CN109477487A - 离心压缩机和用于离心压缩机的磁轴承备用系统 - Google Patents

Abstract

一种离心压缩机(22、22’)，包括壳体(30)、叶轮(34a、34b)、马达(38)、扩散器(36a、36b)、磁轴承(44、46)和磁轴承备用系统(50)，该磁轴承备用系统包括至少一个动态气体轴承(80)和至少一个静压气体轴承(82)。叶轮(34a、34b)附接到能绕旋转轴线(X)旋转的轴(42)。马达(38)构造和布置成使轴(42)旋转，从而使叶轮(34a、34b)旋转。磁轴承(44、46)能旋转地支承轴(42)。磁轴承备用系统(50)构造和布置成在磁轴承(44、46)停止运转时支承轴(42)。磁轴承备用系统(50)的至少一个动态气体轴承(80)和至少一个静压气体轴承(82)相对于磁轴承(44、46)径向向内配置。

Description

离心压缩机和用于离心压缩机的磁轴承备用系统

背景技术

技术领域

本发明总体上涉及一种用于冷却器系统的离心压缩机。更具体而言，本发明涉及一种具有磁轴承备用系统的离心压缩机。

背景技术

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。其结果是，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)。其结果是，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。常规的离心压缩机可具有一级或双级。马达经由轴使一个或多个叶轮旋转。轴承系统支承马达的轴。

常规离心压缩机中的轴承系统可包括气体轴承。气体轴承使用制冷剂气体来支承马达的轴。例如，参见美国专利第5,857,348号。

发明内容

在离心压缩机中，磁轴承也可用作轴承系统。磁力轴承使用磁力对马达的旋转轴进行支承。尽管磁轴承具有在没有物理接触的情况下支承旋转轴而不需要润滑油的优点，但在动力或控制系统故障的情况下，磁轴承需要备用轴承系统。

作为用于磁轴承的备用轴承系统，可使用包括滚珠轴承或陶瓷轴承的滚动元件轴承。然而，已知滚珠轴承需要润滑油，并且这种油润滑的轴承在可靠性方面可能是不够的。还已知陶瓷轴承虽然不需要润滑油，但成本相对较高。

因此，本发明的目的在于提供一种具有磁轴承备用系统的离心压缩机，该轴承备用系统不需要润滑油，并且实现了相对低的成本和相对高的可靠性。

一个或多个前述目的基本上能够通过提供一种适用于冷却器系统的离心压缩机来实现，所述离心压缩机包括壳体、叶轮、马达、扩散器、磁轴承和磁轴承备用系统，所述磁轴承备用系统包括至少一个动态气体轴承和至少一个静压气体轴承。所述壳体具有入口部和出口部。所述叶轮附接到能绕旋转轴线旋转的轴。所述马达构造和布置成使所述轴旋转，从而使所述叶轮旋转。所述扩散器配置于所述叶轮的下游的所述出口部。所述磁轴承能旋转地支承所述轴。所述磁轴承备用系统构造和布置成在磁轴承停止运转时支承所述轴。所述磁轴承备用系统的所述至少一个动态气体轴承和所述至少一个静压气体轴承相对于所述磁轴承径向向内配置。

一个或多个前述目的也能够通过提供适用于冷却器系统的离心压缩机用的磁轴承备用系统来实现，所述磁轴承备用系统包括选自动态气体轴承和静压气体轴承的至少一个气体轴承。所述至少一个气体轴承构造和布置成在所述磁轴承停止运转时支承所述离心压缩机的轴。所述至少一个气体轴承相对于所述离心压缩机的磁轴承径向向内配置。

