带有防反转保护的涡旋机器的制作方法
专利名称：带有防反转保护的涡旋机器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及涡旋机器，更特殊一点讲，是涉及消除涡旋机器中的反转问题，这种涡旋机器在冷冻、空调和热泵系统中用于压缩冷冻剂。
由于极其有效的运行能力，涡旋机器越来越多地在冷冻，空调，热泵应用中作为压缩机使用。一般来说，这些机器组合一对内部吻合的螺线形卷叶片，二者中的一个被带动相对于另一个作轨迹运动，从而形成一个或多个移动的空腔，当这些空腔从外部吸入口向中心排出口移动时，其体积逐渐减小。通常一个电动马达通过一个适当的驱动轴来带动迴动涡旋(orbiting scroll)部件。
因为涡旋压缩机是依靠卷片相对侧面之间产生的密封来形成顺序的空腔来压缩，所以一般不需要吸入和排出阀门。但是，对于这种压缩机来说，或者是根据需要有意地停机，或者由于电源中断而意外停机时，由于带压腔体和/或排出腔压缩气体的倒流，会形成一种强烈的趋向去引起回动涡旋部件和相连接的驱动轴作相反的轨迹运动。这种逆动经常造成被认为是不良和不希望有的噪声或者轰响。而且，对于使用单相驱动马达的机器，当出现瞬间电力中断时，对压缩机来说也可能出现反转现象。这种反转可能造成压缩机的过热和/或其它设备的损坏。另外，在某些情况下，例如冷凝风扇堵塞时，使得排气压力增高到足以使马达停转并且产生反转。当回动涡旋沿相反方向回动时，排气压力将下降。当它到某一点时马达又可以克服这个压力头，从而使涡旋部件再次沿着正确的方向运动。然而，排出压力又会增高到使马达停转的程度，这种循环因此周而复始。这种循环是不希望有的，因为它造成压缩机内不同部件的超额应力。这些部件因此必须加大尺寸或更加复杂以承受由于这个不希望有的循环带来的超额应力。
本发明的一个主要目标，在一个实施例中，是提供一个非常简单并且不寻常的电磁阀，它可以很容易地安装在常规的涡旋类气体压缩机中，而不需要对压缩机的整体设计作大的改动，这个电磁阀在压缩机断电时可以使气体从一个中间压力区流向一个吸入压力区。在中间压力和吸入压力达到平衡时，从压缩机排出侧到压缩机吸入侧的一个泄放将形成。这个泄放使得排出气体和吸入气体平衡，从而防止排出气体推动压缩机反转，也就消除了由这种反转造成的正常停机时的噪声。
本发明的另一个目标，在另一个实施例中例，是提供一个非常简单并且不寻常的机械阀门，它可以容易地安装到一个常规的涡旋压缩机上，而不用对压缩机的整体设计作大的改动，这个机械阀在压缩机断电时可以使气体从一个中间压力区流向一个吸入压力区。在中间压力和吸入压力达到平衡时，从压缩机排出侧到压缩机吸入侧的一个泄放将形成。这个泄放使得排出气体和吸入气体平衡，从而防止反转和由反转带来的停机噪声。
本发明的以上两个实施例，都利用在中间压力区和吸入压力区之间安装一个非常简单的阀门而达到了预期的效果。在第一个实施例中，阀门是靠一个电磁阀动作的，而在第二个实施例中，阀门是靠一个机械装置动作的。其他的实施例也被披露，它们还使得压缩机的起动变得容易，这一点对带有低起动转矩马达的压缩机特别有用。
本发明的这些以及其他的特征，通过后面参照附图的描述和权利要求书，将变得十分明显。
在图例中描述了目前认为是实施本发明的最佳模式
图1是一个通过本发明的第一个实施例的一个涡旋压缩机中心的垂直剖面图;
图2是图1中的压缩机移去顶盖和隔板后的一个顶部正视图;
图3是图1中所示的浮动密封一部分的一个局部放大图;
图4是本发明另一实施例的一个涡旋压缩机通过上部的一个垂直剖面图;
图5是本发明另一实施例的一个涡旋压缩机通过上部的一个垂直剖面图;
图6是本发明另一实施例的一个涡旋压缩机通过上部的一个垂直剖面图;
图7是通过一个涡旋压缩机中心的一个垂直剖面图，该压缩机使用压缩机的马达作为电磁阀;
图8是通过根据本发明的另一个实施例的一个涡旋压缩机上部的一个垂直剖视图，该压缩机使用压缩机的马达作为电磁阀;
图9是通过一个涡旋压缩机上部的垂直剖面简图，该压缩机使用一个离心阀来释放中间压力;
图10是图9中处于关闭状态的离心阀的一个放大的剖视图;
图11是通过一个涡旋压缩机中心的垂直剖面简图，该压缩机利用压缩机的一个部件的角加速度来使一个阀门动作(图示为关闭状态)来释放中间压力;
图12是通过一个涡旋压缩机中心的垂直剖面简图，该压缩机利用压缩机的一个部件的角加速度来使一个阀门动作(图示为打开状态)来释放中间压力;
图13是通过一个涡旋压缩机中心的垂直剖面简图，该压缩机利用压缩机的一个部件的粘度牵引来使一个阀门动作以释放中间压力，阀门所示为关闭位置;
图14是通过图13所示的曲轴和轴衬的一个水平剖视图;
图15是一个用于电磁阀的故障保护装置的略图，图示为第一位置;
图16是一个用于电磁阀的故障保护装置的略图，图示为第二位置;
图17是一个用于电磁阀的故障保护装置的略图，图示为第三位置;
图18是一个处于关闭位置的热敏阀门的简图，该阀门将中间压力释放到压缩机的吸入区;
图19是一个处于打开位置的热敏阀门的简图，该阀门将中间压力释放到压缩机的吸入区。
虽然本发明适用于许多不同类型的涡旋机器，但是为了举例说明的目的，这里只介绍如图1所示的具有一般结构的冰箱涡旋压缩机。现在来看图例，特别是图1，在那里展示了一个压缩机10，包括一个通常为圆柱形的密封壳12，在其上端焊有一个罩14。罩14上带有一个冰箱排放接头18，在其上可以带有普通的排放阀(没有画出)。其它附装在壳上的主要零件包括一个入口接头20，一个横向延伸的隔板22，它沿圆周焊在罩14与壳12相焊接处，一个两件主轴承室24和一个下轴承室26，带有几个径向朝外延伸并固定在壳12上的支架。下轴承室26在壳12内定位和支撑两件主轴承室24和一个包括马达定子30在内的马达28。一个驱动轴或曲轴32，它的顶端带有一个偏心曲柄轴34，以可旋转方式插在主轴承室24中的一个轴承36和下轴承室26中的一个第二轴承38中。曲轴32在它的下端有一个相对较大直径的同心孔40，这个孔与一个径向朝外偏斜并朝上延伸到曲轴32顶部的较小直径的孔42相通。在孔40内有一个搅拌器44。在壳12内的底部有一个油槽46盛有润滑油。孔40的功能相当于一个泵，可以把润滑油沿曲轴32向上抽送至孔42，并最终送至压缩机所有需要润滑的不同部位。
曲轴32由电动机28驱动旋转，电机28包括马达定子30，绕组穿行其中，压配在曲轴32上的马达转子50，以及分别在上下的上下配重52和54。
两件主轴承室24的上表面具有一个平的止推轴承面56，在其上安放一个带有通常的螺线形叶片或卷片60的回动涡旋58。从回动涡旋58下表面向下突出的是一个圆柱形轮毂，它上面有一个轴颈轴承62，轴承里面是一个以可运动方式安排的驱动轴衬64，轴衬内有一个内孔66，在这个孔里曲轴34以可驱动方式安置。曲轴颈34在一个表面上有一个平面，与孔66中一部分上形成的一个平的表面(没有画出)以可驱动方式配合，正如受让人在美国专利4，877，382中所展示的那样。本文引入上述专利申请作为参考。一个十字联轴节68也安排在回动涡旋58和轴承室24之间。十字联轴节68用键固定在回动涡旋58上和固定涡旋70上，以防止回动涡旋58的旋转运动。十字联轴节68使用的类型最好是披露于受让人的未决申请591，443中的那种，该申请题为“用于涡旋压缩机的十字联轴节”申请日期是1990年10月1日，它的披露在此处作为参考。
固定涡旋部件70也带有一个卷片72，它定位于与回动涡旋58的卷片60啮合相配的位置。固定涡旋70带有一个中心安置的排放通道74，这个通道与一个向上开口的凹槽76相通，凹槽又通过一个在隔板22上的开口78与由罩14和隔板22围出的排放缓冲腔80流体相通。开口78的入口有一个环绕其上的环形座82。固定涡旋70的上表面有一个环形槽84，槽上有平行的同心侧壁，在其中以相对轴向运动密封的方式安装有一个环形浮动密封86，它用于隔离槽84的底部与处于吸入压力的点88和处于排出压力的点90的气体，从而使它可以与一个处于中间流体压力下的源通过一个通道92以流体相连通。固定涡旋部件70因此在轴向上被作用于其中心部位的排出压力和作用于槽84底部的中间流体压力压向回动涡旋部件58，以增加卷片尖端的密封。在凹槽76和开口78中的排出气体也利用作用在环形座82上的密封86与具有吸入压力的气体相隔绝。这个轴向压力偏压和浮动密封86的作用，在申请人的受让人的美国专利证书No.5，156，539中有更详细的披露，在此处上述专利的披露被作为附注。固定涡旋部件70被设计为以适当方式固定在轴承室24上，这种方式将使固定涡旋部件70只有有限的轴向移动而无任何转动。固定涡旋部件70可以用披露于前边提到过的美国专利No.4，877，382或美国专利No.5，102，316中的方法来固定，上述专利的披露在此处被作为附注。
压缩机最好是“低侧面”类型的，在其中通过接头20吸入的气体被允许一部分逸入壳内并且协助冷却马达。由于有足够的返回的吸入气体流，马达就可以维持在要求的温度限度以内。然而，当这个流动停止时，冷却的丧失将会使一个马达保护器94作动将机器停止。
到现在为止广泛描述的这种涡旋压缩机，或者是在当前工艺中已知的，或者是在申请受让人的其它的正在进行专利申请中的项目。
如前所述，本发明的两个主要实施例都采用一种非常简单的阀门，在压缩机停机时阀门动作使气体从一个中间压力区流向一个吸入压力区。本发明的阀门动作以允许处于中间压力的气体流向处于吸气压力的区域，从而使排气压力降低到吸入压力。利用操作于一个中间压力而不是直接操作处于排出压力的气体，则阀门的尺寸，复杂性和费用都可以大大地降低。在第一个实施例中，阀门由一个电磁阀控制，在第二个实施例中，阀门由一个机械装置开关。本发明的所有实施例都确信可以应用于任何类型的涡旋压缩机中。
本发明的第一个实施例示于图1至图3。第一个实施例使用了上述的双压力平衡方式，这种方式用于在轴向上平衡固定涡旋部件70和浮动密封86，浮动密封86用来隔开排出气体压力和吸入气体压力。
一个电磁阀98包括一个电磁线圈100和一个阀102。电磁阀98可以与马达28并联或串联，从而使电磁线圈100可以与马达一起通电或断电，或者电磁阀98独立于马达28以外接线。当电磁阀98独立于马达28以外接线时，阀98可以被操作于一个脉冲方式或一个脉冲宽度调制的方式来调节压缩机10的能力。电磁线圈100可以开关与位于固定涡旋70内部的一个通道104相连通的阀102。通道104从在压缩机运行时处于中间压力的凹槽84的底部，延伸到压缩机的在吸入气体压力下保持吸入气体的区域。
电磁线圈100和阀门102最清楚地示于图2。电磁线圈100包括一个圆柱状的线圈106，它以通常方式环绕在一个柱塞108的周围。电磁线圈100以任何技术上熟知的方法固定在阀门102上。阀门102包括一个阀体110，阀体上有一个通道112与固定涡旋70上的通道104相通。阀体110以工艺中熟知的方式附着在固定涡旋70上。一个小球114放在通道112内，并且根据柱塞108的运动在一个开的位置和一个关的位置之间活动。在小球开的位置上，流体可以通过通道112从通道104流出。在小球关的位置上，流体不能通过通道104和112流动，这是因为小球114被柱塞108推压在通道112内的一个阀座116上。
