CN110925198B - 一种带经济器回路的补气螺杆压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带经济器回路的多级补气螺杆压缩机，在一对阴阳转子上执行大于两级的压缩阶段，每一个互相分开的压缩阶段均设有至少两个不同位置的补气口；不同位置的补气口处于同一补气压力或不同补气压力位置，且不同压缩阶段的补气口至少有两个分别处于不同的补气压力位置。当压缩比大于第一预设数值时，开启第一级压缩阶段和第二级压缩阶段的补气回路；当压缩比大于第二预设数值小于第一预设数值时，开启第一级压缩阶段的补气回路；当压缩比小于第二预设数值时，开启或关闭第一级压缩阶段的补气回路。本发明不仅能够适应大压比工况下能力和能效的进一步提升，还可以降低螺杆压缩机的排气温度，扩展压缩机的运行范围，增加了压缩机的可靠性。

Description

一种带经济器回路的补气螺杆压缩机

技术领域

本发明涉及一种带经济器回路的补气螺杆压缩机，属于工业制冷技术领域。

背景技术

周知的，低温热泵机组或食品冷冻以及其他相关的工业制冷等领域，所使用的制冷循环机组中包括一种带有经济器的螺杆式制冷压缩机，与节流装置、换热器以及其他部件构成完整的制冷机组，其中，带有经济器的螺杆式压缩机、节流装置与至少两个换热器共同组成了带有经济器的制冷剂的循环***，通过在压缩机的压缩过程中开设经济器补气口，使制冷循环过程中增加了一个经济器补气回路来实现机组能力和能效的提升。

现有的带有经济器补气回路的制冷剂循环***内核心部件压缩机的运行过程中，压缩机的经济器补气口有且只有一个，受压降以及补气效率的影响，现有的带有经济器补气回路的压缩机及带有经济器的机组能力和能效提升幅度较小，随着大压比工况应用的增多，机组不能完全满足客户对于能力以及能效需求。而且现有螺杆式压缩机大多为双螺杆机组，其补气位置一般开在双螺杆压缩机的阴转子侧或阳转子中的某一侧，而螺杆压缩机的阴、阳螺杆的压缩过程形成的压缩容积腔体为“V”形的一个狭窄而细长的通道区域，经济器补气回路中的制冷剂气体实际上是难以通过单侧补气口在短时间内补充到整个“V”形腔体，与制冷***主回路的制冷剂流体无法达到完全混合，如此便容易造成单侧补气效率较低的情况发生。而受限于螺杆式压缩机的结构特点，又无法将经济器补气口加工成很大的口径，所以只能将补气口加工成扁平或狭长的形状以增大补气量，这样便又形成了一种节流效应，进一步减少了经济器回路的实际补气量。

更近一步：现有技术中带有一路经济器补气的***，为了增加经济器的补气量，其补气口一般开在整个压缩过程中某一个较低的补气压力区域附近，比如1.25或者1.6等经济器补气中间补气压力值，在制冷剂完成压缩机压缩过程的后半段中，有很长的压缩过程中并没有做进一步的补气操作。因此，现有的螺杆式压缩机中应用经济器循环的螺杆压缩机通过经济器补气来实现性能的提升显得很受限制，不论从提升压缩机的容积效率还是等熵压缩效率的角度，都需要通过进一步增加经济器容量以实现更大的***过冷度来考虑提升能力和能效，从而成本增加较大。而且在更大压比的运行工况，这种带经济器循环回路的制冷剂循环***依然面临因压比大造成的排温高和电机温度高的风险，极易超出压缩机的运行范围限制，而且大压比工况下的压缩机的能力和能效也会随着压缩比的增加而进一步衰减，使得机组的制热或制冷能力难以达到设计要求，从而给***设计带来极大的设计难度和极大的可靠性风险。

此外，对于市场已推出的单机双级螺杆式压缩机，在单热水机组中得到推广，虽然制热性能水平较高，但是对于具有制冷需求的场合则存在明显的能力和能效极低的缺点，因此其推广受到了很大的限制。

