CN104246394A - 高压力比多级离心压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种热泵系统包括致冷剂回路。第一和第二热交换器布置在致冷剂回路中。流换向装置选择性地改变在致冷剂回路中在第一和第二热交换器之间的流的方向。离心压缩机布置在流体回路中，并且具有第一和第二叶轮，该第一和第二叶轮相对于彼此串联布置，以提供希望的压缩机压力比。在一个例子中，离心压缩机将第一和第二叶轮安装在轴的相对端部上。第一和第二叶轮分别包括第一和第二级进口和出口。至少10:1的一种示例性希望压缩机压力比对应于第二级出口压力与第一级进口压力的比。第一扩散器布置在第一级进口处，并且第一扩散器是可变几何形状的扩散器。

Description

高压力比多级离心压缩机
技术领域
本公开涉及一种用在具有至少一个可变几何形状扩散器的高压力比多级离心压缩机中的多级离心压缩机。
背景技术
现有的单级和两级离心致冷压缩机典型地在压缩机进口处具有至少一组可变进口导向叶片，以在各种操作条件下调节压缩机容量，这些现有的单级和两级离心致冷压缩机具有无叶片或有叶片的扩散器。
变速离心压缩机将速度变化用作它们的基本容量控制机理，但这样的压缩机仍然需要可变进口导向叶片，以便在低容量条件下无湍振地操作。
多级离心压缩机已经将各级和可变速度用作容量控制机理，这些级具有固定的、典型地无叶片的扩散器，这些扩散器具有进口导向叶片。已经引入单级致冷压缩机，这些单级致冷压缩机为了容量控制除在叶轮上游的一组可转动进口导向叶片之外，采用变频驱动器(VFD)。在变速能力的情况下，可变几何形状扩散器已经用在叶轮的下游，以改进在部分-负载操作条件下的压缩机湍振特性。
热泵系统要求压缩机具有高压力比。典型地，螺杆型或蜗壳型压缩机用来提供热泵系统所需要的高压力。
发明内容
一种热泵系统包括致冷剂回路。第一和第二热交换器布置在致冷剂回路中。流换向装置选择性地改变在致冷剂回路中在第一和第二热交换器之间流的方向。离心压缩机布置在流体回路中，并且具有第一和第二叶轮，该第一和第二叶轮相对于彼此串联布置，以提供希望的压缩机压力比。
在一个例子中，离心压缩机将第一和第二叶轮安装在轴的相对两端部上。第一和第二叶轮分别包括第一级进口和出口以及第二级进口和出口。至少10:1的一种示例性的希望压缩机压力比对应于第二级出口压力与第一级进口压力的比。第一扩散器布置在第一级出口处，并且第一扩散器是可变几何形状扩散器。
附图说明
本公开当结合附图考虑时通过参考如下详细描述可进一步理解，在这些附图中：
图1是一种热泵系统的高度示意性的视图，这种热泵系统具有示例性离心压缩机，该示例性离心压缩机具有多级。
图2是本公开的示例性两级离心压缩机的横截面图。
图3是用于公开的离心压缩机的节约器的示意图。
图4是用于公开的离心压缩机的一种示例性可变几何形状扩散器的示意图。
具体实施方式
参照图1，一种热泵系统10包括离心压缩机12，该离心压缩机12用来循环致冷剂回路32中的致冷剂。离心压缩机12布置在流体回路32中，并且包括压缩机进口通路16和出口通路18，该压缩机进口通路16和出口通路18流体连通于流换向装置14。示例性热泵系统是高压力比系统的示例。应该理解，公开的离心压缩机可以用在其它高压力比用途中，如某些空气-冷却的致冷装置或致冷系统。
第一和第二热交换器20、22流体连通地布置在致冷剂回路32中，并且分别布置在第一位置21和第二位置23处，该第一位置21和第二位置23在一个例子中可以在室内和室外。在例子中，吹风机34、36分别与每个热交换器相联，用来在每个热交换器与其周围环境之间传递热量。然而，应该理解，尽管示出了致冷剂-对-空气式热交换器，但可以使用在致冷剂与另一种流体(如水)之间传递热量的热交换器。
流换向装置14选择性地改变在致冷剂回路32中在第一和第二热交换器20、22之间的流的方向。在示例性布置中，“H”描绘致冷剂流的加热方向，并且“C”描绘致冷剂流的冷却方向。
