CN101105346B - 一种变频磁悬浮压缩膨胀机组 - Google Patents
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Abstract
一种变频磁悬浮压缩膨胀机组,包括组合连接的压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀机,磁悬浮轴承离心式压缩机和径流式膨胀机通过轴直联,轴悬浮于左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承、轴向磁悬浮轴承上,左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承中间设有驱动离心式压缩机的变频电机;轴与左磁悬浮轴承、右磁悬浮轴承及轴向轴承内置控制位移的感应装置,径流式膨胀机包括进气室及出气管,进气室与出气管之间设有与二者贯通的喷嘴、叶轮,叶轮固接于轴上。压缩机将蒸发器制冷剂气体,经多级压缩,排至冷凝器,冷凝后液体制冷剂进入膨胀机,膨胀所作功由轴输给压缩机,膨胀后制冷剂进入蒸发器中蒸发制冷;制冷剂在蒸发器中蒸发后,被压缩机吸入,循环流动。
Description
技术领域
本发明涉及一种中央空调制冷装置,特别涉及一种变频磁悬浮压缩膨胀机组。
背景技术
在制冷空调行业,节约能源是衡量产品先进性的首要问题。国家对节能有一系列的措施,在公共建筑中,空调所消耗的电能占总电能的30%以上,节省空调设备的电能具有十分重要的意义。
传统的空调制冷系统是由压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器四大件组成,制冷剂流过节流机构是等焓过程,此过程只改变制冷剂的压力、温度参数,无法获得膨胀功。
由于离心式压缩机旋转速度很高,常规的压缩机的驱动轴和轴承之间需要用润滑油进行润滑,以便减小磨擦和磨损,同时带走磨擦热量,需要有复杂的润滑系统,此结构使空调机组结构复杂,能耗大,维护保养麻烦,成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种可将空调制冷系统的膨胀功回收利用,并通过轴直接输送给压缩机消耗,节能效果好、结构合理、功能完善的变频磁悬浮压缩膨胀机组。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种变频磁悬浮压缩膨胀机组,包括组合连接的压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀机,所述磁悬浮轴承离心式压缩机和径流式膨胀机通过轴直联,所述轴悬浮于左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承、轴向磁悬浮轴承上,所述左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承的中间设有用于驱动离心式压缩机的电机,所述电机为变频电机,所述轴与左磁悬浮轴承、右磁悬浮轴承及轴向轴承内置有控制位移的感应装置。
所述径流式膨胀机包括进气室及出气管,所述进气室与出气管之间设有与二者贯通的喷嘴、叶轮,所述叶轮固接于轴上。
所述径流式膨胀机为单级径流式膨胀机。
所述变频电机转速为10000~80000rpm。
所述磁悬浮轴承离心式压缩机为多级离心式压缩机。
本发明采用上述技术方案后,可以达到以下有益效果:
1、节能。本发明节能主要由以下三方面来实现:1)采用膨胀机回收能量;2)采用磁悬浮轴承无油润滑,降低磨擦功耗;3)热交换器表面不被润滑油污染,提高传热效率,减小传热温差,此结构可节能10%左右。
2、降耗。本发明采用径流式膨胀机替代常规空调系统的节流机构,制冷剂的膨胀是等熵过程,可获得膨胀功;通过与压缩机直联的轴,将膨胀功输送给压缩机,节省了整个机组从外界输入的电力,可降耗10%左右。
3、环保。本发明使用环保制冷剂R134a、R407C、R410A、CO2, 减少了大气污染,其环保性已得到国际公认。
4、节材。本发明采用的离心式压缩机和径流式膨胀机高速旋转,体积小、重量轻,重量只有常规机组的1/5,节省材料。
5、简化了结构。本发明使用磁悬浮轴承,机组运转时,轴和轴承不接触,省去了复杂的油润滑系统,降低了磨擦功率消耗,提高了整机效率;同时,被压缩和膨胀的制冷剂不含润滑油,使蒸发器和冷凝器表面不被油污染,提高了蒸发器和冷凝器的传热效率,也使整个空调制冷循环的能效比提高了20%左右。
