用于螺旋式压缩机滑阀组件的单源气体驱动 发明背景
本发明涉及旋转压缩机中的气体压缩。具体地说，本发明涉及利用源
自压缩机内的排出气体对制冷螺旋式压缩机内的滑阀的位置进行控制，所
述排出气体位于相对而言是无油的地方，并且在它排出压缩机工作腔之后
几乎没有或没有压力的下降。
在制冷系统中使用压缩机是将来自蒸发器致冷剂气体的压力提高到冷
凝器压力(较通常称为吸入压力和排出压力)，从而可以利用致冷剂来对所
需的媒质进行冷却。包括旋转螺旋式压缩机在内的许多类型的压缩机都可
以在这种系统中使用。螺旋式压缩机通常采用雌、雄转子，所述雌、雄转
子安装在一工作腔中以进行旋转，所述工作腔体的形状为一对平行相交的
平端气缸，所述气缸与相互啮合的螺旋转子的外部尺寸和形状紧密匹配。
一螺旋式压缩机具有低压端和高压端，它们分别形成通入压缩机工作
腔内的吸入口和排放口。处于吸入压力的致冷剂气体在所述压缩机低压端
从一吸入区域进入吸入口，并传送到一人字形压缩穴，所述压缩穴由相互
啮合的转子和压缩机工作腔的内壁所围成。
当转子旋转时，压缩穴与从吸入口是密闭不通的，当压缩穴的容积减
小时就发生气体的压缩。通过转子的旋转，压缩穴周向和轴向地移动到压
缩机的高压端，并与排放口相连通。此时，经压缩的致冷剂气体从压缩机
工作腔中排放出来。
螺旋式压缩机通常都采用滑阀装置，藉助该滑阀装置，可将压缩机的
压缩能力以一连续的方式进行控制。滑阀组件的阀部设置在形成压缩机工
作腔的转子壳体内，而且，所述滑阀组件的阀部的部分表面参与工作腔的
形成。
通常，滑阀都可轴向移动以将一部分工作腔和其内的转子暴露在一螺
旋式压缩机的转子壳体内的、位于处于吸入压力的吸入口以外的地方。当
滑阀打开得越来越大时，较大部分工作腔和设置在其内的转子将处于吸入
压力下。如此暴露的转子部分和工作腔以及由它们所形成的人字形压缩穴
就不能在压缩过程中啮合，从而使压缩机的能力比例地降低。滑阀定位在
满载极限位置和卸载极限位置之间是比较容易控制的，因此，可对压缩机
和其内采用所述压缩机的制冷系统的能力加以控制。
在过去，螺旋式压缩机是利用油来液压地定位的，油在这些压缩机内
还有很多其它用途。在制冷冷冻器应用场合中，油的其它用途包括诸如轴
承润滑以及将这些油注入压缩机工作腔中，以进行密封和冷却。
这种油通常是来源于一位于所述压缩机下游的分油器，在该处，采用
排放压力以将油传送到压缩机注入口和轴承表面，并对压缩机滑阀的位置
加以控制。但是，应该予以注意的是，在本发明的上下文中，分油器内的
压力比从压缩机工作腔排放出去时的气体压力将略有下降，这是由于排放
气体行进到分油器时会有压降的缘故。但是，无论在哪一种情况中，都是
利用在具有较高压力的油源(分油器)和压缩机内那一压力相对较低的地方
之间出现的压差来将油从分油器传送到在压缩机内使用它的地方。
使用过之后，通常是将这种油从其使用的地方排泄或排放到压缩机或
其内采用所述压缩机的系统内一压力相对较低的地方。最通常的是，将这
些油排泄或排放或用于这样一个地方，所述地方含有压力为吸入压力或其
压力介于压缩机吸入压力和排放压力中间的致冷剂气体。
这些油与所述地方内的致冷剂气体相混合并变得夹带在其内，所述地
方是将这些油排泄、排放到那里或使用这些油的地方并在从压缩机排放出
去的压缩致冷剂气体气流内将这些油传送回到分油器。在分油器内，这些
具有从螺旋式压缩机的工作腔中排放出去的气一油混合物中较大重量百分
