CN105899891B - 蒸汽轮机驱动的离心式热泵 - Google Patents

Abstract

一种离心式热泵系统，包括：具有连接在蒸汽环路中的蒸汽供给、蒸汽轮机以及蒸汽冷凝器的蒸汽系统；以及，包括连接在制冷剂环路中的第一压缩机和第二压缩机、制冷剂冷凝器以及蒸发器的制冷剂系统。所述蒸汽轮机包括同轴设置并且从所述蒸汽轮机的第一端和第二端延伸的旋转驱动轴。油槽系统收集并且重新分配油或其他润滑流体。所述第一压缩机通过第一联接装置被联接到所述蒸汽轮机的驱动轴的第一端，并且所述第二压缩机通过第二联接装置被联接到所述蒸汽轮机的驱动轴的第二端。所述第一压缩机和第二压缩机并行连接在所述制冷剂环路中，并且被控制以均等地分担冷却负载。

Description

蒸汽轮机驱动的离心式热泵

相关申请的交叉引用

本申请为2013年12月12日提交的、名称为“蒸汽轮机驱动的离心式热泵”的美国临时申请No.61/915,227的继续，上述美国临时申请的公开内容通过引用被整体结合于此。

技术领域

本发明涉及一种蒸汽轮机驱动的离心式热泵。更具体地，本发明涉及一种驱动并行运转的两个单级压缩机的双端蒸汽轮机。

背景技术

建筑物或者其他构筑物的加热和冷却系统通常通过在盘管中循环一种流体，以使得在所述管外部流过另一种流体而在所述两种流体之间传递热能来维持构筑物中的温度控制。这种系统中的一个主要部件为压缩机，其接收相对冷的低压气体并且排放热的高压气体。压缩机包括容积式压缩机，例如螺杆式压缩机、往复式压缩机和涡旋式压缩机，还有诸如离心式压缩机之类的压缩机。尽管在大容量系统中已经采用汽轮机提供动力，但是通常还是采用电动机为压缩机提供动力。最近的技术发展已经开始在大容量系统中采用变速电动机为诸如离心式压缩机之类的压缩机提供动力，并且当希望以低于满设计负载速度的速度运转时，在部分加载过程中利用冷却装置组效率。

在大容量系统中为压缩机提供动力的另一种装置为蒸汽轮机。在冷却装置组中已经少量地采用蒸汽轮机来为压缩机提供动力，部分地是因为安装所述系统导致需要过度的现场工作以及完整地集成所述蒸汽轮机、蒸汽冷凝器和所述冷却装置组的预包装单元的不可用性。

当前所需要的是一种成本有效的、高效的并且容易实施的采用蒸汽轮机为冷却装置组的压缩机提供动力的方法或设备。

发明内容

在一个实施方案中，离心式热泵系统包括：具有连接在蒸汽环路中的蒸汽供给、蒸汽轮机和蒸汽冷凝器的蒸汽系统；以及，包括连接在制冷环路中的第一压缩机和第二压缩机、制冷剂冷凝器以及蒸发器的制冷剂系统。所述蒸汽轮机包括轴向设置并且从所述蒸汽轮机的第一端和第二端延伸的旋转驱动轴。提供了集油(sump)系统，用于收集并且重新分配油或其他润滑流体。所述第一压缩机通过第一联接装置被联接到所述蒸汽轮机的驱动轴的第一端，并且所述第二压缩机通过第二联接装置被联接到所述蒸汽轮机的驱动轴的第二端。所述第一压缩机和第二压缩机在所述制冷剂环路中并行连接，并且被控制用于均等地分担冷却负载。

本发明的一个优点在于能够使用蒸汽轮机同时地驱动双压缩机。另一个优点在于能够使用磁探针和嵌入磁体来确定压缩机是否与所述蒸汽轮机的驱动轴断开。再一个优点在于两个匹配压缩机能够分担负载。与其他特点和特点组合相关的替代典型实施方案可以在权利要求书中总体地引用。

附图说明

图1为本发明的蒸汽轮机驱动的冷却装置组的平面视图。

图2为图1的蒸汽轮机驱动的冷却装置组的侧面立视图。

图3为图1的蒸汽轮机驱动的冷却装置组的端立视图。

图4为图1的蒸汽轮机驱动的冷却装置组的部分平面视图。

图5为图1的蒸汽轮机驱动的冷却装置组的部分侧面立视图。

图6为图1的蒸汽轮机驱动的冷却装置组的端立视图。

图7为用于本发明的蒸汽轮机驱动的冷却装置组的蒸汽、制冷剂和冷却水流动的示意图。

图8为描述所述相关联的集油系统的现有技术中的压缩机的横截面视图。

图9为现有技术的压缩机润滑环路(circuit)的简化示意图。

图10为本发明的压缩机润滑环路的简化示意图。

图11为本发明的采用辅助压缩机的压缩机润滑环路的一个实施方案的简化示意图。

图12为本发明的采用喷射泵的压缩机润滑环路的一个实施方案的简化示意图。

图13为本发明的采用辅助冷凝器和液泵的压缩机润滑环路的一个实施方案的简化示意图。

图14为本发明的采用辅助冷凝器的压缩机润滑环路的一个实施方案的简化示意图。

图15为典型的止推环的主视图。

图16为沿着图15的线2-2所取的剖视图。

图17为显示周期性磁脉冲随时间变化的曲线图。

图18为一种方法的流程图。

图19为本发明的具有在不同半径处设置于旋转表面上的两个磁传感器和多个目标的示意图。

图20A为当所述表面沿顺时针方向旋转时与图19的目标设置相对应的探针输出波形。

图20B为当所述表面沿逆时针方向旋转时与图19的目标设置相对应的探针输出波形。

图21为本发明的所述目标被插入到旋转轴的另一个实施方案。

图22为典型的HVAC系统的示意图。

图23示出本发明的一个优选实施方案的压缩机108的部分剖视图。

图24为显示典型的HVAC系统的一个实施方案的速度防喘振图的曲线图。

图25为图1的冷却装置组的控制系统的示意图。

图26为本发明的蒸汽轮机驱动的冷却装置组的控制系统的示意图。

图27和28示出本发明的控制过程的一个实施方案的流程。

图29A到29D示出蒸汽轮机驱动的双压缩机系统的控制策略的一个典型实施方案。

具体实施方式

作为举例，图1-7示出了本发明被应用于其中的总体系统。如图所示，所述HVAC、制冷或者冷却装置系统10包括：设置在由蒸汽轮机14可旋转地驱动的公共轴的相对端处的压缩机12、12a、制冷剂冷凝器16、水冷机或蒸发器18、蒸汽冷凝器20、膨胀装置22和控制面板或控制器90。控制面板90的运行在后面更加详细地讨论。冷却装置系统10进一步包括压缩机润滑系统11(图8)，如果需要，该压缩机润滑系统11可以被用于为蒸汽轮机14提供润滑。常规液体冷却装置系统10的许多其他结构并未在图1-7中示出。省略这些结构的目的在于简化图形以便于清晰显示。

在冷却装置系统10中，压缩机12、12a压缩制冷剂蒸气并且将其送入制冷剂冷凝器16。压缩机12、12a优选地为离心式压缩机，然而也可以使用任何其他合适类型的压缩机。压缩机12、12a由蒸汽轮机14驱动，其中蒸汽轮机14可以以单一的速度或者以可变的速度驱动压缩机12、12a。例如，蒸汽轮机14可以是多级、变速汽轮机，该多级、变速汽轮机能够以更接近于优化冷却装置系统10的效率的速度运行压缩机12、12a。更优选地，蒸汽轮机14能够在大约3200rpm到大约4500rpm的速度范围内驱动压缩机 12、12a。提供给蒸汽轮机14的蒸汽供给优选地为在大约90到大约200psi 的范围内的干饱和蒸汽。供给给蒸汽轮机14的蒸汽流可以由调速器 (governor)48进行调节以改变蒸汽轮机14的速度，并且由此改变压缩机12、12a的速度，从而通过提供更大或更小量的穿过压缩机12、12a的制冷剂体积流量来调节所述压缩机的容量。在另一个实施方案中，蒸汽轮机14 可以以单一、恒定的速度以及其他被用于调节压缩机12、12a的容量的技术(例如，使用预旋叶片(PRV)80，或者热气旁通阀(HGV)84，或者其组合)来驱动压缩机12、12a。

由压缩机12、12a送入到制冷剂冷凝器16的制冷剂蒸气与流体发生热交换关系，所述流体例如是空气或水，并且经过与所述流体的热交换而发生相变成为制冷剂液体。在优选的实施方案中，所述被送入制冷剂冷凝器 16的制冷剂蒸气与流经被连接到冷却塔的换热器盘管的流体发生热交换关系，所述流体优选地为水。通过与所述换热器盘管中的流体发生热交换关系，制冷剂蒸气在制冷剂冷凝器16中发生相变成为制冷剂液体。来自制冷剂冷凝器16的所述被冷凝的液体制冷剂流经膨胀装置22到达蒸发器18。

蒸发器18可以包括具有被连接到冷却负载的供给管线38和返回管线 40的换热器盘管。次级液体(例如，水、乙烯或丙二醇混合物、氯化钙或氯化钠)通过返回管线40进入蒸发器18，并且通过供给管线38离开蒸发器18。蒸发器18中的液体制冷剂与次级液体发生热交换关系以降低所述次级液体的温度。蒸发器18中的制冷剂液体通过与所述次级液体发生热交换关系而发生相变成为制冷剂蒸气。蒸发器18中的所述蒸气制冷剂离开蒸发器18并且通过吸入管线返回压缩机12,12a以完成循环。可以理解的是，任何合适配置的制冷剂冷凝器16和蒸发器18都可以被用在冷却装置系统10 中，假设在制冷剂冷凝器16和蒸发器18中获得了合适的制冷剂相变。

蒸发器18到压缩机12、12a的输入或入口处具有控制流入压缩机12、 12a的制冷剂的流动并且由此控制压缩机12、12a的容量的一个或多个PRV 80。PRV 80可以被设置到介于基本上打开的位置和基本上关闭的位置之间的任何位置，其中在所述基本上打开的位置制冷剂流在压缩机12、12a的排放端基本上不会受到阻碍，并且其中在所述基本上关闭的位置制冷剂进入压缩机12、12a的流动受到限制。可以理解的是，在所述关闭位置，PRV 80可以不完全阻止制冷剂流入压缩机12、12a。致动器被用于打开PRV 80 以提高流经压缩机12、12a的制冷剂流动并且由此提高系统10的冷却容量。类似地，所述致动器被用于关闭PRV 80，以降低压缩机12、12a中的制冷剂流量并且由此降低所述系统10的容量。用于PRV 80的致动器可以以连续的方式或步进的方式或者递增的方式打开和关闭PRV 80。

