КОМПРЕССОР, СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩАЯ КОМПРЕССОР, И СПОСОБ, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЦИРКУЛЯЦИИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, В КОТОРУЮ ВХОДИТ КОМПРЕССОР Российский патент 2015 года по МПК F04C29/00 F04C18/02 F04C27/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к компрессору, в частности к уплотнительному узлу компрессора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В этом разделе содержится вспомогательная информация, касающаяся настоящего изобретения и необязательно представляющая собой известный уровень техники.

Теплонасосные системы и другие системы циркуляции рабочей среды содержат контур циркуляции, имеющий наружный теплообменник, камерный теплообменник, расширительное устройство, находящееся между камерным и наружным теплообменниками, и компрессор, обеспечивающий циркуляцию рабочей среды (например, хладагента или двуокиси углерода) между камерным и наружным теплообменниками. Чтобы теплонасосная система, в которой установлен компрессор, была способна по требованию эффективно обеспечивать охлаждающий и/или тепловой эффект, желательна эффективная и надежная работа компрессора.

Из публикации US 5156539 известен компрессор, содержащий корпус, определяющий несколько областей давления и спиральные элементы, расположенные внутри корпуса и взаимодействующие друг с другом, а также уплотнительный узел, выполненный непроницаемо для текучей среды и содержащий три уплотняющих элемента.

Из публикации US 2002026806 известно устройство охлаждения, содержащее компрессор, теплообменники и клапан.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В этом разделе кратко изложена сущность изобретения, при этом он не является подробным раскрытием всего объема или всех признаков изобретения.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективной и надежной работы компрессора. Данная задача достигается совокупностью признаков формулы изобретения.

В настоящем изобретении предложен компрессор, который может иметь корпус, первый и второй спиральные элементы и уплотнительный узел. В корпусе может иметься первая область давления и вторая область давления. В корпусе может помещаться первый спиральный элемент, который может иметь первую концевую пластину и первую спиральную намотку. Первая концевая пластина может ограничивать камеру смещения и нагнетательный канал, сообщающийся со второй областью давления. Второй спиральный элемент может иметь вторую концевую пластину и вторую спиральную намотку. Вторая спиральная намотка может входить в зацепление с первой спиральной намоткой с образованием между ними камеры сжатия.

Уплотнительный узел может окружать нагнетательный канал и непроницаемо для текучей среды изолировать камеру смещения от первой и второй областей давления. Уплотнительный узел может окружать нагнетательный канал и непроницаемо для текучей среды изолировать первую и вторую области давления друг от друга. В камере смещения содержится текучая среда, смещающая первый спиральный элемент в сторону второго спирального элемента. Уплотнительный узел может содержать первый уплотняющий элемент и второй уплотняющий элемент. Первый уплотняющий элемент может препятствовать сообщению между камерой смещения и второй областью давления, когда первое давление текучей среды во второй области давления превышает второе давление текучей среды в камере смещения. Первый уплотняющий элемент может находиться в плотном контакте с первым спиральным элементом, когда первое давление текучей среды превышает второе давление текучей среды. Первый уплотняющий элемент и первый спиральный элемент могут создавать путь утечки между ними, когда первое давление текучей среды является более низким, чем второе давление текучей среды. Второй уплотняющий элемент может непроницаемо для текучей среды изолировать камеру смещения и вторую область давления, когда первое давление текучей среды является более низким, чем второе давление текучей среды.

Во время работы компрессора в установившемся режиме первая и вторая области давления могут находиться под давлением всасывания и нагнетания, соответственно.

Во время работы компрессора в установившемся режиме камера смещения может находиться под промежуточным давлением между давлением всасывания и нагнетания.

Второй уплотняющий элемент может допускать сообщение между камерой смещения и второй областью давления, когда давление текучей среды в камере смещения на заданную величину превышает давление во второй области давления.

Компрессор может дополнительно содержать кольцевой элемент, прикрепленный к первому уплотняющему элементу и ограничивающий камеру смещения, при этом кольцевой элемент имеет кольцевую канавку, в которую по меньшей мере частично входит второй уплотняющий элемент.

Второй уплотняющий элемент может иметь уплотнительное кольцо с линейным поперечным сечением.

Второй уплотняющий элемент может иметь многоугольное поперечное сечение.

Второй уплотняющий элемент может иметь прямоугольное поперечное сечение.

Второй уплотняющий элемент может быть выполнен из гидрогенизированного нитрилбутадиенового каучука.

Компрессор может дополнительно содержать клапанный механизм, сообщающийся с камерой смещения и выполненный с возможностью перемещения между первым положением, ограничивающим сообщение между камерой смещения и первой областью давления, и вторым положением, допускающим сообщение между камерой смещения и первой областью давления.

Клапанный механизм может перемещаться из первого положения во второе положение вследствие перепада давления текучей среды между первой областью давления и камерой смещения, достигающего заданной величины.

В настоящем изобретении также предложена система, содержащая компрессор, первый и второй теплообменники и реверсивный клапан, при этом компрессор выполнен с возможностью обеспечения циркуляции рабочей среды между первым и вторым теплообменниками, реверсивный клапан выполнен с возможностью регулирования направления потока текучей среды между первым и вторым теплообменниками, при переключении направления потока текучей среды первое давление текучей среды во второй области давления становится ниже, чем третье давление текучей среды в камере смещения, и открывается путь утечки через первый уплотняющий элемент.

В настоящем изобретении также предложен способ, в котором может быть использована система циркуляции текучей среды, имеющая компрессор, внутренний теплообменник и наружный теплообменник. Компрессор может иметь первую и вторую области давления, первый спиральный элемент и второй спиральный элемент, входящий в зацепление с первым спиральным элементом. Первый спиральный элемент может ограничивать камеру для текучей среды и нагнетательный канал, сообщающийся со второй областью давления. Может быть предусмотрен уплотнительный узел, который гложет по меньшей мере частично ограничивать камеру для текучей среды и содержать первый и второй уплотняющие элементы. Вторая область давления может быть непроницаемо для текучей среды изолирована от камеры для текучей среды с помощью первого уплотняющего элемента, когда компрессор работает в установившемся режиме. Компрессор также может работать в неустановившемся режиме, в котором давление текучей среды во второй области давления является более низким, чем давление текучей среды в первой области давления. Когда компрессор работает в неустановившемся режиме, вокруг первого уплотняющего элемента может быть предусмотрен путь утечки. Когда компрессор работает в неустановившемся режиме, вторая область давления может быть непроницаемо для текучей среды изолирована от камеры для текучей среды с помощью второго уплотняющего элемента.

