專利名稱：幾何形狀可變的擴散器機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種離心式壓縮機，更具體地說是涉及一種用于控制可變容積式渦輪壓縮機的擴散器中的流動的系統(tǒng)。
背景技術：
離心式壓縮機用于需要壓縮流體的各種設備中。例如，所述設備包括渦輪、泵和冷卻器。壓縮機通過使流體流過旋轉葉輪來運行。葉輪作用于流體，以增大流體壓力。因為葉輪的運轉在流動中產生負壓力梯度，所以許多壓縮機設計包括置于葉輪出口處的擴散器，以穩(wěn)定流體流動。
經常需要改變流過壓縮機的流體量或者需要改變由壓縮機所產生的壓差。然而，在流過壓縮機的流體流量減小時，并且還要跨過葉輪維持相同的壓差時，流過壓縮機的流體流動通常變得不穩(wěn)定。一些流體在壓縮機內停止流動，停止流動的流體包開始隨葉輪旋轉。這些停止流動的流體包所帶來的問題是產生噪音、振動并降低壓縮機效率。這種情況通常稱作旋轉失速或初始喘振。如果流體流量繼續(xù)下降，那么流體流動將變得更加不穩(wěn)定，在許多情況下會造成流體流的完全倒流。這種現(xiàn)象通常稱作喘振，其特征是流體在壓縮機內交替地前后波動。除了制造噪音、產生振動和降低壓縮機效率之外，流體喘振也造成壓力峰值，并損害壓縮機。
解決由失速和喘振所產生的問題的方法是改變葉輪出口處的擴散器的幾何形狀。在以低流速操作時，擴散器的幾何形狀變小，以減小葉輪出口處的面積。面積減小就會防止流過葉輪的流體停滯以及最終回流。在流體流率增大時，擴散器的幾何形狀變寬，以給附加流動提供較大的面積。在由壓縮機所產生的壓差改變時，也可以調節(jié)幾何形狀可變的擴散器。在壓差增大時，擴散器的幾何結構變窄，以在葉輪出口處降低面積，從而防止流體停滯和喘振。同樣地，在壓差減小時，擴散器的幾何結構變寬，以在葉輪出口提供較大的面積。
在現(xiàn)有技術中披露了用于改變擴散器幾何形狀的幾種設備。例如，Snell的美國專利US5116197披露了用于可變容積式壓縮機的幾何結構可變擴散器。這種以及類似設備包括可移動驅動環(huán)，可調節(jié)該驅動環(huán)，以改變葉輪出口處的擴散器的幾何形狀。所述驅動環(huán)鄰近擴散器的一個壁設置，并可被移入液體流中，從而為實現(xiàn)低速流動或增大壓差而降低擴散器面積。
在所述驅動環(huán)被置于液體流中時，已知的設備在驅動環(huán)和壁之間有開口，流出葉輪的流體將流入該開口內。在試圖將驅動環(huán)移出液體流中時，必須除去驅動環(huán)和壁之間的流體。由于流體逆著壁的移動而作用，轉移這種流體以因此移動驅動環(huán)需要相當大的力。
由于驅動環(huán)在噴嘴基板上引導(pilot)，在Snell中敘述的設備是非常昂貴的。噴嘴基板包括在其圓柱形外表面上精加工形成的軌道。驅動環(huán)在其內徑上包括相應的球形袋(spherical pocket)。滾珠被安裝在噴嘴基板和驅動環(huán)之間，在軌道和袋內滑動，這種排列將驅動環(huán)的旋轉移動轉換成軸向移動，同時防止了驅動環(huán)和噴嘴基板相脫離。然而，由于必須在驅動環(huán)的內徑和噴嘴基板的外徑之間維持緊公差，這種組件制造成本昂貴。另外，驅動環(huán)上的球形袋必須與噴嘴基板上的軌道匹配。而且，磨損最終會造成更換驅動環(huán)和噴嘴基板。
在Seki等人的美國專利US2002/0014088A1中披露了另一種方法。在這個方法中，置于液體流內的環(huán)受到箱體的支撐。箱體上的三個突起配合到擴散環(huán)的外圓周表面上的凹槽內。軸承可與各個突起一起使用，以抑制箱體和擴散環(huán)之間的摩擦接觸。擴散環(huán)連接到軸上。軸的旋轉導致擴散環(huán)結構經由托架沿圓周方向旋轉。由于突起引導擴散環(huán)沿著凹槽作軸向移動，因此周向移動致使擴散環(huán)作軸向移動。盡管非常有效，但是由于突起必須被精確地置于箱體內，該方法比較昂貴。用于軸旋轉的螺紋軸和馬達也增加了這個組件的成本。
鑒于前面所述，需要提供一種用于可變容積式壓縮機的幾何形狀可變擴散器，其在壓縮機的操作過程中可被容易地打開和關閉。幾何形狀可變擴散器應當制造成本廉價、易于裝配、維修或更換簡單，并響應于控制器的信號或命令提供用于精確位置測定的正確嚙合。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種用于壓縮流體的可變容積式離心式壓縮機的系統(tǒng)。壓縮機包括可旋轉地安裝在殼體內的葉輪。該系統(tǒng)包括鄰近葉輪固定到殼體上的噴嘴基板。該噴嘴基板具有與相對的殼體內表面配合的細長表面，從而形成擴散器間隙或出口流路。噴嘴基板包括多個安裝到噴嘴基板背面上的結構支撐塊。驅動環(huán)安裝到支撐塊上，并可相對支撐塊和噴嘴基板旋轉移動。驅動環(huán)可選擇地在第一位置和第二位置之間移動。擴散環(huán)連接到驅動環(huán)上，并響應于驅動環(huán)的移動而移動。擴散環(huán)在相應于驅動環(huán)的第一位置的縮回位置和相應于驅動環(huán)的第二位置的伸出位置之間移動。在打開或縮回位置，擴散環(huán)縮回到凹槽內，因此，擴散環(huán)的表面與噴嘴基板的表面平齊，擴散器間隙暢通無阻，以容許最大液體流流過該間隙。在閉合或伸出位置，擴散環(huán)向外延伸到擴散環(huán)間隙內，以收縮間隙開口并降低通過其的液體流。擴散環(huán)可被置于其縮回位置和伸出位置之間的任何位置處，以控制流過擴散環(huán)間隙的流體量。
