CN101326413B - 用于磁力轴承压缩机的急停轴承的润滑系统 - Google Patents

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Abstract

一种蒸汽压缩系统，包括压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器。制冷剂循环通过闭路式蒸汽压缩系统。急停轴承在压缩机电源关闭过程中保护转子。来自冷凝器的液体制冷剂沿着供给管路流动并润滑急停轴承。来自急停轴承的制冷剂从出口排出并沿着排出管路流向蒸发器。

Description

用于磁力轴承压缩机的急停轴承的润滑系统
技术领域
本发明总体涉及一种轴承润滑系统，所述轴承润滑系统用来自冷凝器的液体制冷剂润滑配备有磁力轴承的压缩机的急停轴承(touchdown bearing)。
背景技术
蒸汽压缩系统包括压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器。制冷剂循环通过闭路式蒸汽压缩系统。制冷剂以高压高焓从排出口离开压缩机。然后制冷剂在高压下流经冷凝器并向外部流体介质排放热量。然后制冷器流经膨胀装置，所述膨胀装置使制冷剂膨胀至低压。在膨胀之后，制冷剂流经蒸发器并从另一外部流体介质吸收热量。然后制冷剂从吸入口重新进入压缩机，完成循环。
压缩机包括设在压缩机壳体中的叶轮、扩散器、马达转子和马达定子。转子固定到轴上并与轴一起旋转，定子固定在压缩机壳体的内部。在压缩机中通常使用流体动压轴承和流体静压轴承。磁力轴承能减少动力损失并不需要使用油作为润滑剂。急停轴承在压缩机的电源关闭过程中提供轴的平稳旋转并保护转子。急停轴承可以是陶瓷滚珠轴承或滑动轴承。如果急停轴承是滑动轴承，那么急停轴承由具有能耐受没有润滑剂时的关闭过程的摩擦特性的材料制成。陶瓷滚珠轴承和滑动轴承的缺点在于它们比较昂贵。
因此，在本领域中需要一种润滑压缩机轴承的轴承润滑系统，其使用不太昂贵的材料，例如巴氏合金材料；提供较低的磨损率并能克服现有技术的缺点和缺陷。
发明内容
蒸汽压缩系统包括压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器。制冷剂循环通过闭路式蒸汽压缩系统。制冷剂在压缩机内被压缩并从排出口离开压缩机。然后制冷剂进入冷凝器并向外部流体介质排放热量。制冷剂被膨胀装置膨胀至低压。在膨胀后，制冷剂流经蒸发器并从另一外部流体介质获取热量。然后制冷剂从吸入口重新进入压缩机，完成循环。
压缩机包括设在压缩机壳体中的叶轮、扩散器、主马达转子、主马达定子和磁力轴承。主马达定子通过磁场驱动主马达转子旋转，从而驱动轴以减小压缩机的压缩室中容纳的制冷剂的体积而将制冷剂压缩至高压。
径向急停轴承和轴向急停轴承在压缩机电源关闭过程中保护转子，并且保护磁力轴承不发生故障。径向急停轴承限定出容纳轴的一部分的空腔。轴包括围绕轴的周围延伸的环形轴环。轴向急停轴承环绕轴并限定出容纳环形轴环的空腔。
来自冷凝器的液体制冷剂沿着供给管路流动并注入到由急停轴承限定的空腔中。制冷剂为急停轴承提供润滑，减少磨损。制冷剂从压缩机壳体的出口排出并沿着排出管路流向蒸发器。
由以下说明和附图将最佳地理解本发明的这些及其它特征。
附图说明
根据对当前优选实施例的以下详细描述，本发明的各种特征和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见。详细描述所附的附图可简要描述如下：
图1示意地示出本发明的蒸汽压缩系统，其包括供给管路，供给管路从冷凝器向压缩机的轴承提供液体制冷剂；
图2a示意地示出压缩机的轴承；
图2b示意地示出包括急停轴承的压缩机，由来自冷凝器的液体制冷剂润滑所述急停轴承；
图3示意地示出蒸汽压缩系统的另一个实施例，其包括供给管路上的断电保护阀；
图4示意地示出蒸汽压缩系统的另一个实施例，其包括供给管路上的阀，所述阀只在压缩机关闭的时候打开；和
图5示意地示出压缩机，其包括多条制冷剂回路以向压缩机的不同轴承提供制冷剂。
具体实施方式
图1示出示例性蒸汽压缩系统20，包括压缩机22、冷凝器24、膨胀装置26和蒸发器28。制冷剂循环通过闭路式蒸汽压缩系统20。制冷剂以高压高焓从排出口30离开压缩机22。压缩机22可以是螺旋压缩机、旋转压缩机、涡轮压缩机或任何类型的压缩机。