Компрессор может работать в неустановившемся режиме после по меньшей мере запуска компрессора или изменения направления потока текучей среды через систему циркуляции текучей среды.

Изменение направления потока текучей среды может включать переключение системы циркуляции текучей среды между режимом нагрева и режимом охлаждения.

В способе также может быть предусмотрена подача в камеру для текучей среды частично сжатой текучей среды, которая смещает первый спиральный элемент по оси в сторону второго спирального элемента.

Уплотнительный узел может содержать кольцевую уплотнительную пластину с канавкой, а второй уплотняющий элемент содержит кольцевое уплотнение, которое входит в канавку.

Второй уплотняющий элемент может быть выполнен из гидрогенизированного нитрилбутадиенового каучука.

Способ может дополнительно предусматривать использование клапанного механизма, сообщающегося с камерой для текучей среды, и перемещение клапанного механизма между первым положением, ограничивающим сообщение между камерой для текучей среды и первой областью давления, и вторым положением, допускающим сообщение между камерой для текучей среды и первой областью давления.

Клапанный механизм может перемещаться из первого положения во второе положение вследствие перепада давления текучей среды между первой областью давления и камерой для текучей среды, достигающего заданной величины.

Дополнительные области применения станут ясны из приведенного описания. Описание и конкретные примеры имеют целью лишь проиллюстрировать настоящее изобретение, а не ограничить его объем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Приведенные чертежи имеют целью лишь проиллюстрировать выбранные варианты осуществления, а не все возможные реализации, и не имеют целью ограничить объем настоящего изобретения.

На Фиг. 1 схематично показана система циркуляции текучей среды, содержащая компрессор в соответствии с настоящим изобретением,

на Фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе показанного на Фиг. 1 компрессора, имеющего уплотнительный узел в соответствии с настоящим изобретением,

на Фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе показанного на Фиг. 2 уплотнительного узла,

на Фиг. 4 показан местный вид в поперечном разрезе показанного на Фиг. 2 уплотнительного узла,

на Фиг. 5 показан местный вид в поперечном разрезе другого уплотнительного узла в соответствии с настоящим изобретением,

на Фиг. 6 показан местный вид в поперечном разрезе неорбитальной спирали и уплотнительного узла в соответствии с настоящим изобретением,

на Фиг. 7 показан местный вид в поперечном разрезе другой неорбитальной спирали и уплотнительного узла в соответствии с настоящим изобретением, и

на Фиг. 8 показан местный вид в поперечном разрезе другой неорбитальной спирали и уплотнительного узла в соответствии с настоящим изобретением.

На различных фигурах чертежей одинаковые элементы обозначены одинаковыми цифровыми позициями.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее со ссылкой на сопровождающие чертежи будут более полно описаны варианты осуществления настоящего изобретения.

Варианты осуществления изобретения приведены с тем, чтобы описание являлось всесторонним и полностью раскрывало объем изобретения для специалистов в данной области техники. С целью обеспечить всестороннее понимание вариантов осуществления настоящего изобретения в описании приведено множество конкретных подробностей, таких как примеры конкретных компонентов, устройств и способов. Специалисты в данной области техники поймут, что примеры осуществления могут быть воплощены во множестве различных форм и не должны считаться ограничивающими объем изобретения. В некоторых вариантах осуществления изобретения опущено подробное описание хорошо известных процессов, конструкций устройств и технологий.

Используемая в описании терминология имеет целью описание лишь частных вариантов осуществления изобретения, а не ограничение изобретения. Подразумевается, что используемые в описании формы единственного числа включают также формы множественного числа, если из контекста ясно не следует иное. Термины “содержит” “содержащий”, “включающий” и “имеющий” являются инклюзивными и, соответственно, означают присутствие указанных признаков, чисел, шагов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают присутствие или добавление одного или нескольких других признаков, чисел, шагов, операций, элементов, компонентов и/или их групп. Описанные стадии, процессы и операции способа не должны считаться обязательно требующими их выполнения в конкретном рассмотренном или проиллюстрированном порядке, если такой порядок выполнения конкретно не указан. Также подразумевается, что могут быть предусмотрены дополнительные или альтернативные стадии.

Когда указано, что элемент или слой находится “на”, “контактирует с”, “соединен с” или “связан с” другим элементом или слоем, он находится непосредственно на, контактировать, быть соединенным и/или связанным с другим элементом или слоем, или могут быть предусмотрены промежуточные элементы или слои. В отличие от этого, когда указано, что элемент или слой находится “непосредственно на”, “непосредственно контактирует с”, “непосредственно соединен с” или “непосредственно связан с” другим элементом или слоем, промежуточные элементы или слои отсутствуют. Другие термины, используемые для описания взаимосвязи между элементами, должны интерпретироваться аналогичным образом (например, “между' и “непосредственно между”, “примыкающий” и “непосредственно примыкающий” и т.д.). Используемый в описании термин “и/или” включает всевозможные сочетания одного или нескольких из соответствующих перечисленных элементов.

Хотя для описания различных элементов, компонентов, областей, слоев и/или участков могут использоваться термины первый, второй, третий и т.д., эти элементы, компоненты, области, слои и/или участки не следует ограничивать этими терминами. Эти термины могут использоваться лишь для того, чтобы отличать один элемент, компонент, область, слой и/или участок от другого элемента, компонента, области, слоя и/или участка. Такие термины, как “первый”, “второй” и другие цифровые обозначения, используемые в описании, не подразумевают какой-либо последовательности или порядка, если это ясно не следует из контекста. Соответственно, рассмотренный далее первый элемент, компонент, область, слой или участок может именоваться вторым элементом, компонентом, областью, слоем и/или участком в пределах идей примеров осуществления.

