CN108431521A - 带热气喷射的离心压缩机 - Google Patents

Abstract

用于冷却器(10)的离心压缩机(22)包括壳体(30)、入口导叶(32)、位于入口导叶(32)下游的叶轮(34)、马达(38)以及扩散器(36)。壳体(30)具有入口部和出口部，入口导叶(32)配置于入口部。叶轮(34)能绕限定出轴向的旋转轴(X)旋转。马达(38)使叶轮(34)旋转。扩散器(36)配置于叶轮(34)下游的出口部，出口部的出口端口配置在叶轮(34)与扩散器(36)之间。热气喷射通道(14)设置成将热气制冷剂喷入入口导叶(32)与叶轮(34)之间。控制器(20)被编程为控制热气制冷剂的量。

Description

带热气喷射的离心压缩机

背景

技术领域

本发明主要涉及一种离心压缩机。更具体而言，本发明涉及一种带热气喷射的离心压缩机。

背景信息

冷却器系统是从介质中去除热量的制冷机器或装置。通常使用诸如水之类的液体作为介质，并且冷却器系统在蒸气压缩制冷循环中运转。该液体接着能通过热交换器进行循环，以根据需要对空气或装备进行冷却。作为必要的副产品，制冷会产生废热，必须将其排放到环境中，或者为了获得更高的效率，将其回收以用于加热的目的。常规的冷却器系统通常使用离心压缩机，该离心压缩机通常被称为涡轮压缩机。因此，这种冷却器系统可以被称为涡轮冷却器。替代地，能使用其它类型的压缩机，例如螺杆压缩机。

在常规的(涡轮)冷却器中，制冷剂在离心压缩机中被压缩并被送到热交换器，在上述热交换器中，在制冷剂与热交换介质(液体)之间发生热交换。这种热交换器被称为冷凝器，因为制冷剂在该热交换器中冷凝。作为结果，热量被传递到介质(液体)以加热介质。离开冷凝器的制冷剂通过膨胀阀膨胀，并被送到另一个热交换器，在该热交换器中，在制冷剂与热交换介质(液体)之间发生热交换。该热交换器被称为蒸发器，因为制冷剂在该热交换器中加热(蒸发)。作为结果，热量从介质(液体)传递到制冷剂，从而使液体冷却。来自蒸发器的制冷剂接着返回到离心压缩机，并重复该循环。所用的液体通常是水。

常规的离心压缩机基本上包括壳体、入口导叶、叶轮、扩散器、马达、各种传感器以及控制器。制冷剂依次流过入口导叶、叶轮以及扩散器。因而，入口导叶联接到离心压缩机的进气端口，而扩散器联接到叶轮的出气端口。入口导叶对进入叶轮的制冷剂气体的流量进行控制。叶轮增大制冷剂气体的速度。扩散器用于将由叶轮给出的制冷剂气体的速度(动态压力)转换成(静态)压力。马达使叶轮旋转。控制器控制马达、入口导叶以及膨胀阀。以这种方式，制冷剂在常规的离心压缩机中被压缩。入口导叶一般是可调节的，并且电动机速度一般是可调节的，从而对系统的容量进行调节。另外，扩散器可以调节，以进一步对系统的容量进行调节。控制器控制马达、入口导叶以及膨胀阀。控制器能进一步控制任何附加的、诸如扩散器之类的可控元件。

当紧靠压缩机排出处的压力高于压缩机排出压力时，流体趋向于反向或甚至回流到压缩机中。当升压(冷凝器压力－蒸发器压力)超过压缩机升压能力时，会发生上述情况。这种称为喘振的现象会重复并循环发生。当喘振发生时，压缩机失去维持其升压的能力，而使整个系统变得不稳定。在压缩机速度改变或入口气体角度改变期间的喘振点的集合称为喘振面。在正常条件下，压缩机在喘振面的右侧运行。然而，在启动/部分负载运行期间，由于流量减少，运行点将朝向喘振线移动。若是在运行点接近喘振线的条件下，则在叶轮和扩散器中会发生流动再循环。流动分离最终将导致排出压力下降，而从吸入到排出的流动将恢复。因转子从主动侧到非主动侧的前后移位，从而喘振能够导致机械叶轮/轴系统损坏和/或导致推力轴承损坏。这被定义为压缩机的喘振周期。

因此，已经开发了控制喘振的技术。例如，参见美国专利申请公布第2013/0180272号。

发明内容

在常规的离心压缩机中，可以设置热气旁路，以连接压缩机的排出侧与压缩机的吸入侧，从而扩大压缩机的运转范围。尽管这种技术运行得相当好，但这种系统需要热气旁路用的大尺寸管道，这会导致成本增加。

而且，在离心压缩机使用磁轴承的情况下，当入口导叶开口位置较小时，在入口导叶与叶轮之间的区域处可能发生气体紊流，从而因该气体紊流而在磁轴承中发生轴振动。这使得离心压缩机的运转范围在没有磁轴承的轨道错误的情况下变得更小。

