双容积比的涡旋式机械的制作方法

专利名称：双容积比的涡旋式机械的制作方法
技术领域：
本申请为2000.10.16递交的美国专利申请号09/688,549的继续，上述申请的公开被本文参考引用。
本发明一般地涉及涡旋式机械，较具体点说，涉及双容积比的涡旋式机械，该机械具有使用翻折件或翻折密封件的多功能密封系统。
涡旋式设备被公认为具有特出的优点。例如，涡旋式机械具有高的等熵效率和容积效率，因此对给定的容量而言，可制造得小而轻。它们与许多其他的压缩机相比，运行时可较静而较少振动，这是因为它们并不使用大的往复运动零件(如活塞连杆等)，所有的流体流动都是在一个方向，同时压缩多个相对的气阱，因此由压力造成的振动可较小。这种机械还可具有高可靠性和耐用性，因为所使用的运动零件较少，涡旋之间的运动速度较低，以及固有的免除流体污染的能力。
一般地说，涡旋式设备包括两个形状相似的螺旋形盘绕体分别装在分开的端板上各自形成一个涡旋件。这两个涡旋件互相配合在一起，其中一个涡旋盘绕体与另一个涡旋盘绕体在旋转方位上相差180度。该设备在操作时一个涡旋件在轨道上运行(循轨运行的涡旋件)而相对于另一个涡旋件(非循轨运行的或固定的涡旋件)，从而在两个盘绕体的腹部之间产生移动的线接触，这些移动的线接触将流体限定在移动而被隔离的月牙形气阱内。理论上在操作时，两个涡旋件之间是没有相对转动的，唯一的运动只是曲线移动(在体上没有一根线转动)。而在实际上涡旋件之间的相对转动典型地是使用十字形联轴节来防止的。
移动的流体气阱挟带流体从涡旋式机械的设有入口的第一区搬运到设有出口的第二区，其时密封气阱的容积不断改变。在任何一瞬间都有至少一对密封的气阱，并且当同时有几对密封的气阱时，每一对气阱各有不同的容积。在压缩机内，第二区比第一区具有较高的压力，并且第二区在实际上位在机械内的中心，而第一区位在机械的外周。
在两个涡旋件之间形成的流体气阱是由两种型式的接触限定的。第一种是在两个盘绕体的螺旋面或腹部之间由径向力造成的沿轴向延伸的切线接触(“腹部密封”)。第二种是在每个盘绕体的平面的边缘表面(“顶端”)与对侧的端板之间由轴向力造成的面积接触(“顶端密封”)。为了得到高效率，两种型式的接触都必须做到良好的密封，但本发明只涉及顶端的密封。
为了使效率尽可能地高，重要的是每一涡旋件的盘绕体的顶端应密封地接合另一涡旋件的端板使其间只有极小的泄漏。要做到这一点，除了使用端部密封(很难装配，常会出现可靠性问题)外，一个方法是使用加压的液体沿轴向将其中一个涡旋件偏移使它抓住另一个涡旋件。这时当然需要密封以资将偏移的流体隔离在所需的压力下。由此可见在涡旋式机械的领域内不断需要使用轴向偏移技术，包括改进密封使轴向偏移容易进行。
一台被用于空调作为涡旋式压缩机的典型的涡旋式机械为一单容积比的装置。涡旋式压缩机的容积比为在吸气封闭时气体的容积对在排放口开始时气体容积之比。典型的涡旋式压缩机的容积比是固有的，因为它是由初始吸气气阱的大小和有效的涡旋盘绕体的长度固定的。固有的容积比和被压缩的致冷剂的型式确定涡旋压缩机单一设计的压力比使压缩不致由于压力比的不匹配而丧失。设计的压力比一般被这样选择使它密切匹配压缩机的主要额定能力点，但它可移向次要额定能力点。
空调用的涡旋压缩机的设计规格典型地包括一个要求即驱动涡旋件的电动机必须能承受减少的供给电压而不过热。在这个减少的供给电压下操作时，压缩机必须能在高负载的操作条件下操作。当要使电动机的大小满足减少供给电压的要求时，对电动机的设计改变一般会与在压缩机主要额定能力点力求提高电动机效率的愿望发生冲突。典型的情况是，增加电动机的输出转矩可以改善电动机在低电压下的操作，但也会减少压缩机的主要额定能力点的效率。反过来说，可以选择这样的电动机，其设计的电动机转矩可被减少但仍能满足低电压的要求，这种电动机在压缩机主要额定能力点能以较高的效率操作。
本发明的另一方面是要通过具有多个固有的容积比及其相应的设计压力比来提高涡旋压缩机的操作效率。为了示范的目的，本发明拿具有两个固有的容积比和两个相应的设计压力比的压缩机来说明。应该知道如果需要，固有的容积比和相应的设计压力比还可增添地被引用到压缩机内。
本行业的行家从下面的详细说明、权利要求和附图中当可清楚地了解本发明的优点和目的。
从下面的详细说明中当可看到本发明尚可用于其他用途。应该知道本文所示本发明较优实施例的详细说明和具体范例的目的只是为了阐明，不能以此来限制本发明的范围。
下面对较优实施例的说明只是示范性质，决不能用来限制本发明。在所有附图中，相同的标号指相同的或相应的零件。在

