CN101504003B - 涡轮压缩机和制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡轮压缩机和具备该涡轮压缩机的制冷机。涡轮压缩机具有对流体进行抽吸并压缩的第1压缩级、和经由旋转轴与该第1压缩级连结并对来自第1压缩级的压缩流体进一步压缩的第2压缩级，第1压缩级与第2压缩级以背面侧相互对置的方式相邻配设，其中第1压缩级的第1排出口和第2压缩级的第2吸入口形成在同一平面上，并设置有连接这些第1排出口和第2吸入口的U字配管。

Description

涡轮压缩机和制冷机

技术领域

本发明涉及一种涡轮压缩机，特别涉及一种两个叶轮以彼此的背面侧相对置的朝向固定在同一旋转轴上的二级式涡轮压缩机。

本申请基于2008年2月6日申请的日本专利申请号2008-27068号主张优先权，并在此援引其内容。

背景技术

作为将水等冷却对象物冷却或冷冻的制冷机，已知具备借助具有叶轮等的压缩级压缩并排出冷媒的涡轮压缩机的涡轮制冷机。

在压缩机中，如果压缩比增大，则压缩机的排出温度升高，容积效率降低。于是，在如上所述的涡轮制冷机等所具备的涡轮压缩机中，有时分级进行冷媒的压缩。

例如在日本特开平5-223090号公报中公开了这样的二级式涡轮压缩机：在驱动马达轴的两端具有压缩叶片(叶轮)并将被第一级叶轮压缩后的流体送至第二级叶轮。

在该涡轮压缩机中，被第一级叶轮压缩后的流体经由设置在外部的配管(外部配管)被引导至第二级叶轮的吸入口。

另外，在日本特开2007-177695号公报中公开了两个叶轮以背面侧相对置的方式相邻配设的涡轮压缩机。

在该涡轮压缩机中，在包围第一级叶轮的第1壳体内和包围第二级叶轮的第2壳体内形成有将被第一级叶轮压缩后的流体导入第二级叶轮的配管(内部配管)。

上述的现有涡轮压缩机存在以下问题。

即，在日本特开平5-223090号公报记载的涡轮压缩机中，由于在第一级叶轮和第二级叶轮之间配置驱动马达，所以两叶轮之间的距离必然增长。因此存在以下问题：当由外部配管连接这些叶轮之间时，配管结构增长且变得复杂，而且配管的弯曲部位增多，所以流体的流动紊乱，容易发生剥离，导致压力损失增大。

另外，在日本特开2007-177695号公报记载的涡轮压缩机中，虽然在两叶轮之间没有驱动马达，能够缩短该叶轮之间的距离，但是存在以下问题：由于是在壳体内部具有配管的结构，所以配管的曲率减小，容易发生剥离，导致压力损失增加，进而由于不能充分确保设置在叶轮周围的扩压器所配设的空间，所以不能高效地获得压力能，不能实现压缩机的性能提高。

发明内容

本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种涡轮压缩机和具备该涡轮压缩机的制冷机，在二级式涡轮压缩机中具备能够实现压力损失的减少和压缩机的性能提高的最佳化的配管结构。

为了解决上述课题，本发明的涡轮压缩机具有：第1压缩级，具有第1叶轮和包围该第1叶轮的第1壳体，对流体进行抽吸并压缩；第2压缩级，具有经由旋转轴与上述第1压缩级连结的第2叶轮和包围该第2叶轮的第2壳体，与上述第1压缩级以背面侧相互对置的方式相邻配设，对来自上述第1压缩级的压缩流体进一步压缩；上述第1压缩级中的压缩流体的排出口；与上述排出口形成在同一平面上的上述第2压缩级中的上述压缩流体的吸入口；和连接上述排出口与上述吸入口的U字配管。

