可变容量的螺杆式压缩机及其方法技术

可变容量的螺杆式压缩机包括抽吸端口、至少两个螺杆转子和排出端口，它们构造成与以最佳圆周速度运行至少一个螺杆转子的选定转速有关，该最佳圆周速度独立于在对于额定螺杆式压缩机容量的同步电动机转速下的至少一个螺杆转子的圆周速度。电动机构造成以满负荷容量下的转速驱动至少一个螺杆转子，该转速基本上大于同步电动机在额定螺杆式压缩机容量下的转速。变速驱动器从控制器中接收指令信号，并产生以选定转速驱动电动机的控制信号。分别给出了一种为至少两个可变容量的螺杆式压缩机定尺寸的方法，以及纳入可变容量的螺杆式压缩机的制冷冷却装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可变容量的螺杆式压缩机及其方法
本专利技术总的涉及用于制冷系统的螺杆式压缩机。特别地，本专利技术涉及用于如下所述制冷系统的螺杆式压缩机，该制冷系统对于额定容量能够以基本上高于同步电动机转速的转速运行，且该制冷系统具有入口端口、排出端口、螺杆转子和选定的转速，构造为使得该选定转速以独立于螺杆式压缩机额定容量的最佳圆周速度驱动至少一个螺杆转子。配置入口端口、排出端口和连同选定转速的螺杆转子，允许多个螺杆式压缩机形成有不同的额定容量，使得每个螺杆式压缩机由至少一个螺杆转子以相同的最佳圆周速度的运行而提供大致相同的高效率。
技术介绍
制冷系统内的压缩机将制冷剂的压力从蒸发器压力提升到冷凝器压力。蒸发器压力有时称作为抽吸压力。冷凝器压力有时称作为排出压力。在抽吸压力处，制冷剂能够冷却期望的介质。包括旋转螺杆式压缩机在内的许多压缩机类型被用于如此的制冷系统中。旋转螺杆式压缩机或螺杆式压缩机是正向位移、体积减小的装置。螺杆式压缩机一般地采用阳型螺杆转子和阴型螺杆转子，有时呈螺旋的互啮合转子的形式。具有互啮合阳型螺杆转子和阴型螺杆转子的螺杆式压缩机结构有时也被称作双螺杆式压缩机。螺旋的互啮合转子具有确定的几何形或外形，该几何形或外形例如部分地是由转子凸角数量、包角、转子长度和转子直径所确定。转子的一种外形对于所有的螺杆式压缩机来说是不通用的。互啮合的螺杆转子安装成在由压缩机或转子外壳限定的工作腔室内转动。工作腔室由成形为一对平行的互交平端圆柱的体积所组成，且与互啮合的螺杆转子的外部尺寸和形状紧密公差配合。工作腔室表面和互啮合螺杆转子外部之间的间隙公差可小至几微米。螺杆式压缩机具有低压端和高压端。低压端包含抽吸端口。高压端包含排出端口。低压端和高压端各自通入工作腔室内。在以制冷为基础的系统的传统运行中，互啮合的螺杆转子的相对转动将处于抽吸压力的一定质量制冷剂气体从压缩机低压端处的抽气区域抽吸到抽吸端口内。将制冷剂通过抽吸端口递送到呈v形臂章形状的压缩囊中，该v形臂章形状有时被称作笛形空间。该压缩囊由互啮合的转子和工作腔室的内壁限定。当互啮合的螺杆转子转动时，该压缩囊闭合而与抽吸端口隔绝。随着互啮合螺杆转子转动，压缩囊的体积减小，此时发生气体压缩。通过互啮合的螺杆转子转动，压缩囊圆周地和轴向地位移到压缩机的高压端，并变得与排出端口连通。受压缩的制冷剂气体通过排出端口从工作腔室排出。通常要求如此的螺杆式压缩机在部分负荷工况下（即，在不要求满容量运行时）运行。为了提高部分负荷工况下的性能，有好几种方法已经被采用。一种已被采用的方法是使用滑阀结构。这些滑阀结构可采取滑阀组件的形式。滑阀组件的阀部分通常设置在工作腔室内。滑阀打开（或关闭）到可变的程度以将容量从满负荷改变到部分负荷。当滑阀打开（或关闭）以改变容量时，工作腔室和螺杆转子较大（或较小）程度地暴露于抽吸压力。一般地说，滑阀组件适应于部分负荷的特性，因为暴露于抽吸压力的工作腔室和螺杆转子不能参与压缩过程，由此，螺杆式压缩机的容量成比例地减小。利用这些滑阀结构，通过控制排出端口就可实现改进的部分载荷特性。引入如此的滑阀结构增加了螺杆式压缩机的机械复杂性，这是因为实体部分体积量增大、密封所需的加工精度提高，以及由于诸如沿着滑阀与转子的交界面的泄漏面积进一步增大而使部分负荷下的效率降低。还可能因包含滑阀而导致效率的降低，这通常是因为转子需要附加的间隙。