[发明专利]可变容量的螺杆式压缩机及其方法

说明书

技术领域

本发明总的涉及用于制冷系统的螺杆式压缩机。特别地，本发明涉及用于如下所述制冷系统的螺杆式压缩机，该制冷系统对于额定容量能够以基本上高于同步电动机转速的转速运行，且该制冷系统具有入口端口、排出端口、螺杆转子和选定的转速，构造为使得该选定转速以独立于螺杆式压缩机额定容量的最佳圆周速度驱动至少一个螺杆转子。配置入口端口、排出端口和连同选定转速的螺杆转子，允许多个螺杆式压缩机形成有不同的额定容量，使得每个螺杆式压缩机由至少一个螺杆转子以相同的最佳圆周速度的运行而提供大致相同的高效率。

背景技术

制冷系统内的压缩机将制冷剂的压力从蒸发器压力提升到冷凝器压力。蒸发器压力有时称作为抽吸压力。冷凝器压力有时称作为排出压力。在抽吸压力处，制冷剂能够冷却期望的介质。

包括旋转螺杆式压缩机在内的许多压缩机类型被用于如此的制冷系统中。旋转螺杆式压缩机或螺杆式压缩机是正向位移、体积减小的装置。

螺杆式压缩机一般地采用阳型螺杆转子和阴型螺杆转子，有时呈螺旋的互啮合转子的形式。具有互啮合阳型螺杆转子和阴型螺杆转子的螺杆式压缩机结构有时也被称作双螺杆式压缩机。螺旋的互啮合转子具有确定的几何形或外形，该几何形或外形例如部分地是由转子凸角数量、包角、转子长度和转子直径所确定。转子的一种外形对于所有的螺杆式压缩机来说是不通用的。

互啮合的螺杆转子安装成在由压缩机或转子外壳限定的工作腔室内转动。工作腔室由成形为一对平行的互交平端圆柱的体积所组成，且与互啮合的螺杆转子的外部尺寸和形状紧密公差配合。工作腔室表面和互啮合螺杆转子外部之间的间隙公差可小至几微米。

螺杆式压缩机具有低压端和高压端。低压端包含抽吸端口。高压端包含排出端口。低压端和高压端各自通入工作腔室内。

在以制冷为基础的系统的传统运行中，互啮合的螺杆转子的相对转动将处于抽吸压力的一定质量制冷剂气体从压缩机低压端处的抽气区域抽吸到抽吸端口内。将制冷剂通过抽吸端口递送到呈v形臂章形状的压缩囊中，该v形臂章形状有时被称作笛形空间。该压缩囊由互啮合的转子和工作腔室的内壁限定。

当互啮合的螺杆转子转动时，该压缩囊闭合而与抽吸端口隔绝。随着互啮合螺杆转子转动，压缩囊的体积减小，此时发生气体压缩。通过互啮合的螺杆转子转动，压缩囊圆周地和轴向地位移到压缩机的高压端，并变得与排出端口连通。受压缩的制冷剂气体通过排出端口从工作腔室排出。

通常要求如此的螺杆式压缩机在部分负荷工况下（即，在不要求满容量运行时）运行。为了提高部分负荷工况下的性能，有好几种方法已经被采用。

一种已被采用的方法是使用滑阀结构。这些滑阀结构可采取滑阀组件的形式。滑阀组件的阀部分通常设置在工作腔室内。滑阀打开（或关闭）到可变的程度以将容量从满负荷改变到部分负荷。当滑阀打开（或关闭）以改变容量时，工作腔室和螺杆转子较大（或较小）程度地暴露于抽吸压力。一般地说，滑阀组件适应于部分负荷的特性，因为暴露于抽吸压力的工作腔室和螺杆转子不能参与压缩过程，由此，螺杆式压缩机的容量成比例地减小。利用这些滑阀结构，通过控制排出端口就可实现改进的部分载荷特性。

引入如此的滑阀结构增加了螺杆式压缩机的机械复杂性，这是因为实体部分体积量增大、密封所需的加工精度提高，以及由于诸如沿着滑阀与转子的交界面的泄漏面积进一步增大而使部分负荷下的效率降低。还可能因包含滑阀而导致效率的降低，这通常是因为转子需要附加的间隙。部分地由于采用滑阀结构引起机械复杂性的增加，于是滑阀还可造成加工困难，并在日复一日的运行中有可能降低可靠性。

另一方法是采用提升阀。提升阀也可用作为机械卸载器。螺杆式压缩机中使用提升阀会遇到与滑阀相类似的缺点。例如，由于增加了实体部分体积量和加工难度，提升阀要求有附加的制造复杂度。

还有另一种用来提高部分负荷特性的方法是使用变速驱动器（VSD）。变速驱动器通过改变电动机驱动互啮合的螺杆转子的速度来控制电动机的加载。VSD通常改变提供给电动机的频率和/或电压。该频率或电压的改变可让电动机响应于电动机上的载荷而提供可变的输出速度和功率。