在压缩机起动时，电磁线圈100被激励并且阀102被关闭，以阻断任何流体流过通道104。在这种方式下，压缩机10是正常起动的。在某些压缩机的设计中，在起动时涡旋内的压力迅速增高。这种压力的增高可能会非常迅速，以至于压缩机可能因为马达的扭矩不够而堵转。一般来说，这只是在使用单相马达时才有的一个问题。当这种压力的增高出现时，马达堵转，马达的保护装置反复动作以至压缩机很难再起动。本发明的一个选择是建立一个电磁线圈100激励时间延迟，用于防止在起动时关闭通道104，从而使中间压力不被憋高。这种中间压力的不增高将使涡旋能在轴向上分开，并且在足够的马达扭矩产生之前防止压缩的增高。
在压缩机关机时，电磁线圈100在电源到马达28被切断的同时被断电。电磁线圈100的去激励使阀102打开，从而使流体从凹槽84的底部通过通道104和112流向压缩机10的吸入区。在中间压力和吸入压力变得平衡时，浮动密封86由于排出气体的压力而获得一个净向下力，浮动密封86在凹槽84内向下运动，产生了一个排出气体越过浮动密封86顶部在环形座部位82上向吸入气体的泄漏。利用控制通道104和/或通道112的尺寸，反转可以被减少到任何可以接受的反转RPM(转数/分钟)值，或者反转可以被完全消除。
电磁阀98可以是一个AC(交流)或一个DC(直流)电磁阀，而与马达28的类型无关。如果一个DC电磁阀与一个AC马达同时使用，一个整流器需要接在AC电源和DC电磁阀之间。
图4描绘了本发明的另一个实施例。在图4中，与图1至图3中相同的元件用同一个参考数字代表。在图1至图3的实施例中，槽84中的中间压力支持着固定涡旋70，这个压力被泄放使得浮动密封86下降。在图4中所示的实施例体现在一个压缩机里，这个压缩机利用中间压力支撑回动涡旋58向上。图4所示的实施例将支持回动涡旋58向上的中间压力泄放，从而在涡旋卷片60和72的翼梢和它们相对应的涡旋之间产生足够的翼梢间隙，使得排出气压的高压可以在可观的反转出现之前通过涡旋58和70向回泄漏。
图4展示了压缩机130的上部。压缩机130与压缩机10相似，不同之处在于压缩机10的隔板22和浮动密封86一起被取消。为了分隔排出压力和吸入压力区，固定涡旋，或者在这里讲是静止涡旋70，完全跨越壳12和罩14延伸，壳12和罩14一起，都以工艺中熟知的焊接或其它方法固定在固定涡旋上。
主轴承室24带有一个延伸到平的止推轴承面56中的环形腔132，一个第一环形密封134在径向上开在腔132的外侧，并且一个第二环形密封136在径向上开在腔132的内侧。密封134和136阻止流体从腔132流向压缩机130的吸入侧。一个通道138延伸通向回动涡旋58并且以流体连通的方式联接腔132和压缩机130内一个具有中间压力的区域。在压缩机130的运行期间，具有中间压力的流体通过通道138被提供到腔132中。回动涡旋58从而被腔132内的流体压力在轴向上向上推。腔132内的流体压力被密封134和136维持。
压缩机130进一步包括一个通道140，它通过主轴承室24延伸并联接腔132和电磁阀98。在图4中的实施例包括一个流体管142，它从通道140延伸到电磁阀98，使得电磁阀98可以安装在压缩机130的吸入区内任何空间上可以允许的地方。管142或它的等效物的采用可以适用于本发明的任何一个实施例中以满足包装和设计的要求。如果需要，也可以将管142穿过壳12延伸出来，将电磁线圈100和阀102安装在壳12的外部。
图4所示实施例的操作类似于图1至图3所示实施例的操作。在压缩机起动时，电磁线圈100被激励，阀102被关闭从而阻断任何通过通道112从通道140出来的流体流动。在这种方式下压缩机130进行一个正常起动。前述的在压缩机起动时的延时特点也可以用于这个实施例的电磁阀98中。在压缩机停机时，电磁线圈100断电使阀102打开，从而允许流体通过通道140和112从腔132流向压缩机130的吸入区。当中间压力和吸入压力平衡时，回动涡旋58向下移动，从而造成一个排出气体越过涡旋卷片60和72翼梢向吸入气体的泄漏。反转的程度可以由控制通道140和/或通道112的尺寸来控制。阀102的断电和马达28的停机也可以用一个延时联系在一起，以保证在马达的停机前，在腔132和压缩机的吸入区之间含有足够的泄漏产生。可以理解，这个在压缩机停机时的时间延迟功能，可以用于本发明任何一个带有电磁阀98的实施例中。
图5和图6展示了本发明的另一个实施例。在图1至图3所示的实施例和图4所示的实施例中，利用压缩机中一个现存的腔中的中间压力的排放，这个腔被用来推动一个涡旋部件偏压向另一个涡旋部件。从偏压腔里排放这个中间压力的效果，是在现存的压缩机部件中间产生一个泄漏，从而允许排出气体的压力和吸入气体的压力平衡。在某些情况下，可能需要产生一个直接的通路来使排出压力和吸入压力平衡，而不必依赖压缩机不同部件的运动或分离。
在图5和图6中所示的实施例包括了一个压力比敏感阀门，这个阀门直接将排出压力旁路到吸入压力。图5展示一个压缩机150，它带有一个装入回动涡旋58中的压力比敏感阀阀152。图5所示的压缩机150的设计类似于图4所示的压缩机130的设计，即固定涡旋70是一个固定在壳12和罩14上的涡旋。主轴承室24带有延伸在平面止推轴承表面56内的环形腔132。密封134和136阻止流体从腔132流向压缩机150的吸入侧。通道138延伸穿过回动涡旋58，并且连接腔32和一个压缩机150内具有中间压力的区域。在压缩机130运行时，带有一个中间压力的流体通过通道138提供到腔132中去。回动涡旋58因而由于腔132中的流体压力在轴向上被偏压向上。腔132中流体的压力由密封134和136保持。
图5中所示的实施例包括一个通道140，它穿过主轴承室24并连接腔132和电磁阀98。图5所示的实施例包括一个流体管142，它从通道140中延伸出来，从而允许电磁阀98可以安装在压缩机150吸入区域内任何空间上允许的地方。到目前为止，图5中所示的压缩机150与图4所示的压缩机130相同，如上所述，压缩机150的运行也与压缩机130的运行相同。
压缩机150进一步包括压力比敏感阀152，它安装在回动涡旋58内部的一个槽154中。一条排气压力通道156延伸于排气通道74和槽154之间。一条吸入压力通道158延伸于槽154和压缩机150的吸入区之间。一个阀体160位于槽154内，并且在轴向上可以在槽154内移动以允许或阻止流体在通道156和通道158之间流动。阀体160和槽154设计得使阀体160可以在槽154中轴向运动，但是流体在阀体160和槽154之间的流动是禁止的。阀体160的上表面有一个环形圈162，它将阀体160上方的区域分隔为一个环形腔164和一个圆柱腔166。
图5所示实施例的操作类似于图4中所示的压缩机130的操作。在压缩机起动时，电磁线圈100被激励并且阀102被关闭以阻断任何流体从通道140流过通道112。在这种方式下压缩机150进行一次正常开机。用于压缩机起动的延时性能也能用于这个实施例的电磁阀98中。当压缩机150在运行时，阀体160的位置取决于作用在阀体160相应的表面上的各种压力。腔132内的中间压力加在阀体160上一个向上的力，这个力等于中间压力乘上阀体160暴露于腔132的表面积。排气压力被施加于环形腔164并且施加在阀体160上一个向下的力，这个力等于排气压力乘以阀体暴露于腔腔164的表面积。类似地，吸入压力被提供在圆柱腔166上，并且从而施加一个向下的力在阀体160上，这个力等于吸入压力乘以阀体160暴露于腔166的表面积。因此，压力比敏感阀152的开关可以由选择阀体160的尺寸以及环形圈162的尺寸和直径控制不同的表面积来控制。
在压缩机关闭时，电磁线圈100被断电造成阀102打开，并且允许流体通过通道140和112从腔132流向压缩机150的吸入区。当中间压力和吸入压力被平衡时，回动涡旋58和阀体160都向下移动。涡旋58的移动造成了排出气体越过涡旋卷片60和72的翼梢向吸入气体的泄漏，正如上述图4所示的实施例那样。另外，在槽154内阀体160的运动允许排出气体通过通道158从通道156的流动，从而产生了一个排气和吸气之间直接的流体流动。在前述的用于图4所示的实施例的各种控制，包括通道140和/或通道112的尺寸和压缩机停机时的延时，都可以用于这个实施例。另外，反转程度可以进一步由通道156和158的尺寸以及如前所述的阀体160的表面积比例来控制。
图6展示了本发明的另一个实施例。图6描绘了一个压缩机180，它有一个压力比敏感阀182，安装在固定涡旋或静止涡旋70内部的一个槽内。与图1至图3所示实施例相似，压缩机180包括固定涡旋70，回动涡旋58，壳12，罩14和隔板22。压缩机180具有固定涡旋70，用几个螺栓184直接拧在隔板22上。由于固定涡旋或静止涡旋70不象图1至图3所示的那样沿轴向运动，所需的浮动密封86被取消。压缩机180可以利用也可以不利用位于主轴承室24内部与密封134和136相配合的偏压腔132，这个偏压腔用于偏压回动涡旋58使其朝向固定涡旋70，这类似于在图4所示但是没有在图6所示的实施例中的那种方式。
压缩机180包括压力比敏感阀182，它位于涡旋70内部的一个槽186中。一个中间压力通道188延伸于一个压缩机180内的中间压力区和槽186之间。一个排气通道190延伸于槽186和通向电磁阀98的入口之间。电磁阀98可以直接安装在固定涡旋70上，如图1所示，或者它可以远离固定涡旋70而利用一个管142，如图4和图6所示。一个阀体192位于槽186内，并且在轴向上可以在槽186内活动，以允许或阻止流体流经一个穿越隔板延伸的小孔194。阀体192和槽186设计得使阀体192可以在槽186内作轴向运动，但是流体在阀体192和槽186之间的流动被滑动密封196所阻止。阀体192的上表面有一个圆柱延伸体198，它用来与一个阀座200一起来密封小孔194。
图6中所示实施例的运行与图5中所示的压缩机150的运行类似。在压缩机起动时，电磁线圈100通电，阀102关闭以阻塞任何流体从通道190通过通道112的流动。在这种情况下，压缩机180进行一次正常的起动。用于压缩机起动的时间延迟特点也可以用于这个实施例的电磁阀98中。当压缩机180在运行时，阀体192的位置被作用于阀体192相应表面积上不同的压力所决定。槽186内的中间压力作用在阀体上一个向上的力，它等于中间压力乘以阀体192的表面积。排气压力被提供于小孔194并从而在阀体192上作用一个向下的力，它等于排气压力乘以小孔194的面积。与此类似，吸气压力存在于槽186的上端，从而施加一个向下的力在阀体192上，它等于吸气压力乘以阀体192的表面积减去小孔194的表面积。因此压力比敏感阀182的开关可以由选择阀体192的尺寸和小孔194的尺寸来控制。
在压缩机停机时，电磁线圈100被断电，使阀102打开并且允许流体流过通道190和112，从槽186流向压缩机180的吸入区。在中间压力和吸入压力被平衡时，阀体192由于小孔194处的排气压力而向下运动。槽186内阀体192的运动产生了一个排出气体和吸入气体之间通过小孔194的直接流动。各种控制，包括通道190和/或通道112的大小以及在压缩机停机时的延时，如图4中的实施例所描述的那样也都可以适应于这个实施例。并且，如前所述，反转的程度可以进一步由小孔194与阀体192大小相关的尺寸来控制。
