CN103261701A - 具有可变几何形状的扩散器的变速无油致冷剂离心压缩机 - Google Patents

具有可变几何形状的扩散器的变速无油致冷剂离心压缩机 Download PDF

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Abstract

一种致冷剂压缩机包括壳体，该壳体提供致冷剂出口，该致冷剂出口具有喉部。电动机设置在壳体中，以响应变速命令经轴绕轴线直接驱动叶轮。叶轮包括出口端部，该出口端部与可变几何形状的扩散器对准。磁性轴承组件响应磁性轴承命令，相对于壳体可转动地支承轴。构件布置成调整喉部面积，并且响应接收压缩机调节命令的致动器而在与轴线大致平行的方向上运动。控制器构造成分别将变速命令提供给电动机，将磁性轴承命令提供给磁性轴承组件，及将压缩机调节命令提供给致动器以改变喉部面积，以得到所需的压缩机操作状态，而不需要可变的入口几何形状。

Description

具有可变几何形状的扩散器的变速无油致冷剂离心压缩机
技术领域
本公开涉及一种致冷剂压缩机，该致冷剂压缩机具有磁性轴承组件和变速电动机。更具体地说，本公开涉及这样一种致冷剂压缩机，该致冷剂压缩机具有可变几何形状的扩散器。
背景技术
致冷剂压缩机用来使致冷剂经由致冷剂环路循环到冷却器。一种类型的典型致冷剂压缩机在固定速度下操作，并且具有一组可变的入口引导叶片，这组可变的入口引导叶片布置在叶轮的上游。可变的入口引导叶片在致冷剂压缩机的操作期间被致动，以在各种操作条件下调节致冷剂压缩机的容量。
一些固定速度致冷剂压缩机另外地在压缩机下游采用可变几何形状的扩散器，以改进在各种操作条件期间的容量控制。
固定速度离心压缩机得益于既具有可变几何形状的扩散器，又具有可变几何形状的入口引导叶片。压缩机的部分负载的效率和稳定操作范围都得以改进。对于固定速度离心压缩机，在没有添加可变几何形状的扩散器的情况下，稳定操作范围受到限制，而在没有添加一组入口引导叶片的情况下，非设计效率受到损失。
本公开描述一种离心压缩机容量控制设备和方法，该离心压缩机容量控制设备和方法使用变速压缩机，该变速压缩机具有可变几何形状的扩散器，该可变几何形状的扩散器改进压缩机的稳定操作范围或调节能力，并且导致比具有入口引导叶片的变速压缩机高的压缩机效率。
发明内容
致冷剂压缩机包括壳体，该壳体为在叶轮下游的扩散器和蜗壳提供空间。电动机设置在壳体中，并且构造成响应变速命令经轴绕轴线直接驱动叶轮。叶轮包括出口端部，该出口端部与扩散器对准。磁性轴承组件构造成响应磁性轴承控制命令而相对壳体可转动地支承轴。可变几何形状的构件布置在叶轮下游的扩散器中。
可变几何形状的构件可以以各种方式构造，例如，可变几何形状的构件响应接收压缩机调节命令的致动器而在与轴线大致相平行的方向上线性地运动。可变几何形状的构件也可以各种其它方式构造。
控制器与电动机、磁性轴承组件及可变几何形状的扩散器的致动器通信。控制器构造成分别将变速命令提供给电动机以改变其速度、将磁性轴承命令提供给磁性轴承组件以将轴定位、以及将压缩机调节命令提供给扩散器的致动器以改变其喉部面积，以便得到所需的压缩机操作。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考如下详细描述可进一步理解本公开，在附图中：
图1是致冷剂系统的高度示意性的视图，该致冷剂系统具有致冷剂压缩机，该致冷剂压缩机具有磁性轴承。
图2是一种示例性可变几何形状的构件的立体图。
图3A是在大致非节流状态下可变几何形状的构件的放大横截面图。
图3B是在节流状态下可变几何形状的构件的放大横截面图。
图4是另一种可变几何形状的装置的一部分的示意图。
图5是又一种可变几何形状的装置的一部分的示意图。
图6是另一种可变几何形状的装置的一部分的示意图。
图7是再一种可变几何形状的装置的一部分的示意图。
图8是又一种可变几何形状的装置的一部分的示意图。
具体实施方式
参照图1，致冷系统12包括用来循环致冷剂的致冷剂压缩机10。致冷剂压缩机10包括壳体14，在该壳体14内布置电动机16。壳体14被示意地描绘，并且可以包括一件或多件。电动机16经由轴20而绕轴线A转动地驱动叶轮18，以压缩致冷剂。
叶轮18包括与致冷剂环路26流体连通的致冷剂出口44和致冷剂入口42，该致冷剂环路26使致冷剂循环到负载，如循环到冷却器28。在图1中示出的例子中，压缩机包括叶轮18，该叶轮18是离心式的。就是说，致冷剂入口22轴向地布置，而致冷剂出口24径向地布置。致冷剂环路26包括冷凝器、蒸发器以及膨胀装置（未示出）。