比的油从所述致冷剂气体中分离出去，并将它沉积在贮油器内。然后，在
分油器内的压力推动下，将油重新导引回到压缩机中上文所描述的那些地
方，以供再次使用。
即使在进行了分离过程之后，分油器贮油池中的油仍可能含有致冷剂
气泡和/或溶解的致冷剂。实际上，随所使用的特定油和致冷剂的溶解特
性的不同，经分离的油可以含有高达10-30％(按重量计)的致冷剂。
利用源于分油器的油将滑阀液压在一螺旋式压缩机中定位的一个困难
和缺点涉及这样一种事实情况，即，如上所述，油通常会含有溶解的致冷
剂和/或致冷剂气泡。由于采用这种流体来液压地定位驱动压缩机滑阀的
活塞，滑阀的响应可能是不一致的、不稳定的，并且/或者滑阀的位置可
以由于夹带在液压流体内的溶解致冷剂的蒸发(所谓的“脱气”)或所夹带
的致冷剂气泡发生破裂而移动。
致冷剂从液压流体中的放气或脱气现象通常是发生在其内容纳有滑阀
驱动活塞的缸体内的压力被排放掉以使压缩机卸载的时候，以及/或者夹
带在这种液压流体内的致冷剂气泡破裂使得该流体的体积发生变化的时
候。这反过来又影响了流体将滑阀保持在一所需位置上或在将滑阀适当定
位的能力。
利用油将滑阀液压地定位在一制冷螺旋式压缩机中的另一个困难和缺
点涉及到这样一种事实情况，即，致冷剂气泡的数量和其内所含的溶解液
体致冷剂会随着时间和传送到滑阀驱动缸的某一批的润滑剂的特性和成分
而变化。在这一方面，滑阀的控制通常是通过这样一种假设来加以控制的，
即，假定在加载或卸荷电磁阀的一段预定时间内会使得预定体积的液压流
体向滑阀驱动缸移动或移离所述滑阀驱动缸，并且所述滑阀的移动并在该
段时间内是可重复的和始终一致的。而该假定又基于这样一个假设，即，
在该段时间过程中，引导至滑阀驱动缸或从滑阀驱动气缸流出的油的特性
和成分是始终一致的。
由于液压地供送至滑阀驱动缸以及从滑阀驱动缸流出的油的特性和成
分即其内包含的致冷剂的性质和数量并不是始终一致的，因此，在任一特
定时间段期间，滑阀的移动就可能不是精确地始终一致、可重复或可预知
的。从控制立场来说，这种一致性和可重复性的缺乏是不利的，它降低了
其内采用它的压缩机及冷冻器的效率。
从美国专利No.5,519,273和美国专利申请No.08/763,775中可知，
利用一种具有较佳的一致性的气体媒质而不是液压媒质来对螺旋式压缩机
中的滑阀位置加以控制的装置可以提供显著的优点，所述两专利都已转让
给本发明的受让人并援引在本文中作为参考。该专利和专利申请中揭示了
这样一种装置，在这种装置中，从压缩机或其内采用压缩机的系统的内部
的至少两个气体源的其中之一或要从所述两个气体源获得气体。
利用上文所描述的美国专利和美国专利申请中的装置对螺旋式压缩机
进行的试验揭示出，从排放区域或充气增压室获得用来驱动压缩机滑阀的
致冷剂气体。虽然，如上述两种专利所述，在很多方面都优于液压驱动装
置，然而，会使其内含有一定量的油的排放气体进入阀驱动缸内。这种气
体内的过多的油将使得滑阀的控制和响应变得较难且较不一致，即使它仍
然比使用液压驱动系统而获得的响应的一致性要好也罢。而且，这种装置
需要从至少两个而不是一个具有足够高的压力的气体源，以保证能在其内
采用压缩机的冷冻器的所有工况下能获得用来驱动滑阀的气体。这种对于
两个气体源的需要使得这种装置更为复杂，并且使制造和控制成本都更
高。
因此需要这样一种装置，藉助该装置可以利用一种气态媒质对一制冷
