CN103016363B - 一种离心压缩机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心压缩机，其包括由壳体和箱体组成的具有吸气口和排气口的封闭腔室和电机，在该封闭腔室内设有能量调节机构和至少一个叶轮，该能量调节机构设于封闭腔室的吸气口侧，电机设置在箱体一侧，电机的转轴从箱体伸入封闭腔室内与叶轮直接联接；还包括定位装置，该定位装置用于在轴向方向和径向方向固定转轴。本发明的离心压缩机利用电机直接驱动叶轮旋转，省去了齿轮增速箱，具有额定效率高、外形小、重量轻及能效高的优点。同时，本发明还公开了一种上述离心压缩机的控制方法，其能使能量调节机构的叶片开度保持在一个比较大的开度，减少因叶片开度过小而带来的节流损失，提高压缩机的综合部分负荷性能。

Description

一种离心压缩机及其控制方法

技术领域

本发明涉及用于空调领域的压缩机，尤其涉及一种具有高转速电机的离心压缩机，以及该离心压缩机的控制方法。

背景技术

目前空调领域的离心压缩机，采用定频交流电机或变频交流电机，通过增速齿轮将转速提高到设计转速，带动叶轮旋转对来流气体做功，从而提高气体压力。为了使压缩机适应小负荷的变化，会在叶轮前面设置叶片能量调节机构，通过叶片能量调节机构的叶片的开大和关小来改变进口处的通流面积，达到调节流量的目的。

这种常规的压缩机结构存在以下不足：(1)由于带有中间齿轮增速箱，增加了压缩机的机械损失，从而增大压缩机功耗，影响机组性能；(2)齿轮箱的存在大大增大压缩机的外形结构，使得箱体显得庞大、笨重，成本也随之增加；(3)由于离心压缩机的转速很高，齿轮增速过程噪音非常大，因此常规离心机的噪音普遍为93分贝左右，使得其在工程应用中需要额外增加隔音措施，导致工程成本增加；(4)常规离心压缩机所用电机为三相异步电机，电机效率最高为94％左右，若想在电机上进一步提高能效，难度非常大；(5)常规离心压缩机的变频属低转速变频范畴，即：在普通的三相异步电机上增加变频器方式，此方式相对于定频方式虽然可以提高部分负荷性能，但由于齿轮传动机构的存在，带来机械传动损失，特别在部分负荷时比较明显，因此部分负荷性能提升空间也受到制约。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种离心压缩机，其省去齿轮增速箱结构，将电机与叶轮直连，以提高压缩机额定效率，减小外形尺寸，降低重量，提高能效。

本发明的另一个目的在于提供一种上述离心压缩机的控制方法，以减少由于能量调节机构的叶片开度过小而带来的节流损失，提高压缩机的综合部分负荷性能。

为了实现本发明的第一个目的，所采用的技术方案是：一种离心压缩机，其包括由壳体和箱体组成的具有吸气口和排气口的封闭腔室和电机，在该封闭腔室内设有能量调节机构和至少一个叶轮，该能量调节机构设于封闭腔室的吸气口侧，所述电机设置在所述箱体一侧，所述电机的转轴从箱体伸入所述封闭腔室内与所述叶轮直接联接；还包括定位装置，该定位装置用于在轴向方向和径向方向固定所述转轴。

本发明采用电机直接与叶轮连接，电机在叶轮设计转速下旋转，驱动叶轮对来流气体做功，省去了齿轮增速箱。由于省去了齿轮增速箱，没有齿轮传动来平衡叶轮所产生的轴向力，因此，在转轴上设置有定位装置，以平衡轴向力。

作为上述技术方案的优选实施例，所述能量调节机构包括叶片和叶片驱动机构。

作为上述技术方案的优选实施例，所述定位装置包括至少一个双向定位轴承，该双向定位轴承设置在所述转轴靠近所述叶轮的一端和/或远离所述叶轮的一端。

作为上述技术方案的优选实施例，所述双向定位轴承为滑动轴承或滚动轴承。

作为上述技术方案的优选实施例，包括一个所述叶轮，以构成单极离心压缩机。

作为上述技术方案的优选实施例，所述叶轮为闭式叶轮，在叶轮的前端设置有密封装置。

作为上述技术方案的优选实施例，所述叶轮包括第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮设置在所述吸气口侧，所述第二叶轮相邻所述第一叶轮设置，在所述第一叶轮和所述第二叶轮之间设置有回流器，所述回流器分隔出连通所述第一叶轮和所述第二叶轮的冷媒流道。