Указывающие на пространственное расположение термины, такие как “внутренний”, “наружный”, “внизу”, “под”, “нижний”, “над”, “верхний” и т.п., могут использоваться для удобства при описании взаимосвязи одного элемента или признака с другим элементом(-ами) или признаком(-ами), как показано на чертежах. Указывающие на пространственное расположение термины могут обозначать различные ориентации устройства в процессе применения или работы в дополнение к ориентации, показанной на чертежах. Например, если устройство показано на чертежах перевернутым, элементы, обозначенные как находящиеся “под” или “внизу” других элементов или признаков, будут находиться “над” другими элементами или признаками. Соответственно, термином “под” может обозначаться положение как над, так и под. Устройство может быть ориентировано иначе (повернуто под углом 90 градусов, или иметь другие ориентации), при этом используемые в описании указывающие на пространственное расположение термины интерпретируются соответствующим образом.

Как показано на Фиг. 1-5, предложенная система циркуляции текучей среды, такая как теплонасосная система 10, может содержать внутренний блок 12 и наружный блок 14. Теплонасосная система 10 выполнена с возможностью обеспечения циркуляции рабочей среды, такой как хладагент или двуокись углерода между внутренним и наружным блоками 12, 14 с целью нагрева или охлаждения пространства по требованию.

Внутренний блок 12 может содержать первый кожух 16, в котором помещен внутренний змеевик или теплообменник 18, внутренний вентилятор 20 с регулируемой скоростью, электродвигатель 22, приводящий в движение внутренний вентилятор 20, и расширительное устройство 23. Внутренний вентилятор 20 нагнетает воздух через внутрений теплообменник 18 с целью облегчения теплообмена между окружающим воздухом и рабочей средой, протекающей через внутренний теплообменник 18.

Наружный блок 14 может содержать второй кожух 24, в котором помещен компрессор 26, наружный змеевик или теплообменник 28, наружный вентилятор 30 с регулируемой скоростью, электродвигатель 32, приводящий в движение наружный вентилятор 30, и реверсивный клапан 34. Наружный вентилятор 30 нагнетает окружающий воздух через наружный теплообменник 28 с целью облегчения теплообмена между окружающим воздухом и рабочей средой, протекающей через наружный теплообменник 28. Между компрессором 26 и внутренним и наружным теплообменниками 18, 28 может находиться реверсивный клапан 34, который может регулировать направление потока текучей среды через теплонасосную систему 10.

Компрессор 26 выполнен в жидкостном соединении с внутренним и наружным теплообменниками 18, 28 и обеспечивает циркуляцию рабочей среды между ними. Компрессор 26 может содержать герметичный корпус 36 в сборе, первый корпус 38 подшипника в сборе, двигатель 40 в сборе, механизм 42 сжатия, уплотнительный узел 44, нагнетательный штуцер 46, нагнетательный клапан 48 в сборе, всасывающий впускной штуцер 50 и второй корпус 52 подшипника в сборе.

Корпус 36 в сборе может образовывать корпус компрессора и может содержать цилиндрический корпус 54, торцевую крышку 56 на его верхнем конце, проходящую в поперечном направлении перегородку 58 и основание 60 на его нижнем конце. Торцевая крышка 56 и перегородка 58 могут ограничивать камеру 62 нагнетания. Перегородка 58 может изолировать камеру 62 нагнетания от всасывающей камеры 63. Перегородка 58 может иметь кольцо 64 для компенсации износа и проходящий через него нагнетательный канал 65, обеспечивающий сообщение между механизмом 42 сжатия и нагнетательной камерой 62. С корпусом 36 в сборе посредством отверстия 66 в торцевой крышке 56 может быть соединен нагнетательный штуцер 46. В нагнетательном штуцере 46 может находиться нагнетательный клапан 48 в сборе, который может в целом предотвращать режим обратного потока. С корпусом 36 в сборе посредством отверстия 68 может быть соединен всасывающий впускной штуцер 50.

Первый корпус 38 подшипника в сборе может быть зафиксирован относительно корпуса 54 и может содержать корпус 70 главного подшипника, первый подшипник 72, направляющие или распорные втулки 74 и узлы 76 крепления. В корпусе 70 главного подшипника может быть помещен первый подшипник 72, а осевая торцевая поверхность корпуса 70 может образовывать плоскую кольцевую упорную несущую поверхность 78. Корпус 70 главного подшипника может иметь проходящие через него отверстия 80, в которые входят узлы 76 крепления.

Двигатель 40 в сборе может содержать статор 82, ротор 84 и ведущий вал 86. Статор 82 может быть запрессован в корпус 54. Ротор 84 может быть установлен с натягом на ведущем валу 86 и может передавать крутящий момент ведущему валу 86. Ведущий вал 86 может быть с возможностью вращения установлен в первом и втором корпусах 38, 52 подшипника в сборе. Ведущий вал 86 может иметь эксцентриковую шейку 88 вала с плоским срезом 90.

Механизм 42 сжатия может иметь орбитальную спираль 92 и неорбитальную спираль 94. Орбитальная спираль 92 может иметь концевую пластину 96 со спиральной намоткой 98 на ее верхней поверхности и плоской кольцевой упорной поверхностью 100 на нижней поверхности. Упорная поверхность 100 может быть сопряжена с плоской кольцевой упорной несущей поверхностью 78 на корпусе 70 главного подшипника. Из упорной поверхности 100 может выступать вниз цилиндрическая ступица 102, которая может иметь находящийся внутри нее вкладыш 104. Вкладыш 104 может иметь внутренний канал 105, в котором с возможностью передачи приводного усилия помещена шейка 88 вала. Плоский срез 90 шейки вала может с возможностью передачи приводного усилия контактировать с плоской поверхностью на участке внутреннего канала 105 и обеспечивать податливое в радиальном направлении приводное устройство. С орбитальной и неорбитальной спиралями 92, 94 может входить в контакт крестовая муфта 106, предотвращающая вращение их относительно друг друга.