然后制冷剂流经冷凝器24。外部流体介质32，例如水或空气，流经冷凝器24并与流经冷凝器24的制冷剂交换热量。冷凝器24中的制冷剂的压力一般约为100psi。制冷剂向外部流体介质32排放热量，并在液态下以相对较低的焓和高压离开冷凝器24。
然后制冷剂被膨胀装置26膨胀，减小制冷剂的压力。膨胀装置26可以是机械膨胀装置(TXV)、电子膨胀阀(EXV)或其它任何已知类型的膨胀装置。
在膨胀后，制冷剂流经蒸发器28并从另一外部流体介质34-例如空气或水-吸收热量。蒸发器28中的制冷剂的压力一般约为50psi。制冷剂在汽态下以相对较高的焓和低压离开蒸发器28。然后制冷剂重新进入压缩机22的吸入口36，完成循环。
或者，来自冷凝器24的液体制冷剂沿供给管路94流动，并被蒸发器28再冷却以润滑急停轴承48和52。用蒸发器28使液体再冷却保证了液体制冷剂注入到轴承48和52中，否则该制冷剂会是液-汽混合物。
图2a是示出压缩机22及主要内部部件的示意图。压缩机22包括马达35，马达35包括主马达转子110、主马达定子112、两套径向磁力轴承46、两个急停轴承48和一套轴向急停轴承52。
图2b示出流向急停轴承48和52以及磁力轴承46的润滑流。压缩机22包括设在压缩机壳体42中的主马达转子110和主马达定子112。主马达定子112被固定在压缩机壳体42内部。主马达转子110固定到轴44上并与轴44一起旋转。主马达定子112驱动主马达转子110旋转，从而驱动轴44。轴44的旋转减小压缩机22的压缩室(未示出)中容纳的制冷剂的体积，将制冷剂压缩至高压。
轴承转子38和轴承定子40形成磁力轴承46，磁力轴承46允许主马达转子110的平稳旋转以减少动力损失并免除用油提供润滑的需要。在轴承转子38和轴承定子40之间提供间隙A。
径向急停轴承48在压缩机22的电源关闭过程中径向地保护主马达转子110，并且保护磁力轴承46不发生故障。径向急停轴承48限定出容纳轴44的一部分的空腔50。在径向急停轴承48和轴44之间提供间隙B。间隙B小于间隙A，有助于径向急停轴承48在断电的情况下接触轴44。
轴向急停轴承52在压缩机22电源关闭过程中轴向地保护主马达转子110，并且保护磁力轴承46不发生故障。轴44包括围绕轴44的周围延伸的环形轴环54。轴向急停轴承52环绕轴44并限定出容纳环形轴环54的空腔56。磁体58也被容纳在轴向急停轴承52中。轴向急停轴承52也可以是独立的轴承。
急停轴承48和52可以是陶瓷滚珠轴承或滑动轴承。如果急停轴承48和52是滑动轴承，那么急停轴承48和52可由具有能耐受电源关闭过程的摩擦特性的材料制成。例如，急停轴承48和52可以由锡基或铅基巴氏合金材料制成。或者，急停轴承48和52可在接触轴44的表面上具有巴氏合金材料的涂层60。
来自冷凝器24的液体制冷剂沿供给管路62流动，以润滑急停轴承48和52。制冷剂也可围绕磁力轴承46流动，以从磁力轴承46带走热量。
来自供给管路62的液体制冷剂沿管路64流动，并通过压缩机壳体42的开口66注入到径向急停轴承48中。制冷剂进入空腔50并为径向急停轴承48提供润滑，减少磨损。来自径向急停轴承48的制冷剂从压缩机壳体42的出口70排出，并沿管路72流动，然后进入排出管路74，所述排出管路74把制冷剂运送至蒸发器28。
来自供给管路62的液体制冷剂沿管路76流动，并通过压缩机壳体42的开口78注入到轴向急停轴承52中。制冷剂进入轴向急停轴承52限定的空腔56。制冷剂为轴向急停轴承52提供润滑，减少磨损。来自轴向急停轴承52的制冷剂从压缩机壳体42的出口82排出，并沿管路84流动，然后进入排出管路74，所述排出管路74把制冷剂运送至蒸发器28。
液体制冷剂还沿供给管路65流动，以向磁力轴承46供给液体制冷剂。液体制冷剂通过排出管路96从压缩机壳体42排出，所述排出管路96把制冷剂运送至蒸发器28。
由于冷凝器24中的制冷剂(约100psi)和蒸发器28中的制冷剂(约50psi)之间的压力差作用，不需要外部的泵以从冷凝器24向急停轴承48和52供给制冷剂。所述压力差允许制冷剂从冷凝器24流出，流经压缩机22的急停轴承48和52的附近，并流入蒸发器28中。