冷却装置系统10还可以包括热气旁通连接，且包括连接冷却装置系统 10的高压侧和低压侧的对应的阀84。在图7所示的实施方案中，所述热气旁通连接和HGV 84连接制冷剂冷凝器16和蒸发器18，并且绕开膨胀装置 22。在另一个实施方案中，所述热气旁通连接和HGV 84可以连接所述压缩机吸入管线和压缩机排放管线。HGV 84优选地被用作压缩机12、12a的再循环管线，以使制冷剂气体从压缩机12、12a的排放端通过制冷剂冷凝器16并且通过蒸发器18到达压缩机12、12a的吸入端。HGV 84可以被调节到介于基本上打开的位置和基本上关闭的位置之间的任何位置，其中所述基本上打开的位置为制冷剂流动基本上无阻碍的位置，并且所述基本上关闭的位置为制冷剂流动受到限制的位置。HGV 84可以以连续的方式或者以步进或递增的方式被打开和关闭。HGV 84的打开能够提高提供给压缩机吸入端的制冷剂气体的量，以防止在压缩机12、12a中发生喘振状态。

对于所述蒸汽轮机系统来说，蒸汽供给为蒸汽轮机14提供蒸汽。来自所述蒸汽供给的蒸汽优选地进入水汽分离器64。在水汽分离器64中，来自所述蒸汽供给的水分饱和蒸汽进入并且以离心向下运动被偏转。所述蒸汽中夹带的水汽随着所述蒸汽流速度的降低被分离出来。被分离的水汽接着落下通过水汽出口(未示出)，并且干饱和蒸汽向上流动并且通过蒸汽出口 (未示出)离开，在所述蒸汽出口其流向主蒸汽入口切断阀69。所述主蒸汽入口切断阀69可以被设置成在启动时慢慢滚动上升到最小额定速度的过程中控制流向调速器48的蒸汽的量。调速器48设置在所述蒸汽供给管线中，以调节蒸汽流动并且优选地与蒸汽轮机14的蒸汽入口相邻设置。所述调速器或调速器阀48可以以连续方式或者以步进或递增方式被打开或关闭。蒸汽轮机14包括接收来自所述蒸汽供给的蒸汽的蒸汽入口。来自所述蒸汽供给的所述蒸汽流过所述蒸汽入口，并且转动蒸汽轮机14的可旋转汽轮机部分，以从其中提取能量并且转动相互连接蒸汽轮机的轴(未示出) 和压缩机12、12a的联接器66。在旋转蒸汽轮机14的所述汽轮机部分之后，所述蒸汽接着通过蒸汽排放口离开蒸汽轮机14。

在优选的实施方案中，联接器66在蒸汽轮机14和压缩机12、12a之间提供直接的旋转连接。在可替代的实施方案中，联接器66可以包括一个或多个传动设置(或者其他类似的设置)，以提高或降低蒸汽轮机14和压缩机12、12a之间的相对旋转速度。此外，蒸汽轮机14和压缩机12、12a 中的一方或双方也可以包括连接到联接器66的内部传动设置，用于调节蒸汽轮机14或压缩机12、12a的相对旋转速度。

在另一个实施方案中，将压缩机12、12a连接到蒸汽轮机14的驱动轴的每个联接器66在冷却装置10运行中可以被断开，例如遇到紧急情况时。紧急情况例如包括预定的油压损失、预定的施加给止推轴承的推力变化，以及预定的油槽温度。此外，希望有一种方式能够核实联接器66已经与蒸汽轮机14的驱动轴断开，例如使用涡电流传感器，其通常也被称作“位移计”。所述涡电流传感器通常具有感应线圈，当被提供高频电流时，感应线圈产生磁场。所述磁场在位于所述磁场内的导电目标上感应涡电流。所述目标可以是静态的或者移动进入或通过所述磁场。这些涡电流影响所述磁场的振幅。所述涡电流传感器与信号调节电子设备共同作用来检测磁场中的变化，并且生成与所述传感器和所述目标之间的静态距离或者间隙成比例的输出信号。所述输出信号还可以与距离的动态变化(即，相对于所述传感器位置的移动和振动)成比例。使用例如具有不同于止推环44的磁特性且被插入到所述止推环44中的嵌入件的位移计的结果，可以确定所述轴的旋转速度，并且在本申请中更精确地，无论压缩机12、12a的旋转速度是否降低，产生的结果都是联接器66可以成功地使压缩机12、12a与蒸汽轮机14断开。在一个实施方案中，一旦蒸汽轮机轴不再旋转，联接器66可以被重新连接。

在其他实施方案中，联接器66可以是电磁联接器、气动联接器(即，气动离合器)或者其他合适类型的联接器系统。

此外，设置汽轮机蒸汽环状排水阀63，以允许在蒸汽轮机14的缓慢滚动变暖过程中操作者可以移除来自蒸汽轮机14的任何冷凝液(condensate)。轴封蒸汽供给阀67可以被用于使蒸汽在缓慢滚动过程中到达所述轴封供给压力调节阀。蒸汽冷凝器真空泵65对所述蒸汽冷凝器和汽轮机排气抽真空使其达到蒸汽轮机14所需要的期望真空度，以通过压缩机12、12a产生需要的动力。

从蒸汽轮机14排出的蒸汽流到蒸汽冷凝器20。在蒸汽冷凝器20中，所述蒸汽/冷凝液从蒸汽轮机14流出，与流经蒸汽冷凝器20的冷却水发生热交换关系以冷却所述蒸汽。蒸汽冷凝器20包括被连接到冷凝液再循环系统46的热井43。冷凝液再循环系统46包括位于热井43中的可用于将冷凝液从热井43转移到冷凝液泵62的冷凝液出口。来自冷凝液泵62的所述冷凝液被选择性地提供给蒸汽冷凝器20的冷凝液再循环入口和/或所述蒸汽供给的冷凝液返回入口。按照这种方式，冷凝液再循环系统46可以维持流经蒸汽冷凝器20的冷凝液的预选流动，并且使冷凝液返回所述蒸汽供给用于进一步生成蒸汽。

如上所述，来自冷却塔或其他源的冷却水优选地通过冷却水供给管线 70按照规定的路线进入制冷剂冷凝器16。所述冷却水在冷却装置冷凝器16 中循环以从所述制冷剂气体吸收热量。所述冷却水接着离开制冷剂冷凝器 16并且按照规定路线被提供给蒸汽冷凝器20。所述冷却水在蒸汽冷凝器20 中循环以进一步从蒸汽轮机14排放的蒸汽中吸收热量。来自蒸汽冷凝器20 的所述冷却水通过冷却水返回管线76被引导到所述冷却塔，以降低所述冷却水的温度，其接着可以返回到制冷剂冷凝器16以重复所述循环。

通常，蒸汽冷凝器20在比制冷剂冷凝器16温度更高的温度下运行。通过引导所述冷却水通过串行或并行设置的制冷剂冷凝器16并且接着蒸汽冷凝器20，低温冷却水能够吸收制冷剂冷凝器16中的热量，接着被输送给蒸汽冷凝器20以吸收附加热。在优选的实施方案中，通过选取合适的制冷剂冷凝器16和蒸汽冷凝器20能够实现使用冷却水来冷却制冷剂冷凝器16 和蒸汽冷凝器20这二者的能力。制冷剂冷凝器16被选择为使得来自制冷剂冷凝器16的出口冷却水温度低于所述蒸汽冷凝器20的最大可接受入口冷却水温度。这种用于冷却装置系统10内部的冷凝器(制冷剂和蒸汽)冷却水的系列或串行流道能够减少对多个冷却水供应的需求，并且能够减少冷却装置系统10所需要的冷却水的总量。

如图25所示，控制面板90包括模拟到数字(A/D)以及数字到模拟 (D/A)转换器、微处理器96、非易失性存储器或其他存储装置92以及与冷却装置系统10的各种传感器和控制装置通信的接口板98。此外，控制面板90可以被连接到或者包含用户界面94，该用户界面94允许操作者与控制面板90相交互。所述操作者能够通过用户界面94选择并且输入用于控制面板90的命令。此外，用户界面94能够为所述操作者显示来自于控制面板90的、与冷却装置系统10的运行状态相关的消息和信息。用户界面 94可以位于控制面板90本地，例如安装到冷却装置系统10或者控制面板 90上，或者可替代地，用户界面94可以远离控制面板90设置，例如位于与冷却装置系统10分隔开的单独的控制室中。

微处理器96执行或者使用单个或者中央控制算法或控制系统来控制冷却装置系统10，该冷却装置系统10包括压缩机12、12a、蒸汽轮机14、蒸汽冷凝器20以及冷却装置系统10的其他部件。在一个实施方案中，控制系统可以是具有一系列由微处理器96可执行的指令的计算机程序或软件。在另一个实施方案中，所述控制系统可以由本领域技术人员使用数字和/或模拟硬件来实施和执行。在另一个其他实施例中，控制面板90可以包括多个控制器，每个控制器执行独立的功能，且具有确定控制面板90的输出的中央控制器。如果硬件被用于执行所述控制算法，控制面板90的对应的结构可以被改变成包含必要的部件并且移除不再需要的任何部件。

冷却装置系统10的控制面板90能够接收来自于冷却装置系统10的部件的许多不同的传感器输入。控制面板90的传感器输入的某些实例在下面给出，但是可以理解的是，控制面板90能够接收来自冷却装置系统10的部件的任何需要或合适的传感器输入。控制面板90的某些与压缩机12、12a 相关的输入可以来自于压缩机排放温度传感器、压缩机油温传感器、压缩机供油压力传感器以及预旋转叶片位置传感器。控制面板90的与蒸汽轮机 14相关的某些输入可以来自汽轮机轴端轴承温度传感器、汽轮机调速器端轴承温度传感器、汽轮机入口蒸汽温度传感器、汽轮机入口蒸汽压力传感器、汽轮机第一级蒸汽压力传感器、汽轮机排气压力传感器、汽轮机速度传感器，以及汽轮机应急阀状态传感器。

