用于延长压缩机轴承寿命的系统和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月21日提交的标题为“systemsandmethodsforenhancedcompressorbearinglife(用于延长压缩机轴承寿命的系统和方法)”的美国临时申请序列号62/646,226的优先权和权益，所述美国临时申请出于所有目的通过援引以其全部内容并入本文。

背景技术：

本披露内容总体上涉及压缩机，更具体地涉及可以在hvac&r(加热、通风、空调和制冷)系统、燃料气体增压系统、气体压缩系统、热泵系统和蒸发气体压缩系统中使用的螺杆压缩机。

本章节旨在向读者介绍可能与本发明技术的各个方面相关的各技术方面，所述各技术方面将在下文进行描述和/或提出权利要求。本讨论被认为有助于向读者提供背景信息以促进对本披露内容各个方面的更好理解。因此，应当理解的是，这些叙述将从这个角度被解读，而不是作为任何类型的承认。

螺杆压缩机转子通常具有设置在转子外表面上的螺旋延伸的凸起部(或沟槽)和凹槽(或侧翼)，以在转子的圆周上形成螺纹。在运行期间，相邻转子的螺纹彼此啮合，其中一个转子上的凸起部与另一个转子上的对应的凹槽啮合，以在相邻转子之间形成一系列间隙。所述间隙形成循环压缩腔室，所述循环压缩腔室在壳体的一端与抽吸端口(例如，压缩机入口)连通，并且随着转子的转动而不断减小体积，以压缩气体(例如，制冷剂)并将气体引向位于壳体另一端的排放端口(例如，压缩机出口)。因此，在壳体的抽吸端口与排放端口之间产生压力差，这样可以在转子上施加轴向力。

在大多数螺杆压缩机中，凸形转子驱动(例如，旋转)凹形转子。由于抽吸端口与排放端口之间的压力差，凹形转子可能会抵抗旋转，并且因此会在压缩机的凸形转子上施加额外的轴向力。施加到压缩机的凸形转子、凹形转子、轴承和/或其他部件上的轴向力可能会产生摩擦力和轴承载荷，这可能会显著缩短压缩机的运行寿命。

在一些情况下，使用推力轴承来减轻施加在某些压缩机部件上的轴向力。然而，当将推力轴承置于过高或过低的轴向载荷下时，推力轴承的运行寿命会缩短。现有的螺杆压缩机使用平衡活塞来产生反作用力，以调整施加在推力轴承上的轴向力。在一些情况下，由压缩机转子产生的轴向力的大小可能基于压缩机的运行条件而波动。不幸的是，在压缩机的运行期间，调整由平衡活塞施加的反作用力的大小是复杂的，这可能导致推力轴承、压缩机转子和/或其他压缩机部件过早磨损。

技术实现要素：

本披露内容涉及一种轴承载荷控制系统，所述轴承载荷控制系统包括：施力装置，所述施力装置被配置成向压缩机的轴承施加力；以及传感器，所述传感器被配置成提供指示所述压缩机的运行参数的反馈。所述轴承载荷控制系统还包括控制器，所述控制器通信地耦合到所述传感器，并且被配置成基于指示所述运行参数的所述反馈来确定施加到所述轴承的推力的指示。所述控制器还被配置成至少部分地基于控制算法和所述推力的所述指示来调整所述施力装置以控制施加到所述轴承的所述力。

本披露内容还涉及一种用于压缩机的轴承载荷控制系统，所述轴承载荷控制系统包括施力装置，所述施力装置设置在所述压缩机的壳体内，其中所述施力装置被配置成向所述压缩机的轴施加力。所述轴承载荷控制系统包括：传感器，所述传感器被配置成提供指示所述压缩机的运行参数的反馈；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述传感器。所述控制器被配置成基于来自所述传感器的反馈来确定施加到与所述轴可旋转地联接的轴承的推力的指示。所述控制器还被配置成至少部分地基于控制算法来控制由所述施力装置施加的所述力，使得施加到所述轴承的合力在目标轴承载荷的阈值范围内。

本披露内容还涉及一种操作压缩机的轴承载荷控制系统的方法。所述方法包括：使用传感器获取指示所述压缩机的运行参数的反馈；基于来自所述传感器的所述反馈来监测施加到所述压缩机的轴承的推力；以及基于所述推力来致动施力装置以向所述轴承施加力。

附图说明

在阅读以下详细描述并且在参考附图之后，可以更好地理解本披露内容的各个方面，在附图中：

图1是根据本披露内容的方面的压缩机的实施例的竖直截面视图，其示出了轴承载荷控制系统和处于加载位置的滑阀；

图2是根据本披露内容的方面的图1的压缩机的实施例的竖直截面视图，其示出了处于无载荷位置的滑阀；

图3是根据本披露内容的方面的图1的压缩机的实施例的水平截面视图；

图4是根据本披露内容的方面的用于操作图1至图3的轴承载荷控制系统的方法的实施例的流程图；以及

图5是根据本披露内容的方面的用于使用位置探测器来操作图3的轴承载荷控制系统的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

将在下文描述本披露内容的一个或多个具体实施例。这些描述的实施例仅是目前披露的技术的实例。另外，为了提供对这些实施例的简明描述，可能没有在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何这种实际实施方式的开发中(如在任何工程或设计方案中)，必须作出大量实施方式特定的决定以实现开发者的特定目标(诸如符合系统相关的和商业相关的约束)，所述目标从一个实施方式到另一个实施方式可能有所变化。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于从本披露内容受益的普通技术人员来说，这仍是常规的设计、生产和制造工作。

在介绍本披露内容的各个实施例的元件时，冠词“一”、“一个”和“所述”旨在意指存在一个或多个元件。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有”旨在是包含性的，并且意指除了列出的元件之外，可能还存在附加元件。另外，应当理解的是，对本披露内容的“一个实施例”或“实施例”的引用不旨在被解释为排除还包含所阐述特征的附加实施例的存在。

