专利名称：涡旋压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种高压涡旋压缩机。更具体地说，本发明涉及一种涡旋机械，该涡旋机械包括处理高压涡旋压缩机内产生的高轴向カ的偏置涡盘构件。
背景技术：
在本领域中存在ー类通称为“涡旋”机械的机器，这种涡旋机械用于移动各种类型的流体。这些机械可以配置为膨胀器、容积式发动机、泵、压缩机等，本发明的特征适用于这些机械中的任ー种。然而，为了举例说明，所公开的实施例的形式是密封式制冷剂压缩机。总的来说，涡旋机械包括构造类似的两种螺旋式涡旋齿，每种涡旋齿分别安装在独立的端板上从而限定出涡盘构件。这两种涡盘构件以涡旋齿中的一种相对于另ー种旋转地移动了 180度而互相装配在一起。该机械通过使ー个涡盘构件(“动涡盘”)相对于另一个涡盘构件(“定涡盘”或“静涡盘”)绕动而使相应涡旋齿的侧面之间的线接触移动，从而限定出移动式隔离的新月形流体凹穴。该螺旋的一般形式是圆的渐开线，并且运转过程中理论上来说涡盘构件之间没有相对转动；即，该运动是纯粹的曲线平移(即，本体内的任一线条都没有旋转)。流体凹穴将待处理的流体从其中设置有流体入口的涡旋机械的第一区转移至设置有流体出口的该机械的第二区。密封凹穴的容积随着其从第一区移动至第二区而改变。在任一个瞬间都会有至少ー对密封凹穴；而且当某ー时刻出现若干对密封凹穴吋，每ー对都会有不同的容积。在压缩机内，第二区比第一区的压カ高从而其实体上位于该机械的中央，而第一区位于该机械外围处。两种类型的接触限定了涡盘构件之间的流体凹穴，涡旋齿的螺旋面或侧面之间的由径向カ引起的沿轴向延伸的切线接触(“侧面密封”)，以及由轴向カ引起的每个涡旋齿的平面边缘表面(“顶端”)与相対的端板之间的区域接触(“顶端密封”)。为了获得高的效率，必须对两种类型的接触进行良好的密封。
涡旋式机械中的一个设计上的难点是关于在所有运行条件下以及在可变速机械内所有速度下实现顶端密封的技木。通常，可以通过以下方式实现，(I)采用极其精确且非常昂贵的机加工技木，(2)对涡旋齿的顶端提供螺旋式顶端密封件，不幸的是，所述顶端密封件难于装配且经常不可靠，或者(3)通过利用压缩作业流体向相対的涡盘沿轴向偏置动涡盘构件或静涡盘构件来施加轴向恢复カ。利用轴向恢复カ首先需要将两个涡盘构件中的一个安装成可相对于另一个轴向运动。当压缩机被设计为能压缩像ニ氧化碳之类的制冷剂的高压压缩机时，就对涡旋压缩机的轴向偏置系统及其它部件有附加的要求
发明内容
本发明给该领域提供ー种设计为有效压缩用于冷却系统的ニ氧化碳的高压涡旋压缩机。本发明的涡旋压缩机包括较短较厚的涡盘叶片和沿轴向对着定涡盘构件偏置的动涡盘构件。在需要时可以给该涡旋压缩机増加蒸汽注射系统以增强其功能。另外，在需要时该涡旋压缩机可以装配用于冷却和润滑的油注射系统。
通过參阅下面的详细描述和附图将会更全面地理解本发明，附图中图I是根据本发明的涡旋压缩机的竖直剖面图；图2是图I中所示涡旋压缩机的涡盘构件的放大图，图中示出了偏置系统；
图3a是图I中所示偏置系统的放大图；图3b是根据本发明另一个实施例的偏置系统的放大图；图4a_4c是图3a中所不润盘构件和偏置系统的俯视图；图5是图I中所示涡旋压缩机的涡盘构件的放大图，图中示出了加压端ロ ；图6是图I中所示涡旋压缩机的涡盘构件的放大图，图中示出了可选的蒸汽注射系统；图7a_7c是图6中所示涡盘构件和蒸汽注射系统的俯视图；图8是图I中所示涡旋压缩机的涡盘构件的放大图，图中示出了可选的高压油偏置系统；图9是用于图8中所示压缩机的可选的油压偏置系统的油压调节器的侧视剖面图；图10是根据本发明另一实施例的涡旋压缩机的涡盘构件的放大图；图Ila是用于本发明的动涡盘构件的受カ图的俯视图；图Ilb是沿径向轴线的动涡盘构件的受カ图的侧视图；图Ilc是沿切向轴线的动涡盘构件的受カ图的侧视图；图12是示出图10中所示动涡盘构件上的受カ轨迹的俯视图；图13是图10中所示动涡盘构件的侧视剖面图；图14是图10中所示动涡盘构件的俯视图；图15是图10中所示静涡盘构件的侧视剖面图；图16是图10中所示静涡盘构件的俯视图；图17是图10中所示主轴承箱的侧视剖面图；图18是图10中所示主轴承箱的俯视图；图19a_19d示出了用于图10中所示涡旋压缩机的通道、凹槽、密封唇之间的关系;图20示出了在动涡盘构件绕动的过程中凹槽内的压カ之间的关系；图21示出了根据本发明另ー实施例的动涡盘构件的侧视剖面图；图22示出了根据本发明另ー实施例的静涡盘构件的凹槽的方位的俯视图；图23示出了根据本发明另ー实施例的涡旋压缩机的侧视剖面图；图24是示出了图23中所示油压端ロ的局部剖视俯视图。
具体实施例方式下面对优选实施例的描述本质上仅是示例性的，而决非试图限制本发明、其应用、或用途。
现在參照附图，其中在全部附图中相同的附图标记指代相同或相应的部件，图I中示出的是根据本发明的涡旋压缩机，其整体上由附图标记10标示。压缩机10包括大体上呈圆筒形的密封壳体12，该壳体12在其上端焊接有盖子14并在其下端焊接有多个安装底座16。盖子14设置有制冷剂排放管接头18。其它附接到壳体12上的主要元件包括适当地紧固到壳体12的下轴承箱24和适当地紧固到下轴承箱24的两件式上轴承箱26。上端具有偏心曲柄销30的驱动轴或曲柄轴28以可转动方式支承在下轴承箱24中的轴承32和上轴承箱26中的第二轴承34中。曲柄轴28在下端具有直径较大的同心孔36，同心孔36与沿径向向外偏移的直径较小的孔38相连通，该孔38从该处向上延伸到曲柄轴28的顶部。内壳体12的下部限定ー个油槽40，其中充满了液面稍微高过转子42下端的润滑油，孔36作为泵用于将润滑流体向上泵吸到曲柄轴28并流入孔38，最后到达压缩机的所有需要润滑的各个部分。曲柄轴28由电动马达旋转驱动，该电动马达包括定子46、贯穿其中的绕组48和压配合在曲柄轴28上的转子42，并且该电动马达具有分别位于上部和下部的平衡重50和52。上轴承箱26的上表面设置有环形凹槽54，动涡盘构件56位于环形凹槽54上方，动涡盘构件56具有从端板60向上延伸的常规螺旋叶片或涡旋齿58。从动涡盘构件56的端板60的下表面向下突出的是圆筒形毂，该圆筒形毂具有位于其中的轴颈轴承62，并且具有内孔的驱动衬套64转动地置于该圆筒形毂中，而曲柄销30驱动地置于该内孔中。曲柄销30在ー个表面上具有平坦部，该平坦部与形成在该孔的一部分上的平坦表面(未示出)驱动接合从而提供径向柔性补偿(compliant)的驱动配置，诸如受让人的美国专利证书4，877，382中所示，该专利中所公开的内容通过引用结合到本文中。动涡盘构件56和上轴承箱26之间还设置有欧氏联轴节68，并且欧氏联轴节68键连接到动涡盘构件56和上轴承箱26以阻止动涡盘构件56的旋转运动。静涡盘构件70同样设置为具有从端板74向下延伸的涡旋齿72，该涡旋齿72设置在与动涡盘构件56的涡旋齿58啮合的位置。静涡盘构件70具有位于其中央的排放通道76，该通道76与延伸穿过端盖14的排放管接头18连通。现在參照图l_3a，其中更详细地示出了动涡盘构件56和静涡盘构件70。静涡盘构件70通过多个螺栓80以固定方式紧固到两件式上轴承箱26，螺栓80禁止静涡盘构件70相对于上轴承箱26的所有运动。