驅動環(huán)包括在其外圓周表面上加工的多個凸輪軌道，各個凸輪軌道的位置與結構支撐塊的位置相應。定位銷裝配到結構支撐塊上，該定位銷帶有裝配于凸輪軌道內的凸輪從動件。作動桿連接到驅動環(huán)上。作動桿可沿軸向移動，借此驅使驅動環(huán)旋轉。隨著驅動環(huán)旋轉，凸輪軌道內的凸輪從動件驅使定位銷沿軸向移動。擴散環(huán)隨著定位銷的移動而在其與驅動環(huán)的第一位置相應的縮回位置和其與驅動環(huán)的第二位置相應的伸出位置之間移動。驅動環(huán)及由此的擴散環(huán)可停止在第一位置(完全縮回位置)和第二位置(完全伸出位置)之間的任何中間位置。
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，可通過本發(fā)明的結構將驅動環(huán)的旋轉移動轉換成軸向移動。響應于控制器所發(fā)出的適當信號，通過可軸向移動地作動桿可以迅速有效地獲得軸向移動。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于本發(fā)明的擴散環(huán)可被置于壓縮機內的任何位置處，只要所述擴散環(huán)能夠延伸到擴散器間隙內并可從擴散器間隙縮回。因為支撐塊承載擴散環(huán)的負載，所以擴散環(huán)可采取任何位置，當然，只要該擴散環(huán)能夠延伸到或者縮入擴散器間隙內。因此，與現(xiàn)有技術中的設備不同，如果需要，擴散環(huán)可被置于擴散器中的更下游處。由于擴散環(huán)不必嚴格地匹配加工，以與噴嘴基板的內徑這樣的結構配合，且該擴散環(huán)沒有支撐在箱體上，并僅僅需要將擴散環(huán)延伸到或縮入擴散器間隙內以控制擴散器間隙內的流體流動，所以，擴散環(huán)公差可寬松一些，以借此降低成本。
本發(fā)明的又一個優(yōu)點是在部件磨損時，不僅擴散環(huán)制造成本低并易于更換，而且用于控制擴散環(huán)移動的機構也可容易廉價地更換。
本發(fā)明的又一個優(yōu)點是用于控制擴散環(huán)的機構包括超程余量，這樣，擴散環(huán)可被迅速地移入完全伸出或縮回位置，而不需考慮到在這些端點處的過量磨損。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是超程容許控制邏輯不受擴散環(huán)的實際位置的影響。相反，控制邏輯只作用于與喘振相關的噪音，將擴散環(huán)完全閉合，直到情況已得到緩和。
通過下文對優(yōu)選實施例的更加詳細的敘述，并結合以示例方式說明本發(fā)明原理的附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點變得更加明顯。


圖1是現(xiàn)有技術中的離心式壓縮機的橫截面視圖，其中，所述離心式壓縮機帶有幾何結構可變的擴散器；圖2是離心式壓縮機中的本發(fā)明的幾何結構可變的擴散器的橫截面視圖；圖3是離心式壓縮機中的本發(fā)明的幾何結構可變的擴散器的橫截面視圖，其中，本發(fā)明的擴散環(huán)處于伸出或閉合位置；圖4離心式壓縮機中的本發(fā)明的幾何結構可變的擴散器的橫截面視圖，其中，本發(fā)明的擴散環(huán)處于縮回或打開位置；圖5是本發(fā)明的定位銷的透視圖；圖6是從本發(fā)明的擴散器環(huán)上方所看到的透視圖；圖7是裝配到本發(fā)明的擴散環(huán)上的定位銷的透視圖；圖8是噴嘴基板正面的透視圖；圖9示出噴嘴基板的背面，其示出裝配到其上的支撐塊；圖10是圖9的放大圖，示出裝配到噴嘴基板的支撐塊；圖11是圖9的放大圖，示出裝配到位于噴嘴基板上的支撐塊上的定位銷；圖12是圖9的側視圖，示出帶有裝配到其上的凸輪從動件的銷；
圖13是本發(fā)明的驅動環(huán)的透視圖；圖14是由噴嘴基板組成的組件的透視圖，其中，驅動環(huán)裝配到該噴嘴基板上，支撐塊連接到該噴嘴基板上；圖15是驅動環(huán)的內圓周表面透視圖，其中，所述驅動環(huán)裝配到帶有徑向軸承組件和軸向軸承組件的支撐塊上，所述徑向軸承組件和軸向軸承組件安裝在支撐塊內；圖16是軸向軸承組件的透視圖；圖17是徑向軸承組件的分解圖；圖18是裝配到驅動環(huán)上的致動器的透視圖；圖19是調節(jié)至驅動環(huán)上的軸向軸承的俯視圖；以及圖20是在帶有凸緣的徑向軸承滾道300內同心鉆出的安裝孔320的透視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是用于離心式壓縮機的幾何結構可變的擴散器機構。圖1示出現(xiàn)有技術中的帶有各種擴散器結構的可變容積式離心式壓縮機?，F(xiàn)有技術中的系統(tǒng)將可移動壁用作置于葉輪出口附近的環(huán)形圈。與往常一樣，所述壁可移動進入擴散器空間，以控制通過擴散器的流體流動。環(huán)形圈置于基板上。環(huán)形圈連接到用于移動壁的復雜支撐結構上，其包括連接到壁上的環(huán)形推環(huán)和銷。驅動環(huán)經由球軸承裝置安裝在基板上。驅動環(huán)推動環(huán)形推環(huán)，所述環(huán)形推環(huán)反過來又移動壁。球軸承裝置在驅動環(huán)內的滾道內以及基板內的傾斜滾道內移動。驅動環(huán)的旋轉移動致使可移動壁軸向移入或移出擴散器空間(diffuser space)，其中，可通過任何適當?shù)臋C構來帶動該驅動環(huán)作旋轉移動。在2000年10月31日授權的美國專利US6139262中披露了這種組件和這種裝置操作的詳細敘述，該專利屬于本發(fā)明的受讓人，在此全部加入以供參考。