综上，亟需一种适用在空调热泵、食品冷冻以及其他相关的工业制冷等领域，并且可同时适用于大压比运行工况和小压比运行工况的空调热泵机组或工商业用途的中、低温冷冻设备中所用到的螺杆式压缩机技术方案。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种带经济器回路的补气螺杆压缩机，不仅能够适应大压比工况下能力和能效的进一步提升，还可以降低螺杆压缩机的排气温度，扩展压缩机的运行范围，增加了压缩机的可靠性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种带经济器回路的补气螺杆压缩机，所述螺杆压缩机设有一对阴阳转子，在所述的一对阴阳转子上执行大于两级的压缩阶段，每一个互相分开的压缩阶段均设有至少两个不同位置的补气口；不同位置的所述补气口处于同一补气压力或不同补气压力位置，且不同压缩阶段的补气口至少有两个分别处于不同的补气压力位置。

作为带经济器回路的补气螺杆压缩机的优选方案，所述螺杆压缩机包括设有两个补气口的压缩机机体或排气座结构，两个所述补气口设有螺纹或法兰结构，螺杆压缩机通过补气管路经所述螺纹或法兰结构接收从经济器补充的制冷剂气体；

从所述经济器流至螺杆压缩机的补充的制冷剂气体分为两路，分为两路的制冷剂气体分别补充至压缩机机体或排气座上处于同一补气中间压力位置的阴转子侧的第一补气口和阳转子侧的第二补气口上。

作为带经济器回路的补气螺杆压缩机的优选方案，所述补气管路上设有三通阀，经过三通阀将从所述经济器流至螺杆压缩机的补充的制冷剂气体分为两路。

作为带经济器回路的补气螺杆压缩机的优选方案，所述补气管路上设有单向阀，通过所述单向阀减小补气管路补气过程的管路振动和噪音。

作为带经济器回路的补气螺杆压缩机的优选方案，所述压缩阶段包括一级压缩阶段、二级压缩阶段和三级压缩阶段；定义所述一级压缩阶段的补气口为一级补气口，定义所述二级压缩阶段的补气口为二级补气口。

作为带经济器回路的补气螺杆压缩机的优选方案，所述一级补气口的通道口径大于所述二级补气口的通道口径。

作为带经济器回路的补气螺杆压缩机的优选方案，通过向所述二级补气口的通道内喷液降低所述二级压缩阶段终了状态的气态制冷剂温度。

作为带经济器回路的补气螺杆压缩机的优选方案，所述补气压力位置的补气口选择或启用方法包括:

当环温处于预设温度下，根据压力温度换算后计算成螺杆压缩机的压缩比参数，当压缩比大于第一预设数值时，开启第一级压缩阶段和第二级压缩阶段的补气回路；当压缩比大于第二预设数值小于第一预设数值时，开启第一级压缩阶段的补气回路；当压缩比小于第二预设数值时，开启或关闭第一级压缩阶段的补气回路。

作为带经济器回路的补气螺杆压缩机的优选方案，根据所述螺杆压缩机的容量、补气容量以及运行工况确定所述补气口的尺寸，同一个补气口在一个压缩阶段中对一个补气压力位置的制冷剂进行补气混合。

作为带经济器回路的补气螺杆压缩机的优选方案，所述补气口的流向与所述阴阳转子的型线流向相同。

本发明能够实现大压比运行工况下的性能提升和能效的提升，对于低环温空气源热泵机组或者低温制冷设备均具有应用价值，是一种适应工况更广、更加节能高效的螺杆式压缩机，较现有的带经济器补气回路的准双级压缩机有了更大的应用范围突破。一方面提升经济器补气效率，提高压缩机的容积效率，补气后的制冷剂与主回路的制冷剂混合后改变了制冷剂的状态，有效降低了各级压缩终了的制冷剂温度，所以还可以提高压缩机的等熵效率，从而使得本发明可以实现准三级压缩过程，不仅极大地提高了机组可靠性，也极大地提升了压缩机的能力和能效。本发明更加适用于有季节性的制冷和制热需求的场合，能够实现一台机组具备夏季制冷空调和冬季制热空调的两种功能，特别是在北方供暖需求迫切的地区，与传统的锅炉加冷水机的空调方案相比，省掉了燃煤、燃气或者电热水锅炉的投资，一方面减少了环境污染，另一方面减少了客户的初投资和运行维护费用，具有极大的性价比和可推广性。尤其是在高档商住领域、科研领域、医疗空调行业等应用中具有广阔的前景，因此本发明具有极大的开发和应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例中提供的带经济器回路的补气螺杆压缩机的一级补气口设置示意图；

