CN110273858A - 制冷系统混流式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种可安装在离心式压缩机内的叶轮包括：集线器，其具有前侧和后侧，所述集线器可围绕旋转轴线旋转；和多个叶片，其从所述集线器的所述前侧向外延伸，使得多个通道限定在相邻的叶片之间。所述多个叶片定向成使得来自邻近所述叶轮的所述后侧的所述多个通道的流动输出与所述旋转轴线布置成小于20度的角度。

Description

制冷系统混流式压缩机

背景技术

本公开的实施方案整体涉及制冷系统，更具体地说，涉及压缩机。

旋转机器通常用于制冷和涡轮机应用中。旋转机器的示例包括离心式压缩机，所述离心式压缩机具有固定到旋转轴的叶轮。叶轮的旋转增加了流过叶轮的流体或气体的压力和/或速度。

在使用新型低压制冷剂的应用中，压缩机的总直径通常很大，以适应高速。但是，这些大尺寸可能超过包装封套内的可用空间。因此，需要开发一种具有减小的占地面积并且适用于低压制冷剂应用的压缩机。

发明内容

根据一个实施方案，一种可安装在离心式压缩机内的叶轮包括：集线器，其具有前侧和后侧，所述集线器可围绕旋转轴线旋转；和多个叶片，其从集线器的前侧向外延伸，使得多个通道限定在相邻的叶片之间。多个叶片定向成使得来自邻近叶轮的后侧的多个通道的流动输出与旋转轴线成小于20度的角度布置。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，来自多个通道的流动输出的角度小于10度。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，来自多个通道的流动输出大致平行于旋转轴线布置。

根据另一实施方案，一种离心式压缩机包括：壳体；叶轮，其布置在壳体内，叶轮可围绕轴线旋转；和扩散器部分，其布置在壳体内。扩散器部分轴向地定位在叶轮的出口的下游。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，扩散器部分还包括扩散器结构，和轴向流动通道，其限定在扩散器结构的外表面和壳体的内表面之间。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，扩散器结构通常为圆柱形。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，扩散器结构相对于轴线固定。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，包括布置在扩散器结构和壳体之间的多个叶片。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，多个叶片与轴线成角度布置。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，多个叶片布置成将经过压缩机的流体流的马赫数减少至少50％。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，多个叶片包括从扩散器结构的第一端延伸到扩散器结构的中心部分的多个第一叶片和从扩散器结构的中心部分延伸到扩散器结构的第二端的多个第二叶片。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，多个第一叶片和多个第二叶片基本相同或不同。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，多个第二叶片中的每一个与多个第一叶片中的对应叶片轴向重叠。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，包括蜗壳，所述蜗壳轴向地布置在扩散器部分的出口的下游。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，包括马达部分，其中扩散器部分的出口布置为与形成在马达部分中的通道流体连通。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，至少一个防旋叶片位于扩散器部分的出口端附近。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，马达部分还包括：马达外壳，其附连到壳体；马达，其布置在马达外壳内，用于绕轴线驱动叶轮，所述马达包括定子；和轴向通道，其在马达外壳和定子的外表面之间延伸。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，离心式压缩机是混流式压缩机。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，离心式压缩机可用低压制冷剂操作。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，在其他实施方案中，离心式压缩机可用中压制冷剂操作。

附图说明

以下描述决不应当被认为是限制性的。参考附图，相同的元件用相同的数字编号：

图1是已知的离心式压缩机的横截面图；

图2是根据一个实施方案的混流式离心式压缩机的透视横截面图；

图3A是根据一个实施方案的混流式离心式压缩机的叶轮的前透视图；

图3B是根据一个实施方案的混流式离心式压缩机的叶轮的横截面图；

图4是根据一个实施方案的混流式离心式压缩机的扩散器结构的透视图；和

图5是根据另一实施方案的混流式离心式压缩机的横截面图。

具体实施方式

参考附图，在本文以举例而非限制的方式呈现了所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。

术语“约”旨在基于在提交所述申请时可用的设备而包括与特定量的测量值相关联的误差程度。

本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不旨在限制本公开。如本文所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”也意在包括复数形式。还应理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件部件和/或其群组的存在或添加。

