螺杆式压缩机
技术领域
本实用新型涉及一种压缩机，特别是一种具有容调机构的螺杆式压缩机。
背景技术
螺杆式压缩机在制冷系统中已得到广泛应用。现有的螺杆式压缩机的工作原理是，利用电机带动一对彼此啮合的公母螺杆相对旋转，使得螺杆上的齿与压缩机壳体壁之间所限定的容积发生改变，从而实现流体(例如气体)的吸入、封闭、压缩和排出四个过程。当压缩机满载运行时，吸气全部完成(即，刚开始压缩)时的齿间容积V0与排气开始时的齿间容积V1之间的比被称为压缩机的内建容积比VI，VI＝V0/V1。在压缩过程中，流体在彼此啮合的螺杆齿对之间前进的距离称为轴向压缩距离。
现有的螺杆式压缩机中通常设置有容调机构，以便在压缩机的启动和/或运行过程中调节压缩机的载荷水平。图1示出了一种现有的具有四段式容调机构的螺杆式压缩机的原理图。如图1所示，压缩机10的壳体内限定有低压腔C1、压缩腔C2和高压腔C3。一对可相对转动的螺杆11设置在压缩腔C2内，并且分别具有彼此啮合的公、母螺旋齿段。压缩腔C2至少通过此对螺旋齿段的吸气端与低压腔C1连通，并且至少通过此对螺旋齿段的排气端与高压腔C3连通。压缩机10内设置有四段式容调机构，包括滑块12、活塞机构和油路系统。油路系统由4根管路组成，分别为输油管7、25％载荷管3、50％载荷管8、以及75％载荷管9。管路可以是外置的管，也可以由壳体铸件内的孔构成。输油管7上设置有限流塞头1实现限流，或者也可以用毛细管限流。输油管7的一端与位于高压腔的储油槽连通，另一端与活塞机构的油腔13连通。25％载荷管3一端与输油管7相连，另一端与低压腔连通，并且设置有控制阀。50％载荷管8的一端与油腔13连通，另一端与低压腔连通，并且设置有控制阀。75％载荷调节管9的一端与油腔13连通，另一端与低压腔连通，并且设置有控制阀。压缩机利用高压腔与低压腔的压差实现自动供油。通过开启/关闭不同载荷管上的控制阀，可以驱使滑块12移动，从而将压缩机的载荷在25％、50％、75％和100％这四档上进行调节。其中，当25％载荷管3、50％载荷管8、和75％载荷管9上的任一控制阀开启时，滑块移动，使得压缩腔内螺旋齿段的靠近吸气端的一部分长度旁通到低压腔，使得被压缩的流体流量减少，达到部分载荷功能。
图2示出了一种现有的具有无级式容调机构的螺杆式压缩机的原理图。压缩机10’的结构与图1中的压缩机10类似。不同之处在于，压缩机10’中的油路系统由供油管15以及旁通管14组成。供油管15上安装有供油阀16，供油管15的一端与高压腔的储油槽连通，另一端与油腔13连通。旁通管14上安装有旁通阀17，旁通管14的一端与油腔13连通，另一端与低压腔连通。通过开启/关闭供油阀以及旁通阀，可以任意控制滑块12的移动，使得可以将压缩机10’的载荷在25％至100％满载之间任意调整。其中，当压缩机的载荷被调整为非满载，即小于100％时，滑块移动，使螺旋齿段的靠近吸气端的一部分长度旁通到低压腔，使得被压缩的流体流量减少，达到部分载荷功能。
虽然现有的螺杆式压缩机能够实现载荷调节，然而压缩机满载时的内建容积比是固定的，不可调节。在具体应用中，压缩机的外建容积比，例如取决于冷媒的种类或者工况环境，可能会经常变化。例如，对于一台内建容积比为2.2的压缩机来说，当客户应用工况为2/36℃时，外建容积比为2.2，与内建容积比匹配，压缩机的工作效率最高。当客户应用工况为2/45℃时，外建容积比为2.7；当客户应用工况为2/50℃时，外建容积比为3.03，均与内建容积比2.2不匹配，导致压缩机欠压缩，压缩机耗功增加，整机效率较差。因此，现有的螺杆式制冷压缩机无法满足客户期望应用于不同工况的需求。
实用新型内容
本实用新型的一个目的在于提供一种螺杆式压缩机，以解决上述现有技术中的一个或多个问题。