控制面板90的与蒸汽冷凝器20相关的某些输入可以来自热井冷凝液位传感器、热井高水位状态传感器，以及热井低水位状态传感器。控制面板90的与制冷剂冷凝器16相关的某些输入可以来自进入制冷剂冷凝器水温传感器、离开冷凝器水温传感器、制冷剂液体温度传感器、制冷剂冷凝器压力传感器、过冷器制冷剂液位传感器，以及制冷剂冷凝器水流传感器。控制面板90的与蒸发器18相关的某些输入可以来自离开的被冷却液体温度传感器、返回的被冷却液体温度传感器、蒸发器制冷剂蒸气压力传感器、制冷剂液体温度传感器，以及被冷却的水流传感器。此外，控制器90的其他输入包括来自自动调温器或其他类似温度控制系统的HVAC&R命令输入。

此外，冷却装置系统10的控制面板90能够为冷却装置系统10的多个部件提供或生成许多不同的控制信号。来自控制面板90的控制信号的某些实例在下面给出，但是可以理解的是，控制面板90能够为冷却装置系统10 的部件提供任何期望的或合适的控制信号。来自控制面板90的某些控制信号可以包括汽轮机关机控制信号、压缩机油加热器控制信号、变速油泵控制信号、汽轮机调速器阀控制信号、热井水位控制信号、HGV控制信号、过冷器制冷剂液位控制信号、预旋转叶片位置控制信号，以及蒸汽入口阀控制信号。此外，当技术人员已经将关机命令输入到用户界面94中或者当检测到与记录在存储装置92中的预选参数存在偏差时，控制面板90能够发送汽轮机关机信号。

由控制面板90上的微处理器96执行的中央控制算法优选地包括容量控制程序或算法，以控制蒸汽轮机14的速度，并且由此控制压缩机12、12a 的速度用以生成来自压缩机12、12a的期望容量以满足冷却负载。所述容量控制程序可以自动地确定蒸汽轮机14和压缩机12、12a的期望速度，优选地直接响应于蒸发器18中的所述离开的被冷却液体温度，该温度代表了冷却装置系统10的冷却负载需求。在确定所述期望速度之后，控制面板90 向合适的蒸汽轮机系统部件发送或传递控制信号，以改变供给到汽轮机14 的蒸汽流动，由此调节蒸汽轮机14的速度。

容量控制程序能够将冷却装置系统10的选定参数维持在预选范围内。这些参数包括汽轮机速度、被冷却的液体出口温度、汽轮机动力输出，以及用于最小压缩机速度和压缩机预旋转叶片位置的防喘震极限。所述容量控制程序采用来自监测这里描述的各种运行参数的传感器的连续反馈，以连续地监测并且响应于系统冷却负载的改变而改变汽轮机14和压缩机12、 12a的速度。也就是说，随着冷却装置系统10需要附加的或者降低的冷却容量，冷却装置10中的压缩机12、12a的运行参数响应于新的容量需求被相应地更新或改进。为了维持最大的运行效率，通过容量控制算法可以频繁地改变或调整压缩机12、12a的运行速度。此外，除了系统负载需求，所述容量控制程序还连续地监测制冷剂系统压差，以优化冷却装置系统10 中的制冷剂体积流率并且最大化蒸汽轮机14的总蒸汽效率。

所述中央控制算法还包括在冷却装置系统10的启动和正常运行期间为控制面板90提供监测冷却装置系统10的各种运行参数的功能的其他算法和/或软件。不期望的运行参数(例如低汽轮机速度、低汽轮机油压或者低压缩机油压)可以被编程到控制面板90中，所述控制面板90具有在不期望的或者超出系统设计的参数被检测到的情况下采用合适的补救措施(例如关掉冷却装置系统10或者断开蒸汽轮机14和压缩机12、12a)的逻辑功能。此外，所述中央控制算法已经为冷却装置系统10的多个运行参数预选了极限，并且能够防止技术人员在这些极限之外手动地运行冷却装置系统 10。

在优选的实施方案中，所述容量控制程序能够响应于来自蒸发器18的所述离开的被冷却液体温度(LCLT)的变化来控制汽轮机14(以及压缩机 12、12a)的速度、PRV 80的位置以及HGV 84的位置。图26-28示出本发明的所述容量控制程序的容量控制过程的一个实施方案。图26总体示出系统10的加载过程并且图27总体示出系统10的卸载过程。现在参照图26，所述过程从步骤502开始，响应于系统压差(PD)计算最小汽轮机速度(MS) 和最小预旋转叶片位置(MV)，其中通过从冷凝器压力中减去蒸发器压力来计算出所述系统压差(PD)。

在所示的实施方案中，蒸汽轮机14包括驱动设置在相对端处的压缩机 12、12a的两个输出轴(未示出)。由于压缩机12、12a被附着到公共轴上并且由此必须沿着相同的方向旋转同时面向相反的方向，所以压缩机12、 12a可以被制造成彼此成镜像分布，以提供位于蒸汽轮机的相对端处的对称性。可替代地，压缩机12、12a可以被附着到一个公共轴且面向相同的方向，以使得压缩机12、12a能够彼此一致。

本公开内容的另一个方面总体上涉及降低制冷中使用的润滑系统的润滑剂中的可混溶制冷剂量。可替代地，具有非可混溶制冷剂的润滑系统可以被用在润滑系统中。

图8为现有技术的离心式压缩机及其关联的集油系统的横截面视图。图8描绘出压缩机23和集油槽11。一些润滑油被保留在辅助储油器32中，其用于在停电发生时在惰行(coastdown)的过程中维持一定的油供给。压缩机23包括入口34，其接收来自低压源通常是蒸发器18(如图7所示) 的制冷剂气体。所述制冷剂气体在被送入蜗壳38之前通过叶轮36被压缩。润滑剂被提供给润滑轴封39、主轴颈和止推轴承42、止推环44、双波纹轴封46、低速齿轮后轴承48、小齿轮轴轴承50、止推环轴承52和低速齿轮 54。随着少量制冷剂气体由于被增压而持续从叶轮36泄漏到上面描述的各个被润滑部件中，所述润滑剂和制冷剂彼此接触。在润滑所述压缩机部件之后，所述润滑剂/制冷剂混合物借助重力通过管道56被排放进入油槽11。当位于集油槽11中且在被再循环之前，根据所述油槽中的压力和温度条件，从混合物中释放出的制冷剂气体超出了稳定状态溶解度。尽管难以测量任意的某个时刻可收集在油槽11中的制冷剂的准确量，但是可以估计被所述油吸收的制冷剂流量，并且该制冷剂流量应该在油槽11中被分离且大约为压缩机总流量的1％-3％。为了避免当压缩机停机时随着油冷却而产生不期望的油粘度，设置油加热器57，以加热或维持润滑剂使其位于预定的温度范围内，以使得其在压缩机启动时具有合适的粘度。通过可浸没泵60从油槽11中泵送流体并且将其送入油冷却器62，该油冷却器62只在所述油位于其预定运行温度之上时被激活。从油槽里的所述油中分离出的所述制冷剂气体通过排气管线102被送入压缩机入口34(参见图9)，而仍然可包括可混溶制冷剂气体的油被送入储油器32，在其中所述油被计量供给给压缩机用于润滑，并且重复所述润滑循环。

使用离心式压缩机的水冷却装置和热泵通常使用源自于烃类的合成制冷剂流体。出于环境考虑，归属于CFC系、HCFC系、HFC系或HFO系的几个合成制冷剂系列已经被使用或者正在使用或者正在研发中。当前运行中的多数离心式冷却装置使用HFC-134a。对于较高温度范围的热泵应用，更趋向于使用较低压力的流体，例如HFC-245fa。这些HFC系列制冷剂将来很可能在一定范围内被新一代的氢氟酸-烯烃(hydrofluoro-olefins, HFO’s)制冷剂替代。可选地，热泵应用可以被配置成使用全球低温室升温潜能值替代制冷剂评估程序(Low-GWP AREP)制冷剂(低GWP)。

在蒸发压力和温度趋向于远高于水冷却装置的热泵系统中，油温也应该被设置为较高的值以将油的稀释性保持在可接受的值。由于这种较高的温度，如果使用与水冷却装置系统中相同等级的油，那么油的粘性将会降低。具有较高粘性的油等级可以被用于补偿在热泵系统中所经历的较高温度。但是即使具有这种粘性补偿，在这种热泵系统中的温度上升也会产生其他问题。在这些问题中，如果油温变得更高，则可能具有轴封和轴承失效的风险。本发明提供了一种系统，其补偿了由于温差而在标准冷却装置和较高温热泵之间产生的一些差别。本发明应该通过最小的、便宜的修改而从用在冷却装置应用中的当前标准的压缩机系统的应用范围延伸到热泵应用。

图9为表示现有技术图8的横截面的简化型式，其示出了简化的润滑循环示意图，其中润滑剂和可混溶制冷剂从压缩机23通过管道56被排放到油槽11，并且处于油槽压力的制冷剂气体沿着气体管道102返回到压缩机入口，而具有可混溶制冷剂的润滑剂沿着管道104返回压缩机23。

如这里所提出的，尽管图9-13为描绘现有技术以及本发明提供的改进的简化示意图，但是图8描绘的润滑环路运行所需要的特征同样出现在图 10-13表示的环路中，并且具有附加的减压器409。

图10提供本发明的简化型式，再次使用简化示意图。在图10中，减压器409设置在油槽11和压缩机入口34之间，作为压缩机润滑系统11的一部分用于从所述油槽抽吸制冷剂气体，同时降低油槽中的制冷剂气体的压力。尽管减压器409被示出通过连接件411连接到压缩机34的入口，但是如本领域技术人员将意识到的，这并不局限于此，减压器409可以被连接到制冷环路的任何低压点。这种低压点最常见的为蒸发器18或者蒸发器 18或蒸发器入口与压缩机入口34之间的任何连接件，包括压缩机入口34。减压器409能够降低所述集油槽中的制冷剂气体的压力(以及温度)。如前面所述，所述降低集油槽11中的制冷剂气体的压力具有降低所述油中的制冷剂的稀释性的效果，由此减缓了油粘性的降低同时提供轴封和轴承的润滑。降低所述集油槽中的压力触发了一个具有几个组合效益的“良性循环”，其中一个效益就是制冷系统21能够在较高蒸发温度和压力下运行，例如在热泵条件中遇到的情况。当在这样的热泵条件下运行时，减压的目标为将所述集油槽气体压力的值设定成与所述相同的压缩机作为水冷却装置运行时的有效范围相一致。因此，如果给定类型的压缩机例如对于蒸发温度为 20℃(68℉)的给定制冷剂是有效的，为了将所有处于标准值的润滑参数设定成适用于冷却装置，所述目标为将油槽压力设定为与热泵运行中的 20℃饱和温度相对应。当然，这样不足以保证所述机器是可靠的。当然这种动作无法解决将标准压缩机转换成用于高温热泵应用中遇到的全部问题，因为其他参数例如设计压力、轴动力、轴承负载等必须是有效的，与润滑相关的问题应该被解决掉。尽管在图10的简化型式中并未示出图8所示的系统的全部细节，但是将理解的是，除了减压器409被包含在油槽和制冷系统21的低压点之间之外，图8所示的系统的全部细节也可以位于图 10的简化系统中。