因此，本发明的一个目的是提供一种离心压缩机，在不增加成本的情况下扩大压缩机的运转范围。

本发明的另一个目的是提供一种离心压缩机，减少入口导叶与叶轮之间的区域处的气体紊流。

一个或多个上述目的基本上可以通过提供一种适用于冷却器的离心压缩机来实现，所述离心压缩机包括：壳体，所述壳体具有入口部和出口部；入口导叶，所述入口导叶配置于所述入口部；叶轮，所述叶轮配置于所述入口导叶的下游，所述叶轮附接到能绕旋转轴线旋转的轴；马达，所述马达布置和构造成使所述轴旋转，从而使所述叶轮旋转；扩散器，所述扩散器配置于所述叶轮下游的出口部，所述出口部的出口端口配置在所述叶轮与所述扩散器之间；热气喷射通道，所述热气喷射通道布置和构造成将热气制冷剂喷入所述入口导叶与所述叶轮之间；以及控制器，所述控制器被编程为控制喷入所述入口导叶与所述叶轮之间的热气制冷剂的量。

从以下结合附图公开优选实施例的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特征、方面以及优点对于本领域技术人员来说会变得清楚可见。

附图简述

现在，参考构成本原始公开的一部分的附图：

图1表示根据本发明实施例的冷却器，其包括液体喷射通道和热气旁路；

图2表示根据本发明实施例的冷却器，其中省略了热气旁路；

图3表示根据本发明实施例的冷却器，其中省略了液体喷射通道；

图4是图1所示的冷却器的离心压缩机的立体图，为了说明的目的，离心压缩机局部剖开并以截面示出；

图5是图2所示的离心压缩机的叶轮、马达以及磁轴承的纵剖视图；

图6是表示图1～图5的带有液体喷射的离心压缩机的叶轮、扩散器以及马达的示意图；

图7是表示使用电磁阀作为液体喷射阀的液体喷射控制的第一方法的流程图；

图8A是表示使用可变量膨胀阀作为液体喷射阀的液体喷射控制的第二方法的流程图，图8B是液体喷射阀的开度、压力比以及入口导叶之间的关系的图示，图8C和图8D是表示液体喷射阀的开度、压力比以及入口导叶之间的关系的图表；

图9是表示图1～图5的带有热气喷射的离心压缩机的入口导叶、叶轮以及扩散器的示意图；

图10A是表示热气喷射控制方法的流程图，图10B表示热气旁路的打开/关闭；

图11是表示径向磁轴承的位置的旋转磁轴承的轴的轴向图；

图12是表示离心压缩机的三个不同rpm的水头(英文：head)与流量的图表，其示出了喘振线；

图13是表示图1～图4的冷却器系统的磁轴承组件、磁轴承控制部61、喘振预测部62以及喘振控制部63之间的关系的示意图；以及

图14是图1～图4的冷却器系统的冷却器控制器的示意图。

具体实施方式

现将参照附图，对所选的实施方式进行说明。本领域技术人员从本公开中将清楚可见的是，以下的实施方式的描述仅被提供来用于说明，而不是为了限制由所附权利要求书及其等同物限定的本发明。

首先参照图1，根据本发明的实施例，示出了包括液体喷射通道12和热气旁路14的冷却器系统10。如图2所示，液体喷射通道12基本上包括第一管道部12a、第二管道部12b以及液体喷射阀16。如图3所示，热气旁路14基本上包括第一管道部14a、第二管道部14b以及热气阀18。

如图1所示，冷却器系统10包括液体喷射通道12和热气旁路14。根据本发明的另一实施例，可以在冷却器系统10中省略液体喷射通道12或热气旁路14。更具体而言，如图2所示，冷却器系统10’不包括热气旁路14，而如图3所示，冷却器系统10”不包括液体喷射通道12。通过这种方式，冷却器系统可以使用液体喷射和热气喷射，或者可以使用液体喷射和热气喷射中的任一个。

冷却器系统10优选是以常规的方式使用冷却水和冷却器水的水冷却器。本文所示的冷却器系统10是单级冷却器系统。然而，本领域技术人员根据本公开将清楚可见是，冷却器系统10可以是多级冷却器系统。冷却器系统10基本上包括串联连接在一起以形成环路制冷循环(loop refrigeration cycle)的冷却器控制器20、压缩机22、冷凝器24、膨胀阀26以及蒸发器28。另外，各种传感器S、T配置于图1所示的整个回路。除了冷却器系统根据本发明具有液体喷射通道12和热气旁路14之外，冷却器系统10是常规的冷却器系统。

参照图1～图5，在所示的实施方式中，压缩机22是离心压缩机。所示实施方式的离心压缩机22基本上包括壳体30、入口导叶32、叶轮34、扩散器36、马达38、磁轴承组件40以及各种常规的传感器(仅示出一些)。冷却器控制器20接收来自各种传感器的信号，并以常规方式对入口导叶32、马达38以及磁轴承组件40进行控制，下面进行更详细说明。制冷剂依次流过入口导叶32、叶轮34以及扩散器36。入口导叶32以常规方式对流入叶轮34的制冷剂气体的流量进行控制。叶轮34通常在不改变压力的情况下增加制冷剂气体的速度。马达速度确定制冷剂气体速度的增量。扩散器36在不改变速度的情况下增加制冷剂压力。扩散器36相对于壳体30不可移动地固定。马达38经由轴42而使叶轮34旋转。磁轴承组件40对轴42进行磁支承。通过这种方式，制冷剂在离心压缩机22中被压缩。