图7和图8展示本发明的另一个实施例。图7和图8取消了对电磁阀98的需要。取代使用电磁阀98，图7和图8所示的压缩机利用马达28和曲轴32来起到电磁阀98的开关作用。一个电磁线圈基本上是一个产生磁场的线圈，它再去推或拉线圈内的一个柱塞。这一点非常类似于压缩机的马达。马达定子30产生一个旋转的磁场，它倾向于在马达定子30内在轴向上定心马达的转子50。图7和图8所示的实施例利用这个定心力，并与一个相反的弹簧力来产生与一个电磁线圈相同的结果。
图7展示压缩机220，它与图1中所示的压缩机10相似，不同之处在于电磁阀98被管142和阀222所代替，阀222利用马达28和曲轴32来开和关。通道延伸通过固定涡旋70并且密封地固定在管142上。管142通过压缩机220并且它的另一端密封地固定到一个通道224上，通道224延伸通过主轴承室24。通道224从主轴承室24的一侧延伸到一个上表面226上，在这里它向压缩机220的吸入区敞开。曲轴32通过主轴承室24，并且有一个环形密封法兰228固定其上，固定的位置邻近上表面226。图7所示的实施例中，法兰228与曲轴32为一整体并且上配重52固定在法兰228上。在本发明的范围内，如果需要，法兰228和配重52做成一个整体并安装在曲轴32上。曲轴32通常被一个偏压弹簧230偏压向上，弹簧230定位在下轴承室26和曲轴32之间，这样可以使密封法兰228被推离上表面226，并且通道224被敞开向压缩机220的吸入区。
在压缩机起动时，曲轴32被马达28的磁场的定心力向下推压向偏压弹簧230，这个定心力迫使在马达定子内的马达的转子50，从而曲轴32，在轴向上定心。曲轴32的这个向下运动使密封法兰228与上表面226相接触，这样就阻止了流体流过通道224。在这种情况下，压缩机10进行了一次正常的起动。
在压缩机停机时，通向马达28的电流被切断，消除了倾向于将马达定子30内的转子50定心的磁场。曲轴32就再一次被弹簧230推压向上，将密封法兰228从上表面226上分开，并且将通道224开向压缩机220的吸入区。流体流出通道104，通过管142和通过通道224，使得流体可以从腔84的底部流向压缩机220的吸入区。在中间压力和吸入压力被平衡时，由于排出气体的压力，浮动密封86获得一个净向下力，并且排出气体向吸入气体的泄漏被形成，和在图1情况中描述的完全一样。
图8描述了本发明的另一个实施例，它与图4中的实施例类似，但它利用马达28和曲轴32作为阀门，与上面在图7中描述的类似。图8展示了一个压缩机240，它包括一个中间气体压力偏压腔132，与图4中所示的类似。压缩机240还包括一个通道242，它从轴承室24的一个水平表面244上延伸出来，与从偏压腔132中延伸出来的一个通道246相遇。
压缩机240的运行与前述的压缩机220的运行相同，不同点在于中间压力是从回动涡旋的下面而不是从浮动密封86的下面释放的，并且排出气体向吸入气压的泄漏被形成的方式与图4中所述的相同。另外，可以认为，在图5和图6中所示实施例中的一种压力比敏感阀，也可以在需要的时候用于压缩机240。
图9和图10展示本发明的另一个实施例。在图9和图10中的实施例在预定的转速以上使用一个离心力去控制一个阀门。这个阀门在低速时被偏压在一个打开的位置以排放中间压力气体。可以认为，这个离心力阀门可以被应用于前述的所有实施例中，在那里电磁阀被离心阀所代替。
图9和图10展示一个压缩机250，它使用一个离心阀252来代替电磁阀98。如10中画得最清楚的那样，离心阀252包括一个阀体254，它固定在曲轴32上并随之转动，但是它还可以沿曲轴32在轴向上运动。一个阀弹簧256在轴向上沿曲轴32偏压着阀体，并且使阀体254与主轴承室24密封相配。一个第一通道258径向上延伸穿过阀体254。一个阀260在通道258内可滑动安置并且由一个卷弹簧262压着径向上向内。在径向上朝外的端上，通道258有一个小球264，这个小球也给卷弹簧262提供了一个作用点。
阀体254的上表面，与阀弹簧256相对，开有一个环形槽266，它与主轴承室24上的通道224相通。一个轴向上的通道268从环形槽266延伸通过径向通道258通向压缩机250的吸入区。当卷弹簧在径向上把阀体260向内推时，通道224通过槽266和轴向通道268向吸入区敞开。当离心力在径向上抵压卷弹簧262的弹力向外推动阀260时，阀260将阻塞轴向通道268，并且禁止流体流出通道224到压缩机250的吸入区。
在压缩机起动时，阀260在径向上被卷弹簧262压向朝内。在曲轴32和离心阀252的转速增加时，阀260在径向上被推向外去阻塞轴向通道268。在这种情况下，压缩机250进行一次正常起动。
在压缩机停机时，阀260将维持在阻塞轴向通道268的位置上，直至离心阀252的转速降低到使由卷弹簧262施加的压力超过作用在阀260上的离心力时为止。事实上，阀260将向内移动足够的距离来打开通道268，并且通道224内的中间压力将被排放到压缩机250的吸入区去。中间压力向吸入压力的排放将起到如前所述实施例相同的作用。对于这一实施例的速度控制将涉及到轴向通道268的大小，阀260的重量和卷弹簧262的弹性。
可以认为，在图9和图10中所示的实施例可以取代前述任何一个实施例中的电磁阀。
图11和图12简略描述了本发明的另一个实施例。在图11和图12中所示的实施例利用起动时的角加速来关闭一个通气孔，利用停机时的减加速来敞开这个通气孔，并且允许中间气体压力排放到吸入气体压力中去。图11和图12简略表述了本发明的这个实施例的反转保护，并且包括了曲轴32，主轴承室24，通道224，一个阀280和一个轴衬282。
阀280位于通道224内的一点上，在这点上通道224通过上表面244。阀280包括一个球284，一个驱动装置286和一个阀座288。轴衬282可滑动地装在曲轴32上，位于邻近主轴承室24上的上表面244的一个位置上。轴衬282包括一个销子290，这个销子穿过轴衬282并且配置在曲轴32上的一个螺线形凹槽292内。一个卷弹簧294将轴衬282向下压，朝向主轴承室24的上表面244。在图11所示的低处位置，轴衬282接触到驱动装置286，这个装置又在小球284上施力使之朝向阀座288以阻止流体流经通道224。当轴衬282由于在曲轴32上的相对运动而离开上表面244时，如图12所示，中间压力作用在球284上迫使小球向上而打开通向压缩机吸气区的通道224。
在压缩机起动时，如图11所示，曲轴32的正角加速度造成曲轴32和轴衬282之间由于轴衬上作用的惯性效果的相对运动。螺线形凹槽292的方向是这样确定的，即轴32的这种正角加速度使销子290在凹槽292内向下运动，迫使轴衬压向上表面226，并通过迫使小球284压向阀座288而关闭阀280。在这种方式下，压缩机进行了一次正常起动。
在压缩机停机时，如图12所示，情况正好相反。曲轴32的一个负角加速度造成曲轴32的和轴衬282之间由于轴衬上作用的惯性效果的相对运动。螺线形凹槽292的方向现在造成销子290在凹槽292中由于负角加速度的向上运动。当销子在销292内向上移动时，轴衬282移动离开表面244，并且小球284后面的中间压力迫使小球284离开阀座288，通道224被敞开向压缩机的吸入区而允许中间压力的排放。
可以认为，在图11和图12中所示的实施例可以取代前述不同实施例中任何一个的电磁阀。
图13和图14展示本发明的另一个实施例。在图13和图14中的实施例利用由于压缩机的一个转动部件造成的粘度牵引力。在图13和图14中，所示的转动部件是曲轴32，尽管压缩机内任何一个转动部件都可以被利用。由一个转动部件造成的粘度牵引可以产生足够的力，去转动一个弹簧驱动的装置到一个位置，来阻塞一个通气孔或驱动一个阀门。图13和图14略述了本发明的这个实施例的反转保护装置，它包括了曲轴32，一个轴衬300和一个阀302。阀302包括一个阀体304，一个阀弹簧306，一个第一通道308，一个阀310以及一个第二通道312。
轴衬300可滑动地装在曲轴32上，如图13和图14所示。曲轴32和外径和轴衬300的内径的关系是这样的一个粘性流体膜314存在于曲轴32和轴衬300之间。当轴衬300不能随曲轴32转动时，曲轴32的旋转趋向于去剪切两个部件之间的粘性流体膜314。当粘性流体膜314趋向于随曲轴32去转动轴衬300时，这个粘性流体的剪切力将造成一个作用于轴衬300上的扭矩。轴衬300上带有一个径向上延伸的拨片316，它被用来驱动阀302，这一点将在后面描述。
阀体304可以固定在主轴承室24上，类似于图1至图3所示的阀104附着于固定涡旋70一样，或者阀体304可以离开主轴承室并且由管子142提供中间压力。
第一通道308在长度方向上穿过阀体304。阀310可滑动地装于通道308内并且被阀弹簧306压向轴衬300的拨片316，如图13所示。通道308与阀310相对的端上被一个小球318堵住，小球还为阀弹簧306提供了一个作用点。
第二通道312延伸通过阀体304并且通过第一通道308，它一般与第一通道308垂直。第二通道312的一端联接中间压力源，或者是直接通过通道224或者是通过管子142。第二通道312的相反的一端向压缩机的吸入区敞开。当阀弹簧306把阀310压向拨片316，第二通道312被打开，并且中间压力源开向压缩机的吸入区。当扭矩被施加在轴衬300上时，由于粘度牵引，拨片316施加了一个力在阀310上，这个力克服了阀弹簧306的力，并且移动阀310到一个位置上，以阻塞第二通道312并且阻止中间压力源向压缩机的吸入区排气。
在压缩机的起动时，阀310被阀弹簧306压向拨片316。在曲轴32和轴衬300之间的旋转速度差增加时，由于曲轴32和轴衬300之间粘性流体膜的剪切，施加在轴衬300上的扭矩增大。轴衬300随曲轴32的旋转被接触阀310的拨片所阻止。当作用在轴衬300上的扭矩增加时，作用在阀310上的力增大，阀310被迫使在第一通道308内沿长度方向抵抗阀弹簧306来阻塞第二通道312。在这种情况下，压缩机250进行了一次正常起动。
在压缩机停机时，阀310将维持在一个阻塞第二通道312的位置上，直至当曲轴32和轴衬300之间的转速差减小时，阀弹簧306施加的力超过由拨片316施加在阀310上的力时为止。结果是阀310将向内移动足够的距离而打开第二通道312，并且中间压力源将向压缩机的吸入区排气。在这个实施例中的中间压力的排放，具有与前面实施例所述的相同的效果。对这一实施例的参数控制将包括第二通道312的尺寸，阀弹簧306的参数和流体膜314的宽度。
可以认为，在图13和图14中所示的实施例，可以替代前述的不同实施例中任何一个的电磁阀。
图15到图17简略展示了一个故障保护装置，它可以装在一个电磁阀350中，这个电磁阀可以是以前的实施例的电磁阀98的一个替代物。电磁阀350的运作类似于电磁阀98的动作。电磁阀98在通电时将小球114推向阀座116去阻止流体流经通道112。电磁阀350在通电时，离开小球来允许小球坐在一个阀座上。当电磁阀350被断电时，它将小球推离阀座而允许流体流过该阀。