除了为压缩机提供润滑，在一个替代实施方案中，所述润滑系统也可以被用于为蒸汽轮机部件提供润滑。

所述油槽中的压力降低能够通过不同的方式实现。图11描绘了本发明的一个实施方案的简化型式，再次使用了简化示意图。尽管在图11的简化型式中并未示出图8所示的系统的全部细节，但是将理解的是，除了减压器509被包含在油槽和制冷系统21的低压点之间之外，图8所示的系统的全部细节也可以位于图11的简化系统中。在图11中，减压器为小型附加“辅助”压缩机509，该小型附加“辅助”压缩机509设置在油槽11和压缩机入口之间，用于从油槽11抽吸制冷剂气体同时降低所述油槽中的制冷剂气体压力。辅助压缩机509自身具有连接到油槽11的气体容积的吸入侧以及例如连接到主压缩机23的压缩机入口的排放侧。在该实施方式中，辅助压缩机 509的容量按照将集油槽11中的压力保持在如上所述的预选值(例如，对应于上述实施例中的20℃的制冷剂流体的饱和压力)的方式进行控制。如上所述并且本领域技术人员可以意识到，辅助压缩机509的排放侧也可以被连接到制冷系统21的任何较低压点，例如图7所示的蒸发器18。

在图12描绘的另一个实施方案中，示出本发明的一个实施方案的简化示意图，喷射泵609也被称作射流泵被描绘成与油槽11相关的减压器。图 8所示的系统的全部细节仍然没有在图12的简化型式中示出，并且将理解的是，除了喷射泵609设置在油槽和制冷系统的低压点之间之外，图8所示的系统的全部细节也可以位于图12的简化系统中。在图12中，如果需要，来自管道615并且与冷凝器25流体连通的高压气体在经过膨胀阀后，被用于提供运行喷射泵609的能量。在所述喷射器的出口，来自冷凝器25 的所述高压流体与由集油槽11泵送出的低压气体的混合物被送入制冷系统的低压点，优选地为蒸发器。尽管图12示出通过管道611与压缩机入口34 直接流体连通(为了与图10和11一致)，所述低压点可以是压缩机23和处于低压的蒸发器之间的任何中间位置。本实施方案使用射流泵的优点在于其避免了使用例如在图5使用辅助压缩机时所具有的移动部件。本实施方案具有一定的缺陷，因为喷射泵通常具有相对差的效率，并且由此影响所述制冷系统的能效。然而，在制冷系统21中使用喷射泵609是减少油槽 11中的制冷剂的一个可行选择，同时使所述润滑系统能够在热泵应用中的较高温度系统中运行。

在图13描绘的本发明的一个优选实施方案中，示出了本发明的一个实施方案的简化示意图，其中辅助冷凝器709被描绘为与油槽11相关联的减压器。同样，在图13的简化型式中没有示出图8所示的系统的全部细节，并且将理解的是，除了辅助冷凝器709被包含在油槽11和制冷系统的低压点之间之外，图8所示的系统的全部细节也可以位于图13的简化系统中。在图13中，来自油槽11的制冷剂气体通过管道713与辅助冷凝器709流体连通。来自油槽11的气体进入辅助冷凝器709，在其中与流动通过冷却管道715的冷却流体发生热交换。冷却管道715中的冷却流体(例如水或空气或者其他合适的流体)冷却所述制冷剂气体，使其从气体冷凝成液体，然后被送入液体储存空间717。

辅助冷凝器709被选定成提供与集油槽11中的期望制冷剂压力相同的冷凝压力。这需要辅助冷凝器709中的制冷剂气体被温度低于热泵冷源的温度的冷却流体所冷却。例如，如果期望的辅助冷凝器709中的冷凝压力对应于20℃(68℉)饱和温度，辅助冷凝器709优选地由进入温度为大约 12℃(大约54℉)并且离开温度为大约18℃(大约64℉)的水进行冷却。所述冷却水可以来自于任何可用的被冷却水源或者来自于位于期望温度范围内的地下水。通过改变穿过辅助冷凝器709的冷却环路715的冷却流体的流动和/或温度来控制冷凝压力，以维持集油槽11中的期望的气体压力。如图13所描绘的，用于冷凝制冷剂的液体储存空间717可以是如所示的独立容器，或者可以是集成到辅助冷凝器709的独立储存空间。

按照本系统的原理，液体储存空间717处于比主制冷剂环路中的压缩机和蒸发器更低的压力下。为了避免液体制冷剂积蓄在液体储存空间717 中，必须通过由液位传感器721控制的泵719将制冷剂从储存空间717泵送返回到制冷剂系统21。泵719自身具有连接到流体储存空间717的吸入侧和与制冷剂系统21连通的排放侧。为了减少所述泵的水头和吸收功率，优选的是将泵的排放侧设置在主制冷剂环路21的低压部分中。虽然如前面参照图9-12所描述的所述低压区域可以是压缩机入口，但是图13描绘出所述低压区域为膨胀阀31、蒸发器18之间的管道，制冷剂可以在任何适宜的位置(例如膨胀阀31和压缩机吸入口34之间)将制冷剂送到所述低压区域。通常也需要避免将制冷剂液体直接送入压缩机吸入口34(入口)，以避免压缩机23发生液击。因此，所期望的是输入口位于介于膨胀阀31和蒸发器18之间的管道上，将所述液体制冷剂供给给蒸发器18，例如送入蒸发器18的液体入口。更具体地，如果蒸发器18为干式膨胀技术(管壳或板式换热器)，需要在蒸发器入口将所述液体制冷剂排放到主液体管线中。如果蒸发器18为满液式、降膜式或者混合降膜式，替代的是在远离吸入管的位置将所述液体直接排放到蒸发器壳体内，以避免液体夹带(carry-over)。

图13所示的液位传感器721被用作控制液泵719的运行的装置。期望的设置是将流体储存空间717放置在辅助冷凝器709的出口处，使液体制冷剂能够借助重力从辅助冷凝器709流入储存空间717。这部分可以被包含在与辅助冷凝器709相同的壳体内，或者可以作为单独的容器。该储存空间中的液位通过包括控制环路的液位传感器感测，其被简单地描绘为液位传感器721。液位传感器721的所述控制环路部分管理液泵719的运行，以将流体储存空间717中的液位保持在预设的可接受极限内。液泵719可以具有变速驱动器，该变速驱动器的速度由液位传感器721的控制环路控制，或者液泵719可以简单地具有同样受相同的控制环路控制的ON/OFF运行程序。

所述控制系统在如下情况下允许外部源为所述辅助冷凝器709提供冷却流体：如果辅助冷凝器709需要润滑并且冷却装置系统10正在运行；或者如果冷却装置处于惰行模式；或者如果蒸汽轮机14处于冷却后慢速滚动模式(post-cooldown slow roll mode)；或者如果集油槽11中的饱和温度超过阀值温度。

当冷却装置18关闭时，制冷剂气体从油槽11排放到压缩机吸入侧。当冷却装置打开时，当所述油槽温度小于预定排气温度(例如，默认温度为77℉)，则所述排气阀被通电；或者，当离开的被冷却水温度大于排气设定值时，如果油槽压力比所述蒸发器压力大至少一个最小阀值宽裕度(例如3psi)，则打开所述排气阀。一旦被激活，所述排气阀保持在打开状态直到所述油槽压力降到比所述蒸发器压力低一个预定阀值，例如6psi。

当冷却装置18打开时，如果所述油槽温度大于或等于预定排气温度，或者所述油槽压力超过所述蒸发器压力一个最小阀值宽裕度(例如3psi)，则所述排气阀被通电。当所述蒸发器温度大于或等于所述油槽排气温度并且所述油槽压力低于所述蒸发器压力一个预定阀值(例如6psi)，则所述排气阀被断电。在停电的情况下，所述辅助冷凝器可以与油槽11通气。

当冷却装置18不具备足够的可用的水头压力以增压储存空间717时，储存空间717中的制冷剂必须通过制冷剂液泵被泵送。所述泵被储存空间 717中的高液位指示所激活。所述制冷剂液泵持续运行，直到在储存空间 717中检测到低液位指示。所述冷凝液储存空间717根据所述高和低制冷剂液位指示器开关进行运行。替代地，当所述冷却装置正在运行时，高制冷剂液位指示开始关闭所述辅助冷凝器的储存空间的排气阀。在由于所述排气阀的关闭时间而引起的瞬间延迟之后，通过打开增压阀借助冷凝器气体对储存空间717进行增压，所述增压阀驱使所述液体制冷剂通过底部的单向阀流出储存空间717。当所述储罐显示为空的状态，所述增压阀被关闭，并且所述辅助冷凝器收集空间排水/排气阀被打开。

在另一个实施方案中，常规机械泵可以由纯静态泵送系统取代。在该实施方案的一个变形中，所述静态泵送系统可以采用由来自主冷凝器25的高压气体提供动力的喷射泵。来自流体储存空间717的被泵送液体和来自主冷凝器25的高压气体的混合物返回到蒸发器18。在该实施方案的再一个变形中，两个容器可以设置在辅助冷凝器715的下方，每个均具有连接到辅助冷凝器709的排放端口以接收被冷凝的制冷剂液体的入口(A)，以及被连接用于接收来自蒸发器或者主冷凝器25的气体的入口(B)，并且每个均具有连接到蒸发器18的出口(C)。每一个这种连接均具有可以被打开或关闭的自动阀。所述系统被“批量”地运行，通过采用本领域技术人员已知的原理的控制环路进行激活。所述系统在图14中被示出为与半密闭式马达的冷却相关联。在另一个“批量”运行的实施方案中，当所述油从所述蒸发器返回时可能产生过多的蒸气，可能导致润滑不足，此时可以使用有时也被称作闪蒸罐的、可通过电加热而被运行的精馏腔(未示出)。当使用闪蒸罐时，可以减小辅助冷凝器709的尺寸。

任意一个实施方案都可以从被润滑压缩机中的油里移除制冷剂。有利地，可以使用辅助压缩机509或喷射泵609来从油中移除制冷剂。假设能够获得期望温度的水，那么辅助冷凝器709具有进一步的不需要动力来运行的优点。但是，其仍然需要液泵719来将被冷凝液体转移到处于或者接近于蒸发压力的制冷剂系统21。