除了冷却器系统10具有根据本发明的液体喷射通道12和热气旁路14之外，冷却器系统10是常规的冷却器系统。如上所述和以下更详细讨论的那样，如图2和图3可见，可以去除液体喷射通道12或热气旁路14。液体喷射通道12设置在冷却器系统10中，以将液体制冷剂喷入扩散器36的位于叶轮34与扩散器36之间的入口(起始)部，下面进行更详细说明。如图1和图2所示，液体喷射通道12包括第一管道部12a、第二管道部12b以及液体喷射阀16，所述液体喷射阀16配置在所述第一管道部12a与所述第二管道部12b之间。第一管道部12a从冷凝器24的出口端口(底部)延伸到液体喷射阀16。第二管道部12b从液体喷射阀16延伸到扩散器36的位于叶轮34与扩散器36之间的入口部。通过这种方式，已在冷凝器24中冷却的液体制冷剂被喷入扩散器36的位于叶轮34与扩散器36之间的入口部。

参照图6，配置在液体喷射通道12中的液体喷射阀16对流经液体喷射通道12的液体制冷剂的量“m”进行调节。液体喷射阀16联接到冷却器控制器20的液体喷射通道控制部68，下面进行说明。液体喷射通道控制部68被编程为控制液体喷射阀16，以对喷入扩散器36的位于叶轮34与扩散器36之间的入口部的液体制冷剂的量“m”进行调节，下面进行更详细说明。

液体喷射阀16可以是电磁阀或可变量膨胀阀。电磁阀是由螺线管控制的机电操作阀，在电磁阀中，流动被间歇地开启或关闭。可变量膨胀阀是布置成使膨胀阀的开度可调节的机电操作阀。可变量膨胀阀的示例包括球阀和电动阀。液体喷射阀16可以是单个阀或多个阀。例如，多个电磁阀可以彼此并联布置。液体喷射阀16可以由联接到液体喷射通道控制部68的计时器控制，以在经过预定量的时间后自动打开/关闭阀。

热气旁路14设置在冷却器系统10中，以将热气制冷剂喷入入口导叶32与叶轮34之间，下面进行更详细说明。如图1和图3所示，热气旁路14包括第一管道部14a、第二管道部14b以及热气阀18，所述热气阀18配置在所述第一管道部14a与所述第二管道部14b之间。第一管道部14a从压缩机22的排出侧延伸到热气阀18。第二管道部14b从热气阀18朝向入口导叶32与叶轮34之间的区域延伸。通过这种方式，已在压缩机22中压缩的热气制冷剂被喷入入口导叶32与叶轮34之间。

配置在热气旁路14中的热气阀18对流经热气旁路14的热气制冷剂的量进行调节。热气阀18联接到冷却器控制器20的热气旁路通道控制部69，下面进行说明。热气旁路控制部69被编程为控制热气阀18，以对喷入入口导叶32与叶轮34之间的热气制冷剂的量进行调节，下面进行更详细说明。

热气阀18可以是电磁阀或可变量膨胀阀。电磁阀是由螺线管控制的机电操作阀，在上述电磁阀中，流动被间歇地开启或关闭。可变量膨胀阀是布置成使膨胀阀的开度可调节的机电操作阀。可变量膨胀阀的示例包括球阀和电动阀。热气阀18可以是单个阀或多个阀。例如，多个电磁阀可以彼此并联布置。热气阀18可以由联接到热气旁路控制部69的计时器控制，以在经过预定量的时间后自动打开/关闭阀。

参照图4和图5，磁轴承组件40是常规的磁轴承组件，因而，除了与本发明有关之外，本文将不会详细讨论和/或示出。相反，对于本领域技术人员来说清楚可见是，在不偏离本发明的情况下，可以使用任何合适的磁轴承。如图4所示，磁轴承组件40优选包括第一径向磁轴承44、第二径向磁轴承46以及轴向(推力)磁轴承48。在任何情况下，至少一个径向磁轴承44或46能旋转地支承轴42。推力磁轴承48通过作用在推力盘45上而沿着旋转轴线X支承轴42。推力磁轴承48包括附接到轴42的推力盘45。

推力盘45在垂直于旋转轴线X的方向上从轴42径向地延伸，并相对于轴42固定。轴42沿着旋转轴线X的位置(轴向位置)通过根据本发明的推力盘45的轴向位置来控制。第一径向磁轴承44和第二径向磁轴承46配置在马达38的相反的轴向端部上，或者能配置在相对于马达38(未示出)的相同的轴向端部上。下面更详细讨论的各种传感器对轴42相对于磁轴承44、46、48的径向和轴向位置进行感测，并以常规方式将信号发送到冷却器控制器20。冷却器控制器20接着以常规方式对输送到磁轴承44、46、48的电流进行控制，以将轴42维持在正确位置。由于诸如磁轴承组件40的磁轴承44、46、48之类的磁轴承和磁轴承组件的操作在本领域中是众所周知的，因此，本文将不详细说明和/或示出磁轴承组件40。

磁轴承组件40优选是主动磁轴承44、46、48的组合，该磁轴承组件40利用非接触位置传感器54、56、58来监测轴位置，并将指示轴位置的信号发送到冷却器控制器20。因此，每个磁轴承44、46、48优选是主动磁轴承。磁轴承控制部61使用该信息对通向磁致动器的所需电流进行调节，以径向和轴向地保持适当的转子位置。主动磁轴承在本领域中是众所周知的，因此，本文将不详细说明和/或示出。

参照图1、图13和图14，冷却器控制器20包括磁轴承控制部61、喘振预测部62、喘振控制部63、变频驱动64、马达控制部65、入口导叶控制部66以及膨胀阀控制部67。如上所述，冷却器控制器20还包括液体喷射通道控制部68和热气旁路控制部69。磁轴承控制部61、喘振预测部62、喘振控制部63、变频驱动64、马达控制部65、入口导叶控制部66、液体喷射通道控制部68以及热气旁路控制部69彼此联接，并且形成离心压缩机控制部分的、电联接到压缩机22的I/O接口50的部件。