为实现上述目的，本实用新型提出了一种螺杆式压缩机，其特征在于，包括：壳体，其内部限定有低压腔、压缩腔和高压腔，待压缩的流体从所述低压腔进入所述压缩腔，之后从所述高压腔排出；可相对转动的一对螺杆，具有彼此啮合的一对螺旋齿段，所述一对螺旋齿段位于所述压缩腔内，所述压缩腔至少通过所述一对螺旋齿段的吸入端与所述低压腔连通，并且至少通过所述一对螺旋齿段的排出端与所述高压腔连通；以及容调机构，包括滑块，所述滑块位于所述压缩腔，并且可在平行于所述一对螺杆的轴线的方向上移动，其中所述滑块的长度大于所述一对螺旋齿段的长度，并且所述滑块具有完全覆盖所述一对螺旋齿段的整个长度的至少两个不同的满载位置，在第一满载位置，所述滑块的低压侧端部相对于所述一对螺旋齿段的所述吸入端朝向所述低压腔伸出第一距离，在第二满载位置，所述滑块的低压侧端部相对于所述一对螺旋齿段的所述吸入端朝向所述低压腔伸出第二距离，所述第二距离小于所述第一距离且大于等于0。
当所述滑块处于所述满载位置时，所述压缩腔仅通过所述一对螺旋齿段的吸入端与所述低压腔连通。
所述滑块还包括至少一个部分载荷位置，在所述部分载荷位置，所述滑块仅覆盖所述一对螺旋齿段的长度的一部分，而所述一对螺旋齿段的未被所述滑块覆盖的长度部分与所述低压腔连通。
所述容调机构还包括：用于在所述滑块处于所述第一满载位置时限位所述滑块的所述低压侧端部的止口座。
当所述滑块处于所述第二满载位置时，所述滑块的所述低压侧端部与所述一对螺旋齿段的所述吸入端的端面齐平。
所述滑块的高压侧端部具有面向所述一对螺旋齿段设置的内凹的鸟嘴结构，当所述滑块处于所述第一满载位置时，所述一对螺旋齿段的排出端处于所述鸟嘴结构的相对应处。
所述容调机构还包括：活塞机构，包括油缸和设置在所述油缸内的活塞，所述活塞将所述油缸分隔成第一腔室和第二腔室，并且通过一连杆与所述滑块相连；油路系统，与所述油缸的所述第一腔室相连通；以及弹簧，设置在所述油缸的所述第二腔室内，将所述活塞朝向最小的部分载荷位置偏置。
所述油路系统包括：第一油管，连接在所述油缸的所述第一腔室与所述高压腔内的储油槽之间；第二油管，连接在所述第一油管与所述低压腔之间，所述第二油管上设置有第一阀；以及至少一个第三油管，连接在所述油缸的所述第一腔室的一预定位置与所述低压腔之间，每个所述第三油管上设置有第二阀，其中所述第一阀和所述第二阀为电磁阀。
当所述第一阀和所述第二阀均关闭时，所述滑块处于所述第一满载位置；当所述第一阀关闭且一个所述第二阀打开时，所述滑块处于所述第二满载位置；和/或当所述第一阀打开时，所述滑块仅覆盖所述一对螺旋齿段的长度的一部分，处于所述部分载荷位置。
所述油路系统包括：供油管，连接在所述油缸的所述第一腔室与所述高压腔内的储油槽之间，所述供油管上设置有供油阀；以及旁通管，连接在所述供油管与所述低压腔之间，所述旁通管上设置有旁通阀，其中所述供油阀和所述旁通阀为电磁阀。
根据本实用新型，通过将滑块的长度设置为大于螺旋齿段的长度，使得滑块可以具有至少两个满载位置。根据本实用新型的螺杆式压缩机由此实现了对压缩机内建容积比的调节。
附图说明
下面结合附图和详细实施方式对本实用新型进行详细说明，其中：
图1示出了一种现有的具有四段式容调机构的螺杆式压缩机的原理图；
图2示出了一种现有的具有无级式容调机构的螺杆式压缩机的原理图
图3为根据本实用新型一实施例的螺杆式压缩机的剖视示意图；
图3A为沿图3中滑块的透视示意图，示出了鸟嘴结构；
图4为沿图3中A-A线的端面示意图；
图5为沿图4中B-B线的剖视局部示意图，示出了容调机构；
图6A-6C为根据本实用新型一实施例的容调机构的原理图，分别示出了第一满载位置、第二满载位置和部分载荷位置；以及
图7A-7C为根据本实用新型另一实施例的容调机构的原理图，分别示出了第一满载位置、第二满载位置和部分载荷位置。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其它实施方式中。
图3为根据本实用新型一实施例的螺杆式压缩机的剖视示意图；图4为沿图3中A-A线的端面示意图；图5为沿图4中B-B线的剖视局部示意图；图6A-6C为根据本实用新型一实施例的容调机构的原理图，分别示出了第一满载位置、第二满载位置和部分载荷位置。
