专利名称：压缩机容量控制阀及其控制方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压缩机容量控制阀及其控制方法和应用，特别是一种旋转式压缩机的容量控制阀及其控制方法和应用。
背景技术：
常见用作切换流体流动方向的切换阀一般使用二通阀、三通阀或四通阀等，其中功能最多的四通阀具有使连接二个压力切换孔的流体流向反转的功能。如当压力切换孔A处于高压侧时，压力切换孔B处于低压侧，通过四通阀的切换，可将压力切换孔A置于低压侧，此时，压力切换孔B处于高压侧。但是，如果需要通过切换使压力切换孔A为高压侧，而压力切换孔B也为高压侧，或者压力切换孔A为低压侧，而压力切换孔B也为低压侧，或者在前述状态下，需要切换到压力切换孔A为高压侧，而压力切换孔B为低压侧时，四通阀就无法胜任。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制作成本低、性能可靠、操作灵活的压缩机容量控制阀及其控制方法和应用，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种压缩机容量控制阀，包括设置在壳体内的阀座，设置在阀座上的转动滑块及其驱动装置，其结构特征是阀座上设置有三条及以上的连接管，各连接管分别通向阀座内部的三个及以上的通孔，其中一个通孔为设置在阀座内部空腔的低压侧回路中的低压孔，该回路上设置有控制该回路开关的低压回路开关装置，另两个为设置在阀座上的第一压力切换孔和第二压力切换孔，平衡孔连通壳体内部和滑块内部空腔，该平衡孔所在回路设置有平衡孔开关装置。
上述的平衡孔开关装置包括套设在曲轴上的导阀，导阀与曲轴之间预留有间隙，导阀上延伸有臂部，臂部盖压在滑块的平衡孔上，导阀于圆周上设置有突出的两件限位板，限位板对称设置在臂部两侧，曲轴上横向设置有止动销，止动销与限位板相配合；平衡孔左右两侧分别设置有臂挡块，通过滑块驱动装置驱动导阀左右或者上下移动来开关平衡孔。
上述的低压回路开关装置包括设置在低压孔上方的板状单向阀，阀座位于低压孔处设置有中空的凸台，线圈弹簧套设在凸台上且与单向阀底面压接，单向阀上压接有挡圈。
上述的滑块外圆周上设置有二个滑块挡块，壳体内侧设置有一个固定挡块，滑块挡块和固定挡块分别按120°的角度间距设置。
上述的滑块在其高压空腔的中心部位设置有从高压空腔贯通至壳体内部的纵孔。
上述的壳体与滑块之间设置有使滑块回转力矩增加到一定程度的力矩增加装置，该装置为分别与壳体内壁和滑块外侧相接的板簧。
上述的曲轴上套设有带四角孔的驱动圆片；驱动圆片的外圆周上设置有斜向上的提钩，提钩设置在导阀下方，滑块上对称设置有二个挡块，提钩与挡块相配合。
上述的曲轴端部为锥形突起，该锥状突起与倒锥状的平衡孔相配合，曲轴上设置有螺纹。
本发明也提供了一种压缩机容量控制阀的控制方法，壳体内压力为高压侧，滑块内部压力为低压侧，其特征是首先通过平衡开关装置打开平衡孔，相应地低压回路开关装置关闭，使滑块内外压力平衡，然后转动滑块到预定位置，最后通过滑块驱动装置转动关闭平衡孔，相应地低压回路开关装置使低压回路开孔，将滑块内部压力切换为低压侧，使连接阀座的连接管的压力在高压和低压之间进行切换。
上述的通过低压回路开关装置、滑块驱动装置和平衡开关装置的作用，第一压力切换孔和第二压力切换孔的压力具有以下三种组合中的任何一种；1)第一种组合第一压力切换孔和第二压力切换孔同为高压侧，或第一压力切换孔为高压侧，第二压力切换孔为低压侧，或第一压力切换孔为低压侧，第二压力切换孔为高压侧，或者，2)第二种组合第一压力切换孔和第二压力切换孔同为高压侧，或第一压力切换孔为高压侧，第二压力切换孔为低压侧，或第一压力切换孔为低压侧，第二压力切换孔为高压侧，或第一压力切换孔为低压侧，第二压力切换孔为低压侧，或者，3)第三种组合第一压力切换孔和第二压力切换孔同为高压侧，或第一压力切换孔为高压侧，第二压力切换孔为低压侧。