从以下结合附图公开优选实施方式的详细描述，本领域技术人员可以更了解本发明的上述和其它目的、特征、方面以及优点。

附图说明

现在参照附图，这些附图形成该原始公开的一部分：

图1是示出具有根据本发明一实施方式的离心压缩机的单级冷却器系统的示意图；

图2是示出具有根据本发明一实施方式的离心压缩机的双级冷却器系统(具有节热器)的示意图；

图3是图2所示的冷却器系统的离心压缩机的立体图，其中，为了进行图示，将上述离心压缩机的一部分切除并且以截面示出；

图4是具有根据本发明一实施方式的磁轴承备用系统的图2和图3所示的离心压缩机的叶轮、马达和磁轴承的示意纵剖视图；

图5是具有根据本发明一实施方式的磁轴承备用系统的图1至图4所示的压缩机的马达的轴的立体图；

图6是图5所示的磁轴承备用系统和一部分的轴的局部放大立体图；

图7A是沿图6的剖面线7A-7A观察的图5和图6所示的磁轴承备用系统的静压气体轴承的剖视图；

图7B是沿图6的剖面线7B-7B观察的图5和图6所示的磁轴承备用系统的静压气体轴承的剖视图；

图8是图5至图7所示的磁轴承备用系统的静压气体轴承的立体图，其中，为了进行图示，将上述静压气体轴承的一部分切除并且以截面示出；

图9是图5和图6所示的磁轴承备用系统的动态气体轴承的立体图，其中，为了进行图示，将上述动态气体轴承的一部分切除并且以截面示出；

图10是示出控制磁轴承备用系统的方法的流程图。

具体实施方式

现将参照附图说明所选择的实施方式。本领域技术人员根据本公开将清楚可见，实施方式的以下描述仅提供用于说明，而并非为了限制由所附的权利要求书及其等同物来限定的本发明。

首先参照图1和图2，其示出具有根据本发明一实施方式的离心压缩机22、22’的冷却器系统10、10’。图1的离心压缩机22是单级压缩机，因此，图1的冷却器系统10是单级冷却器系统。图2的离心压缩机22’是双级压缩机，因此，图2的冷却器系统10’是双级冷却器系统。图2的双级冷却器系统还包括可选的节热器。图1和图2仅示出冷却器系统的两个示例，其可使用根据本发明的离心压缩机22、22’。

除了包括根据本发明的磁轴承备用系统的离心压缩机22、22’之外，冷却器系统10、10’是常规的冷却器系统。因此，除非涉及包括根据本发明的磁轴承备用系统的离心压缩机22、22’，否则本文将不再详细讨论和/或说明冷却器系统10、10’。然而，对于本领域技术人员而言将清楚可见的是，冷却器系统10、10’的常规部件可构造成各种方式，而不脱离本发明的范围。在所示实施方式中，冷却器系统10、10’优选是以常规方式利用冷却水和冷却器水的水冷却器。

除了离心压缩机22’是双级压缩机之外，离心压缩机22、22’彼此相同。因此，本领域技术人员根据本公开将清楚可见的是，除了部件的移除之外，单级压缩机22与离心压缩机22’相同。因此，双级压缩机22’包括单级压缩机22的所有部件，但还包括附加部件。因此，本领域技术人员根据本公开将清楚可见的是，除了与第二级压缩相关的部件和与第二级压缩相关的变型(例如，外壳形状、轴端形状等)之外，对双级压缩机22’的描述和图示也适用于单级压缩机22。鉴于上述点，并且为了简洁起见，本文仅对双级压缩机22’进行详细说明和/或图示。以下将对压缩机22’进行更详细说明。

现将再次参照图1至图2，对冷却器系统10、10’的部件进行简要说明。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的冷却器控制器20、压缩机22、冷凝器24、膨胀阀或孔口(膨胀机构)27以及蒸发器28。冷却器系统10’包括串联连接在一起以形成环路制冷循环的冷却器控制器20、离心压缩机22’、冷凝器24、膨胀阀或孔口(膨胀机构)25、节热器26、膨胀阀或孔口(膨胀机构)27以及蒸发器28。然而，可将节热器26移除。在任一情况下，各种传感器(未示出)配置在冷却器系统10、10’的整个电路中，从而以常规方式控制冷却器系统10、10’。毛细管可用于膨胀机构25、27。