Неорбитальная спираль 94 может иметь концевую пластину 108 и спиральную намотку 110, выступающую вниз из концевой пластины 108. Спиральная намотка 110 может входить в зацепление со спиральной намоткой 98 орбитальной спирали 92 с образованием ряда подвижных карманов с текучей средой. Карманы с текучей средой, образованные спиральными намотками 98, 110, могут уменьшаться в объеме по мере перемещения из наружного по радиусу положения (под давлением всасывания) через промежуточное по радиусу положение (под промежуточным давлением) во внутреннее по радиусу положение (под давлением нагнетания) на протяжении цикла сжатия механизма 42 сжатия.

Концевая пластина 108 может иметь нагнетательный канал 112, нагнетательную канавку 114, промежуточный канал 116 и кольцевую канавку 118. Нагнетательный канал 112 сообщается с одним из карманов с текучей средой, который находится во внутреннем по радиусу положении, и позволяет сжатой рабочей среде (под давлением нагнетания) протекать через нагнетательную канавку 114 и поступать в нагнетательную камеру 62. Промежуточный канал 116 может обеспечивать сообщение между одним из карманов с текучей средой, который находится в промежуточном по радиусу положении, и кольцевой канавкой 118. Кольцевая канавка 118 может окружать нагнетательную канавку 114 и может являться преимущественно концентрической с ней. Кольцевая канавка 118 может иметь внутреннюю поверхность 119 и наружную поверхность 121.

В кольцевую канавку 118 может по меньшей мере частично входить уплотнительный узел 44, и она может взаимодействовать с уплотнительным узлом 44 с образованием между ними осевой камеры 120 смещения. В камеру 120 смещения по промежуточному каналу 116 поступает текучая среда из кармана, который находится в промежуточном положении. Перепад давления между текучей средой под промежуточным давлением в камере 120 смещения и текучей средой во всасывающей камере 63 создает результирующее осевое усилие смещения неорбитальной спирали 94 в сторону орбитальной спирали 92. Таким способом обеспечивается принудительный плотный контакт наконечников спиральной намотки 110 неорбитальной спирали 94 с концевой пластиной 96 орбитальной спирали 92 и принудительный плотный контакт концевой пластиной 108 неорбитальной спирали 94 с наконечниками спиральной намотки 98 орбитальной спирали 92.

Уплотнительный узел 44 может иметь кольцевую опорную плиту 122, первый кольцевой уплотняющий элемент 124, второй кольцевой уплотняющий элемент 126 и третий кольцевой уплотняющий элемент 128. Кольцевая опорная плита 122 может иметь множество проходящих по оси выступов 130 и кольцевую канавку 132. Кольцевая канавка 132 может иметь, по существу, например, прямоугольное или трапециевидное поперечное сечение, и в нее может входить третий кольцевой уплотняющий элемент 128. Первый кольцевой уплотняющий элемент 124 может иметь множество отверстий 134 и кромку 136, которая плотно контактирует с кольцом 64 для компенсации износа. Второй кольцевой уплотняющий элемент 126 может иметь множество отверстий 138, проходящую, по существу, вверх внутреннюю часть 140 и проходящую, по существу, наружу и вниз наружную часть 142. Внутренняя часть 140 может плотно контактировать с внутренней поверхностью 119 кольцевой канавки 118, а наружная часть 142 может плотно контактировать с наружной поверхностью 121 кольцевой канавки 118.

Каждый из множества проходящих по оси выступов 130 кольцевой опорной плиты 122 входит в соответствующее одно из отверстий 134 в первом кольцевом уплотняющем элементе 124 и в соответствующее одно из отверстий 138 во втором кольцевом уплотняющем элементе 126. Концы 144 выступов 130 могут быть обжаты или иначе деформированы с целью крепления первого и второго кольцевых уплотняющих элементов 124, 126 к кольцевой опорной плите 122. В некоторых вариантах осуществления изобретения могут быть применены дополнительные или альтернативные средства крепления первого кольцевого уплотняющего элемента 124 к кольцевой опорной плите 122, такие как, например, резьбовые соединения и/или сварка.

Третий кольцевой уплотняющий элемент 128 может иметь уплотнительное кольцо или другое уплотнение и может плотно контактировать с внутренней поверхностью 119 кольцевой канавки 118 и с кольцевой канавкой 132 в кольцевой опорной плите 122. Третий кольцевой уплотняющий элемент 128 может быть выполнен, например, из гидрогенизированного нитрилбутадиенового каучука или любого другого применимого эластомера или полимера. В некоторых вариантах осуществления изобретения третий кольцевой уплотняющий элемент 128 может иметь преимущественно круглое поперечное сечение (Фиг. 4). В других вариантах осуществления изобретения третий кольцевой уплотняющий элемент 128 может иметь преимущественно квадратное, прямоугольное или другое многоугольное поперечное сечение (Фиг. 5). В других вариантах осуществления изобретения третий кольцевой уплотняющий элемент 128 может иметь, например, D-образное поперечное сечение или поперечное сечение любой другой применимой формы.

В некоторых вариантах осуществления изобретения третий кольцевой уплотняющий элемент 128 может иметь наружный диаметр около 34-35 мм, внутренний диаметр около 31-32 мм и может иметь толщину около 1-2 мм. В других вариантах осуществления изобретения третий кольцевой уплотняющий элемент 128 может иметь отличающуюся от указанных выше толщину, внутренний диаметр и/или наружный диаметр в соответствии с заданным применением.

Плотный контакт между третьим кольцевым уплотняющим элементом 128 и внутренней поверхностью 119 кольцевой канавки 118 и между кольцевой канавкой 132 и третьим кольцевым уплотняющим элемент 128 может являться достаточно прочным, чтобы сохранять целостность вплоть до заданного порогового перепада давления на третьем кольцевом уплотняющем элементе 128 и допускать утечку через третий кольцевой уплотняющий элемент 128 при большем перепаде давления, чем заданный пороговый перепад давления. Например, третий кольцевой уплотняющий элемент 128 может быть выполнен с возможностью того, чтобы допускать утечку жидкого хладагента из камеры 120 смещения после запуска компрессора.