现在参考图1，图示了现有离心式压缩机10的一个示例。如图所示，离心式压缩机10包括具有入口14的主壳体12，入口14通过一系列可调节入口引导叶片18将制冷剂引导到旋转叶轮16中。叶轮16通过任何合适的装置固定到驱动轴20，以使叶轮16沿着压缩机10的轴线对齐。叶轮16具有形成在其中的多个通道22，这些通道22使得制冷剂流体的进入轴向流动沿径向方向转动并排出到相邻的扩散器部分30中。扩散器部分30大致围绕叶轮16周向设置，并且用于将压缩的制冷剂流体引导到环形蜗壳32中，所述蜗壳32将压缩流体引向压缩机出口，或者可选地引向压缩机10的第二级(未示出)，这取决于压缩机的配置。

因为叶轮16、扩散器30和蜗壳32围绕旋转轴20径向堆叠，所以由这些部件限定的压缩机10的总直径可能很大，因此不适合具有尺寸限制的应用。图2中示出相对于现有离心式压缩机(诸如压缩机10)具有减小直径的离心式压缩机40的示例。在所示的非限制性实施方案中，离心式压缩机40被配置为“混流式”压缩机。与图1类似，压缩机40包括具有入口44的主壳体或外壳42，流体(诸如制冷剂)通过入口44轴向地引向旋转叶轮46。叶轮46固定到驱动轴48，使得叶轮46与压缩机40的轴线X对齐。

如图2、3A和3B所示，叶轮46包括具有前侧52和后侧54的集线器或主体50。如图所示，主体50的前侧52的直径通常朝向后侧54增加，使得叶轮46通常为圆锥形。多个桨叶或叶片56从主体50向外延伸。多个桨叶56中的每一个与轴48的旋转轴线X和叶轮46成角度布置。在一个实施方案中，桨叶56中的每一个在叶轮46的前侧52和后侧54之间延伸。如图所示，每个桨叶56包括大致邻近集线器50的第一端布置的第一端58和大致邻近叶轮46的后侧54定位的第二端60。此外，桨叶56的第二端60从桨叶56的对应第一端58周向偏移。

多个通道62限定在相邻桨叶56之间，以大致平行于轴线X排出流过叶轮46的流体。当叶轮46旋转时，流体沿大致轴向方向接近叶轮46的前侧52，并流过限定在相邻桨叶56之间的通道62。因为通道62具有轴向和径向分量两者，所以提供给叶轮46的前表面52的轴向流体同时平行于轴48的轴线并且围绕轴48的轴线周向地移动。组合地，外壳42的内表面64(图1中示出)和叶轮46的通道62配合以从叶轮46排出压缩的制冷剂流体。在一个实施方案中，压缩流体以相对于轴48的轴线X成任何角度从叶轮46排出到相邻的扩散器部分70中。所述角度可以在0°，即通常平行于轴48的旋转轴线X，和例如小于90°、小于75°、小于60°、小于45°、小于30°、小于20°、小于10°，或小于5°之间。

扩散器部分70包括扩散器结构72(如图1和图4所示)，所述扩散器结构72相对于经过压缩机40的流动方向大致围绕轴48周向地安装在叶轮46下游的位置处。在所示的非限制性实施方案中，扩散器结构72是管状的。当扩散器结构72安装在压缩机40内时，扩散器结构72的第一端74可以直接邻接叶轮46的后侧54。此外，扩散器结构72可以安装成使得其外表面76在与后表面54的界面处与叶轮46的前表面52基本上齐平。在这个配置中，经过压缩机40的流体流从叶轮46平稳地过渡到扩散器部分70。尽管本文示出和描述的混流式叶轮是无遮挡的，但是护罩围绕叶轮46周向设置的实施方案也在本公开的范围内。

