
图1是贯穿本发明的包括用于排放阀组件的保持系统的涡旋式压缩机中心的垂直剖面图；图2是图1中示出的压缩机的顶视图，其中去除了顶和隔壁的一部分；图3是图1中示出的浮动密封组件和排放阀组件的放大图；图4A是图1和图3中示出的排放阀组件的放大图，其中所述排放阀偏压在所述未沿轨道运动的涡旋部件上；图4B是图1和图3中示出的排放阀组件的放大图，其中所述排放阀与所述未沿轨道运动的涡旋部件间隔；图5是图1和图3中示出的排放阀组件的保持系统的分解透视图。
具体实施例方式
下面优选实施例的描述本质上仅是示意性的，毫无限制本发明、其应用或用途的意图。
现在参照附图，其中在各附图中相同的附图标记表示相同或对应的零件，图1中示出了涡旋压缩机，该压缩机包括本发明的用于排放阀系统的保持系统，且总体上由附图标记10示出。压缩机10包含通常圆柱形密封壳12，在其上端焊有帽盖14，在其下端焊有基座16，该基座具有多个与之形成一体的安装腿(未示出)。帽盖14设有致冷剂排放接头18。安装在所述壳体上的其他主要元件包括在帽盖14焊接于壳体12上的相同位置焊接在壳体外围的横向延伸部分22，适当地固定在壳体12上的下部轴承壳体24，适当地固定在下部轴承壳体24上的两件式上部轴承壳体26。
在其上端具有偏心曲柄销30的驱动轴或曲柄轴28，可转动地轴颈支撑在下部轴承壳体24的轴承32和上部轴承壳体26的第二轴承34中。曲柄轴28在其下端具有较大直径的同心孔36，该孔与径向向外倾斜的小直径孔38连通，该小直径孔向上延伸到曲柄轴28的顶端。内壳12的下部形成油箱40，该油箱填充有润滑油，达到略高于转子42下端的液面，且孔36用作泵，将润滑流体28泵送到曲柄轴28，进入孔38，最终到达压缩机需要润滑的所有部分。
曲柄轴28通过电动机旋转地驱动，电动机包括定子46，贯穿的绕组48和压力配合在曲柄轴28上且分别具有上、下配重50和52的转子42。
上部轴承壳体26的上表面设有扁平的推力轴承面54，其上置有沿轨道运动的涡旋部件56，该部件具有从端板60向上延伸的通常螺旋的叶片或环绕壳58。从沿轨道运动的涡旋部件56的端板60下表面向下伸出的是圆柱轮轴，该轮轴具有轴颈轴承62，且其中可转动地设有驱动轴瓦64，该轴瓦具有内孔66，其中曲柄销30驱动地置入孔中。曲柄销30具有一个驱动地啮合在孔66的一部分内形成的平面(未示出)啮合的平面，从而形成径向适应的驱动配置，比如受让人的美国专利US4877382所示，在此通过引用包含其全部内容。欧氏联轴节68位于沿轨道运动的涡旋部件56和轴承壳24之间，且键合于沿轨道运动的涡旋部件56和不沿轨道运动的涡旋部件70，从而避免沿轨道运动的涡旋部件56旋转运动。可取的是，欧氏联轴节68是受让人的未决美国专利5320506中公开的类型，在此通过引用而包含其全部内容。
还设有不沿轨道运动的涡旋部件70，它具有从端板74向下延伸的环绕壳72，该环绕壳与沿轨道运动的涡旋部件56的环绕壳58啮合定位。不沿轨道运动的涡旋部件70具有中心设置的排放通道，该排放通道与向上开口的凹槽78连通，而凹槽78又与由帽盖14和隔壁22形成后的排放消声腔室80流体连通。环形凹槽82还形成于不沿轨道运动的涡旋部件70内，其中设有浮动的密封组件84。凹槽78和82及密封组件84配合形成轴向偏压腔室，该腔室接收通过环绕壳58和72压缩的加压流体，而在不沿轨道运动的轨涡旋部件70上施加轴向偏压力，从而顶推相应环绕壳58，72的顶端而分别与端板74和60的相对端板表面密封啮合。可取的是，密封组件84是美国专利US5156539中详细描述的类型，在此通过引用而包含其全部内容。不沿轨道运动的涡旋部件70设计为以前述美国专利US4877382或美国专利US5102316中公开的适当方式安装在上部轴承壳体26上，在此通过引用而包含其全部内容。