螺旋式压缩机内的滑阀的位置加以控制，从而可以消除利用液态流体来进
行此控制的有关缺点，由此可以对滑阀位置加以更精确和具有一致性的控
制，从而可以省却因断裂或磨损而失去或降低对滑阀的控制的移动部件，
并且可以采用一能很方便地获得的、基本无油的单个气体源，它能在一足
够高的压力下安全可靠工作，从而能保证在其内采用压缩机的制冷系统的
所有可预见工况下将滑阀驱动。
发明概况
本发明的一个目的是采用气体而不是液压流体对螺旋式压缩机中的滑
阀的位置加以控制。
本发明的另一目的是提供这样一种装置，藉助该装置，可以在采用压
缩机的冷冻器的工作范围内的所有工况下，利用作为驱动媒质的气体对螺
旋式压缩机中的滑阀的位置加以可靠和精确的控制。
本发明的又一目的是采用致冷剂气体而不是液压流体对制冷螺旋式压
缩机内的滑阀加以定位，并保证在一段预定时间段内传送到滑阀驱动缸或
从滑阀驱动缸排出的驱动流体的数量和一致性是可重复的且始终是一致
的。
本发明的再一目的是利用源于一个地方的基本无油的压缩机排放气体
对螺旋式压缩机内的滑阀的位置加以控制，所述地方是这样一个地方，在
该处，所述气体在从压缩机工作腔中排放出来之后几乎没有或没有压力的
下降。
由以下结合附图对较佳实施例的具体描述可有助于进一步理解本发明
的这些和其它目的，这些目的是在一种具有一滑阀的螺旋式压缩机中实现
的，所述滑阀的位置可通过采用从压缩机工作腔排放出去的气体来加以控
制。所述气体可从位于压缩机排放口下游的这样一个地方获得，在该地方，
排放出的是基本无油的排放气体，并且没有或只有极小的压力下降发生。
藉助从压缩机排放气体基本无油的地方获得滑阀驱动气体，可以得到
一种较“纯净”的气体对滑阀加以控制，从而可以消除当用来驱动滑阀的
气体含有较少量为多油时所出现的滑阀响应不一致的现象。藉助从压缩机
工作腔下游和邻近压缩机排放口的地方获得所述气体，可以利用没有机会
发生压力下降或仅发生极小的压力下降现象的气体来驱动所述滑阀。这
样，转而可以保证有一在可预见的压缩机工况下其压力都足够压的、非常
纯净且一致的滑阀驱动流体，从而即使是在出现低压情况时，诸如压缩机
起动时，仍可以保证对滑阀加以适当且精确的驱动和控制。因此，就不再
需要使用其内含有致冷剂的液压流体或需要从一个以上的地方获得气态滑
阀驱动流体以保证在所有工况下能使压缩机加载，因此，就可以显著地简
化滑阀的驱动控制方案和构件的设置。最终结果是可以获得一种经简化
的、精确的、一致的和可靠的螺旋式压缩机滑阀驱动装置，所述滑阀驱动
装置采用源于一个地方的基本无油的排放气体，并且可以获得一种具有最
佳效率的制冷系统。
附图简单说明
图1是本发明制冷系统和用来对其螺旋式压缩机进行控制的滑阀装置
的剖视/示意图。
图2是图1所示压缩机部分的放大图，它较佳地示出了一处于部分加
载状态而不是处于完全加载状态的滑阀组件。
图3是图1所示压缩机的放大图，它示出了一打开的加载螺线管，其
中所述滑阀组件处于完全加载状态。
图4是图1所示压缩机的放大图，它示出了一打开的卸载螺线管，其
中所述滑阀组件处于完全卸载状态。
较佳实施例的具体描述
首先请参阅图1和图2，制冷系统10包括一压缩机组件12、一分油
器14、一冷凝器16、一测量装置18和一蒸发器20，所有这些均为串联连
接以供致冷剂在其中流动。压缩机组件12包括一转子壳体22和一轴承壳
体24，它们一起被称为压缩机壳体。在压缩机的工作腔30内设置有一雄