由于磁轴承控制部61连接到磁轴承组件40的若干部分并与冷却器控制器20的各个部分通信，因此，冷却器控制器20的各个部分能够接收来自压缩机22的传感器54、56、58的信号，执行计算并将控制信号传递到压缩机22的诸如磁轴承组件40之类的部件。类似地，冷却器控制器20的各个部分能够接收来自传感器S、T的信号，执行计算并将控制信号传递到压缩机22(例如马达)和膨胀阀26。控制部和变频驱动64可以是单独的控制器，或者可以是冷却器控制器的仅一部分，上述冷却器控制器被编程为执行对本文所述部件的控制。换言之，对于本领域技术人员而言，从本公开中清楚可见的是，只要一个或多个控制器被编程为执行对本文所述的冷却器系统10的部件的控制，则控制部的精确数量、位置和/或结构、以及控制部分和/或冷却器控制器20能够在不偏离本发明的情况下进行改变。

冷却器控制器20是常规的控制器，因而包括至少一个微处理器或CPU、输入/输出(I/O)接口、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)以及存储设备(临时或永久)，该存储设备形成被编程为执行一个或多个控制程序以控制冷却器系统10的计算机可读媒介。冷却器控制器20可以可选地包括：诸如小键盘之类的输入接口，所述输入接口接收来自用户的输入；以及显示设备，所述显示设备用于将各种参数显示给用户。上述部件和程序设计除了涉及控制喘振之外是常规的部件和程序设计，因此，除了理解实施方式所需之外，将不在本文中详细讨论。

液体喷射

现参照图1、图2和图6～图8，现将对冷却器系统10中的液体喷射的操作进行更详细说明。

如上所述，当压缩机22以小容量进行运转时，执行液体喷射以防止发生喘振。在液体喷射操作中，液体制冷剂经由液体喷射通道12喷入扩散器36的位于叶轮34与扩散器36之间的入口部。流经液体喷射通道12的液体制冷剂的量通过打开/关闭液体喷射阀16进行调节。液体喷射通道控制部68被编程为当液体喷射通道控制部68确定压缩机以小容量进行运转时，将液体喷射阀16打开/关闭。在所示的实施例中，液体喷射通道控制部68被编程为基于马达38的转速和入口导叶32的位置来确定压缩机22是否以小容量进行运转，下面进行更详细说明。

参照图6，通过将液体制冷剂L喷入扩散器36的入口部，可以在不使用用于扩散器36的常规的可移动壁的情况下，减小扩散器36的路径的间隙G1。更具体而言，由于喷入的液体制冷剂L在扩散器36的路径中占据更大区域，因此，如图6的间隙G2所示，扩散器36的路径中的气体比例变得更小，这能够增大扩散器36的路径处的气体速度。通过增大扩散器36的路径处的气体速度，增大了来自扩散器36的压力，因而能够减小引起喘振的回压。而且，当压缩机22以小容量进行运转时，可以利用增大的气体速度来扩大压缩机22的运转范围。此外，根据本发明，通过调节所喷射的液体制冷剂的量，能够容易地控制扩散器36的路径的间隙，因而，扩散器36的性能可以容易地针对压缩机22的全负载工况和小负载工况进行优化。

接着，参照图7和图8，将对液体喷射控制的第一方法和第二方法进行详细说明。将对液体喷射控制的第一方法和液体喷射控制的第二方法分别进行详细说明，在所述液体喷射控制的第一方法中，将电磁阀用作液体喷射阀16(图7)，在所述液体喷射控制的第二方法中，将可变量膨胀阀用作液体喷射阀16(图8A)。液体喷射控制的第一方法和第二方法能够实现相同的目标、即喘振控制。然而，因不同的阀而使用了不同的步骤。

根据图7所示的液体喷射控制的第一方法，在压缩机22起动(S101)之后，液体喷射通道控制部68被编程为首先确定马达38的转速是否大于A+3％(S102)。此处，“A”是预定值，而“3”是裕度(margin)。值“A”可以是在测试期间已观察到喘振的情况下的马达38转速的阈值。可以增加裕度，以确保不会发生喘振。当液体喷射通道控制部68确定马达38的转速大于A+3％(在S102中为“是”)时，关闭液体喷射阀(电磁阀)16。此处不会发生喘振。

当液体喷射通道控制部68确定马达38的转速不大于A+3％(在S102中为“否”)时，液体喷射通道控制部68前进到S103，在其中，液体喷射通道控制部68确定压缩机22是否接近停机(S103)。例如，液体喷射通道控制部68可以被编程为在压缩机22中发生急停的情况下，确定压缩机22接近停机。压缩机22中的急停可以通过向压缩机22发送信号并确定信号是否从压缩机22送回来进行监测。而且，在检测到急停的情况下，可以使用警报系统。当液体喷射通道控制部68确定压缩机22接近停机(在S103中为“是”)时，将液体喷射阀(电磁阀)16关闭。

另一方面，当液体喷射通道控制部68确定压缩机22未接近停机时(在S103中为“否”)，液体喷射通道控制部68前进到S104，在其中，液体喷射通道控制部68确定液体喷射阀16的计时器是否在计数(S104)。如上所述，计时器联接到液体喷射通道控制部68，以在经过预定量的时间后自动打开/关闭液体喷射阀(电磁阀)16。当液体喷射阀16的计时器在计数(在S104中为“是”)时，维持液体喷射阀(电磁阀)16的当前状态，在经过预定量的时间后，自动打开/关闭液体喷射阀(电磁阀)16。