现在参照图2和3，浮动密封组件84是同心的夹层结构，包含具有多个等距间隔的直立的整体凸起104的环形基座板102，每个凸起具有扩大的基座部分106。在板102上是环形垫圈组件108，该组件具有多个等距间隔的孔，所述孔匹配并接收基座部分106。在垫圈组件108的顶部设有环形隔板110，该隔板具有多个等距间隔的孔，所述孔也匹配并接收基座部分106。在板110的顶部是环形垫圈组件112，该组件具有多个等距间隔的孔，所述孔匹配并接收凸起104。密封组件84的装配是通过环形上密封板114保持的，该密封板具有多个等距间隔的孔，所述孔匹配并接收凸起104。密封板114包括多个环形凸起116，它们与环形垫圈组件112和隔板110上的多个孔匹配，并延伸入所述多个孔中，为密封组件84提供稳定性。密封板114还包括环形向上凸起的平面密封唇118。密封组件84通过使凸起104的端部卷边而固定在一起，如120处所示。
现在参照图3，密封组件84提供了三种不同的密封第一，在两界面122处的内径密封；第二，在两界面124处的外径密封；第三，在126处的顶部密封。密封122将凹槽82底部的中间压力下的流体与凹槽78内排放压力下的流体隔开。密封124将凹槽82底部的中间压力下的流体与壳体12内的吸入压力下的流体隔开。密封126位于密封唇118和隔壁22上的环形座部分之间。密封126将吸入压力下的流体与经过密封组件84顶部的排放压力下的流体隔开。
密封126的直径和宽度这样选择，即使密封唇118和隔壁22上的环形座部分之间的单位压力高于通常遇到的排放压力，从而在压缩机10的正常工作条件下确保稳定的密封，也就是在通常的工作压力比下。因此，当遇到不希望的压力状态时，密封组件84将会被迫向下，破坏密封126，从而允许流体从压缩机10的排放压力区流至压缩机10的吸入压力区。如果这种流动足够大，所产生的电动机冷却吸入气体的流动损失(由于泄漏排放气体的过高温度而加剧)将导致电动机保护器脱开，从而使电动机断电。密封126的宽度这样选择，即使密封唇118和隔壁22上的环形座部分之间的单位压力高于通常遇到的排气压力，从而保证稳定的密封。
此类宽泛地描述的涡旋压缩机既不是本领域公知的，也不是申请人的受让人的其他未决专利申请的主题。
本发明针对常开机械阀组件130的保持系统，该保持系统位于凹槽78内，该凹槽在不沿轨道运动的涡旋部件70内形成。尽管结合常开机械阀组件130描述本发明，但本发明的保持系统也可用于任何类型的排放阀。在压缩机10的稳定工作状态中，阀组件130在第一或关闭状态，第二或打开状态，和第三或完全打开状态之间移动。在压缩机10关闭时，阀组件130将关闭。当阀组件130完全关闭时，再压缩体积最小，禁止排放气体反向流经涡旋部件56和60。阀组件130通常处于打开状态，如图3和4A所示。阀组件130的常开构造消除了打开阀组件130所需的作用力，还消除了关闭阀组件130所需的任何机械装置。阀组件130依靠气压差关闭。
现在参照图3-5，排放阀组件130位于凹槽78内，它包含阀座132、阀板134、阀挡136和波纹环保持器138。阀座132是形成排放通道140，一对对准的孔142和内腔144的平金属盘形部件。不沿轨道运动的涡旋部件70形成一对对准的钻孔。当孔142与所述对准的钻孔重合时，排放通道140与排放通道76对准。排放通道140的形状与排放通道76相同。阀座132的厚度，特别是在内腔144的区域最小化，而使压缩机10的再压缩体积最小，这样提高了压缩机10的性能。接近阀板134的内腔144的底面包括轮廓表面148。阀座132的水平上表面用于在阀板的整个周边固定阀板134。内腔144的轮廓表面148用于阀组件130的常开特征。轮廓表面148可以是通常的平面，如图4A所示，或者轮廓表面148可以是曲面。虽然内腔144和轮廓表面148示为装在阀座132内，但内腔144以及表面148延伸穿过阀座132的边缘也在本发明的范围内。而且，如果需要，去除阀座132，而使内腔144和表面148直接在不沿轨道运动的涡旋部件70内和上也在本阀板134是扁平的薄金属盘形部件，包括环形环150，从环150径向向内延伸的大致为矩形的部分152，和连接于矩形部分152的径向内端的大致圆形的部分154。矩形部分152设计为宽度小于圆形部分154。所以，这种减小的截面具有比圆形部分154更低的弯曲载荷，致使阀组件130更快地打开。矩形部分152的这种减小的截面从耐久的观点上来说是可以接受的，因为轮廓表面148减小了作用在该减小截面上的应力。部分154的尺寸和形状设计为完全覆盖阀座132的排放通道140。部分154的大致为圆形的形状消除了与矩形阀板有关的阀的破损。通常，阀板在阀的关闭过程中由于阀的压力波动而具有扭曲的趋势。当矩形型状的阀在关闭前扭曲时，所述矩形的外角将会首先因为载荷较高而碰撞，所述角受损。通过使用大致圆形的部分关闭阀，本发明消除了角破损的可能性。阀板134还包括一对突出部156，它们形成一对对准的孔158。当孔158与阀座132的孔142对准时，矩形部分152使圆形部分154与排放通道140对准。阀板134的厚度由当阀板134从它关闭的位置偏转到其开放位置时在矩形部分152上产生的应力决定，如下所述。