无油轴承装置设置成用于支承轴20，从而无油致冷剂可用在致冷剂压缩机10中。在例子中，轴20由径向磁性轴承组件30相对于壳体14转动地支承。磁性轴承组件30例如可以包括径向和/或轴向磁性轴承元件。控制器32与磁性轴承组件30通信，从而提供磁性轴承命令，以激励磁性轴承组件30。磁性轴承组件产生漂浮式地支撑轴20的磁场，并且在致冷剂压缩机10的操作期间控制轴20的特性。控制器32示意地描绘，并且可以包括多个控制器，这些多个控制器彼此远离或靠近地定位。控制器32可以包括硬件和/或软件。
电动机16包括转子34，在一个例子中该转子34绕其圆周支承多个磁铁36。定子38绕转子34布置，以便当被激励时，将转动驱动施加给轴20。在一个例子中，控制器32与定子38通信，并且根据压缩机操作条件而提供变速命令，以在变速下转动地驱动叶轮18。控制器32与多个传感器（未示出）通信，以监视和保持压缩机操作条件。
叶轮18包括轮叶40，这些轮叶40从入口端部42沿圆弧路径大致径向向外延伸到出口端部44。壳体14包括在致冷剂入口22处的上游区域23，该上游区域23在现有技术中典型地已经包括可变的入口引导叶片。在示出的实施例中致冷剂压缩机10在上游区域23处不利用可变的入口引导叶片。而是，在出口端部44的下游提供可变几何形状的构件48，以调节横跨叶轮18上的流量和压力，而不需要或者不使用入口引导叶片。
致冷剂出口24包括通路46，该通路46具有与出口端部44紧邻的喉部47，该喉部是最小横截面流动区域，如在图3A和3B中最清楚示出的那样。通路46延伸到蜗壳25。在示出的例子中，可变几何形状的构件48与入口端部42处的轮叶40的角部62相邻地设置在喉部47处，并且与叶轮18的至少一部分轴向对准且在出口端部44的径向外部。在一个例子中，通路46没有另外的结构或叶片，从而在可变几何形状的构件48与蜗壳25之间的下游区域64中提供“无叶片”的扩散器。致动器50例如设置在壳体14的空腔58中，以使可变几何形状的构件48在非节流（图3A）和节流（图3B）状态之间运动。
通路46包括壁52，该壁52与可变几何形状的构件48的外表面54一起提供轮廓。在一个例子中，可变几何形状的构件48由在图2中示出的环提供，该环在一个例子中绕其圆周大致是连续的。当壁52在如图3A所示的大致非节流状态下紧邻表面54时，提供不中断的轮廓56。离开入口端部42的流进入通路46，该通路46在非节流状态下大致不受到可变几何形状的构件48抑制。
在节流状态下的可变几何形状的构件48示出在图3B中。可变几何形状的构件48响应于从控制器32发送到致动器50的压缩机调节命令而在非节流状态与节流状态之间运动，以改变喉部面积。与在图3A中示出的非节流状态下可变几何形状的构件的位置相比，可变几何形状的构件48已经在方向X上运动，该方向X与转动轴线A大致平行。节流状态形成中断的轮廓60，在该中断的轮廓60中，壁52和表面54相对于彼此中断和分开，由此抑制从入口端部42进入通路46中的流动。
无叶片的可变几何形状的装置在图3A-3B中描绘。使用叶片的不同的可变几何形状的装置示出在图4-8中，这些可变几何形状的装置可以用在致冷剂系统12中。
参照图4，示例性的可变几何形状的装置148包括周向布置的叶片72，这些周向布置的叶片72设置在致冷剂出口中，以提供周向间隔开的通路146。喉部147在相邻的叶片72之间的最小面积处设置在通路146的每一个中。轴向可运动的构件74布置在叶轮18的下游，并且在该例子中，延伸到喉部147中，进入通路146一段距离。构件74通过致动器按与上述针对构件48描述的方式相似的方式运动，以控制通过致冷剂出口的致冷剂流量。
类似的可变几何形状的装置248示出在图5中。在这个例子中，轴向可运动的构件174围绕每个叶片172，从而构件174沿整个通路246设置，因此通路246的面积与喉部247的面积一起改变。
参照图6，可变几何形状的装置348包括周向间隔开的通路346。轴向可运动的构件274布置在喉部347处，但不像在图4和5中示出的构件74、174那样绕叶片272的前边缘包裹。
图7示出了可变几何形状的装置448，该可变几何形状的装置448描绘出叶片372，这些叶片372在多个位置（在图7中示出两个）之间绕枢轴78是可转动的，该枢轴78提供与扩散器的侧壁垂直的转动轴线。叶片372的转动对喉部447和进入通路446的致冷剂流量进行调节。
另一种示例性可变几何形状的装置548示出在图8中。叶片472包括前边缘82，这些前边缘82安装在可转动环80上，这些前边缘82相对于叶片472的其余部分是可运动的，以调节通过通路546的致冷剂流量。沿周向可转动的环80由壳体支承，并与叶轮的至少一部分轴向对准，并且布置在叶轮的出口端部的径向外部。与图4、5及7中示出的实施例不同，叶片的前边缘在所有的叶片位置中都不提供喉部547。
尽管已经公开了示例性实施例，但本领域的技术人员会认识到，某些修改将会在权利要求书的范围内。为此，应该研究如下权利要求书，以确定其真正的范围和内容。