在S104中，当液体喷射阀16的计时器未计数(在S104中为“否”)时，液体喷射通道控制部68前进到S105，在其中，液体喷射通道控制部68确定马达38的转速是否小于A％(S105)。当液体喷射通道控制部68确定马达38的转速不小于A％(在S105中为“否”)时，维持液体喷射阀(电磁阀)16的当前状态。

另一方面，当液体喷射通道控制部68确定马达38的转速小于A％(在S105中为“是”)时，液体喷射通道控制部68前进到S106，在其中，液体喷射通道控制部68确定入口导叶32的位置是否大于a+b％(S106)。此处，“a”是预定值，而“b”是裕度。值“a”可以是在测试期间已观察到喘振的情况下的入口导叶32的位置的阈值。可以确定裕度“b”以确保不会发生喘振。当液体喷射通道控制部68确定入口导叶32的位置大于a+b％(在S106中为“是”)时，将液体喷射阀(电磁阀)16关闭。

在S106中，当液体喷射通道控制部68确定入口导叶32的位置不大于a+b％(在S106中为“否”)时，液体喷射通道控制部68前进到S107，在其中，液体喷射通道控制部68确定入口导叶32的位置是否小于a％(S107)。在S107中，当液体喷射通道控制部68确定入口导叶32的位置小于a％(在S107中为“是”)时，液体喷射通道控制部68确定压缩机22以小容量进行运转，并且将液体喷射阀(电磁阀)16打开。液体喷射通道控制部68可以被编程为：只要马达38的转速和入口导叶32的位置留在上述范围内(即，马达38的转速＜A％且入口导叶32的位置＜a％)，则保持液体喷射阀(电磁阀)16打开。替代地，当液体喷射通道控制部68确定入口导叶32的位置回到a％以上时，液体喷射通道控制部68被编程为设定液体喷射阀16的计时器，以对预定量的时间进行计数。之后，可以在经过预定量的时间之后，关闭液体喷射阀(电磁阀)16。在所示实施例中，预定量的时间为60秒。通过这种方式，可以避免频繁地开启/关闭阀16。

在S107中，当液体喷射通道控制部68确定入口导叶32的位置不小于a％(在S107中为“否”)时，维持液体喷射阀(电磁阀)16的当前状态。

在以上说明的所示实施例中，值“A”、“a”以及“b”可以由冷却器系统10的安装技术人员或操作员考虑冷却器系统10部件的尺寸或型号而设定为期望的值。替代地，值“A”、“a”以及“b”可以基于实验结果在工厂中设定。而且，液体喷射通道控制部68还可以被编程为在压缩机22起动之后5分钟内禁止打开液体喷射阀16。

根据图8A所示的液体喷射控制的第二方法，在压缩机22起动(S201)之后，液体喷射通道控制部68被编程为首先确定入口导叶32的位置是否大于a％(S202)。当液体喷射通道控制部68确定入口导叶32的位置大于a％(在S202中为“是”)时，将液体喷射阀(可变量膨胀阀)16关闭。替代地，液体喷射通道控制部68可以被编程为在S202中确定马达38的转速是否大于A％。

当液体喷射通道控制部68确定入口导叶32的位置不大于a％(在S202中为“否”)时，液体喷射通道控制部68前进到S203，在其中，液体喷射通道控制部68确定压缩机22是否接近停机(S203)。例如，液体喷射通道控制部68可以被编程为在压缩机22中发生急停的情况下，确定压缩机22接近停机。急停可以通过向压缩机22发送信号并确定信号是否从压缩机22送回来进行监测。而且，在检测到急停的情况下，可以使用警报系统。当液体喷射通道控制部68确定压缩机22接近停机(在S203中为“是”)时，将液体喷射阀(可变量膨胀阀)16关闭。

另一方面，当液体喷射通道控制部68确定压缩机22未接近停止时(在S203中为“否”)，液体喷射通道控制部68前进到S204，在其中，液体喷射通道控制部68打开液体喷射阀(可变量膨胀阀)16。在S204中，基于函数f(压力比，入口导叶)来确定液体喷射阀(可变量膨胀阀)16的开度。更具体而言，如图8B所示，基于吸入压力与排出压力的压力比的函数f以及入口导叶32的位置，来确定液体喷射阀(可变量膨胀阀)16的开度。当入口导叶32的位置等于或小于a％时，确定是否打开液体喷射阀(可变量膨胀阀)16。参见图8C。此外，如图8D所示，当入口导叶32的位置等于或小于a％时，和吸入压力与排出压力的压力比成比例地调节液体喷射阀(可变量膨胀阀)16的开度。然而，当吸入压力与排出压力的压力比等于或小于1.5时，液体喷射阀(可变量膨胀阀)16不打开(关闭)。而且，在吸入压力与排出压力的压力比超过2.5时，液体喷射阀(可变量膨胀阀)16的开度维持成吸入压力与排出压力的压力比为2.5时的开度。

在打开液体喷射阀(可变量膨胀阀)16之后，液体喷射通道控制部68继续监视入口导叶32的位置。液体喷射通道控制部68被编程为：保持液体喷射阀(可变量膨胀阀)16打开，直到液体喷射通道控制部68确定入口导叶32的位置回到a％以上为止。当液体喷射通道控制部68确定入口导叶32的位置回到a％以上时，液体喷射通道控制部68之后关闭液体喷射阀(可变量膨胀阀)16。

