CN103562561A

CN103562561A - 经济化离心压缩机

Info

Publication number: CN103562561A
Application number: CN201280026288.9A
Authority: CN
Inventors: V.M.西什特拉; J.布拉什
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2014-02-05
Also published as: WO2012166858A1; US20140182317A1

Abstract

一种压缩机（22；260；300；400），具有外壳组件（140），该外壳组件具有吸入端口（24）、排出端口（26）以及经济器端口（58）。叶轮（154）安装成在至少第一状况下被驱动以便通过吸入端口抽吸流体的主流，并且从排出端口排出流体。扩散器（220；302；402）具有多个扩散器通道（222；310；308；403）。每个扩散器通道具有定位成从叶轮接收流体的入口（224），以及在第一状况下位于入口下游的出口（220）。一个或多个通道（230、231、232、234、236、268；320、330、332；412）定位成从经济器端口抽吸流体的经济器流，并且在叶轮入口（212）的下游但在扩散器通道出口（226）的上游输送经济器流。

Description

经济化离心压缩机

对相关申请的交叉引用

本申请要求享有2011年6月1日提交的并且名为“经济化离心压缩机”的美国专利申请No.61/492,109的权益，其公开内容通过引用全文结合到本文中，就如在本文详细阐述一样。

技术领域

本公开内容涉及压缩机。更具体地，本公开内容涉及电动机驱动的封闭或者半封闭压缩机。

背景技术

电动机驱动的压缩机的一种特定用途是液体冷冻器。示例性的液体冷冻器使用封闭离心压缩机。示例性单元包括压缩机、冷却器单元、冷冻器单元、膨胀装置和各种额外部件的独立组合。示例性压缩机包括插入在电动机转子和叶轮之间的变速器以比电动机更快的速度驱动叶轮。

冷冻器离心压缩机包括双级机型和单级机型。US5145317、US5445496、US6547520和US6814540公开了单级机型。双级机型的中间级可以与经济器端口连通。已经提出了经济化的单级压缩机，其中，制冷剂沿着叶轮注入。

发明内容

本公开内容的一个方面涉及一种具有外壳组件的压缩机，外壳组件具有吸入端口、排出端口和经济器端口。叶轮安装成在至少第一状况下被驱动以便通过吸入端口抽吸流体的主流并且从排出端口排出流体。扩散器具有多个扩散器通道。每个扩散器通道具有定位成从叶轮接收流体的入口，以及具有在第一状况下位于入口下游的出口。一个或多个通道定位成从经济器端口抽吸流体的经济器流，并且在叶轮入口的下游但在扩散器通道出口的上游输送经济器流。

一个或多个实施方式的细节在附图和以下说明书中描述。其他特征、目的和优点从说明书和附图、以及从权利要求将变得明显。

附图说明

图1是冷冻器系统的部分示意图。

图2是冷冻器系统压缩机的纵向剖视图。

图3是图2的压缩机的上游区域的放大视图。

图4是沿着线4-4截取的图3的压缩机的扩散器的部分横切视图。

图5是替代压缩机的上游区域的放大纵向剖视图。

图6是冷冻器系统的替代压缩机的纵向剖视图。

图7是图6的压缩机的上游区域的部分放大视图。

图8是图2的压缩机的压力-焓图。

图9是替代压缩机的上游区域的放大纵向剖视图。

各个附图中相同的参考数字和标记代表相同的元件。

具体实施方式

图1示出了蒸气压缩系统20。示例性蒸气压缩系统20是冷冻器系统。系统20包括具有吸入端口（入口）24和排出端口（出口）26的压缩机22。系统进一步包括第一热交换器28，在正常操作模式下该第一热交换器作为排热热交换器（例如气体冷却器或冷凝器）。在基于已有冷冻器的示例性系统中，热交换器28是在冷凝器单元29中的制冷剂－水热交换器，在冷凝器29中由来自外部源（未示出）的水（或其他热传递流体）流来冷却制冷剂。