蒸气压缩系统可以包括螺杆压缩机，所述螺杆压缩机被配置成使气体或制冷剂通过蒸气压缩系统的管道循环或转移。螺杆压缩机可以通过压缩机入口吸入蒸气流(例如，制冷剂流)，并且通过压缩机出口排放蒸气流。螺杆压缩机可以包括一个或多个圆柱形转子，它们与设置在中空转子壳体内部的相应轴一体形成。压缩机的转子通常具有设置在转子外表面上的螺旋延伸的凸起部和凹槽，它们沿着转子的圆周形成螺纹。转子的凸起部与凹槽之间的间隙形成沿着转子壳体的长度延伸的循环压缩腔室。循环压缩腔室在转子壳体的一端与抽吸端口(例如，在压缩机入口附近的轴向端口)并且在转子壳体的另一端与排放端口(例如，在压缩机出口附近的轴向端口)处于流体连通。凸起部与凹槽之间的间隙可以从抽吸端口朝向排放端口连续地减小体积，使得进入压缩机入口的低压蒸气被压缩并且作为高压蒸气通过压缩机出口排放。

在压缩机入口与压缩机出口之间可能会产生很大的压力差，这可能会在螺杆压缩机的转子上施加第一轴向力(例如，在从排放端口朝向抽吸端口的第一方向上施加到转子的合力)。在一些情况下，第一转子(例如，凸形转子)的螺旋延伸的凸起部可以与第二转子(例如，凹形转子)的螺旋延伸的凹槽接合，使得第一转子可以驱动(例如，旋转)第二转子。由于压缩机出口与压缩机入口之间的压力差，第二转子可能会抵抗旋转。这样，第二转子的螺旋延伸的凹槽可以在第一转子上施加第二轴向力(例如，合力)，所述第二轴向力可以沿着与第一轴向力相同的方向(例如，从排放端口朝向抽吸端口)起作用。

如本文更详细讨论的，当调整压缩机的容量(例如，排放流量、排放压力)时和/或当调整压缩机的容积比(例如，压缩比)时，第一轴向力、第二轴向力或两者的大小可能会发生变化。例如，压缩机可以包括可移动的滑阀，所述滑阀被构型成在蒸气被引导通过压缩机出口之前，调整通过压缩机的旁通通道从压缩腔室排放的蒸气的量。以这种方式，滑阀可以调整在压缩机的运行期间通过压缩机出口排出的蒸气(例如，高压蒸气)的流量。也就是说，滑阀可以调整压缩机的容量。另外，在一些实施例中，压缩机可以包括可移动的滑动止动件，所述滑动止动件被构型成调整压缩机的容积比。具体地，滑动止动件可以被构型成增加或减小迫使蒸气通过循环压缩腔室所沿循的距离(例如，压缩机的螺纹压力)。这样，应当理解，对滑阀的位置和/或滑动止动件的位置的调整可以显著地改变在压缩机的运行期间可能施加到一个或多个转子的轴向力(例如，第一轴向力和/或第二轴向力)的大小。

在许多情况下，轴承(诸如推力轴承)可以径向地联接到第一转子的轴，并且用于基本上阻止由于第一轴向力和/或第二轴向力(例如，由于作用在第一转子上的各个轴向力矢量的总和)而导致的第一转子的轴向移动(例如，轴向振动)。当施加在推力轴承上的轴向载荷与推力轴承的预定推力载荷基本上相似(例如，基本上相等)时，可以增加推力轴承的运行寿命。在一些情况下，在压缩机的运行期间施加到推力轴承上的轴向力可能会大大偏离推力轴承的预定推力载荷，从而导致推力轴承产生磨损并且减少推力轴承的运行寿命。因此，可以使用平衡活塞来向第一转子施加与第一轴向力和/或第二轴向力方向相反的反作用力。然而，当第一和/或第二轴向力的大小改变时，典型的平衡活塞控制系统不能有效地调整由平衡活塞施加的反作用力的大小。因此，在压缩机的瞬态运行条件期间，推力轴承可能会承受偏离预定推力载荷的轴向载荷，这可能会减少推力轴承的运行寿命。

本披露内容的实施例涉及轴承载荷控制系统，所述轴承载荷控制系统可以用于响应于第一和/或第二轴向力的偏离，而调节由施力装置(诸如平衡活塞)施加到第一转子的反作用力。这样，轴承载荷控制系统使得能够将推力轴承所承受的轴向力的大小保持为基本上等于推力轴承的预定推力载荷或在所述预定推力载荷的阈值范围内的值。轴承载荷控制系统可以包括控制器，所述控制器被配置成控制调整供应到平衡活塞的流体的压力的阀(例如，无级压力控制阀)。流体的压力可以调整由平衡活塞施加到推力轴承的反作用力的大小。控制器可以监测压缩机的运行参数，并且使用算法(例如，优化算法)来响应于监测到的压缩机的运行参数的变化而调整平衡活塞压力。因此，算法可以使得控制器能够调整由平衡活塞施加的反作用力，使得推力轴承所承受的轴向力在压缩机的各种运行条件下都处于预定推力载荷的阈值范围内。

在一些实施例中，控制器可以通信地耦合到位置探测器，所述位置探测器可以测量转子壳体内的第一转子的位置和/或第二转子的位置。转子的位置可以与施加在转子上的第一和/或第二轴向力(例如，合力)的大小以及因此施加在推力轴承上的总轴向力的大小相关。控制器可以基于测量到的一个或多个转子的位置来调整平衡活塞所施加的反作用力。例如，当位置或一个或多个转子偏离目标位置达到阈值时，控制器可以调整供应到平衡活塞的流体的压力。因此，轴承载荷控制系统可以用于在压缩机的运行期间将施加到推力轴承的轴向载荷保持为预定的推力载荷。应当注意的是，在以下披露内容中，术语“测量”可以指通过观察运行参数的直接或间接指示器来获取与压缩机的运行参数有关的反馈的任何方式。此外，术语“传感器”可以包括能够通过直接或间接观察指示器获取反馈的任何合适的仪器。