作为上述技术方案的优选实施例，所述第一叶轮、所述第二叶轮和所述回流器通过轴套与所述电机转轴直接联接。

作为上述技术方案的优选实施例，在所述第一叶轮和所述第二叶轮之间设置有补气腔体，所述补气腔体与所述第一叶轮和所述第二叶轮之间的冷媒流道连通。

为了实现本发明的第二个目的，所采用的技术方案是：一种离心压缩机的控制方法，包括如下步骤：

(1)空调系统负荷减小时，先降低所述电机的转速，在所述电机转速达到最低极限值时，再通过能量调节机构降低进入所述吸气口的来流气体流量；

(2)空调系统负荷增大时，先通过能量调节机构增大进入所述吸气口的来流气体流量，当来流气体流量调至最大时，再提高所述电机的转速。

本发明的压缩机利用电机直接驱动叶轮旋转，省去了齿轮增速箱，与现有技术相比，具有以下优点：

(1)由于没有齿轮传动机械损失，提高了离心机压缩机的满负荷性能；

(2)由于没有齿轮机械传动，压缩机运行噪间非常低，一般在70～80分贝，比常规离心机要低10分贝左右，在工程应用中省去为降噪而设置的隔间装置，节省工程投资；

(3)由于没有增速齿轮结构，压缩机外形结构尺寸和重量大大减小，整体结构更加紧凑，从而也降低压缩机成本；

(4)另外，本发明的离心压缩机的控制方法，优先通过调节电机的转速来适应负荷的变化，再通过能量调节机构调节流量大小，减小了能量调节机构的叶片节流损失，提高了离心机的综合部分负荷性能；而且，能避免能量调节机构叶片处于小开度状态，优化压缩机的性能，远离喘振工况点，拓宽压缩机的运行范围，提高离心机的可靠性。

附图说明

图1是单极离心压缩机的结构示意图；

图2是闭式叶轮外形结构图；

图3是双极离心压缩机的结构示意图；

图4是开式叶轮外形结构图。

附图标记说明：1-壳体、2-能量调节机构、3-箱体、4-叶片、5-密封装置、6-叶轮、7-双向定位轴承、8-转轴、9-电机、10-双向定位轴承、11-锁紧螺母、12-轮盖、13-弯道、14-回流器、15-补气通道、16-衬套、17-第一叶轮、18-第二叶轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

实施例1

图1所示为单极离心压缩机的结构示意图，单极离心压缩机主要由箱体3、壳体1、叶轮6、电机9及定位装置组成，其中，箱体3为铸件结构，用于固定压缩机大部分零部件。箱体3将气体收集器(蜗壳)铸为一体，且箱体3内置油路通道和气路通道。这种箱体3结构紧凑、加工方便。用于固定能量调节机构2及引导气流方向的壳体1与箱体3连接，壳体1与箱体3形成具有吸气口和排气口的封闭腔室。

叶轮6可旋转地设置在封闭腔室内，本实施例的叶轮6为闭式叶轮(见图2)，在叶轮6的前端设置有密封装置5，以减少漏气损失。

电机9安装在箱体3上，其转轴8从从箱体3上的轴孔伸入封闭腔室内。叶轮6热装于转轴8上，并通过锁紧螺母11对叶轮6进行锁紧，锁紧螺母11螺纹方向与叶轮6旋转方向相反，使叶轮6在高速旋转时，螺母更加紧固，保证电机9直接带动叶轮6高速旋转的稳定性。本实施例的电机9为直流变频同步电机，其功率在150kW至800kW之间，转速大于10000转/分，属大功率变频范畴。由于为同步电机，转差率为0，因此额定效率高。

定位装置用于在没有齿轮传动的情况下平衡叶轮6所产生的轴向力。定位装置包括轴向和径向定位的双向定位轴承。双向定位轴承既可以为滑动轴承，也可以是滚动轴承。双向定位轴承既可在转轴8单侧设置，即转轴8一端采用双向定位轴承，另一端采用径向单定位轴承，双向定位轴承常常位于靠近叶轮6一端，也可采用两侧双向定位轴承，即转轴8两端均采用双向定位轴承。由于本实施例无齿轮增速结构，为更好地平衡叶轮6旋转所带来的轴向力，转轴的两端各设置一个双向定位轴承7、10，使压缩机更加可靠。