Далее со ссылкой на Фиг. 1-5 будет подробно описана работа теплонасосной системы 10. Как описано выше, теплонасосная система 10 выполнена с возможностью обеспечения циркуляции рабочей среды между внутренним и наружным блоками 12, 14 с целью нагрева или охлаждения пространства по требованию. Направление потока текучей среды между компрессором 26 и внутренним и наружным теплообменниками 18, 28 может регулировать реверсивный клапан 34. При первом направлении потока текучей среды теплонасосная система 10 может работать в режиме охлаждения, в котором рабочая среда протекает в направлении, указанном на Фиг. 1 стрелкой “охлаждение”. В режиме охлаждения сжатая рабочая среда может поступать из компрессора 26 в наружный теплообменник 28, в котором от рабочей среды отводится тепло в окружающий воздух. Из наружного теплообменника 28 рабочая среда через расширительное устройство 23 может поступать во внутренний теплообменник 18, в котором рабочая среда поглощает тепло из окружающего воздуха. Затем рабочая среда может поступать из внутреннего теплообменника 18 обратно в компрессор 26. В режиме охлаждения внутренний теплообменник 18 может действовать как испаритель, а наружный теплообменник 28 может действовать как конденсатор.

При втором направлении потока текучей среды теплонасосная система 10 может работать в режиме нагрева, в котором рабочая среда протекает в направлении, указанном на Фиг. 1 стрелой “нагрев”. В режиме нагрева сжатая рабочая среда может поступать из компрессора 26 во внутренний теплообменник 18, в котором от рабочей среды отводится тепло в окружающий воздух. Из внутреннего теплообменника 28 рабочая среда через расширительное устройство 23 может поступать в наружный теплообменник 18, в котором рабочая среда поглощает тепло из окружающего воздуха. Затем рабочая среда может поступать из наружного теплообменника 28 обратно в компрессор 26. В режиме нагрева внутренний теплообменник 18 может действовать как конденсатор, а наружный теплообменник 28 может действовать как испаритель.

Во время работы теплонасосной системы 10 в режиме нагрева на змеевике наружного теплообменника 28 может накапливаться иней и/или лед, который может затруднять теплообмен между рабочей среды внутри него и воздухом, окружающим наружный теплообменник 28. Для удаления инея и/или льда блок управления системой (не показан) может инициировать режим оттаивания, в котором теплонасосная система 10 временно переключается из режима нагрева в режим охлаждения, при этом через наружный теплообменник 28 протекает горячая рабочая среда, в результате чего иней и/или лед тает. После того, как лед растает, блок управления может переключить работу теплонасосной системы 10 обратно в режим нагрева.

Аналогичным образом во время работы теплонасосной системы 10 в режиме охлаждения на внутреннем теплообменнике 18 может накапливаться иней и/или лед. Блок управления может инициировать режим оттаивания путем переключения теплонасосной системы 10 в режим нагрева, при этом через внутренний теплообменник 18 протекает горячая рабочая среда, в результате чего иней и/или лед тает.

Во время работы теплонасосной системы 10 в установившемся или нормальном режиме работы или в режиме нагрева или охлаждения текучая среда в нагнетательной камере 62 может находиться под давлением нагнетания, а текучая среда во всасывающей камере 63 может находиться под давлением всасывания. Текучая среда внутри камеры 120 смещения может находиться под промежуточным давлением, более низким, чем давление нагнетания, и более высоким, чем давление всасывания.

Перепад давления между камерой 120 смещения и всасывающей камерой 63 может вытеснять наружную часть 142 второго кольцевого уплотняющего элемента 126 наружу и вверх, в результате чего она входит в плотный контакт с наружной поверхностью 121 кольцевой канавки 118. Перепад давления между нагнетательной камерой 62 (нагнетательной канавкой 114) и камерой 120 смещения вытесняет внутреннюю часть 140 второго кольцевого уплотняющего элемента 126 в радиальном направлении внутрь, в результате чего она входит в плотный контакт с внутренней поверхностью 119 кольцевой канавки 118. Таким способом второй кольцевой уплотняющий элемент 126 может непроницаемо для текучей среды изолировать камеру 120 смещения от нагнетательной камеры 62 и всасывающей камеры 63. Как описано выше, перепад давления между камерой 120 смещения и всасывающей камерой 63 вытесняет уплотнительный узел 44 вверх, в результате чего кромка 136 первого кольцевого уплотняющего элемента 124 может плотно контактировать с кольцом 64 для компенсации износа и непроницаемо для текучей среды изолировать нагнетательную камеру 62 от всасывающей камеры 63.

Переключение теплонасосной системы 10 между режимами нагрева и охлаждения с целью оттаивания теплонасосной системы 10 может вызывать временную потерю давления в нагнетательной камере 62 и/или временное повышение давления во всасывающей камере 63, когда теплонасосная система 10 переключается между режимами нагрева и охлаждения. Такие изменения давления могут вызывать состояние преимущественно равновесного давления, когда давление текучей среды в нагнетательной камере 62 и во всасывающей камере 63 может быть одинаковым или почти одинаковым и более низким, чем давление текучей среды в камере 120 смещения.

В результате недостаточного давления текучей среды в нагнетательной камере 62 между внутренней частью 140 второго кольцевого уплотняющего элемента 126 и внутренней поверхностью 119 кольцевой канавки 118 может формироваться путь утечки. Поскольку плотный контакт третьего кольцевого уплотняющего элемента 128 с кольцевой канавкой 132 и внутренней поверхностью 119 кольцевой канавки 118 не зависит от перепада давления, поступление текучей среды из камеры 120 смещения в нагнетательную камеру 62 предотвращается при условии, что перепад давления между ними является меньшим, чем заданный порог. Поскольку камера 120 смещения остается уплотненной даже в течение переходного периода непосредственно после переключения между режимами нагрева и охлаждения, поддерживается перепад давления между камерой 120 смещения и всасывающей камерой 63. Как описано выше, этот перепад давления создает результирующее осевое усилие смещения неорбитальной спирали 94, и обеспечивается плотный контакт спиральных намоток 110, 98 с соответствующими концевыми пластинами 96, 108. За счет поддержания достаточно большого усилия смещения неорбитальной спирали 94 предотвращается непреднамеренное разъединение по оси орбитальной и неорбитальной спиралей 92, 94 во время запуска компрессора и/или переходного периода после переключения между режимами нагрева и охлаждения и тем самым исключается нежелательный шум вследствие вибрации между орбитальной и неорбитальной спиралями 92, 94.