系统进一步包括第二热交换器30（在正常模式下是吸热热交换器或蒸发器）。在示例性系统中，热交换器30是制冷剂－水热交换器，用于冷冻在冷冻器（或冷却器）单元31内被冷冻水流。膨胀装置32沿着正常模式制冷剂流路34（该流路由相关联管道等部分围绕）位于排热热交换器的下游并且位于吸热热交换器的上游。示例性膨胀装置32由冷却器单元31的分配器形成。

闪蒸罐经济器40沿着流路34位于冷凝器的制冷剂出口42与冷却器的制冷剂入口44之间。经济器具有主制冷剂入口46、主制冷剂出口48以及次制冷剂出口50。在正常操作中，液体制冷剂聚集经由控制了通过出口48的流的浮球阀54而维持在罐52中。经济器流路分支56从次出口50延伸至压缩机的经济器端口58。

图1进一步示出了冷凝器的制冷剂入口60、冷却器的制冷剂出口62、以及控制了通过出口42的流的冷凝器的浮球阀64。图1进一步示出了用于各种设备冷却功能的管道/流路。例如，设备冷却流路/分支80在浮球阀上游的浮球阀储液槽处从主流路34分叉。流路80进一步分支为三个分支或子分支82、84和86。示例性分支82延伸通过油冷却器90以冷却来自位于压缩机22中的油箱（未示出）的压缩机油。分支84延伸通过压缩机电动机的变频驱动器（VFD，未示出）的冷板92。分支84和82融合为分支83，进入经济器的次入口94。分支86延伸至压缩机外壳的电动机隔间入口100，并且冷却了电动机，此后离开电动机隔间出口102并且进入位于分配器下游的冷却器的次入口104。

图1进一步示出了各种隔离和/或控制阀。这些包括：在压缩机排出管线中沿着流路34位于排出端口/出口26与冷凝器入口60之间的压缩机排出隔离阀120；沿着流路34位于冷凝器出口42下游并且位于经济器入口46上游的冷凝器隔离阀122；沿着流路34位于经济器出口48下游并且位于冷却器入口44上游的冷却器隔离阀124；沿着分支56位于经济器次出口50与压缩机经济器端口58之间的经济器隔离阀126；分支86中的阀；分支80中的冷却隔离阀128（能够中断通过所有三个分支82、84和86的流体）；以及分支83中的油/VFD冷却器隔离阀130，和用于隔离油冷却器90和冷板92的分支86中的阀131。

图1进一步示出了联接至各种传感器、用户输入装置、以及可控系统部件以根据预编程方法控制操作的控制器132（例如基于微处理器的控制器或者其他这种控制器）。

图1进一步示出了排热热交换器的主管束140和子冷却器管束142，其携带热传递流体（例如环境水或者要被加热使用的水）。图1进一步示出了吸热热交换器的管束144（例如携带水、盐水、或者要被冷冻的其他热传递流体）。

示例性压缩机（图2）是具有外壳组件（外壳）150的离心压缩机。外壳组件容纳了电动机152和叶轮144，在第一模式下能够由电动机驱动叶轮以通过吸入端口24吸入流体（制冷剂）、压缩流体、并且从排出端口排出流体。示例性叶轮经由变速器156由电动机间接驱动。

外壳限定了电动机隔间160，在隔间内容纳电动机的定子162。电动机的转子164部分地位于定子内，并且安装成围绕转子轴线500旋转。示例性的安装是经由一个或多个轴承系统166，将转子的轴170安装至外壳组件。示例性叶轮154安装至其自身的轴172以围绕轴线502旋转。示例性轴承系统174将轴172的中间部分安装至外壳组件的中间壁178。

图2进一步示出了压缩机入口24和出口26。入口24位于外壳组件的吸入外壳构件200的上游端部。吸入外壳构件携带入口导叶202的圆周阵列，其可以铰接（例如经由未示出的致动器围绕各自轴线旋转）以控制入口（吸入）流。流路向下游延伸至叶轮154的上游端部或尖端204。叶轮具有承载叶片208的通常在下游向外的喇叭形本体206。叶片尖端沿着外壳组件的护罩210落下，护罩从吸入外壳200向下游延伸。叶轮和护罩因此限定了基本上轴向的入口212和径向的出口214。