如图3所示，蒸汽压缩系统20可包括可选的断电保护电磁阀86，所述电磁阀86位于从冷凝器24到压缩机22的供给管路62上。如果发生断电，断电保护电磁阀86就保持打开，来自冷凝器24的制冷剂继续为急停轴承48和52提供润滑。或者，来自冷凝器24的液体制冷剂沿供给管路94流动，并被蒸发器28再冷却以润滑急停轴承48和52。
如图4和5所示，在另一个实施例中，来自冷凝器24的制冷剂不断地围绕磁力轴承46流动以冷却磁力轴承46。但来自冷凝器24的制冷剂只在压缩机22的电源关闭过程中提供给急停轴承48和52。在这个实施例中，磁力轴承46与急停轴承48和52中的每一个所用的制冷剂回路都是独立的。制冷剂沿供给管路62流动，然后沿管路65流向磁力轴承46。制冷剂离开磁力轴承46，并沿管路96流动，然后进入排出管路74，所述排出管路74把制冷剂运送至蒸发器28。位于管路64和76上的阀90只在发生电源关闭的时候打开，以从冷凝器24向急停轴承48和52供给液体制冷剂。在正常运转期间，阀90闭合。当控制器92检测到压缩机22的电源关闭时，发出信号以打开阀90并允许液体制冷剂流向急停轴承48和52。或者，具有单个阀90的单条管路为急停轴承48和52两者提供液体制冷剂。
以上描述只是本发明的原理的示例。按照以上教导，很多本发明的改进和变型都是可能的。虽然已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域的普通技术人员会想到某些改进将落入本发明的范围之内。因此，应当理解，除了具体描述的内容之外，可以在所附权利要求的范围内实施本发明。基于所述原因，应当研究所附权利要求以确定本发明的真正范围和内容。

Claims (19)

1.一种蒸汽压缩系统，包括：
压缩机，将制冷剂压缩至高压，所述压缩机包括磁力轴承及至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一；
冷凝器，用于冷却所述制冷剂；
制冷剂供给管路，恒定地将所述制冷剂从所述冷凝器供给到所述压缩机以润滑所述磁力轴承，并将制冷剂从所述冷凝器供给到压缩机以润滑所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一，其中至少一个阀控制供向所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一的制冷剂流；
蒸发器，用于加热所述制冷剂；和
制冷剂排出管路，将润滑所述磁力轴承和所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一的制冷剂排出到所述蒸发器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括膨胀装置，以将所述制冷剂膨胀至低压。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述压缩机包括固定在压缩机壳体内部的马达定子、能相对于所述马达定子旋转的轴、以及固定到所述轴上的马达转子。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述压缩机包括轴，所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一是环绕所述轴的一部分的径向急停轴承，并且在所述轴和所述径向急停轴承之间提供径向急停轴承间隙。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述磁力轴承包括轴承转子和轴承定子，在所述轴承转子和所述轴承定子之间提供磁力轴承间隙，并且所述径向急停轴承间隙小于所述磁力轴承间隙。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述压缩机包括轴，所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一是轴向急停轴承，并且所述轴包括被所述轴向急停轴承环绕的环形轴环。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一既包括径向急停轴承也包括轴向急停轴承。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括控制器，所述控制器监控所述压缩机的关闭，其中当所述控制器检测到所述压缩机关闭时，所述控制器打开所述至少一个阀以允许所述制冷剂流向所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当从所述冷凝器流向所述压缩机时，在所述制冷剂供给管路中的所述制冷剂绕过所述蒸发器。