6、工作可靠,寿命长。本发明由于采用磁悬浮轴承,并设有纠错感应装置,工作时轴与轴承不接触,无磨擦和磨损,工作可靠,机组寿命长。
本发明的有益效果是通过以下工作原理实现的:
高速旋转的径流式膨胀机将冷凝器(冷却器)冷凝(冷却)的液(气)体进行膨胀,获得了膨胀功;通过轴输送到压缩机,压缩机和膨胀机采用磁悬浮轴承,工作时轴和轴承不相互接触,轴承中没有润滑油润滑,降低了轴承消耗的磨擦功率;同时,热交换器表面不被润滑油污染,提高了传热效果,因此,使整个机组的能量利用效率提高;而且,由于系统采用环保制冷剂,符合我国和国际上所有国家的环保政策与法规。
附图说明
图1为现有技术的工作原理图;
图2为本发明的工作原理图;
图3为本发明的主要部件组成图;
图4本发明中磁悬浮离心式压缩机结构剖视图;
图5为本发明中径流式膨胀机结构剖视图。
附图标记说明
1—压缩机 2—冷凝(却)器 3—节流机构 4—蒸发器 5—膨胀机 6—轴 7—左径向磁悬浮轴承 8—变频电机9—右径向磁悬浮轴承 10—轴向轴承 11—离心式压缩机叶轮12—径流式膨胀机叶轮 13—第一级扩压器 14—进口导叶15—回流器 16—中间级(或末级)叶轮 17—蜗壳 18—中间级(或末级)扩压器 19——左隔板 20—回流器隔板 21—右隔板 22—机身 23—进气(液)室 24—喷嘴 25—出气管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明:
参见图1
图1为现有技术工作原理图。在图1中,空调制冷系统是由压缩机1、冷凝器2、节流机构3和蒸发器4组合连接,制冷剂流过节流机构3是等焓过程,此过程只改变制冷剂的压力、温度参数,无法获得膨胀功。
由于离心式压缩机1旋转速度很高,常规的压缩机1驱动轴和轴承之间需要用润滑油进行润滑,以便减小磨擦和磨损,同时带走磨擦热量,需要有复杂的润滑系统,此结构使空调机组结构复杂,能耗大, 维护保养麻烦,成本较高。
参见图2
图2为本发明的工作原理图。在图2中,所述变频磁悬浮压缩膨胀机组包括组合连接的压缩机1和膨胀机5,以及冷凝(却)器2和蒸发器4,压缩机1与膨胀机5由轴6连接,系统中循环的是环保制冷剂,如R134a、R407C、R410A、天然制冷剂CO2,或使用常规制冷剂,如R22、R123;制冷剂的流向为蒸发器4→压缩机1→冷凝(却)器2→膨胀机5→蒸发器4。
本发明以膨胀机5替代了现有技术的节流机构3,同时用轴6将径流式膨胀机5及磁悬浮轴承离心式压缩机1连接起来,使空调机组获得膨胀功,所述离心式压缩机1与径流式膨胀机5均采用磁悬浮轴承,离心式压缩机1吸入来自蒸发器4的制冷剂气体,经多级压缩后,排至空调制冷系统的冷凝器2(对CO2制冷循环为冷却器),冷凝后的液体制冷剂(对CO2则为冷却后的气体制冷剂)进入径流式膨胀机5,膨胀所作功由轴6输送给压缩机1,膨胀后的制冷剂由径流式膨胀机5流出,进入蒸发器4中蒸发制冷;制冷剂在蒸发器4中蒸发后,被压缩机1吸入,循环流动;磁悬浮轴承保证了机组运行时轴与轴承不接触,无需润滑油润滑;变频电机8配合磁悬浮轴承工作,并调节机组的制冷(热)量。
本发明省却了繁杂的润滑系统,简化了空调机组的结构,降低了能耗。
参见图3
图3是本发明的主要部件组成图。在图3中,所述变频磁悬浮压缩膨胀机组,包括通过轴6组合连接的压缩机叶轮11、膨胀机叶轮12、变频电机8、左磁悬浮轴承7、右磁悬浮轴承9、轴向轴承10,此结构为空调系统提供冷(热)源。工作时,依靠电网的电能,使变频电机8旋转,带动压缩机1、膨胀机5的轴6旋转,轴6被悬浮在左径向磁悬浮轴承7、右径向磁悬浮轴承9、轴向轴承10上,从蒸发器4出来的制冷剂气体被压缩机1吸入,压缩后排出,至冷凝器2冷凝成液体(对于CO2制冷剂则是冷却成气体),然后,进入径流式膨胀机5膨胀成液体,由膨胀机5流出,进入蒸发器4蒸发制冷。径流式膨胀机叶轮12输出的膨胀功通过同轴联结的轴6输送给压缩机1的叶轮11消耗。蒸发后的制冷剂从蒸发器4流出,进入压缩机1压缩。
所述变频驱动的磁悬浮轴承离心式压缩机1吸入来自蒸发器4的制冷剂气体,经多级压缩的叶轮11(图2中为两级叶轮,一般可为二三、四、或五级叶轮)压缩后,排至空调制冷系统的冷凝器2(对CO2制冷循环为冷却器),冷凝后的液体制冷剂(对CO2则为冷却后的气体制冷剂)进入径流式膨胀机5的叶轮12,膨胀所作的功由轴6输送给压缩机叶轮11,膨胀后的低压、低温制冷剂由径流式膨胀机5流出,进入蒸发器4中蒸发制冷,制冷剂在蒸发器4中蒸发后,从蒸发器4流出,被压缩机1吸入,如此不断循环流动。所述蒸发器4对外放出制冷量,冷凝器2对外放出冷凝热量,压缩机1消耗外界输入的电能。