动涡盘构件56位于静涡盘构件70和上轴承箱26之间。如上所述，动涡盘构件56可相对于压缩机10的径向柔性补偿驱动件沿径向移动。动涡盘构件56也可通过位于环形凹槽54内的浮动式推力密封件82沿轴向移动。浮动式推力密封件82包括环形阀体84、内唇密封件86和外唇密封件88。环形阀体84限定了内表面密封部90和外表面密封部92，所述密封部在通过多个通道94供给凹槽54的流体压カ的作用下被迫压而抵靠动涡盘构件56的端板60，所述多个通道94延伸穿过环形阀体84。内唇密封件86封闭着凹槽54的内壁，外唇密封件88封闭着凹槽54的外壁，而且表面密封部90和92封闭着动涡盘构件56的端板60从而将凹槽54与壳体12内的制冷剂的吸入压カ隔离开来。浮动式推力密封件82的设计參数是以这种方式来选择的，在内部加压的情况下，环形阀体84通过表面密封部90和92与端板60或动涡盘构件56持续保持接触。施加给动涡盘构件56的大部分轴向偏置载荷是由凹槽54内的制冷剂气压提供的，而不是由表面密封部90和92与动涡盘构件56的端板60之间的机械接触提供。这减少了表面密封部90和92与动涡盘构件56的端板60的相应表面的机械摩擦及磨损。使用一条或多条通道96即可实现凹槽54的加压，该通道96从端板60的开通到凹槽54的区域延伸穿过端板60并穿过动涡盘构件56的涡旋齿58。现在參照图3b，该图公开了ー种根据本发明另一实施例的偏置系统。图3b示出了与浮动式推力密封件82相同的浮动式推力密封件82'，区别之处在于环形阀体84被三件环形体84a、84b和84c替换。浮动式推力密封件82'包括环形阀体84a、84b和84c、内唇密封件86和外唇密封件88。环形阀体84a限定了内表面密封部90和外表面密封部92，所述面密封部在通过多个通道94供给凹槽54的流体压カ作用下被迫压而抵靠动涡盘构件56的端板60。内唇密 封件86位于环形阀体84a和84b之间并且封闭着凹槽54的内壁，外唇密封件88位于环形 阀体84a和84c之间并且封闭着凹槽54的外壁，而且表面密封部90和92封闭着动涡盘构件56的端板60从而将凹槽54与壳体12内的制冷剂的吸入压カ隔离开来。采用三件阀体84a、84b和84c使得唇密封件86和88能够彼此独立地工作。浮动式推力密封件82的设计參数是以这种方式来选择的，在内部加压的情况下，环形阀体84a通过表面密封部90和92与端板60或动涡盘构件56持续保持接触。施加给动涡盘构件56的大部分轴向偏置载荷由凹槽54内的制冷剂气压提供，而不是由表面密封部90和92与动涡盘构件56的端板60之间的机械接触提供。这减少了表面密封部90和92与动涡盘构件56的端板60的相应表面的机械摩擦及磨损。使用一条或多条通道96即可实现凹槽54的加压，该通道96从端板60的开通到凹槽54的区域延伸穿过端板60和动涡盘构件56的涡旋齿58。在动涡盘构件56相对于静涡盘构件70绕动的过程中，延伸穿过涡旋齿58的一条或多条通道96的端部通过在静涡盘构件70的端板74内机加工出的凹槽98连接到由涡旋齿58和72限定的移动凹穴之一。该一条或多条通道96和凹槽98的位置、尺寸和形状决定了移动凹穴和凹槽54中的压缩气体之间的气体流通的开启和关闭。此外，移动凹穴和凹槽54之间压カ均等化的过渡时间由该一条或多条通道96和凹槽98的位置、尺寸和形状控制。开启和关闭时间以及过渡时间可以选择成使得施加给动涡盘构件56的端板60的过多的轴向カ最小化，而同时该轴向力又能使动涡盘构件56与静涡盘构件70持续保持接触。