图1和2中示出按照本发明采用一个独特的双容积比系统的涡旋压缩机10，该压缩机10包括一个大致成圆筒形的气密壳体12，其上端焊有一盖14，而在其下端焊接着一个有多个安装脚(未示出)整体制成的基底16。盖14上设有致冷剂的排放配件18，其内可设有常见的排放阀18。其他固定在壳体上的主要元件包括一个横向延伸的分隔板22，它与盖14在同一点上被焊接在壳体的周围，有一主轴承座适宜固定在壳体12上，和一下轴承座26，其上具有多个沿径向向外延伸的腿，每一腿也都适宜固定在壳体12上。横截面大致成方形而角部倒圆的电动机定子被压配合在壳体12内。在定子上各倒圆角部之间的平面构成定子和壳体之间的通道使润滑油容易从壳体的顶部回流到底部。
在上端具有偏心曲柄销32的驱动轴或曲轴30可旋转地以其轴颈支承在主轴承座24的轴承34内和下轴承座26的第二轴承36内。曲轴30的下端有一直径较大的同心孔38与一沿径向向外倾斜的直径较小的孔40连通，该小孔40从连通处向上延伸到曲轴30的顶部。在孔38内设有一个搅拌器42。内壳体12的下部形成一个集油槽，其内充有润滑油，油面可略超过转子48的下端，孔38的作用如同一个泵，可将润滑油泵压到曲轴30的上方，使它进入到通道40内，最后送到压缩机的各个需要润滑的部分。
曲轴30可旋转地被一电动机驱动，该电动机包括定子28、套在其上的绕组48和压配合在曲轴30上的转子46并分别具有上、下配重50和52。
主轴承座24的上表面设有一个环状平坦的止推轴承表面54，其上设置着一个循轨运行的涡旋件56，该件具有平常的螺旋桨叶或盘绕体58从端板60向上延伸。从循轨运行的涡旋件56的端板60的下表面上向下伸出的为一圆筒形轮毂，其内有一轴颈轴承62，并且可旋转地设置着一个驱动轴衬64，该轴衬有一内孔66，其内驱动地设置着曲柄销32。该曲柄销32在一表面上有一小平面，该小平面驱动地接合一个在一部分孔66上制出的小平表面，从而构成一个在径向上顺从的驱动配置，如同受托人在美国专利证书4,877,382中所示出的那样，该专利的披露被本文参考引用。还有一个十字形联轴节被定位在循轨运行的涡旋件56和轴承座24之间并用链连接到循轨运行的涡旋件56和固定的涡旋件70上以便防止循轨运行的涡旋件56的旋转运动。
固定的涡旋件70也设有一个从端板74上向下延伸的盘绕体72，它被定位与循轨运行的涡旋件56的盘绕体58啮合。固定的涡旋件70具有一个在中央设置的排放通道74，该通道与一向上开启的凹腔78连通，该凹腔又与由盖14和分隔板22形成的排放消音室80在液流上连通。在固定的涡旋件70内还制有第一和第二环状凹腔82和84。凹腔82和84形成轴向压力偏移室，该室接纳被盘绕体58和72压缩而加压的流体，因此将一个轴向偏移力施加在固定的涡旋件70上，从而促使盘绕体58、72的顶端分别与对面端板74和60的表面密封接合。最外面的凹腔82通过通道86接纳加压流体，而最里面的凹腔84通过多个通道88接纳加压流体。在固定的涡旋件70和分隔板22之间设有三个环状的由压力作用的翻折密封件90、92和94。密封件90和92使最外面的凹腔82与吸气室96和最里面的凹腔84隔离，而密封件92和94使最里面的凹腔84与最外面的凹腔82和排放室80隔离。
消音板22包括一个位在中央的排放口100，该口接受来自固定涡旋件70的凹腔78内的被压缩的致冷剂。当压缩机10以其全部能力或以其最高设计压力比操作时，排放口100将压缩的致冷剂排放到排放室80。消音板22还包括多个从排放口100沿径向向外布置的排放通道102。通道102位在最里面凹腔84的上方并在圆周方向上互相间隔开。当压缩机10以其降低的能力或以其较低的设计压力比操作时，通道102将压缩的致冷剂排放到排放室80。致冷剂通过通道102的流动由一装在分隔板22上的阀门104控制。设有阀门挡止件106将阀门104定位并保持在消音板22上使它覆盖并关闭通道102。
现在参阅图3和4，其中示出温度保护系统110和压力释放系统112。温度保护系统110包括轴向延伸的通道114、径向延伸的通道116、双金属圆盘118和保持器120。轴向通道114和径向通道116交会将凹腔84和吸气室96连接在一起。双金属圆盘118位在一个圆孔122内并且它包括一个位在中心的凹陷件124可与轴向通道114接合而关闭通道114。双金属圆盘118被保持器120保持在圆孔122内的位置上。当凹腔84内的致冷剂的温度超过预定的温度时，双金属圆盘会突然鼓起或移到一个拱顶内，使凹陷件124离开通道114。致冷剂就会从凹腔84通过圆盘118上的多个孔流入通道114、116，最后流到吸气室96内。而在凹腔82内的加压气体由于环状密封件92密封能力的丧失会泄放到凹腔84内。
当凹腔84内的加压气体被泄放时，环状密封件92会丧失密封能力，因为它与密封件90和94相同，都是部分依靠相邻凹腔82和84之间的压力差来供能的，因此凹腔84内加压流体的丧失会使流体在凹腔82和84之间泄漏。这样，由凹腔82和84内的加压流体提供的轴向偏移力就被除去，由此又会使涡旋盘绕体的顶端与对面的端板分开而在排放室80和吸气室96之间造成一个泄漏路径。这个泄漏路径将会防止在压缩机10内造成过高的温度。