图2为本发明实施例中提供的设有一级补气口的带经济器回路的补气螺杆压缩机的压缩示意图；

图3为本发明实施例中提供的带经济器回路的补气螺杆压缩机的一级补气口和二级补气口设置示意图；

图4为本发明实施例中提供的设有一级补气口和二级补气口的带经济器回路的补气螺杆压缩机的压缩示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1和图2，本发明实施例提供一种带经济器回路的补气螺杆压缩机，所述螺杆压缩机设有一对阴阳转子，在所述的一对阴阳转子上执行大于两级的压缩阶段，每一个互相分开的压缩阶段均设有两个不同位置的补气口；不同位置的所述补气口处于同一补气压力或不同补气压力位置，且不同压缩阶段的补气口有两个分别处于不同的补气压力位置。

具体的，所述压缩阶段包括一级压缩阶段、二级压缩阶段和三级压缩阶段；定义所述一级压缩阶段的补气口为一级补气口(补气口1和补气口2为一级补气口)，定义所述二级压缩阶段的补气口为二级补气口(补气口3和补气口4为一级补气口)。

具体的，所述螺杆压缩机包括设有两个补气口的压缩机机体或排气座结构，两个所述补气口设有螺纹或法兰结构，螺杆压缩机通过补气管路经所述螺纹或法兰结构接收从经济器补充的制冷剂气体。从所述经济器流至螺杆压缩机的补充的制冷剂气体分为两路，分为两路的制冷剂气体分别补充至压缩机机体或排气座上处于同一补气中间压力位置的阴转子侧的第一补气口和阳转子侧的第二补气口上。从而在同一个压缩机的机体或者排气座上实现准二级压缩结构，进而可以实现准二级的双回路补气结构，提升一级经济器回路的补气量。

再次参见图2，具体的，带经济器循环的螺杆式压缩机在阴阳转子侧分别带有一个补气口(补气口1和补气口2)，分别与来自同一个经济器的补气回路相连，构成一分为二的两个补气回路同时补气的过程。带经济器回路的第一级补气回路中的制冷剂与压缩机主回路的制冷剂在第一级压缩终了腔体内混合后，再次进入下一级压缩过程进行再次压缩升压。压缩过程为带有一级经济器补气回路的准双级压缩过程，可以实现增大第一级补气量的效果。为了减少两侧补气之间的影响，分成两个补气回路到压缩机之间的补气管路的路径上可以设置单向阀，通过所述单向阀减小补气管路补气过程的管路振动和噪音。

参见图3和图4，带经济器回路的补气螺杆压缩机的一个实施例中，在一级补气口的下游至螺杆式压缩机排气终了的过程中再开一级补气回路，同样地，包括带两个二级补气口(补气口3和补气口4)的压缩机机体或排气座结构，两个二级补气口均带有螺纹或法兰结构，可以接收从经济器补充至压缩机的制冷剂气体，此时两个二级补气口均开在下一级经济器补气中间压力的压缩机压缩过程位置。带有第二级补气回路的压缩机机体或排气座与第一级的压缩机机体或排气座为同一机体或排气座，即：在同一个压缩机的机体或者排气座上实现准三级压缩结构，从而可以实现第二级的双路补气结构，以再次提升补气量，增大了第二级补气量的效果。

带经济器回路的第二级补气回路中的制冷剂与压缩机主回路的制冷剂在第二级压缩终了腔体内混合后，再次进入第三级压缩过程进行再次压缩升压。所述压缩过程为带有第二级经济器补气回路的准三级压缩过程，可以实现增大第二级补气量的效果。从经济器流至压缩机的经济器补气分为两路分别补充至压缩机机体或排气座上处于同一个补气压力位置的阴转子侧和阳转子侧的两个二级补气口，整个压缩过程为带有一级经济器补气回路和二级经济器补气回路的准三级压缩过程。