图15到图17简略描绘了电磁阀350，它包括一个电磁阀352，一个缓冲器354和一个阀356。电磁阀352包括一个圆柱线圈358，它以通常方式围绕着一个柱塞360。一个返回弹簧362推着柱塞360朝向左侧，如图15所示。缓冲器354包括一个外室364，它固定在柱塞360上，一个内室366，以及一个缓冲弹簧368。内室366可滑动地安装在一个外室364内的槽370内。缓冲弹簧368装在槽370内并且推动内室366向左，如图15所示。内室366包括一个驱动杆372，它从室366上延伸出来朝向阀356，它用于打开和关闭阀356，如后面将要描述的那样。阀356包括一个阀体374，一个小球376和一个阀弹簧378。阀体374包括一个孔380，它在阀体374内部沿长度方向伸延。阀376安排在孔380内，它被阀弹簧378推向右边压向一个阀座382，如图15所示。中间压力源或者直接地或者通过管142提供到孔380。
电磁阀350的运作开始于电磁阀352断电时，缓冲器354被减压，阀356由于阀弹簧378推挤小球376压向阀座382而关闭。这个位置简略示于图15。驱动杆372被缓冲器弹簧368向小球376，但是由于阀弹簧378作用在小球376上的力而不能将小球376推离阀座。阀弹簧378的弹力被选择得比缓冲弹簧368的弹性高些。
在压缩机起动时，如图16所示，电磁阀352通电并且柱塞360被推向右方，如图16所示。这也将外室364向右推，并且由于缓冲弹簧368的推力，缓冲器354在轴向上伸展。缓冲器354的伸展维持驱动杆372和小球376的接触。在这种情况下，压缩机将进行一次正常起动。
在压缩机停机时，如图17所示，电磁阀352被断电，由于返回弹簧362的作用柱塞360被推向左侧，如图17所示。柱塞360向左侧的移动带动缓冲器354向左移动，造成驱动杆372将小球376推离阀座382。阀弹簧378不能克服由于返回弹簧362施加的力和缓冲器354对减压的抵抗而加在驱动杆的负荷。返回弹簧362的弹力被选择得高于阀弹簧378的弹力。小球376将维持离开阀座382一段时间，这个时间将由缓冲器354的设计确定。阀弹簧378将最终把缓冲器354减压并将小球376推坐在阀座382上。这就返回到图15所示的电磁阀350的位置。在小球离工阀座382的期间，中间压力的气体将被排放到压缩机的吸入区中去。在这个实施例中的中间压力的排放具有与前边实施例所述的相同的效果。对于这个实施例的参数控制将包括阀座382的大小，弹簧362，368和378的弹力以及缓冲器354的弹力。
电磁阀350的故障保护特点在于如果柱塞360在起动时不能缩回，在停机时不能返回，或者由于任何原因卡在任何位置上时，阀356可以维持在关闭的状态。如果缓冲器354本身出故障，不管是在减压状态或延伸状态，压缩机将运转正常，尽管在停机时会有轰响。
可以认为，在图15到图17所示实施例的故障保护特性，可以应用于前述不同的实施例的任何一个中的电磁阀中。
图18和图19展示本发明的另一个实施例。在以前详细描述的实施例中，中间压力的气体排放到压缩机的吸入区是直接联系到压缩机的起动和关机。在图18和图19所示的实施例利用一个热开关去控制中间压力气体的源向压缩机吸入区的排放。一当热保护器被打开，中间压力气体的源的排放将允许排出气体漏向压缩机的吸入区，如以前实施例中详细描述的那样。排出气体到吸入的泄漏将降低压缩机的工作压力比以及排出侧的温度。压缩机的马达保护装置最终将把压缩机停机，这是因为高温排出气体被漏入压缩机的吸入区，在吸入枢装有马达和马达保护装置。
图18和图19简略描述了本发明的热响应阀，它用参照数目400代表。阀400包括一个阀体402，一个第一腔404，一个第二腔406，一个排出压力通道408以及一个吸入压力通道410。阀体402可以是一个单独的部件，或者阀体402可以和压缩机内的固定涡旋70，主轴承室24或任何其它部件做成一个整体。
第一腔404延伸在阀体402内并且与压缩机的排气相通。排气压力通道408从腔404的下端延伸出来，并且将腔404和腔406的下端以流体连通联接。一个热敏盘(TOD)410安置在由腔404和通道408形成的阶台上。TOD410保持下压状态以阻止排出气体从室404流向通道408。当达到一个预先确定的临界温度时，TOD410打开并允许排出气体从室404完全流向通道408。
第二腔406是一个阶梯状的腔，它也延伸于阀体402内。它的上部，或者说是腔406的大头与中间压力气体的源相通。它的下部，或者说是腔406的小头，通过通道408与腔404相通。吸入压力通道410从压缩机内的吸入气体区延伸到腔406的下部。吸入压力通道410进入腔406的点，是处于高压通道408和腔406的上端或大头之间。
在腔406内安置了一个平止逆阀412，从它上面有一个活塞414延伸出来。平止逆阀412和活塞414一起在腔406内运动，从一个如图18所示的关闭位置到一个如图19所示的打开位置。一个限位器416限制平止逆阀412和活塞414在腔406内的运动范围。在如图18所示的关闭位置，平止逆阀压在腔406里形成的阶台上，阻止流体从提供到腔406上部的中间压力气体源流向吸入压力通道410。平止逆阀412被压力向下压，这是由于中间压力气体作用在止逆阀平台暴露面积上和吸入气体压力作用在活塞414的暴露面积上。当TOD410处于开启位置时，由于排气压力作用在活塞414上，平止逆阀将被压向上移。在如图19所示的打开位置，平止逆阀412被从腔406阶台部位抬起，中间压力的气体被允许漏向压缩机的吸入侧。限位器416限制了平止逆阀的活动范围，使得通道408内的排出气体不会被允许流入压缩机的吸入区。
热响应阀400通常定位于如图18所示的位置。排出气体被导入腔404，中间压力气体被导入腔406。压缩机在TOD410保持关闭时正常运行。当TOD410遇到腔404内温度过高的排气气体时，TOD410打开并允许排出气体进入通道408。排气的压力作用在活塞414暴露的表面上而抬起平止逆阀412，这就允许与腔406相通的中间压力的气体源通过通道410排放，并进入压缩机的吸气区。在压缩机内排放中间气体允许排出气体漏向吸入气体，具有与以上各个实施例相同的效果。因为TOD410的打开并不与压缩机马达的停止相关联，马达将继续在压缩机以低工作压力比的状态下运行，直至由于高温的排出气体漏向装有马达和马达保护器的压缩机的吸入区，而使马达保护器将压缩机断电为止。
虽然以上详细的描述介绍了本发明的优先的实施例，应该理解的是，本发明将被允许作改善，改变和变更，而不越出它所附录的权利要求的范围和宗旨。
权利要求
1.一种涡旋机器包括一个第一涡旋部件，它具有一个第一螺线形卷片向外突出于一个端板上；一个第二涡旋部件，它具有一个第二螺线形卷片向外突出于一个端板上，所述的第二螺线形卷片与所述的第一螺线形卷片相互啮合；一个驱动部件用以使所述的涡旋部件相对作回旋运动，在这里所述的螺线形卷片将形成在吸入压力区和排出压力区间逐渐改变体积的空腔，所述的涡旋机器包括一个泄漏通路，形成在所述的排气压力区和所述的吸气压力区之间，所述的泄漏通路由于一个带压流体的影响而关闭；一个阀门部件用以释放所述的带压流体到所述的涡旋机器的所述的吸气压力区，由此所述的排气压力区和所述的吸气区之间的泄漏通路被打开。
2.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的泄漏通路位于所述的第一和第二涡旋部件之间。
3.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的涡旋部件之一相对另一个以有限的轴向移动安装，所述的一个涡旋部件被所述的带压流体推压向另一个涡旋部件。
4.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述阀门部件包括一个电磁阀。
5.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于所述的驱动部件包括一个电马达，所述的电马达和所述的电磁阀被并联连接。
6.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于一个时间延迟被加在在所述的马达的起动和所述的电磁阀的动作之间。
7.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于一个时间延迟被加在所述电磁阀的动作停断和所述马达的停机之间。
8.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于一个故障保护装置安装在所述的电磁阀中。
9.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于所述的驱动部件包括一个电马达，所述的电马达和所述的电磁阀被串联连接。
10.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于所述的驱动部件包括一个电马达，所述的电磁阀的接线独立于所述的电马达之外。
11.根据权利要求10的涡旋机器，其特征在于所述的电磁阀运行于脉冲模式来调节所述的涡旋机器的能力。
12.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于所述的电磁阀是一个直流电磁阀。
13.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于所述的电磁阀是一个交流电磁阀。
14.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的阀门部件包括一个机械阀门。
15.根据权利要求14的涡旋机器，其特征在于所述的机械阀门由离心力操作。
16.根据权利要求14的涡旋机器，其特征在于所述的机械阀门由所述的涡旋机器一个部件的角加速度操作。
17.根据权利要求14的涡旋机器，其特征在于所述的机械阀门由所述的机械阀门和所述涡旋机器一个部件之间粘性牵引力操作。
18.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的阀门部件包括一个温度敏感部件，当所述的温度敏感部件感测到所述的涡旋机器内部的一个过热状态时，所述的阀门部件被打开。
19.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的驱动部件可以开关所述的阀门部件。
20.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的阀门部件包括一个压力比敏感阀。
21.根据权利要求1的涡旋机器，进一步包括一个在所述的排气区和所述的吸气区之间的隔板，所述的泄漏通路位于所述的隔板之中;并且一个阀体用于关闭所述的泄漏通路，所述的阀体根据所述的带压流体的作用来开关所述的泄漏通路，当所述的带压流体供给到所述的阀体时，所述的泄漏通路被关闭。
全文摘要
一种涡旋机器带有一个中间压力腔，它可以开关涡旋机器的排出和吸入区之间的一个泄漏路径。当中间压力的流体供给到腔中时，这个泄漏路径关闭，当这个腔向压缩机的吸入区敞开时这个泄漏路径打开。一个机械的或电气的阀门用于开关伸于这个腔和机器的吸入区之间的一个通路。
文档编号F04C29/02GK1108358SQ9411883
公开日1995年9月13日 申请日期1994年11月25日 优先权日1993年11月29日
