[发明专利]一种内容积比可调节的单机双级变频螺杆压缩机

说明书

技术领域

本发明涉及一种螺杆式制冷压缩机，特别涉及一种内容积比可调节的单机双级变频螺杆式制冷压缩机。

背景技术

众所周知，螺杆式压缩机是通过置于机壳体内互相平行啮合的阴阳转子的回转，造成由转子吸气端座、齿槽、壳体和排气端座构成的压缩工作容积的减小，实现对吸入气体的压缩。在一个完整的压缩过程中气体要沿着转子轴线方向经过吸气、压缩和排气三个阶段。

对于容量的调节，螺杆压缩机普遍采用滑阀机构，通过滑阀的移动使有效吸入工作容积的减小，进而实现输气容量即负荷的调节。

作为一种容积式压缩机，螺杆式压缩机具有内容积比。所谓内容积比VI是指压缩工作容积在吸气终了压缩刚要开始时的容积值Vcys（此时压力为Pcys）与压缩终了刚要开始与排气口联通时的容积值Vcyc（此时压力为Pcyc）的比例关系，即VI=Vcys/Vcyc。与VI对应的压力比值εi=Pcyc/Pcys称为内压力比。根据多变压缩过程可知，内容积比与内压力比有如下对应关系：

εi=Pcyc/Pcys=（Vcys/Vcyc）ⁿ=VIⁿ，其中n为压缩过程的多变指数。

倘若压缩机的吸气压力为Ps，排气压力为Pd，则εo=Pd/Ps称为工作压力比也称外压力比。当内压力比εi与外压力比εo不等时会产生过压缩或欠压缩，不论那种情况都会在压缩过程中产生额外的能耗，且内、外压力比差别越大能耗损失越大。参见图5（a），（b），图中的阴影部分就是额外的能耗损失。

根据压缩机可适用的工作压比大小，有单级螺杆压缩机和单机双级螺杆压缩机之分。一般情况下工作压力比即外压力比εo≤10时，采用单级螺杆压缩机；当εo＞10时，单级螺杆压缩机的效率和可靠性会显著降低，因此一般选用单机双级螺杆压缩机，低压级螺杆压缩部和高压级螺杆压缩部串联，被压缩气体先后经低压级压缩部和高压级压缩部进行压缩。对应的低压级的工作压力比为εo-L，高压级的工作压力比为εo-H，且有整个压缩机的外压力比εo=εo-L ·εo-H，通常取εo-L=εo-H=εo^?，显然对于高压级或低压级其工作压比都明显低于整个压缩机的压力比εo。

当前单机双级螺杆压缩机主要应用在商业低温冷冻、冷藏领域，制冷系统的蒸发温度和冷凝温度都是明确的，且基本都在很小的范围内波动，因此设计时按照外压力比为定值考虑。所以采用固定式内容积比的压缩机即可满足使用要求。对于制冷系统负荷的变化则通过在低压级螺杆压缩部设置滑阀来实现负荷调节，驱动螺杆压缩部的电动机采用定频供电即转速保持不变。

当现有高、低压级具有固定内容积比且低压级具有滑阀容量调节的定频单机双级螺杆压缩机应用在以下工况且负荷变化较大的制冷系统中，会出现以下问题：

当满负荷运转时，假定制冷系统的蒸发温度不变或变化很小（比如＜1.0℃）时，而冷凝温度相对于额定设计条件发生较大变化，比如变化的温差大于±10℃时，则高压级的排气压力也随之发生较大变化，中间压力则变化较小，此时高压级的外压力比ε0-H会与按额定设计条件确定的固定内容积比所决定的内压力比εi-H发生较大偏差，由前文可知，在此状态下压缩机会产生较大的过压缩或欠压缩损失。另一种情况，假定当制冷系统的冷凝温度不变或变化很小（比如＜1.0℃）时，而蒸发温度相对于额定设计条件发生较大变化，比如变化的温差大于±10℃时，则低压级的吸气压力也随之发生较大变化，中间压力则变化较小，此时低压级的外压力比ε0-L会与按额定设计条件确定的固定内容积比所决定的内压力比εi-L发生较大偏差。同样，在此状态下压缩机也会产生较大的过压缩或欠压缩损失。

另外，当制冷系统的负荷变化时，特别是在低负荷运转时，采用定频供电来驱动电机和滑阀调节的方式会导致部分负荷时压缩机的效率相较采用变频即变转速负荷调节方式会有显著下降，难以满足节能的需要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是：克服现有单机双级螺杆压缩机应用在允许冷凝温度和蒸发温度均在较大范围内变动，相应的工作压力比也在较大范围内波动（比如超低温R134a（1，1，1，2-四氟乙烷）冷媒的空气源热泵外压比约4.0＜εo＜15）的制冷系统中，由于高压级或低压级工作压力比与对应的内压力比偏差过大造成的额外过压缩或欠压缩损失而导致的压缩机效率低下及在系统低负荷运行时压缩机效率低下、经济性欠佳的问题。本发明提供的一种高、低压级螺杆压缩部的内容积比分别独立可调的，且系统在部分负荷运行时具有较高效率的单机双级变频式螺杆压缩机。