圖2是帶有本發(fā)明的幾何形狀可變的擴散器110的離心式壓縮機100的橫截面視圖。如圖2所示，壓縮機100包括殼體或擴散器板120、葉輪124和噴嘴基板126。擴散環(huán)130為本發(fā)明的幾何形狀可變的擴散器110的一部分，被裝配到凹槽132內，該凹槽132機加工形成在噴嘴基板126內。擴散環(huán)130可從凹槽132移動離開，并進入將擴散器板120和噴嘴基板126分離開的擴散器間隙134內。在完全縮回位置，擴散環(huán)130嵌入噴嘴基板126上的凹槽132內，擴散器間隙134處于最大流動狀態(tài)。在完全伸出位置，擴散環(huán)130跨過擴散器間隙134延伸，基本上將該擴散器間隙134關閉。擴散環(huán)130能夠移到完全縮回位置和完全伸出位置之間的任何中間位置處。
流入壓縮機的流體的定向流動受到入口導向葉片的控制，如圖1中的附圖標記26所示，其可繞其軸線以限制方式旋轉，從而控制方向并調節(jié)流過壓縮機的液體流。由于入口導向葉片26的位置在不同的離心式壓縮機中改變不大，被置于葉輪上游，且其位置對于本發(fā)明的操作來說并不是關鍵所在，因此，入口導向葉片26沒有在任何其他附圖中示出。葉片26通過旋轉范圍轉動來改變壓縮機的容積。葉片26通常包括用于確定其相對位置的裝置，如位置傳感器，這樣，能夠確定流過壓縮機的流體流量，并且可用致動器來隨意調節(jié)流量。
在通過入口葉片26之后，流體通常以制冷劑或者以與潤滑劑薄霧混合的制冷劑形式流過葉輪24(圖1)或者葉輪124(圖2)。葉輪124的旋轉作用于流體，因此增大了流體壓力。眾所周知，高壓流體離開葉輪并穿過擴散器間隙134，其最終被導向壓縮機出口。
在壓縮機負載降低時，入口導向葉片26旋轉，以降低流過葉輪124的流體流動。然而，由于跨過葉輪124要維持相同的壓力，因此，流出壓縮機的流體流動可變得不穩(wěn)定，并且會向后流動，從而造成上述的喘振現(xiàn)象。響應于低速流動，為了防止喘振現(xiàn)象，擴散器間隙134被降低，從而減小葉輪出口處的面積并穩(wěn)定流體流動。通過將擴散環(huán)130移入間隙134內來減小其面積，如圖3所示，或者通過將擴散環(huán)130向后移入凹槽132內來增大面積，如圖4中所示的最大流動情況，從而控制擴散器間隙134。
下面將參考附圖詳細敘述本發(fā)明的幾何結構可變的擴散器110的設置和操作。
本發(fā)明的幾何形狀可變的擴散器110包括擴散環(huán)130。擴散環(huán)130連接到定位銷140上?，F(xiàn)參考圖5，定位銷140具有第一端142和第二端144，以與擴散環(huán)130相配合。凸輪從動件小孔146位于定位銷140的第一端142上。用于將定位銷140連接到擴散環(huán)130上的裝置位于定位銷140的第二端144上。在優(yōu)選實施例中，用于連接的裝置至少是一個小孔148，其如圖所示包括一對螺紋孔。
圖6中示出的擴散環(huán)130具有第一表面150、第二相對表面152、延伸在第一表面150和第二表面152之間的內圓周壁154以及延伸在第一表面150和第二表面152之間的外圓周壁156，外圓周壁與內圓周壁154基本同心。擴散環(huán)130具有預定厚度和預定軸向長度，該預定厚度由內圓周壁154和外圓周壁152之間的距離確定，該預定軸向長度由第一表面150和相對的第二表面152之間的距離確定。多個孔158延伸穿過擴散環(huán)130的軸向長度，并在定位銷140和擴散環(huán)130之間形成連接裝置的一部分。如在優(yōu)選實施例中示出，所述多個孔為三對孔158。各對孔158置于擴散環(huán)130上，以與定位銷內的孔148相應。擴散環(huán)130的第二表面152(未在圖5中示出)鄰近定位銷140的表面裝配。如果需要，第二表面152可選擇地包括與孔158相對的沉孔，以接收定位銷140。在圖7中示出，多個定位銷140裝配到擴散環(huán)130上。螺紋緊固件延伸穿過孔158進入定位銷140的孔148，將定位銷140固定到擴散環(huán)上。如圖所示，將定位銷140連接到擴散環(huán)130上的連接裝置包括從孔158延伸穿入孔148的螺紋緊固件。然而，連接裝置并不限于此，其可用任何已知的機械緊固裝置。例如，定位銷第二端144可車有螺紋，并被擴散環(huán)螺紋接收?？商鎿Q地，定位銷140例如可用點焊固定到擴散環(huán)130上。將定位銷140固定到擴散環(huán)130上的裝置并不是特別挑剔的，任何可將這些部件固定到一起的裝置都可接受。
圖8示出噴嘴基板126的正面160的透視圖。凹槽132延伸在噴嘴基板126的圓周周圍。多個小孔162在凹槽132內穿透噴嘴基板126。這些小孔用于接收定位銷140，擴散環(huán)130連接到該定位銷140上。在如圖8所示的優(yōu)選實施例中，以大約120°的間隔設置三個小孔162。大中心孔164用來接收壓縮機100的驅動軸(未示出)，葉輪124安裝在該驅動軸上。
圖9示出噴嘴基板126的背面170。連接到噴嘴基板126的背面170上的是多個支撐塊180。支撐塊180可以是裝配到噴嘴基板170上的單獨的塊，其對改型應用來說非常有用。可替換地，支撐塊180可以是噴嘴基板170的整體部分。更加常見的是，這些支撐塊可被配置到鑄造的噴嘴基板的幾何結構里面。在圖9示出的優(yōu)選實施例中，設有三個支撐塊180。各個支撐塊包括穿過支撐塊180的主孔182。支撐塊180可被裝配到噴嘴基板126的背面170，這樣，穿過支撐塊180的各個主孔182與穿過噴嘴基板126的各個小孔162共軸。很明顯，這些同軸孔162、182各用來接收定位銷140。