根据这样的特征的涡轮压缩机，由于背对背相邻的两叶轮之间的距离较短，另外第1压缩级的排出口和第2压缩级的吸入口在同一平面上开口，所以能够利用路径长度最短并且配管结构简单的U字配管将这些排出口和吸入口在外部连接。

因此，能够以仅一次的弯曲数并且大的曲率以最短距离设置流路，所以能够将压力损失抑制到最低限度，并且由于是外部配管方式，所以在壳体内能够充分确保配设扩压器的空间。

另外，在本发明的涡轮压缩机中，上述U字配管的弯曲部分可以呈以上述排出口和上述吸入口之间作为直径的半圆弧状。

这样，通过U字配管的流体在以一定的曲率缓慢地改变朝向的同时从排出口被引导至吸入口，因此能够抑制流体发生剥离，能够抑制产生压力损失。

进而，在本发明的涡轮压缩机中，可以在上述U字配管上连接用于对上述第2压缩级追加注入气体的气体注入管。

由此，能够使所注入的气体与在U字配管内流动的主流均匀地混合并引导至第2压缩机的叶轮。

进而，在本发明的涡轮压缩机中，上述气体注入管可以沿着上述U字配管的弯曲部分的切线连接。

由此，所注入的气体不会扰乱主流的流动而是沿着主流汇合，因此能够不产生压力损失地注入气体。

本发明的制冷机具备将压缩后的冷媒冷却液化的冷凝器、使液化了的上述冷媒蒸发并从冷却对象物夺去气化热从而将上述冷却对象物冷却的蒸发器、和将由上述蒸发器蒸发了的上述冷媒压缩并供给至上述冷凝器的压缩机，其中，作为上述压缩机具备上述任一种涡轮压缩机。

根据这样的特征的制冷机，起到与上述的涡轮压缩机同样的作用和效果。

根据本发明的涡轮压缩机和制冷机，通过以简单的结构的U字配管连接第1压缩级的排出口和第2压缩级的吸入口，能够以最短距离、一次的弯曲数和大的曲率引导流体，因此能够减少压力损失。

另外，通过为外部配管方式，能够充分确保配设扩压器的空间，所以能够实现压缩机的性能提高。

附图说明

图1是表示本实施方式的涡轮制冷机的概略构成的方框图。

图2是本实施方式的涡轮压缩机的垂直剖视图。

图3是图2中的A方向向视图。

图4是图2中的B方向向视图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的涡轮压缩机和制冷机的一个实施方式。此外在以下的附图中，为了使各部件为能识别的大小，适当地变更了各部件的比例尺。

图1是表示本实施方式的涡轮制冷机S(制冷机)的概略构成的方框图。

本实施方式的涡轮制冷机S设置在大厦或工厂中，例如用来生成空调用的冷却水，如图1所示，涡轮制冷机S 1具备冷凝器1、节能器2、蒸发器3和涡轮压缩机4。

以气体状态被压缩的作为冷媒(流体)的压缩冷媒气体X1供给到冷凝器1，通过将该压缩冷媒气体X1冷却液化而成为冷媒液X2。如图1所示，该冷凝器1经由压缩冷媒气体X1流经的流路R1与涡轮压缩机4连接，并经由冷媒液X2流经的流路R2与节能器2连接。此外，在流路R2上设置有用于对冷媒液X2进行减压的膨胀阀5。

节能器2临时贮留由膨胀阀5减压后的冷媒液X2。该节能器2经由冷媒液X2流经的流路R3与蒸发器3连接，并经由利用节能器2产生的冷媒的气相成分X3流经的流路R4与涡轮压缩机4连接。此外，流路R3设置有用于对冷媒液X2进一步进行减压的膨胀阀6。此外，流路R4与涡轮压缩机4连接，以将气相成分X3供给涡轮压缩机4所具备的后述的第2压缩级22。

蒸发器3通过使冷媒液X2蒸发并从水等冷却对象物夺去气化热来对冷却对象物进行冷却。该蒸发器3经由冷媒液X2蒸发而产生的冷媒气体X4所流经的流路R5与涡轮压缩机4连接。此外，流路R5与涡轮压缩机4所具备的后述的第1压缩级21连接。