所述轴6与左磁悬浮轴承7、右磁悬浮轴承9及轴向轴承10内置有控制位移的感应装置,其作用是当空调机组在运作过程中发生偏差 时,及时纠错,使磁悬浮压缩膨胀机组各部件保持正确的工作位置,不会产生偏移。
所述感应装置可采用现有技术。
本发明对于使用在跨临界循环工作的CO2制冷剂,其节能效果尤为显著。
参见图4
图4为本发明中磁悬浮离心式压缩机结构剖视图。在图4中,所述离心式压缩机包括组合连接的进口导叶14、第一级叶轮11、第一级扩压器13、回流器15、中间级(或末级)叶轮16、蜗壳17、中间级(或末级)扩压器18、轴6,所述轴6被磁悬浮轴承所支承,离心式压缩机叶轮11和中间级(或末级)叶轮16固定在轴6上,进口导叶14安装在左隔板19上,左隔板19、回流器隔板20和右隔板21安装在机身22上,从而组成第一级扩压器13和回流器15,所述机身22和蜗壳17、中间级(或末级)扩压器18组成整个离心压缩机。
压缩机1的功能是将来自蒸发器4的低压、低温制冷剂气体压缩到高温、高压的制冷剂气体。在压缩过程中需要消耗从轴6传来的机械能,它包括由变频电机8通过轴6传来的机械能和由径流式膨胀机5的叶轮12通过轴6传来的机械能,所述制冷剂气体被高速旋转的离心式压缩机1的叶轮11推动前进,提高了速度能,之后,进入第一级扩压器13,制冷剂的速度下降,速度能转变成压力能,接着,进入回流器15,改变流向,进入后一级叶轮16。根据采用制冷剂的不同和压缩机1转速的不同,压缩机1可以设计成单级、双级、三级和多级, 每一级由叶轮和扩压器组成,级与级之间由回流器15相连,制冷剂流至最后一级(末级)的扩压器18后,流至蜗壳17集中排出。在压缩机的叶轮11前设有的进口导叶14,起调节制冷量的作用,此外,通过改变变频电动机8的转速,也能调节压缩机1的制冷量。
参见图5
图5为本发明中径流式膨胀机结构剖视图。在图5中,所述径流式膨胀机5包括进气(液)室23及出气管25,所述进气室23下部设有与其贯通的喷嘴24、叶轮12,所述叶轮12固接于轴6上,轴6被磁悬浮轴承所支承,从而与进气(液)室23、喷嘴24、出气管25组成径流式膨胀机。
所述膨胀机5的功能是将高压高温的液(气)体膨胀成低压低温的液体,获得膨胀功。在冷凝器里冷凝后的液态制冷剂(对于CO2制冷剂,则是在冷却器里冷却后的气态制冷剂,因为CO2在通常的环境温度下不会液化),然后进入膨胀机5的进气室23,经过喷嘴24后,进入径流膨胀机的叶轮12,高压的制冷剂推动叶轮12旋转,对叶轮12作功,叶轮12获得的这部分功通过轴6传给压缩机1。经叶轮12膨胀后的低压低温制冷剂液体由膨胀机的出气管25流出。径流式膨胀机5为单级膨胀机。
Claims (6)
1.一种变频磁悬浮压缩膨胀机组,所述变频磁悬浮压缩膨胀机组包括组合连接的压缩机(1)、冷凝器(2)、蒸发器(4)、膨胀机(5),其特征在于:所述磁悬浮轴承离心式压缩机(1)和径流式膨胀机(5)通过轴(6)直联,所述轴(6)悬浮于左径向磁悬浮轴承(7)、右径向磁悬浮轴承(9)、轴向磁悬浮轴承(10)上,所述左径向磁悬浮轴承(7)、右径向磁悬浮轴承(9)的中间设有用于驱动离心式压缩机(1)的电机(8),所述电机(8)为变频电机,所述轴(6)与左磁悬浮轴承(7)、右磁悬浮轴承(9)及轴向轴承(10)内置有控制位移的感应装置。
2.根据权利要求1所述的一种变频磁悬浮压缩膨胀机组,其特征在于:所述径流式膨胀机(5)包括进气室(23)及出气管(25),所述进气室(23)与出气管(25)之间设有与二者贯通的喷嘴(24)、叶轮(12),所述叶轮(12)固接于轴(6)上。
3.根据权利要求2所述的一种变频磁悬浮压缩膨胀机组,其特征在于:所述径流式膨胀机(5)为单级径流式膨胀机。
4.根据权利要求1所述的一种变频磁悬浮压缩膨胀机组,其特征在于:所述变频电机(8)转速在10000~80000rpm。
5.根据权利要求1所述的一种变频磁悬浮压缩膨胀机组,其特征在于:所述磁悬浮轴承离心式压缩机(1)为一级、二级或三级离心式压缩机。
6.根据权利要求1所述的一种变频磁悬浮压缩膨胀机组,其特征在于:所述磁悬浮轴承离心式压缩机(1)为多级离心式压缩机。
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郭有仪.空分设备基础知识讲座 第六讲 向心透平膨胀机(一).深冷技术 第4期.1992,(第4期),第43-48页中的第43页最后一段至第45页第3段、图1-3. * |
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