圖10是裝配到噴嘴基板126上的支撐塊180的放大透視圖。套筒184裝配到小孔182內。在優(yōu)選實施例中，這個套筒184是用TEFLON涂覆的，并被壓配合到小孔182內。定位銷140滑入套筒184中，如圖11所示，圖11示出裝配到噴嘴基板126上的支撐塊180的放大圖，該支撐塊180內裝有定位銷140。
參考圖11和12，定位銷第一端142延伸在支撐塊180之上。如圖12所示，定位銷第一端142具有垂直于凸輪從動件小孔146的軸線的第一平面190。盡管可以采用任何幾何形狀，但這種幾何形狀可以將凸輪從動件200容易地裝配到定位銷第一端142上。通過小孔146來裝配凸輪從動件200，并將其用螺母202固定到定位銷126上。只要凸輪從動件200可以自由旋轉，可以使用可將凸輪從動件200固定到定位銷126上的任何裝置如鎖定銷裝置。優(yōu)選的裝置包括能夠容易地裝配和拆卸的那些裝置。
圖13是驅動環(huán)250的透視圖。驅動環(huán)250包括外圓周表面252和內圓周表面254，這兩表面都延伸在其頂表面256和底表面258之間。驅動環(huán)250的軸向長度是頂表面256和底表面258之間的軸向距離，驅動環(huán)250的軸線是延伸穿過并垂直于其頂表面256和底表面256所在的平面的假想線，通常是位于驅動環(huán)250的幾何中心的軸線。沿著內圓周表面254定位內圓周凹槽260。凹槽260具有預選寬度，以接收軸向軸承，其將在下文解釋。如圖13所示，為易于制造，內圓周凹槽260沿著內圓周表面254周圍延伸360°。更加明顯地是，凹槽260不限于延伸360°。位于外圓周表面252上的是多個凸輪軌道262，盡管僅僅示出一個。這些凸輪軌道262是在外圓周表面252上以預選寬度和預選深度制成的凹槽，以接收凸輪從動件200。理想地，各個凸輪軌道262應該對應于支撐塊180并與之匹配。因此，在圖9示出的優(yōu)選實施例中(圖9中示出了3個支撐塊180)，驅動環(huán)250將具有三個相應的凸輪軌道262。凸輪軌道262由凹槽組成，所述凹槽沿著外圓周表面相對驅動環(huán)的軸線成預選角度在頂表面256和底表面258之間延伸。在凸輪軌道262的任一端，凹槽包括圓周部分264，其基本平行于頂表面256和底表面258，以容許超程。在凸輪軌道凹槽距底表面258最近的一端，凹槽具有延伸到底表面258上的部分268，以為凸輪從動件200的組件進入凹槽提供入口。盡管示出的部分268基本平行于驅動環(huán)250的主軸，但是可以使用有助于裝配的任何結構。例如，部分268也可水平地向上延伸到頂表面256上。凸輪軌道262具有兩個元件，其中一個平行于驅動環(huán)250的軸線，另一個沿垂直于驅動環(huán)250軸線的徑向方向繞驅動環(huán)250圓周地延伸。凸輪軌道262平行于驅動環(huán)250的軸線延伸的距離基本上等于擴散器間隙134的寬度。凸輪軸凹槽的角度可以是任何預選角度。角度越小，就越能精確地控制驅動環(huán)250，并因此越精確地控制擴散環(huán)130。然而，這個角度有一下限，可用驅動環(huán)250的直徑和驅動環(huán)250外徑中的凸輪從動件的數(shù)目來限定該角度。如果角度變得太大，驅動環(huán)250會變得難以定位。優(yōu)選凸輪軸凹槽相對于驅動環(huán)250的軸的角度在大約5°-45°之間，更優(yōu)選在約7°到約14°之間的范圍內。
圖14是裝配到支撐塊180上的驅動環(huán)250的透視圖。支撐塊180延伸到驅動環(huán)250下方。支撐塊180裝配到噴嘴基板126上。定位銷140裝配到支撐塊上，如圖11所示，定位銷向下延伸穿過噴嘴基板126。凸輪從動件200(在圖14中沒有示出，但是結構如圖12所示)裝配到凸輪軌道262內。如圖14所示，支撐塊180延伸到驅動環(huán)250的底表面258之下。
現(xiàn)參考圖15，其示出延伸在驅動環(huán)250之下的其中一個支撐塊180的透視圖。該視圖示出驅動環(huán)250的內圓周表面254和內圓周凹槽260。軸向軸承組件280和徑向軸承組件290裝配到支撐塊180上。
在圖16中示出軸向軸承組件280的透視圖。軸向軸承組件280由用于軸向軸承284的支撐結構282和聯(lián)結裝置286組成，該聯(lián)結裝置286用于將支撐結構282連接到支撐塊180上。軸(未示出)延伸穿過支撐結構282。套筒285位于軸的一端，該套筒285優(yōu)選為偏心的。如優(yōu)選實施例中所示，聯(lián)結裝置286基本為一對螺紋部件，其被接收在支撐塊180內的匹配孔內?？梢允褂每蓪⒅谓Y構282固定到支撐塊180上的任何其他已知的裝置。回頭參考圖15，通過固定裝置288可將軸向軸承284安裝到支撐塊282上。如圖15所示，用于將軸向軸承284固定到支撐塊282上的裝置是螺母，該螺母緊固到延伸穿過支撐塊282的軸的螺紋端。套筒285可繞這個軸的相對端自由旋轉。再有，可以使用用來將軸向軸承284固定到內圓周凹槽260對面的適當位置上的任何其他裝置。如圖15所示，軸向軸承284(不可見)裝配到內圓周凹槽260內。軸向軸承284在驅動環(huán)250旋轉時防止其軸向移動。除了阻止驅動環(huán)250軸向移動之外，軸向軸承284也容許對驅動環(huán)250的軸向位置進行很小的調節(jié)。