冷却器系统10、10’还包括膨胀阀(膨胀机构)29，以将制冷剂气体供给到根据本发明的磁轴承备用系统50。膨胀阀29配置在制冷剂供给管线中，该制冷剂供给管线连接位于压缩机22或22’与冷凝器24之间的区域，以将制冷剂气体供给到磁性轴承备用系统50，以下进行更详细说明。

现将参照图1至图4，主要参照图3和图4，对压缩机22’进行更详细说明。在所示的实施方式中，压缩机22’是双级离心压缩机。因此，本文所示的压缩机22’包括两个叶轮。然而，压缩机22’可包括三个或更多个叶轮(未示出)，或可以是图1所示的单级压缩机。除了压缩机22’包括图3和图4所示的磁轴承备用系统50以及制冷剂气体被供给到图1、图2和图4所示的磁轴承备用系统50之外，所示实施方式的双级离心压缩机22’是常规的双级离心压缩机。

离心压缩机22’包括第一级叶轮34a和第二级叶轮34b。离心压缩机22’还包括第一级入口导叶32a、第一扩散器/蜗壳36a、第二级入口导叶32b、第二扩散器/蜗壳36b、压缩机马达38、磁轴承组件40以及各种常规的传感器(仅示出一些)。壳体30覆盖离心压缩机22’。壳体30包括用于压缩机22’的第一级的入口部31a和出口部33a。壳体30还包括用于压缩机22’的第二级的入口部31b和出口部33b。

冷却器系统20以常规方式从各种传感器接收信号，并对入口导叶32a、32b、压缩机马达38以及磁轴承组件40进行控制，以下进行更详细说明。制冷剂依次流过第一级入口导叶32a、第一级叶轮34a、第二级入口导叶32b以及第二级叶轮34b。入口导叶32a、32b分别以常规方式对流入叶轮34a、34b的制冷剂气体的流量进行控制。叶轮34a、34b通常在不改变压力的情况下增大制冷剂气体的速度。马达速度决定制冷剂气体速度的增量。扩散器/蜗壳36a、36b增大制冷剂压力。扩散器/蜗壳36a、36b相对于壳体30不可移动地固定。压缩机马达38经由轴42使叶轮34a、34b旋转。磁轴承组件40对轴42进行磁支承。以这种方式，制冷剂在离心压缩机22’内压缩。

在冷却器系统10运转时，压缩机22’的第一级叶轮34a和第二级叶轮34b旋转，并且冷却器10内的低压制冷剂通过第一级叶轮34a吸入。制冷剂的流量通过入口导叶32a进行调节。通过第一级叶轮34a吸入的制冷剂被压缩成中压，通过第一扩散器/蜗壳36a增大制冷剂压力，制冷剂随后被引导至第二级叶轮34b。制冷剂的流量通过入口导叶32b进行调节。第二级叶轮34b将中压的制冷剂压缩成高压，并且通过第二扩散器/蜗壳36b增大制冷剂压力。随后，高压气体制冷剂被排出至冷却器系统10。

参照图3和图4，由于磁轴承组件40是常规的磁轴承组件，因而，除非涉及本发明，否则本文将不进行详细讨论和/或说明。相反，本领域技术人员将清楚可见，在不偏离本发明的情况下，能够采用任何合适的磁轴承。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对轴42进行支承。推力磁轴承48包括附接到轴42的推力盘45。

推力盘45沿垂直于旋转轴线X的方向从轴42径向地延伸，并且相对于轴42固定。轴42的沿着旋转轴线X的位置(轴向位置)通过推力盘45的轴向位置进行控制。第一径向磁轴承44和第二径向磁轴承46配置在压缩机马达38的相反的轴向端部上。各种传感器以常规方式对轴42相对于磁轴承44、46、48的径向位置和轴向位置进行检测，并将信号发送到冷却器控制器20。冷却器控制器20接着以常规方式对发送到磁轴承44、46、48的电流进行控制，以将轴42维持在正确位置。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利用间隙传感器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。因而，每个磁轴承44、46、48优选是主动磁轴承。