涡轮压缩机4将冷媒气体X4压缩成上述压缩冷媒气体X1。该涡轮压缩机4如上所述经由压缩冷媒气体X1流经的流路R1与冷凝器1连接，并经由冷媒气体X4流经的流路R5与蒸发器3连接。

在这样构成的涡轮制冷机S中，经由流路R1供给到冷凝器1的压缩冷媒气体X1被冷凝器1液化冷却而成为冷媒液X2。

冷媒液X2在经由流路R2供给节能器2时被膨胀阀5减压，在减压的状态下临时贮留在节能器2中，然后在经由流路R3供给蒸发器3时被膨胀阀6进一步减压，并以被进一步减压的状态供给蒸发器3。

另外，供给到蒸发器3的冷媒液X2被蒸发器3蒸发而成为冷媒气体X4，并经由流路R5供给涡轮压缩机4。

供给到涡轮压缩机4的冷媒气体X4被涡轮压缩机4压缩而成为压缩冷媒气体X1，并再次经由流路R1供给至冷凝器1。

此外，在冷媒液X2贮留在节能器2中时产生的冷媒的气相成分X3经由流路R4供给至涡轮压缩机4，与冷媒气体X4一起被压缩，并作为压缩冷媒气体X1经由流路R1供给至冷凝器1。

另外，在这样的涡轮制冷机S中，在利用蒸发器3使冷媒液X2蒸发时，通过从冷却对象物夺去气化热，来进行冷却对象物的冷却或冷冻。

接下来更详细地说明本实施方式的特征部分即上述涡轮压缩机4。图2是涡轮压缩机4的垂直剖视图，图3是图2中的A方向向视图，图4是图2中的B方向向视图。

如图2所示，本实施方式的涡轮压缩机4具备马达单元10、压缩机单元20和齿轮单元30。

马达单元10具备具有输出轴11并且用于驱动压缩机单元20的成为驱动源的马达12、和包围该马达12并且支承上述马达12的马达壳体13。

此外，马达12的输出轴11被固定在马达壳体13上的第1轴承14和第2轴承15支承成能旋转。

此外，在马达壳体13中具备回收并且贮留供给到涡轮压缩机4的滑动部位的润滑油的油箱(省略图示)。

压缩单元20具备吸入并压缩冷媒气体X4(参照图1)的第1压缩级21、和对被第1压缩级21压缩后的冷媒气体X4进行进一步压缩并将其作为压缩冷媒气体X1(参照图1)排出的第2压缩级22。

第1压缩级21具备：第1叶轮21a(叶轮)，对从轴向供给的冷媒气体X4作用动能并将其沿径向排出；第1扩压器21b，将第1叶轮21a作用于冷媒气体X4的动能转换为压力能从而将其压缩；第1涡旋室21c，将被第1扩压器21b压缩的冷媒气体X4导出到第1压缩级21的外部；和第1吸入口21d，将冷媒气体X4吸入并供给到第1叶轮21a。

此外，第1扩压器21b、第1涡旋室21c和第1吸入口21d的一部分通过包围第1叶轮21a的第1壳体21e形成。

第1叶轮21a固定在旋转轴23上，旋转动力从马达12的输出轴11传递至旋转轴23从而使其旋转，由此驱动第1叶轮21a绕轴线O旋转，在第1叶轮21a的周围环状地配置有第1扩压器21b。

第1涡旋室21c形成为环状地包围第1叶轮21a和第1扩压器21b，在绕这些第1叶轮21a和第1扩压器21b的周围一周后延伸到第1壳体21e的外部并开口，形成图2至图4所示的第1排出口21i。此外，在该第1排出口21i的开口周缘部设置有第1排出凸缘21j。