На Фиг. 6 показаны другая неорбитальная спираль 294 и уплотнительный узел 244. Неорбитальная спираль 294 и уплотнительный узел 244 могут быть встроены в компрессор 26. Неорбитальная спираль 294 и уплотнительный узел 244 могут иметь преимущественно такую же конструкцию и такую же функцию, как и описанные выше неорбитальная спираль 94 и уплотнительный узел 44, не считая любых указанных далее исключений. Аналогично неорбитальной спирали 94 компрессора 26 неорбитальная спираль 294 может иметь концевую пластину 308 с нагнетательной канавкой 314 и кольцевой канавкой 318. В нагнетательной канавке 314 может быть помещен нагнетательный клапан 248, который может сообщаться с нагнетательным каналом 312. Между наружной периферийной поверхностью 325 и кольцевой канавкой 318А может в радиальном направлении проходить канал 323. В канавку 318 может по меньшей мере частично входить уплотнительный узел 244 с образованием между ними камеры 320 смещения.

Клапан 327 в сборе может входить в контакт с радиальным каналом 323 и может регулировать сообщение между камерой 320 смещения и всасывающей камерой 63. Клапан 327 в сборе может иметь корпус 329, клапанный механизм 331 и смещающий элемент 333. Корпус 329 клапана может иметь проходящий через него канал 335. Канал 335 может иметь первую часть 337 и вторую часть 339. Клапанный механизм 331 и смещающий элемент 333 могут находиться во второй части 339, в результате чего смещающий элемент 333 смещает клапанный механизм 331 в сторону клапанного седла 341, расположенного между первой и второй частями 337, 339.

Клапанный механизм 331 может иметь одно или несколько отверстий 343, сообщающихся со второй частью 339 и избирательно сообщающихся с первой частью 337. Клапанный механизм 331 может перемещаться между открытым положением и закрытым положением. В открытом положении клапанный механизм 331 может отстоять от клапанного седла 341, позволяя текучей средой протекать через одно или несколько отверстий 343 в клапанном механизме 331 и по каналу 335 из камеры 320 смещения во всасывающую камеру 63. В закрытом положении смещающий элемент 333 может принуждать клапанный механизм 331 входить в контакт с клапанным седлом 341, чтобы блокировать или ограничивать поток текучей среды по каналу 335 между камерой 320 смещения и всасывающей камерой 63.

Давление текучей среды в камере 320 смещения может резко повышаться во время запуска компрессора 26 (т.е. запуска в состоянии переполнения) и/или при переключении теплонасосной системы 10 в режим оттаивания или из режима оттаивания. Когда давление текучей среды в камере 320 смещения повышается относительно давления текучей среды во всасывающей камере 63, в результате чего перепад давления между ними достигает заданной величины, давление текучей среды в камере 320 смещения может преодолевать смещающее усилие смещающего элемента 333 и заставлять клапанный механизм 331 переходить в открытое положение, в котором часть текучей среды в камере 320 смещения выпускается во всасывающую камеру 63.

В других вариантах осуществления изобретения корпус 329 клапана, клапанный механизм 331 и/или смещающий элемент 333 могут быть сконструированы и/или выполнены любым другим применимым способом. В некоторых вариантах осуществления изобретения клапаном 327 в сборе может являться, например, электромагнитный клапан или любое другое электромеханическое устройство.

На Фиг. 7 показаны другие неорбитальная спираль 494 и уплотнительный узел 444. Неорбитальная спираль 494 и уплотнительный узел 444 могут быть встроены в компрессор 26. Неорбитальная спираль 494 и уплотнительный узел 444 могут иметь преимущественно такую же конструкцию и такую же функцию, как и описанные выше неорбитальная спираль 94 и уплотнительный узел 44, не считая любых указанных далее исключений. В контакт с центральной ступицей 495 неорбитальной спирали 494 могут входить узел 445 модуляции расхода и уплотнительный узел 444. Узел 445 модуляции расхода и уплотнительный узел 444 могут взаимодействовать с образованием между ними камеры 520 смещения. Узел 445 модуляции расхода может содержать клапанное кольцо 451, подъемное кольцо 453, стопорное кольцо 455 и уплотнительный элемент 457, входящий в контакт со стопорным кольцом 455 и центральной ступицей 495. Клапанное кольцо 451 может перемещаться в осевом направлении, избирательно открывая и перекрывая путь утечки (не показан), по которому частично сжатая текучая среда может выпускаться во всасывающую камеру 63 и тем самым модулировать пропускную способность компрессора 26.

Клапанное кольцо 451 может иметь проходящий через него радиальный канал 523 между всасывающей камерой 63 и камерой 520 смещения. Клапан 527 в сборе может входить в контакт с каналом 523 и регулировать сообщение между камерой 520 смещения и всасывающей камерой 63. Поскольку клапан 527 в сборе может иметь преимущественно такую же конструкцию и такую же функцию, как и описанный выше клапан 327 в сборе, он не будет еще раз подробно описан. В нескольких словах, клапан в сборе 527 может иметь клапанный механизм 531 и смещающий элемент 533, помещающийся в корпусе 529 клапана. Клапанный механизм 531 может перемещаться между открытым и закрытым положениями. В закрытом положении клапанный механизм 531 может блокировать или ограничивать поток текучей среды по каналу 535 в корпусе 529 клапана между камерой 520 смещения и всасывающей камерой 63. В открытом положении клапанный механизм 531 может пропускать поток текучей среды по каналу 535 из камеры 520 смещения во всасывающую камеру 63 вследствие перепада давления между ними, достигшего заданной величины, при запуске компрессора 26 и/или, например, переключении теплонасосной системы 10 в режим оттаивания или из режима оттаивания.