现将参照图3至图6，对根据本发明的磁轴承备用系统50进行详细说明。磁轴承备用系统50分别沿轴向方向配置在压缩机22’的轴42的两端附近。在所示的实施方式中，第一磁轴承备用系统50a配置在压缩机22’的第一级侧上的轴42的端部附近，而第二磁轴承备用系统50b配置在压缩机22’的第二级侧上的轴42的端部附近。本领域技术人员根据本公开将清楚可见的是，除了磁轴承备用系统50a和磁轴承备用系统50b彼此成镜像以外，磁轴承备用系统50a和磁轴承备用系统50b的结构是相同的。因此，下文也将磁轴承备用系统50a和磁轴承备用系统50b统称为磁轴承备用系统50。

轴42包括第一径向磁轴承部64、第二径向磁轴承部66、轴向磁轴承支承部(未示出)以及扩大部70。另外，备份轴承部72a、72b配置在轴42的相反端部处。磁轴承支承系统50a、50b配置成分别围绕轴42的备份轴承部72a、72b，并在诸如停电故障或系统故障之类的情况下径向地支承轴42，以下进行更详细说明。

第一径向磁轴承部64由第一径向磁轴承44以常规方式径向磁支承。轴向磁轴承支承部具有以常规方式固定地安装在其上的推力盘45。推力盘45由轴向磁轴承48以常规方式轴向地磁支承。第二径向磁轴承部66由第二径向磁轴承46以常规方式径向地磁支承。

备用轴承部72a、72b的直径小于第一径向磁轴承部64和第二径向磁轴承部66的直径。而且，如图4所示，磁轴承备用系统50a、50b与备用轴承部72a、72b之间的间隙N小于径向磁轴承44、46与径向磁轴承部64、66之间的间隙M。由于这种结构，磁轴承备用系统50a、50b相对于第一径向磁轴承44和第二径向磁轴承46径向向内地配置。因此，在诸如停电故障或系统故障之类的情况下，径向磁轴承44、46的部件不会接触磁轴承部64、66。在备用轴承部72a、72b的外周面上形成有多个凹槽74。凹槽74沿着轴42的外周方向彼此大致等距地间隔开。凹槽74对由轴42的旋转产生的制冷剂气体的流动进行引导，以下进行更详细说明。

现将参照图6至图9，对磁轴承备用系统50进行更详细说明。磁轴承备用系统50包括沿轴42的轴向方向彼此对准的动态气体轴承80和静压气体轴承82。在所示的实施方式中，动态气体轴承80配置在轴42的轴向方向内侧，静压气体轴承82配置在轴42的轴向方向外侧。然而，动态气体轴承80和静压气体轴承82的位置是可互换的。在所示的实施方式中，磁轴承备用系统50包括一个动态气体轴承和一个静压气体轴承。然而，磁轴承备用系统50可包括两个或更多个动态气体轴承和两个或更多个静压气体轴承。替代地，磁性轴承备用系统50可包括仅一个选自动态气体轴承和静压气体轴承的气体轴承。

如图7A、图7B和图8所示，静压气体轴承82具有：围绕轴42的轴承定子92；以及覆盖轴承定子92的轴承壳体88。轴承壳体88利用环形圈93固定到轴承定子92。轴承壳体88与轴承定子92之间的间隙G1利用环形圈93被流体地密封。静压气体轴承82还具有入口导管84和多个孔口86。多个孔口86是形成于轴承定子92的通孔，该通孔从轴承定子92的内周面径向延伸到轴承定子92的外周面。在所示实施方式中，孔口86沿周向彼此等距地间隔开。入口导管84配置在轴承壳体88中，并且流体联接到图1、图2和图4所示的制冷剂供给管线SL。入口导管84通向轴承壳体88与轴承定子92之间的间隙G1。入口导管84通过间隙G1而与孔口86连接。