在所示的非限制性实施方案中，扩散器结构72的外表面76大致平行于轴48的旋转轴线X和叶轮46定向。然而，本文还设想具有另一种配置的外表面76。另外，扩散器部分70内的壳体42的一部分的内表面78可以大致平行于扩散器结构72的外表面76定向。在这样的实施方案中，被配置成接收从叶轮46排出的流体的轴向流体流道80限定在外表面76和壳体42之间。

扩散器结构72可包括围绕外表面76附连的多个周向间隔的叶片。在所示的非限制性实施方案中，扩散器结构72包括多个第一叶片82，其从扩散器结构72的第一上游端74附近延伸到扩散器结构72的中心部分；和多个第二叶片84，其从扩散器结构72的中心部分延伸到大致邻近扩散器结构72的下游端86。多个第一叶片82可以是基本上相同的和/或多个第二叶片84可以是基本上相同的。或者，第一叶片82和/或第二叶片84的尺寸和/或形状可以变化。另外，第一叶片的总数可以与第二叶片的总数相等或不同。虽然扩散器结构72被示出并描述为具有多个第一叶片82和多个第二叶片84，但应该理解的是，仅具有单组叶片的实施方案，或者，具有多于两组叶片的实施方案也被认为是在本公开的范围内。

如图所示，多个第一叶片82和多个第二叶片84与轴48的旋转轴线X成角度定向。多个第一叶片82相对于轴线X的角度与多个第二叶片84相对于轴线X的角度可以相同或者可以不同。多个第二叶片84中的每一个可以与多个第一叶片82中的对应叶片对齐。或者，多个第二叶片84可以从多个第一叶片82周向偏移。在包括多个第一叶片82和多个第二叶片84之间的这个周向偏移的实施方案中，对应的第一和第二叶片82、84的相邻端部可以但不必围绕扩散器结构72的轴向长度彼此重叠，如图所示。

当制冷剂通过限定在扩散器结构72的相邻叶片82、84之间的通道88时，制冷剂的动能可以转换成势能或静压。在一个实施方案中，选择多个叶片82、84的配置以将流体流的马赫数减少至少25％，并且在一些实施方案中，减少多达50％或更多。在一个实施方案中，包括叶片82、84将流的马赫数从大于1减小到约0.3和0.4之间。此外，应该理解的是，本文示出和描述的扩散器结构72仅作为示例，并且本文还设想具有轴向流动配置并且布置为与叶轮46的通道62流体连通的其他扩散器结构。

与现有的压缩机类似，扩散器部分70可用于将压缩的制冷剂流体引导到相邻的环形蜗壳90中，如图2所示，所述环形蜗壳90将压缩流体引向压缩机出口。因为通过扩散器结构72的流体是轴向的，所以用于接收来自扩散器结构72的流体的蜗壳90布置在扩散器结构72的第二端86的轴向下游。在蜗壳90内，流体可径向朝向出口引导。

在另一个实施方案中，最佳地示于图5中，扩散器结构72可以将压缩流体流引向压缩机的马达部分91，包括相邻的马达外壳92。如图所示，通道94可以限定在马达定子98的外表面96和马达外壳92的内表面100之间。通道94具有大致轴向配置，并且通常与限定在扩散器结构72和壳体42之间的流体流道80对齐。另外，一个或多个防旋叶片(未示出)可位于流体流道80和通道94之间的界面处，以限制流体流围绕轴线X旋转。流体流被从通道94提供到出口102，诸如形成在压缩机40的端部中。