压力释放系统112包括轴向延伸的通道128、径向延伸的通道130和压力释放阀组合件132。轴向通道128与径向通道130交会将凹腔84与吸气室96连接起来。压力释放阀组合件132位于通道130外端的圆孔134内。压力释放阀组合件132在本行业为人所熟知，因此不再细述。当凹腔84内致冷剂的压力超过预定的压力时，压力释放阀组合件132会开启使流体能在凹腔84和吸气室96之间流动。阀门组合件132的泄放流体压力会影响到压缩机10，其方式与上面就温度保护系统说明的相同。由阀门组合件132造成的泄漏路径将会防止在压缩机10内造成过高的压力。阀门组合件132对过高排放压力的响应度可以提高，只要在曲柄的一部分周期内将与凹腔84连通的被压缩的气阱暴露在排放压力下即可。当起作用的涡旋盘绕体58和72在上设计压力比140和下设计压力比142之间压缩所需周期长度小于360°时就是这种情况。
现在参阅图5，其中示出用于空调时的典型的压缩机操作包络线，还示出上设计压力比140和下设计压力比142的相对位置。上设计压力比140被选择用来使压缩机10在电动机低电压试验点上的操作优化。当压缩机10在这个点上操作时，被涡旋件56和70压缩的致冷剂通过排放通道76、凹腔78和排放口100进入排放室80。这时由于排放室80内流体的压力，推动阀门104使它抵压在分隔板22上因而使排放通道102关闭。在设计压力比140的情况下增加压缩机10的总效率可以降低设计的电动机转矩，从而可增加电动机在额定能力点的效率。下设计压力比被选择用来匹配压缩机10的额定能力点以资进一步提高效率。
这样，如果压缩机10的操作点在下设计压力比142之上，那么在涡旋件气阱内的气体就沿着盘绕体58和72的全部长度以正常的方式被压缩，然后通过通道76、凹腔78和排放口100被排放。如果压缩机10的操作点在下设计压力比142或其下，那么在涡旋件气阱内的气体在抵达涡旋盘绕体58和72的内端之前就能用开启阀门104的方法通过通道102排放。气体的这种早期排放可避免由于压缩比的不匹配而造成的损失。
最外面的凹腔82可按典型的方式作用即可抵消一部分在涡旋件压缩气阱内的气体分离力。在凹腔82内的流体压力可沿轴向使固定涡旋件70的桨叶顶端偏移到与循轨运行涡旋件56的端板60接触，并使循轨运行涡旋件56的桨叶顶端与固定涡旋件70的端板74接触。最里面的凹腔84按这个典型的方式作用时可以在压力降低的情况下即当压缩机10的操作条件为在下设计压力比142之下时，也可以在压力增加的情况下即当压缩机10的操作条件为在下设计压力比142或之上时。按这模式，凹腔84可被用来改进轴向压力的平衡方案，因为它可提供另外一条途径来减少顶端的接触力。
为了尽可能减少用于早期排放端的轴向通道88和102所造成的再膨胀的损失，由最里面的凹腔84所形成的容积应保持为最小。一种可替代的方法是在凹腔84内引入阻尼板150如图1和6所示。阻尼板150可控制从压缩气阱进入凹腔84的气体的容积。阻尼板150的作用与阀板104的作用相似。阻尼板150的角运动受到限制，但它能在凹腔84内沿轴向运动。当阻尼板150在凹腔84的底部与固定涡旋件70接触时，进入凹腔84的气体流被减少。只有极小的泄流孔152连接压缩气阱和凹腔84。泄流孔152与轴向通道88中的一个对齐。这样，膨胀损失可被减少。当阻尼板150离开凹腔84底部一个距离时，早期排放的足够多的气体流就可通过在阻尼板150内偏置的多个孔152流出，这些孔与各该通道102对齐而不是与任何一个通道88对齐。当使用阻尼板150并要如上所述在设计压力比140和142之间使压力释放阀组合件132的响应度提高而优化时，可能的折衷方案是调整阻尼板150内的孔。
图6到10分别为按照本发明另外一些实施例的固定涡旋件70的凹腔78和84的放大视图。在图6的实施例中，排放阀160位在凹腔78内。排放阀160包括阀座162、阀板164和保持器166。
在图7的实施例中，阀门104和阻尼板150用多个连接件170连接，使两者一同移动，这样做的好处是可避免两者的相互动力作用。
在图8的实施例中，阀门104和阻尼板150被一单独的整体阀104’取代。这样做的好处与图7相同，即可避免相互的动力作用。
在图9的实施例中，涡旋件70改为涡旋件270，涡旋件270与涡旋件70相同，只是用一对径向通道302替代多个通过分隔板22的通道102。另外，由沿着凹腔78的周边设置的圆孤柔性阀304替代阀门104。圆孤柔性阀为一柔性圆筒，它被设计得可以弯曲，这样就可开启径向通道302，其方式与阀门104开启通道102相似。这个设计的优点是可以利用不包括通道102的标准分隔板22。虽然这个实施例公开了径向通道302和柔性阀304，但不用通道302和柔性阀304而设计翻折密封件94使其功能如同在最里面凹腔84和排放室80之间的阀门，亦属本发明的范围内。由于翻折94为一压力作用的密封件，在排放室80内比凹腔84高的压力可作用在翻折密封件上使它密封。但若凹腔84内的压力超过排放室80的压力，就可使它开启，让高压气体通过。