在动力或控制系统故障的情况下，制冷剂气体从冷却器系统10或10’中的冷凝器24与压缩机22或22’之间的区域，通过制冷剂供给管线SL供给到入口导管84，以下进行更详细说明。从入口导管84供给的制冷剂气体被引入轴承壳体88与轴承定子92之间的间隙G1，之后通过间隙G1流到孔口86。如图8所示，流入孔口86的制冷剂气体到达轴承定子92与轴42之间的间隙G2，之后产生制冷剂气体的流动。应当注意，图8是简化视图，因此未示出轴42的部分。以这种方式，轴42被在轴承定子92与轴42之间的间隙G2中产生的制冷剂气体的流动径向地支承。

如图9所示，动态气体轴承80具有：围绕轴42的轴承定子90；以及覆盖轴承定子90的轴承壳体87。应当注意，图9是简化视图，因此，未示出轴42的部分。如上所述，轴42具有形成在轴42的外周面上的凹槽74。如图5和图6所示，凹槽74可具有沿着整个备用轴承部72a、72b延伸的轴向长度。另外，如图5和图6所示，凹槽74可相同且彼此平行布置。替代地，凹槽74可具有与动态气体轴承80的宽度大致相对应的轴向长度。另外，如图9所示，每个凹槽74可具有：第一凹槽部74a，其沿第一方向布置；以及第二凹槽部74b，其沿与第一方向交叉的第二方向布置。在任何情况下，动态气体轴承80布置在围绕轴42的凹槽74的位置。当轴42在离心压缩机22或22’运转期间沿旋转方向旋转时，通过凹槽74在轴承定子90与轴42之间的间隙G3中产生制冷剂气体的流动。在所示的实施方式中，如图9所示，制冷剂的流动由凹槽74引导。以这种方式，轴42被在轴承定子90与轴42之间的间隙G3中产生的制冷剂气体的流动径向地支承。

所示实施方式的气体轴承构造仅是示例。然而，本领域技术人员根据本公开将清楚可见，能够在用于磁轴承备用系统50的动态气体轴承80和静压气体轴承82中进行各种改变和变型。例如，能够改变静压气体轴承82中的孔口86和入口导管84的精确数量、位置和/或结构。而且，可基于制冷剂流动模拟和/或轴42的凹槽74的特性来计算精确的凹槽构造，以使动态气体轴承80更有效。

在正常运转中，磁轴承组件40对轴42进行磁支承。然而，当磁轴承组件40在动力或控制系统故障的情况下停止运转时，磁轴承备用系统50作为磁轴承组件40的备用对轴42进行支承。如上所述，冷却器系统10、10’具有膨胀阀29。膨胀阀29配置在制冷剂供给管线SL中，该制冷剂供给管线SL连接位于压缩机22或22’与冷凝器24之间的区域，以在动力或控制系统故障的情况下，从压缩机22或22’与冷凝器24之间的区域向磁轴承备用系统50供给制冷剂气体。膨胀阀29是电磁阀或电动阀，其在正常状态下通过向其供电而关闭，并且膨胀阀29与磁轴承组件40共用电源。因此，当电源系统关闭时，磁轴承组件40停止运转，同时膨胀阀29打开。这允许制冷剂气体通过膨胀阀29从压缩机22或22’与冷凝器24之间的区域流入磁轴承备用系统50。

在压缩机20或22’的吸入侧与排出侧之间的压差大的情况下，通过入口导管84引入静压气体轴承82的制冷剂气体的压力高，因此，如图8所示，在位于静压气体轴承82的轴承定子92与轴42之间的间隙G2中产生制冷剂气体的流动。其结果是，静压气体轴承82能够通过在间隙G2中产生的制冷剂气体的流动对轴42进行支承。而且，在轴42的转速高的情况下，轴42的凹槽74在动态气体轴承80的轴承定子90与轴42之间的间隙G3中产生制冷剂气体的流动。其结果是，动态气体轴承80能够通过在间隙G3中产生的制冷剂气体的流动对轴42进行支承。以这种方式，流入磁轴承备用系统50的制冷剂气体能够用作根据本发明的润滑剂。