Claims (15)

1.一种致冷剂离心压缩机，包括：
壳体，该壳体提供入口、出口和蜗壳，该出口包括扩散器，该扩散器具有喉部；
电动机，该电动机设置在壳体中，并且构造成响应变速命令经由轴而绕轴线直接驱动叶轮，叶轮包括出口端部，该出口端部与可变几何形状的扩散器对准；
磁性轴承组件，该磁性轴承组件构造成响应磁性轴承命令而相对于壳体可转动地支承轴；
可变几何形状的扩散器构件，该扩散器构件在叶轮的下游，接收压缩机调节命令；以及
控制器，该控制器与电动机、磁性轴承组件以及致动器通信，该控制器构造成分别将变速命令提供给电动机、将磁性轴承命令提供给磁性轴承组件、以及将压缩机调节命令提供给致动器以改变喉部面积，从而得到所需的压缩机操作状态。
2.根据权利要求1所述的致冷剂离心压缩机，其中，可变几何形状的扩散器构件布置成与叶轮的出口端部紧邻。
3.根据权利要求1所述的致冷剂离心压缩机，其中，壳体包括在可变几何形状的扩散器上游的无叶片通路，可变扩散器构件布置在蜗壳的上游。
4.根据权利要求1所述的致冷剂离心压缩机，其中，叶轮是具有轴向入口端部和径向定向的出口端部的离心叶轮。
5.根据权利要求1所述的致冷剂离心压缩机，其中，壳体设有位于叶轮的入口端部上游的致冷剂入口，所述致冷剂入口设置成没有入口引导叶片。
6.根据权利要求1所述的致冷剂离心压缩机，其中，磁性轴承组件包括径向磁性轴承元件和轴向磁性轴承元件。
7.根据权利要求1所述的致冷剂离心压缩机，其中，可变几何形状的构件是轴向可运动的环，该环由壳体支承并与叶轮的至少一部分对准，并且布置在叶轮的出口端部的径向外部。
8.根据权利要求7所述的致冷剂离心压缩机，其中，所述环绕其圆周是大致连续的。
9.根据权利要求1所述的致冷剂离心压缩机，其中，可变几何形状的扩散器构件包括一组独立地可转动的叶片，所述叶片具有与扩散器的侧壁垂直的转动轴线。
10.根据权利要求1所述的致冷剂离心压缩机，其中，可变几何形状的扩散器包括沿周向可转动的环，该环由壳体支承，并与叶轮的至少一部分轴向对准，且布置在叶轮的出口端部的径向外部。
11.根据权利要求1所述的致冷剂离心压缩机，其中，叶轮包括具有角部的轮叶，该角部在可变几何形状的构件附近，并且在具有入口端部的叶轮侧上。
12.根据权利要求1所述的致冷剂离心压缩机，其中，通路包括由可变的引导构件的表面和在可变的引导构件的下游并与所述表面相邻的壁提供的轮廓。
13.根据权利要求11所述的致冷剂离心压缩机，包括节流状态，该节流状态与通过表面和壁相对于彼此分开而中断的轮廓相对应。
14.根据权利要求12所述的致冷剂离心压缩机，其中，非节流状态包括不中断的轮廓，压缩机调节命令设计成使可变几何形状的构件在非节流和节流状态之间运动。
15.一种用于离心压缩机的控制方法，所述离心压缩机包括：
壳体，该壳体提供通向叶轮的入口、离开叶轮的出口以及蜗壳，该出口包括具有喉部的分立的通路扩散器，该蜗壳在可变几何形状的扩散器的下游；
电动机，该电动机设置在壳体中，并且构造成响应变速命令经由轴而绕轴线直接驱动叶轮，叶轮包括出口端部，该出口端部与可变几何形状的扩散器对准；以及
无油轴承，该无油轴承构造成响应磁性轴承命令而相对于壳体可转动地支承轴；
其中，通过调整可变几何形状的扩散器的喉部面积来控制压缩机的容量，并且通过调整可变速度来控制压力比。
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