CN107642921A - 油平衡系统及具有其的多螺杆压缩机并联制冷机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油平衡系统，用于包括具有内置油分离器的至少两个压缩机的多螺杆压缩机并联制冷机组，油平衡系统包括外置二次油分离器和储油槽，外置二次油分离器与内置油分离器的排气口连通，以分离置油分离器排出的气体中的冷冻油和制冷剂；储油槽与内置油分离器的排油口连通，以接收并容纳经过内置油分离器的一次气液分离所分离出的冷冻油，并且储油槽接收并容纳经过外置二次油分离器的二次分离出的冷冻油。储油槽设置有出油口，出油口通过供油管路连通至压缩机的回油口。根据本发明的油平衡系统，能完全利用制冷系统的压缩机内置一次油分离器和外置二次油分离器的分离效率，实现了制冷机组各个压缩机之间的供油平衡。

Description

油平衡系统及具有其的多螺杆压缩机并联制冷机组

技术领域

本发明涉及螺杆制冷机组技术领域，尤其涉及一种油平衡系统及具有其的多螺杆压缩机并联制冷机组。

背景技术

受单台螺杆压缩机最大制冷能力限制，同时考虑到单机大制冷量螺杆压缩机低负荷运行时效率偏低问题，对于大制冷量的螺杆制冷机组(通常冷量在250冷吨以上)，制冷机组市场上大量出现采用两台压缩机或多台压缩机并联设计的螺杆制冷机组。当前，为解决制冷机组的油系统可靠性问题和各压缩机之间的冷冻油分配平衡问题，普遍采用压缩机内置油分离器加外置油分离器组合的系统设计方案。

如图1所示的双螺杆压缩机并联制冷机组油路平衡系统，其具有如下特点：

1.压缩机内部储油槽是系统主储油槽：第一压缩机101和第二压缩机201分别内置的第一内置油分离器101a和第二内置油分离器201a既是一次油分离器也是压缩机储油槽，各压缩机的压缩机储油槽相互独立，第一压缩机供油保护装置140和第二压缩机供油保护装置240分别内置于压缩机储油槽中，压缩机供油管路位于压缩机内部。

2.外置二次油分离器103是辅助油分离器。第一压缩机101和第二压缩机201分别的排气进入外置二次油分离器103，在其中进一步分离油和制冷剂，外置二次油分离器103分离出来的冷冻油被送回第一压缩机吸气口回油管路30和第二压缩机吸气口回油管路40，以完成辅助供油循环，而不进入压缩机内部供油管路。

3.外置二次油分离器103内置有辅助储油槽103a，用于实现各压缩机间的平衡供油。第一排油管路10(油平衡管路)和第二排油管路20(油平衡管路)分别连接第一内置油分离器101a、第二内置油分离器201a以及辅助储油槽103a，以将压缩机储油槽(第一内置油分离器101a和第二内置油分离器201a)中多余的冷冻油排入至辅助储油槽103a；并利用外置二次油分离器103的回油管路(第一压缩机吸气口回油管路30和第二压缩机吸气口回油管路40)来平衡压缩机的供油。

但这样的构造存在如下问题：

1.制冷机组容易出现低油位报警：系统虽然配置外置二次油分离器，但因为主储油槽位于各个压缩机内置油分离器，因此储油槽油位仅取决于一次油分离器的效率，外置二次油分离器储油越多，主储油槽的油就越少；因一次油分离器的分油效率随制冷机组运行工况变化波动大，容易出现低油位报警。

2.制冷机组效率降低：辅助油槽的油被输送到各压缩机吸气口，使压缩机的有效吸气量减少，降低制冷机组运行效率；因为除冷冻油本身占用吸气容积外，溶解在高压冷冻油中的制冷剂在吸气口闪发成低压气体，占用很多的吸气容积，辅助回油量越大，压缩机的效率降低越多。

3.制冷机组成本设计高：主储油槽内置于各个压缩机，需要保证每个主储油槽的油位，因此冷冻油充注量大，而且每个主油槽均需设置油位保护装置，导致制冷机组成本增加。

发明内容

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种油平衡系统，用于包括具有内置油分离器的至少两个压缩机的多螺杆压缩机并联制冷机组，其特征在于，所述油平衡系统包括：