在所示的实施方式中，如图1和图2所示，从压缩机22或22’与冷凝器24之间的区域引入的制冷剂气体返回到冷却器系统10、10’中的蒸发器28与压缩机22或22’之间的区域。然而，所示实施方式的构造仅是示例。本领域技术人员根据本公开将清楚可见，能够在该构造中进行各种改变和变型。例如，从压缩机22或22’与冷凝器24之间的区域引入的制冷剂气体可返回到压缩机22或22’与膨胀阀或孔口27之间的任何区域。

现将参照图10，对控制磁轴承备用系统50的处理进行更详细说明。当磁轴承组件40中发生动力损失时(步骤S101)，在步骤S102中，冷却器控制器20计算压缩机20或22’的吸入侧与排出侧之间的压差。之后，在步骤S103中，冷却器控制器20计算压缩机20或22’的吸入侧与排出侧之间的当前压差中的静压气体轴承82的轴支承力。接着，根据静压气体轴承82的轴支承力来判断静压气体轴承82是否能够支承轴42(步骤S104)。在轴支承力足够的情况下(在步骤S104中为“是”)，轴42被使用供给到其的制冷剂气体的流动的静压气体轴承82支承(步骤S105)。在轴支承力不足的情况下(在步骤S104中为“否”)，处理将前进到步骤S106。

在步骤S106中，冷却器控制器20计算压缩机20或22’的轴42的转速。之后，在步骤S107中，冷却器控制器20计算动态气体轴承80在压缩机20或22’的轴42的当前转速下的轴支承力。接着，根据动态气体轴承80的轴支承力来判断动态气体轴承80是否能够对轴42进行支承(步骤S108)。在轴支承力足够的情况下(在步骤S108中为“是”)，轴42被使用由凹槽74产生的制冷剂气体的流动的动态气体轴承80支承(步骤S109)。在轴支承力不足的情况下(在步骤S108中为“否”)，处理将前进到步骤S102。见图10中的B*。

在步骤S105中，当轴42被使用所供给的制冷剂气体的流动的静压气体轴承82支承时，该处理也可前进到步骤S106。见图10中的A*。在这种情况下，在步骤S109中，若轴42还被使用由凹槽74产生的制冷剂气体的流动的动态气体轴承80支承，则轴42被静压气体轴承82和动态气体轴承80两者支承。

如图10所示，在根据本发明的处理中，基于压缩机20或22的吸入侧与排出侧之间的压差来判断静压气体轴承82是否能够支承轴42，并且基于压缩机20或22’的轴42的旋转速度来判断动态气体轴承80是否能够支承轴42。在不使用冷却器控制器20的情况下自动实现/执行步骤S105和S109的状态，并且冷却器控制器20用于监控静压气体轴承82和动态气体轴承80。能够根据压缩机20或22’的运转状态重复该处理。

如上所述，在根据本发明的磁轴承备用系统50中，动态气体轴承80和静压气体轴承82在动力或控制系统故障的情况下作为磁轴承组件40的备用对轴42进行支承。总之，在轴42的转速高且压缩机20或22’中的压差大的情况下，动态气体轴承80和静压气体轴承82都对轴42进行支承。在轴42的转速高且压缩机20或22’中的压差小的情况下，主要是动态气体轴承80对轴42进行支承。在轴42的转速低且压缩机20或22’中的压差大的情况下，主要是静压气体轴承82对轴42进行支承。见下表1。顺便提一下，动力或控制系统故障的情况包括任何导致轴42不能由磁轴承组件40支承的状况。