图4a示出了凹槽98和一条通道96之间的连通准备开启的情形，图4b示出了凹槽98和一条通道96之间的连通已开启的情形，而图4c示出了凹槽98和一条通道96之间的连通关闭的情形。现在參照图5,该图不出了轴向压力偏置系统110。在压缩机10运作期间，吸入气体被吸入涡盘构件56和70并在其中被压缩，然后从排放通道76通过延伸穿过盖子14的排放管接头18排出。因为来自压缩气体的轴向カ主要位于动涡盘构件56的中央，而且浮动式推力密封件82对动涡盘构件56的轴向支撑位于动涡盘构件56的外周，所以动涡盘构件56的端板60产生弯曲，使得端板60的上表面变成凹面。与此同吋，由于热场的作用，动涡旋齿58和静涡旋齿72都产生了热膨胀，在涡盘构件56和70的中央部分热膨胀更大。由于来自移动凹穴中的压缩气体的轴向分离カ的作用，静涡盘构件70的端板74的下表面也变成了凹面。然而，静涡盘构件70的端板74后面的气体压力也能影响端板74的变形。静涡盘构件70用密封件112密封地紧固到端盖14上。静涡盘构件70和端盖14限定压カ腔114，中压气体通过延伸穿过端板74的通道116从ー个或多个由涡旋齿58和72限定的移动凹穴供给压カ腔114。在给定的运行条件下，取决于吸入压カ和排放压力，可以确定压カ腔114内的气压值。压カ腔114内的气压以这种方式影响端板74的变形程度动涡旋齿58的顶端和静涡旋齿72的顶端将尽可能地接近于均匀接触。为了实现与相应的端板60和74的均匀接触可以通过在端板74中适当地定位通道116来选择必需的气压。现在參照图6和7a_7c，图中示出了根据本发明的蒸汽注射系统120。蒸汽注射源位于压缩机10的外部并且其从延伸穿过盖子14的流体管线(未示出)供入。静涡盘构件70限定流体注射端ロ 122，该流体管线附接到流体注射端ロ 122上以便向涡盘构件56和70 供给加压蒸汽。流体注射端ロ 122与动涡盘构件56中的轴向通道124连通。轴向通道124与径向通道126连通，该径向通道126又与一对通向由涡旋齿58和72限定的移动流体凹穴的轴向通道128连通。为了将必需量的蒸汽引入移动凹穴内，必须控制端ロ 122和通道124之间连通的开启和关闭。端ロ 122到通道124的开启应当正好在移动凹穴通过与压缩机10的吸入区密封而形成之后开始。端ロ 122到通道124的关闭应当发生在动涡盘构件56转动大约90度之后。由于动涡盘构件56相对于静涡盘构件70的相对绕动，通过合适地选择端ロ 122、通道124和通道128的相对位置可以控制蒸汽注射系统120的开启和关闭。开启和关闭蒸汽注射系统120从而向移动凹穴供给蒸汽可以通过下述方式来实现，即通过静涡盘构件的涡旋齿72来降低和揭开动涡盘构件56的端板60上的通道128或者开启和关闭端ロ 122与通道124之间的连通或者上述两种方式结合使用。图7a示出了对应于由涡旋齿58和72限定的移动凹穴最初与压缩机10的吸入区密封的位置点时的涡盘构件56和70。端ロ 122和通道124之间的连通刚刚开始进行并且通道128正好开始被涡旋齿72揭开。图7b示出了对应于在图7a中所示最初封闭点之后转动了 45度的位置处的涡盘构件56和70。端ロ 122开通到通道124并且通道128没有被涡旋齿72遮盖以便提供蒸汽注射。图7c示出了对应于在图7a中所示最初封闭点之后转动了 90度的位置处的涡盘构件56和70。端ロ 122正好关闭了与通道124的连通以停止蒸汽注射系统120的蒸汽注射。现在參照图8和9，图8和9示出了根据本发明另ー实施例的涡旋压缩机210。涡旋压缩机210除了包括可选择的油注射系统212以外其它方面与涡旋压缩机10相同。涡旋压缩机210包括替代静涡盘构件70的静涡盘构件70'和替代两件式上轴承箱26的两件式上轴承箱26'。