阀挡136是厚金属盘形部件，为阀板134和阀座132提供支撑和加固。阀挡136在结构上类似于阀板134，包括环形环160，从环162径向向内延伸的大致矩形的部分162，和连接于矩形部分162的径向内端的大致圆形的部分164，和在环形部分164与在部件164的与部分162相对的一侧上的环160之间延伸的支撑部分166。阀挡136还包括一对突出部168，它们形成一对对准的孔170。当孔170与阀板134的孔158对准时，矩形部分162与阀板134的矩形部分152对准，且使圆形部分164与阀板134的圆形部分154对准。矩形部分162和圆形部分164一起形成弯曲的轮廓表面172。
排放阀组件130组装成不沿轨道运动的涡旋部件70，首先将阀座132放在具有向上的轮廓表面148的凹槽78内，同时使孔142与钻孔146对准，这样使通道140与通道76对准。接着，阀板134放在凹槽78内的阀座132顶部，同时使孔142与孔158对准，这样使通道154与通道140对准。接着，阀挡136放在凹槽78内的阀板134顶部，同时使孔170与孔158对准，这样使部分162和164分别与部分152和154对准。转销176穿过每组对准的孔170，158和142插入，压力配合在每个钻孔146内，以保持这些部件的对准。最后，保持器138安装在凹槽78内，使阀组件130与不沿轨道运动的涡旋部件70组装在一起。保持器138的组件将阀座132的整个环形环150夹在阀座132的上平面和阀挡136的环160之间，固定并保持阀板134。
保持器138是位于在不沿轨道运动的涡旋部件70的凹槽78内形成的槽180内的波纹环保持器。保持器138的波纹形状使其啮合槽180的上表面182和下表面184，从而充分地将排放阀组件保持在凹槽78内，如图4A所示。保持器138的波纹形状还允许排放阀组件由于波纹环保持器的弹性及压缩造成的轴向运动，如图4B所述。
排放阀组件130通常处于阀板134抵靠阀座132的上平面的状态。轮廓表面148使阀板134与阀座132间隔开，以提供排放阀组件130的常开特征。这使得有限的流体从排放消声腔室流入由涡旋部件56和70形成的压缩储袋内。为了关闭阀组件130，当腔室80内的流体压力大于由涡旋部件56和70形成的所述中央流体储袋内的流体压力时，消声腔室80内的流体压力偏压阀板134，使其抵靠阀座132的轮廓表面148。在压缩机10的工作过程中，排放腔室80内的流体和由涡旋部件56和70形成的中央流体储袋内的流体之间的流体压差将使阀板134在邻接阀座132的轮廓表面148和邻接阀挡136之间移动，或者在第一关闭位置和第二打开位置之间移动。阀组件130的常开状态消除了打开普通排放阀所需的作用力。该作用力的消除减小了操作所述阀的压力差，而又减小了功率损失。此外，由于阀逐渐关闭而不是通闭阀的突然关闭，常开特征减小了在关闭阀的过程中产生的声音。本发明的阀仅在压差下工作。最后，阀组件130的独特设计提供了较大的流动面积，改善了系统的流动特性。
当阀板134处于第二或打开位置时，在排放通道内的附加排放压力将反作用于排放阀组件130，最终将超过由波纹环保持器138施加的弹性力。然后，排放阀组件130将轴向向上移动到如图4B所示的位置，第三或完全打开位置，使流体流过排放阀组件130的外围。
阀板134被夹在阀座132和阀挡136之间，使阀挡136的环形环160临靠阀板134的环形环150，而环形环150又邻靠阀座132的上平面。如图4A所示，矩形部分152和圆形部分154通常在大致水平位置处于非受力状态。阀板134的偏转发生在矩形部分152和圆形部分154内。为了完全关闭，部分152和154偏向阀座132，为了打开，部分152和154沿相反的方向朝阀挡136偏转。阀板134受到的应力是中间常开位置加或减方向的应力。因此，当比较阀板134的应力与常闭排放阀的瓣阀受到的应力时，所述应力明显减小。当所述瓣阀不受应力时，常闭瓣阀开始处于邻近阀座的位置。当所述阀开始打开时，随着瓣阀的打开，所述应力开始从非应力状态连续升高。因此，它们从非应力状态是不定向的。通过使阀板134的应力状态在非应力状态两侧上居中，本发明显著减小了阀板134受到的应力载荷。