表1

参照图1和图2，冷却器控制器20可包括被编程为以常规方式控制常规部件的多个控制部。例如，常规的磁轴承控制部、常规的压缩机变频驱动器、常规的压缩机马达控制部、常规的入口导叶控制部以及常规的膨胀阀控制部。这些部分可以是单独或组合的部分。

在所示实施方式中，控制部是冷却器控制器20的、被编程为执行本文描述的部件的控制的部分。然而，本领域技术人员根据本公开将清楚可见的是，只要一个或多个控制器被编程为执行对本文描述的冷却器系统10或10’的部件的控制，则控制部、部件和/或冷却器控制器20的精确数量、位置和/或结构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)，这些部件形成计算机可读介质，该计算机可读介质被编程为执行一个或多个控制程序以控制冷却器系统10或10’。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，上述输入接口接收来自用户的输入；以及显示设备，上述显示设备用于将各种参数显示给用户。上述部件和程序是常规的部件和程序，因而，除非理解实施方式所需，否则将不在本文中详细讨论。

就全球环境保护而言，考虑在冷却器系统中使用诸如R1233zd、R1234ze之类的新型的低GWP(Global Warming Potential：全球变暖潜值)制冷剂。低全球变暖潜值制冷剂的全球变暖潜值(GWP)约为300以下。低全球变暖潜值制冷剂的一个示例为蒸发压力等于或小于大气压的低压制冷剂。例如，低压制冷剂R1233zd是离心冷却器应用的候选项，因为其是不易燃、无毒、低成本，并且与诸如R1234ze之类的其它候选项相比，具有高COP，而所述R1234ze是目前主流的制冷剂R134a的替代品。在所示实施方式中，冷却介质是冷却系统10或10’中使用的制冷剂。优选制冷剂是低压制冷剂(LPR)和低全球变暖潜值(GWP)制冷剂中的至少一种。更具体而言，低压制冷剂(LPR)可以是R1233zd和/或低全球变暖潜值(GWP)制冷剂可以是R1234ze或R1234yf。制冷剂可以是混合制冷剂，其包括至少一种上述低全球变暖潜值(GWP)制冷剂。然而，根据本发明的磁轴承备用系统可应用于使用任何上述制冷剂的冷却器系统。

术语的一般解释

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修改。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 (19)

