CN105074354B - 入口导叶机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种入口导叶组件(60)，所述入口导叶组件(60)包括多个叶片子组件(62)，其被配置成相对于叶环外壳(64)旋转以控制流经其中的空气的体积。所述入口导叶组件(60)也包括多个驱动机构(80)。每个驱动机构(80)可操作地耦接至所述多个叶片子组件(62)中的一个。可独立地旋转所述叶片子组件(62)。

Description

入口导叶机构

相关申请案的交叉引用

本申请要求2013年2月20日提交的美国临时专利申请序列号61/766,755的利益，所述临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

发明背景

本发明大体上涉及冷冻机制冷系统，并且更具体地涉及在冷冻机制冷系统的压缩机的入口处单独地控制入口导叶的方法。

在许多常规的冷冻机中，压缩机，例如离心式压缩机，由诸如电动电机的驱动装置直接地驱动或者通过传输来驱动。压缩机的最佳性能受到压缩机的旋转速度的强烈影响。必须针对由被冷却的空间的空气调节要求所需的负载的变化调节流经压缩机的制冷剂的体积。通常通过单独地或以协同的方式改变入口导叶和叶轮速度实现流量的控制。

当初始启动常规的冷冻机系统时，入口导叶组件通常布置在完全关闭的位置，仅允许最少量的流量进入压缩机以防止电机失速。一旦电机以最大速度运行，那么基于进入压缩机的流量，入口导叶一起被旋转到大体打开的位置。常规的入口导叶组件包括一组叶片，例如7个或11个叶片，所述叶片通过电缆连接至一组惰轮和驱动带轮。组件的驱动带轮由通过驱动链条耦接至驱动带轮的电机致动。用于调节入口导叶的位置的复杂机械系统的制造劳动强度大并且易于出现组装错误。另外，由于致动器和叶片之间复杂的连接，入口导叶组件对其调整作出的响应是缓慢的。

发明简述

根据本发明的一方面，提供了一种入口导叶组件，所述入口导叶组件包括被配置成相对于叶环外壳旋转以控制流经其中的空气的体积的多个叶片子组件。入口导叶组件还包括多个驱动机构。每个驱动机构可操作地耦接至多个叶片子组件中的一个。入口导叶组件中的叶片子组件可独立地旋转。

根据本发明的另一实施方案，提供了一种包括压缩机的用于冷冻机制冷系统的压缩机组件。入口导叶组件通常布置在邻近压缩机的入口定位的吸入外壳内。入口导叶组件包括被配置成相对于吸入外壳旋转以控制流进压缩机中的空气的体积的多个叶片子组件。入口导叶组件还包括多个驱动机构。每个驱动机构可操作地耦接至多个叶片子组件中的一个。叶片子组件可独立地旋转。

根据本发明的又一实施方案，提供了一种在冷冻机制冷系统中定位压缩机的入口导叶组件的方法，所述方法包括确定每个叶片子组件的位置。所述位置由控制器基于入口导叶组件中每个叶片子组件的当前位置以及也基于冷冻机制冷系统的负载条件来确定。将电力提供给多个驱动机构中的至少一个，每一个驱动机构耦接至一个叶片子组件。将所述至少一个叶片子组件独立地移动至所确定的位置。

这些和其它优点和特征将从以下结合附图进行的描述变得更显而易见。

附图简述

被视为本发明的主题是在说明书的结论处的权利要求中具体指出并且明确要求。本发明的前述和其它特征和优点从以下结合附图进行的详述显而易见，在附图中：

图1是示例性冷冻机制冷系统的示意图；

图2是示例性冷冻机制冷系统的透视图；

图3是根据本发明的实施方案的入口导叶组件的透视图；

图4是根据本发明的实施方案的入口导叶组件的透视截面图；

图5是根据本发明的实施方案的入口导叶组件的透视图；

图6是根据本发明的实施方案的入口导叶组件的一部分的截面图；

图7是根据本发明的实施方案的入口导叶组件的透视图；并且

图8是根据本发明的实施方案的入口导叶组件的控制系统。

发明详述

现参照图1和图2，示出的冷冻机制冷系统10包括流体连接而形成电路的压缩机组件30、冷凝器12以及冷却器或蒸发器20。第一导管11从邻近冷却器20的出口22处延伸到压缩机组件30的入口32。压缩机组件30的出口34通过导管13而耦接至冷凝器12的入口14。在一个实施方案中，冷凝器12包括第一腔室17以及只可从第一腔室17的内部触及的第二腔室18。第二腔室18内的浮阀19通过另一导管15连接到冷却器20的入口24。取决于冷冻机系统10的尺寸，压缩机组件30可包括用于小型系统的旋转式、螺杆式或往复式压缩机，或用于大型系统的螺杆式压缩机或离心式压缩机。典型的压缩机组件30包括在一端具有电机40的外壳36，以及在第二、相对端的离心式压缩机44，这两者之间通过传输组件42连接。压缩机44包括：叶轮46，其用于将制冷剂蒸气加速到较高速度；扩散器48，其用于在动能转化成压力能时将制冷剂减速到较低速度；以及，呈蜗壳或收集器形式的排气室(未示出)，其用来收集排放蒸气以用于后续流动到冷凝器。靠近压缩机30的入口32定位了入口导叶组件60。因为从冷却器20流到压缩机44的流体在进入叶轮46之前首先必需经过入口导叶组件60，所以可使用入口导叶组件60来控制进入压缩机44中的流体流量。