静涡盘构件70'除了限定有油压通道214和油压沟槽216以外其它方面与静涡盘构件70相同。上轴承箱26'除了限定有供油通道218以外其它方面与上轴承箱26相同。油注射系统212通过通道94和一条或多条通道96将油注入涡旋齿56和72限定的移动腔以便进行冷却和润滑。虽然通道94和96示出为用于注油，但是在需要时设置附加的或其它的专用油注射端ロ也是处于本发明范围之内的。一旦将油注入移动凹穴内，它便和压缩气体一起排出井随后在外部油分离器(未示出)中从压缩气体中分离出来。分离出来的油接着被冷却并再次注入压缩机210的移动凹穴内。
高压油源或高压油槽228穿过盖子14连接到油压通道214以便向环形凹槽54和浮动式推力密封件82供给高压油。为了控制供油压力，使用了外部油压调节器230。并且，为了给调节器230提供必要的反馈，油沟槽216和油压通道214穿过盖子14连接到调节器230。当动涡盘构件56与静涡盘构件70'紧密接触时，沟槽216与压缩机210的吸入区密封。然而，当涡盘沿轴向分离时，沟槽216便开通到压缩机210的吸入区以提供泄漏路径。现在參照图9,油压调节器230包括箱体232和差动活塞234。如图9所示,在活塞234左侧，设置有静压推力支承腔236和润滑沟槽感测腔238。润滑沟槽感测腔238通过油压通道214连接到油沟槽216。润滑沟槽感测腔238还通过测流ロ 240连接到高压油槽228。如图9所示，在活塞234右侧，设置有螺旋连接到箱体232内的调节活塞242。如图9所示，调节活塞242可用于调节向左侧迫压活塞234的弹簧244的预载荷。调节活塞242和活塞234 —起形成腔246和腔248。在运行过程中腔246连接到高压油槽228并且腔248连接到压缩机210的吸入侧。活塞234中设置有圆形沟槽250，圆形沟槽250通过通道252连接到静压推力支承腔236。·穿过箱体232的径向通道254也连接到压缩机210的吸入侧。穿过箱体232的第二径向通道256连接到高压油槽228。在运行过程中，活塞234的位置取决于腔236、238、246和248中的压カ与弹簧244施加的弹カ之间的平衡。腔236中的压カ由从沟槽250向径向通道254和256的油泄漏或从径向通道254和256的油泄漏程度来控制。这种泄漏取决于沟槽250相对于通道254和256开ロ的位置。差动活塞的直径以及其它设计參数以这种方式来选择腔236中的受控压カ变成吸入压カ和排放压カ以及弹簧カ的组合，导致环形凹槽54内可以产生作用于动涡盘构件56和浮动式推力密封件82上的最佳压力，从而提供对动涡盘构件56的合适偏置，以便压缩机210高效运转。当涡盘构件56和70'紧密接触时，圆形沟槽216和腔238中的油压接近设计压力。然而，在涡盘沿轴向分离的情况下，由于存在测流ロ 240，从沟槽216向压缩机210的吸入部分的油泄漏将导致沟槽216和腔238中的压カ下降。这改变了活塞234上的受カ平衡，导致沟槽250与通道256对准，从而通过将腔236经由通道252、沟槽250和通道256连接到高压油槽228来增加腔236中的油压。这种增加的油压从腔236供给环形凹槽54，导致夹紧カ增加以便使涡盘回复到结合状态。随着涡盘回复到结合状态，沟槽216和腔238内的压カ将恢复到高压油槽228的压力，如图9所示，这将使活塞234向右移动直到沟槽250与通道254对准从而将腔236内增加的压カ通过通道252、沟槽250和通道254释放到压缩机的吸入区。这便使腔236以及环形凹槽54内的压カ回复到设计压力。现在參照图10，图中示出的是根据本发明另一实施例的涡旋压缩机310。