在图10的实施例中，涡旋件70改为涡旋件370，涡旋件370与涡旋件70相同，只是用一对径向通道402替代多个通过分隔板22的通道102。另外，有一阀门导引件408控制阀门404的移动。阀门404开启径向通道402的方式与阀门104开启通道102相似。这个设计的优点也是可以利用不包括通道102的标准分隔板22。
虽然没有专门示出，但亦属于本发明的范围之内，即每一个阀门404在设计时，除了要完成开启通道402的功能外，还要以相当于阻尼板150的方式尽可能减少通过通道88所造成的再膨胀的损失。
参阅图1、2、11和12，翻折密封件90、92和94在装配时各自的形状如同一个环状的L形密封件。在外的翻折密封件90设在固定涡旋件70的槽200内。翻折90的一腿伸入到槽200内，另一腿大致成水平地延伸，如图1、2和12所示以便在固定涡旋件70和消音板72之间提供密封。翻折密封件90的功能是使凹腔82与压缩机10的吸气区隔离。初始形成的翻折密封件90的直径小于槽200的直径使当将翻折密封件90装配到槽200内时需要将翻折90拉伸。当与钢构件邻接时，翻折密封件90最好由含有10％玻璃的特氟隆材料制成。
中间的翻折密封件92设在固定涡旋件70的槽204内。翻折密封件92的一腿伸入到槽204内，另一腿大致成水平地延伸，如图1、2和12所示，以便在固定涡旋件70和消音板22之间提供密封。翻折密封件92的功能是使凹腔82与凹腔84的底部隔离。初始形成的翻折密封件92的直径小于槽204的直径，使当将翻折密封件装配到槽204内时需要将翻折密封件92拉伸。当与钢构件邻接时，翻折密封件92最好由含有10％玻璃的特氟隆材料制成。
在内的翻折密封件94设在固定涡旋件70的槽208内，翻折密封件94的一腿伸入到槽208内，另一腿大致成水平地延伸，如图1、2和12所示，以便在固定涡旋件20和消音板22之间提供密封。翻折密封件94的功能是使凹腔84与压缩机10的排放区隔离。初始形成的翻折密封件94的直径小于槽208的直径使当将翻折密封件94装配到槽208内时需要将翻折密封件94拉伸。当与钢构件邻接时，翻折密封件94最好由含有10％玻璃的特氟隆材料制成。
在内的(94)、在外的(90)、中间的(92)密封件提供的功能各不相同。在消音板22和密封件94之间的密封是使在凹腔84内的中等压力的流体与排放压力的流体隔离。在消音板22和密封件90之间的密封是使在凹腔82内的中等压力的流体与吸入压力的流体隔离。而在消音板22和密封件92之间的密封是使在凹腔84内的中等压力的流体与在凹腔82内的不同中等压力的流体隔离。密封件90、92、94都是压力作用的密封件，下面还将说明。
槽200、204和208的形状都相同，具有相同的细节，现就槽200说明如下槽200包括一个大致垂直的外壁240、一个大致垂直的内壁242和一个沉割部244。在壁240和242之间的距离即槽200的宽度被设计为略大于密封件90的宽度。这样做的目的是使从凹腔82来的加压流体能够进入到密封件90和壁242之间的区域内。在这区域内的加压流体作用在密封件90上迫使它抵压在壁240上这样便可加强在壁240和密封件90之间的密封性能。沉割部244被定位在密封件90的大致成水平的部分之下如图12所示。沉割部244的目的是使凹腔82内的加压流体作用在密封件92的水平部上促使它抵压在消音板22上。这样，在凹腔82内的加压流体便可作用在密封件90的内表面上用压力来使密封件90起作用。如上所述，槽204和208与槽200相同，因此也能相同地用压力来使密封件92和94起作用。图23A-23H示出槽200、204和208的另外一些设计。
本发明的整体安装的L形设计的密封件90、92和94构造比较简单、容易安装和检查，并能有效地提供所需的复杂的密封功能。本发明的独特的密封系统具有三个翻折密封件90、92和94，它们被拉伸后安装在位，然后被压力激发其作用。本发明的独特的密封组合件可降低压缩机的总制造费用，减少密封组合件的构件的数目，由于减少密封件的磨损而可提高耐用性，并可提供空间来增加排放消音器的容积以资改善排放脉冲的阻尼而可不需增加压缩机的总体大小。
本发明的密封件在流体过多的开始时还可提供一定程度的释放。密封件90、92和94都被设计成只在一个方向上密封。在流体过多的开始时，这些密封件可被用来释放高压流体，使它们从中间室或凹腔82和84流到排放室，这样来减少涡旋件间的压力及造成的应力和噪声。
现在参阅图13，其中示出按照本发明另一实施例的槽300。槽300包括一个向外成一角度的外壁340、大致垂直的内壁242和沉割部244。这样，槽300与槽200基本相同，只是向外成一角度的外壁340取代了大致垂直的外壁240。槽300和密封件90的功能、操作和优点都与上面细说过的槽200和密封件90相同。外壁的成一角度可使凹腔82内的加压流体增强作用在密封件90内表面上的能力，以压力来激发密封件90的密封性能。应该知道，槽200、204和208都可设计成与槽300相同的形状。