用于调节气体流量大小的能量调节机构2安装在封闭腔室的吸气口侧，并通过紧固件装配于壳体1上。能量调节机构2主要由多个叶片4和叶片驱动机构组成，叶片驱动机构根据负荷驱动叶片4旋转从而改变通流面积。空调系统负荷减小时，先降低电机9的转速，在电机9转速达到最低极限值时，再减小能量调节机构2的叶片4开度，降低进入封闭腔室吸气口的流量；空调系统负荷增大时，先把能量调节机构2的叶片4开至最大，增大进入所述封闭腔室吸气口的来流气体流量，当来流气体流量调至最大时，再通过变频器提高电机9的转速。这样使能量调节机构2的叶片4开度保持在一个比较大的开度，减少由于叶片4开度过小而带来的节流损失，提高压缩机的综合部分负荷性能。

实施例2

图3所示为双极离心压缩机的结构示意图，在封闭腔室内设有第一叶轮17和第二叶轮18，第一叶轮17设置在吸气口侧，第二叶轮18相邻第一叶轮17设置，第一叶轮17和第二叶轮18间通过钢性衬套16连接。为保证两个叶轮的同轴度，衬套16先热装于转轴8上，第一叶轮17再热装于衬套16上，这样通过热装度定位可较好地保证叶轮的同轴度要求。第一叶轮17为开式叶轮(见图4)，在叶轮外侧设置轮盖12，以配合叶轮形成准封闭流道，对气体进行压缩做功。第一叶轮17出口气流通过弯道13、回流器14引导至第二叶轮18进口。在第二叶轮18前端的回流器14加工出中间补气通道15，并通过箱体3上的法兰与机组的经济器相接，在压缩机运行时，通过中间补气作用，降低二级进口焓，使压缩机整体耗功减小。

由此可见，由于压缩机省去了齿轮增速箱，具有以下优点：

(1)由于直流变频同步电机本身的额定效率高，而且又没有齿轮传动机械损失，因此提高了离心机压缩机的满负荷性能；

(2)由于没有齿轮机械传动，压缩机运行噪间非常低，一般在70～80分贝，比常规离心机要低10分贝左右，在工程应用中省去为降噪而设置的隔间装置，节省工程投资；

(3)由于没有增速齿轮结构，压缩机外形结构尺寸和重量大大减小，整体结构更加紧凑，从而也降低压缩机成本。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种离心压缩机，其包括由壳体和箱体组成的具有吸气口和排气口的封闭腔室和电机，在该封闭腔室内设有能量调节机构和至少一个叶轮，该能量调节机构设于封闭腔室的吸气口侧，所述电机设置在所述箱体一侧，其特征在于：所述电机的转轴从箱体伸入所述封闭腔室内与所述叶轮直接联接；还包括定位装置，该定位装置用于在轴向方向和径向方向固定所述转轴，所述定位装置包括双向定位轴承，该双向定位轴承设置在所述转轴靠近所述叶轮的一端和远离所述叶轮的一端，靠近所述叶轮一端的所述双向定位轴承为双向定位滑动轴承，所述双向定位滑动轴承远离所述叶轮的一端具有相对于双向定位滑动轴承外周面径向向外延伸的凸缘，且所述凸缘的外径大于用于安装所述双向定位滑动轴承的轴承安装孔的孔径，所述双向定位滑动轴承背对所述叶轮侧的所述转轴上设置有轴颈，所述轴颈大于所述双向定位滑动轴承的孔径。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于：所述能量调节机构包括叶片和叶片驱动机构。

3.根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于：包括一个所述叶轮，以构成单级离心压缩机。

4.根据权利要求3所述的离心压缩机，其特征在于：所述叶轮为闭式叶轮，在叶轮的前端设置有密封装置。

5.根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于：所述叶轮包括第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮设置在所述吸气口侧，所述第二叶轮相邻所述第一叶轮设置，在所述第一叶轮和所述第二叶轮之间设置有回流器，所述回流器分隔出连通所述第一叶轮和所述第二叶轮的冷媒流道。

6.根据权利要求5所述的离心压缩机，其特征在于：所述第一叶轮、所述第二叶轮和所述回流器通过轴套与所述转轴直接联接。

7.根据权利要求5所述的离心压缩机，其特征在于：在所述第一叶轮和所述第二叶轮之间设置有补气腔体，所述补气腔体与所述第一叶轮和所述第二叶轮之间的冷媒流道连通。

8.如权利要求1至7任一项所述的离心压缩机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)空调系统负荷减小时，先降低所述电机的转速，在所述电机转速达到最低极限值时，再通过能量调节机构降低进入所述吸气口的来流气体流量；

(2)空调系统负荷增大时，先通过能量调节机构增大进入所述吸气口的来流气体流量，当来流气体流量调至最大时，再提高所述电机的转速。