现在转向附图，图1示出了可以用于蒸气压缩系统中的压缩机32和轴承载荷控制系统72的实施例的截面视图。为了便于讨论，可以参考纵向轴线或方向76、竖直轴线或方向78以及侧向轴线或方向80来描述压缩机32及其部件。压缩机32可以包括压缩机壳体82，所述压缩机壳体包括压缩机32的工作部件(例如，轴承、转子)。如本文更详细描述的，压缩机壳体82可以包括进气部分84、转子部分86、排放部分88和滑阀部分90。

在一些实施例中，进气部分84可以形成限定压缩机入口31的通道。来自蒸气压缩系统的蒸气(例如，气态制冷剂)可以流动通过压缩机入口31，并且在抽吸端口92处进入转子部分86。压缩机32可以包括设置在转子部分86内的凸形转子94和凹形转子95(如图3所示)。凸形转子94和凹形转子95可以分别围绕转子部分86的第一轴线96和第二轴线97(如图3所示)旋转，所述第一轴线和第二轴线平行于压缩机32的中心轴线从进气部分84延伸到排放部分88。凸形转子94可以包括沿着凸形转子94的长度轴向地设置的一个或多个突出凸起部，并且凹形转子95可以包括被构型成沿着凹形转子95的长度接收凸形转子94的凸起部的一个或多个对应的凹槽。

如上文所讨论的，凸形转子94上的凸起部可以与凹形转子95上的对应的凹槽啮合，以在转子之间形成一系列间隙。所述间隙可以形成循环压缩腔室，所述循环压缩腔室与抽吸端口92和设置在排放部分88内的轴向排放端口98处于流体连通。在压缩机32的运行期间，当转子旋转时，所述间隙可以不断地减小体积并且因此沿着转子的长度从抽吸端口92朝向轴向排放端口98压缩蒸气。压缩的蒸气可以通过轴向排放端口98并且(如下文详细讨论的)通过径向排放通道99离开压缩腔室，使得压缩的蒸气可以通过压缩机出口33流出压缩机32。

如上文所讨论的，在压缩机32的运行期间，可以在凸形转子94的轴102和/或凹形转子95的轴上施加轴向力100。轴向力100可以由于转子的第一端部分104(例如，在压缩机入口31附近)与转子的第二端部分106(例如，在压缩机出口33附近)之间的压力差而产生。例如，压缩机入口31内的蒸气的第一压力可以基本上小于压缩机出口33内的蒸气的第二压力(例如，小2倍、小20倍或更多)。因此，第二压力与第一压力之间的差可以产生轴向力100，所述轴向力可以沿方向108推动转子。在一些实施例中，凸形转子94可以被构型成驱动(例如，旋转)凹形转子95(例如，凹形转子95的轴的旋转不由电动机或外部驱动器驱动)。例如，凸形转子94的螺旋凸起部可以与凹形转子95的螺旋凹槽接合，使得凸形转子94的旋转可以引起凹形转子95的旋转。凹形转子95可以抵抗旋转(例如，由于转子的端部分104、106之间的压力差)，并且因此在凸形转子94上施加轴向推力。所述轴向推力可以沿方向108起作用，并且因此增加了施加在凸形转子94上的轴向力100的大小。

在一些实施例中，轴向力100可以被传送到轴承，诸如推力轴承110，所述轴承径向地联接到凸形转子94的轴102。虽然图1所示的实施例示出了具有单个推力轴承110的压缩机32，但是应当注意，压缩机32可以包括彼此相邻设置的两个、三个或三个以上的推力轴承。如本文更详细描述的，推力轴承110可以抵消轴向力100的大部分，使得轴向力100不会对某些压缩机部件造成损坏。在一些实施例中，当轴向力100偏离推力轴承110的预定推力载荷(例如，预定轴承载荷)时，由于施加在推力轴承110上的力过大，轴向力100可能会减少推力轴承110的运行寿命(例如，失效前的转数)。在一些实施例中，推力轴承110包括轴向接触球轴承、四点球轴承或构型成至少部分地抵消轴向力100的另一合适的轴承。

因此，施力装置(诸如平衡活塞112)可以设置在压缩机壳体82的一部分(例如，进气部分84)内，并且被配置成在轴102上施加调节力114(例如，反作用力)。在一些实施例中，平衡活塞112可以定位在套筒113内，所述套筒使得平衡活塞112能够相对于压缩机壳体82旋转。例如，在一些实施例中，平衡活塞112可以与凸形转子94一起围绕第一轴线96旋转，其旋转速度可以基本上等于或小于凸形转子94的旋转速度。在任何情况下，调节力114都可以在方向上(例如，在沿着轴线76的方向115上)与轴向力100相反。因此，轴向力100的大小和调节力114的大小的总和可以产生合力116，所述合力最终作用在轴102上，并且因此作用在推力轴承110上。合力116的大小可以沿着方向108或沿着方向115起作用。当合力116的大小基本上等于推力轴承110的预定推力载荷或在所述预定推力载荷的阈值范围内时，可以增加推力轴承110的运行寿命。如本文更详细讨论的，当轴向力100发生变化时，轴承载荷控制系统72可以调整由平衡活塞112产生的调节力114，从而使得能够将合力116的大小保持为如下值：在压缩机32的运行期间，所述值基本上等于推力轴承110的预定推力载荷的大小(例如，在其10％之内、5％之内、1％之内)。实际上，如下文所讨论的，轴向力100的大小可以基于以下各项而波动：例如，滑阀的位置、压缩机32的滑动止动件的位置、压缩机32的抽吸压力、压缩机32的排放压力、压缩机32的容量、节能器中制冷剂的温度和/或压力或它们的任何组合。这样，响应于轴向力100的大小的偏离来调整调节力114的大小可以使得轴承载荷控制系统72能够增加推力轴承110的运行寿命。具体地，轴承载荷控制系统72可以使得推力轴承110能够有效地运行以达到目标运行寿命。

在某些实施例中，施力装置可以包括磁性轴承和/或除了或代替平衡活塞112使用的另一合适的电子致动施力装置。在一些实施例中，磁性轴承可以由附图标记112指示。磁性轴承可以用于在压缩机32的运行期间使凸形转子94的轴102悬浮，同时还在轴102上产生调节力114。如本文更详细描述的，可以控制磁性轴承以调整调节力114，使得合力116与预定推力载荷基本上相似。在另外一些实施例中，施力装置可以包括可用于产生和调整调节力114的任何其他合适的装置。