部分地由于采用滑阀结构引起机械复杂性的增加，于是滑阀还可造成加工困难，并在日复一日的运行中有可能降低可靠性。另一方法是采用提升阀。提升阀也可用作为机械卸载器。螺杆式压缩机中使用提升阀会遇到与滑阀相类似的缺点。例如，由于增加了实体部分体积量和加工难度，提升阀要求有附加的制造复杂度。还有另一种用来提高部分负荷特性的方法是使用变速驱动器（VSD）。变速驱动器通过改变电动机驱动互啮合的螺杆转子的速度来控制电动机的加载。VSD通常改变提供给电动机的频率和/或电压。该频率或电压的改变可让电动机响应于电动机上的载荷而提供可变的输出速度和功率。传统螺杆式压缩机内采用VSD可在满负荷容量下造成3%至6%或以上的效率损失。同时，VSD具有如螺杆式压缩机那样的成本问题。采用VSD来运行传统电动机的另一挑战是，电动机在其额定速度下达到其峰值效率。其结果，电动机效率在低速下下降。这样的理论上降低的特性危害到部分负荷工况下的节能水平。在努力使VSD特性损害降到最小的尝试之中，已有人采用了齿轮系的结构来优化输入到螺杆式压缩机的齿顶速度和转速。齿轮系的使用本身提出了各种挑战，包括与齿轮系相关的寄生损失、增加润滑、增加维护、更多噪音以及较大的空间要求。不管采用何种方法来达到部分负荷特性，传统螺杆式压缩机中所用的滑阀结构或速度可变驱动器都不能实现紧凑、容量可变的螺杆式压缩机，该螺杆式压缩机对于螺杆式压缩机的额定容量能够以基本上高于同步电动机转速的转速运行，其中，入口端口、排出端口、螺杆转子和选定的转速被配置成使得该选定转速以独立于螺杆式压缩机额定容量的最佳圆周速度驱动至少一个螺杆转子。传统螺杆式压缩机也没有提供容量可变的螺杆式压缩机构造，其中，连同选定的转速一起将入口端口、排出端口和螺杆转子定尺寸为使得多个螺杆式压缩机可形成有不同的额定容量，其中每个螺杆式压缩机由至少一个螺杆转子以相同的最佳圆周速度的运行而大致输送相同的高效率。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，可变容量的螺杆式压缩机包括转子外壳、电动机和变速驱动器。转子外壳包括抽吸端口、工作腔室、排出端口和至少两个螺杆转子，至少两个螺杆转子包括阳型螺杆转子和阴型螺杆转子，它们定位在工作腔室内以便协作地压缩流体。抽吸端口、至少两个螺杆转子和排出端口构造成与选定的转速有关。该选定的转速以最佳圆周速度运行至少一个螺杆转子，该最佳圆周速度独立于在对于额定螺杆式压缩机容量的同步电动机转速下的至少一个螺杆转子的圆周速度。电动机能运行以满负荷容量下的转速驱动至少一个螺杆转子，该转速基本上大于额定螺杆式压缩机容量下的同步电动机转速。变速驱动器从控制器中接收指令信号，并产生以转速驱动电动机的控制信号。在另一实施例中，提供了用于对至少两个螺杆式压缩机定尺寸的方法。对每个螺杆式压缩机选定目标容量。每个螺杆式压缩机具有不同的额定容量，并还包括抽吸端口、工作腔室、排出端口和至少两个螺杆转子，至少两个螺杆转子定位在工作腔室内以便协作地压缩流体。转速被选定为以大致恒定的最佳圆周速度运行每个螺杆式压缩机内的至少一个螺杆转子，该圆周速度独立于每个螺杆式压缩机的额定容量。对于每个螺杆式压缩机，连同转速一起配置抽吸端口、至少两个螺杆转子和排出端口。在另一实施例中，具有至少一个制冷回路的制冷冷却装置包括可变容量的螺杆式压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。该可变容量的螺杆式压缩机包括转子外壳、电动机外壳和变速驱动器。转子外壳还包括抽吸端口、工作腔室、排出端口和至少两个螺杆转子，至少两个螺杆转子包括阴型螺杆转子和阳型螺杆转子，它们定位在工作腔室内以便协作地压缩流体。抽吸端口、至少两个螺杆转子和排出端口构造成与选定的转速有关。该选定的转速提供给至少一个螺杆转子，以最佳圆周速度运行至少一个螺杆转子，该最佳圆周速度独立于在对于额定螺杆式压缩机容量的同步电动机转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.20 US 12/840,0181.