第一旁通阀24和第一热膨胀阀26两者与第一热交换器20相联。第二旁通阀28和第二热膨胀阀30两者与第二热交换器22相联。旁通阀24、28起单向阀的作用，以容许仅在一个方向上的流动。
在操作中，对于致动到冷却配置的流换向装置14，致冷剂流动到第一热交换器20，在第一热交换器20处将热量排出到第一位置21。致冷剂然后流过旁通阀24，并且通过热膨胀装置30而膨胀。致冷剂被气化，并且然后进入第二热交换器22，在第二热交换器22处，第二位置23在致冷剂返回到离心压缩机12之前将热量排出到致冷剂。对于致动到加热配置的流换向装置14，致冷剂流动到第二热交换器22，在第二热交换器22处将热量排出到第二位置23。致冷剂然后流过旁通阀28，并且通过热膨胀装置26而膨胀。致冷剂被气化，并且然后进入第一热交换器20，在第一热交换器20处，第一位置21在致冷剂返回到离心压缩机12之前将热量排出到致冷剂。热泵系统10旨在只是示例性的。
参照图2，离心压缩机12包括壳体39，在该壳体39内布置电动机38。壳体38示意地描绘，并且可以包括一件或多件。电动机38经由转子轴40绕轴线转动地驱动第一叶轮42和第二叶轮44，以按两级压缩机配置压缩致冷剂。转子轴40可以包括一件或多件。尽管示出了两个压缩机级，但本公开也可以用在具有更多级的压缩机中。在示出的例子中，第一和第二叶轮42、44位于转子轴40的相对端部上。叶轮是离心式的，从而叶轮进口沿轴向布置，并且叶轮出口沿径向布置。
无油轴承装置设置成用于支撑转子轴40，从而无油致冷剂可用在离心压缩机12中。在例子中，转子轴40由磁性轴承46相对于壳体39转动地支撑，该磁性轴承46按示意方式示出。磁性轴承46可以包括例如径向和/或轴向磁性轴承元件。轴承控制器(未示出)与磁性轴承46通信，从而提供用于激励磁性轴承46的磁性轴承命令。磁性轴承在离心压缩机12的操作期间，形成使转子轴40浮起的磁场，并且控制其特性。应该理解，公开的扩散器装置也可以与空气轴承或其它类型的轴承一起使用。
一种示例性电动机38包括转子，该转子绕其圆周支撑多个磁铁。定子绕转子布置，以当激励时将转动驱动施加给转子轴40。在一个例子中，电机控制器(未示出)与定子通信，并且根据压缩机操作条件，提供按变速转动地驱动叶轮43、44的变速命令。电机控制器与多个传感器(未示出)通信，以监视和保持压缩机操作条件。
第一和第二叶轮42、44相对于彼此串联布置，并且提供希望的压缩机压力比，该希望的压缩机压力比在一个例子中是至少10:1。第一叶轮42包括第一级进口48和第一级出口52，并且第二叶轮44包括第二级进口54和第二级出口58。第一级涡旋件50和第二级涡旋件56分别布置在第一级出口52和第二级出口58处。希望的压缩机压力比对应于第二级出口压力与第一级进口压力的比。
第一扩散器60和第二扩散器62在第一级涡旋件50和第二级涡旋件56附近分别布置在第一级出口52和第二级出口58处。在一个例子中，第一扩散器60和第二扩散器62是可变几何形状扩散器，这些可变几何形状扩散器可以是任何适当类型。第一致动器64和第二致动器66配置成分别使第一和第二可变几何形状扩散器在第一和第二位置之间运动。参照图4，作为例子示出第二压缩机级。通路70布置在第二叶轮44的下游。可变几何形状装置(如可运动壁72)例如布置在第二级出口58中的通路中。第二致动器62使壁72在第一位置F与第二位置S之间运动，以选择性调节通过通路70的致冷剂流动。
可以使用任何数量的可变几何形状扩散器布置。例如，可运动壁式的可变几何形状扩散器包括多个固定楔形叶片，这些固定楔形叶片位于可运动扩散器壁元件的下游。可运动壁元件可以形成有锯齿形的尾部边缘，该尾部边缘与有叶片扩散器的喉部区域(它是最小横截面流动通路)相重合。
在另一个可变几何形状扩散器例子中，可转动叶片扩散器在与压缩机轴线垂直的平面中。通过转动叶片，扩散器的喉部区域变化，并因此调整压缩机的容量。
在另一个可变几何形状扩散器例子中，拼合式有叶片扩散器具有外部扩散器环和内部扩散器环。通过将一个扩散器环相对于另一个转动而得到喉部区域调整。完全打开的扩散器的喉部区域由于内部扩散器环相对于外部扩散器环的转动而减小。