发明者弗兰克·S·沃利斯, 让·L·凯莱特, 弗朗西斯·M·辛普森, 加里·J·安德森, 唐纳德·W·罗德, 诺曼·G·贝克 申请人:科普兰公司
技术领域：
本发明一般涉及涡旋机器，更特殊一点讲，是涉及消除涡旋机器中的反转问题，这种涡旋机器在冷冻、空调和热泵系统中用于压缩冷冻剂。
由于极其有效的运行能力，涡旋机器越来越多地在冷冻，空调，热泵应用中作为压缩机使用。一般来说，这些机器组合一对内部吻合的螺线形卷叶片，二者中的一个被带动相对于另一个作轨迹运动，从而形成一个或多个移动的空腔，当这些空腔从外部吸入口向中心排出口移动时，其体积逐渐减小。通常一个电动马达通过一个适当的驱动轴来带动迴动涡旋(orbiting scroll)部件。
因为涡旋压缩机是依靠卷片相对侧面之间产生的密封来形成顺序的空腔来压缩，所以一般不需要吸入和排出阀门。但是，对于这种压缩机来说，或者是根据需要有意地停机，或者由于电源中断而意外停机时，由于带压腔体和/或排出腔压缩气体的倒流，会形成一种强烈的趋向去引起回动涡旋部件和相连接的驱动轴作相反的轨迹运动。这种逆动经常造成被认为是不良和不希望有的噪声或者轰响。而且，对于使用单相驱动马达的机器，当出现瞬间电力中断时，对压缩机来说也可能出现反转现象。这种反转可能造成压缩机的过热和/或其它设备的损坏。另外，在某些情况下，例如冷凝风扇堵塞时，使得排气压力增高到足以使马达停转并且产生反转。当回动涡旋沿相反方向回动时，排气压力将下降。当它到某一点时马达又可以克服这个压力头，从而使涡旋部件再次沿着正确的方向运动。然而，排出压力又会增高到使马达停转的程度，这种循环因此周而复始。这种循环是不希望有的，因为它造成压缩机内不同部件的超额应力。这些部件因此必须加大尺寸或更加复杂以承受由于这个不希望有的循环带来的超额应力。
本发明的一个主要目标，在一个实施例中，是提供一个非常简单并且不寻常的电磁阀，它可以很容易地安装在常规的涡旋类气体压缩机中，而不需要对压缩机的整体设计作大的改动，这个电磁阀在压缩机断电时可以使气体从一个中间压力区流向一个吸入压力区。在中间压力和吸入压力达到平衡时，从压缩机排出侧到压缩机吸入侧的一个泄放将形成。这个泄放使得排出气体和吸入气体平衡，从而防止排出气体推动压缩机反转，也就消除了由这种反转造成的正常停机时的噪声。
本发明的另一个目标，在另一个实施例中例，是提供一个非常简单并且不寻常的机械阀门，它可以容易地安装到一个常规的涡旋压缩机上，而不用对压缩机的整体设计作大的改动，这个机械阀在压缩机断电时可以使气体从一个中间压力区流向一个吸入压力区。在中间压力和吸入压力达到平衡时，从压缩机排出侧到压缩机吸入侧的一个泄放将形成。这个泄放使得排出气体和吸入气体平衡，从而防止反转和由反转带来的停机噪声。
本发明的以上两个实施例，都利用在中间压力区和吸入压力区之间安装一个非常简单的阀门而达到了预期的效果。在第一个实施例中，阀门是靠一个电磁阀动作的，而在第二个实施例中，阀门是靠一个机械装置动作的。其他的实施例也被披露，它们还使得压缩机的起动变得容易，这一点对带有低起动转矩马达的压缩机特别有用。
本发明的这些以及其他的特征，通过后面参照附图的描述和权利要求书，将变得十分明显。
在图例中描述了目前认为是实施本发明的最佳模式
图1是一个通过本发明的第一个实施例的一个涡旋压缩机中心的垂直剖面图;
图2是图1中的压缩机移去顶盖和隔板后的一个顶部正视图;
图3是图1中所示的浮动密封一部分的一个局部放大图;
图4是本发明另一实施例的一个涡旋压缩机通过上部的一个垂直剖面图;
图5是本发明另一实施例的一个涡旋压缩机通过上部的一个垂直剖面图;
图6是本发明另一实施例的一个涡旋压缩机通过上部的一个垂直剖面图;
图7是通过一个涡旋压缩机中心的一个垂直剖面图，该压缩机使用压缩机的马达作为电磁阀;
图8是通过根据本发明的另一个实施例的一个涡旋压缩机上部的一个垂直剖视图，该压缩机使用压缩机的马达作为电磁阀;
图9是通过一个涡旋压缩机上部的垂直剖面简图，该压缩机使用一个离心阀来释放中间压力;
图10是图9中处于关闭状态的离心阀的一个放大的剖视图;
图11是通过一个涡旋压缩机中心的垂直剖面简图，该压缩机利用压缩机的一个部件的角加速度来使一个阀门动作(图示为关闭状态)来释放中间压力;
图12是通过一个涡旋压缩机中心的垂直剖面简图，该压缩机利用压缩机的一个部件的角加速度来使一个阀门动作(图示为打开状态)来释放中间压力;
图13是通过一个涡旋压缩机中心的垂直剖面简图，该压缩机利用压缩机的一个部件的粘度牵引来使一个阀门动作以释放中间压力，阀门所示为关闭位置;
图14是通过图13所示的曲轴和轴衬的一个水平剖视图;
图15是一个用于电磁阀的故障保护装置的略图，图示为第一位置;
图16是一个用于电磁阀的故障保护装置的略图，图示为第二位置;
图17是一个用于电磁阀的故障保护装置的略图，图示为第三位置;
图18是一个处于关闭位置的热敏阀门的简图，该阀门将中间压力释放到压缩机的吸入区;
图19是一个处于打开位置的热敏阀门的简图，该阀门将中间压力释放到压缩机的吸入区。
虽然本发明适用于许多不同类型的涡旋机器，但是为了举例说明的目的，这里只介绍如图1所示的具有一般结构的冰箱涡旋压缩机。现在来看图例，特别是图1，在那里展示了一个压缩机10，包括一个通常为圆柱形的密封壳12，在其上端焊有一个罩14。罩14上带有一个冰箱排放接头18，在其上可以带有普通的排放阀(没有画出)。其它附装在壳上的主要零件包括一个入口接头20，一个横向延伸的隔板22，它沿圆周焊在罩14与壳12相焊接处，一个两件主轴承室24和一个下轴承室26，带有几个径向朝外延伸并固定在壳12上的支架。下轴承室26在壳12内定位和支撑两件主轴承室24和一个包括马达定子30在内的马达28。一个驱动轴或曲轴32，它的顶端带有一个偏心曲柄轴34，以可旋转方式插在主轴承室24中的一个轴承36和下轴承室26中的一个第二轴承38中。曲轴32在它的下端有一个相对较大直径的同心孔40，这个孔与一个径向朝外偏斜并朝上延伸到曲轴32顶部的较小直径的孔42相通。在孔40内有一个搅拌器44。在壳12内的底部有一个油槽46盛有润滑油。孔40的功能相当于一个泵，可以把润滑油沿曲轴32向上抽送至孔42，并最终送至压缩机所有需要润滑的不同部位。
曲轴32由电动机28驱动旋转，电机28包括马达定子30，绕组穿行其中，压配在曲轴32上的马达转子50，以及分别在上下的上下配重52和54。
两件主轴承室24的上表面具有一个平的止推轴承面56，在其上安放一个带有通常的螺线形叶片或卷片60的回动涡旋58。从回动涡旋58下表面向下突出的是一个圆柱形轮毂，它上面有一个轴颈轴承62，轴承里面是一个以可运动方式安排的驱动轴衬64，轴衬内有一个内孔66，在这个孔里曲轴34以可驱动方式安置。曲轴颈34在一个表面上有一个平面，与孔66中一部分上形成的一个平的表面(没有画出)以可驱动方式配合，正如受让人在美国专利4，877，382中所展示的那样。本文引入上述专利申请作为参考。一个十字联轴节68也安排在回动涡旋58和轴承室24之间。十字联轴节68用键固定在回动涡旋58上和固定涡旋70上，以防止回动涡旋58的旋转运动。十字联轴节68使用的类型最好是披露于受让人的未决申请591，443中的那种，该申请题为“用于涡旋压缩机的十字联轴节”申请日期是1990年10月1日，它的披露在此处作为参考。
固定涡旋部件70也带有一个卷片72，它定位于与回动涡旋58的卷片60啮合相配的位置。固定涡旋70带有一个中心安置的排放通道74，这个通道与一个向上开口的凹槽76相通，凹槽又通过一个在隔板22上的开口78与由罩14和隔板22围出的排放缓冲腔80流体相通。开口78的入口有一个环绕其上的环形座82。固定涡旋70的上表面有一个环形槽84，槽上有平行的同心侧壁，在其中以相对轴向运动密封的方式安装有一个环形浮动密封86，它用于隔离槽84的底部与处于吸入压力的点88和处于排出压力的点90的气体，从而使它可以与一个处于中间流体压力下的源通过一个通道92以流体相连通。固定涡旋部件70因此在轴向上被作用于其中心部位的排出压力和作用于槽84底部的中间流体压力压向回动涡旋部件58，以增加卷片尖端的密封。在凹槽76和开口78中的排出气体也利用作用在环形座82上的密封86与具有吸入压力的气体相隔绝。这个轴向压力偏压和浮动密封86的作用，在申请人的受让人的美国专利证书No.5，156，539中有更详细的披露，在此处上述专利的披露被作为附注。固定涡旋部件70被设计为以适当方式固定在轴承室24上，这种方式将使固定涡旋部件70只有有限的轴向移动而无任何转动。固定涡旋部件70可以用披露于前边提到过的美国专利No.4，877，382或美国专利No.5，102，316中的方法来固定，上述专利的披露在此处被作为附注。
压缩机最好是“低侧面”类型的，在其中通过接头20吸入的气体被允许一部分逸入壳内并且协助冷却马达。由于有足够的返回的吸入气体流，马达就可以维持在要求的温度限度以内。然而，当这个流动停止时，冷却的丧失将会使一个马达保护器94作动将机器停止。
到现在为止广泛描述的这种涡旋压缩机，或者是在当前工艺中已知的，或者是在申请受让人的其它的正在进行专利申请中的项目。
如前所述，本发明的两个主要实施例都采用一种非常简单的阀门，在压缩机停机时阀门动作使气体从一个中间压力区流向一个吸入压力区。本发明的阀门动作以允许处于中间压力的气体流向处于吸气压力的区域，从而使排气压力降低到吸入压力。利用操作于一个中间压力而不是直接操作处于排出压力的气体，则阀门的尺寸，复杂性和费用都可以大大地降低。在第一个实施例中，阀门由一个电磁阀控制，在第二个实施例中，阀门由一个机械装置开关。本发明的所有实施例都确信可以应用于任何类型的涡旋压缩机中。
本发明的第一个实施例示于图1至图3。第一个实施例使用了上述的双压力平衡方式，这种方式用于在轴向上平衡固定涡旋部件70和浮动密封86，浮动密封86用来隔开排出气体压力和吸入气体压力。
一个电磁阀98包括一个电磁线圈100和一个阀102。电磁阀98可以与马达28并联或串联，从而使电磁线圈100可以与马达一起通电或断电，或者电磁阀98独立于马达28以外接线。当电磁阀98独立于马达28以外接线时，阀98可以被操作于一个脉冲方式或一个脉冲宽度调制的方式来调节压缩机10的能力。电磁线圈100可以开关与位于固定涡旋70内部的一个通道104相连通的阀102。通道104从在压缩机运行时处于中间压力的凹槽84的底部，延伸到压缩机的在吸入气体压力下保持吸入气体的区域。
电磁线圈100和阀门102最清楚地示于图2。电磁线圈100包括一个圆柱状的线圈106，它以通常方式环绕在一个柱塞108的周围。电磁线圈100以任何技术上熟知的方法固定在阀门102上。阀门102包括一个阀体110，阀体上有一个通道112与固定涡旋70上的通道104相通。阀体110以工艺中熟知的方式附着在固定涡旋70上。一个小球114放在通道112内，并且根据柱塞108的运动在一个开的位置和一个关的位置之间活动。在小球开的位置上，流体可以通过通道112从通道104流出。在小球关的位置上，流体不能通过通道104和112流动，这是因为小球114被柱塞108推压在通道112内的一个阀座116上。