现在参阅图14，其中示出按照本发明另一个实施例的密封槽400。槽400包括向外成一角度的外壁340和一大致垂直的内壁442。这样，槽400与槽300相同只是沉割部244被取消。槽300和密封件90的功能、操作和优点与上面细说过的槽200和300和密封件90相同。沉割部244之所以可能被取消是因为在密封件90的下面引入了波状弹簧450。波状弹簧450使密封件90的水平部分向上向消音板22偏移，从而给凹腔82内的加压气体提供一个通道使它能作用在密封件90的内表面，用压力来使密封件90密封。应该知道，槽200、204和208都可设计成与槽400相同的形状。
参阅图15，其中示出按照本发明另一实施例的密封系统。密封系统420将流体压力密封在分隔板422和固定涡旋件470之间。固定涡旋件470替代了70、270、370，分隔板422取代了22。
固定涡旋件470包括涡旋盘绕体72，形成一个环状凹腔484、一个外密封槽486和一个内密封槽488，前者位在后两者之间并通过向流体气阱开启的流体通道被供以压缩流体，流体气阱由固定涡旋件470的固定涡旋盘绕体72和循轨运行涡旋件56的循轨运行涡旋盘绕体58形成。通过流体通道88提供的加压流体的压力是一个在压缩机吸气压力和排放压力之间的中间压力。在环状凹腔484内的流体压力使固定涡旋件470向循轨运行涡旋件56偏移，从而加强两个涡旋件之间的顶端密封性能。
翻折密封件490设在外密封槽486内，翻折密封件490密封地接合固定涡旋件470和分隔板422使环状凹腔484与吸气压力隔离。翻折密封件492密封地接合固定涡旋件470和分隔板422使环状凹腔484与排放压力隔离。虽然在图15中没有示出，固定涡旋件470可包括温度保护系统110，而且，如果需要，还可包括压力释放系统112。
参阅图16，其中示出按照本发明另一实施例的密封系统520。密封系统520将该流体压力密封在分隔板522和固定涡旋件570之间。
固定涡旋件570包括涡旋盘绕体72，形成一个环状凹腔584、一个外密封槽586和一个内密封槽588，前者位在后两者之间并通过向流体气阱开启的流体通道88被供以压缩流体。所供加压流体的压力为在压缩机吸气压力和排放压力之间的中间压力，在环状凹腔584内的流体压力使固定涡旋件570向循轨运行涡旋件56偏移，从而加强两个涡旋件之间的顶端密封性能。
翻折密封件590设在外密封槽586内，密封地接合固定涡旋件570和分隔板522使环状凹腔584与吸气压力隔离。翻折密封件592设在内密封槽588内，密封地接合固定涡旋件570和分隔板522使环状凹腔584与排放压力隔离。如果需要，固定涡旋件570可包括温度保护系统110和压力释放系统112。
图17示出按照本发明另一个实施例的密封系统620。密封系统620将流体压力密封在分隔板622和固定涡旋件670之间。
固定涡旋件670包括涡旋盘绕体72，其上形成一个环状凹腔684。分隔板622上形成一个外密封槽686和一个内密封槽688。环状凹腔684位在这两个密封槽之间并通过向流体气阱开启的流体通道88被供以压缩流体。所供加压流体的压力为在压缩机吸气压力和排放压力之间的中间压力。在凹腔684内的流体压力使固定涡旋件670向循轨运行涡旋件56偏移，从而加强两个涡旋件之间的顶端密封性能。
翻折密封件690设在外密封槽686内，密封地接合固定涡旋件670和分隔板622使环状凹腔684与吸气压力隔离。翻折密封件692设在内密封槽608内，密封地接合固定涡旋件670和分隔板622使环状凹腔684与排放压力隔离。如果需要，固定涡旋件670可包括温度保护系统110和压力释放系统112。
图18示出按照本发明另一实施例的密封系统720。密封系统720将流体压力密封在盖714和固定涡旋件770之间。有一排放配件718和一吸气配件722被固定在盖714上以便分别作为直接排放的涡旋压缩机及供去压后的气体返回压缩机之用。如图18所示，在压缩机的吸气压力区和排放压力区之间的分隔板被省掉，这是因为密封系统720被设置在盖714和固定涡旋件770之间的缘故。
固定涡旋件770包括涡旋盘绕体72，其上形成一个环状凹腔784、一个外密封槽786和一个内密封槽788。有一通道782使环状凹腔784与外密封槽786互连。环状凹腔784位在内、外两个密封槽之间并通过向流体气阱开启的流体通道88被供以压缩流体。所供加压流体的压力为在压缩机的吸气压力和排气压力之间的中间压力。在环状凹腔784内的流体压力使固定涡旋件770向循轨运行涡旋件56偏移，从而加强两个涡旋件之间的顶端密封性能。