转子26和一雌转子28。
所述压缩机的工作腔30由转子壳体22、轴承壳体24和滑阀组件34
的阀部32一起共同形成。在所述较佳实施例中被称为所谓压缩能力控制
滑阀组件的滑阀组件34另外还包括连接杆36和驱动活塞37。所述活塞37
设置在滑阀驱动缸38内。可以将一诸如弹簧39(在图2一图4中有所图示)
之类的偏置件设置在驱动缸38内，以便当驱动缸排气时，可以朝着一使
所述压缩机卸载的方向推动所述滑阀组件。雄转子26或雌转子28之一可
藉助一诸如发动机或电动机40之类的原动机加以驱动。
将处于吸入压力的致冷剂气体从蒸发器20导引至被限定在压缩机12
的低压端的连通吸入区域42和42A。处于吸入压力的气体流入位于所述压
缩机壳体内部的吸入口44内，并进入一形成在转子26、28和工作腔30
的内表面之间的压缩穴内。通过螺旋式转子的旋转和啮合，可使所述压缩
穴的大小有所减少，并周向地移动至所述压缩机的高压端，在该处压缩气
体通过排放口46流出工作腔并进入排放通道48。
就一般意义上的螺旋式压缩机内的排放口46和排放口而言，排放口46
包括两个部分，第一部分是形成在滑阀组件的阀部32的排出端上的径向
部分46A，第二部分是形成在轴承壳体排出面内的轴向部分46B。排放口
部分46A和46B的几何形状以及与滑阀组件的滑阀部分32的相互作用可
控制压缩机12的能力，并且在许多情况下可控制其效率。
关于这方面，排放口46的径向和轴向部分都影响着压缩机的能力，
一直到滑阀组件34充分卸载而使径向排出部分46A不再位于螺旋转子上
方为止。在这种情况下，只有轴向口能有效地决定压缩机的能力。因此，
在压缩机起动过程中，当滑阀组件34在完全卸载状态时，排放口46的轴
向部分将是排放口的唯一工作部分。
其中夹带有大量油的排出气体被排出排放口46，进入排放通道48随
后再进入管道49内。排放通道48分成两个子区域48A和48B，这将在下
文中予以更完全的描述，并图示在图2中。管道49将排放通道48与分油
器14相连，并且在其内可以设置一排出止回阀。传送至分油器14的所述
混合物内的油可在分油器内被分离出来并滴落在贮油池51内。
分油器14的气体部分52的排气压力作用在贮油池51中的油上，从
而可以将这些油压入并通过供油管54、56和58而到压缩机12内那些需
要润滑、密封和/或冷却的各个位置。例如，供油管54可供送油以润滑轴
承60，而供油管56可将油导引至转子壳体中内的注入通道62，以进行密
封和气体冷却。供油管58可将油导引至压缩机高压端处的轴承64，以进
行润滑。从这些位置又排出至与压缩机内部那些压力通常低于压缩机排气
压力并且在其内有致冷剂的各位置。结果，即使分油器14的52部分内的
排出气体的压力在从排放通道48流入所述分油器内的过程中压力有所降
低，所述排出气体压力仍足以将油从贮油池51传送到其内采用排出气体
的压缩机12的各位置。
应予理解的是，驱动缸38内的驱动滑阀的活塞37的位置取决定了在
转子壳体22内的滑阀组件的阀部32的位置。由于阀部32和活塞37的工
作面的相对表面区域受到排放通道48中的排放压力的作用，并且由于抵
靠压缩机滑动挡块68的阀部32的端面暴露于吸入压力的作用之下，而处
于排放压力下的气体有选择地作用在面朝着油缸38的活塞37的工作面
上，因此，具有排放压力的气体通过排放通道68而进入驱动缸38将使得