辅助冷凝器709被设置成将所述集油槽的压力降低到低于压缩机23的吸入压力的值。通常，压缩机吸入口34的压力为所述系统的最低压力。双压缩机蒸汽轮机有利的地方在于借助辅助冷凝器709将合适的集油槽温度调节和油槽压力管理结合到一起。控制油槽温度和压力能够提供控制所述油的油品和制冷剂稀释性的能力。如图14所示，两个容器可以位于辅助冷凝器709下方，每个均具有连接到辅助冷凝器709的液体出口以接收被冷凝的制冷剂液体的入口、被连接以接收来自图14所示的主冷凝器25的高压气体的高压气体入口723，并且每个均具有连接到蒸发器18的出口725。冷凝器25为图14所示的高压气体的合适源，但是也可以采用任何其他高压气体源。高压气体入口723提供动力以清空流体储存容器或空间717，驱使来自流体储存容器717的液体进入所述蒸发器。被描绘为图14所示的阀17、18和19的阀被致动，以起到交替地清空并且充注每个流体储存容器 717的作用。这些阀的运行对本领域技术人员来说是直接明了的，它们在某些滑冰场已经被使用，以采用两个交替被使用的接收器来取代所述液泵：一个接收器被从辅助冷凝器排放出的液体所充注，同时另一个接收器通过来自所述冷凝器的高压气体被清空。这些连接中的每个具有能够被打开或关闭的自动阀。所述系统被“批量”运行，通过使用本领域技术人员公知的原理的控制环路被激活。在这种结构中，不再需要液泵719。

任何实施方案都允许使用制冷剂来冷却轴承，尤其是在使用磁力轴承的系统中。使用辅助压缩机509或喷射泵609会是有利的，然而，这些部件可能需要大量的能耗或者有损系统效率。假设水具有热交换所需要的温度，则辅助冷凝器709具有不需要动力来运行的进一步优点。但是，采用辅助冷凝器的系统仍然需要液泵719将被冷凝液体送到处于蒸发压力或接近蒸发压力的制冷剂系统21。尽管这的确需要少量的动力，但是与运行辅助压缩机509所需要的动力相比所需要的动力少得多，并且不会影响例如采用运行喷射泵609的整体系统效率。

上面参照图14所描述的基本的减压器有效地从马达腔移除了制冷剂，同时当所述系统被如此装配时，所述制冷剂能够移除马达运行以及磁力轴承中的热量。这些减压器有利地可以被用在通常在比冷却装置系统更高的温度下运行的热泵应用系统中。这些减压器扩大了所述制冷剂的马达冷却能力，能够使冷却装置系统设备应用于热泵应用。

其他公开内容包含在本申请的申请人的未决申请、美国临时专利申请 No.61/767,402中，该美国临时专利申请通过引用被整体结合于此。

本公开内容的另一方面总体涉及检测所述蒸汽轮机轴或者一个或两个所述压缩机轴的旋转运动的方法和设备。本公开内容更具体地涉及采用涡电流传感器来检测所述蒸汽轮机轴的旋转运动，所述涡电流传感器响应于集成在所述轴中并且磁特性与所述轴材料不同的嵌入件。其他公开内容包括在本申请的申请人的美国非临时专利申请No.11/876,205中，该美国非临时专利申请通过引用被整体结合于此。

在图15和16中，所公开的实施方案包括感测旋转面的磁特性差别并且被用于检测和测量所述蒸汽轮机轴的运动的涡电流位移计的新颖应用。参照图15和16，所公开的实施方案包括感测旋转面的磁特性差别并且被用于检测和测量所述压缩机轴的运动的涡电流位移计的新颖应用。基本上平稳旋转的装置10例如是止推轴承或者密封件，其包括止推环表面23和沉头孔表面13。加载螺丝16被插入穿过钻透沉头孔表面13的螺丝孔19，用于与另一个旋转装置(例如连接到驱动轴27的转子或风机叶片(未示出)) 螺纹连接。沉头孔表面13还包括一对用于把所述旋转装置从驱动轴27拉动离开的内螺纹孔17。驱动轴27通过键槽和键17可旋转地固定到止推环 44。

止推环表面23包括沉头孔凹槽26，该沉头孔凹槽26被定尺寸以接纳插入插头或者目标元件24。沉头孔凹槽26的形状被示出基本上具有矩形横截面，当然，也可以对应于被用于钻或镗所述凹槽26的工具而具有各种横截面形状，例如具有圆形、部分圆形或者锥形底面。插入插头24由磁特性基本上不同于所述外部轴环(collar ring)材料的磁特性的材料形成，所述磁特性例如是导电性或者磁导性。在一个实施方案中，止推环表面23可以由碳素钢4340构成，并且所述插入插头由不锈钢414构成。不锈钢具有与止推环表面23中的那些母体材料不同的磁特性。

在上述实施方案中，插入插头24能够起到碳素钢止推环表面23的机械作用。插入插头24通过过盈配合被插入到止推环表面23中的沉头孔凹槽26中。轴27的表面33和止推环44接着被加工变得光滑，以使得插入插头24与外部轴环23的表面平齐并且具有相同的表面抛光度。

磁传感器或敏感元件(pickup)28与插入插头24相对设置并且大体上与其同轴。插入插头24和传感器28与同轴设置的轴27和止推环44的旋转轴线30轴向偏移。在示例性的止推环44中，插入插头24被设置在所述内环的周边外部，但是插入插头24和沉头孔凹槽26可以设置在沿着基本上与轴27和止推环44不同轴的半径的任何位置上。

轴每旋转一次插入插头24临近于磁传感器28经过一次，尽管在替代实施方案中，如果需要更高频的磁脉冲，可以按照预定间隔设置多于一个的插入插头。由于插入插头24的目标材料具有不同于止推环44的材料的磁特性，随着在旋转中插入插头24经过所述传感器，引起磁场变化。由于在与所述目标材料和外部轴环材料二者均相关联的磁场36中引发扰动的所述两种金属具有不同的磁特性，所以随着它们临近于传感器28旋转而在所述传感器输出信号中产生脉冲。传感器28通过线缆或其他传输介质(例如，无线传送器)与控制器(未示出)连接，用于处理所述脉冲信号。所述被处理的脉冲信号例如可以被用于提供控制旋转马达或引擎的速度的反馈控制环路；用于里程计显示；或者被用于检测超速情况的发生。

参见图17，示出由磁感应器28检测到的脉冲40沿着与插入插头24 的经过相对应的时间函数图。脉冲40出现在与轴27的旋转速度成反比变化的时间间隔i处。脉冲间隔由此可以被用于检测和测量轴27是否在旋转，并且可以被用于确定轴27的旋转速度。此外，脉冲40可以被用作各种目的的相位参考，例如，当与附加的振动传感器组合使用时，被用于旋转机械振动诊断。参考上述实施方案，在不引发表面33中的物理异常或尺寸不连续的情况下产生有用的信号输出，能够有利地将插入插头24定位于轴承或环44中。

下面参照图18，其为显示测量旋转机器的旋转频率的方法的一个实施例的图表。所述方法包括提供沿着旋转机器的蒸汽轮机轴的旋转表面(步骤402)。接着，在所述旋转表面中镗出至少一个凹槽以接纳目标元件，使得所述被插入目标元件的轴线与旋转机器的旋转轴线间隔一距离并且与其平行(步骤404)。接着选取用于所述目标元件的、具有不同于构成所述旋转表面的材料的磁特性的目标材料(步骤406)。所述目标元件被插入到旋转表面中(步骤408)。所述磁传感器与所述单个或多个目标元件相对设置 (步骤412)。所述磁传感器被配置成产生响应于并且成比例于分别由所述旋转表面和目标元件的磁特性所感应的磁场的信号(步骤414)。随着所述机器旋转，所述磁体产生代表由所述传感器感测到的磁场的信号。接着，所述系统基于产生的信号计算旋转频率(步骤416)。在一个实施方案中，所述方法可以进一步包括精加工所述旋转元件的表面以及所述目标元件的表面，以使它们成为平齐的、抛光的精密加工表面。

图19示出设置在旋转装置10上的用于检测旋转装置10的旋转方向以及旋转速度的多个插入插头。第一插入插头24a位于止推环表面23中，与装置10旋转时遵循第一旋转路径45的外边缘42具有一个预定的径向距离 d2。第二插入插头24b和第三插入插头24c位于止推环表面23中，与第一旋转路径45具有预定径向距离d1，并且当装置10旋转时遵循第二旋转路径46。第一插入插头24a设置在与插入插头24b、24c的位置角轴向偏移的位置处，所述轴向偏移由α1和α2表示。固定式探针位置48、50分别对应于沿着第一和第二路径44、46中的每一个的点。每旋转一次，插入插头24a 临近于位于位置48处的第一传感器探针28经过；并且每旋转一次，插入插头24b和24c的每一个临近于位于位置50处的第二传感器探针28经过。插入插头24a、24b、24c的磁特性致使位置48、50处的传感器探针28产生与各个插入插头24a、24b和24c分别临近于位置48和50处的传感器探针28经过的时间相对应的脉冲。传感器输出信号最终的波形在图20A和 20B中示出。对于如图20A所示的顺时针旋转，波形53包括对应于位置 50处的探针28的两个方波或脉冲，并且波形54包括对应于位置48处的探针28的滞后于波形53的脉冲的单个方波或脉冲。插入插头24a、24b和24c 的不对称设置在波序重复之前提供长的间隔，表明是脉冲或是成对脉冲在所述序列中首先出现。参照图20B，装置10的旋转是逆时针的，由此脉冲波形54领先于脉冲波形53。在用于检测旋转方向的替代实施方案中，插入插头24a和24b以及探针48可以位于与边缘24具有径向距离d1的相同的路径中。插入插头24a和24b可以由磁性不同的材料制成，以使得随着插头24a和24b依次经过过探针48，每个插头24a、24b产生基本上不同的探针48的输出。在传感器输出波形55中感应的脉冲的幅度将会不同，由此指示出插头24a、24b哪个首先经过传感器位置49，以及装置10旋转的方向。在再一个实施方案中，插入插头24a和24b可以由相似的磁性材料制成并且具有不同的直径，分别产生具有可辨识的较长或较短脉冲的响应波形。本领域技术人员可以意识到，可以采用多种其他方式改变所述插入插头的设置以获取相同的结果用于确定旋转方向。