叶轮的出口214被扩散器220所环绕。扩散器具有从入口224延伸至出口226的通道222的圆周阵列。每个通道是部分地切线取向，并且具有从上游/内侧向下游/外侧增大的横截面积。出口沿着排出压力室228。

图3进一步示出了经济器端口58。示例性端口58沿着吸入外壳腔室230，位于护罩的上游部分的径向外侧。经济器流路因此穿过该腔室内的导管（例如管道）231并且穿过扩散器中的端口232。经济器流路随后穿过一个或多个孔236以与扩散器通道222相交。示例性的交叉点正好位于入口224的下游。图4进一步示出了孔236与通道的交叉点240。可以存在多个这样端口和/或导管（例如由导管231的分支所供给的圆周阵列）足以提供期望的流率和分布。例如，可以提供足够数目的具有足够直径的孔236以适应经济器流的目标范围。这可以涉及在一个和所有扩散器通道之间任何处交叉的孔236。端口58、腔室导管231以及孔236因此限定了一个或多个通道，该一个或多个通道定位成从经济器端口抽吸经济器流，并且在叶轮入口的下游但在扩散器通道出口的上游输送经济器流。在该示例中，经济器流在叶轮出口的下游输送，更具体地，在扩散器通道入口处或者稍微在扩散器通道入口下游输送。

图5示出了替代压缩机260，其中，与穿过扩散器不同，经济器流路不是穿入扩散器，而延伸至位于扩散器和叶轮之间的间隙262。流路可以进一步穿过位于叶轮护罩与扩散器之间的间隙264。为了实现这个，示例性经济器流路延伸穿过径向向外延伸并且与扩散器匹配的护罩的安装凸缘266。示例性经济器流路由从经济器端口58延伸至凸缘中一个或多个相关联的孔270的一个或多个导管268或其分支所限定。经济器流路以及主要/主流路因此可以在交叉点/间隙262处汇合。

图6示出了具有可变扩散器302的替代压缩机300。扩散器302包括固定的外构件（外扩散器环）304以及可移动的内构件（内扩散器环）306（例如围绕轴线502可旋转）。内扩散器环可以相对于外扩散器环旋转，以便将通道的内侧/上游部分308（图7）（在内扩散器环中）与外侧/下游部分310（在外扩散器环中）对准以及错开，以有效地对通道节流和非节流。示例性经济器通道和流路从经济器端口58延伸穿过导管320（导管320穿过吸入外壳腔室230）。导管320的下游端部安装在护罩的外侧凸缘322中的孔321中。如上述实施方式，可存在多个这样的导管320或者其分支以及多个这样的孔以提供所需的经济器流。在离开孔320之后，经济器流路沿着护罩下游部分的外侧表面并且在内扩散器环的内/ID表面的内侧进入护罩腔室330。在护罩和扩散器环之间可以存在小的径向间隙332，经济器流路可以穿过该间隙以在叶轮与扩散器环的界面处与主流路汇合。

图8是图1系统的压力-焓图。

可以基于所期望的系统状况选择经济器流路与主流路的交叉点的确切位置。如上所注意到的，方便的位置正好位于叶轮出口与扩散器入口之间。然而，在扩散器内更下游的位置是可能的（例如在从扩散器入口至扩散器出口的长度的0％与70%之间，更窄的，0－50％或者10－50％）。

尽管所示的实施在管道扩散器的情形下，但这种经济器流引入可以类似地实施为叶片扩散器。此外，这种经济器引入可以应用到无叶片扩散器。图9示出了具有无叶片扩散器402的压缩机400，无叶片扩散器402具有环状通道403。通道403具有内侧入口404和至排出压力室（plenum）408的外侧出口406。经济器导管具有沿着扩散器位于入口404和出口406中间的经济器导管412的出口410（但是，在示例性实施方式中，更靠近入口404）。