1.一种离心压缩机，用于压缩制冷剂，并且适于在包括蒸发器、冷凝器和膨胀机构的冷却器系统中使用，其特征在于，所述离心压缩机包括：

壳体，所述壳体具有入口部和出口部；

叶轮，所述叶轮附接到能绕旋转轴线旋转的轴；

马达，所述马达构造和布置成使所述轴旋转，从而使所述叶轮旋转；

扩散器，所述扩散器配置于所述叶轮的下游的所述出口部；

磁轴承，所述磁轴承能旋转地支承所述轴；以及

磁轴承备用系统，所述磁轴承备用系统构造和布置成当所述磁轴承停止运转时对所述轴进行支承，所述磁轴承备用系统具有：

至少一个动态气体轴承；以及

至少一个静压气体轴承，

所述至少一个动态气体轴承和所述至少一个静压气体轴承相对于所述磁轴承径向向内配置。

2.如权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

所述至少一个动态气体轴承和所述至少一个静压气体轴承分别沿轴向方向配置在压缩机的所述轴的两端附近。

3.如权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

所述至少一个动态气体轴承具有围绕所述轴的轴承定子，

所述轴设置有凹槽，所述凹槽形成在所述轴的外周面上。

4.如权利要求3所述的离心压缩机，其特征在于，

所述至少一个动态气体轴承通过由所述压缩机的所述轴的旋转产生的制冷剂气体的流动来支承所述轴，

所述制冷剂气体的流动由所述轴的所述凹槽引导。

5.如权利要求3或4所述的离心压缩机，其特征在于，

所述轴的所述凹槽沿着所述轴的外周方向彼此大致等距地间隔开。

6.如权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

所述至少一个静压气体轴承具有：

轴承定子，所述轴承定子围绕所述轴，所述轴承定子设置有孔口，以通过所述孔口向所述轴承定子与所述轴之间供给制冷剂气体；以及

入口导管，所述入口导管与所述轴承定子的所述孔口连接，以引入制冷剂气体。

7.如权利要求6所述的离心压缩机，其特征在于，

所述至少一个静压气体轴承通过制冷剂气体来支承所述轴，所述制冷剂气体通过所述入口导管从所述冷却器系统中的所述压缩机与所述冷凝器之间的区域引入。

8.如权利要求7所述的离心压缩机，其特征在于，

所述冷却器系统中的所述膨胀机构包括电磁阀和电动阀中的至少一个，所述膨胀机构由与所述磁轴承共用的电源供电，

当来自所述电源的供电停止时，所述膨胀机构打开，允许所述制冷剂气体流过所述膨胀机构并流向所述至少一个静压气体轴承，使得即使在所述磁轴承停止之后，所述至少一个静压气体轴承仍通过所述制冷剂气体保持对所述轴的支承。

9.如权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

在所述轴的转速高且压缩机的吸入侧与排出侧之间的压差大的情况下，所述至少一个动态气体轴承和所述至少一个静压气体轴承均对所述轴进行支承。

10.如权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

在所述轴的转速高且压缩机的吸入侧与排出侧之间的压差小的情况下，主要是所述至少一个动态气体轴承对所述轴进行支承。

11.如权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

在所述轴的转速低且压缩机的吸入侧与排出侧之间的压差大的情况下，主要是所述至少一个静压气体轴承对所述轴进行支承。

12.如权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

所述制冷剂是低全球变暖潜值(GWP)制冷剂。

13.一种磁轴承备用系统，用于离心压缩机，所述离心压缩机用于对制冷剂进行压缩，并适于在冷却器系统中使用，所述磁轴承备用系统包括：

选自动态气体轴承和静压气体轴承的至少一个气体轴承，所述至少一个气体轴承构造和布置成在磁轴承停止运转时对所述离心压缩机的轴进行支承，

所述至少一个气体轴承相对于所述离心压缩机的磁轴承径向向内配置。

14.如权利要求13所述的磁轴承备用系统，其特征在于，

所述至少一个气体轴承通过使用制冷剂气体作为润滑剂来支承所述轴。

15.一种磁轴承备用系统，用于离心压缩机，所述离心压缩机用于对制冷剂进行压缩并适于在冷却器系统中使用，所述磁轴承备用系统包括：

至少一个动态气体轴承；以及

至少一个静压气体轴承，

所述至少一个动态气体轴承和所述至少一个静压气体轴承构造和布置成在磁轴承停止运转时对所述离心压缩机的轴进行支承，

所述至少一个动态气体轴承和所述至少一个静压气体轴承相对于所述离心压缩机的磁轴承径向向内配置。

16.如权利要求15所述的磁轴承备用系统，其特征在于，

所述至少一个动态气体轴承和所述至少一个静压气体轴承通过使用制冷剂气体作为润滑剂来支承所述轴。

17.如权利要求15所述的磁轴承备用系统，其特征在于，

所述至少一个动态气体轴承具有围绕所述轴的轴承定子，

在所述轴承定子与所述轴之间产生制冷剂气体的流动，所述轴具有凹槽，所述凹槽形成在所述轴的外周面上。

18.如权利要求15所述的磁轴承备用系统，其特征在于，

所述至少一个静压气体轴承具有：

轴承定子，所述轴承定子围绕所述轴，所述轴承定子设置有孔口，以通过所述孔口向所述轴承定子与所述轴之间供给制冷剂气体；以及

入口导管，所述入口导管与所述轴承定子的所述孔口连接，以引入制冷剂气体。

19.如权利要求13或15所述的磁轴承备用系统，其特征在于，

所述制冷剂是低全球变暖潜值(GWP)制冷剂。