如上文指出的，在一些实施例中，压缩机32可以包括滑阀组件120，所述滑阀组件可以是可致动的以调整压缩机32的容量(例如，抽吸量、排放流量)。例如，滑阀组件120可以包括阀体122(例如，滑阀)和活塞124，它们经由轴126彼此联接。活塞124可以设置在滑阀部分90的缸体128内，并且因此将滑阀部分90分成在活塞124的任一侧上的前腔室130和后腔室132。设置在活塞124与缸体128之间的密封件133可以阻止流体围绕活塞124从前腔室130流到后腔室132，反之亦然。

当在前腔室130与后腔室132之间产生压力差时，活塞124可以被配置成在缸体128内轴向地(例如，沿着纵向方向76)移动。例如，相对于后腔室132内的压力增加前腔室130内的压力可以使得活塞124能够沿方向115(例如，朝向压缩机出口33)轴向地滑动。活塞124的轴向运动可以经由轴126传递到阀体122，并且因此引起阀体122的轴向运动(例如，沿方向115)。

阀体122可以形成转子部分86的下端部分134，使得阀体122的移动可以调整径向排放通道99的宽度136以及因此截面面积。径向排放通道99可以将蒸气从压缩腔室引向排放部分88的压缩机出口33。如下文所讨论的，调整阀体122相对于压缩机32的滑动止动件138的位置(例如，轴向位置)可以使得阀体122能够增加或减小可以经由压缩机出口33从压缩机32排放的蒸气的体积流量。在所示的实施例中，阀体122处于加载位置140，使得从压缩机32排放的蒸气的体积流量相对较大。实际上，在阀体122的加载位置140中，压缩机32可以将吸入到压缩机壳体83中(例如，经由压缩机入口31)的基本上所有制冷剂引导到压缩机出口33。也就是说，当阀体122处于加载位置140时，压缩机32可以引导相对较高体积流量的蒸气通过蒸气压缩系统。因此，转子部分86上的压力差以及因此轴向力100的大小可以相对较大。如本文所使用的，阀体122的“加载位置”可以对应于阀体122的如下位置：其中阀体122物理地接触(例如，邻接)滑动止动件138。

图2示出了压缩机32的截面视图，其中阀体122处于无载荷位置142，使得压缩机32被配置成引导相对较小体积流量的蒸气通过蒸气压缩系统。例如，在所示的实施例中，径向排放通道99完全关闭(例如，径向排放通道99的截面面积基本上为零)。实际上，阀体122沿方向115(例如，朝向无载荷位置142)的移动可以增加旁通通道146的宽度144(例如，滑动止动件138与阀体122之间的距离)以及因此截面面积。在一些实施例中，引导通过旁通通道146的蒸气可以再循环到压缩机入口31，而不是通过压缩机出口33排放。这样，阀体122在加载位置140与无载荷位置142之间的平移移动可以增加或减小旁通通道146的截面面积，并且因此可以分别减小或增加压缩机32可以通过压缩机出口33排放的蒸气的体积流量。

如先前所讨论的，调整前腔室130与后腔室132之间的压力差可以使得活塞124以及因此阀体122能够沿着纵向轴线76轴向地滑动，并且在加载位置140与无载荷位置142之间移动。另外或可替代地，阀体122可以设置在加载位置140与无载荷位置142之间的任何位置。可以通过平衡前腔室130与后腔室132之间的压力差来保持阀体122的位置。

在一些实施例中，滑动止动件138可以联接到压缩机32的合适的致动器，诸如活塞148，所述致动器被配置成使滑动止动件138沿方向108和方向115相对于压缩机壳体82平移。滑动止动件138的这种平移移动可以使得滑动止动件38能够调整压缩机32的容积比(例如，压缩比)。例如，在某些实施例中，可以致动活塞148来使滑动止动件138沿方向108平移，以减小滑动止动件138与凸形转子94和凹形转子95之间的重叠距离150。因此，滑动止动件138可以减小在压缩机32的运行期间迫使制冷剂通过循环压缩腔室(例如，形成在凸形转子94与凹形转子95之间的循环压缩腔室)所沿循的距离，并且因此减小压缩机32的容积比。相反，可以致动活塞148来使滑动止动件138沿方向115平移，以增加滑动止动件138与凸形转子94和凹形转子95之间的重叠距离150。因此，滑动止动件138可以增加迫使制冷剂通过循环压缩腔室所沿循的距离，并且因此增加压缩机32的容积比。

在一些实施例中，轴向力100的大小可以随着压缩机32的容量的调整(例如，当移动阀体122时)和/或随着压缩机32的容积比的调整(例如，当移动滑动止动件138时)而发生变化。例如，当阀体122指向加载位置140时，轴向力100可以增加，在所述加载位置，进入压缩机32的基本上所有制冷剂都通过压缩机出口33排放。另外或可替代地，轴向力100可以随着滑动止动件138沿方向115的平移而增加，以增加压缩机32的压缩比(例如，通过增加重叠距离150)。相反，当阀体122朝向无载荷位置142平移时，轴向力100可以减小，在所述无载荷位置，进入压缩机32(例如，经由压缩机进口31)的一部分蒸气可能会通过旁通通道146从循环压缩机腔室过早地排放。更进一步地，轴向力可以随着滑动止动件138沿方向108的平移而减小，以减小压缩机32的压缩比(例如，通过减小重叠距离150)。因此，应当理解，响应于由阀体122、滑动止动件138和/或另一个压缩机部件的调整而导致的轴向力100的变化，选择性地调整由平衡活塞112施加到推力轴承110的调节力114可以将合力116保持为在推力轴承110的预定推力载荷的阈值范围内的值。