翻折密封件790设在外密封槽786内，密封地接合固定涡旋件770和盖714使环状凹腔784与吸气压力隔离。翻折密封件792设在内密封槽788内，密封地接合固定涡旋件770和盖714使环状凹腔784与排放压力隔离。如果需要，固定涡旋件770可包括温度保护系统110及/或压力释放系统112。
图19示出图18中的压缩机引用蒸汽喷射系统730的情况。蒸汽喷射系统730包括一个延伸通过盖714并与延伸通过固定涡旋件770的蒸汽喷射通道734连通的喷射管732。有一扁平的顶端密封件736密封喷射管732和固定涡旋件770之间的界面并为蒸汽喷射通道734和环状凹腔786之间提供密封。蒸汽喷射通道734与涡旋件770和56各自的涡旋盘绕体所形成的一个或多个流体气阱连通。蒸汽喷射系统730还包括一个阀738，该阀最好为电磁阀，和一个导向压缩蒸汽源的连接管740。当压缩机需要增添能力时可以起动蒸汽喷射系统将加压蒸汽喷射到压缩机内，这是本行业熟知的。蒸汽喷射系统由于被本行业熟知，本文将不再论述。按脉冲宽度调节模式操作蒸汽喷射系统可使压缩机的能力从其全部能力逐渐增加到加上蒸汽喷射系统730后能达到的能力。
图20示出按照本发明的密封系统820。密封系统820将流体压力密封在分隔板822和固定涡旋件870之间。
固定涡旋件870包括涡旋盘绕体，其上形成一个环状室或凹腔884。分隔板822上形成一个外密封槽886和一个内密封槽888。环状室位在这两个密封槽之间并且通过向流体气阱开启的流体通道88被供以压缩流体。所供流体的压力介乎压缩机的吸气压力和排放压力之间。在环状室884内的流体压力使固定涡旋件870向循轨运行涡旋件56偏移，从而加强两个涡旋件之间的顶端密封性能。
翻折密封件890设在外密封槽886内，密封地接合固定涡旋件870和分隔板822使环状室884与吸气压力隔离。翻折密封件892设在内密封槽888内使环状室884与排放压力隔离。如果需要，固定涡旋件可包括温度保护系统110和压力释放系统112。
图21示出按照本发明另一实施例的密封系统920。密封系统920将流体压力密封在盖914和固定涡旋件970之间。排放配件918被固定在盖914上以便提供能直接排放的涡旋压缩机。如图21所示，由于密封系统920被设置在盖914和固定涡旋件970之间，在压缩机的吸气压力区和排放压力区之间的分隔板已被取消。
固定涡旋件970包括涡旋盘绕体72，其上形成一个环状凹腔984，在该凹腔内设有一个浮动密封件950。能在轴向压力下偏移的浮动密封件950的基本概念曾在受委托人的美国专利号4,877,382中较详细地公开过，该专利的内容被本文参考引用。浮动密封件950包括一个基环952、一个密封环954、一个外翻折密封件990和一个内翻析密封环992。翻折密封件990和992被夹在环952和954之间并被多个与基环952成为整体的短柱956保持在位。密封环954包括多个与短柱956对应的孔。一旦基环952、密封件990和992及密封环954被装配在一起，短柱956像蘑菇那样插遍，浮动密封件950的装配便告完成。虽然密封件990和992在本说明中为分开的两件，但它们也可成为一个整件具有多个与短柱956对应的孔，这也在本发明的范围内。
环状凹腔984通过向流体气阱开启的流体通道88被供以压缩流体。所供加压流体的压力介乎压缩机的吸气压力和排放压力之间。在环状凹腔984内的流体压力使固定涡旋件970向循轨运行涡旋件56偏移，从而加强两个涡旋件之间的顶端密封性能。另外，环状凹腔984内的流体压力还使浮动的密封件950向压缩机的上盖914偏移。密封环954接合上盖914将压缩机的吸气压力区与排放压力区密封地分开。翻折密封件990密封地接合固定涡旋件970及环952和954使环状凹腔984与吸气压力隔离。翻折密封件992密封地接合固定涡旋件970及环952和954使环状凹腔984与排放压力隔离。另外，固定涡旋件970可包括温度保护系统及/或压力释放系统112。
图22示出图21中的压缩机引用蒸汽喷射系统930的情况。蒸汽喷射系统930包括一个联接器932和一个喷射管934。喷射管934延伸通过盖914并与延伸通过联接器932的蒸汽喷射通道936连通。有一翻折密封件938密封联接器932和喷射管934之间的界面。蒸汽喷射通道936与蒸汽喷射通道940连通，而后者延伸通过固定涡旋件970并向涡旋件970和56各自的涡旋盘绕体72和58所形成的一个或多个流体气阱开启。蒸汽喷射系统930还包括一个阀942，该阀最好为电磁阀，和一个导向压缩蒸汽源的连接管944。当压缩机需要增添能力时可以起动蒸汽喷射系统930将加压蒸汽喷射到压缩机内，这是本行业熟知的。蒸汽喷射系统由于被本行业熟知，本文将不再详述，按脉冲宽度调节模式操作蒸汽喷射系统可使压缩机的能力从其全部能力逐渐增加到加上蒸汽喷射系统930后能达到的能力。