图21为本发明的一个实施方案，其中目标24被直接插入到旋转轴30 中。目标24被加工成与轴27的旋转表面平齐。在该实施方案中，传感器 28对准目标24并且基本上垂直于所述轴的旋转轴线30设置。图25的实施方案例如可以被应用于没有止推环或者轴承被附着到蒸汽轮机轴，或者在轴30的远端没有足够的空间来放置轴向对准的传感器126的情况。如图15 到25描绘的实施方案中所描述的，所述目标被放置到所述轴的沉头孔凹槽(未示出)中，并且接着被加工并且抛光成过盈配合的平齐、精细加工表面。

在一个实施方案中，所述控制系统可以包括联接到每个压缩机的速断联接件，使得当所述冷却装置系统在运行中或者如果所述蒸汽轮机处于冷却后慢速滚动模式中时，如果各个压缩机经历指示高或低油压、高或低油温的故障，或者推力故障，那么每个压缩机能够与蒸汽轮机脱离。所述控制系统将等待驱动管线速度小于最小额定速度以避免超速，并且接着通过接合输出达10秒钟而接合所述断开联接件。联接重置开关或按钮接着必须被激活以清除该跳脱(trip)，以使得速断联接件可以被手动重置。通过断开所述压缩机，所述汽轮机接着可以在不转动所述压缩机驱动轴的情况下慢滚惰行。

用于为两个压缩机提供动力的蒸汽驱动轮机、单轴机器的组合需要所述压缩机并行运行并且分担负载。在分担所述负载时，所述负载必须尽可能接近地被平衡以维持两个压缩机的稳定运行。每个压缩机设置有单独的控制面板和电子器件。当在一个压缩机中检测到喘振情况时，所述控制器通过改变蒸汽轮机14的速度进行响应。压缩机12或者12a可以作为所述控制系统的引导压缩机(lead compressor)运行。剩余的压缩机或者滞后压缩机将使容量、喘振或稳定性控制遵循由所述引导压缩机控制装置所确定的设定值。

参照图22，在从蒸发器126至每个压缩机12、12a的输入或入口处，具有控制制冷剂进入压缩机108的流动的一个或多个PRV或者入口导流叶片120。致动器被用于打开PRV120，以提高流到压缩机108的制冷剂量并且由此提高系统100的冷却能力。类似地，致动器被用于关闭PRV 120，以降低流到压缩机108的制冷剂量并且由此降低系统100的冷却能力。可变形扩散器(VGD)119被用作控制压缩机12、12a中的喘振和失速的方法。

图23示出本发明的优选实施方案的压缩机108的部分横截面视图。压缩机108包括压缩制冷剂蒸气的叶轮202。所述被压缩的蒸气接着经过VGD 119。VGD 119优选地为可变形的扩散器，例如无叶片径向扩散器或者其他合适的扩散器类型。VGD 119具有形成在扩散器板206和喷嘴基板208之间的扩散器空间204，被用作所述制冷剂蒸气经过。喷嘴基板208被配置成与扩散器环210一起使用。扩散器环210被用于控制经过所述扩散器空间或通道202的制冷剂蒸气的速度。扩散器环210可以延伸进入扩散器通道 202，以提高所述蒸气流过所述通道的速度，并且能够从所述扩散器通道202 收回，以降低所述蒸气流过所述通道的速度。扩散器环210可以使用由电动马达驱动的调节机构212被延伸和收回，以提供VGD 119的可变形。一种类型的可变形扩散器119的运行和部件的更加详细的描述在2005年3月 29日授权的美国专利No.6,872,050中提供，所述美国专利的内容通过引用被结合于此。然而，可以理解的是，任何合适的VGD 119都可以用于本发明。

控制面板140具有A/D转换器148，其用于优选地接收来自系统100 的用于指示系统100的性能的输入信号。例如，由控制面板140接收的输入信号可以包括PRV 120的位置、来自蒸发器126的离开的被冷却液体的温度、蒸发器126和冷凝器112的压力，以及压缩机排放通道中的声学或声音压力测量。控制面板140还具有将信号传送给系统100的多个部件用于控制系统100的运行的接口板146。例如，控制面板140能够传送信号用于控制PRV 120的位置，用于控制可选HGV的位置(如果有的话)，并且用于控制扩散环210在可变形扩散器119中的位置。控制面板140还可包括图中未示出的多个其他特征和部件。为了易于例示，这些特征和部件被有意地省略以简化控制面板140。

控制面板140使用控制算法来控制系统100的运行，并且响应于具体的压缩机状态来确定何时延伸以及收回位于可变形扩散器119中的扩散器环210，以维持系统和压缩机稳定性。此外，控制面板140可以使用所述控制算法来响应于具体的压缩机状态而打开和关闭所述可选HGV(如果有的话)，以维持系统和压缩机稳定性。在一个实施方案中，所述控制算法可以是存储在非易失性存储器144中的计算机程序，其具有一系列可以由微处理器150执行的指令。虽然优选的是所述控制算法以计算机程序体现并且由微处理器150执行，然而可以理解的是，对本领域技术人员来说，所述控制算法可以使用数字和/或模拟硬件实施和执行。如果使用硬件执行所述控制算法，则可以改变控制面板140的相应配置，以包含必要的部件并且移除任何不再需要的部件，例如A/D转换器148。

接着参照图24，示出防喘振示意图。用于防喘振的控制系统可以在较小的压差范围上使用多个等式来生成分段限定的、水头压力随速度变化的曲线。

图28示出用于计算在图26的步骤502中的所述最小汽轮机速度(MS) 和所述最小预旋转叶片位置(MV)的逻辑图。所述逻辑在块310中开始，在这里所述蒸发器压力由所述蒸发器制冷剂蒸气压力传感器测量得到，并且代表性信号被发送到控制面板90。在块320中，制冷剂冷凝器压力由所述制冷剂冷凝器压力传感器测量得到，并且代表性信号被发送给控制面板 90。在块330中，系统压差或压力水头(PD)的代表性值通过从在块320 中得到的冷凝器压力中减去在块310中得到的蒸发器压力而得到，其中所述系统压差或压力水头为所述制冷剂冷凝器压力和蒸发器压力之差。所述系统压差接着被用在计算所述最小汽轮机速度(MS)和所述最小预旋转叶片位置(MV)中。

为了确定所述最小化预旋转叶片位置(MV)，所述过程从块340开始，在这里处于PRV 80的高水头的最小期望叶片位置(MVP1)被确定或设定为PRV 80完全打开位置的百分比。在块350中，处于低水头的最小期望叶片位置(MVP2)被确定或设定为PRV 80完全打开位置的百分比。在块360 中，每个压缩机12、12a的处于高水头(PD1)的最大期望压差或压力变量 (pressure delta)被设定或确定。在块370中，每个压缩机12、12a的处于低水头(PD2)的最小期望压差或压力变量被设定或确定。在块340、350、 360和370中确定的值可以被输入到用户界面94中并且存储在存储器92 中。优选地，块340、350、360和370中的值在系统10的运行过程中保持不变，然而所述值可以通过在用户界面94输入或者通过所述中央控制算法的运算而被覆盖或者调整。接下来，在块380中，来自块340、350、360 和370的值以及来自块330的所述压差(PD)被用于最小叶片位置的计算，以确定最小预旋转叶片位置(MV)。通过所示的等式1计算所述最小预旋转叶片位置(MV)。

MV＝[((PD-PD2)(MVP1-MVP2))/(PD1-PD2)]+MVP2 [1]

所述计算出的最小预旋转叶片位置(MV)为所述完全打开位置的百分比，且被送回图26的步骤502。

为了确定所述最小汽轮机速度(MS)，过程从块440开始，在这里汽轮机14和压缩机12、12a处于高水头的期望速度(MSP1)被设定或确定。在块450中，汽轮机14和压缩机12、12a处于低水头的期望速度(MSP2) 被设定或确定。此外以及如上所述，在块360中，压缩机12、12a处于高水头(PD1)的最大期望压差或压力变量被设定或确定。在块370中，压缩机12、12a处于低水头(PD2)的最小期望压差或压力变量被设定或确定。在一个实施方案中，块440和450的值可以基于系统10采用选定的PD和负载进行的启动测试而被设定或确定，但是来自其他类似设计的冷却装置的确定值也可以被用在块440和450中。

在块440、450、360和370中确定的值可以被输入到用户界面94并且存储在存储器92中。优选地，块440、450、360和370中的值在系统10 的运行中保持不变，然而所述值也可以通过在用户界面94输入或者通过所述中央控制算法的运算被重写或调整。接着，在块480中，来自块440、450、 360和370的值以及来自块330的压差(PD)被用在最小速度计算中，以确定如等式2所示的计算出的最小汽轮机速度(CMS)。

CMS＝[((PD-PD2)(MSP1-MSP2))/(PD1-PD2)]+MSP2 [2]

在块490中，汽轮机14和压缩机12、12a的最小额定速度(SSP2)被设定或确定。优选地，SSP2通过并入系统10中的具体汽轮机14和压缩机 12、12a被预先确定，并且被编程到控制面板90中。在块500中，最小汽轮机速度(MS)被确定为SSP2和CMS中较大的那一个。所述确定的最小汽轮机速度(MS)被返回到图26的步骤502中。

返回图26，在步骤504中，所述离开的被冷却的液体温度(LCLT)与 LCLT的期望设定温度(SPT)进行比较。如果所述LCLT大于所述SPT，那么所述过程继续进入步骤506。否则，所述过程继续进入到如图27所示的步骤602。在步骤506中，检查HGV 84以确定HGV 84被打开还是被关闭。如果HGV 84在步骤506中被打开，所述过程继续进入步骤508以根据下面更加详细描述的HGV控制模式来控制所述系统部件，并且所述过程返回至步骤502。如果HGV84在步骤506中被关闭，所述过程继续进入步骤510以确定PRV 80是否处于完全打开位置。

从步骤508开始的所述HGV的控制模式的运行可以加载唯一的调谐参数以控制HGV84的运行，由此确保所述控制算法的响应与系统对所述 HGV位置改变的响应相匹配。在所述HGV控制模式的运行中，在每个压缩机12、12a的加载过程中，HGV 84被快速关闭，PRV 80维持在最小预旋转叶片位置(MV)并且汽轮机14的速度维持在最小汽轮机速度(MS)。随着所述系统压差(冷凝器压力减去蒸发器压力)变大，来自步骤502的所述最小汽轮机速度(MS)和所述最小预旋转叶片位置(MV)的输出同样变大。作为所述最小汽轮机速度(MS)和所述最小预旋转叶片位置(MV) 改变的结果，与所述速度设定点对应的用于控制调速阀48并且由此控制汽轮机14和压缩机12、12a的速度的控制命令或信号以及用于控制PRV 84 的位置的所述叶片控制被立即设定到合适的较高值，以防止发生喘振。如果每个压缩机12、12a上的负载很轻且所述LCLT降低到SPT的2℉的范围内，则HGV控制模式能够开始调节HGV 84，以防止随着被制冷的水环路被拉低到所述SPT发生SPT的过调。