本发明通过转动式滑块将二个连接管的压力在高压和低压之间、最多可以在四个模式中自由地来回切换。在滑块上设置平衡孔，通过电机和与其连接的曲轴预先打开平衡孔，并用较小的力矩转动滑块进行模式切换，并且通过滑块的转动角度进行控制。其结构简单，可靠性较高、制作成本低。
本发明既可以应用在压缩机的容量控制方面，也可以单独的应用在各种压力切换装置中。
图1为本发明第一实施例俯视结构示意图。
图2为图1的A-A局部剖视放大结构示意图。
图3为图2的局部剖视放大结构示意图。
图4为图3的B-B剖视后逆时针转过90°的缩小结构示意图。
图5为单向阀所在位置的局部放大结构示意图。
图6为单向阀的主视结构示意图。
图7-图10为控制阀的几种模式切换结构示意图。
图11为本发明第二实施例的剖视结构示意图。
图12为本发明第三实施例的剖视结构示意图。
图13为图12的横向剖视缩小结构示意图。
图14为为圆片的主视放大结构示意图。
图15为为图14的俯视结构示意图。
图16为本发明第四实施例的剖视结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
图中1为壳体、2为阀座、3为滑块、4为曲轴、5为步进电机、6为电机转子、7为线圈、11为低压空腔、12为高压空腔、13为低压孔、14为单向阀、15为线圈弹簧、16为挡圈、21为第一压力切换孔、22为第二压力切换孔、23为第一连接管、24为第二连接管、25为第三连接管、26为第四连接管、31为平衡孔、32为导阀、33为臂部、34为限位板、35为止动销、36为臂挡块、41为板簧、42为圆片、43为四角孔、44为提钩、45为圆片挡块、46为滑块挡块、47为固定挡块、51为锥形突起、52为横孔。
参见图1-图2，本控制阀在密封的不锈钢圆筒形壳体1内设置有阀座2，在阀座2上设置有转动的圆筒形滑块3，驱动滑块的曲轴4和驱动电机或者步进电机5。滑块3采用普通的塑料材料模压一体化成型，以减少后工序的机械加工部分。曲轴4安装在电机转子6处，在转子6的外周、圆筒形壳体1的外部安装有控制转子转动的线圈7。
参见图1和图3-图4，滑块3内部由两个空腔组成，分别为低压空腔11和高压空腔12，低压空腔11位于阀座2的中心部，和低压孔13常通。阀座2中设置有第一压力切换孔21和第二压力切换孔22，第一压力切换孔21、第二压力切换孔22和低压孔13分别与通过外部的第一连接管23、第二连接管24和第三连接管25相连通。第一压力切换孔21、第二压力切换孔22和系统的必要部分相连接。第三连接管25和系统的低压侧部分连接，故其通常为低压侧压力。壳体1侧面设置的第四连接管26连接系统的高压侧，故壳体1内压为常高压侧。
因此，在通常的系统运行中，滑块3外部压力为高压侧，滑块3内部压力为低压侧，由于该压差，滑块3在阀座2上被很大的力压住，所以不会发生气体由滑块外部向内部泄漏、或者气体由滑块内部向外部泄漏。但是，另一方面却存在较小电机力矩不能转动滑块的问题。
滑块在高压空腔12的中心部位设置有一个纵孔27。这个纵孔27从高压空腔贯通至壳体内部，所以该高压空腔为常高压。因此，假设高压空腔和第一压力切换孔21或者第二压力切换孔22连通，则有第一压力切换孔21或者第二压力切换孔22为高压侧。另一方面，低压空腔11与第一压力切换孔21或者第二压力切换孔22连通，则有第一压力切换孔21或者第二压力切换孔22为低压侧。
参见图2和图5-图6，具有低压孔13的阀座2在其开孔处设置有低压回路开关装置，也就是单向阀装置。该单向阀装置由板状的单向阀14和帮助单向阀14打开的线圈弹簧15组成。为限制单向阀14上抬，在单向阀14上压接有挡圈16。低压空腔11为低压侧时，单向阀14为上抬状态，气体可以流动。