這種調節(jié)是必須的，以適應定位銷140的長度變化。由于偏心套筒285位于軸向軸承284的軸上，因此可以進行這種調節(jié)。在將軸向軸承284裝配到驅動環(huán)250內之后，驅動環(huán)250旋轉，這樣，凸輪從動件200就位于凸輪軌道262靠近小孔266的一端。這就將軸向軸承284與凸輪軌道262附近的小孔266對齊。在這個位置，如圖19所示，如六角(Allen)扳手之類的工具可插入穿過小孔266，進入與六角扳手匹配的零件中，這兒是位于軸向軸承284上的與六角扳手匹配的六角孔。軸向軸承284根據(jù)需要可順時針或逆時針旋轉，以調節(jié)驅動環(huán)250相對套筒285的軸向位置。一旦這一位置是恰當?shù)?，軸向軸承284就被上緊螺母固定到軸的相對端上。優(yōu)選這樣調節(jié)驅動環(huán)250，即在擴散環(huán)處于完全縮回位置時，擴散環(huán)130的表面與噴嘴基板126的表面平齊。
圖15也示出安裝在支撐塊180上的徑向軸承組件290。圖17示出徑向軸承組件290的分解圖。徑向軸承組件290由滾筒292和安裝在滾筒292內的至少一個套筒294組成，優(yōu)選是兩個帶凸緣的套筒294，分別位于滾筒292的兩側。帶凸緣的滾道300裝配成至少一個套筒294。在優(yōu)選實施例中，一對帶凸緣的套筒294由兩個帶凸緣的TEFLON套筒組成，分別安裝在滾筒292的兩端。局部車有螺紋的軸296延伸穿過滾道300，以將組件固定到支撐塊180上。墊圈298可夾在滾筒292和支撐塊180之間。其中一個徑向軸承組件290采用在帶有凸緣的滾道300內偏心鉆出的安裝孔320，如圖20所示。偏心安裝孔容許對徑向軸承290進行調節(jié)。這種調節(jié)是必需的，以補償驅動環(huán)250內徑的變化。優(yōu)選將所有徑向軸承調節(jié)至其剛好接觸到驅動環(huán)250的內表面。徑向軸承組件290可防止驅動環(huán)250在旋轉時發(fā)生徑向移動?？梢允褂媚軌蜃柚跪寗迎h(huán)250在旋轉時發(fā)生徑向移動的任何其他適當?shù)膹较蜉S承組件。
現(xiàn)參考圖2、3和4以及圖18來描述機構的操作。圖18是連接到驅動環(huán)250的頂表面256上的傳動裝置310的透視圖。如圖18所示，傳動裝置310是機械致動器，其能夠僅僅在軸向移動并連接到能夠使其移動的馬達上。盡管采用了機械致動器，但是，也可以采用用于驅使驅動環(huán)250旋轉的任何其他熟知的裝置，包括液壓致動器、氣壓致動器、連接到驅動環(huán)250上的螺旋機構或者能驅使驅動環(huán)250旋轉的其他系統(tǒng)。其沖程的方向和長度不受限制。致動器的軸向運動驅使驅動環(huán)旋轉。馬達響應于控制裝置而被啟動，所述控制裝置是如在名稱為“用于探測離心式壓縮機內的旋轉失速的系統(tǒng)和方法”的Attorney Docket 20712-0059的臨時申請中所述的控制裝置。然而，可以使用用于致動器的任何其他控制裝置。在壓縮機以正常模式與處于縮回位置的擴散環(huán)一起操作時，如圖4所示，如果傳感器探測到開始發(fā)生失速或者初始喘振，信號就被傳送到控制器，所述控制器可在一個方向上啟動馬達，以使擴散器間隙134關閉。所述馬達驅使傳動裝置310移動，該傳動裝置310又驅使驅動環(huán)250旋轉。驅動環(huán)250被限制在平面內進行旋轉移動，該驅動環(huán)250在該平面內位于支撐塊180上方。在驅動環(huán)250旋轉時，各個凸輪從動件200從凸輪軌道262中的第一位置沿著軌道移向驅動環(huán)250的底面258，其中，凸輪軌道凹槽在第一位置靠近驅動環(huán)250的頂表面256。在驅動環(huán)250和凸輪軌道262旋轉時，凸輪從動件200被迫沿著軌道262向下移動。在凸輪從動件向下移動時，定位銷140移入支撐塊180內。由于擴散環(huán)130連接到定位銷140的相對端上，其中，定位銷140位于噴嘴基板126的相對側上，定位銷140移動進入支撐塊180內，這就帶動定位銷140的相對側離開噴嘴基板，致使擴散環(huán)130移入擴散器間隙134內。如果凸輪從動件200在凸輪軌道262內從頂表面256附近位置完全移動到底表面258附近的位置處，那么擴散器間隙134就基本處于完全堵塞或閉合位置。凸輪軌道262的水平凹槽部分264容許傳動裝置310和凸輪從動件200超程，這樣，在不需進一步移動擴散環(huán)130的情況下就可以容許這些元件進行一些附加移動，其中，這些元件的附加移動會對壓縮機100、驅動環(huán)250、傳動裝置310和傳動裝置馬達中的任一個或者所有這些元件造成損害。
根據(jù)控制系統(tǒng)，傳動裝置310可在驅動環(huán)250的完全伸出位置和完全縮回位置之間的任何中間位置處來停止該驅動環(huán)250的旋轉。其可響應于來自控制裝置的信號來進行這一操作。反過來，這就導致擴散環(huán)130可被停止在任何位置，如在完全縮回位置(圖4中示出)和完全伸出位置(圖3中示出)之間的中間位置(圖2中示出)。其將被保持在這一位置，直到從控制裝置傳來需使驅動環(huán)250進行進一步移動的信號為止，所述進一步移動會造成擴散環(huán)130的重新定位。