返回参照步骤510，如果PRV 80没有完全打开，所述过程继续进入步骤512以根据下面更加详细描述的PRV控制模式来控制所述系统部件，并且所述过程返回至步骤502。如果PRV 80在步骤510中完全打开，所述过程继续进入步骤514以根据下面更加详细描述的速度控制模式来控制所述系统部件，并且所述过程返回至步骤502。

步骤512中的所述PRV控制模式的运行能够加载唯一的调谐参数以控制PRV 80的运行，由此确保所述控制算法的响应与系统对所述PRV位置改变的响应相匹配。在所述PRV控制模式的运行中，在每个压缩机12、12a 的加载过程中，HGV 84被维持在关闭位置，PRV80从所述最小启动值位置(PRVM)或者所述最小预旋转叶片位置(MV)中较大的一个的位置快速到达完全打开位置，并且汽轮机14的速度被维持在最小汽轮机速度 (MS)。随着所述系统压差(冷凝器压力减去蒸发器压力)增大，步骤502 中的最小汽轮机速度(MS)的输出同样也可增大。作为所述最小汽轮机速度(MS)改变的结果，与所述速度设定值对应的用于控制调速阀48并且由此控制汽轮机14和压缩机12、12a的速度的控制命令或信号立即被设定到合适的较高值，以防止发生喘振。如果每个压缩机12、12a上的负载很轻并且所述LCLT降低到SPT的2℉以内，则所述PRV控制模式开始调节 PRV 80，以防止随着所述被冷却的水环路被拉低到所述SPT发生所述SPT 的过调。

步骤514中的所述速度控制模式的运行能够加载唯一的调谐参数，以控制所述速度设定值(SPT)，由此确保所述控制算法的响应与所述系统对汽轮机14和压缩机12、12a的速度改变的响应相匹配。在所述速度控制模式的运行中，在每个压缩机12、12a的加载过程中，HGV 84被维持在关闭位置，PRV 80被维持在打开位置(完全打开位置的至少90％)，并且汽轮机14的速度从最小汽轮机速度(MS)提高到所述期望速度，以使所述离开的被冷却液体温度(LCLT)被维持在设定值(SPT)。

现在参照图27，在步骤602中，检查所述容量控制程序，以确定其是否运行在所述速度控制模式。如果所述容量控制程序没有运行在所述速度控制模式，所述程序继续进入步骤604。然而，如果在步骤602所述容量控制程序运行在所述速度控制模式，则所述过程接着继续进入步骤608。在步骤608中，检查所述汽轮机的速度(TS)以确定其是否等于所述最小汽轮机速度(MS)。如果在步骤608中TS等于MS，则所述过程继续进入步骤 512以根据所述PRV控制模式控制所述系统部件，并且所述过程返回至步骤502。然而，如果在步骤608中TS不等于MS，所述系统部件根据步骤 514中的所述速度控制模式被控制，并且所述过程返回至步骤502。

如上所述，步骤514中所述速度控制模式的运行能够加载唯一的调谐参数，以控制汽轮机14和压缩机12、12a的速度。在所述速度控制模式的运行中，在每个压缩机12、12a的卸载过程中，HGV 84被维持在关闭位置， PRV 80被维持在打开位置(完全打开位置的至少90％)，并且汽轮机14的速度向着所述最小汽轮机速度(MS)减小，以使所述离开的被冷却液体温度(LCLT)维持在设定值(SPT)。随着所述系统压差减小，步骤502中的最小汽轮机速度(MS)的输出同样减小，这是因为每个压缩机12、12a能够在制冷剂气体流动较少的情况下稳定地运行。作为所述最小汽轮机速度 (MS)改变的结果，与所述速度设定值对应的用于控制调速阀48并且由此控制汽轮机14和压缩机12、12a的速度的控制命令或信号被设定到合适的较低值，以维持稳定运行。

在步骤604中，检查所述容量控制程序，以确定其是否运行在PRV控制模式中。在步骤604中，如果所述容量控制程序运行在PRV控制模式中，则所述过程接着继续进入步骤610。在步骤610中，检查所述预旋转叶片的位置(PRVP)，以确定其是否等于所述最小预旋转叶片位置(MV)。在步骤610中，如果PRVP等于MV，则所述程序继续进入步骤508以根据所述HGV控制模式来控制所述系统部件，并且所述过程返回至步骤502。然而，如果在步骤610中PRVP不等于MV，则所述系统部件根据步骤512 中的PRV控制模式被控制，并且所述过程返回至步骤502。

如上所述，步骤512中的PRV控制模式的运行能够加载唯一的调谐参数，以控制PRV80的运行。在所述PRV控制模式的运行中，在每个压缩机12、12a的卸载过程中，HGV 84被维持在关闭位置，汽轮机14的速度被维持在最小汽轮机速度(MS)，并且PRV 80快速切换到所述最小预旋转叶片位置(MV)，以使所述离开的被冷却液体温度(LCLT)维持在设定值(SPT)。随着所述系统压差减小，步骤502中的所述最小汽轮机速度(MS) 的输出同样能够减小。作为所述最小汽轮机速度(MS)改变的结果，与所述设定值对应的用于控制调速阀48并且由此控制汽轮机14和压缩机12、 12a的速度的控制命令或信号在可编程时间延迟之后被设定到合适的较低值，以维持最高效的运行。

随着PRV 80被关闭到处于低水头(MVP2)的最小期望叶片位置以响应于压缩机12、12a容量的降低，PRV 80不再进一步关闭以降低容量。如上面参照MV的计算进行的描述，随着所述系统压差(PD)接近于处于低水头的最小期望压差(PD2)，所述最小预旋转叶片位置(MV)接近于处于低水头的所述最小期望叶片位置(MVP2)。因此，当PD达到PD2时， MV等于MVP2，并且PRV 80被设置在完全打开叶片位置的最小期望百分比的位置，即PRVP等于MV。参见步骤610，随着负载持续降低，响应于温度改变，所述低系统压差(PD)使得在HGV控制模式中引入对HGV 84 进行调节的期望，这是因为压缩机12、12a运行在最小的期望压差下并且由此接近于喘振状态。

在替代实施方案中，为了避免在非常低的系统压差下运行，例如20到 40psi，所述容量控制程序可以被用于防止所述系统压差(PD)降低到或者低于处于低水头的所述最小期望压差(PD2)。为了完成这种具有降低的负载的运行控制模式，PRV 80被关闭到预选位置，并且一旦负载进一步降低，当PRV 80到达所述预选位置时，HGV 84被打开并且在所述HGV控制模式中被运行。参照图28，块400为由用户选择并且输入到用户界面94中的可调节设定值(HGVRAT)。块400的设定值被用于维持最小选定系统压差 (PD)，其优选地大于PD2。在块410中，所述最小预旋转叶片位置(MV％) 被确定为是HGVRAT和MV(来自块380)中较大的那一个。所述容量控制程序接着确定PRV 80是否已经到达块410中对应的最小预旋转叶片位置 (MV％)。在该替代实施方案中，图27的步骤610被改变，以对PRVP和 MV％(代替MV)进行对比。如果PRVP还没达到MV％，则PRV 80被用于在步骤512的所述PRV控制模式中控制容量。如果PRVP已经达到MV％，则PRV 80被维持在MV％并且HGV 84被打开用于在步骤508的所述HGV 控制模式中运行。

返回到步骤604，如果所述容量控制程序没有运行在所述PRV控制模式，则所述过程继续进入步骤508以根据所述HGV控制模式来控制所述系统部件，并且所述过程返回至步骤502。如上所述，步骤508中的所述HGV 控制模式能够加载唯一的调谐参数，以控制HGV 84的运行。在所述HGV 控制模式的运行中，在每个压缩机12、12a的卸载过程中，汽轮机14的速度被维持在最小汽轮机速度(MS)，PRV 80被维持在所述最小预旋转叶片位置(MV)，或者替代实施方案中的MV％，并且HGV 84被打开以使所述离开的被冷却液体温度(LCLT)维持在设定值(SPT)。随着所述系统压差减小，步骤502中的所述最小汽轮机速度(MS)和所述最小预旋转叶片位置(MV)同样也减小。作为所述最小汽轮机速度(MS)和所述最小预旋转叶片位置(MV)改变的结果，与所述速度设定值对应的用于控制调速阀 48并且由此用于控制汽轮机14和压缩机12、12a的速度的控制命令或信号以及控制PRV 84的位置的叶片控制在可编程时间延迟之后被设定为合适的较低值，以维持最高效的运行。

所述容量控制程序能够响应于特定事件而改写(override)所述正常控制运行。改写事件的一个实施例为检测到蒸发器18或者制冷剂冷凝器16中的高或低制冷剂压力。如果测量的蒸发器压力或冷凝器压力被确定为超出可接受的运行范围，即所述压力太高或太低，则所述容量控制程序运行改写控制模式，以类似于图27所示的方式卸载系统10。在所述改写事件之前，所述容量控制程序使用来自所述控制命令的信息，例如回接信号(tiebacksignal)，以确定所述改写事件适用的控制命令。这种在正常运行和改写运行之间过渡时的信息使用能够提供所述两种运行模式之间的无扰过渡。所述系统的卸载响应于所述改写控制算法以及所述系统压差而被控制，由此防止不安全的运行和不必要的停机。一旦所监测的参数回到可接受范围内达一预定量的时间，则所述容量控制可以使用类似于上面描述的无扰过渡而返回到正常控制运行。

改写事件的另一个实施例可能发生在高负载或下拉(pulldown)条件下，汽轮机14可能产生大于所述压缩机轴承能接受的额定扭矩的扭矩。监测所述调速阀致动器输出，以确定步骤514的速度控制运行模式尝试打开调速阀48的幅度大于预设值(由启动时在现场测试所确定)。如果调速阀被打开到大于预设值的位置，则所述容量控制程序运行改写控制模式，以按照类似于图27所示的方式卸载系统10。在所述改写事件之前，所述容量控制程序使用来自所述控制命令的信息，例如回接信号，以确定所述改写事件所适用的控制命令。这种在正常运行和改写运行之间过渡时的信息使用能够提供所述两种运行模式之间的无扰过渡。所述系统的卸载响应于所述改写控制算法以及所述系统压差而被控制，由此防止不安全的运行和不必要的停机。当所述负载减少时，汽轮机14能够开始加速并且所述速度控制运行模式能够开始关闭调速阀48，由此限制汽轮机14的扭矩输出。一旦调速阀致动器输出回到所述可接受范围内达一预定量时间，则所述容量控制能够使用与上述类似的无扰过渡返回到正常控制运行。