具体的，准三级压缩过程，特别适用于大压缩比的运行工况，与压力的绝对值并无直接关系，只与压缩比的计算值相关，因此可以根据压缩机的运行工况和状态进行相关控制和相关参数的设计，其他相关的在多级压缩过程中的不同的控制方法仍在本发明所述的准三级螺杆式压缩机或多补气口的螺杆式压缩机的保护范围。

准三级压缩过程较市场中现有的只适合做单热型机组的单机双级螺杆式压缩机相比，不仅可以提供能效相当的制热性能，而且可以提供更高的制冷能力和能效，比市场中的单机双级螺杆式压缩机具有更广阔的应用优势；不仅适用于低温冷冻领域的大压缩比运行工况，又能适用于常规工况的小压比运行工况，可以提供更为高效的制冷能力，因此本发明不仅在大压比工况的低温热泵或低温冷冻领域能发挥优异的性能，又能在小压比工况的空调制冷领域具有显著的优势。

带经济器回路的补气螺杆压缩机的一个实施例中，所述补气管路上设有三通阀，经过三通阀将从所述经济器流至螺杆压缩机的补充的制冷剂气体分为两路。三通阀将一路经济器的补气回路一分为二，以实现第三级压缩段的同时补气。

带经济器回路的补气螺杆压缩机的一个实施例中，所述一级补气口的通道(参见图4的通道1和通道3)口径大于所述二级补气口的通道(参见图4的通道2和通道4)口径。在压缩机压缩过程中，压缩机机体或排气座上处于不同补气阶段而开设的补气口大小必须为一级补气口通道尺寸大于二级补气口通道尺寸，并具有一定比例关系，所述的比例关系依照每一级设计工况下的压缩比进行设计，其气态制冷剂密度随着压缩比的增加而增加，因此一级补气气流通道尺寸大于二级补气气流通道尺寸。

带经济器回路的补气螺杆压缩机的一个实施例中，通过向所述二级补气口的通道内喷液降低所述二级压缩阶段终了状态的气态制冷剂温度。第二级经济器补气通道的制冷剂来源不限于第二级经济器补气，亦可作为喷液用途，喷液量需要根据运行工况经过计算得出其最佳的喷液量，期达到降低二级压缩过程终了状态的气态制冷剂的温度。

带经济器回路的补气螺杆压缩机的一个实施例中，所述补气压力位置的补气口选择或启用方法包括:

当环温处于预设温度下，根据压力温度换算后计算成螺杆压缩机的压缩比参数，当压缩比大于第一预设数值2时，开启第一级压缩阶段和第二级压缩阶段的补气回路；当压缩比大于第二预设数值1小于第一预设数值2时，开启第一级压缩阶段的补气回路；当压缩比小于第二预设数值1时，开启或关闭第一级压缩阶段的补气回路。

带经济器回路的补气螺杆压缩机的一个实施例中，根据所述螺杆压缩机的容量、补气容量以及运行工况确定所述补气口的尺寸，同一个补气口在一个压缩阶段中对一个补气压力位置的制冷剂进行补气混合。

带经济器回路的补气螺杆压缩机的一个实施例中，所述补气口的流向与所述阴阳转子的型线流向相同。各级补气口尺寸，需要根据压缩机容量、补气容量以及运行工况进行计算设计。并且为了避免不出现内部串气问题，需要保证同一个补气口在压缩过程中只能对某一个补气压力处的制冷剂进行补气混合，其补气口的现状优先考虑设计成与螺杆式压缩机转子的型线流向相应的流向。

各级补气口尺寸，不限于通过机加钻孔成型、铸造成型或其他途径加工成型。特别地，为减少补气过程与主循环回路的相互干涉性以及增加补气的有效性，各级补气口的补气方向可因转子型线的差异而具有一定的方向性。此外，可以增设大于一处的补气口，或各补气口的尺寸不同，以及各向补气口的补气方向不同。