另外，在第1压缩级21的第1吸入口21d上设置有多个用于调节第1压缩级21的吸入容量的入口导向叶片21g。

各入口导向叶片21g能够借助固定在第1壳体21e上的驱动机构21h旋转，从而能够改变从冷媒气体X4的流动方向观察的外观上的面积。

第2压缩级22具备：第2叶轮22a，对被第1压缩级21压缩并从轴向供给的冷媒气体X4作用动能并将其沿径向排出；第2扩压器22b，将第2叶轮22a(叶轮)作用于冷媒气体X4的动能转换为压力能从而将其压缩，并作为压缩冷媒气体X1排出；第2涡旋室22c，将从第2扩压器22b排出的压缩冷媒气体X1导出到第2压缩级22的外部；和导入涡旋室22d，将被第1压缩级21压缩的冷媒气体X4引导至第2叶轮22a。

此外，第2扩压器22b、第2涡旋室22c和导入涡旋室22d的一部分通过包围第2叶轮22a的第2壳体22e形成。

第2叶轮22a以与第1叶轮21a背对背的方式固定在上述旋转轴23上，旋转动力从马达12的输出轴11传递至旋转轴23从而使其绕轴线O旋转，由此驱动第2叶轮22a旋转，在第2叶轮22a的周围环状地配置有第2扩压器22b。

第2涡旋室22c形成为环状地包围第2叶轮22a和第2扩压器22b，在绕这些第2叶轮22a和第2扩压器22b的周围一周后延伸到第2壳体22e的外部并开口，形成图2至图4所示的第2排出口22i。此外，在该第2排出口22i的开口周缘部设置有第2排出凸缘22j。

此外，该第2排出口22i与用于将压缩冷媒气体X1供给冷凝器1的流路R1连接，在图2和图4中省略了该流路R1。

另外，第2压缩级22的导入涡旋室22d形成为在比上述第2涡旋室22c靠近齿轮单元30侧的位置环状地包围旋转轴23，其一部分延伸到第2壳体22e的外部并开口，形成图2至图4所示的第2吸入口22k。此外，在该第2吸入口22k的开口周缘部设置有第2吸入凸缘221。

此外，在本实施方式中，第1排出口21i的第1排出凸缘21j与第2吸入口22k的第2吸入凸缘221如图3所示地形成为位于同一平面P上。

在本实施方式中采用以下外部配管方式：第1压缩级21的第1排出口21i和第2压缩级22的第2吸入口22k经由与第1压缩级21和第2压缩级22分体设置的U字配管40连接，被第1压缩级21压缩后的冷媒气体X4经由该U字配管40供给到第2压缩级22。

U字配管40在其两端开口部具备凸缘41、41，通过分别与第1排出口21i的第1排出凸缘21j和第2吸入口22k的第2吸入凸缘221气密液密地接合，而安装在压缩机单元20上。

另外，U字配管40的弯曲部分43形成为以第1排出口21i和第2吸入口22k之间作为直径的半圆弧状，在其顶点附近以连通状态沿着该弯曲部分43的切线地连接有气体注入管42。该气体注入管42与上述的流路R4连接，由节能器2产生的冷媒的气相成分X3经由气体注入管42和U字配管40供给至第2压缩级22。

另外，旋转轴23被第3轴承24和第4轴承25支承成能旋转，所述第3轴承24在第1压缩级21和第2压缩级22之间的空间50中固定在第2压缩级22的第2壳体22e上，所述第4轴承25在马达单元10侧固定在第2壳体22e上。

齿轮单元30用于将马达12的输出轴11的旋转动力传递至旋转轴23，并收纳在通过马达单元10的马达壳体13和压缩机单元20的第2壳体22e形成的空间60中。

该齿轮单元30通过固定在马达12的输出轴11上的大径齿轮31、和固定在旋转轴23上并且与大径齿轮31啮合的小径齿轮32构成，齿轮单元30将马达12的输出轴11的旋转动力传递至旋转轴23，以便相对于输出轴11的转速增加旋转轴23的转速。