尽管在上面详细描述了实施方式，但是这样的描述并非意在限定本公开内容的范围。要理解的是，可以不脱离本公开内容的精神和范围做出各种修改。例如，当应用于现有压缩机或者现有应用中压缩机的再设计时，现有压缩机或者应用的细节可以影响任何特定实施方式的细节。因此，其他实施方式落入下面权利要求的范围内。

Claims

1.一种离心压缩机（22；260；300；400），包括：

外壳组件（140），所述外壳组件具有吸入端口（24）、排出端口（26）以及经济器端口（58）；

叶轮（154），所述叶轮安装成在至少第一状况下被驱动以便通过所述吸入端口将流体的主流吸入，并且从所述排出端口排出所述流体；

扩散器（220；302；402），所述扩散器具有一个或多个扩散器通道（222；310；308；403），每个所述扩散器通道具有定位成从所述叶轮接收流体的入口（224），以及在所述第一状况下位于所述入口下游的出口（220）；以及

一个或多个通道（230、231、232、234、236；268、320、330、332；412），所述一个或多个通道定位成从所述经济器端口抽吸流体的经济器流，并且在叶轮入口（212）的下游但在扩散器通道出口（226）的上游输送所述经济器流。

2.根据权利要求1所述的压缩机，进一步包括：

电动机（152），所述电动机具有：

定子（162），位于外壳的电动机隔间内；以及

转子（164），位于所述定子内，所述转子安装成围绕转子轴线（500）旋转。

3.根据权利要求1所述的压缩机，其中，

所述一个或多个通道定位成在叶轮出口的下游但在所述扩散器通道出口的上游输送流体的所述经济器流。

4.根据权利要求1所述的压缩机，其中，

所述一个或多个通道定位成在所述叶轮与所述扩散器通道入口之间输送流体的所述经济器流。

5.根据权利要求1所述的压缩机，其中，

所述压缩机是单级压缩机。

6.根据权利要求1所述的压缩机，其中，

所述一个或多个通道进一步定位成使流体的所述经济器流沿着叶轮护罩的外侧部分穿过腔室。

7.一种蒸气压缩系统，包括：

根据权利要求1所述的压缩机；

第一热交换器（28），所述第一热交换器联接至所述排出端口以接收在所述压缩机的第一操作状况下沿下游方向驱动的制冷剂；

膨胀装置（32），所述膨胀装置位于所述第一热交换器的下游；

第二热交换器（30），所述第二热交换器位于所述膨胀装置的下游并且联接至所述吸入端口以在所述第一操作状况下返回制冷剂；以及

其中，经济器流路在所述第一热交换器与所述膨胀装置之间分叉，并且穿过所述经济器端口。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，

所述经济器流路穿过：

经济器膨胀装置；并且随后穿过经济器热交换器的支路，所述支路与沿着主流路的位于所述膨胀装置上游的另一支路处于热传递关系。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，

所述第一热交换器是排热热交换器；以及

所述第二热交换器是吸热热交换器。

10.一种用于操作根据权利要求1所述压缩机的方法，包括：

驱动电动机以通过所述吸入端口吸入流体的主流，并且从所述排出端口排出所述流体；

通过所述一个或多个通道抽吸流体的所述经济器流；以及

使流体的所述经济器流穿过所述扩散器以与流体的所述主流汇合。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述压缩机用于蒸气压缩系统中，所述蒸气压缩系统具有排热热交换器、膨胀装置、以及吸热热交换器，

其中：

流体的所述主流通过所述吸入端口从所述吸热热交换器抽吸；

流体的所述排出流从所述排出端口排出至所述排热热交换器；

来自所述排热热交换器的流体在所述膨胀装置中膨胀；

在膨胀装置中膨胀的流体输送至所述吸热热交换器；以及

输送至排热热交换器的流体的一部分绕过所述吸热热交换器，并且作为流体的所述经济器流传递。