图23A-23H示出上述密封槽的各种形状。图23A示出的密封槽1100为长方形。图23B示出的密封槽1110的一侧有一直线部1112和一倾斜部1114。这是比较好的槽形，这样当将密封件一边装入槽1110内时就可密封地抵压在部分1112或1114上。槽1110的另一侧为一直线壁(在下面列举的各种槽形中，另一侧也都是直线壁)。图23C示出的密封槽1120的一侧具有第一倾斜部1122和第二倾斜部1124，供密封件抵压之用。
图23D示出的密封槽1130的一侧形成一个反向倾斜的壁1132。图23E示出的密封槽1140的一侧的壁具有第一反向倾斜部1142和第二反向倾斜部1144。图23F示出的密封槽1150具有一个反向倾斜部1152和一个倾斜部1154。
图23G示出的密封槽1160的一侧形成一个反向倾斜部1162、一个直线部1164和一个倾斜部1166。图23H示出的密封槽1170的一侧形成一个曲线的壁1172。以上这些在密封槽一侧的槽形都可供密封件抵压之用。
图24和25示出翻折密封件90。图24所示为刚从模型中压制出来时的状态。翻折密封件90当与钢构件邻接时最好用含有10％玻璃的特氟隆材料模压出来。翻折密封件90被模压成环状如图24所示，在其一个表面上制有延伸的缺口98。缺口98使翻折密封件容易弯曲成L的形状如图25所示。虽然图24和25示出的是平顶的密封件90，但应知道翻折密封件92、94、490、492、590、592、690、692、790、792、890、892、990和992都是制有缺口98的。
虽然没有具体示出，但应知道蒸汽喷射系统730和930可被设计用来延迟吸气的关闭而不是用于蒸汽喷射。当设计用来延伸吸气的关闭时，系统730和930将在涡旋盘绕体所形成的封闭气阱中的一个气阱和压缩机的吸气区之间延伸。能提供能力调节的吸气关闭的延迟是本行业所熟知的并且也能按脉冲宽度调节方式操作。另外，在图19和22中示出的蒸汽喷射系统可被引用到这里示出的本发明的任一个实施例内。
虽然本发明已就较优实施例详细说明，但应知道，在不离开权利要求所限定的范围和创意的情况下，本发明是容易作各种修改、变化和更换的。
权利要求
1.一种涡旋式机械，包括第一涡旋件，具有从第一端板向外伸出的第一螺旋盘绕体；第二涡旋件，具有从第二端板向外伸出的第二螺旋盘绕体，该体的螺旋槽与所说第一螺旋盘绕体的螺旋槽相反而相对；一个驱动件，用来使所说两个螺旋盘绕体中的一个相对于另一个循轨道运行，从而在所说两个螺旋盘绕体之间围出多个气阱，这些气阱的容积不停地从具有吸气压力的吸气压力区逐渐变化到具有排放压力的排放压力区；一个板件，具有第一和第二大致扁平的部分，设在所说第一涡旋件邻近；一个排放通道，使所说气阱中的一个气阱在液流上与所说排放压力区连通，所说排放通道延伸通过所说板件和所说第一端板；第一环状唇形密封件，设在所说板件的所说第一大致扁平部和所说第一端板之间并环绕所说排放通道；第二环状唇形密封件，设在所说板件的所说第二大致扁平部和所说第一端板之间并环绕所说第一环状唇形密封件，从而在所说两个环状唇形密封件之间形成第一室；和一个通道用来将压缩流体放置在一个介乎所说吸气压力和所说排放压力之间的压力下使与所说室在液流上连通，以便用压力来使所说第一涡旋件向所说第二涡旋件偏移。
2.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，所说第一和第二扁平部位在分隔开的平行平面上。
3.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，所说第一和第二扁平部位在同一平面上。
4.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，所说第一和第二环状唇形密封件中之一设在密封槽内。
5.如权利要求4所述的涡旋式机械，其特征在于，所说密封槽设在所说第一涡旋件内。
6.如权利要求4所述的涡旋式机械，其特征在于，所说密封槽设在所说板件内。
7.如权利要求4所述的涡旋式机械，其特征在于，所说密封槽大致成长方形。
8.如权利要求4所述的涡旋式机械，其特征在于，所说密封槽包括一个形成倾斜部的壁。
9.如权利要求4所述的涡旋式机械，其特征在于，所说密封槽包括一个形成两个倾斜部的壁。
10.如权利要求4所述的涡旋式机械，其特征在于，所说密封槽包括一个形成反向倾斜的壁。
11.如权利要求4所述的涡旋式机械，其特征在于，所说密封槽包括一个形成反向双重倾斜的壁。
12.如权利要求4所述的涡旋式机械，其特征在于，所说密封槽包括一个形成反向唇形的壁。
13.如权利要求4所述的涡旋式机械，其特征在于，所说密封槽包括一个形成第一倾斜部、平直部和第二倾斜部的壁。
14.如权利要求4所述的涡旋式机械，其特征在于，所说密封槽包括一个形成曲线部的壁。
15.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，所说第一和第二环状唇形密封件中的一个是单向密封件。