冷冻机制冷系统10内的制冷循环可描述如下。压缩机44从蒸发器/冷却器20接收制冷剂蒸气，并且将其压缩到更高温度和压力，相对较热的蒸气随后传送到冷凝器12的第一腔室17，在所述第一腔室17中，所述蒸气通过与冷却介质(如空气或水)的热交换关系而受到冷却并凝聚成液态。因为第二腔室18具有比第一腔室17更低的压力，所以液体制冷剂的一部分闪蒸为蒸气，从而冷却剩余的液体。冷的热交换介质重新冷凝第二腔室18内的制冷剂蒸气。制冷剂液体然后引流到位于第一腔室17和冷却器20之间的第二腔室18中。浮阀19形成密封以防止来自第二腔室18的蒸气进入冷却器20。当液体制冷剂经过浮阀19时，随着制冷剂被传送到冷却器20中，制冷剂膨胀为较低温度的两相液体/蒸气状态。冷却器20是允许热能从热交换介质例如水迁移到制冷剂气体的换热器。当气体返回至压缩机44时，制冷剂就处于开始制冷循环的温度和压力下。

现参照图3-7，压缩机组件30的入口32包括具有空腔72的吸入外壳70，在空腔72内定位了入口导叶组件60。入口导叶组件60包括多个叶片子组件62，其可旋转地耦接至叶环外壳64。每个叶片子组件62包括连接至叶片轴68的大体是平的气翼叶片66。叶环外壳64包括被配置成容纳叶片轴68的多个大体等距离地间隔的开口65。在一个实施方案中，将多个叶片轴68容纳在安装在叶环外壳64的开口65内的轴承(未示出)内。

入口导叶组件60另外包括被配置成相对于叶环外壳64旋转叶片子组件62的多个驱动机构80。示例性驱动机构80包括但不限于例如致动器、步进电机以及伺服电机。多个驱动机构80与多个叶片子组件62大致数目相等，使得每个叶片子组件62可操作地耦接至单独的驱动机构80。因此，可独立地操作多个叶片子组件62。在一个实施方案中，每个驱动机构80的一部分，例如轴82，例如利用联轴器直接地耦接至对应的叶片子组件62的叶片轴66。可在相对于吸入外壳70的许多位置的任何位置处布置驱动机构80。在图3和图4中示出的一个实施方案中，可将驱动机构80邻近叶环外壳64布置在吸入外壳70的空腔72内。在这样的实施方案中，吸入外壳70可形成为单件式，或者可形成为被耦接以在其间形成空腔72的盖件74和背板76。在图5和图6中示出的另一实施方案中，驱动机构80可延伸通过吸入外壳70的壁78，使得仅驱动机构80的被配置成耦接至叶片子组件62的一部分布置在空腔72内。在又一实施方案中，驱动机构80可安装到吸入外壳70的外表面79，使得仅驱动机构80的轴82延伸通过吸入外壳70的壁78。

现参考图8，冷冻机制冷系统10的控制系统100包括连接至多个驱动机构80中的每一个的电源110以及可操作地耦接至电源110的控制器120。控制器120被配置成响应于负载条件，例如通过调整入口导叶组件60的定位，来控制冷冻机10的冷却能力。每个叶片子组件62，或耦接至其上的驱动机构80可包括传感器(未示出)，例如位置传感器或编码器。这些传感器被配置成将输入信号(示意性地表示为VP)提供到控制器120，该输入信号指示对应的叶片子组件62的当前位置。响应于指示冷冻机10的负载条件的输入信号(示意性地表示为LC)，以及来自入口导叶组件60的传感器的位置信号VP，控制器120将确定多个叶片子组件62中的每一个的可允许位置。响应于来自控制器120的第一输出信号O1，电源110将电力供应给一个或多个驱动机构80。控制器120也可将第二输出信号O2提供给由电源110供电的一个或多个驱动机构80。第二输出信号O2指示被供电的驱动机构80朝哪个方向旋转所耦接的叶片子组件62并且在那个方向上将所耦接的叶片子组件62旋转到多大的量。可将叶片子组件62的位置信号VP提供至控制器120以验证将入口导叶组件60的适当叶片66旋转到了指令位置。在一个实施方案中，给压缩机组件30通电或断电时，控制器120可命令多个叶片子组件62返回至默认位置，例如完全关闭的位置。另外，在耦接至第一个叶片子组件62的驱动机构80中的一个发生故障的情况下，控制器120可被配置成类似地冻结与第一个叶片子组件大致上相对的叶片子组件62的位置，以产生进入叶轮46的大体对称的流量。