为了进一步减小所述应力载荷，从而延长阀板134的寿命，选择阀座132的轮廓表面148的和阀挡136的轮廓表面172的形状，确保逐渐加载，并通过将载荷分布在更大的面积使应力最小化。最后，环150、矩形部分153和圆形部分154之间的圆角轮廓和过渡设计为消除了应力集中区。这种应力集中区的消除，载荷的均匀分布以及受到的最大应力的减小显著改善了排放阀组件130的寿命和性能。
虽然上面的详细描述描述了本发明的优选实施例，但应当理解，本发明易于进行修改、变体和改型，而不脱离附加权利要求的范围和公正意图。
权利要求
1.一种涡旋机械，包含具有从第一端板向外凸起的第一螺旋环绕壳的第一涡旋部件；具有从第二端板向外凸起的第二螺旋环绕壳的第二涡旋部件，所述第二螺旋环绕壳与所述第一螺旋环绕壳互相啮合；排放腔室；驱动部件，用于使所述涡旋部件相对于另一个沿轨道移动，借此所述螺旋环绕壳将在吸入压力区和排放压力区之间产生逐渐变化体积的储袋，所述排放压力区与所述排放腔室连通；以及位于所述排放压力区和所述排放腔室之间的排放阀，所述排放阀位于由所述第一涡旋部件形成的凹槽内，所述排放阀可在第一、第二和第三位置操作，其中所述第一位置是禁止所述排放腔室和所述排放压力区之间的流体流动的关闭位置；所述第二位置是允许所述排放腔室和所述排放压力区之间的流体以第一流速水平流动的打开位置；以及所述第三位置是允许所述排放腔室和所述排放压力区之间的流体以高于第一流速的第二流速水平流动的打开位置。
2.如权利要求1所述的涡旋机械，其特征在于，所述排放阀相对于所述第一涡旋部件在所述位置之间轴向移动。
3.如权利要求1所述的涡旋机械，其特征在于，当所述排放阀位于所述第三位置时，流体围绕所述排放阀的外围流动。
4.如权利要求1所述的涡旋机械，其特征在于，当所述排放阀从所述第二位置移向所述第三位置时，所述第一涡旋部件和所述排放阀之间的通道是打开的。
5.如权利要求1所述的涡旋机械，其特征在于，所述排放阀包含阀板和阀挡。
6.如权利要求5所述的涡旋机械，其特征在于，当所述排放阀从所述第一位置移向所述第三位置时，所述阀板相对所述阀挡移动。
7.如权利要求5所述的涡旋机械，其特征在于，当所述排放阀从所述第二位置移向所述第三位置时，所述阀板相对所述第一涡旋部件移动。
8.如权利要求5所述的涡旋机械，其特征在于，所述排放阀包含阀座和阀板。
9.如权利要求8所述的涡旋机械，其特征在于，当所述排放阀从所述第一位置移向所述第二位置时，所述阀板相对所述阀座移动。
10.如权利要求8所述的涡旋机械，其特征在于，当所述排放阀从所述第二位置移向所述第三位置时，所述阀板相对所述第一涡旋部件移动。
11.如权利要求1所述的涡旋机械，其特征在于，所述排放阀包含阀座、阀板和阀挡。
12.如权利要求1所述的涡旋机械，其特征在于所述排放阀相对于所述第一涡旋部件在所述第一、第二和第三位置之间移动，和用于朝所述第一和第二位置顶推所述排放阀的偏压部件。
13.如权利要求12所述的涡旋机械，其特征在于，所述偏压部件是波形垫圈。
14.如权利要求1所述的涡旋机械，其特征在于，还包含壳体，所述第一和第二涡旋部件位于所述壳体内。
15.如权利要求14所述的涡旋机械，其特征在于，所述壳体形成所述排放腔室的一部分。
全文摘要
一种压缩机，包括常开的排放阀组件，用于控制压缩的致冷剂从所述排放腔室中流经所述压缩部件。通过减小再压缩体积和消除关闭时的反向转动，这种流体的控制致使压缩机的性能提高。所述排放阀组件包括由波形环保持器固定在压缩机内形成的凹槽内的阀座，阀板和阀挡。所述阀挡和阀座包括当打开和关闭时，与所述阀板啮合的轮廓表面。所述轮廓表面控制了阀板的运动。
文档编号F04C23/00GK1601106SQ20041006873
公开日2005年3月30日 申请日期2004年9月6日 优先权日2003年9月25日
发明者杰西·佩顿 申请人:科普兰公司