通常情况下，低压空腔为常低压侧，但如下所述在滑块位置切换时，可以暂时变为高压侧。
在滑块3上部，见图3，平衡孔31从滑块3外部向低压空腔11贯通，导阀32可以开关该平衡孔31。导阀32是由很薄的圆形板状主体和外伸的臂部33组成，在圆形主体外周分别沿竖向设置有二个限位板34，见图7，导阀32通过中心孔穿套在曲轴4上，见图3，中心孔与曲轴4外周之间设置有间隙。曲轴4外周上横向设置有止动销35。曲轴4虽然不能直接转动导阀32，但止动销35一经接触导阀32上的限位板34就可驱使导阀32向左或向右转动。但是，为了限制转动范围，在滑块3上平衡孔31左右两侧分别有二个臂挡块36。因为滑块3的回转力矩很大，所以曲轴4在这里暂停转动。不过，如后所述，当低压空腔11的压力切换为高压侧的同时，曲轴4可以切换为转动滑块。
参见图1-图6所示的设计范例，可以进行第一种组合中三种模式的切换，即第一压力切换孔和第二压力切换孔同为高压侧，或第一压力切换孔为高压侧，第二压力切换孔为低压侧，或第一压力切换孔为高压侧，第二压力切换孔为低压侧。
参见图4和图7，在系统运行中，该图表示低压空腔11的中心正好在上侧的位置，也就是0°所在的位置，因此低压空腔11和第一压力切换孔21或第二压力切换孔22不连通。但是，高压空腔12则连通了第一压力切换孔21和第二压力切换孔22，故第一压力切换孔21和第二压力切换孔22均为高压侧。
参见图7-图10，从图7的状态开始通过步进电机5将曲轴反时针方向转动，滑块处于停止状态，但导阀32相对于滑块向反时针方向转动。在导阀32的转动过程中，滑块停止不动的原因是滑块本身由于内外压差产生的强作用力，而被压在阀座上。
导阀32的臂部33转动后，原来被关闭的平衡孔31就会打开。随着转动的继续，导阀32将因其臂部33被臂挡块36挡住而停止转动，但是是在臂挡块36上有转动力矩的作用下停止的，见图8。
在导阀32开始转动到停止这段时间内，壳体内的高压气体从平衡孔31向滑块的低压空腔11流入，单向阀14在高压气体的作用下，压缩线圈弹簧15，直至盖压并关闭低压孔13。此时，低压空腔11迅速由低压侧切换为高压侧，而施加在滑块上的压差几乎为零。因此，导阀32的臂部33用非常小的力矩使滑块从图7的状态在平衡孔的位置按逆时针方向转动120°位置停止。这时，暂时切换为高压侧的滑块的低压空腔就与第二压力切换孔22相连通，见图9。
为了将第二压力切换孔22切换为低压侧，则需要关闭平衡孔31使低压空腔为低压侧。因此，曲轴按顺时针方向反转，通过止动销35接触限位板34，推动导阀转动至平衡孔关闭。当平衡孔关闭后，低压空腔11中的单向阀上抬，先前形成的短时高压状态结束，低压空腔11内的压力完全成为低压侧，于是第二压力切换孔22切换为低压侧，另一方面，第一压力切换孔21则维持在高压侧，见图10。同时，施加在滑块上的压差将大幅度增加，最后致使滑块在阀座上完全停止，此时，可防止气体泄漏。
接下来，将第二压力切换孔22切换为高压侧、第一压力切换孔21切换为低压侧时，可以选择从图10的状态继续将滑块按逆时针方向转动120°，也可以选择从图10的状态按顺时针方向转动240°。其操作过程同前述说明的方法相同。因此，也可以实现第一种组合中的三种模式的切换。
并且，如果省略图7中的滑块位置控制装置，也可以很容易实现第三种组合中的两种模式切换。
由于平衡孔的孔径和曲轴所需必要转动力矩有关，孔径加大则转动导阀所需力矩也会增加。因此，平衡孔的孔径最好要在某种程度上减小。
另外，当导阀从图7开始向图8移动期间，为了防止滑块的低压空腔向高压侧瞬间切换时，滑块反而按与设计意图相反的方向转动，推荐在滑块上设置比曲轴的转动力矩小的力矩增加装置，也就是制动器。