在压缩机起动时，电磁线圈100被激励并且阀102被关闭，以阻断任何流体流过通道104。在这种方式下，压缩机10是正常起动的。在某些压缩机的设计中，在起动时涡旋内的压力迅速增高。这种压力的增高可能会非常迅速，以至于压缩机可能因为马达的扭矩不够而堵转。一般来说，这只是在使用单相马达时才有的一个问题。当这种压力的增高出现时，马达堵转，马达的保护装置反复动作以至压缩机很难再起动。本发明的一个选择是建立一个电磁线圈100激励时间延迟，用于防止在起动时关闭通道104，从而使中间压力不被憋高。这种中间压力的不增高将使涡旋能在轴向上分开，并且在足够的马达扭矩产生之前防止压缩的增高。
在压缩机关机时，电磁线圈100在电源到马达28被切断的同时被断电。电磁线圈100的去激励使阀102打开，从而使流体从凹槽84的底部通过通道104和112流向压缩机10的吸入区。在中间压力和吸入压力变得平衡时，浮动密封86由于排出气体的压力而获得一个净向下力，浮动密封86在凹槽84内向下运动，产生了一个排出气体越过浮动密封86顶部在环形座部位82上向吸入气体的泄漏。利用控制通道104和/或通道112的尺寸，反转可以被减少到任何可以接受的反转RPM(转数/分钟)值，或者反转可以被完全消除。
电磁阀98可以是一个AC(交流)或一个DC(直流)电磁阀，而与马达28的类型无关。如果一个DC电磁阀与一个AC马达同时使用，一个整流器需要接在AC电源和DC电磁阀之间。
图4描绘了本发明的另一个实施例。在图4中，与图1至图3中相同的元件用同一个参考数字代表。在图1至图3的实施例中，槽84中的中间压力支持着固定涡旋70，这个压力被泄放使得浮动密封86下降。在图4中所示的实施例体现在一个压缩机里，这个压缩机利用中间压力支撑回动涡旋58向上。图4所示的实施例将支持回动涡旋58向上的中间压力泄放，从而在涡旋卷片60和72的翼梢和它们相对应的涡旋之间产生足够的翼梢间隙，使得排出气压的高压可以在可观的反转出现之前通过涡旋58和70向回泄漏。
图4展示了压缩机130的上部。压缩机130与压缩机10相似，不同之处在于压缩机10的隔板22和浮动密封86一起被取消。为了分隔排出压力和吸入压力区，固定涡旋，或者在这里讲是静止涡旋70，完全跨越壳12和罩14延伸，壳12和罩14一起，都以工艺中熟知的焊接或其它方法固定在固定涡旋上。
主轴承室24带有一个延伸到平的止推轴承面56中的环形腔132，一个第一环形密封134在径向上开在腔132的外侧，并且一个第二环形密封136在径向上开在腔132的内侧。密封134和136阻止流体从腔132流向压缩机130的吸入侧。一个通道138延伸通向回动涡旋58并且以流体连通的方式联接腔132和压缩机130内一个具有中间压力的区域。在压缩机130的运行期间，具有中间压力的流体通过通道138被提供到腔132中。回动涡旋58从而被腔132内的流体压力在轴向上向上推。腔132内的流体压力被密封134和136维持。
压缩机130进一步包括一个通道140，它通过主轴承室24延伸并联接腔132和电磁阀98。在图4中的实施例包括一个流体管142，它从通道140延伸到电磁阀98，使得电磁阀98可以安装在压缩机130的吸入区内任何空间上可以允许的地方。管142或它的等效物的采用可以适用于本发明的任何一个实施例中以满足包装和设计的要求。如果需要，也可以将管142穿过壳12延伸出来，将电磁线圈100和阀102安装在壳12的外部。
图4所示实施例的操作类似于图1至图3所示实施例的操作。在压缩机起动时，电磁线圈100被激励，阀102被关闭从而阻断任何通过通道112从通道140出来的流体流动。在这种方式下压缩机130进行一个正常起动。前述的在压缩机起动时的延时特点也可以用于这个实施例的电磁阀98中。在压缩机停机时，电磁线圈100断电使阀102打开，从而允许流体通过通道140和112从腔132流向压缩机130的吸入区。当中间压力和吸入压力平衡时，回动涡旋58向下移动，从而造成一个排出气体越过涡旋卷片60和72翼梢向吸入气体的泄漏。反转的程度可以由控制通道140和/或通道112的尺寸来控制。阀102的断电和马达28的停机也可以用一个延时联系在一起，以保证在马达的停机前，在腔132和压缩机的吸入区之间含有足够的泄漏产生。可以理解，这个在压缩机停机时的时间延迟功能，可以用于本发明任何一个带有电磁阀98的实施例中。
图5和图6展示了本发明的另一个实施例。在图1至图3所示的实施例和图4所示的实施例中，利用压缩机中一个现存的腔中的中间压力的排放，这个腔被用来推动一个涡旋部件偏压向另一个涡旋部件。从偏压腔里排放这个中间压力的效果，是在现存的压缩机部件中间产生一个泄漏，从而允许排出气体的压力和吸入气体的压力平衡。在某些情况下，可能需要产生一个直接的通路来使排出压力和吸入压力平衡，而不必依赖压缩机不同部件的运动或分离。
在图5和图6中所示的实施例包括了一个压力比敏感阀门，这个阀门直接将排出压力旁路到吸入压力。图5展示一个压缩机150，它带有一个装入回动涡旋58中的压力比敏感阀阀152。图5所示的压缩机150的设计类似于图4所示的压缩机130的设计，即固定涡旋70是一个固定在壳12和罩14上的涡旋。主轴承室24带有延伸在平面止推轴承表面56内的环形腔132。密封134和136阻止流体从腔132流向压缩机150的吸入侧。通道138延伸穿过回动涡旋58，并且连接腔32和一个压缩机150内具有中间压力的区域。在压缩机130运行时，带有一个中间压力的流体通过通道138提供到腔132中去。回动涡旋58因而由于腔132中的流体压力在轴向上被偏压向上。腔132中流体的压力由密封134和136保持。
图5中所示的实施例包括一个通道140，它穿过主轴承室24并连接腔132和电磁阀98。图5所示的实施例包括一个流体管142，它从通道140中延伸出来，从而允许电磁阀98可以安装在压缩机150吸入区域内任何空间上允许的地方。到目前为止，图5中所示的压缩机150与图4所示的压缩机130相同，如上所述，压缩机150的运行也与压缩机130的运行相同。
压缩机150进一步包括压力比敏感阀152，它安装在回动涡旋58内部的一个槽154中。一条排气压力通道156延伸于排气通道74和槽154之间。一条吸入压力通道158延伸于槽154和压缩机150的吸入区之间。一个阀体160位于槽154内，并且在轴向上可以在槽154内移动以允许或阻止流体在通道156和通道158之间流动。阀体160和槽154设计得使阀体160可以在槽154中轴向运动，但是流体在阀体160和槽154之间的流动是禁止的。阀体160的上表面有一个环形圈162，它将阀体160上方的区域分隔为一个环形腔164和一个圆柱腔166。
图5所示实施例的操作类似于图4中所示的压缩机130的操作。在压缩机起动时，电磁线圈100被激励并且阀102被关闭以阻断任何流体从通道140流过通道112。在这种方式下压缩机150进行一次正常开机。用于压缩机起动的延时性能也能用于这个实施例的电磁阀98中。当压缩机150在运行时，阀体160的位置取决于作用在阀体160相应的表面上的各种压力。腔132内的中间压力加在阀体160上一个向上的力，这个力等于中间压力乘上阀体160暴露于腔132的表面积。排气压力被施加于环形腔164并且施加在阀体160上一个向下的力，这个力等于排气压力乘以阀体暴露于腔腔164的表面积。类似地，吸入压力被提供在圆柱腔166上，并且从而施加一个向下的力在阀体160上，这个力等于吸入压力乘以阀体160暴露于腔166的表面积。因此，压力比敏感阀152的开关可以由选择阀体160的尺寸以及环形圈162的尺寸和直径控制不同的表面积来控制。
在压缩机关闭时，电磁线圈100被断电造成阀102打开，并且允许流体通过通道140和112从腔132流向压缩机150的吸入区。当中间压力和吸入压力被平衡时，回动涡旋58和阀体160都向下移动。涡旋58的移动造成了排出气体越过涡旋卷片60和72的翼梢向吸入气体的泄漏，正如上述图4所示的实施例那样。另外，在槽154内阀体160的运动允许排出气体通过通道158从通道156的流动，从而产生了一个排气和吸气之间直接的流体流动。在前述的用于图4所示的实施例的各种控制，包括通道140和/或通道112的尺寸和压缩机停机时的延时，都可以用于这个实施例。另外，反转程度可以进一步由通道156和158的尺寸以及如前所述的阀体160的表面积比例来控制。
图6展示了本发明的另一个实施例。图6描绘了一个压缩机180，它有一个压力比敏感阀182，安装在固定涡旋或静止涡旋70内部的一个槽内。与图1至图3所示实施例相似，压缩机180包括固定涡旋70，回动涡旋58，壳12，罩14和隔板22。压缩机180具有固定涡旋70，用几个螺栓184直接拧在隔板22上。由于固定涡旋或静止涡旋70不象图1至图3所示的那样沿轴向运动，所需的浮动密封86被取消。压缩机180可以利用也可以不利用位于主轴承室24内部与密封134和136相配合的偏压腔132，这个偏压腔用于偏压回动涡旋58使其朝向固定涡旋70，这类似于在图4所示但是没有在图6所示的实施例中的那种方式。
压缩机180包括压力比敏感阀182，它位于涡旋70内部的一个槽186中。一个中间压力通道188延伸于一个压缩机180内的中间压力区和槽186之间。一个排气通道190延伸于槽186和通向电磁阀98的入口之间。电磁阀98可以直接安装在固定涡旋70上，如图1所示，或者它可以远离固定涡旋70而利用一个管142，如图4和图6所示。一个阀体192位于槽186内，并且在轴向上可以在槽186内活动，以允许或阻止流体流经一个穿越隔板延伸的小孔194。阀体192和槽186设计得使阀体192可以在槽186内作轴向运动，但是流体在阀体192和槽186之间的流动被滑动密封196所阻止。阀体192的上表面有一个圆柱延伸体198，它用来与一个阀座200一起来密封小孔194。
图6中所示实施例的运行与图5中所示的压缩机150的运行类似。在压缩机起动时，电磁线圈100通电，阀102关闭以阻塞任何流体从通道190通过通道112的流动。在这种情况下，压缩机180进行一次正常的起动。用于压缩机起动的时间延迟特点也可以用于这个实施例的电磁阀98中。当压缩机180在运行时，阀体192的位置被作用于阀体192相应表面积上不同的压力所决定。槽186内的中间压力作用在阀体上一个向上的力，它等于中间压力乘以阀体192的表面积。排气压力被提供于小孔194并从而在阀体192上作用一个向下的力，它等于排气压力乘以小孔194的面积。与此类似，吸气压力存在于槽186的上端，从而施加一个向下的力在阀体192上，它等于吸气压力乘以阀体192的表面积减去小孔194的表面积。因此压力比敏感阀182的开关可以由选择阀体192的尺寸和小孔194的尺寸来控制。
在压缩机停机时，电磁线圈100被断电，使阀102打开并且允许流体流过通道190和112，从槽186流向压缩机180的吸入区。在中间压力和吸入压力被平衡时，阀体192由于小孔194处的排气压力而向下运动。槽186内阀体192的运动产生了一个排出气体和吸入气体之间通过小孔194的直接流动。各种控制，包括通道190和/或通道112的大小以及在压缩机停机时的延时，如图4中的实施例所描述的那样也都可以适应于这个实施例。并且，如前所述，反转的程度可以进一步由小孔194与阀体192大小相关的尺寸来控制。