На Фиг. 8 показаны другие неорбитальная спираль 694 и уплотнительный узел 644. Неорбитальная спираль 694 и уплотнительный узел 644 могут быть встроены в компрессор 26. Неорбитальная спираль 694 и уплотнительный узел 644 могут иметь преимущественно такую же конструкцию и такую же функцию, как и описанные выше неорбитальная спираль 94 и уплотнительный узел 44, не считая любых указанных далее исключений. Аналогично неорбитальной спирали 94 неорбитальная спираль 694 может иметь концевую пластину 708 с нагнетательной канавкой 714 и кольцевой канавкой 718. В нагнетательной канавке 714 может помещаться нагнетательный клапан 748, который может сообщаться с нагнетательным каналом 712.

В канавку 718 может по меньшей мере частично входить уплотнительный узел 644 с образованием между ними камеры 720 смещения. Аналогично описанному выше уплотнительному узлу 44 уплотнительный узел 644 может иметь кольцевую опорную плиту 722, первый кольцевой уплотняющий элемент 724, второй кольцевой уплотняющий элемент 726 и третий кольцевой уплотняющий элемент 728. Кольцевая опорная плита 722 может иметь первый канал 730. Первый кольцевой уплотняющий элемент 724 может иметь второй канал 732, который, по существу, лежит на одной прямой с первым каналом 730.

Клапан 727 в сборе может входить в первое и второе отверстия 730, 732. Поскольку клапан 727 в сборе может иметь преимущественно такую же конструкцию и такую же функцию, как и описанный выше клапан 327 в сборе, он не будет еще раз подробно описан. В нескольких словах, клапан 727 в сборе может иметь корпус 729 клапана, клапанный механизм 731 и смещающий элемент 733. Корпус 729 клапана может входить в первое и/или второе отверстия 730, 732, например, посредством резьбы или прессовой посадки. Клапанный механизм 731 может перемещаться относительно корпуса 729 клапана между открытым положением и закрытым положением и регулировать обмен текучей средой между камерой 720 смещения и всасывающей камерой 63. Смещающий элемент 733 может смещать клапанный механизм 731 в сторону закрытого положения.

Клапанный механизм 731 может перемещаться в открытое положение вследствие заданного перепада давления между камерой 720 смещения и всасывающей камерой 63. Например, смещающий элемент 733 может быть выполнен с возможностью допускать перемещение клапанного механизма 731 в открытое положение, когда давление текучей среды в камере 720 смещения превышает давление текучей среды во всасывающей камере 63 на величину около 150 фунтов/кв. дюйм. Такой всплеск или повышение перепада давления текучей среды может происходить во время запуска компрессора 26 (например, запуска в состоянии переполнения) и/или, например, переключении теплонасосной системы 10 в режим оттаивания или из режима оттаивания.

Перемещение клапанного механизма 731 в открытое положение позволяет текучей среде выходить из камеры 720 смещения и поступать во всасывающую камеру 63, пока перепад давления текучей среды между ними не станет меньшим, чем заданный перепад давления, и в этот момент смещающего усилия смещающего элемента 733 может быть достаточно для того, чтобы заставить клапанный механизм 731 вернуться в закрытое положение для ограничения или предотвращения обмена текучей средой между камерой 720 смещения и всасывающей камерой 63.

Хотя описано, что клапан 727 в сборе проходит через уплотнительный узел 644 и имеет корпус 729, клапанный механизм 731 и смещающий элемент 733, в некоторых вариантах осуществления изобретения клапан 727 в сборе может быть иначе выполнен и/или расположен с возможностью обеспечения избирательного обмена текучей средой между камерой 720 смещения и всасывающей камерой 63.

Изложенное выше описание вариантов осуществления изобретения приведено в качестве иллюстрации и не имеет целью исчерпывающее раскрыть изобретение или ограничить его. Отдельные элементы или признаки конкретного варианта осуществления обычно не ограничены этим конкретным вариантом осуществления и, где это применимо, являются взаимозаменяемыми и могут применяться в выбранном варианте осуществления, хотя они конкретно не проиллюстрированы или не описаны. В них также могут быть внесены различные изменения. Такие изменения не считаются отступлением от раскрытия, и подразумевается, что в объем изобретения входят все такие модификации.

Изобретение относится к компрессору, в частности к уплотнительному узлу компрессора. Компрессор имеет корпус, первый и второй спиральные элементы и уплотнительный узел. Корпус ограничивает первую и вторую области давления. Первый спиральный элемент имеет первую концевую пластину, ограничивающую камеру. Уплотнительный узел окружает нагнетательный канал и непроницаемо для текучей среды изолирует первую и вторую области давления друг от друга. Уплотнительный узел имеет первый и второй уплотняющие элементы. Первый уплотняющий элемент предотвращает сообщение между камерой и второй областью давления, когда первое давление текучей среды во второй области давления превышает второе давление текучей среды в камере. Первый уплотняющий элемент создает путь утечки, когда первое давление текучей среды является более низким, чем второе давление текучей среды. Второй уплотняющий элемент непроницаемо для текучей среды изолирует камеру и вторую область давления, когда первое давление текучей среды является более низким, чем второе давление текучей среды. Изобретение направлено на обеспечение эффективной и надежной работы компрессора. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Компрессор, содержащий:
корпус, определяющий первую область давления и вторую область давления,
первый спиральный элемент, расположенный внутри корпуса и имеющий первую концевую пластину и первую спиральную намотку, которая ограничивает нагнетательный канал, сообщающийся со второй областью давления,
второй спиральный элемент, имеющий вторую концевую пластину и вторую спиральную намотку, которая входит в зацепление с первой спиральной намоткой с образованием между ними камеры сжатия, и
уплотнительный узел, ограничивающий камеру смещения, окружающий нагнетательный канал и непроницаемо для текучей среды изолирующий первую и вторую области давления друг от друга, при этом в камере смещения содержится текучая среда, смещающая первый спиральный элемент в сторону второго спирального элемента, уплотнительный узел содержит первый уплотняющий элемент и второй уплотняющий элемент, первый уплотняющий элемент ограничивает сообщение между камерой смещения и второй областью давления, когда первое давление текучей среды во второй области давления превышает второе давление текучей среды в камере смещения, первый уплотняющий элемент находится в плотном контакте с первым спиральным элементом, когда первое давление текучей среды превышает второе давление текучей среды, первый уплотняющий элемент и первый спиральный элемент создают путь утечки между ними, когда первое давление текучей среды является более низким, чем второе давление текучей среды, второй уплотняющий элемент непроницаемо для текучей среды изолирует камеру смещения и вторую область давления, когда первое давление текучей среды является более низким, чем второе давление текучей среды.