涡旋压缩机310除了结合有用于动涡盘构件的不同的偏置系统以外其它方面都与涡旋压缩机10相同。压缩机310包括大体上呈圆筒形的密封壳体12，该壳体12在其上端焊接有盖子14并且在其下端焊接有多个安装底座16。盖子14设置有制冷剂排放管接头18。其它附接到壳体12上的主要元件包括适当地紧固到壳体12的下轴承箱24和适当地紧固到下轴承箱24的两件式上轴承箱26。上端处具有偏心曲柄销30的驱动轴或曲柄轴28以可转动方式支承在下轴承箱24中的轴承32和上轴承箱26中的第二轴承34中。曲柄轴28在下端处具有直径较大的同心孔36，同心孔36与沿径向向外偏移的直径较小的孔38连通，该孔38从该处向上延伸到曲柄轴28的顶部。内壳体12的下部限定油槽40，油槽40中充满了液面稍微高过转子42的下端的润滑油，并且孔36作为泵用于将润滑流体向上泵吸到曲柄轴28并流入孔38，最后到达压缩机的所有需要润滑的各个部分。曲柄轴28由电动马达旋转驱动，该电动马达包括定子46、贯穿其中的绕组48和压配合在曲柄轴28上的转子42，并且该电动马达具有分别位于上部和下部的平衡重50和52。上轴承箱26的上表面设置有环形凹槽54，环形凹槽54上方设置有具有从端板360向上延伸的螺旋叶片或涡旋齿358的动涡盘构件356。从动涡盘构件356的端板360的下表面向下突出的是其中设置有轴颈轴承362的圆筒形毂，具有内孔的驱动衬套64转动地设置在该圆筒形毂中，曲柄销30驱动地设置在该内孔中。曲柄销30在ー个表面上具有平坦部，该平坦部与形成在该孔的一部分上的平坦表面(未示出)驱动接合从而提供径向 柔性补偿的驱动配置，诸如受让人的美国专利证书4，877，382中所示，该专利中所公开的内容通过引用结合到本文中。动涡盘构件356和上轴承箱26之间还设置有欧氏联轴节68，并且欧氏联轴节68键连接到动涡盘构件356和上轴承箱26以阻止动涡盘构件356的旋转运动。静涡盘构件370同样设置为具有从端板374向下延伸的涡旋齿372，该涡旋齿372设置在与动涡盘构件356的涡旋齿358啮合的位置。静涡盘构件370具有位于其中央的排放通道376，该通道376与延伸穿过端盖14的排放管接头18连通。静涡盘构件370通过多个螺栓80以固定方式紧固到两件式上轴承箱26，螺栓80禁止静涡盘构件370相对于上轴承箱26的所有运动。动涡盘构件356位于静涡盘构件370和上轴承箱26之间。如上所述，动涡盘构件356可相对于压缩机310的径向柔性补偿驱动件沿径向移动。动涡盘构件356也可通过位于环形凹槽54内的浮动式推力密封件382沿轴向移动。浮动式推力密封件382包括ー对环形阀体384，其中ー个环形阀体384在386处与凹槽54的内壁密封接合，另ー个环形阀体384在388处与凹槽54的外壁密封接合。环形阀体384限定了内表面密封部390和外表面密封部392，这些表面密封部在供给凹槽54的流体压カ作用下被迫压而抵靠动涡盘构件356的端板360。386处的密封使凹槽54的内壁得以密封，388处的密封使凹槽54的外壁得以密封，而且表面密封390及392密封着动涡盘构件356的端板360从而将凹槽54与壳体12内的制冷剂的吸入压カ隔离开来。浮动式推力密封件382的设计參数是以这种方式来选择的，在内部加压的情况下，环形阀体384通过表面密封部390和392与端板360或动涡盘构件356持续保持接触。施加给动涡盘构件356的大部分轴向偏置载荷是由凹槽54内的制冷剂气压提供的，而不是由表面密封部390和392与动涡盘构件356的端板360之间的机械接触提供。