轴承载荷控制系统72可以用于调整由施力装置(例如，平衡活塞112)施加到推力轴承110的调节力114。例如，平衡活塞112可以设置在缸体162内，使得缸体162被分成第一腔室164和第二腔室166。第一腔室164可以与轴承载荷控制系统72处于流体连通，并且第二腔室166可以与压缩机32的压缩腔室处于流体连通。在一些实施例中，平衡活塞112的密封部件可以在第一腔室164与第二腔室166之间形成流体密封，从而基本上阻止流体(例如，油)在第一腔室164与第二腔室166之间流动。在其他实施例中，少量的油可以被配置成流过平衡活塞112，使得油可以润滑压缩机32的内部部件(例如，轴承、轴102、转子94、95)。在另外一些实施例中，可以经由单独的端口或入口将流体(例如，油)作为润滑剂引导到压缩机中。在任何情况下，轴承载荷控制系统72都可以用于经由供应管线168(例如，管道)将流体(例如，油)供应到第一腔室164。如本文更详细描述的，轴承载荷控制系统72可以被配置成在压缩机32的各种运行条件(例如，阀体122和/或滑动止动件138的各个位置)期间调整流体的压力，并且因此调整由平衡活塞112施加到推力轴承110的调节力114的大小。

考虑到上述情况，图3示出了压缩机32的截面平面视图。如上文所讨论的，凹形转子95可以设置成与凸形转子94相邻，并且可以围绕转子部分86的第二轴线97旋转。凹形转子95可以由凸形转子94驱动，并且因此有助于施加在凸形转子94上的轴向力100。可以通过调整从供油装置176输送的流体(例如，油)的压力来保持或控制由平衡活塞112产生的调节力114。在一些实施例中，供油装置176可以包括用于压缩机的润滑回路，所述润滑回路具有油泵，所述油泵被配置成向压缩机32供应油以润滑某些压缩机部件，诸如凸形转子94和凹形转子95和/或轴承。供油装置176可以将一部分润滑剂从润滑回路经由供应管线168引向平衡活塞112。在其他实施例中，供油装置176可以包括压缩机32的润滑系统，所述润滑系统不包括泵，而是以其他方式经由供应管线168将润滑剂从润滑系统引向平衡活塞112。

在任何情况下，都可以通过阀180(例如，单个无级控制阀、电动阀或球阀)来控制由供油装置176输送到第一腔室164的流体的压力。例如，阀180可以使得能够调整流向第一腔室164的流体的流量，从而控制阀180上的压降。在阀180上游的第一压力传感器182(例如，第一活塞流体传感器)和在阀180下游的第二压力传感器184(例如，第二活塞流体传感器)可以监测阀180上的压降。应当注意，第一压力传感器182和第二压力传感器184可以是不同类型的装置，并且可以提供压力的直接或间接指示。例如，第一压力传感器182和第二压力传感器184可以包括任何合适的压力测量仪器，诸如压力变换器、压力变送器、压力计等。在一些实施例中，轴承载荷控制系统72的控制器186可以用于控制阀180，并且因此调整由平衡活塞112产生的调节力114的大小。如本文更详细描述的，在一些实施例中，控制器186可以基于从第一压力传感器182和/或第二压力传感器184获取的反馈来控制阀180。另外或可替代地，控制器186可以基于可提供指示以下各项的反馈的各种传感器来控制阀180：阀体122的位置、滑动止动件138的位置、压缩机入口31内的抽吸压力、压缩机出口33内的排放压力、节能器中制冷剂的温度和/或压力或它们的任何组合。

在一些实施例中，一个或多个控制传递装置(诸如导线、线缆、无线通信装置等)可以将压缩机32的控制器186、阀180、第一压力传感器182、第二压力传感器184和/或多个附加的传感器彼此通信地耦合。控制器186包括处理器188(例如，微处理器)，所述处理器可以执行软件，诸如用于控制阀180的软件。此外，处理器188可以包括多个微处理器、一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器、和/或一个或多个专用集成电路(asics)或它们的某种组合。例如，处理器188可以包括一个或多个精简指令集(risc)处理器。

控制器186还包括存储器装置190，所述存储器装置可以存储信息，诸如控制软件、查找表、配置数据等。存储器装置190可以包括易失性存储器(诸如随机存取存储器(ram))和/或非易失性存储器(诸如只读存储器(rom))。存储器装置190可以存储各种信息并且可以用于各种目的。例如，存储器装置190可以存储供处理器188执行的处理器可执行指令(例如，固件或软件)，诸如用于控制阀180的指令。在一些实施例中，存储器装置190是有形非暂态机器可读介质，所述机器可读介质可以存储供处理器188执行的机器可读指令。存储器装置190可以包括rom，闪速存储器，硬盘驱动器，或任何其他合适的光学、磁性或固态存储介质，或它们的组合。存储器装置190可以存储数据、指令、以及任何其他合适的数据。如本文更详细讨论的，存储器装置190可以存储指示在压缩机32的各种运行条件(例如，容量的调整)期间推力轴承110的预定推力载荷的数据。控制器186可以被配置成指导阀180来调整由平衡活塞112施加到推力轴承的调节力114，使得在压缩机32的运行期间合力116基本上接近于预定推力载荷。

如上文所讨论的，当推力轴承110在预定推力载荷的阈值范围内运行时，可以增加推力轴承110的运行寿命。例如，当推力轴承110上的推力载荷(例如，轴承载荷)高于预定推力载荷时，力(例如，摩擦力)可能会导致推力轴承110的过早磨损。类似地，当推力轴承110上的推力载荷低于预定推力载荷时，由于某些轴承部件之间(例如，球轴承与座圈之间)的不希望的打滑，推力轴承110可能会过早磨损。可以使用实验室试验来凭经验确定当压缩机32在特定的运行条件下工作时，与推力轴承110的目标运行寿命(例如，增加的运行寿命)相对应的合力116的大小。合力116的这种大小可以指示对应于压缩机32的这些运行条件的预定推力载荷。为清楚起见，推力轴承110的目标运行寿命可以对应于推力轴承110的运行周期，在此期间推力轴承110有效地运行(例如，在一组阈值参数内运行)。