另外，涡轮压缩机4具备润滑油供给装置70，该润滑油供给装置70将贮留在油箱(省略图示)中的润滑油供给到轴承(第1轴承14、第2轴承15、第3轴承24、第4轴承25)、叶轮(第1叶轮21a、第2叶轮22a)和壳体(第1壳体21e、第2壳体22e)之间、以及齿轮单元30等的滑动部位。此外，在附图中润滑油供给装置70仅图示了一部分。

此外，配置第3轴承24的空间50和收纳齿轮单元30的空间60通过形成在第2壳体22e上的贯通孔80连接，进而连接空间60和油箱。因此，供给到空间50、60并从滑动部位流下的润滑油回收在油箱中。

接下来说明这样构成的本实施方式的涡轮压缩机4的动作。

首先，利用润滑油供给装置70从油箱对涡轮压缩机4的滑动部位供给润滑油，然后驱动马达12。接着，马达12的输出轴11的旋转动力经由齿轮单元30传递至旋转轴23，从而驱动压缩机单元20的第1叶轮21a和第2叶轮22a旋转。

当驱动第1叶轮21a旋转时，第1压缩级21的第1吸入口21d成为负压状态，来自流路R5的冷媒气体X4经由吸入口21d流入第1压缩级21。

流入到第1压缩级21内部的冷媒气体X4从轴向流入第1叶轮21a，被第1叶轮21a作用动能并沿径向排出。

从第1叶轮21a排出的冷媒气体X4通过第1扩压器21b将动能转换为压力能而被压缩。

从第1扩压器21b排出的冷媒气体X4经由第1涡旋室21c导出到位于第1压缩级21的外部的第1排出口21i。

然后，导入到该第1排出口21i的冷媒气体X4在通过U字配管40内的过程中，借助气体注入管42被注入由节能器2产生的冷媒的气相成分X3，之后导入到第2压缩级22的第2吸入口22k。

然后，从第2吸入口22k供给到第2压缩级22的冷媒气体X4经由导入涡旋室22d从轴向流入第2叶轮22a，被第2叶轮22a作用动能并沿径向排出。

从第2叶轮22a排出的冷媒气体X4通过第2扩压器22b将动能转换为压力能而进一步被压缩成压缩冷媒气体X1。

从第2扩压器22b排出的压缩冷媒气体X1经由第2涡旋室22c导出到位于第2压缩级22的外部的第2排出口22i，并经由流路R1供给至冷凝器1。

在以上的本实施方式的涡轮压缩机4中，由于第1叶轮21a和第2叶轮22a背对背地固定，在它们之间没有夹设驱动马达等其他机构，所以能够缩短两叶轮21a、22a之间的距离，另外，第1压缩级21的第1排出口21i和第2压缩级22的第2吸入口22k在同一平面上开口。因此，利用路径长度最短并且配管结构简单的U字配管，能够将这些第1排出口21i和第2吸入口22k在压缩单元20的外部连接。

这样，通过使用U字配管40，能够以仅一次的弯曲数并且大的曲率连接第1排出口21i和第2吸入口22k，所以能够将通过U字配管40内部的流体的剥离抑制到最低限度，进而，由于这些第1排出口21i和第2吸入口22k以最短距离连接，所以压力损失大幅减少。

另外，通过采用在压缩单元20的外部由U字配管40连接的外部配管方式，能够在压缩单元20内的第1壳体21e和第2壳体22e内，充分地确保配设第1扩压器21b和第2扩压器22b的空间，因此能够利用该第1、第2扩压器21b、22b高效地获得压力能，从而能够实现压缩机的性能提高。

进而，在本实施方式的涡轮压缩机4中，由于U字配管40的弯曲部分43呈以第1排出口21i和第2吸入口22k之间作为直径的半圆弧状，所以通过内部的流体在以一定的曲率缓慢地改变朝向的同时从第1排出口21i被引导至第2吸入口22k，因此能够更有效地抑制剥离的发生，能够进一步减少压力损失。