这减少了表面密封部390和392与动涡盘构件356的端板360的相应表面的机械摩擦及磨损。虽然图10中未示出，但是使用一条或多条通道96即可实现凹槽54的加压，所述通道96从端板360的开通到凹槽54的区域穿过端板360延伸到由涡旋齿358和372形成的压缩腔中的ー个或多个，如图l-4c所示。并且，涡旋压缩机10可包括上述用于压缩机210的可选择的油注射系统212。在动涡盘构件356相对于静涡盘构件370绕动的过程中，延伸穿过端板360的多条通道396控制凹槽398内的压力。延伸穿过端板360的每条通道396的端部连接到在静涡盘构件370的端板374内机加工出的多个凹槽398中的ー个。通道396和凹槽398的位置、尺寸和形状将决定涡旋压缩机310的吸入区和凹槽398中的压缩气体之间的气体连通的开启和关闭以及凹槽54和凹槽398之间的气体连通的开启和关闭。此外，涡旋压缩机310的吸入区和凹槽398之间压カ均等化的过渡时间以及凹槽54和凹槽398之间压カ均等化的过渡时间由通道396和凹槽398的位置、尺寸和形状控制。开启和关闭的时间结合过渡时间可选择成使得施加给动涡盘构件356的端板360的过度轴向力最小化，而同时该轴向力又能使动涡盘构件356与静涡盘构件370持续保持接触。由于压缩エ序的作用，涡旋压缩机会产生ー个试图分离两个匹配涡盘的临时轴向力。在回转一周的过程中该轴向力会因运行条件而产生10-30 %的起伏变动。为了克服该分离カ并使涡盘保持匹配在一起，使用密封系统从动涡盘构件的背侧施加一个恒定的气压，该密封系统通常设置在涡旋压缩机的静止部分。为了利用抵抗上下波动的分离カ的恒定压力使涡盘构件持续保持在一起，产生保持力的反向压カ必须等于或大于产生过度压カ的该上下波动的分离カ的峰值。结果，该过度力将施加在密封系统的匹配的轴向表面上。该过度力引起使压缩机效率下降的摩擦损失。 存在需要非期望的过度カ的另ー种情況。这是由于图Ila-Ilc所示的“涡盘特有的”(“scroll particular”)倾复カ矩的存在。因为分离力Fsp和保持力Fhqld独立地作用在绕动半径Rqk的一半处，所以为了平衡来自两个力Fsi^PFhqui的カ矩，过度力Fth的作用点必须出现在轴线(以X示出)的相反侧。如图Ilb所示，轴向上的力平衡可以通过下列等式[I]表示。Fhold — Fth+Fsp [I]图Ilb中示出的位置X变得从中央轴线偏置，这样ー来保持力Fmil逐渐靠近分离
力FSP，从而消除过度力，该过度力的位置可以通过下列等式[2]表示。
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V π —Γ,ρ
「 mfy ** 磬Λ MD
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wy側I*』
Jp 将等式[I]代入等式[2]就可以得到位置X，位置X可以通过下列等式[3]表示。
h纖 .警. ITfZ =七厂^^+!-_Fth的位置也受到下列等式[4]中示出的切面内的其它カ矩平衡的影响。Y · Fth = C · Ftan [4]这个等式可以写做
響,1W λ.す為”将等式[I]代入该等式就可以得到位置Y。
权利要求
1.一种压缩机，包括 壳体组件； 第一涡盘构件，所述第一涡盘构件位于所述壳体组件内，并且包括第一端板和从所述第一端板延伸的第一螺旋式涡旋齿；以及 第二涡盘构件，所述第二涡盘构件位于所述壳体组件内，所述第二涡盘构件被支撑以便相对于所述第一涡盘构件绕动，并且所述第二涡盘构件包括第二端板和第二螺旋式涡旋齿，所述第二螺旋式涡旋齿从所述第二端板延伸并与所述第一螺旋式涡旋齿啮合以形成压缩凹穴，所述第一涡盘构件限定流体注射端口并且所述第二涡盘构件限定与所述流体注射端口和所述压缩凹穴中的至少一个连通的通道，以从所述流体注射端口向所述压缩凹穴中的所述至少一个提供加压蒸汽。