节约器68可以安装到壳体39上，如图3所示。在一个例子中，节约器68是热交换器型节约器。节约器68流体连通地布置在第一级出口52与第二级进口54之间。
尽管两个压缩机级示出在图2中，但本公开也可以用在具有更多级的压缩机中。对于示出的直接-驱动无齿轮多级压缩机，叶轮布置在转子轴的相对端部上(所谓的背对背配置)，从而减小轴的轴向推力负载。在一种示例性三级配置中，只有第一压缩机级包括可变几何形状扩散器，并且第二和第三级每个可以包括没有扩散器的涡旋件，并且仍然实现希望压缩机压力比。
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，某些修改将会落到权利要求书的范围内。为此，应该研究如下权利要求书，以确定其真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种热泵系统，包括：
致冷剂回路；
布置在致冷剂回路中的第一热交换器和第二热交换器；
流换向装置，所述流换向装置选择性地改变在致冷剂回路中在第一热交换器和第二热交换器之间流的方向；以及
离心压缩机，所述离心压缩机布置在流体回路中，并且具有第一叶轮和第二叶轮，该第一叶轮和第二叶轮相对于彼此串联布置，并且提供所需的压缩机压力比。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，第一叶轮和第二叶轮分别包括第一级进口和出口以及第二级进口和出口，并且所需的压缩机压力比对应于第二级出口压力与第一级进口压力的比。
3.根据权利要求2所述的热泵系统，其中，所需的压缩机压力比是约10:1。
4.根据权利要求2所述的热泵系统，其中，压缩机包括第一扩散器和第二扩散器，该第一扩散器和第二扩散器分别布置在第一级出口和第二级出口处。
5.根据权利要求4所述的热泵系统，其中，第一扩散器和第二扩散器是可变几何形状的扩散器，并且压缩机包括第一致动器和第二致动器，该第一致动器和第二致动器配置成分别使可变几何形状的第一扩散器和第二扩散器在第一位置和第二位置之间运动。
6.根据权利要求2所述的热泵系统，包括节约器，该节约器流体连通地布置在第一级出口与第二级进口之间。
7.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，压缩机包括变速马达，该变速马达配置成转动地驱动第一叶轮和第二叶轮。
8.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，压缩机包括支撑第一叶轮和第二叶轮的轴，并且磁性轴承支撑该轴。
9.一种离心式致冷剂压缩机，包括：
安装在轴的相对端部上的第一叶轮和第二叶轮，第一叶轮和第二叶轮分别包括第一级进口和出口以及第二级进口和出口，并且至少10:1的所需的压缩机压力比对应于第二级出口压力与第一级进口压力的比；和
第一扩散器，该第一扩散器布置在第一级出口处，其中，第一扩散器是可变几何形状的扩散器。
10.根据权利要求9所述的离心式致冷剂压缩机，包括第二扩散器，该第二扩散器布置在第二级出口处。
11.根据权利要求10所述的离心式致冷剂压缩机，其中，第二扩散器是可变几何形状的扩散器。
12.根据权利要求11所述的离心式致冷剂压缩机，包括第一致动器和第二致动器，该第一致动器和第二致动器配置成分别使可变几何形状的第一扩散器和第二扩散器在第一位置和第二位置之间运动。
13.根据权利要求9所述的离心式致冷剂压缩机，包括节约器，该节约器安装在压缩机上，并且流体连通地布置在第一级出口与第二级进口之间。
14.根据权利要求9所述的离心式致冷剂压缩机，包括变速马达，该变速马达配置成转动地驱动第一叶轮和第二叶轮。
15.根据权利要求9所述的离心式致冷剂压缩机，包括支撑所述轴的磁性轴承。
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