10.一种蒸汽压缩系统，包括：
压缩机，将制冷剂压缩至高压，所述压缩机包括至少一个轴承；
冷凝器，用于冷却所述制冷剂；
膨胀阀，用于膨胀流自所述冷凝器的制冷剂；
蒸发器，用于加热流自所述膨胀阀的制冷剂；
制冷剂供给管路，将所述制冷剂从所述冷凝器供给到所述蒸发器，然后供给到压缩机以润滑所述至少一个轴承，其中所述制冷剂从所述冷凝器流向所述蒸发器而绕过所述膨胀阀并且直接从所述冷凝器流向所述蒸发器；和
制冷剂排出管路，将润滑所述至少一个轴承的制冷剂排出到所述蒸发器。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：所述压缩机包括固定在压缩机壳体内部的马达定子、能相对于所述马达定子旋转的轴、以及固定到所述轴上的马达转子。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：所述压缩机包括轴，所述至少一个轴承是环绕所述轴的一部分的径向急停轴承，并且在所述轴和所述径向急停轴承之间提供径向急停轴承间隙。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述至少一个轴承包括磁力轴承，所述磁力轴承包括轴承转子和轴承定子，在所述轴承转子和所述轴承定子之间提供磁力轴承间隙，并且所述径向急停轴承间隙小于所述磁力轴承间隙。
14.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：所述压缩机包括轴，所述至少一个轴承是轴向急停轴承，并且所述轴包括被所述轴向急停轴承环绕的环形轴环。
15.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：所述至少一个轴承是径向急停轴承、轴向急停轴承和磁力轴承中的至少一个。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于：还包括控制器和阀，所述控制器监控所述压缩机的关闭，其中当所述控制器检测到所述压缩机关闭时，所述控制器打开所述阀以允许所述制冷剂流向所述径向急停轴承和所述轴向急停轴承中的至少一个。
17.一种润滑蒸汽压缩系统的磁力轴承的方法，所述方法包括步骤：
在压缩机中将制冷剂压缩至高压；
用磁力轴承以及至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一保护所述压缩机的部件；
在冷凝器中冷却所述制冷剂；
将所述制冷剂恒定地从所述冷凝器供给到所述磁力轴承以提供润滑；
从所述冷凝器向所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一供给所述制冷剂以提供润滑，其中至少一个阀控制供向所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一的制冷剂流；
在蒸发器中加热所述制冷剂；和
把润滑所述磁力轴承和所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一的制冷剂提供给所述蒸发器。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一是径向急停轴承，它环绕压缩机的轴的一部分，并且在所述轴和所述径向急停轴承之间提供径向急停轴承间隙。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述至少轴向急停轴承和径向急停轴承之一是轴向急停轴承，并且所述压缩机的轴包括被所述轴向急停轴承环绕的环形轴环。
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