另外，由于用于对第2压缩级追加注入气体的气体注入管42沿着U字配管40的弯曲部分43的切线连接，所以所注入的气体不会扰乱主流的流动而是沿着该主流汇合，因此能够不产生压力损失地注入气体。

以上参照附图说明了本发明的涡轮压缩机和制冷机的优选实施方式，但是本发明当然不限于上述实施方式。上述的实施方式中表示的各构成部件的各形状和组合等是一个示例，能够根据设计要求等在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。

例如，在上述实施方式中关于具备两个压缩级(第1压缩级21和第2压缩级22)的构成进行了说明，但是本发明不限于此，也可以采用具备三个以上压缩级的构成。

此外，在上述实施方式中说明了涡轮制冷机设置在大厦或工厂中以生成空调用的冷却水的情况。

但是，本发明不限于此，也可以应用于家庭用或商用的冷藏机或冷冻机、或者家庭用的空调装置。

此外，在上述第1实施方式中说明了第1压缩级21所具备的第1叶轮21a和第2压缩级22所具备的第2叶轮22a背对背的构成。

但是，本发明不限于此，也可以构成为第1压缩级21所具备的第1叶轮21a的背面和第2压缩级22所具备的第2叶轮22a的背面朝向同一方向。

此外，在上述第1实施方式中说明了分别设置有马达单元10、压缩单元20和齿轮单元30的涡轮压缩机。

但是，本发明不限于此，例如也可以采用马达配置在第1压缩级和第2压缩级之间的构成。

Claims (5)

1.一种涡轮压缩机，具有：

第1压缩级(21)，具有第1叶轮(21a)和包围该第1叶轮(21a)的第1壳体(21e)，对流体进行抽吸并压缩；

由一个级构成的第2压缩级(22)，具有经由旋转轴与上述第1压缩级(21)连结的第2叶轮(22a)和包围该第2叶轮(22a)的第2壳体(22e)，与上述第1压缩级(21)以背面侧相互对置的方式相邻配设，对来自上述第1压缩级(21)的压缩流体进一步压缩；

上述第1压缩级(21)中的压缩流体的排出口(21i)；与上述排出口(21i)形成在同一平面上的上述第2压缩级(22)中的上述压缩流体的吸入口(22k)；和

连接上述排出口与上述吸入口的U字配管(40)；

在第2压缩级(22)的内部具备形成为与上述吸入口(22k)相连并环状地包围上述旋转轴的导入涡旋室(22d)；

上述导入涡旋室(22d)在轴向上与上述第2叶轮(22a)对置的位置具备从径向而向轴向弯曲并朝向上述第2叶轮(22a)的内壁部；

通过了上述U字配管(40)的上述压缩流体经由上述吸入口(22k)从径向向上述导入涡旋室(22d)供给；

供给到上述导入涡旋室(22d)的上述压缩流体经由上述内壁部而流动方向从径向改变为轴向后向上述第2叶轮(22a)供给。

2.根据权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于，上述U字配管的弯曲部分呈以上述排出口和上述吸入口之间作为直径的半圆弧状。

3.根据权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于，在上述U字配管上连接有用于对上述第2压缩级追加注入气体的气体注入管。

4.根据权利要求3所述的涡轮压缩机，其特征在于，上述气体注入管沿着上述U字配管的弯曲部分的切线连接。

5.一种制冷机，具备将压缩后的冷媒冷却液化的冷凝器、使液化了的上述冷媒蒸发并从冷却对象物夺去气化热从而将上述冷却对象物冷却的蒸发器、和将由上述蒸发器蒸发了的上述冷媒压缩并供给至上述冷凝器的压缩机，其中，

作为上述压缩机，具备权利要求1所述的涡轮压缩机。

Images