在以上说明的所示实施例中，值“a”可以由冷却器系统10的安装技术人员或操作员考虑冷却器系统10部件的尺寸或型号而设定为期望的值。替代地，值“a”可以基于实验结果在工厂中设定。而且，液体喷射通道控制部68还可以被编程为在压缩机22起动之后5分钟内禁止打开液体喷射阀16。

冷却器控制器20可以被编程为：当冷却器控制器20确定在执行上述液体喷射之后需要热气喷射时，执行以下讨论的热气喷射。

热气喷射

现参照图1、图3、图9和图10，将对冷却器系统10中的热气喷射操作进行更详细说明。

在热气喷射中，热气制冷剂经由热气旁路14喷入入口导叶32与叶轮34之间。通过打开/关闭热气阀18来调节流经热气旁路14的热气制冷剂的量。热气旁路控制部69被编程为打开/关闭热气阀18，以下进行更详细说明。

参照图9，热气制冷剂喷入入口导叶32与叶轮34之间的区域。入口导叶32与叶轮34之间的区域处的压力P2小于压缩机22的吸入侧处的压力P1，根据常规技术，热气制冷剂喷入所述吸入侧。基于管道的压差和内径来确定管道中的气体流量。更具体而言，当压差变大时，管道的小内径可以实现高流量。因此，通过将热气制冷剂喷入小于压力P1的压力P2的区域，压差ΔP2(压缩机的排出侧处的压力－P2)大于压差ΔP1(压缩机的排出侧处的压力－P1)，因而，利用更小直径的管道就能够实现足够高的气体流量。通过这种方式，根据本发明，可以使用小尺寸的管道作为热气旁路16。

此外，在入口导叶32与叶轮34之间的区域容易产生气体紊流，在磁轴承的情况下，当入口导叶打开位置较小时，这会引起轴振动。通过将热气制冷剂喷入入口导叶32与叶轮34之间的区域，可以减少这种气体紊流，并且可以降低磁轴承中的轴振动。

根据图10A所示的热气喷射控制方法，在起动压缩机22(S301)之后，热气体旁路控制部69被编程为确定蒸发器28出口处的实际水温是否小于预定值(S302)。在下文中，蒸发器28出口处的水温被称为EOWT。基于EOWT的目标值与死区值(英文：dead band value)之差来确定S302中的预定值。此处，目标值是由安装技术人员或操作员考虑冷却器系统10部件的尺寸或型号而设定的EOWT的期望值。死区值是在EOWT中的变化不会在随后的冷却器处理中引起可观察到的响应的值范围。EOWT的目标值和死区值可以基于实验结果在工厂中设定。

当热气旁路控制部69确定实际EOWT小于预定值(在S302中为“是”)时，热气旁路控制部69前进到S303，在其中，热气旁路控制部69确定入口导叶32的位置是否小于最小位置％(S303)。

在S303中，当热气旁路控制部69确定入口导叶32的位置小于最小位置％(在S303中为“是”)时，打开热气阀18，并将入口导叶32控制为停留在当前位置。热气旁路控制部69还可以被编程为保持热气阀18打开，以使实际EOWT达到目标值。

在S303中，当热气旁路控制部69确定入口导叶32的位置不小于最小位置％(在S303中为“否”)时，关闭入口导叶32。

另一方面，在S302中，当热气旁路控制部69确定实际EOWT不小于预定值(在S302中为“否”)时，热气旁路控制部69前进到S304，在其中，热气旁路控制部69确定EOWT的实际值与目标值之差的绝对值是否小于死区值(S304)。

在S304中，当热气旁路控制部69确定EOWT的实际值与目标值之差的绝对值小于死区值(在S304中为“是”)时，热气阀18和进口导叶32被控制为停留在当前位置。在S304中，当热气旁路控制部69确定EOWT的实际值与目标值之差的绝对值不小于死区值(在S304中为“否”)时，热气旁路控制部69前进到S305，在其中，热气旁路控制部69确定热气阀18的位置是否大于0％(S305)。

在S305中，当热气旁路控制部69确定热气阀18的位置大于0％(在S305中为“是”)时，关闭热气阀18，并且入口导叶32被控制为停留在当前位置。另一方面，在S305中，当热气旁路控制部69确定热气阀18的位置不大于0％(在S305中为“否”)时，打开入口导叶32。热气体旁路控制部69还可以被编程为：关闭热气喷射阀18而返回到零位置，随后，当离心压缩机22的所需负载增加时，打开入口导叶32。

在压缩机22起动(S301)之后，热气旁路控制部69可以前进到S306。在S306中，热气旁路控制部69确定入口导叶32的位置是否小于a％。“a”是预定值。值“a”可以是在测试期间已观察到喘振的情况下的入口导叶32的位置的阈值。当热气旁路控制部69确定入口导叶32的位置小于a％(在S306中为“是”)时，热气旁路控制部69前进到S307，在其中，热气旁路控制部69确定磁轴承44、46、48的位置是否在预定轨道范围之外(S307)。此处，热气旁路控制部69可以被编程为：通过经由磁轴承控制部61从位置传感器54、56、58接收信号，来确定磁轴承组件40的磁轴承44、46或48的位置，下面进行更详细说明。