可能发生改写事件的再一个实施例为在高负载或下拉条件下，汽轮机 14可能产生大于所述压缩机轴承可接受的额定扭矩的扭矩或功率。然而，在该实施例中，监测所述汽轮机的第一级压力而不是所述调速阀致动器输出。基于蒸汽入口温度和压力确定汽轮机第一级压力的设定值，以使得所述改写控制器能够自动地适应于提供到汽轮机入口的蒸汽质量的波动。如果所述汽轮机第一级压力上升到所计算的设定值之上，则所述容量控制程序运行改写控制模式，以按照类似于图27的方式卸载系统10。在所述改写事件之前，所述容量控制程序使用来自所述控制命令的信息，例如回接信号，以确定适用于所述改写事件的控制命令。这种在正常运行和改写运行之间过渡时的信息使用能够提供所述两种运行模式之间的无扰过渡。所述系统的卸载响应于所述改写控制算法以及所述系统压差而被控制，由此防止不安全的运行和不必要的停机。当所述负载减少时，汽轮机14能够开始加速并且步骤514中的所述速度控制模式能够开始关闭调速阀48，由此降低所述第一级压力并且限制汽轮机14的扭矩输出。一旦所述汽轮机第一级压力回到小于所述计算出的设定值达一预定时间，所述容量控制能够使用与上述类似的无扰过渡返回到正常控制运行。

在本发明的另一个实施方案中，所述容量控制程序可以用于固定速度压缩机。在以固定速度运行时，压缩机12、12a的主容量控制方法包括调节PRV 80和HGV 84。所述容量控制程序优选地在调节HGV 84之前调节 PRV 80，以在固定速度运行期间提供更大的系统效率。

如上所述，由所述离开的LCLT中的变化检测出负载变化。类似于上面所述的所述PRV控制过程，所述容量控制程序发送信号一将PRV 80调节到计算出的最小叶片位置，以满足所述负载条件。所述计算出的最小叶片位置优选地为制冷剂冷凝器16和蒸发器18之间的压差的函数。在调节 PRV 80以降低容量的同时，HGV 84保持关闭。在非常低的压差下，随着所述计算出的最小叶片位置接近于零，通过渐进地打开HGV 84来降低容量。

在某些运行模式中，可能希望的是在PRV 80完全关闭时运行。当PRV 80完全关闭时，基于离开的被冷却液体温度来调节HGV 84用于容量控制。如果在PRV 80完全关闭时，所述负载持续降低，所述离开的被冷却液体温度将持续降低。在所述离开的被冷却液体温度降低到比预定设定值小一预定量的温度时，调节HGV 84以将所述离开的被冷却液体温度维持在期望的设定值。

接着参照图29A到29D，示出蒸汽轮机驱动的双压缩机系统的控制策略的一个典型实施方案。

尽管已经参照优选的实施方案对本发明进行了描述，但是将理解的是，本领域技术人员可以对多个部件做出各种变化以及等同替代而不会脱离本发明的范围。此外，根据本发明的教导，可以根据具体情况或材料做出多种修改而不会脱离本发明的基本范围。因此，本发明并不局限于所公开的、作为执行本发明所考虑的最佳模式的具体实施方案，而是将包括落入所附权利要求范围内的全部实施方案。

Claims (21)

1.一种热泵系统，所述热泵系统包括：

蒸汽系统，所述蒸汽系统包括连接在蒸汽环路中的蒸汽供给、蒸汽轮机以及蒸汽冷凝器；

制冷剂系统，所述制冷剂系统包括连接在制冷剂环路中的第一压缩机和第二压缩机、制冷剂冷凝器以及蒸发器；

所述蒸汽轮机包括轴向设置并且从所述蒸汽轮机的第一端和第二端延伸的旋转驱动轴；

用于收集并且重新分配润滑流体的油槽系统；

所述第一压缩机通过第一联接装置被联接到所述驱动轴的第一端，并且所述第二压缩机通过第二联接装置被联接到所述驱动轴的第二端；

所述第一压缩机和所述第二压缩机并行连接在所述制冷剂环路中，并且被控制以均等地分担冷却负载。

2.权利要求1所述的热泵系统，其中所述第一压缩机和所述第二压缩机中的每个均包括控制面板，以探测喘振状态并且响应于探测到喘振状态来调节所述蒸汽轮机的速度。

3.权利要求2所述的热泵系统，其中述第二压缩机被控制以在由所述第一压缩机的所述控制面板所确定的设定值下运行。

4.权利要求3所述的热泵系统，进一步地，其中所述设定值由容量控制算法、喘振控制算法或稳定控制算法中的一个来确定。

5.权利要求1所述的热泵系统，其中所述第一压缩机为所述第二压缩机的镜像，以在所述蒸汽轮机的驱动轴的相对端处提供对称，并且所述第一压缩机在与所述第二压缩机相同的方向上旋转且同时面向相反的方向。

6.权利要求1所述的热泵系统，其中所述第一压缩机和所述第二压缩机是相同的，并且面向相同的方向被联接到所述蒸汽轮机的驱动轴。

7.权利要求1所述的热泵系统，其中所述第一压缩机和所述第二压缩机中的每一个均包括与所述第一压缩机和所述第二压缩机中的制冷剂相混合的润滑流体，并且所述系统进一步包括：

所述油槽系统，所述油槽系统被配置成接收来自所述压缩机的所述润滑流体、所述制冷剂及其组合；

润滑回路，所述润滑回路用于将来自所述油槽系统的所述润滑流体分配给所述压缩机需要润滑的部分；以及

制冷剂减压器，所述制冷剂减压器位于所述系统的低压区域和所述油槽系统之间，以减少混合有润滑流体的制冷剂的量，其中所述减压器使所述油槽系统中的制冷剂气体压力降低到低于所述系统的所述低压区域中的制冷剂气体压力，同时进一步降低所述油槽系统中的制冷剂的温度，从所述油槽系统移除制冷剂气体使其到达所述系统的所述低压区域同时冷却所述润滑流体。

8.权利要求7所述的热泵系统，其中所述制冷剂减压器为辅助压缩机。

9.权利要求8所述的热泵系统，其中所述辅助压缩机与所述油槽系统的气体容积以及所述系统的所述低压区域流体连通，所述辅助压缩机从所述油槽系统中抽吸制冷剂气体并且将被压缩的制冷剂气体排放到所述系统的所述低压区域，所述辅助压缩机维持所述油槽系统的压力和温度，以使得所述油槽系统的温度和压力对应于所述系统的蒸发温度和压力。

10.权利要求7所述的热泵系统，其中所述制冷剂减压器为喷射泵。

11.权利要求1所述的热泵系统，其中所述系统包括辅助冷凝器，并且其中响应于确定冷却装置处于惰行模式，或者所述蒸汽轮机处于冷却后慢速滚动模式，或者所述油槽系统中的饱和温度超过阀值温度而从外部冷却源向所述辅助冷凝器提供冷却流体。

12.权利要求1所述的热泵系统，进一步包括配置成控制所述蒸汽系统和所述制冷剂系统这两者的运行的中央控制系统，所述中央控制系统包括容量控制系统，所述容量控制系统被配置成响应于离开的被冷却液体温度和系统压差来调节所述蒸汽轮机的速度，以控制所述制冷剂系统的容量。

13.权利要求1所述的热泵系统，其中所述制冷剂系统进一步包括预旋转叶片以调节制冷剂向所述压缩机的流动；以及

容量控制系统，所述容量控制系统被配置成调节所述预旋转叶片的位置，以响应于离开的被冷却液体温度和系统压差而控制所述制冷剂系统的容量。

14.权利要求13所述的热泵系统，其中：

所述制冷剂系统进一步包括热气旁通阀以调节所述制冷剂系统的高压侧和所述制冷剂系统的低压侧之间的制冷剂的流动；

所述容量控制系统被配置成响应于离开的被冷却液体温度和系统压差来调节所述热气旁通阀的位置，以控制所述制冷剂系统的容量。

15.权利要求14所述的热泵系统，其中所述容量控制系统被配置成控制所述预旋转叶片、所述热气旁通阀以及所述压缩机的速度，以防止所述压缩机在喘振状态中运行。

16.权利要求1所述的热泵系统，其中所述第一联接装置和所述第二联接装置中的每一个均为离合器。

17.权利要求1所述的热泵系统，其中所述第一联接装置和所述第二联接装置为如下中的任意一种：电磁联接器、气动联接器或者空气离合器。

18.权利要求1所述的热泵系统，其中所述第一压缩机和所述第二压缩机中的每一个均进一步包括被配置成控制所述第一压缩机和所述第二压缩机中的喘振和失速的可变形扩散器。

19.权利要求1所述的热泵系统，其中所述第一压缩机和所述第二压缩机中的每一个均进一步包括涡电流位移计，所述涡电流位移计被配置成感测旋转面的磁特性差别以检测并且测量第一压缩机轴或第二压缩机轴的运动。

20.权利要求19所述的热泵系统，其中所述第一压缩机和所述第二压缩机中的每一个均进一步包括基本上平滑的旋转装置以及沉头孔表面，所述沉头孔表面进一步包括多个内螺纹孔，所述多个内螺纹孔被布置成接纳用于从所述第一压缩机轴或所述第二压缩机轴拉动所述旋转装置的螺栓。

21.一种热泵系统，所述热泵系统包括：

蒸汽系统，所述蒸汽系统包括连接在蒸汽环路中的蒸汽供给、蒸汽轮机以及蒸汽冷凝器；

制冷剂系统，所述制冷剂系统包括连接在制冷剂环路中的第一压缩机和第二压缩机、制冷剂冷凝器以及蒸发器；

所述蒸汽轮机包括轴向设置并且从所述蒸汽轮机的第一端和第二端延伸的旋转驱动轴；

用于收集并且重新分配润滑流体的油槽系统；

所述第一压缩机通过第一联接装置被联接到所述驱动轴的第一端，并且所述第二压缩机通过第二联接装置被联接到所述驱动轴的第二端；

所述第一压缩机和所述第二压缩机连接到所述蒸发器；

所述第一压缩机和所述第二压缩机并行连接在所述制冷剂环路中，并且被控制以均等地分担冷却负载。