这个力矩增加装置，见图4和图7-图10，可通过将板簧41安装在壳体内侧和滑块外侧之间，从而在一定范围内增加滑块的转动力矩。
另外，为了在图10中尽早将滑块低压空腔完全切换为低压侧，特意使关闭低压回路的单向阀发生气体泄漏，推荐在单向阀上设置小孔、或在单向阀的阀座部分设置小的切口。
下面说明第二种组合。相对于第一种组合，在第二种组合中有第一压力切换孔和第二压力切换孔22同属低压侧的组合，其特点是可以切换4种模式。
参见图11，如果改变低压空腔11的形状，而将第一压力切换孔21和第二压力切换孔22同时设置在空腔内，那么第一压力切换孔21和第二压力切换孔22就可以同时为低压侧。第一种组合中的三种模式切换中有一个例子是分别将滑块转动120°，那么，进行第二种组合中的四种模式切换时，各转动90°就能够实现切换。
参见图1-图11，其主要的设计特点为(1)通过导阀左右滑动，开关平衡孔；(2)导阀不是直接固定在曲轴上，而是通过设置在曲轴上的止动销接触导阀的限位板转动导阀。
相对来说，比较典型的设计事例见图12-图13，其特点为(1)将导阀32安装在滑块上，通过使导阀上下滑动的装置来开关平衡孔；(2)在曲轴中安装图14-图15中所示的带四角孔43驱动圆片42；(3)驱动圆片42的外圆周上设置有半圆形的提钩44。这个提钩44可以在导阀32的下方沿左右方向移动，通过使导阀32上下移动来开关平衡孔。而且，在滑块上对称设置有二个圆片挡块45，当提钩44的边缘碰触到圆片挡块45时，就可以向滑块传递转动力矩。
另外，滑块外圆周上设置有二个滑块挡块46，壳体内侧设置有一个固定挡块47，它们是分别按120°的角度间距配置的，当从图13的位置，也就是第一压力切换孔21和第二压力切换孔22同为高压侧时，按反时针方向转动120°，滑块挡块46接触到固定挡块47时就停下来，此时，第二压力切换孔22切换为低压侧，第一压力切换孔21继续维持在高压侧。相反的，按顺时针方向转动120°，第一压力切换孔21切换为低压侧时，第二压力切换孔22维持在高压侧。
而且，转动滑块到规定位置固定的预备动作，其原理上是和从图7到图10说明的装置相同的。通过导阀的上下滑动来开关平衡孔的装置，其优点是相对于图1-图11所示的设计例为开关平衡孔提供所需的曲轴力矩比较稳定。并且，它通过滑块挡块46来控制转动角度，其优点是作为曲轴驱动装置可利用带反转功能的电机能进行模式切换。而且，在使用步进电机时，滑块挡块如果接触到固定挡块时，可以知道转动角度和当时进行的模式，在步进电机转动角度初始化时可以进行应用。
参见图16，为采用针阀来开关平衡孔31的实施例，曲轴4端部的锥形突起51可以开关圆锥状的平衡孔。横孔52设置在滑块上且位于平衡孔侧面，改横孔连通壳体内部与平衡孔。这种结构适用于带螺纹的曲轴等，通过曲轴的上下动作来开关平衡孔。
权利要求
1.一种压缩机容量控制阀，包括设置在壳体(1)内的阀座(2)，设置在阀座上的转动滑块(3)及其驱动装置，其特征是阀座上设置有三条及以上的连接管，各连接管分别通向阀座内部的三个及以上的通孔，其中一个通孔为设置在阀座内部空腔的低压侧回路中的低压孔(13)，该回路上设置有控制该回路开关的低压回路开关装置，另两个为设置在阀座上的第一压力切换孔(21)和第二压力切换孔(22)，平衡孔(31)连通壳体内部和滑块内部空腔，该平衡孔所在回路设置有平衡孔开关装置。
2.根据权利要求1所述的压缩机容量控制阀，其特征是所述的平衡孔开关装置包括套设在曲轴(4)上的导阀(32)，导阀与曲轴之间预留有间隙，导阀上延伸有臂部(33)，臂部盖压在滑块(3)的平衡孔(31)上，导阀于圆周上设置有突出的两件限位板(34)，限位板对称设置在臂部两侧，曲轴上横向设置有止动销(35)，止动销与限位板相配合；平衡孔左右两侧分别设置有臂挡块(36)，通过滑块驱动装置驱动导阀左右或者上下移动来开关平衡孔。