如图3-5及图6A-6C所示，根据本实用新型一实施例的螺杆式压缩机100包括壳体110，其内部限定有低压腔101、压缩腔102和高压腔103。壳体100可以是分体的或者一体的，这些不作为对本申请的限定。待压缩的流体(例如制冷剂)可以从壳体110上的进入口104进入低压腔101，然后进入压缩腔102进行压缩。压缩后的流体排出到高压腔103，并从壳体上的排出口105排出。压缩机100包括一对可相对转动的螺杆121、122(图4)。压缩机100还可包括用于驱动所述一对螺杆121、122转动的电机106。螺杆121、122具有彼此啮合的一对公、母螺旋齿段123、124。这对螺旋齿段位于压缩腔102内，流体进入压缩腔102位于公、母螺旋齿段123、124之间进行压缩。压缩腔102至少通过这对螺旋齿段123、124的吸入端125与低压腔101连通，并且至少通过这对螺旋齿段123、124的排出端126与高压腔103连通。压缩机100还包括容调机构130，容调机构130包括滑块132。滑块132位于压缩腔102，并且可在平行于一对螺杆121、122的轴线的方向上移动。在这里，滑块132的长度Ls设置为大于螺旋齿段123、124的长度Lt，使得滑块132可以具有完全覆盖螺旋齿段123、124的整个长度的至少两个不同的满载位置。在第一满载位置，滑块132的低压侧端部135相对于一对螺旋齿段123、124的吸入端125朝向低压腔101伸出第一距离L1。在第二满载位置，滑块132的低压侧端部135相对于一对螺旋齿段123、124的吸入端125朝向低压腔101伸出第二距离L2，其中第二距离小于第一距离且大于等于0。当滑块132位于第二距离等于0的第二满载位置时，滑块132的低压侧端部135与螺旋齿段123、124的吸入端125的端面齐平。
因此，根据本实用新型，通过将滑块的长度设置为大于螺旋齿段的长度，使得滑块可以具有至少两个满载位置，即，完全覆盖螺旋齿段的整个长度的位置。当滑块位置偏向于低压腔(即，相对于螺旋齿段的吸入端伸出距离更长)时，流体在压缩腔内的有效压缩长度较短，经压缩的流体被排放得较早，因此压缩机此时具有相对较小的内建容积比；而当滑块位置偏向于高压腔(即，相对于螺旋齿段的吸入端伸出距离更短)时，流体在压缩腔内的有效压缩长度较长，经压缩的流体被排放得较晚，因此压缩机此时具有相对较大的内建容积比。因此，本实用新型实现了对压缩机内建容积比的调节。
根据本实用新型的一个例子，容调机构130还可包括用于滑块132的止口座112，用于在滑块132处于第一满载位置时限位滑块132的低压侧端部135，以便限制滑块132朝向低压腔101的方向继续运动。止口座112例如可以从低压腔101与压缩腔102之间的壁上突出，或者可以由该壁直接形成。这样，在滑块的除第一满载位置之外的其他满载位置，滑块132的低压侧端部135与止口座112间隔开。此外，止口座112也可以设置于滑块132的低压侧端部135或滑块132的高压侧端部136，以便限制滑块132朝向低压腔101的方向继续运动。应当理解，在任一满载位置，滑块132均完全覆盖一对螺旋齿段123、124的整个长度，因此压缩机处于100％载荷状态，即使滑块132未抵靠止口座112亦然。在这里，压缩机在滑块132处于第二满载位置时的内建容积比大于滑块132处于第一满载位置时的内建容积比。因为，相比于第一满载位置，滑块132在第二满载位置时更靠近高压腔103，因此流体在压缩腔102内的有效压缩长度更长。
根据本实用新型，滑块132可以具有多于两个满载位置，从而使得能够调节压缩机的内建容积比适应更多工况。当滑块132处于任一满载位置时，压缩腔102与低压腔101之间仅通过一对螺旋齿段的吸入端125进行连通，而没有螺旋齿段的任何长度被旁通的低压腔101。因此，此时压缩机100工作在100％载荷下。这是本实用新型的内建容积比调节与现有技术的载荷调节的本质区别。在现有技术的载荷调节中，滑块仅有一个位置满足压缩机100工作在100％载荷下。
根据本实用新型，滑块132还包括至少一个部分载荷位置，在所述部分载荷位置，滑块132可以仅覆盖一对螺旋齿段123、124的长度的一部分，而螺旋齿段123、124未被滑块132覆盖的长度部分与低压腔101连通。因此，根据本实用新型的压缩机100可以和现有技术中的压缩机一样，工作在部分载荷下。这对于压缩机的启动或待机等是特别有利的。