滑阀朝着使所述压缩机加载的方向移动。
在图1中，所示的滑阀组件34是处于满载位置，其中滑阀组件的阀
部32抵靠在滑动挡块66上。在该位置，工作腔30和雌、雄螺旋转子只
能通过吸入口44而处于吸入区域42的吸入压力的作用之下。
应予理解的是，当滑阀组件34的位置使阀部32朝着远离滑动挡块66
的方向移动时，工作腔30和雄转子26、雌转子28的上部除了通过吸入口
44暴露于吸入区域42内之外，还暴露于转子壳体内的吸入区域42A。雄
转子26、雌转子28的上部的暴露于吸入压力将使它们不能参与一封闭压
缩穴的限定或参与压缩过程，因此降低了压缩机的能力。在图2中，所示
的滑阀组件就处于一部分加载位置。
现请参阅图3和4，控制器72与加载电磁阀74电气连接。加载电磁
阀74借助通道76和78与滑阀驱动缸38相连通。加载电磁阀74还通过
通道78与排放通道48相连通。
通道78通过孔80通向排放通道48，在该处，排放通道48内的气体
将是相对而言几乎没有夹带油(这将在下文中予以更彻底的描述)并且在排
出压缩机工作腔后仅有极小(如果有)的压力下降现象的气体。要清楚说
明的是，排放通道48在排放口46和活塞37之间的容积是可变的，而驱
动缸38在活塞38的另一侧上是容积可变的，所述容积的变化是滑阀位置
的函数。
现请参阅图2，应予理解的是，通过将一分隔件82设置在排放通道48
内，可形成排放通道子区域48A和48B。形成一可使所述滑阀组件的推杆
36穿过的孔84的分隔件82使得排放子区域48B与子区域48A保持连通，
此外还形成了一阻板，以防止从工作腔30中排出的排出气体气流内所携
带的油进入子区域48B内。结果，当压缩机12运转，而容纳有基本无油
的致冷剂气体时，子区域48B可以保持在与子区域48A相同的压力下。
可以理解，分隔件82的孔84具有一定尺寸，以保证滑阀自由移动，
而且还可以确保有恒定供送量的无油且几乎无压降的(如果有)排出气体
可供使用以驱动滑阀。分隔件82可以形成一孔86，该孔有助于将可能会
通过孔84进入子区域48B内的少量油排出来。当滑阀组件朝着使压缩机
加载的方向移动时，通过使偏置件39及活塞37的移动，可有助于使油通
过孔86自子区域48B排出。
现请参阅图1、图2和图3，当压缩机12运转时，夹带有大量油的致
冷剂气体通过排出口46从工作腔30排放出来并流入排放通道48。大部分
的排放气体气流随其内所夹带的油一起通过管道49从排放通道48排放出
来并通过排放止回阀50与分油器14相连通。但是，一些进入排放通道48
的排放气体通过分隔件82的孔84并流入排放子区域48B。
分隔件82起一挡板的作用，它可以防止从压缩机工作腔排放出来的
排放气体气流内所携带的油流入排放子区域48B内，而且所述分隔件实际
上起着这样一种装置的作用，藉助该装置，可使排放气体气流在进入排放
区域48B之前将油从排放气体气流中分离出来。而且，由于它紧靠着排放
口46，排放通道子区域48B所容纳的排放气体的压力与排出工作腔30时
的排放气体的压力相同或只有很小的压降，并且其压力高于分油器14内
的排放气体的压力。在这方面，由于分油器14内的排放气体向前流动、
绕过并流入位于排放通道48和分油器14的气体部分52之间的所述系统
的各构件和管道内，因此，分油器14内的排放气体的压力将有所下降。
为了保证即使是可能通过孔84而流入排放子区域48B内的极少量的