3.根据权利要求1所述的压缩机容量控制阀，其特征是所述的低压回路开关装置包括设置在低压孔(13)上方的板状单向阀(14)，阀座(2)位于低压孔处设置有中空的凸台，线圈弹簧(15)套设在凸台上且与单向阀底面压接，单向阀上压接有挡圈(16)。
4.根据权利要求1所述的压缩机容量控制阀，其特征是所述的滑块(3)外圆周上设置有二个滑块挡块(46)，壳体(1)内侧设置有一个固定挡块(47)，滑块挡块和固定挡块分别按120°的角度间距设置。
5.根据权利要求1所述的压缩机容量控制阀，其特征是所述的滑块在其高压空腔(12)的中心部位设置有从高压空腔贯通至壳体内部的纵孔(27)。
6.根据权利要求1所述的压缩机容量控制阀，其特征是所述的壳体(1)与滑块(3)之间设置有使滑块回转力矩增加到一定程度的力矩增加装置，该装置为分别与壳体内壁和滑块外侧相接的板簧(41)。
7.根据权利要求2所述的压缩机容量控制阀，其特征是所述的曲轴(4)上套设有带四角孔(43)的驱动圆片(42)；驱动圆片的外圆周上设置有斜向上的提钩(44)，提钩设置在导阀(32)下方，滑块(3)上对称设置有二个挡块(45)，提钩与挡块相配合。
8.根据权利要求2所述的压缩机容量控制阀，其特征是所述的曲轴(4)端部为锥形突起(51)，该锥状突起与倒锥状的平衡孔相配合，曲轴上设置有螺纹。
9.根据权利要求1所述的压缩机容量控制阀的控制方法，壳体内压力为高压侧，滑块内部压力为低压侧，其特征是首先通过平衡开关装置打开平衡孔，相应地低压回路开关装置关闭，使滑块内外压力平衡，然后转动滑块到预定位置，最后通过滑块驱动装置转动关闭平衡孔，相应地低压回路开关装置使低压回路开孔，将滑块内部压力切换为低压侧，使连接阀座的连接管的压力在高压和低压之间进行切换。
10.根据权利要求9所述的压缩机容量控制阀的控制方法，其特征是所述的通过低压回路开关装置、滑块驱动装置和平衡开关装置的作用，第一压力切换孔和第二压力切换孔的压力具有以下三种组合中的任何一种；1)第一种组合第一压力切换孔和第二压力切换孔同为高压侧，或第一压力切换孔为高压侧，第二压力切换孔为低压侧，或第一压力切换孔为低压侧，第二压力切换孔为高压侧，或者，2)第二种组合第一压力切换孔和第二压力切换孔同为高压侧，或第一压力切换孔为高压侧，第二压力切换孔为低压侧，或第一压力切换孔为低压侧，第二压力切换孔为高压侧，或第一压力切换孔为低压侧，第二压力切换孔为低压侧，或者，3)第三种组合第一压力切换孔和第二压力切换孔同为高压侧，或第一压力切换孔为高压侧，第二压力切换孔为低压侧。
11.根据权利要求1所述的压缩机容量控制阀，除应用在带容量控制功能的压缩机中外，还可应用在压力切换装置上。
全文摘要
一种压缩机容量控制阀，包括设置在壳体内的阀座，设置在阀座上的转动滑块及其驱动装置，阀座上设置有三条及以上的连接管，各连接管分别通向阀座内部的三个及以上的通孔，其中一个通孔为设置在阀座内部空腔的低压侧回路中的低压孔，该回路上设置有控制该回路开关的低压回路开关装置，另两个为设置在阀座上的第一压力切换孔和第二压力切换孔，平衡孔连通壳体内部和滑块内部空腔，该平衡孔所在回路设置有平衡孔开关装置。本发明通过转动式滑块将二个连接管的压力在高压和低压之间、最多可以在四个模式中自由地来回切换；可用较小的力矩转动滑块进行模式切换，其可靠性较高、制作成本低。
文档编号F04C28/00GK101067416SQ20071002814
公开日2007年11月7日 申请日期2007年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者邵海波 申请人:美的集团有限公司