在一个例子中，参见图3A，滑块132的高压侧端部136设置有鸟嘴结构133，鸟嘴结构133面向螺旋齿段123、124内凹，以便于压缩后的流体排出。当所述滑块处于上述第一满载位置时，螺旋齿段的排出端126处于鸟嘴结构133的相对应处。
根据本实用新型的容调机构130还包括活塞机构140、油路系统和弹簧137。活塞机构140包括油缸141和设置在油缸内的活塞145，活塞145将油缸141分隔成第一腔室142和第二腔室143，并且通过一连杆146与滑块132相连。油路系统与油缸141的第一腔室142相连通，当液压油在高压腔103和低压腔101之间的高低压差作用下进入第一腔室142时，活塞145被驱动运动。弹簧137设置在油缸141的第二腔室143内，以将活塞145朝向最小的部分载荷位置偏置。
根据本实用新型的容调机构的油路系统可以与现有技术中容调机构的油路系统类似，或者可以利用现有容调机构的油路系统改造形成。以下具体说明。
如图6A-6C所示，根据本实用新型一个例子的油路系统150包括：第一油管151、第二油管152、和至少一个第三油管153。第一油管151连接在壳体110的高压腔103内的储油槽107(图3)与油缸141的第一腔室142之间，用于向第一腔室142提供液压油。第二油管152连接在第一油管151与低压腔101之间，并且其上设置有第一阀152a。第三油管153连接在油缸的第一腔室142的一预定位置P与低压腔101之间，第三油管153上设置有第二阀153a。当压缩机工作时，通过高压腔103与低压腔101之间的压差实现供油。当第一阀152a和第二阀153a均关闭时，活塞145被推向图6A中油缸141的最右侧，可以设置使得此时滑块132的低压侧端部135相对于一对螺旋齿段123、124的吸入端125朝向低压腔101伸出第一距离L1，滑块132处于第一满载位置，如图6A所示。类似地，可以设置当第一阀152a关闭且第二阀153a打开时，滑块132低压侧端部135相对于一对螺旋齿段123、124的吸入端125朝向低压腔101伸出第二距离L2，滑块132处于第二满载位置，如图6B所示。其中L2小于等于L1，在一个例子中L2＝0。可选地或附加地，当第一阀152a打开时，所述滑块132仅覆盖一对螺旋齿段123、124的长度的一部分，处于部分载荷位置，如图6C所示。在这里，各个阀均可以是电磁阀。
在一个例子中，可以设置油路系统150包括另一个第三油管154，其连接在油缸的第一腔室142的另一预定位置Q与低压腔101之间，第三油管154上设置有另一个第二阀154a。可以设置该另一预定位置Q比预定位置P更加远离低压腔101，参见图6A，并且可以设置当第一阀152a关闭且该另一个第二阀154a打开时，滑块132处于部分载荷位置或处于另一满载位置。或者，可以设置该另一预定位置Q相比于预定位置P更加靠近低压腔101，此时当第一阀152a和第二阀153a关闭且另一个第二阀154a打开时，滑块132处于另一满载位置。
本实用新型的油路系统150可以利用现有的四段式容调机构的油路系统来实现。例如，可以将现有四段式容调机构中的输油管、25％载荷管、50％载荷管以及75％载荷管分别作为本实用新型油路系统150中的第一油管151、第二油管152、第三油管154和第三油管153。在一个具体的例子中，对于VI＝2.2和VI＝2.7的情形，轴向压缩距离的偏差ΔL例如为13mm。可以将现有四段式容调机构的活塞在75％载荷和100％满载时的位置之间的距离设置成ΔL，并将现有四段式容调机构中的滑块的长度Ls设置为比螺旋齿段的长度Lt长ΔL，Ls＝Lt+ΔL。这样改造后，原有的四段式容调机构中的VI＝2.2的100％载荷位置依然是VI＝2.2的100％载荷位置，原有的75％载荷位置成为VI＝2.7的100％载荷位置，原有的50％载荷位置和25％载荷位置依然是部分载荷位置。具体的部分负载的数值取决于油缸的设置。在一个例子中，可以适当调整油缸的长度，以便依然实现50％载荷位置和25％载荷位置。部分载荷位置的设置和调节方式与现有技术相同，这里不再详述。