外置二次油分离器，所述外置二次油分离器与所述内置油分离器的排气口连通，以分离所述内置油分离器排出的气体中的冷冻油和制冷剂；以及

储油槽，所述储油槽与所述内置油分离器的排油口连通，以接收并容纳经过所述内置油分离器的一次气液分离所分离出的冷冻油，并且所述储油槽接收并容纳经过所述外置二次油分离器的二次分离出的冷冻油。

所述储油槽设置有出油口，所述出油口通过供油管路连通至所述压缩机的回油口。

可选地，所述出油口和所述回油口之间的供油管路上设置有供油电磁阀和油过滤器。

可选地，所述供油电磁阀为常开型电磁阀。

可选地，所述排气口和所述外置二次油分离器之间的管路上设置有排气单向阀。

可选地，所述排油口和所述储油槽之间的管路上设置有排油单向阀。

可选地，所述储油槽内设置有油位保护装置，以防止所述储油槽缺油。

可选地，所述储油槽的顶部设置有油压传感器，用于检测所述储油槽的压力。

可选地，所述储油槽的出油口和所述压缩机的回油口之间的管路上设置有油压传感器。

可选地，所述储油槽设置在所述外置二次油分离器的内部。

可选地，所述油平衡系统还包括控制装置。

可选地，根据储油槽的油槽压力和压缩机的回油口处的供油压力的最大差值，所述控制装置判断设置在储油槽的出油口和压缩机的回油口之间的油过滤器是否需要更换。

可选地，根据储油槽的油槽压力和压缩机的回油口处的供油压力，所述控制装置控制输送至所述压缩机的油量。

可选地，当至少两个压缩机中的部分压缩机处于运行状态时，所述控制装置根据压缩机的回油口处的供油压力和所述压缩机的吸气口处的吸气压力之间的最大差值，判断位于所述压缩机的供油管路上的供油电磁阀是否失效。

可选地，当至少两个压缩机中的部分压缩机处于停机状态时，所述控制装置停止向处于停机状态的压缩机供油。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种包括上述的油平衡系统的多螺杆压缩机并联制冷机组。

根据本发明的油平衡系统，因为在各压缩机内置油分离器外部设置单独的外置储油槽，外置储油槽位于外置二次油分离器之后，因此能完全利用制冷系统的压缩机内置一次油分离器和外置二次油分离器的分离效率，分离出来的冷冻油全部进入储油槽，有效地提高了制冷机组油系统的稳定性，从而避免变工况下的低油位报警。且制冷机组各个压缩机的供油均来自所述单独外置油槽，实现了对各压缩机的平衡供油。

附图说明

为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施例更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施例，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。

图1为现有的多螺杆压缩机并联制冷机组的油平衡系统的示意图；以及

图2为本发明的油平衡系统的示意图。

具体实施方式

在下文的讨论中，给出了细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，本领域技术人员可以了解，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在特定的示例中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行详尽地描述。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

如图2所示，本发明公开了一种油平衡系统，其用于包括具有内置油分离器的至少两个压缩机的多螺杆压缩机并联制冷机组。具体地，在图示实施方式中，油平衡系统与两个压缩机(图示实施方式中包括第一压缩机101和第二压缩机201)连接，而油平衡系统包括外置二次油分离器103以及储油槽103a。

具体地，如下文将详细描述的，压缩机具有内置油分离器，内置油分离器设置有排气口和排油口。

各压缩机的内置油分离器是一次油分离器，经由其分离出来的冷冻油可通过例如设置在内置油分离器底部的排油口，被排放至储油槽103a(下文将详细描述)中，而压缩机的内置油分离器不存储冷冻油。

外置二次油分离器103与压缩机的排气口连通，以接收来自内置油分离器排出的气体，并分离内置油分离器排出的气体中的冷冻油和制冷剂。换句话说，外置二次油分离器103进一步分离出压缩机的排气中的冷冻油，随后，冷冻油被排放至储油槽103a。

储油槽103a容纳外置二次油分离器103分离出的冷冻油，并且储油槽103a与排油口连通，以接收压缩机分离出的冷冻油。储油槽103a是制冷系统的唯一储油槽103a，是系统所有压缩机冷冻油的共同来源。

各压缩机的排气分别经过各自的内置油分离器后，经排气单向阀进入外置二次油分离器103中。然后，排气在外置二次油分离器103中被进一步分油，其中二次分离出来的冷冻油聚积在储油槽103a中。