本发明能够实现大压比运行工况下的性能提升和能效的提升，对于低环温空气源热泵机组或者低温制冷设备均具有应用价值，是一种适应工况更广、更加节能高效的螺杆式压缩机，较现有的带经济器补气回路的准双级压缩机有了更大的应用范围突破。一方面提升经济器补气效率，提高压缩机的容积效率，补气后的制冷剂与主回路的制冷剂混合后改变了制冷剂的状态，有效降低了各级压缩终了的制冷剂温度，所以还可以提高压缩机的等熵效率，从而使得本发明可以实现准三级压缩过程，不仅极大地提高了机组可靠性，也极大地提升了压缩机的能力和能效。本发明更加适用于有季节性的制冷和制热需求的场合，能够实现一台机组具备夏季制冷空调和冬季制热空调的两种功能，特别是在北方供暖需求迫切的地区，与传统的锅炉加冷水机的空调方案相比，省掉了燃煤、燃气或者电热水锅炉的投资，一方面减少了环境污染，另一方面减少了客户的初投资和运行维护费用，具有极大的性价比和可推广性。尤其是在高档商住领域、科研领域、医疗空调行业等应用中具有广阔的前景，因此本发明具有极大的开发和应用价值。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种带经济器回路的补气螺杆压缩机，所述螺杆压缩机设有一对阴阳转子，其特征在于，在所述的一对阴阳转子上执行大于两级的压缩阶段，每一个互相分开的压缩阶段均设有至少两个不同位置的补气口；不同位置的所述补气口处于同一补气压力或不同补气压力位置，且不同压缩阶段的补气口至少有两个分别处于不同的补气压力位置；

所述压缩阶段包括一级压缩阶段、二级压缩阶段和三级压缩阶段；定义所述一级压缩阶段的补气口为一级补气口，定义所述二级压缩阶段的补气口为二级补气口；所述一级补气口的通道口径大于所述二级补气口的通道口径；通过向所述二级补气口的通道内喷液降低所述二级压缩阶段终了状态的气态制冷剂温度；

所述补气压力位置的补气口选择或启用方法包括:

当环温处于预设温度下，根据压力温度换算后计算成螺杆压缩机的压缩比参数，当压缩比大于第一预设数值时，开启第一级压缩阶段和第二级压缩阶段的补气回路；当压缩比大于第二预设数值小于第一预设数值时，开启第一级压缩阶段的补气回路；当压缩比小于第二预设数值时，开启或关闭第一级压缩阶段的补气回路；

所述螺杆压缩机包括设有两个补气口的压缩机机体或排气座结构，两个所述补气口设有螺纹或法兰结构，螺杆压缩机通过补气管路经所述螺纹或法兰结构接收从经济器补充的制冷剂气体；

从所述经济器流至螺杆压缩机的补充的制冷剂气体分为两路，分为两路的制冷剂气体分别补充至压缩机机体或排气座上处于同一补气中间压力位置的阴转子侧的第一补气口和阳转子侧的第二补气口上；

在同一个压缩机的机体或者排气座上实现准二级压缩结构，进而实现准二级的双回路补气结构，提升一级经济器回路的补气量；

在一级补气口的下游至螺杆式压缩机排气终了的过程中再开一级补气回路，带有第二级补气回路的压缩机机体或排气座与第一级的压缩机机体或排气座为同一机体或排气座，即：在同一个压缩机的机体或者排气座上实现准三级压缩结构，实现第二级的双路补气结构。

2.根据权利要求1所述的一种带经济器回路的补气螺杆压缩机，其特征在于，所述补气管路上设有三通阀，经过三通阀将从所述经济器流至螺杆压缩机的补充的制冷剂气体分为两路。

3.根据权利要求2所述的一种带经济器回路的补气螺杆压缩机，其特征在于，所述补气管路上设有单向阀，通过所述单向阀减小补气管路补气过程的管路振动和噪音。

4.根据权利要求1所述的一种带经济器回路的补气螺杆压缩机，其特征在于，根据所述螺杆压缩机的容量、补气容量以及运行工况确定所述补气口的尺寸，同一个补气口在一个压缩阶段中对一个补气压力位置的制冷剂进行补气混合。

5.根据权利要求1所述的一种带经济器回路的补气螺杆压缩机，其特征在于，所述补气口的流向与所述阴阳转子的型线流向相同。

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