在另一个具体的例子中，可以将现有四段式容调机构的活塞在50％载荷和100％满载时位置之间的距离设置成ΔL，并将滑块的长度Ls设置为比螺旋齿段的长度Lt长ΔL，即Ls＝Lt+ΔL。这样改造后，原有的四段式容调机构中的VI＝2.2的100％载荷位置依然是VI＝2.2的100％载荷位置，原有的50％载荷位置成为VI＝2.7的100％载荷位置，原有的75％载荷位置成为VI在2.2与2.7之间一对应数值的100％载荷位置，原有的25％载荷位置依然是部分载荷位置。如上所述，通过适当调整油缸的长度，可以依然实现25％载荷位置。
如图7A-7C所示，根据本实用新型的另一个可替代实施例的油路系统160可包括供油管161和旁通管162。供油管161连接在高压腔103内的储油槽(未示出)与油缸141的第一腔室142之间，用于向第一腔室142提供经加压的液压油。供油管161上设置有供油阀161a。旁通管162连接在供油管161与低压腔101之间，旁通管162上设置有旁通阀162a。供油阀161a和旁通阀162a均可为电磁阀。通过分别控制供油阀161a和旁通阀162a的开闭，可以实现活塞132移动到油缸141内的任意位置。
在一个例子中，当活塞145被推向油缸141的最右侧时，如图7A所示，滑块132的低压侧端部135相对于一对螺旋齿段123、124的吸入端125朝向低压腔101伸出第一距离L1，滑块132处于第一满载位置。当活塞145向滑动时，带动滑块132一起向左移动。当滑块132低压侧端部135相对于一对螺旋齿段123、124的吸入端125朝向低压腔101伸出第二距离L2时，如图7B所示，滑块132处于第二满载位置，如图7B所示。其中L2小于等于L1，在一个例子中L2＝0。可选地或附加地，当滑块132仅覆盖一对螺旋齿段123、124的长度的一部分时，如图7C所示，滑块132处于部分载荷位置。
根据本实用新型的油路系统160可以利用现有的无级式容调机构的油路系统来实现。在一个具体的例子中，对于VI＝2.2和VI＝2.7的情形，轴向压缩距离的偏差ΔL例如为13mm。可以将现有无级式容调机构的活塞在例如75％载荷时的位置(图7A中的P75处)和100％满载时的位置间距设置成ΔL，并将现有的无级式容调机构中的滑块的长度Ls设置为比螺旋齿段的长度Lt长ΔL，即Ls＝Lt+ΔL。这样改造后，原有的无级式容调机构中的VI＝2.2的100％载荷位置依然是VI＝2.2的100％载荷位置，原有的75％载荷位置成为VI＝2.7的100％载荷位置。原有的载荷在75％至100％之间的任一部分载荷位置成为VI在2.2至2.7之间一对应数值的100％载荷位置。原有的载荷小于75％的部分载荷位置依然为部分载荷位置，并且依然可以实现载荷的无级调节。在该例子中，既实现了内容积比VI在2.2至2.7的可变范围内的无级调节，同时还实现了部分负载的无级可调。部分载荷位置的设置和调节方式与现有技术相同，这里不再详述。
在另一个具体的例子中，对于VI＝2.2和VI＝4.8的情形，轴向压缩距离的偏差ΔL例如为38mm。可以将现有的无级式容调机构的活塞在25％载荷时位置和100％满载荷时位置之间的距离设置成大于ΔL，并将现有的无级式容调机构的滑块长度Ls设置为比螺旋齿段的长度Lt长ΔL，即Ls＝Lt+ΔL。这样改造后，原有的无级式容调机构中的VI＝2.2的100％载荷位置依然是VI＝2.2的100％载荷位置，与100％满载荷位置距离为ΔL的预定位置成为VI＝4.8的100％载荷位置。当活塞位于该预定位置与100％载荷位置之间时，可以实现VI在2.2至4.8之间的更大范围内的无级调节。当活塞位于该预定位置与原25％载荷位置之间时，可以实现部分负载无级调节。
以上，以具体的VI数值(如2.2、2.7、4.8)以及具体的载荷位置(例如25％载荷位置、50％载荷位置、75％载荷位置和100％载荷位置)为例，描述了利用本实用新型的容调机构来实现内容积比调节的多个具体实施例。然而应当理解，取决于实际情况，根据本实用新型的压缩机可以适用于其他VI数值并可以具有其他的载荷位置，这些不作为对本实用新型的限定。
应当指出，虽然通过上述实施方式对本实用新型进行了描述，然而本实用新型还可有其它多种实施方式。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本实用新型所附权利要求及其等效物所保护的范围内。