例如，为了确定针对压缩机32的特定运行参数的推力轴承110的预定推力载荷，可以在压缩机32上或其内设置多个传感器，并且使用它们来测量压缩机32的某些运行参数。例如，在一些实施例中，位置传感器200(例如，线性变换器、线性变送器或任何其他合适的位置测量仪器)可以设置在滑阀组件120的活塞124上并且用于测量活塞124相对于压缩机壳体82的轴向位置。在某些实施例中，活塞124的轴向位置可以对应于阀体122的轴向位置。另外或可替代地，轴承载荷控制系统72可以包括位置传感器203(例如，如图2所示)，所述位置传感器可以耦合到阀体122或滑阀组件120的任何其他合适的部件并且用于测量阀体122的轴向位置。

在一些实施例中，压缩机32可以包括一个或多个压力传感器，所述一个或多个压力传感器定位在前腔室130、后腔室132或两者内，并且被配置成向控制器186提供指示前腔室130和/或后腔室132内的压力的反馈。前腔室130和/或后腔室132内的压力可以指示阀体122的位置。因此，控制器186可以基于指示由一个或多个压力传感器获取的前腔室130和/或后腔室132内的一个或多个压力的反馈来确定阀体122的位置。在一些实施例中，附加的位置传感器204(如图2所示)可以耦合到滑动止动件138和/或例如活塞148，并且用于测量滑动止动件138相对于压缩机壳体82的轴向位置。例如，在一些实施例中，活塞148的轴向位置(例如，相对于压缩机壳体82)可以对应于滑动止动件138的轴向位置。另外或可替代地，设置在活塞148的任一侧上的合适的压力传感器可以使得控制器186能够根据上文讨论的技术确定滑动止动件138的位置。也就是说，滑动止动件138的位置可以指示活塞148的相对侧之间的压力差。应当理解，本文讨论的任何传感器(例如，传感器200、203、204)都可以使用使得传感器能够向控制器186提供反馈的合适的有线连接和/或无线连接通信地耦合到轴承载荷系统72(例如，耦合到轴承载荷系统72的控制器186)。

在某些实施例中，一个或多个压力传感器202(如图2所示)可以设置在压缩机入口31和/或压缩机出口33内，并且被配置成分别测量压缩机32的抽吸压力和/或排放压力。如本文更详细描述的，在实验性试验期间，可以测量和/或记录(例如，经由数据记录软件或评估手动指示器的操作员)施加在推力轴承110上的轴向力100(例如，由于压缩机入口31与压缩机出口33之间的压力差)、推力轴承110的运行寿命以及压缩机32的运行参数(例如滑阀位置、滑动止动件位置、抽吸压力、排放压力、节能器中制冷剂的温度和/或压力)。可以进行多次实验性试验，其中系统地改变压缩机32的运行参数，使得可以针对每组运行参数确定或估计(例如，经由内插法或另一种合适的技术)推力轴承110的运行寿命。如上文所讨论的，预定推力载荷可以指示施加在推力轴承110上的合力116，所述合力使得推力轴承110能够达到针对压缩机32的每组运行参数的目标运行寿命。因此，可以针对每组运行参数确定推力轴承110的预定推力载荷。可以使用实验性试验的结果来生成算法(例如，控制算法)，所述算法可以存储(例如，在存储器装置190中)并且由控制器186实施。在一些实施例中，算法可以包括用于延长推力轴承110的运行寿命的优化算法。例如，如本文更详细描述的，算法可以使得控制器186能够控制引导到平衡活塞112的第一腔室164的流体压力(例如，经由阀180)，使得平衡活塞112可以调整调节力114并且使得合力116能够在预定推力载荷的阈值范围内。在一些实施例中，通过迭代地降低平衡活塞112的油压直到达到推力轴承110的振动阈值来确定推力轴承110的预定推力载荷。根据这个油压，可以确定推力轴承的预定推力载荷。

考虑到上述情况，图4是可以用于生成算法的方法210的实施例的框图。应当理解，以下讨论集中在算法的一个实施例上，并且算法可以通过附加的步骤和/或与下文讨论的步骤不同的步骤来生成。在框212处，压缩机32可以在实验性设置下运行，从而测量和/或记录压缩机32的第一组运行参数。如上文所讨论的，运行参数可以包括活塞124的位置、阀体122的位置、滑动止动件138的位置、压缩机入口31内的抽吸压力、压缩机出口33内的排放压力、节能器中制冷剂的温度和/或压力、和/或压缩机32的任何其他合适的运行参数。另外，可以测量和记录由平衡活塞112产生的调节力114的大小。例如，可以通过测量第一压力传感器182和第二压力传感器184上的压力差来测量供应到平衡活塞112的第一腔室164的流体的压力。因此，可以至少使用平衡活塞112的压力差和截面面积来计算由平衡活塞112施加的调节力114的大小。这样，也可以测量和记录与第一组运行参数相对应的施加在凸形转子94上的轴向力100和施加在推力轴承110上的合力116。压缩机32可以在第一组运行参数下运行达预定时间量。在框214处，可以在预定时间量过去之后确定指示第一组运行参数的推力轴承寿命。例如，可以通过评估由推力轴承110引起的磨损(例如，点蚀、材料疲劳)来估计推力轴承110的运行寿命。在一些实施例中，可以通过在线监测(例如，实时监测)技术来估计推力轴承的运行寿命，所述在线监测技术在压缩机32的运行期间监测推力轴承110的振动。在其他实施例中，压缩机32可以在第一组运行参数下运行，直到推力轴承110不再高效地和/或有效地运行。

在一些实施例中，可以运行迭代测试，其中在各个测试期间调整所述一组运行参数中的单个参数。例如，可以调整平衡活塞112的第一腔室164内的流体的压力，同时使压缩机32的所有其他运行参数保持基本上恒定。可以使压缩机32在调整后的一组运行参数(例如，第二组运行参数)下运行达预定时间量，使得可以确定指示第二组运行参数的推力轴承110的运行寿命。可以运行多次迭代测试，以针对压缩机32的每组运行参数确定推力轴承110的运行寿命。在一些实施例中，可以对压缩机32运行1、2、3、4、5、10、50或更多次迭代测试，以收集指示与每组运行参数相对应的推力轴承110的运行寿命的数据。在框216处，可以使用迭代测试的结果来生成算法，所述算法可以用于通过使用轴承载荷控制系统72调整调节力114来延长推力轴承110的运行寿命。