通过将驱动机构80耦接至每个叶片子组件62，可独立地控制多个叶片子组件62中的每一个。因为进入压缩机组件30的入口32的流量通常是不均匀的，所以叶片子组件的独立操作允许冷冻机制冷系统10更有效地操作。另外，多个驱动机构80的使用通过消除相当数量的移动部件降低了入口导叶组件的复杂性。入口导叶组件60的简化也可降低成本。

虽然已结合仅有限数量的实施方案来描述本发明，但是应容易理解的是，本发明不限于这类所公开的实施方案。相反，本发明可以被修改以并入目前没有描述但是与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、变更、代替或等效布置。另外，虽然已描述本发明的各种实施方案，但是应理解的是，本发明的方面可以包括所描述实施方案中的仅一些。因此，本发明不应被视为受先前描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (18)

1.一种入口导叶组件，其包括：

多个叶片子组件，其被配置成相对于叶环外壳旋转以控制流经其中的空气的体积；

控制器，其被配置成响应于所述入口导叶组件中的每个叶片子组件的当前位置以及所述多个叶片子组件被布置于其中的系统的负载条件来指认每个叶片子组件的可允许的位置；以及

多个驱动机构，每一个驱动机构可操作地耦接至所述多个叶片子组件中的一个，使得所述叶片子组件可独立地旋转至所述可允许的位置。

2.根据权利要求1所述的入口导叶组件，其中所述驱动机构选自致动器、步进电机以及伺服电机中的一个。

3.根据权利要求1所述的入口导叶组件，其中每个叶片子组件包括连接至叶片轴的平的气翼叶片。

4.根据权利要求3所述的入口导叶组件，其中联轴器直接地将每个叶片轴耦接至所述多个驱动机构中的一个驱动机构的轴。

5.根据权利要求1所述的入口导叶组件，其中所述多个驱动机构邻近所述叶环外壳布置在吸入外壳的空腔内。

6.根据权利要求5所述的入口导叶组件，其中所述吸入外壳包括连接至背板以形成所述空腔的盖件。

7.根据权利要求1所述的入口导叶组件，其中所述入口导叶组件布置在吸入外壳的空腔内，并且所述多个驱动机构位于邻近所述吸入外壳的外表面处。

8.根据权利要求1所述的入口导叶组件，其中所述入口导叶组件布置在吸入外壳的空腔内，并且所述多个驱动机构中的每一个驱动机构的一部分延伸通过所述吸入外壳的壁而进入到所述空腔中。

9.一种冷冻机制冷系统的压缩机组件，其包括：

压缩机；入口导叶组件，其通常布置在邻近所述压缩机的入口定位的吸入外壳内，所述入口导叶组件包括被配置成相对于所述吸入外壳旋转以控制流进所述压缩机中的空气的体积的多个叶片子组件，和多个驱动机构，每一个驱动机构耦接至所述叶片子组件中的一个，使得所述叶片子组件可独立地旋转；以及

控制器，其被配置成响应于所述入口导叶组件中的每个叶片子组件的当前位置以及所述冷冻机制冷系统的负载条件来指认每个叶片子组件的可允许的位置，从而使得所述多个叶片子组件中的至少一个叶片子组件能被所述驱动机构之一独立地移动至所述可允许的位置。

10.根据权利要求9所述的压缩机组件，其中所述驱动机构选自致动器、步进电机以及伺服电机中的一个。

11.根据权利要求10所述的压缩机组件，其中每个叶片子组件包括连接至叶片轴的平的气翼叶片。

12.根据权利要求11所述的压缩机组件，其中联轴器直接地将每个叶片轴耦接至所述多个驱动机构中的一个驱动机构的轴。

13.根据权利要求9所述的压缩机组件，其中所述多个驱动机构邻近叶环外壳布置在吸入外壳的空腔内。

14.根据权利要求13所述的压缩机组件，其中所述吸入外壳包括连接至背板以形成所述空腔的盖件。

15.一种在冷冻机制冷系统中定位压缩机的入口导叶组件的方法，所述方法包括：

基于所述入口导叶组件中的每个叶片子组件的当前位置以及基于所述冷冻机制冷系统的负载条件，确定每个叶片子组件的可允许的位置；

将电力提供给多个驱动机构中的至少一个，每个驱动机构耦接至单个叶片子组件；

将所述叶片子组件中的至少一个叶片子组件独立地移动至如以上所确定的位置。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述每个叶片子组件的可允许的位置由控制器来确定，通过所述控制器提供给电源的第一输出信号指示所述电源应该将电力施加给所述多个驱动机构中的哪一个。

17.根据权利要求16所述的方法，其中由所述控制器提供的第二输出信号指示应该旋转所述叶片子组件中的每一个的方向和量。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述每个叶片子组件的可允许的位置由控制器来确定，使用由所述叶片子组件中的每一个提供给所述控制器的位置信号来验证所述叶片子组件中的每一个被移动至所述如以上所确定的位置。