在優(yōu)選實施例中，一旦表示探測到喘振開始或初始失速的信號被傳送到控制裝置，命令(或系列命令)被激活，這些命令會致使驅動環(huán)250進行如上所述的旋轉，借此驅使擴散環(huán)130移動到伸出位置(基本堵塞了流過擴散器間隙134的流體流動)，其移動量需要能夠消除喘振或者初始失速，或者能夠防止形成喘振或初始失速。在一個實施例中，可激活控制器內的計時功能，該功能能夠將擴散環(huán)130維持在所需位置。在預選時間周期結束時，驅動環(huán)250沿相對方向旋轉，借此驅使驅動環(huán)250移動到縮回位置，直到再次探測到開始喘振或者初始失速為止。響應于傳感器信號重復上述過程，再次激活驅使驅動環(huán)250旋轉的命令(或者系列命令)，借此驅使擴散環(huán)130移動或延伸，再次將流過擴散器間隙134的流體流動阻塞為所需量，以消除喘振或初始失速情況。只要探測到喘振或初始失速，就重復進行這一過程。如果在擴散環(huán)130縮回時沒有探測到喘振或初始失速，擴散環(huán)130將繼續(xù)縮回到完全縮回位置或打開位置，借此容許制冷劑全流量地流過擴散器間隙134。其將維持在這一位置，直到控制裝置激活了響應于喘振開始或者初始失速的命令或系列命令為止。
盡管已經參考優(yōu)選實施例敘述了本發(fā)明，本領域技術人員可以理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可對本發(fā)明做出各種改變并可用等價物取代其元件。另外，可做出各種優(yōu)化，以在不偏離本發(fā)明保護范圍的情況下可將特定情況或材料用于本發(fā)明的教導。因此，本發(fā)明不限于這兒作為實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式所披露的特定實施例，但是本發(fā)明將包括落在附屬權利要求范圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種用于可變容積式離心式壓縮機的擴散器系統(tǒng)，該壓縮機用來壓縮流體，該壓縮機具有殼體和葉輪，所述葉輪可旋轉地安裝在殼體內，該系統(tǒng)包括噴嘴基板，其鄰近葉輪連接到殼體上，噴嘴具有細長表面，該細長表面與相對的殼體內表面相配合，以限定擴散器間隙，噴嘴基板的細長表面具有與擴散器間隙鄰近的凹槽；多個支撐塊，其安裝到噴嘴基板的與擴散器間隙相對的背面；驅動環(huán)，其可旋轉地安裝到支撐塊上，并可在第一位置和第二位置之間移動，驅動環(huán)包括多個位于其內圓周上的凸輪軌道，所述多個凸輪軌道中至少有兩個軌道與多個支撐塊中的至少兩個對齊；致動裝置，其連接到驅動環(huán)上，并可在第一軸向位置和第二軸向位置之間移動，以驅使驅動環(huán)在第一位置和第二位置之間移動；多個定位銷，各定位銷延伸穿過相應的支撐塊和噴嘴基板，各定位銷具有第一端和與第一端相對的第二端，定位銷的第一端包括安裝到驅動環(huán)上的凸輪軌道內的凸輪從動件，定位銷的第二端延伸穿過噴嘴基板，進入噴嘴基板表面上的凹槽內；擴散環(huán)，其安裝在多個定位銷的每一個的第二端，所述定位銷延伸進入噴嘴基板表面上的凹槽內；其中，驅動環(huán)在第一位置和第二位置之間的旋轉移動可驅使凸輪從動件在凸輪軌道內移動，該凸輪從動件在凸輪軌道內的移動又驅使定位銷軸向移動，所述定位銷的軸向移動驅使擴散環(huán)在縮回位置和伸出位置之間移動，其中，擴散環(huán)在縮回位置位于噴嘴基板上的凹槽內，擴散環(huán)在伸出位置將擴散環(huán)間隙閉合，以減小流過擴散環(huán)間隙的液體流。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個支撐塊都與多個凸輪軌道的其中一個對齊。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，三個支撐塊被安裝到噴嘴基板的背面。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述驅動環(huán)包括三個凸輪軌道，各個凸輪軌道與支撐塊對齊。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述噴嘴基板凹槽的深度在擴散環(huán)處于縮回位置時足以接收擴散環(huán)，使得擴散環(huán)上沒有任一部分向外延伸進入擴散器間隙。
6.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，用緊固裝置將所述多個支撐塊安裝到噴嘴基板的背面。
7.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中，緊固裝置包括螺紋緊固件，其延伸進入各個支撐塊上的螺紋孔以及噴嘴基板上的相應螺紋孔中。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述多個支撐塊與噴嘴基板一體制成。
9.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述多個支撐塊作為鑄造的噴嘴基板內的鑄件被包括在內。
10.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述驅動環(huán)包括頂表面、底表面、軸向延伸在頂表面和底表面之間的內圓周表面、軸向延伸在頂表面和底表面之間的外圓周表面和沿著至少一部分內圓周表面延伸的圓周凹槽，該圓周凹槽沿軸向具有預選寬度，并具有預選長度。