2. Компрессор по п. 1, в котором во время работы в установившемся режиме первая и вторая области давления находятся под давлением всасывания и нагнетания, соответственно.

3. Компрессор по п. 2, в котором во время работы в установившемся режиме камера смещения находится под промежуточным давлением между давлением всасывания и нагнетания.

4. Компрессор по п. 1, в котором второй уплотняющий элемент допускает сообщение между камерой смещения и второй областью давления, когда давление текучей среды в камере смещения на заданную величину превышает давление во второй области давления.

5. Компрессор по п. 1, дополнительно содержащий кольцевой элемент, прикрепленный к первому уплотняющему элементу и ограничивающий камеру смещения, при этом кольцевой элемент имеет кольцевую канавку, в которую по меньшей мере частично входит второй уплотняющий элемент.

6. Компрессор по п. 1, в котором второй уплотняющий элемент имеет уплотнительное кольцо с линейным поперечным сечением.

7. Компрессор по п. 6, в котором второй уплотняющий элемент имеет многоугольное поперечное сечение.

8. Компрессор по п. 7, в котором второй уплотняющий элемент имеет прямоугольное поперечное сечение.

9. Компрессор по п. 1, в котором второй уплотняющий элемент выполнен из гидрогенизированного нитрилбутадиенового каучука.

10. Компрессор по п. 1, дополнительно содержащий клапанный механизм, сообщающийся с камерой смещения и выполненный с возможностью перемещения между первым положением, ограничивающим сообщение между камерой смещения и первой областью давления, и вторым положением, допускающим сообщение между камерой смещения и первой областью давления.

11. Компрессор по п. 10, в котором клапанный механизм перемещается из первого положения во второе положение вследствие перепада давления текучей среды между первой областью давления и камерой смещения, достигающего заданной величины.

12. Система, содержащая компрессор, содержащий:
корпус, определяющий первую область давления и вторую область давления, первый спиральный элемент, расположенный внутри корпуса и имеющий первую концевую пластину и первую спиральную намотку, которая ограничивает нагнетательный канал, сообщающийся со второй областью давления,
второй спиральный элемент, имеющий вторую концевую пластину и вторую спиральную намотку, которая входит в зацепление с первой спиральной намоткой с образованием между ними камеры сжатия, и
уплотнительный узел, ограничивающий камеру смещения, окружающий нагнетательный канал и непроницаемо для текучей среды изолирующий первую и вторую области давления друг от друга, при этом в камере смещения содержится текучая среда, смещающая первый спиральный элемент в сторону второго спирального элемента, уплотнительный узел содержит первый уплотняющий элемент и второй уплотняющий элемент, первый уплотняющий элемент ограничивает сообщение между камерой смещения и второй областью давления, когда первое давление текучей среды во второй области давления превышает второе давление текучей среды в камере смещения, первый уплотняющий элемент создает путь утечки между ними, когда первое давление текучей среды является более низким, чем второе давление текучей среды,
второй уплотняющий элемент непроницаемо для текучей среды изолирует камеру смещения и вторую область давления, когда первое давление текучей среды является более низким, чем второе давление текучей среды, и
первый и второй теплообменники и реверсивный клапан, при этом компрессор выполнен с возможностью обеспечения циркуляции рабочей среды между первым и вторым теплообменниками, реверсивный клапан выполнен с возможностью регулирования направления потока текучей среды между первым и вторым теплообменниками, при переключении направления потока текучей среды первое давление текучей среды во второй области давления становится ниже, чем третье давление текучей среды в камере смещения, и открывается путь утечки через первый уплотняющий элемент.

13. Способ, включающий:
использование системы циркуляции текучей среды, в которую входит компрессор, внутренний теплообменник и наружный теплообменник, при этом компрессор имеет первую и вторую области давления, первый спиральный элемент и второй спиральный элемент, входящий в зацепление с первым спиральным элементом, который ограничивает нагнетательный канал, сообщающийся со второй областью давления,
использование уплотнительного узла, ограничивающего камеру для текучей среды и содержащего первый и второй уплотняющие элементы,
изолирование непроницаемо для текучей среды второй области давления от камеры для текучей среды с помощью первого уплотняющего элемента, когда компрессор работает в установившемся режиме,
работу компрессора в неустановившемся режиме, в котором давление текучей среды во второй области давления является меньшим, чем давление текучей среды в первой области давления,
создание пути утечки вокруг первого уплотняющего элемента, когда компрессор работает в неустановившемся режиме, и
изолирование непроницаемо для текучей среды второй области давления от камеры для текучей среды с помощью второго уплотняющего элемента, когда компрессор работает в неустановившемся режиме.

14. Способ по п. 13, в котором компрессор работает в неустановившемся режиме после по меньшей мере запуска компрессора или изменения направления потока текучей среды через систему циркуляции текучей среды.

15. Способ по п. 14, в котором изменение направления потока текучей среды включает переключение системы циркуляции текучей среды между режимом нагрева и режимом охлаждения.

16. Способ по п. 13, дополнительно включающий подачу в камеру для текучей среды частично сжатой текучей среды, которая смещает первый спиральный элемент по оси в сторону второго спирального элемента.

17. Способ по п. 13, в котором уплотнительный узел содержит кольцевую уплотнительную пластину с канавкой, а второй уплотняющий элемент содержит кольцевое уплотнение, которое входит в канавку.

18. Способ по п. 13, в котором второй уплотняющий элемент выполнен из гидрогенизированного нитрилбутадиенового каучука.

19. Способ по п. 13, дополнительно включающий использование клапанного механизма, сообщающегося с камерой для текучей среды, и перемещение клапанного механизма между первым положением, ограничивающим сообщение между камерой для текучей среды и первой областью давления, и вторым положением, допускающим сообщение между камерой для текучей среды и первой областью давления.

20. Способ по п. 19, в котором клапанный механизм перемещается из первого положения во второе положение вследствие перепада давления текучей среды между первой областью давления и камерой для текучей среды, достигающего заданной величины.