图7和图8展示本发明的另一个实施例。图7和图8取消了对电磁阀98的需要。取代使用电磁阀98，图7和图8所示的压缩机利用马达28和曲轴32来起到电磁阀98的开关作用。一个电磁线圈基本上是一个产生磁场的线圈，它再去推或拉线圈内的一个柱塞。这一点非常类似于压缩机的马达。马达定子30产生一个旋转的磁场，它倾向于在马达定子30内在轴向上定心马达的转子50。图7和图8所示的实施例利用这个定心力，并与一个相反的弹簧力来产生与一个电磁线圈相同的结果。
图7展示压缩机220，它与图1中所示的压缩机10相似，不同之处在于电磁阀98被管142和阀222所代替，阀222利用马达28和曲轴32来开和关。通道延伸通过固定涡旋70并且密封地固定在管142上。管142通过压缩机220并且它的另一端密封地固定到一个通道224上，通道224延伸通过主轴承室24。通道224从主轴承室24的一侧延伸到一个上表面226上，在这里它向压缩机220的吸入区敞开。曲轴32通过主轴承室24，并且有一个环形密封法兰228固定其上，固定的位置邻近上表面226。图7所示的实施例中，法兰228与曲轴32为一整体并且上配重52固定在法兰228上。在本发明的范围内，如果需要，法兰228和配重52做成一个整体并安装在曲轴32上。曲轴32通常被一个偏压弹簧230偏压向上，弹簧230定位在下轴承室26和曲轴32之间，这样可以使密封法兰228被推离上表面226，并且通道224被敞开向压缩机220的吸入区。
在压缩机起动时，曲轴32被马达28的磁场的定心力向下推压向偏压弹簧230，这个定心力迫使在马达定子内的马达的转子50，从而曲轴32，在轴向上定心。曲轴32的这个向下运动使密封法兰228与上表面226相接触，这样就阻止了流体流过通道224。在这种情况下，压缩机10进行了一次正常的起动。
在压缩机停机时，通向马达28的电流被切断，消除了倾向于将马达定子30内的转子50定心的磁场。曲轴32就再一次被弹簧230推压向上，将密封法兰228从上表面226上分开，并且将通道224开向压缩机220的吸入区。流体流出通道104，通过管142和通过通道224，使得流体可以从腔84的底部流向压缩机220的吸入区。在中间压力和吸入压力被平衡时，由于排出气体的压力，浮动密封86获得一个净向下力，并且排出气体向吸入气体的泄漏被形成，和在图1情况中描述的完全一样。
图8描述了本发明的另一个实施例，它与图4中的实施例类似，但它利用马达28和曲轴32作为阀门，与上面在图7中描述的类似。图8展示了一个压缩机240，它包括一个中间气体压力偏压腔132，与图4中所示的类似。压缩机240还包括一个通道242，它从轴承室24的一个水平表面244上延伸出来，与从偏压腔132中延伸出来的一个通道246相遇。
压缩机240的运行与前述的压缩机220的运行相同，不同点在于中间压力是从回动涡旋的下面而不是从浮动密封86的下面释放的，并且排出气体向吸入气压的泄漏被形成的方式与图4中所述的相同。另外，可以认为，在图5和图6中所示实施例中的一种压力比敏感阀，也可以在需要的时候用于压缩机240。
图9和图10展示本发明的另一个实施例。在图9和图10中的实施例在预定的转速以上使用一个离心力去控制一个阀门。这个阀门在低速时被偏压在一个打开的位置以排放中间压力气体。可以认为，这个离心力阀门可以被应用于前述的所有实施例中，在那里电磁阀被离心阀所代替。
图9和图10展示一个压缩机250，它使用一个离心阀252来代替电磁阀98。如10中画得最清楚的那样，离心阀252包括一个阀体254，它固定在曲轴32上并随之转动，但是它还可以沿曲轴32在轴向上运动。一个阀弹簧256在轴向上沿曲轴32偏压着阀体，并且使阀体254与主轴承室24密封相配。一个第一通道258径向上延伸穿过阀体254。一个阀260在通道258内可滑动安置并且由一个卷弹簧262压着径向上向内。在径向上朝外的端上，通道258有一个小球264，这个小球也给卷弹簧262提供了一个作用点。
阀体254的上表面，与阀弹簧256相对，开有一个环形槽266，它与主轴承室24上的通道224相通。一个轴向上的通道268从环形槽266延伸通过径向通道258通向压缩机250的吸入区。当卷弹簧在径向上把阀体260向内推时，通道224通过槽266和轴向通道268向吸入区敞开。当离心力在径向上抵压卷弹簧262的弹力向外推动阀260时，阀260将阻塞轴向通道268，并且禁止流体流出通道224到压缩机250的吸入区。
在压缩机起动时，阀260在径向上被卷弹簧262压向朝内。在曲轴32和离心阀252的转速增加时，阀260在径向上被推向外去阻塞轴向通道268。在这种情况下，压缩机250进行一次正常起动。
在压缩机停机时，阀260将维持在阻塞轴向通道268的位置上，直至离心阀252的转速降低到使由卷弹簧262施加的压力超过作用在阀260上的离心力时为止。事实上，阀260将向内移动足够的距离来打开通道268，并且通道224内的中间压力将被排放到压缩机250的吸入区去。中间压力向吸入压力的排放将起到如前所述实施例相同的作用。对于这一实施例的速度控制将涉及到轴向通道268的大小，阀260的重量和卷弹簧262的弹性。
可以认为，在图9和图10中所示的实施例可以取代前述任何一个实施例中的电磁阀。
图11和图12简略描述了本发明的另一个实施例。在图11和图12中所示的实施例利用起动时的角加速来关闭一个通气孔，利用停机时的减加速来敞开这个通气孔，并且允许中间气体压力排放到吸入气体压力中去。图11和图12简略表述了本发明的这个实施例的反转保护，并且包括了曲轴32，主轴承室24，通道224，一个阀280和一个轴衬282。
阀280位于通道224内的一点上，在这点上通道224通过上表面244。阀280包括一个球284，一个驱动装置286和一个阀座288。轴衬282可滑动地装在曲轴32上，位于邻近主轴承室24上的上表面244的一个位置上。轴衬282包括一个销子290，这个销子穿过轴衬282并且配置在曲轴32上的一个螺线形凹槽292内。一个卷弹簧294将轴衬282向下压，朝向主轴承室24的上表面244。在图11所示的低处位置，轴衬282接触到驱动装置286，这个装置又在小球284上施力使之朝向阀座288以阻止流体流经通道224。当轴衬282由于在曲轴32上的相对运动而离开上表面244时，如图12所示，中间压力作用在球284上迫使小球向上而打开通向压缩机吸气区的通道224。
在压缩机起动时，如图11所示，曲轴32的正角加速度造成曲轴32和轴衬282之间由于轴衬上作用的惯性效果的相对运动。螺线形凹槽292的方向是这样确定的，即轴32的这种正角加速度使销子290在凹槽292内向下运动，迫使轴衬压向上表面226，并通过迫使小球284压向阀座288而关闭阀280。在这种方式下，压缩机进行了一次正常起动。
在压缩机停机时，如图12所示，情况正好相反。曲轴32的一个负角加速度造成曲轴32的和轴衬282之间由于轴衬上作用的惯性效果的相对运动。螺线形凹槽292的方向现在造成销子290在凹槽292中由于负角加速度的向上运动。当销子在销292内向上移动时，轴衬282移动离开表面244，并且小球284后面的中间压力迫使小球284离开阀座288，通道224被敞开向压缩机的吸入区而允许中间压力的排放。
可以认为，在图11和图12中所示的实施例可以取代前述不同实施例中任何一个的电磁阀。
图13和图14展示本发明的另一个实施例。在图13和图14中的实施例利用由于压缩机的一个转动部件造成的粘度牵引力。在图13和图14中，所示的转动部件是曲轴32，尽管压缩机内任何一个转动部件都可以被利用。由一个转动部件造成的粘度牵引可以产生足够的力，去转动一个弹簧驱动的装置到一个位置，来阻塞一个通气孔或驱动一个阀门。图13和图14略述了本发明的这个实施例的反转保护装置，它包括了曲轴32，一个轴衬300和一个阀302。阀302包括一个阀体304，一个阀弹簧306，一个第一通道308，一个阀310以及一个第二通道312。
轴衬300可滑动地装在曲轴32上，如图13和图14所示。曲轴32和外径和轴衬300的内径的关系是这样的一个粘性流体膜314存在于曲轴32和轴衬300之间。当轴衬300不能随曲轴32转动时，曲轴32的旋转趋向于去剪切两个部件之间的粘性流体膜314。当粘性流体膜314趋向于随曲轴32去转动轴衬300时，这个粘性流体的剪切力将造成一个作用于轴衬300上的扭矩。轴衬300上带有一个径向上延伸的拨片316，它被用来驱动阀302，这一点将在后面描述。
阀体304可以固定在主轴承室24上，类似于图1至图3所示的阀104附着于固定涡旋70一样，或者阀体304可以离开主轴承室并且由管子142提供中间压力。
第一通道308在长度方向上穿过阀体304。阀310可滑动地装于通道308内并且被阀弹簧306压向轴衬300的拨片316，如图13所示。通道308与阀310相对的端上被一个小球318堵住，小球还为阀弹簧306提供了一个作用点。
第二通道312延伸通过阀体304并且通过第一通道308，它一般与第一通道308垂直。第二通道312的一端联接中间压力源，或者是直接通过通道224或者是通过管子142。第二通道312的相反的一端向压缩机的吸入区敞开。当阀弹簧306把阀310压向拨片316，第二通道312被打开，并且中间压力源开向压缩机的吸入区。当扭矩被施加在轴衬300上时，由于粘度牵引，拨片316施加了一个力在阀310上，这个力克服了阀弹簧306的力，并且移动阀310到一个位置上，以阻塞第二通道312并且阻止中间压力源向压缩机的吸入区排气。
在压缩机的起动时，阀310被阀弹簧306压向拨片316。在曲轴32和轴衬300之间的旋转速度差增加时，由于曲轴32和轴衬300之间粘性流体膜的剪切，施加在轴衬300上的扭矩增大。轴衬300随曲轴32的旋转被接触阀310的拨片所阻止。当作用在轴衬300上的扭矩增加时，作用在阀310上的力增大，阀310被迫使在第一通道308内沿长度方向抵抗阀弹簧306来阻塞第二通道312。在这种情况下，压缩机250进行了一次正常起动。
在压缩机停机时，阀310将维持在一个阻塞第二通道312的位置上，直至当曲轴32和轴衬300之间的转速差减小时，阀弹簧306施加的力超过由拨片316施加在阀310上的力时为止。结果是阀310将向内移动足够的距离而打开第二通道312，并且中间压力源将向压缩机的吸入区排气。在这个实施例中的中间压力的排放，具有与前面实施例所述的相同的效果。对这一实施例的参数控制将包括第二通道312的尺寸，阀弹簧306的参数和流体膜314的宽度。
可以认为，在图13和图14中所示的实施例，可以替代前述的不同实施例中任何一个的电磁阀。
图15到图17简略展示了一个故障保护装置，它可以装在一个电磁阀350中，这个电磁阀可以是以前的实施例的电磁阀98的一个替代物。电磁阀350的运作类似于电磁阀98的动作。电磁阀98在通电时将小球114推向阀座116去阻止流体流经通道112。电磁阀350在通电时，离开小球来允许小球坐在一个阀座上。当电磁阀350被断电时，它将小球推离阀座而允许流体流过该阀。