例如，当压缩机32在特定的一组运行参数下运行时，可以使用在迭代测试期间收集的数据来确定施加在推力轴承110上的哪个合力116导致推力轴承110实现目标运行寿命。可以记录并存储(例如，在存储器装置190中)这个合力116，并且这个合力指示针对给定的一组运行参数的推力轴承110的预定推力载荷。算法可以使压缩机32的某些运行参数与对应于给定的一组运行参数的推力轴承110上的预定推力载荷相关联(例如，通过查找表、数学函数)。这样，控制器186可以在压缩机32的运行期间使用算法来调整施加到平衡活塞112的调节力114，这使得推力轴承110能够在处于预定推力载荷的阈值范围内的轴向载荷下运行。

例如，控制器186可以从一个或多个传感器(例如，传感器200、202、203、204)接收指示压缩机32的各种运行参数的反馈。所述一个或多个传感器可以包括适合于直接或间接地观察压缩机32的某些运行参数的任何测量仪器，诸如压力传感器(例如，压力变送器、压力变换器等)、位置传感器(线性变送器、光学传感器)、热传感器(例如热敏电阻、热电偶等)等。控制器186可以将这些运行参数用作对算法的输入。例如，如上文所讨论的，控制器186可以监测活塞124的位置、阀体122的位置、滑动止动件138的位置、压缩机入口31中的抽吸压力、压缩机出口33中的排放压力、节能器中制冷剂的温度和/或压力、和/或压缩机32的任何其他合适的参数。控制器186可以使用测量到的运行参数以及算法来确定与测量到的运行参数相对应的预定推力载荷的大小。这样，当针对特定的一组运行参数的合力116与预定推力载荷之间的差超过阈值时，控制器186可以调整调节力114的大小。因此，算法可以将施加到推力轴承110的轴向载荷保持为在预定推力载荷的阈值范围内的值，所述预定推力载荷对应于压缩机32的当前运行参数。

如上文指出的，在一些实施例中，控制器186可以使用设置在供应管线168上的第一压力传感器182和第二压力传感器184来监测阀180上的压力差。当控制器186确定合力116的大小偏离预定推力载荷达到阈值量时，控制器186可以调整阀180以调整第一腔室164内的压力，并且因此调整调节力114的大小。调节力114可以抵消轴向力100的至少一部分，从而调整合力116的大小。另外或以其他方式，控制器186可以指导可在轴承载荷控制系统72中使用的任何其他合适的施力装置(诸如磁性轴承)来调整调节力114的大小。在任何情况下，控制器186都可以连续地监测压缩机32的运行参数，并且使用算法将合力116保持为在推力轴承110的预定推力载荷的阈值范围内的值，并且因此增加推力轴承110的运行寿命。如上文指出的，应当理解，算法可以包括附加的步骤或比本文讨论的步骤更少的步骤。

现在回到图3，在一些实施例中，轴承载荷控制系统72可以包括位置探测器230，所述位置探测器可以测量凸形转子94和/或凹形转子95的第二端部分106与排放部分88的内表面232之间的分离距离。换句话说，位置探测器230可以测量凸形转子94和/或凹形转子95在压缩机32的转子部分86内的位置。位置探测器230可以设置在排放部分88的凹部内，或者在压缩机32的任何其他合适的位置中。例如，在一些实施例中，位置探测器230可以设置在进气部分84内，并且被配置成测量进气部分84的内表面与凸形转子94和/或凹形转子95的第一端部分104之间的分离距离。在一些实施例中，除了或代替位置探测器230，可以使用第二位置探测器234来测量推力轴承110的轴向偏转或位移。第二位置探测器234可以耦合到压缩机壳体82的排放部分88并且设置成与推力轴承110相邻。这样，第二位置探测器234可以测量推力轴承110的第一部分(例如，内环)相对于推力轴承110的第二部分(例如，外环)的轴向移动。在其他实施例中，可以将第二位置探测器234配置成提供指示推力轴承110的球的接触角的反馈。在另外一些实施例中，可以将另一合适的感测装置配置成监测指示施加到推力轴承110的载荷的参数，所述参数可以对应于推力轴承110的一个或多个部分的轴向偏转。除了或代替上文讨论的算法，可以使用由位置探测器230和/或第二位置探测器234获取的测量值来促进延长推力轴承110的运行寿命。

如上文所讨论的，增加压缩机32的容量(例如，当阀体122朝向加载位置140移动时)和/或增加压缩机32的压缩比(例如，当滑动止动件138沿方向115移动时)可以导致轴向力100的大小增加。在一些实施例中，增加的轴向力100可以使凸形转子94的轴102沿方向108移动，从而增加了位置探测器230测量到的分离距离。类似地，轴向力100可以在推力轴承110内产生轴向偏转，所述偏转可以由第二位置探测器234来测量。因此，位置探测器230和/或第二位置探测器234可以用于监测施加在凸形转子94、凹形转子95或两者上的轴向力100的偏离。

如上文所讨论的，可以通过实验性测试凭经验确定推力轴承110的预定推力载荷。这样，预定推力载荷也可以与由位置探测器230测量到的目标分离距离(例如，分离距离阈值)相关联，或者换句话说，与凸形转子94和/或凹形转子95在转子部分86内的目标位置相关联。例如，当位置探测器230测量到的分离距离超过目标分离距离达到阈值量时，可以确定合力116(例如，施加在推力轴承110上的推力载荷)超过预定推力载荷。

类似于目标分离距离，预定推力载荷可以与推力轴承110的轴向偏转的目标范围相关联。例如，如果推力轴承110的轴向偏转偏离目标范围达到预定值，则可以确定合力116超过预定推力载荷。在一些实施例中，可以使用第二位置探测器234来测量推力轴承110的内环的位置和/或外环的位置。当内环和/或外环的位置偏离目标位置达到预定量时，可以确定合力116偏离预定推力载荷。进一步地，控制器186可以基于与位移相关联的函数的变化率(例如，导数)来确定内环相对于外环的位移。这样，可以利用位移的变化率来调整调节力114。