当热气旁路控制部69确定磁轴承44、46、48的位置在预定轨道范围之外时，热气旁路控制部69打开热气阀18，以使磁轴承44、46或48返回预定轨道范围内的位置。打开热气阀18的过程取代了上述关闭热气阀18并控制热气阀18停留在当前位置的过程。通过以此方式打开热气阀18以将热气制冷剂喷入入口导叶32与叶轮34之间，能够减小入口导叶32与叶轮34之间的区域处的气体紊流，从而能够降低磁轴承44、46或48中的轴振动水平。

冷却器控制器20被编程为：当磁轴承44、46或48中的轴振动超过可接受水平，并且磁轴承44、46或48的位置在期望的轨道范围之外时，以常规方式使离心压缩机22停机。在S307中，磁轴承44、46或48的预定轨道范围可以设定为比离心压缩机22布置成停机的磁轴承44、46或48的轨道范围更小。

冷却器控制器20可以被编程为：当冷却器控制器20确定在执行上述热气喷射之后需要液体喷射时，执行液体喷射。

磁轴承控制部61通常接收来自磁轴承组件40的传感器54、56、58的信号，并将电信号传输到磁轴承44、46、48，从而以常规方式将轴42保持在期望位置。更具体而言，磁轴承控制部61被编程为执行磁轴承控制程序，以在未预测到喘振的正常操作期间，以常规方式将轴42保持在期望位置。然而，若预测到喘振，则可以使用喘振控制部62和轴向磁轴承48来调节轴42的轴向位置。因而，固定到轴42的叶轮34的轴向位置可以相对于扩散器36进行调节，下面将进行更详细说明。

变频驱动64和马达控制部65接收来自至少一个马达传感器(未示出)的信号并控制马达38的转速，从而以常规方式控制压缩机22的功率。更具体而言，变频驱动64和马达控制部65被编程为执行一个或多个马达控制程序以控制马达38的转速，从而以常规方式控制压缩机22的功率。入口导叶控制部66接收来自至少一个入口导叶传感器(未示出)的信号，并且控制入口导叶32的位置，从而以常规方式控制压缩机22的功率。更具体而言，入口导叶控制部66被编程为执行入口导叶控制程序以控制入口导叶32的位置，从而以常规方式控制压缩机22的功率。膨胀阀控制部67控制膨胀阀26的打开位置，从而以常规方式控制冷却器系统10的功率。更具体而言，膨胀阀控制部67被编程为执行膨胀阀控制程序以控制膨胀阀26的打开位置，从而以常规方式控制冷却器系统10的容量。马达控制部65和入口导叶控制部66与膨胀阀控制部67一起运行，从而以常规方式控制冷却器系统10的总容量。冷却器控制器20接收来自传感器S和可选的传感器T的信号，从而以常规方式控制总功率。可选的传感器T是温度传感器。传感器S优选为用于以常规方式执行控制的常规压力传感器和/或温度传感器。

每个磁轴承44包括多个致动器74和至少一个放大器84。类似地，每个磁轴承46包括多个致动器76和至少一个放大器86。同样地，每个磁轴承48包括多个致动器78和至少一个放大器88。每个磁轴承44、46、48的放大器84、86、88可以是多通道放大器，以控制其致动器的数量，或者可以包括用于每个致动器74、76、78的独立的放大器。在任一情况下，放大器84、86、88电连接到各个相应的磁轴承44、46、48的致动器74、76、78。

参照图13和图14，磁轴承控制部61电连接到喘振控制部63，并从喘振控制部63接收信号。磁轴承控制部61能够将轴42的期望的轴向位置调节为磁轴承48的可移位范围内的任意点。在所示实施例中，磁轴承48的可移位范围优选在200mm与300mm之间。磁轴承控制部61被编程为对发送到磁轴承48的放大器88的电信号进行调节，以调节轴42的轴向位置。磁轴承48可以包括带双通道的放大器88，以分别独立地控制磁轴承48的每个致动器78，或者磁轴承48的每个致动器78可以具有唯一的相应的放大器88。磁轴承48的致动器78通过施加磁力而作用在推力盘45上。磁轴承48的致动器78产生基于电流的磁力。因而，通过对供给至每个致动器78的电流量进行控制，能够可变地控制磁力，下面将进一步详细说明。

在所示的实施方式中，磁轴承48包括：推力盘45；两个致动器78，两个所述致动器78配置在推力盘45的相反侧；两个位置传感器58，两个所述位置传感器58配置在推力盘45的相反侧；放大器88，所述放大器88电连接到两个所述致动器78；以及磁轴承控制部61。磁轴承控制部61电连接到位置传感器58、放大器88以及冷却器控制器20的其它部分。每个致动器78接收来自放大器88的相应电流，且每股电流由磁轴承控制部61确定，并通过信号连通至放大器88。磁轴承48的致动器78将推力盘45偏置到两个致动器78的净力达到平衡的轴向位置。

常规而言，入口导叶控制部66通过控制入口导叶32来控制进入叶轮的制冷剂气体的流量。例如，导叶控制部也可以确定系统的目标容量，确定达到目标容量所需的导叶32的调节量，并控制导叶32以达到目标容量。然而，当磁轴承用于离心压缩机时，可允许的入口导叶关闭位置被限制成避免由入口导叶与叶轮之间出现的气体紊流引起较大的轴振动。一些离心压缩机使用可调节扩散器壁，以具有喘振控制能力。

通过使用本文所述的技术来控制喘振，冷却器系统10不再限于限制入口导叶位置和/或可调节的扩散器壁来控制喘振。另外，其它调节结构可以去除或变得不必要。换言之，扩散器可以不具有扩散器壁(未示出)。通过上述导叶32，可以增加冷却器系统10的可靠性，并且可以降低成本。