具有如本文所示和所述的混流式配置的压缩机40适于与任何类型的制冷剂一起使用，并且可特别适用于低压或中压制冷剂。低压制冷剂通常具有低于大气压的蒸发器压力，并且中压制冷剂通常具有高于大气压的蒸发器压力。混流式压缩机40可以提供优于现有离心式压缩机的显著尺寸减小。另外，因为在所述的单级中实现了高压比，所以可以通过消除对后续级的需要来简化压缩机40。结果，压缩机40的半径可以减小大约40％，并且压缩机40的长度可以减小大于10％。此外，与常规离心式压缩机相比，压缩机40的性能得到改善。

虽然已经参考一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但是本领域技术人员将会理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。另外地，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导内容。因此，本公开不意图限于作为设想用于实施本公开的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入权利要求的范围内的所有实施方案。

Claims (20)

1.一种能够安装在离心式压缩机内的叶轮，其包括：

集线器，其具有前侧和后侧，所述集线器能够围绕旋转轴线旋转；

多个叶片，其从所述集线器的所述前侧向外延伸，使得多个通道限定在相邻的叶片之间，所述多个叶片定向成使得来自邻近所述叶轮的所述后侧的所述多个通道的流动输出与所述旋转轴线成角度布置，所述角度小于20度。

2.如权利要求1所述的叶轮，其中来自所述多个通道的所述流动输出的所述角度小于10度。

3.如权利要求1所述的叶轮，其中来自所述多个通道的所述流动输出大致平行于所述旋转轴线布置。

4.一种离心式压缩机，其包括：

壳体；

叶轮，其布置在所述壳体内，所述叶轮能够围绕轴线旋转；

扩散器部分，其布置在所述壳体内，所述扩散器部分轴向地定位在所述叶轮的出口的下游。

5.如权利要求4所述的离心式压缩机，其中所述扩散器部分还包括：

扩散器结构；和

轴向流动通道，其限定在所述扩散器结构的外表面和所述壳体的内表面之间。

6.如权利要求5所述的离心式压缩机，其中所述扩散器结构通常为圆柱形。

7.如权利要求5所述的离心式压缩机，其中所述扩散器结构相对于所述轴线固定。

8.如权利要求5所述的离心式压缩机，其还包括布置在所述扩散器结构和所述壳体之间的多个叶片。

9.如权利要求8所述的离心式压缩机，其中所述多个叶片与所述轴线成角度布置。

10.如权利要求8所述的离心式压缩机，其中所述多个叶片布置成将经过所述压缩机的流体流的马赫数减少至少50％。

11.如权利要求8所述的离心式压缩机，其中所述多个叶片包括从所述扩散器结构的第一端延伸到所述扩散器结构的中心部分的多个第一叶片和从所述扩散器结构的所述中心部分延伸到所述扩散器结构的第二端的多个第二叶片。

12.如权利要求11所述的离心式压缩机，其中所述多个第一叶片和所述多个第二叶片基本上相同或不同。

13.如权利要求11所述的离心式压缩机，其中所述多个第二叶片中的每一个与所述多个第一叶片中的对应叶片轴向重叠。

14.如权利要求4所述的离心式压缩机，其还包括蜗壳，所述蜗壳轴向地布置在所述扩散器部分的出口的下游。

15.如权利要求4所述的离心式压缩机，其还包括马达部分，其中所述扩散器部分的出口布置为与形成在所述马达部分中的通道流体连通。

16.如权利要求15所述的离心式压缩机，其中至少一个防旋叶片定位在所述扩散器部分的所述出口端附近。

17.如权利要求15所述的离心式压缩机，其中所述马达部分还包括：

马达外壳，其附连到所述壳体；

马达，其布置在所述马达外壳内，用于围绕所述轴线驱动所述叶轮，所述马达包括定子；和

轴向通道，其在所述马达外壳和所述定子的外表面之间延伸。

18.如权利要求4所述的离心式压缩机，其中所述离心式压缩机是混流式压缩机。

19.如权利要求4所述的离心式压缩机，其中所述离心式压缩机能够用低压制冷剂操作。

20.如权利要求4所述的离心式压缩机，其中所述离心式压缩机能够用中压制冷剂操作。