如此，根据本发明的油平衡系统，因为在各压缩机外部设置单独的储油槽103a，并且储油槽103a位于外置二次油分离器103之后，因此能完全利用制冷系统的压缩机内置一次油分离器和外置二次油分离器103的分离效率，分离出来的冷冻油全部进入储油槽103a，有效地提高了制冷机组油系统的稳定性，从而避免变工况下的低油位报警。

利用设置在各压缩机外部的储油槽103a作为主供油装置的设计，代替现有技术的外置二次油分离器103仅用于辅助回油的设计，避免了从外置二次油分离器103到压缩机吸气口的辅助回油，从而杜绝了冷冻油和制冷剂流入压缩机吸气口，增加了压缩机的有效吸气量，提高了制冷机组运行效率。

各压缩机采用外置的统一储油槽103a供油，因此各个压缩机均具有相同的供油压力，自然保证了各个压缩机之间的平衡供油，不再需要油平衡管路设计和控制。

同时可取消原来内置于各个压缩机的油位保护装置，冷冻油加油量可大大减少，降低制冷机组设计成本。因此，根据本发明的油平衡系统控制被简化，确保了压缩机在各个运行工况下的安全运行。

下面，参考图2，现将以配置两台螺杆压缩机的制冷机组为例，说明本发明的具体实施方式。当然，本发明本身可适用于两个以上螺杆压缩机的系统，仅更改外置二次油分离器103和外置油槽型式即可。需要说明的是，外置二次油分离器103或油槽是相对于压缩机的内置的油分离器/油槽来说的，泛指该二次油分离器或油槽位于压缩机外部。

图2所示的制冷机组包括第一压缩机101和第二压缩机201。

第一压缩机101具有第一内置油分离器101a，第二压缩机201具有第二内置油分离器201a。

第一压缩机101具有第一排油口101b、第一回油口101c、第一吸气口101d和第一排气口101e。第二压缩机201具有第二排油口201b、第二回油口201c、第二吸气口201d和第二排气口201e。

在第一压缩机101的第一排气口101e和第二压缩机201的第二排气口201e与外置二次油分离器103之间的管路上分别设置有第一排气单向阀102和第二排气单向阀202。而在第一压缩机101的第一排油口101b和第二压缩机201的第二排油口201b与储油槽103a之间的管路上设置有第一排油单向阀110和第二排油单向阀210。

此外，在图示实施方式中，储油槽103a设置在外置二次油分离器103的内部，换句话说，为了避免外置二次油分离器103到储油槽103a的连接油管路，储油槽103a可以内置于外置二次油分离器103。当然，在未示出的实施方式中，当压缩机的数量较多时，也可以设置多个外置二次油分离器103，此时可以将储油槽103a单独设置，即设置为与外置二次油分离器103分开的构件。

其中，第一压缩机101和第二压缩机201的排气分别经过第一内置油分离器101a和第二内置油分离器201a后，经第一排气单向阀102和第二排气单向阀202进入外置二次油分离器103中。然后，排气在外置二次油分离器103中被进一步分油，其中二次分离出来的冷冻油聚积在储油槽103a中，而制冷剂气体从外置二次油分离器103的出气口103c流出到冷凝器(未示出)。

第一排油口101b和第二排油口201b分别设置在第一内置油分离器101a和第二内置油分离器201a各自的底部。第一排油口101b和第二排油口201b分别经由在第一排油口101b和储油槽103a之间的第一排油管路10和在第二排油口201b和储油槽103a之间的第二排油管路20连接至储油槽103a。在第一排油管路10和第二排油管路20上靠近第一排油口101b和第二排油口201b处可分别设置有第一排油单向阀110和第二排油单向阀210。由此，经由第一内置油分离器101a和第二内置油分离器201a分离得到的冷冻油可以在排气压差或油的重力作用下进入至储油槽103a。此外，第一排油单向阀110和第二排油单向阀210可优选地为电磁阀。

为了保证压缩机的安全供油，防止储油槽103a缺油，储油槽103a内还可设置油位保护装置130，油位保护装置130在本领域已为公知，本文不再赘述。

储油槽103a的底部可设置有出油口103b，出油口103b可连通至第一压缩机101的第一回油口101c和第二压缩机201的第二回油口201c。

具体地，出油口103b与第一压缩机101的第一回油口101c之间的管路也可以被称为第一供油管路50，出油口103b和第二压缩机201的第二回油口201c之间的管路也可以被称为第二供油管路60。第一供油管路50和第二供油管路60上分别设置有第一供油电磁阀111和第二供油电磁阀211、以及第一高精度油过滤器112和第二高精度油过滤器212。