11.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，將所述各個凸輪軌道制成外圓周表面內的凹槽，所述凹槽具有足以接收其中一個凸輪從動件的預選寬度，和預選深度，該凹槽相對驅動環(huán)的軸線以預選角度延伸。
12.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述預選角度為大約5°-45°之間。
13.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述預選角度為大約7°-14°之間。
14.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述凹槽還包括在第一端位于平行于頂表面的平面內的部分和在相對端位于平行于底表面的平面內的部分，這些部分容許其中一個凸輪從動件超程。
15.如權利要求10所述的系統(tǒng)，還包括多個軸向軸承組件，各個軸向軸承組件包括支撐結構、用于將軸向軸承組件固定到支撐結構上的第一裝置和用于將軸向軸承固定到支撐結構上的第二裝置，其中，軸向軸承位于延伸穿過支撐結構的軸上且可繞該軸旋轉，其中，各個軸向軸承置于圓周凹槽內，以在軸承裝配到支撐結構上以及在支撐結構被固定以防止軸承移出凹槽時，防止驅動環(huán)在旋轉時發(fā)生軸向移動。
16.如權利要求15所述的系統(tǒng)，其中，將軸向軸承組件固定到支撐結構上的第一裝置包括一對螺紋緊固件，該對螺紋緊固件延伸穿過支撐結構內的小孔，并進入支撐塊內的匹配螺紋孔中，借此可用緊固件將支撐結構固定到支撐塊上。
17.如權利要求15所述的系統(tǒng)，其中，用于將軸向軸承組件固定到支撐結構上的第二裝置包括連接到軸的螺紋端的螺母，軸的螺紋端在與軸向軸承相對的支撐結構的一側上延伸穿過該支撐結構。
18.如權利要求10所述的系統(tǒng)，還包括徑向軸承組件，其中，該徑向軸承組件包括帶有內孔的滾筒、安裝在滾筒內孔內的至少一個帶凸緣的套筒以及軸，所述軸用于將徑向軸承與驅動環(huán)的內圓周固定接觸，以阻礙驅動環(huán)的徑向移動。
19.如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述徑向軸承組件包括一對帶有凸緣的套筒。
20.如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個帶有凸緣的套筒包括TEFLON凸緣。
21.如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述徑向軸承軸將徑向軸承緊固到支撐塊上。
22.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，致動裝置包括連接到機械致動器上的馬達，該機械致動器帶有可在第一縮回位置和第二伸出位置之間線性移動的氣缸，借此，開動馬達，可致使機械致動器線性移動，該機械致動器驅使驅動環(huán)旋轉。
23.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，致動裝置是液壓致動器，其帶有可在第一縮回位置和第二伸出位置之間線性移動的氣缸，借此，液壓致動器可響應于所施加的流體壓力做線性移動，進而驅使驅動環(huán)旋轉。
24.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，致動裝置包括連接到帶有螺紋部件的機械致動器上的馬達，借此，一旦開動了馬達，馬達就帶動螺紋部件旋轉，進而該螺紋部件就驅使致動器在第一縮回位置和第二伸出位置之間移動，這樣，致動器的移動就驅使驅動環(huán)旋轉。
25.如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括置于壓縮機內的傳感器，該傳感器用來探測是否存在失速情況并發(fā)送信號，控制器與傳感器及傳動裝置連通，該控制器將信號發(fā)送到致動裝置，以響應于從傳感器接收的信號來定位驅動環(huán)并連接擴散環(huán)。
26.如權利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器設置在葉輪附近。
27.一種用于可變容積式離心式壓縮機的系統(tǒng)，該壓縮機用于壓縮流體，該壓縮機具有殼體和葉輪，該葉輪可旋轉地安裝在殼體內，該系統(tǒng)包括噴嘴基板，其鄰近葉輪固定到殼體上，噴嘴基板具有細長表面，該細長表面與相對的殼體內表面配合，從而形成擴散器間隙，所述噴嘴基板的細長表面帶有與擴散器間隙相鄰近的凹槽；三個支撐塊，其相對擴散器間隙同心地置于噴嘴基板的背面，并以大約120°間隔開；驅動環(huán)，其基本上不與支撐塊接觸，相對支撐塊和噴嘴基板在第一位置和第二位置之間可旋轉地移動，驅動環(huán)具有頂表面、底表面、延伸在項表面和底表面之間的內圓周以及延伸在頂表面和底表面之間的外圓周，內圓周包括內圓周凹槽，驅動環(huán)包括位于驅動環(huán)外圓周上的、以120°間隔開的三個凸輪軌道，各個凸輪軌道與各個支撐塊對齊；致動器，其具有可在第一軸向位置和第二軸向位置之間移動的馬達，該致動器連接到驅動環(huán)上，以帶動驅動環(huán)從第一位置旋轉到第二位置；三個定位銷，每個定位銷延伸穿過各個支撐塊和噴嘴基板，各個定位銷的第一端包括安裝到驅動環(huán)上的其中一個凸輪軌道內的凸輪從動件，各個定位銷的第二端延伸穿過噴嘴基板，進入噴嘴基板表面上的凹槽內；三個軸向軸承組件，每個軸向軸承組件安裝到各個支撐塊上，各個軸向軸承組件置于驅動環(huán)的內圓周凹槽內，以阻止驅動環