16.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，所说第一和第二环状唇形密封件中的一个是L形密封件。
17.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，所说第一和第二环状唇形密封件中的一个制有缺口。
18.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，所说第一和第二环状唇形密封件都由特氟隆材料制成。
19.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，所说涡旋式机械还包括一个蒸汽喷射系统。
20.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，所说涡旋式机械还包括一个能力调节系统。
21.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，所说板件为一分隔板，该板具有设在所说排放压力区和吸气压力区之间的中央部。
22.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，还包括一个设在所说板件和所说第一端板之间并环绕所说第二唇形密封件的第三环状唇形密封件，从而在所说第二和第三唇形密封件之间形成一个第二室；和一个通道用来使压缩流体在液流上与所说第二室连通，并用压力使所说第一涡旋件向所说第二涡旋件偏移。
23.如权利要求22所述的涡旋式机械，其特征在于，供给所说第二室的流体具有与供给所说第一室的流体不同的压力。
24.如权利要求23所述的涡旋式机械，其特征在于，供给所说第二室的流体具有排放压力。
25.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，所说壳体具有顶部、底部和侧边部；并且其中所说板件为所说壳体的顶部。
26.如权利要求1所述的涡旋式机械，其特征在于，还包括由所说第一涡旋件和所说板件中的一个件形成的密封槽，所说第一和第二环状唇形密封件中的一个被设置在所说密封槽内，所说密封槽具有比所说一个环状唇形密封件在自由状态下的直径大的直径。
27.一种涡旋式机械，包括第一涡旋件，具有从第一端板向外伸出的第一螺旋盘绕体；第二涡旋件，具有从第二端板向外伸出的第二螺旋盘绕体，该体的螺旋槽与所说第一螺旋盘绕体的螺旋槽相反而相对；一个驱动件，用来使所说两个螺旋盘绕体中的一个相对于另一个循轨道运行，从而在所说两个螺旋盘绕体之间围出多个气阱，这些气阱的容积不停地从具有吸气压力的吸气压力区逐渐变化到具有排放压力的排放压力区；一个板件，设在所说第一涡旋件邻近；一个排放通道，使所说气阱中的一个气阱在液流上与所说排放压力区连通，所说排放通道延伸通过所说板件和所说第一端板；一个由所说第一涡旋件形成的室；一个设在所说室内的浮动密封件，所说浮动密封件接合所说板件；一个第一环状唇形密封件，设在所说浮动密封件和所说第一涡旋件之间，并环绕所说排放通道；一个第二环状唇形密封件，设在所说浮动密封件和所说第一涡旋件之间，并环绕所说第一环状唇形密封件；及一个通道用来将压缩流体放置在一个合乎所说吸气压力和所说排放压力之间的压力下，使它与所说室在液流上连通，并用压力使第一涡旋件向第二涡旋件偏移。
28.如权利要求27所述的涡旋式机械，其特征在于，所说第一和第二环状唇形密封件中的一个为单向密封件。
29.如权利要求27所述的涡旋式机械，其特征在于，所说第一和第二环状唇形密封件中的一个为L形密封件。
30.如权利要求27所述的涡旋式机械，其特征在于，所说第一和第二环状唇形密封件中的一个制有缺口。
31.如权利要求27所述的涡旋式机械，其特征在于，所说第一和第二环状唇形密封件中的一个由特氟隆材料制成。
32.如权利要求27所述的涡旋式机械，其特征在于，所述涡旋式机械中的一个还包括一个蒸汽喷射系统。
33.如权利要求27所述的涡旋式机械，其特征在于，所述涡旋式机械还包括一个容量调节系统。
全文摘要
本发明提供的涡旋式机械具有多个固有的容积比连同其各自的设计压力比。引入多于一个固有的容积比，使压缩机能在多于一个的操作条件下进行优化。压缩机的操作包络线被用来确定在各种固有的容积比中哪些可被选用。每一容积比分别包括一个在所说涡旋式机械的一个气阱和排放室之间的排放通道。除了最高容积定额外都使用一个阀来控制通过排放通道的流量。
文档编号F04C28/16GK1475673SQ0314761
公开日2004年2月18日 申请日期2003年7月14日 优先权日2002年7月15日
发明者斯蒂芬·M·塞贝尔, 迈克尔·M·佩列沃奇科夫, 诺曼·贝克, M 佩列沃奇科夫, 斯蒂芬 M 塞贝尔, 贝克 申请人:科普兰公司