如上文所讨论的，可以将第二位置探测器234配置成提供指示推力轴承110的球的接触角的反馈。这样，当推力轴承110的球的接触角偏离目标接触角达到阈值时，可以确定合力116偏离预定推力载荷。在另外一些实施例中，可以将另一合适的感测装置配置成监测指示施加到推力轴承110的载荷的参数，所述参数可以对应于推力轴承110的一个或多个部分的轴向偏转。例如，控制器186可以包括被配置成经由来自一个或多个传感器的反馈来计算施加到推力轴承110的载荷的指令。在其他实施例中，控制器186可以通信地耦合到网络，所述网络使得控制器186能够将来自一个或多个传感器的反馈发送到外部计算装置，所述外部计算装置可以计算施加到推力轴承110的载荷。控制器186然后可以接收和/或存储施加到推力轴承110的载荷以调整调节力114。另外或可替代地，控制器186(或外部计算装置)可以经由查找表来计算施加到推力轴承110的载荷，所述查找表将来自一个或多个传感器的反馈与施加到推力轴承110的载荷相关联。

当推力轴承110的一个或多个部分的轴向偏转偏离目标轴向偏转达到阈值时，可以确定合力116偏离预定推力载荷。控制器186可以通信地耦合到位置探测器230和/或第二位置探测器234，并且将位置探测器230和/或第二位置探测器234获取的测量值用作反馈以调整由平衡活塞112施加的调节力114。在一些实施例中，控制器186因此可以在凸形转子94的第二端部分106与排放部分88的内表面232之间保持优化的油膜。

因此，推力轴承110的目标运行寿命(例如，有效运行寿命)可以对应于凸形转子94的第二端部分106与排放部分88的内表面232之间的目标分离距离，或者换句话说，对应于凸形转子94在转子部分86内的目标位置。可以类似于上文关于图4所披露的迭代测试，通过实验确定目标分离距离的长度。

图5是方法240的实施例，所述方法可以用于经由位置探测器230和/或第二位置探测器234获取的测量值来增加推力轴承110的运行寿命。例如，在框242处，控制器186可以测量在压缩机32的运行期间凸形转子94和/或凹形转子95的第二端部分106与排放部分88的内表面232之间的分离距离的长度，或者换句话说，确定凸形转子94和/或凹形转子95在转子部分86内的位置。在框244处，控制器186可以被配置成当分离距离的长度增加到高于目标分离距离达到阈值或减小到低于目标分离距离达到阈值时，指导阀180来调整平衡活塞112的第一腔室164内的压力。如上文所讨论的，增加或减小第一腔室164内的压力可以分别增加或减小调节力114的大小。当调节力114增加时，合力116的大小可以减小，使得凸形转子94可以朝向压缩机出口33(例如，沿方向115)轴向地滑动。相反，当调节力114减小时，合力116的大小可以增加，这样凸形转子94可以朝向压缩机入口31轴向地平移。

如上文所讨论的，除了或代替平衡活塞112，轴承载荷控制系统72可以使用任何其他合适的施力装置来调整调节力114。例如，可以使用控制器186来控制围绕凸形转子94的轴102设置的磁性轴承，以调整施加到轴102和/或推力轴承110的轴向力(例如，调节力114)。这样，当分离距离的长度(例如，凸形转子94的位置和/或凹形转子95的位置)偏离目标分离距离(例如，目标位置)为阈值量时，控制器186可以使用磁性轴承来调整调节力114。

在框246处，当阀180调整第一腔室164内的压力时，位置探测器230可以连续地监测分离距离的长度。类似地，第二位置探测器234可以监测推力轴承110的轴向偏转。在框248处，当控制器186确定分离距离的长度基本上接近于阈值长度时，控制器186可以指导阀180来保持第一腔室164与第二腔室166之间的当前压力差以及因此调节力114的大小。控制器186可以连续地监测分离距离的长度，并且当间隙的长度偏离阈值长度时调整由平衡活塞112施加的调节力114。在某些实施例中，当推力轴承110的轴向偏转超过目标范围达到预定值时，控制器186可以调整调节力114。例如，如果推力轴承110的内环的位置和/或外环的位置偏离目标位置达到阈值量时，控制器186可以指导平衡活塞112(或任何其他合适的施力装置)来调整调节力114的大小。相反，当轴向偏转在目标范围内时，控制器186可以指导阀180来保持第一腔室164与第二腔室166之间的当前压力差。如上文所讨论的，除了或代替方法210，可以使用方法240来促进延长推力轴承110的运行寿命。

应当注意，除了或代替彼此上下设置的转子，本文披露的轴承载荷控制系统72的实施例可以应用于具有并排设置的转子的螺杆压缩机。本领域的普通技术人员应当理解，本文披露的轴承载荷控制系统72的实施例可以用于任何合适的压缩机或利用压缩机的系统中。例如，轴承载荷控制系统可以包括在向气动装置(诸如工具)供应加压空气的空气压缩机，用于汽车发动机的增压器中的压缩机，和/或用于飞机、轮船和/或其他合适的应用的压缩机中。

虽然仅展示和描述了某些特征和实施例，但是在实质上不背离权利要求中记载的主题的新颖性教导和优点的情况下，本领域技术人员可以想到许多修改和变化(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向等的变化)。可以根据替代实施例对任何过程或方法步骤的顺序或序列进行改变或重新排序。因此，应当理解的是，所附权利要求书旨在将所有这种修改和变化涵盖为落入本披露内容的真正精神内。

此外，为了提供对示例性实施例的简明描述，可能未描述实际实现的所有特征(即与目前预期的最佳模式无关的那些特征或与实现无关的那些特征)。应当理解的是，在任何这种实际实施方式的开发中(如在任何工程或设计方案中)，可能作出大量实施方式特定的决定。这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于从本披露内容中受益的普通技术人员来说，这仍是常规的设计、生产和制造工作，而无需过多实验。