(huán)在旋轉時發(fā)生軸向移動；三個徑向軸承組件，每個徑向軸承組件安裝到各個支撐塊上，各個徑向軸承組件與內圓周表面接觸，以阻止驅動環(huán)在旋轉時發(fā)生徑向移動；擴散環(huán)，其安裝在定位銷的第二端，并延伸進入噴嘴基板上的凹槽內；傳感器，其置于壓縮機內，以提供表示壓縮機內的流體情況的信號；控制器，其與傳感器和致動器連通，控制器將信號傳送到致動器，以響應于從傳感器接收到的信號來定位驅動環(huán)并連接擴散環(huán)；其中，致動器響應于從控制器發(fā)出的信號移動可驅使驅動環(huán)在第一位置和第二位置之間旋轉移動，凸輪從動件在凸輪軌道內的移動帶動定位銷作軸向移動，這就使得擴散環(huán)在與驅動環(huán)的第一位置相應的第一位置和與驅動環(huán)的第二位置相應的第二位置之間移動，從而控制流過擴散器間隙的液體流，并防止壓縮機失速。
28.一種離心式壓縮機，包括殼體；流體入口；葉輪組件，其可旋轉地安裝在殼體內的軸上，用于壓縮通過入口引入的流體；流體出口，其用于排放自葉輪壓縮的流體；噴嘴基板，其鄰近葉輪連接到殼體上，噴嘴基板具有細長表面，該細長表面與相對的殼體內表面相配合，以限定擴散器間隙；多個支撐塊，其置于噴嘴基板的與擴散器間隙相對的背面上；驅動環(huán)，其可旋轉地安裝到支撐塊上，并可在第一位置和第二位置之間移動，驅動環(huán)包括多個置于驅動環(huán)圓周上的凸輪軌道，多個凸輪軌道中至少兩個凸輪軌道與至少兩個支撐塊對齊；致動裝置，其可在軸向移動并連接到驅動環(huán)上，所述致動裝置可在第一軸向位置和第二軸向位置之間移動，以驅使驅動環(huán)在第一位置和第二位置之間移動；多個定位銷，各個定位銷延伸穿過相應的支撐塊和噴嘴基板，各個定位銷具有第一端和與第一端相對的第二端，定位銷的第一端包括安裝到驅動環(huán)的多個凸輪軌道其中一個上的凸輪從動件，定位銷的第二端延伸穿過噴嘴基板并從細長表面上突出；擴散環(huán)，其安裝在從噴嘴基板表面上突出的各個定位銷的第二端上；其中，驅動環(huán)在第一位置和第二位置之間的移動可帶動凸輪從動件在凸輪軌道內移動，該凸輪從動件又驅使定位銷軸向移動，定位銷的軸向移動帶動擴散環(huán)在縮回位置和伸出位置之間移動，其中，擴散環(huán)在縮回位置處于距相對的殼體內表面的遠端，以增大流過擴散器間隙的液體流，擴散環(huán)在伸出位置處于距相對的殼體內表面的近端，以基本上閉合擴散器間隙，并降低流過擴散器間隙的液體流。
29.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，多個支撐塊中的每一個與多個凸輪軌道其中一個相對齊。
30.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，三個支撐塊安裝在噴嘴基板的背面上。
31.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，驅動環(huán)包括三個凸輪軌道，各個凸輪軌道與支撐塊對齊。
32.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述噴嘴基板還包括在其細長表面上的凹槽，所述凹槽具有足夠的深度，以在擴散環(huán)處于縮回位置時接收擴散環(huán)，使得擴散環(huán)就沒有向外延伸進入擴散環(huán)間隙的部分。
33.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，用緊固裝置將多個支撐塊安裝到噴嘴基板的背面。
34.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述緊固裝置包括螺紋緊固件，該螺紋緊固件延伸進入各個支撐塊上的螺紋孔以及噴嘴基板上的相應螺紋孔中。
35.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，多個支撐塊與噴嘴基板一體制成。
36.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，多個支撐塊作為在鑄造的噴嘴基板內的鑄件而包括在內。
37.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述驅動環(huán)包括頂表面、底表面、軸向延伸在頂表面和底表面之間的內圓周表面、軸向延伸在頂表面和底表面之間的外圓周表面以及沿著至少一部分內圓周表面延伸的圓周凹槽，所述圓周凹槽沿軸向具有預選寬度，并具有預選長度。
全文摘要
一種壓縮機(100)，包括可旋轉地安裝在殼體(120)內的葉輪(124)和鄰近葉輪(124)固定到殼體(120)上的基板(126)?；?126)與殼體配合，以形成擴散器間隙(134)?；?126)包括多個結構支撐塊(180)。驅動環(huán)(250)安裝到支撐塊(180)上，并相對支撐塊(180)和噴嘴基板(126)可旋轉地移動。擴散環(huán)(130)連接到驅動環(huán)(250)上。擴散環(huán)(130)可置于不在擴散器間隙(134)內的縮回位置和位于擴散器間隙(134)內的伸出位置之間的任何位置處，以限制間隙開口，從而控制流過擴散器間隙(134)的流體量。
文檔編號F04D27/02GK1745253SQ200380109462
公開日2006年3月8日 申請日期2003年12月2日 優(yōu)先權日2002年12月6日
發(fā)明者庫爾特·南斯蒂爾 申請人:約克國際公司