[发明专利]使用比例阀控制的螺杆式压缩机中的无级可变体积比

说明书

技术领域

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。

背景技术

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。