油不会从子区域48B流入排放通道78内，使通道78的孔80通向区域48B
的上部。而且，如上文所述，当压缩机加载时，藉助弹簧39和活塞37的
移动，将在子区域48B下部内(这样油都将沉积在该下部内)通过孔86而
从其中流出来的油扫除。
应予理解的是，藉助从排放子区域48B获得滑阀驱动气体，可以从制
冷系统10内的各流动通路和各构件的上游获得气体以驱动滑阀，但它将
使排放气体气流出现压力下降现象。这些流动通路和构件是管道49、排放
止回阀50和分油器14，所有这些都将对从压缩机工作腔中流出至分油器
管等的致冷剂气体气流产生直接影响并引起压力降低现象。由于本发明的
滑阀驱动气体是从一基本无油且不发生压力降低现象或仅发生相对而言极
小的压力降低现象的地方获得的，因此，只需建立一个气体源，而不是多
个气体源来驱动滑阀，在制冷系统10可能经历的、可预见的工作工况下
是一个可靠的源。在已有技术的系统中，情况就不是这样的了。
请参阅图1和图3，在运转时，每当制冷系统10上的制冷负荷增大需
要增大压缩机12的能力时，控制器72就使载荷电磁阀74打开，如图3
所示的那样，使滑阀驱动缸38和活塞37，通过孔80、通道78、通道76
和通道68与排放子区域48B流体连通。允许处于排放压力下的基本无油
的气体进入驱动缸38可以使滑阀组件32朝着箭头70的方向移动，以加
载所述压缩机。每当压缩机输出功率与制冷系统上的负荷相匹配时，控制
器72都可以使载荷电磁阀74关闭，使滑阀组件保持在那时的位置。它可
以是诸如图2所示的一位置，它位于图1和图3所示的满载位置和图4所
示的完全卸载位置的中间，或者可以是如图1和图3所示的满载位置。
在诸如制冷系统10上的负荷降低从而可以降低压缩机12的能力但仍
满足该负荷的时候，控制器72可以使卸载电磁阀74打开，如图4所示的
那样，从而通过通道68、通道76和104使驱动缸38的出口通到所述压缩
机或其内采用压缩机的系统内的一位置，诸如吸入区域42，所述吸入区域
的压力低于压缩机的排放压力。以此方式使驱动缸38排气可以使所述滑
阀组件在弹簧39的推动力和排放区域48内的压力作用下、朝着箭头106
的方向移离滑动挡块66。控制器72可在诸如压缩机能力满足制冷系统10
的要求时将载荷电磁阀74关闭，或者当要求压缩机12停机时或者当系统
10上的负荷小于压缩机处于其完全卸载状态时的很小的能力时，可以使滑
阀组件34移动到图4所示的完全卸载位置。
通过使压缩机的能力与采用所述压缩机的制冷系统上的负荷精确且不
断地相适应，可以使制冷系统的能源效率为最佳，并且可以降低所述系统
压缩机的磨损和磨耗。而且，通过提供一个气体源来驱动滑阀，所述气体
源是(i)安全可靠的，它可以借助于排放气体在从压缩机工作腔中排出来
之后仅有极少的压力下降现象或不发生压力下降现象的特点，在所有可预
见的系统工作工况下、可以以一足够大的压力来驱动所述滑阀，并且(ii)
由于它基本是无油的，因此从性质上来说，所述气体源是均匀的。由于这
种特点可以降低滑阀控制的复杂性、压缩机零部件的个数以及制造成本，
同时还可以保证滑阀一致且可重复地移动，并且可以提高总的系统效率，
虽然已结合一较佳实施例对本发明提出了权利要求，但是，应予理解
的是，本发明还可以有其它的实施例，包括除了滑动型之外的其他控制阀，
以及除了双螺旋式类型之外的其他螺旋式压缩机，并且这些实施例都应该
落在本发明的保护范围之内。