2.根据权利要求I所述的压缩机，还包括与所述第二涡盘构件接合的驱动轴，所述流体注射端口延伸穿过所述第一端板，并且所述通道延伸穿过所述第二端板并与所述流体注射端口间歇性地连通。
3.根据权利要求2所述的压缩机，其中，所述流体注射端口与所述通道之间的最初连通刚好在通过与所述壳体组件的吸入压力区密封而形成所述压缩凹穴中的最外面的一个之后发生。
4.根据权利要求3所述的压缩机，其中，所述流体注射端口与所述通道之间的连通在所述流体注射端口与所述通道的最初连通发生之后所述驱动轴旋转了 90度之后终止。
5.根据权利要求2所述的压缩机，其中，所述流体注射端口与所述通道之间的连通在通过与所述壳体组件的吸入压力区密封而形成所述压缩凹穴中的最外面的一个之后所述驱动轴旋转了 90度之后终止。
6.根据权利要求2所述的压缩机，其中，所述第一涡盘构件相对于所述壳体组件在轴向上固定，并且所述第二涡盘构件能够相对于所述壳体组件和所述第一涡盘构件沿轴向移位。
7.根据权利要求I所述的压缩机，其中，所述通道包括第一轴向通道，所述第一轴向通道部分地延伸穿过所述第二端板并且与所述流体注射端口连通；径向通道，所述径向通道从所述第一轴向通道延伸穿过所述第二端板；以及第二轴向通道，所述第二轴向通道从所述径向通道延伸并与所述压缩凹穴中的所述至少一个连通。
8.根据权利要求7所述的压缩机，还包括第三轴向通道，所述第三轴向通道从所述径向通道延伸并与所述压缩凹穴中的另一个连通。
9.根据权利要求I所述的压缩机，还包括蒸汽注射系统，所述蒸汽注射系统包括与所述流体注射端口连通的加压蒸汽源。
10.根据权利要求9所述的压缩机，其中，所述壳体组件包括端盖，并且所述蒸汽注射系统包括流体管线，所述流体管线延伸穿过所述端盖并且向所述流体注射端口提供所述加压蒸汽源。
11.根据权利要求9所述的压缩机，还包括与所述第二涡盘构件接合的驱动轴，所述流体注射端口延伸穿过所述第一端板，并且所述通道延伸穿过所述第二端板并与所述流体注射端口间歇性地连通。
12.根据权利要求11所述的压缩机，其中，所述流体注射端口与所述通道之间的最初连通刚好在通过与所述壳体组件的吸入压力区密封而形成所述压缩凹穴中的最外面的一个之后发生。
13.根据权利要求12所述的压缩机，其中，所述流体注射端口与所述通道之间的连通在所述流体注射端口与所述通道的最初连通发生之后所述驱动轴旋转了 90度之后终止。
14.根据权利要求11所述的压缩机，所述流体注射端口与所述通道之间的连通在通过与所述壳体组件的吸入压力区密封而形成所述压缩凹穴中的最外面的一个之后所述驱动轴旋转了 90度之后终止。
15.根据权利要求11所述的压缩机，其中，所述第一涡盘构件相对于所述壳体组件在轴向上固定，并且所述第二涡盘构件能够相对于所述壳体组件和所述第一涡盘构件沿轴向移位。
全文摘要
一种涡旋压缩机，其具有用于动涡盘构件和静涡盘构件的流体压力偏置系统。该偏置系统可以利用来自涡旋压缩机的凹穴的加压气体或者它可以利用外部加压油源。在一种附加实施例中，静压轴承位于动涡盘构件和静涡盘构件之间。
文档编号F04C18/02GK102705235SQ20121019395
公开日2012年10月3日 申请日期2006年10月11日 优先权日2005年10月26日
发明者基里尔·M·伊格纳季耶夫, 詹姆斯·F·福格特, 马桑·阿凯 申请人:艾默生环境优化技术有限公司