图15到图17简略描绘了电磁阀350，它包括一个电磁阀352，一个缓冲器354和一个阀356。电磁阀352包括一个圆柱线圈358，它以通常方式围绕着一个柱塞360。一个返回弹簧362推着柱塞360朝向左侧，如图15所示。缓冲器354包括一个外室364，它固定在柱塞360上，一个内室366，以及一个缓冲弹簧368。内室366可滑动地安装在一个外室364内的槽370内。缓冲弹簧368装在槽370内并且推动内室366向左，如图15所示。内室366包括一个驱动杆372，它从室366上延伸出来朝向阀356，它用于打开和关闭阀356，如后面将要描述的那样。阀356包括一个阀体374，一个小球376和一个阀弹簧378。阀体374包括一个孔380，它在阀体374内部沿长度方向伸延。阀376安排在孔380内，它被阀弹簧378推向右边压向一个阀座382，如图15所示。中间压力源或者直接地或者通过管142提供到孔380。
电磁阀350的运作开始于电磁阀352断电时，缓冲器354被减压，阀356由于阀弹簧378推挤小球376压向阀座382而关闭。这个位置简略示于图15。驱动杆372被缓冲器弹簧368向小球376，但是由于阀弹簧378作用在小球376上的力而不能将小球376推离阀座。阀弹簧378的弹力被选择得比缓冲弹簧368的弹性高些。
在压缩机起动时，如图16所示，电磁阀352通电并且柱塞360被推向右方，如图16所示。这也将外室364向右推，并且由于缓冲弹簧368的推力，缓冲器354在轴向上伸展。缓冲器354的伸展维持驱动杆372和小球376的接触。在这种情况下，压缩机将进行一次正常起动。
在压缩机停机时，如图17所示，电磁阀352被断电，由于返回弹簧362的作用柱塞360被推向左侧，如图17所示。柱塞360向左侧的移动带动缓冲器354向左移动，造成驱动杆372将小球376推离阀座382。阀弹簧378不能克服由于返回弹簧362施加的力和缓冲器354对减压的抵抗而加在驱动杆的负荷。返回弹簧362的弹力被选择得高于阀弹簧378的弹力。小球376将维持离开阀座382一段时间，这个时间将由缓冲器354的设计确定。阀弹簧378将最终把缓冲器354减压并将小球376推坐在阀座382上。这就返回到图15所示的电磁阀350的位置。在小球离工阀座382的期间，中间压力的气体将被排放到压缩机的吸入区中去。在这个实施例中的中间压力的排放具有与前边实施例所述的相同的效果。对于这个实施例的参数控制将包括阀座382的大小，弹簧362，368和378的弹力以及缓冲器354的弹力。
电磁阀350的故障保护特点在于如果柱塞360在起动时不能缩回，在停机时不能返回，或者由于任何原因卡在任何位置上时，阀356可以维持在关闭的状态。如果缓冲器354本身出故障，不管是在减压状态或延伸状态，压缩机将运转正常，尽管在停机时会有轰响。
可以认为，在图15到图17所示实施例的故障保护特性，可以应用于前述不同的实施例的任何一个中的电磁阀中。
图18和图19展示本发明的另一个实施例。在以前详细描述的实施例中，中间压力的气体排放到压缩机的吸入区是直接联系到压缩机的起动和关机。在图18和图19所示的实施例利用一个热开关去控制中间压力气体的源向压缩机吸入区的排放。一当热保护器被打开，中间压力气体的源的排放将允许排出气体漏向压缩机的吸入区，如以前实施例中详细描述的那样。排出气体到吸入的泄漏将降低压缩机的工作压力比以及排出侧的温度。压缩机的马达保护装置最终将把压缩机停机，这是因为高温排出气体被漏入压缩机的吸入区，在吸入枢装有马达和马达保护装置。
图18和图19简略描述了本发明的热响应阀，它用参照数目400代表。阀400包括一个阀体402，一个第一腔404，一个第二腔406，一个排出压力通道408以及一个吸入压力通道410。阀体402可以是一个单独的部件，或者阀体402可以和压缩机内的固定涡旋70，主轴承室24或任何其它部件做成一个整体。
第一腔404延伸在阀体402内并且与压缩机的排气相通。排气压力通道408从腔404的下端延伸出来，并且将腔404和腔406的下端以流体连通联接。一个热敏盘(TOD)410安置在由腔404和通道408形成的阶台上。TOD410保持下压状态以阻止排出气体从室404流向通道408。当达到一个预先确定的临界温度时，TOD410打开并允许排出气体从室404完全流向通道408。
第二腔406是一个阶梯状的腔，它也延伸于阀体402内。它的上部，或者说是腔406的大头与中间压力气体的源相通。它的下部，或者说是腔406的小头，通过通道408与腔404相通。吸入压力通道410从压缩机内的吸入气体区延伸到腔406的下部。吸入压力通道410进入腔406的点，是处于高压通道408和腔406的上端或大头之间。
在腔406内安置了一个平止逆阀412，从它上面有一个活塞414延伸出来。平止逆阀412和活塞414一起在腔406内运动，从一个如图18所示的关闭位置到一个如图19所示的打开位置。一个限位器416限制平止逆阀412和活塞414在腔406内的运动范围。在如图18所示的关闭位置，平止逆阀压在腔406里形成的阶台上，阻止流体从提供到腔406上部的中间压力气体源流向吸入压力通道410。平止逆阀412被压力向下压，这是由于中间压力气体作用在止逆阀平台暴露面积上和吸入气体压力作用在活塞414的暴露面积上。当TOD410处于开启位置时，由于排气压力作用在活塞414上，平止逆阀将被压向上移。在如图19所示的打开位置，平止逆阀412被从腔406阶台部位抬起，中间压力的气体被允许漏向压缩机的吸入侧。限位器416限制了平止逆阀的活动范围，使得通道408内的排出气体不会被允许流入压缩机的吸入区。
热响应阀400通常定位于如图18所示的位置。排出气体被导入腔404，中间压力气体被导入腔406。压缩机在TOD410保持关闭时正常运行。当TOD410遇到腔404内温度过高的排气气体时，TOD410打开并允许排出气体进入通道408。排气的压力作用在活塞414暴露的表面上而抬起平止逆阀412，这就允许与腔406相通的中间压力的气体源通过通道410排放，并进入压缩机的吸气区。在压缩机内排放中间气体允许排出气体漏向吸入气体，具有与以上各个实施例相同的效果。因为TOD410的打开并不与压缩机马达的停止相关联，马达将继续在压缩机以低工作压力比的状态下运行，直至由于高温的排出气体漏向装有马达和马达保护器的压缩机的吸入区，而使马达保护器将压缩机断电为止。
虽然以上详细的描述介绍了本发明的优先的实施例，应该理解的是，本发明将被允许作改善，改变和变更，而不越出它所附录的权利要求的范围和宗旨。
权利要求
1.一种涡旋机器包括一个第一涡旋部件，它具有一个第一螺线形卷片向外突出于一个端板上；一个第二涡旋部件，它具有一个第二螺线形卷片向外突出于一个端板上，所述的第二螺线形卷片与所述的第一螺线形卷片相互啮合；一个驱动部件用以使所述的涡旋部件相对作回旋运动，在这里所述的螺线形卷片将形成在吸入压力区和排出压力区间逐渐改变体积的空腔，所述的涡旋机器包括一个泄漏通路，形成在所述的排气压力区和所述的吸气压力区之间，所述的泄漏通路由于一个带压流体的影响而关闭；一个阀门部件用以释放所述的带压流体到所述的涡旋机器的所述的吸气压力区，由此所述的排气压力区和所述的吸气区之间的泄漏通路被打开。
2.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的泄漏通路位于所述的第一和第二涡旋部件之间。
3.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的涡旋部件之一相对另一个以有限的轴向移动安装，所述的一个涡旋部件被所述的带压流体推压向另一个涡旋部件。
4.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述阀门部件包括一个电磁阀。
5.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于所述的驱动部件包括一个电马达，所述的电马达和所述的电磁阀被并联连接。
6.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于一个时间延迟被加在在所述的马达的起动和所述的电磁阀的动作之间。
7.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于一个时间延迟被加在所述电磁阀的动作停断和所述马达的停机之间。
8.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于一个故障保护装置安装在所述的电磁阀中。
9.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于所述的驱动部件包括一个电马达，所述的电马达和所述的电磁阀被串联连接。
10.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于所述的驱动部件包括一个电马达，所述的电磁阀的接线独立于所述的电马达之外。
11.根据权利要求10的涡旋机器，其特征在于所述的电磁阀运行于脉冲模式来调节所述的涡旋机器的能力。
12.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于所述的电磁阀是一个直流电磁阀。
13.根据权利要求4的涡旋机器，其特征在于所述的电磁阀是一个交流电磁阀。
14.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的阀门部件包括一个机械阀门。
15.根据权利要求14的涡旋机器，其特征在于所述的机械阀门由离心力操作。
16.根据权利要求14的涡旋机器，其特征在于所述的机械阀门由所述的涡旋机器一个部件的角加速度操作。
17.根据权利要求14的涡旋机器，其特征在于所述的机械阀门由所述的机械阀门和所述涡旋机器一个部件之间粘性牵引力操作。
18.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的阀门部件包括一个温度敏感部件，当所述的温度敏感部件感测到所述的涡旋机器内部的一个过热状态时，所述的阀门部件被打开。
19.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的驱动部件可以开关所述的阀门部件。
20.根据权利要求1的涡旋机器，其特征在于所述的阀门部件包括一个压力比敏感阀。
21.根据权利要求1的涡旋机器，进一步包括一个在所述的排气区和所述的吸气区之间的隔板，所述的泄漏通路位于所述的隔板之中;并且一个阀体用于关闭所述的泄漏通路，所述的阀体根据所述的带压流体的作用来开关所述的泄漏通路，当所述的带压流体供给到所述的阀体时，所述的泄漏通路被关闭。
全文摘要
一种涡旋机器带有一个中间压力腔，它可以开关涡旋机器的排出和吸入区之间的一个泄漏路径。当中间压力的流体供给到腔中时，这个泄漏路径关闭，当这个腔向压缩机的吸入区敞开时这个泄漏路径打开。一个机械的或电气的阀门用于开关伸于这个腔和机器的吸入区之间的一个通路。
文档编号F04C29/02GK1108358SQ9411883
公开日1995年9月13日 申请日期1994年11月25日 优先权日1993年11月29日
发明者弗兰克·S·沃利斯, 让·L·凯莱特, 弗朗西斯·M·辛普森, 加里·J·安德森, 唐纳德·W·罗德, 诺曼·G·贝克 申请人:科普兰公司
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