优选地，可根据多螺杆压缩机制冷机组的运行特性，将第一供油电磁阀111和第二供油电磁阀211设置为常开型电磁阀，以减少电磁阀的工作时间，延迟使用寿命。

此外，储油槽103a的顶部可设置有油压传感器310，用于感测油槽压力P1。储油槽103a连接至第一回油口101c的第一供油管路50以及储油槽103a连接至第二回油口201c的第二供油管路60上可设置有油压传感器311和321，以感测供油压力P2。第一压缩机101的第一吸气口101d和第二压缩机201的第二吸气口201d可分别设置有压力传感器312和322，以感测吸气压力P3。

此外，根据本发明的油平衡系统还包括控制装置和与控制装置连接的传感器。其用于控制上述的油平衡系统。

可选地，控制装置的控制方法(逻辑)包括：根据压缩机的回油口处的供油压力和压缩机的吸气口处的吸气压力P3之间的最小差值，控制输送至压缩机的油量。换句话说，制冷机组通过控制压缩机供油压力P2和压缩机吸气压力P3的最小差值，保证压缩机具有足够的供油量。

可选地，控制方法包括：根据油槽压力P1和供油压力P2的最大差值，判断设置在储油槽103a的出油口和压缩机的回油口之间的油过滤器是否需要更换。换句话说，制冷机组通过控制油槽压力P1和供油压力P2的最大差值，来判断油第一高精度油过滤器112或第二高精度油过滤器212的是否需要更换。

可选地，控制方法包括：根据储油槽103a的油槽压力P1和压缩机的回油口处的供油压力P2，控制输送至压缩机的油量，以保证压缩机的油过滤效率。

可选地，控制方法包括：当至少两个压缩机中的部分压缩机处于运行状态时，根据压缩机的回油口处的供油压力P2和压缩机的吸气口处的吸气压力P3之间的最大差值，判断位于压缩机的供油管路上的供油电磁阀是否失效，以避免油槽失油。

换句话说，对于只有部分压缩机运行的情况，例如，为避免供油电磁阀在压缩机停机后仍向压缩机供油，从而导致储油槽103a缺油故障。可通过设定停机压缩机的供油压力P2和对应的吸气压力P3的最大差值，如供油压力P2和吸气压力P3的差值大于设定值，则判定电磁阀失效，避免油槽出现低油位报警。

而当至少两个压缩机中的部分压缩机处于停机状态时，停止向处于停机状态的压缩机供油。例如，第一压缩机101停机，而第二压缩机201运行；此时，关闭第一供油电磁阀111，对第一压缩机101停止供油。第一排气单向阀102可以避免外置二次油分离器103的高压气体反向进入第一压缩机101。同时，第一排油单向阀110可防止外置二次油分离器103及其储油槽103a中的制冷剂气体或冷冻油反向流入第一内置油分离器101a。即停机的第一压缩机101与储油槽103a隔离，冷冻油存储储油槽103a中，并在运行的第二压缩机201中持续循环。

此外，本发明还提供了一种包括上述的油平衡系统的多螺杆压缩机并联制冷机组，其可以具有至少两个压缩机。

综上所述，本发明的技术方案至少提供如下技术特征以及相应的优点：

1)外置储油槽是制冷系统的唯一储油槽，是系统所有压缩机冷冻油的共同来源，这样，由于各压缩机供油来自共同油槽，具有相同的供油压力，保证了各压缩机的平衡供油；

2)各压缩机内置油分离器是系统的一次油分离器，分离出来的冷冻油，通过该内置油分离器底部的出油口，被油排放至外置的储油槽，因此压缩机内置油分离器不存储冷冻油；

3)压缩机内置油分离器的排气经排气单向阀进入外置二次油分离器，外置二次油分离器进一步分离出压缩机排气中的冷冻油，冷冻油被排放至外置储油槽；

4)压缩机内置油分离器出油口处安装有出油单向阀，避免储油槽中的高压冷媒气体或冷冻油回流至停机压缩机内置油分离器，并且压缩机内置油分离器的出油单向阀与压缩机排气单向阀组合，可实现隔离停机压缩机，避免高压气体进入停机压缩机导致的压缩机反转风险；