一种可变容量的螺杆式压缩机，包括：转子外壳，转子外壳包括：抽吸端口、工作腔室、排出端口和至少两个螺杆转子，至少两个螺杆转子包括阳型螺杆转子和阴型螺杆转子，它们定位在工作腔室内以便协作地压缩流体；抽吸端口、至少两个螺杆转子和排出端口构造成与所述至少两个螺杆转子中的至少一个螺杆转子的最佳圆周速度有关，该最佳圆周速度独立于在对于额定螺杆式压缩机容量的电动机转速下的所述至少两个螺杆转子中的至少一个螺杆转子的圆周速度，其中，对所述至少两个螺杆转子定尺寸包括选择所述至少两个螺杆转子中的所述至少一个螺杆转子的几何形和外形，所述几何形和外形包括凸角数量、包角、长度和直径中的一个或多个，该最佳圆周速度是包括选定的转速与所述至少两个螺杆转子中的至少一个螺杆转子的半径的恒定乘积；永磁电动机，永磁电动机能运行以满负荷容量下的转速驱动至少一个螺杆转子，该转速大于额定螺杆式压缩机容量下的电动机转速；以及变速驱动器，变速驱动器从控制器中接收指令信号，并产生以转速驱动永磁电动机的控制信号。2.如权利要求1所述的可变容量的螺杆式压缩机，其特征在于，最佳圆周速度在每秒131英尺至每秒164英尺之间，其中流体是R-134A。3.如权利要求1所述的可变容量的螺杆式压缩机，其特征在于，额定螺杆式压缩机容量是100吨，流体是R-134a制冷剂，选定的转速是每分钟5800转。4.如权利要求1所述的可变容量的螺杆式压缩机，其特征在于，阳型转子具有347度的包角，阴型转子具有2.5英寸的半径和7个凸角，而阳型螺杆转子具有3英寸的半径和6个凸角。5.如权利要求1所述的可变容量的螺杆式压缩机，其特征在于，永磁电动机由高能密度磁性材料构成，该高能密度磁性材料为至少20兆高斯奥斯特。6.如权利要求1所述的可变容量的螺杆式压缩机，其特征在于，永磁电动机在排出端口处对近似恒定压力提供近似恒定的理论转矩对实际转矩的比值。7.如权利要求1所述的可变容量的螺杆式压缩机，其特征在于，抽吸端口、至少两个螺杆转子和排出端口构造成与转速相关，以在预选的螺杆式压缩机额定容量范围上提供大致恒定的绝热效率。8.如权利要求1所述的可变容量的螺杆式压缩机，其特征在于，流体是全球低暖化潜能(GWP)制冷剂。9.如权利要求1所述的可变容量的螺杆式压缩机，其特征在于，流体是从以下选出的制冷剂：R-123、R-134a、R-1234yf、R-410A、R-22或R-32，它们为气相或多相。10.一种用于对至少两个螺杆式压缩机定尺寸的方法，包括：对每个螺杆式压缩机选定目标容量，每个螺杆式压缩机具有不同的额定容量，并还包括抽吸端口、工作腔室、排出端口和至少两个螺杆转子，至少两个螺杆转子定位在工作腔室内以便协作地压缩流体，并且永磁电动机能运行以驱动所述至少两个螺杆转子中的至少一个螺杆转子；选定转速，该转速被选定为以大致恒定的最佳圆周速度运行每个螺杆式压缩机内的至少一个螺杆转子，该圆周速度独立于每个螺杆式压缩机的额定容量，该最佳圆周速度是包括所述选定的转速与所述至少两个螺杆转子中的至少一个螺杆转子的半径的恒定乘积；以及对于每个螺杆式压缩机，连同所述转速一起配置抽吸端口、至少两个螺杆转子和排出端口，配置包括对所述至少两个螺杆转子定尺寸，定尺寸包括选择所述至少两个螺杆转子中的所述至少一个螺杆转子的几何形和外形，所述几何形和外形包括凸角数量、包角、长度和直径中的一个或多个。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，大致恒定的最佳圆周速度在每秒131英尺(每秒40米)至每秒164英尺(每秒50米)之间，其中流体是R-134A。12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，选定的转速是每分钟5800转，对于至少一个螺杆式压缩机的额定容量是100吨，且流体是R-134a制冷剂。13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，每个螺杆式压缩机是可变容量的螺杆式压缩机。14.如权利要求10...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·多尔曼，J·R·索尔斯，
申请(专利权)人：特灵国际有限公司，
类型：
国别省市：