参照图12，喘振是压缩机中稳定流动的完全终止，其通常在低流量时发生。图12表示分别在rpm1、rpm2、rpm3处将喘振点S1、S2、S3连接的喘振线SL。这些点是压缩机产生的压力小于压缩机下游管道压力处的峰值点。这些点表示喘振循环的开始。虚线PA表示喘振控制线。线PA与线SL之间的距离表明喘振控制方法低效。通过减小喘振控制线PA与喘振线SL之间的差异，压缩机22可以被控制为更高效。上述喘振控制方法的一个优点是，其提供了控制喘振的新颖方法，因而，与先前的方法相比，喘振控制线PA可以更靠近喘振线SL。

术语的通常解释

在理解本发明的范围时，本文所使用的术语“包括”及其派生词旨在表示开放式术语，其指定表述的特征、元件、零件、组、整体和/或步骤的存在，但是不排除其它未表述的特征、元件、零件、组、整体和/或步骤的存在。上述内容也适用于具有类似含义的诸如术语“包括”、“具有”及其派生词之类的术语。而且，当以单数形式使用时，术语“部件”、“部”、“部分”、“构件”或“元件”可以具有单个部件或多个部件的双重含义。

本文使用的用于描述由零件、部以及设备等执行的运行或功能的术语“检测”包括不需要物理检测的零件、部以及设备等，还包括确定、测量、建模、预测或计算等，以执行运行或功能。

本文所使用的用于描述设备的零件、部或部件的术语“构造”包括构成和/或编程为执行期望功能的硬件和/或软件。

本文所使用的诸如“大体上”、“大约”以及“大致”的程度术语是指改进后的术语的合理偏差量，而最终结果不会显著改变。

尽管仅选择了选定的实施方式以对本发明进行说明，但对于本领域技术人员来说，从本公开中应当明白，在本文中，能够在不脱离随附权利要求书限定的本发明的范围内进行各种改变和改型。例如，各种零件的尺寸、形状、位置或方向能够根据需要和/或期望来进行改变。直接连接或彼此接触地示出的零件能够具有配置在它们之间的中间结构。一个元件的功能可以由两个元件来执行，反之亦然。一个实施方式的结构和功能能够在另一个实施方式中采用。所有优点不需要同时出现在特定实施方式中。现有技术中每个唯一的特征单独或与其它特征相结合，也应当被认为是申请人对进一步发明的单独描述，包括由这些特征所体现的结构和/或功能概念。因而，根据本发明的实施方式的上述描述仅被提供用于说明，并不旨在限制由随附权利要求书及它们的等同物所限定的本发明。

Claims (13)

1.一种离心压缩机，适用于冷却器，所述离心压缩机包括：

壳体，所述壳体具有入口部和出口部；

入口导叶，所述入口导叶配置于所述入口部；

叶轮，所述叶轮配置于所述入口导叶的下游，所述叶轮附接到能绕旋转轴线旋转的轴；

马达，所述马达布置和构造成使所述轴旋转，从而使所述叶轮旋转；

扩散器，所述扩散器配置于所述叶轮下游的出口部，所述出口部的出口端口配置在所述叶轮与所述扩散器之间；

热气喷射通道，所述热气喷射通道布置和构造成在将热气制冷剂喷入所述入口导叶与所述叶轮之间；以及

控制器，所述控制器被编程为控制喷入所述入口导叶与所述叶轮之间的热气制冷剂的量。

2.如权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

所述控制器还被编程为：当蒸发器出口水温小于预定值且所述入口导叶的位置小于预定位置值时，将热气制冷剂喷入所述入口导叶与所述叶轮之间。

3.如权利要求2所述的离心压缩机，其特征在于，

所述控制器还被编程为：将热气制冷剂喷入所述入口导叶与所述叶轮之间，以使所述蒸发器出口水温达到目标值。

4.如权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

所述控制器还被编程为：当所述离心压缩机的所需负载增加时，关闭所述热气喷射通道，随后打开所述入口导叶。

5.如权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，还包括：

磁轴承，所述磁轴承能旋转地支承所述轴。

6.如权利要求5所述的离心压缩机，其特征在于，

所述控制器还被编程为：当所述磁轴承的位置在预定轨道范围之外时，将热气制冷剂喷入所述入口导叶与所述叶轮之间，以使所述磁轴承返回预定轨道范围内的位置。

7.如权利要求6所述的离心压缩机，其特征在于，

所述磁轴承的所述预定轨道范围设定为比所述离心压缩机布置成停机的磁轴承的轨道范围更小。

8.如权利要求1至7中任一项所述的离心压缩机，其特征在于，

所述热气喷射通道包括配置在所述热气喷射通道中的至少一个阀，所述至少一个阀被所述控制器控制，以控制喷入所述入口导叶与所述叶轮之间的热气制冷剂的量。

9.如权利要求8所述的离心压缩机，其特征在于，

所述至少一个阀包括电磁阀。

10.如权利要求8所述的离心压缩机，其特征在于，

所述至少一个阀包括彼此并联布置的多个电磁阀。

11.如权利要求8所述的离心压缩机，其特征在于，

所述至少一个阀包括可变量膨胀阀。

12.如权利要求11所述的离心压缩机，其特征在于，

所述可变量膨胀阀包括球阀。

13.如权利要求11所述的离心压缩机，其特征在于，

所述可变量膨胀阀包括电动阀。