5)外置储油槽可内置于外置二次油分离器，避免外置二次油分离器到储油槽的连接油管路，当然，本领域技术人员可以理解，若压缩机机头较多，系统设置多个外置二次油分离器时，外置储油槽可考虑单独设置；

6)供油管路的供油电磁阀设置成，当部分压缩机运行时，停机压缩机供油电磁阀闭合，停止向停机压缩机供油，避免储油油槽出现低油位报警；其中，根据多螺杆压缩机制冷机组的负载运行调节特性，供油电磁阀可优选常开型电磁阀；

7)外置油槽顶部设置油压传感器，用于检测油槽压力；压缩机回油口或靠近回油口的供油管路上设置油压传感器，用于检测压缩机供油压力；压缩机吸气口配置有压力传感器，用于检测压缩机吸气压力；如此，制冷机组通过保证供油压力和吸气压力的最小差值，来保证对应压缩机的供油充足；制冷机组通过保证油槽压力和供油压力，来保证对应压缩机油过滤器的效率；当制冷机组只有部分压缩机处于运行状态时，机组通过判定停机压缩机对应的供油压力和吸气压力的最大差值，来判定对应压缩机的供油电磁阀是否失效，避免油槽失油。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (15)

1.一种油平衡系统，用于包括具有内置油分离器的至少两个压缩机的多螺杆压缩机并联制冷机组，其特征在于，所述油平衡系统包括：

外置二次油分离器，所述外置二次油分离器与所述内置油分离器的排气口连通，以分离所述内置油分离器排出的气体中的冷冻油和制冷剂；以及

储油槽，所述储油槽与所述内置油分离器的排油口连通，以接收并容纳经过所述内置油分离器的一次气液分离所分离出的冷冻油，并且所述储油槽接收并容纳经过所述外置二次油分离器的二次分离出的冷冻油。

所述储油槽设置有出油口，所述出油口通过供油管路连通至所述压缩机的回油口。

2.根据权利要求1所述的油平衡系统，其特征在于，所述出油口和所述回油口之间的供油管路上设置有供油电磁阀和油过滤器。

3.根据权利要求2所述的油平衡系统，其特征在于，所述供油电磁阀为常开型电磁阀。

4.根据权利要求1所述的油平衡系统，其特征在于，所述排气口和所述外置二次油分离器之间的管路上设置有排气单向阀。

5.根据权利要求1所述的油平衡系统，其特征在于，所述排油口和所述储油槽之间的管路上设置有排油单向阀。

6.根据权利要求1所述的油平衡系统，其特征在于，所述储油槽内设置有油位保护装置，以防止所述储油槽缺油。

7.根据权利要求1所述的油平衡系统，其特征在于，所述储油槽的顶部设置有油压传感器，用于检测所述储油槽的压力。

8.根据权利要求1所述的油平衡系统，其特征在于，所述储油槽的出油口和所述压缩机的回油口之间的管路上设置有油压传感器。

9.根据权利要求1所述的油平衡系统，其特征在于，所述储油槽设置在所述外置二次油分离器的内部。

10.根据权利要求1所述的油平衡系统，其特征在于，所述油平衡系统还包括控制装置。

11.根据权利要求10所述的油平衡系统，其特征在于，根据储油槽的油槽压力和压缩机的回油口处的供油压力的最大差值，所述控制装置判断设置在储油槽的出油口和压缩机的回油口之间的油过滤器是否需要更换。

12.根据权利要求10所述的油平衡系统，其特征在于，根据储油槽的油槽压力和压缩机的回油口处的供油压力，所述控制装置控制输送至所述压缩机的油量。

13.根据权利要求10所述的油平衡系统，其特征在于，当至少两个压缩机中的部分压缩机处于运行状态时，所述控制装置根据压缩机的回油口处的供油压力和所述压缩机的吸气口处的吸气压力之间的最大差值，判断位于所述压缩机的供油管路上的供油电磁阀是否失效。

14.根据权利要求10所述的油平衡系统，其特征在于，当至少两个压缩机中的部分压缩机处于停机状态时，所述控制装置停止向处于停机状态的压缩机供油。

15.一种包括根据权利要求1-14中的任一项所述的油平衡系统的多螺杆压缩机并联制冷机组。