CN110360130A - 可变扩压器驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本文提供了一种系统，其包括压缩机。所述压缩机进一步包括扩压器框架、气体或油致动器和驱动系统。扩压器框架限定压缩的流体可流动通过的第一通道，与所述第一通道交叉的第二通道和从所述第二通道延伸的第三通道。所述气体或油致动器包括活塞和一体地联接到所述活塞的头部。所述头部和所述活塞分别可安置在所述第二和第三通道中。所述活塞可沿正向或反向移动通过所述第三通道，使得所述头部可移动通过所述第二通道并分别进出所述第一通道。所述驱动系统可至少部分地安置在所述第三通道中并被配置来驱动所述活塞的向前和向后移动。
Description
背景技术
以下描述涉及换热器系统，并且更具体地涉及具有可变扩压器驱动系统的换热器系统。
作为蒸气压缩循环的一部分，换热器系统经常采用离心式压缩机来压缩流体。离心式压缩机包括压缩的流体流动通过的扩压器。这种离心式压缩机扩压器在各种操作负荷下显示出某些问题。例如，当部分负荷条件生效时，离心式压缩机扩压器可以是嘈杂的且具有高振动矩。另一方面，当满负荷条件生效时，离心式压缩机扩压器可能由于具有窄工作范围而相对低效。另外，离心式压缩机及其驱动系统可以是复杂的。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种系统，其包括压缩机。所述压缩机进一步包括扩压器框架、气体或油致动器和驱动系统。扩压器框架限定压缩的流体可流动通过的第一通道，与所述第一通道交叉的第二通道和从所述第二通道延伸的第三通道。所述气体或油致动器包括活塞和一体地联接到所述活塞的头部。所述头部和所述活塞分别可安置在所述第二和第三通道中。所述活塞可沿正向或反向移动通过所述第三通道，使得所述头部可移动通过所述第二通道并分别进出所述第一通道。所述驱动系统可至少部分地安置在所述第三通道中并被配置来驱动所述活塞的向前和向后移动。
根据附加或替代实施方案，所述压缩机流体地介于冷却器和冷凝器之间。
根据附加或替代实施方案，所述压缩机可接收来自润滑系统的泵和油槽的润滑，所述泵包括泵出口。
根据附加或替代实施方案，所述驱动系统的特征在于所述第三通道与所述冷却器和所述冷凝器以及所述油槽和所述泵出口流体连通。
根据附加或替代实施方案，所述气体或油致动器包括多个活塞。
根据附加或替代实施方案，所述驱动系统在其操作期间是可再配置的。
根据附加或替代实施方案，所述驱动系统包括可安置在所述第三通道中的马达。
根据附加或替代实施方案，所述第一和第二通道是环形的；所述第三通道是轴向的，数量为多个并且布置在多个均匀分布的环形位置处；并且所述头部包括环形主体。
根据附加或替代实施方案，所述驱动系统包括：安置在所述第二通道内的位置传感器，所述位置传感器被配置来感测所述头部的位置；和控制元件，所述控制元件被配置来根据由所述位置传感器对所述头部的位置的感测来控制所述驱动系统。
根据本公开的一个方面，离心式压缩机设置有可变扩散装置并且包括离心式压缩机叶轮；气体或油致动器，其被安置在所述离心式压缩机叶轮的下游并且包括活塞和一体地联接到所述活塞的头部；扩压器框架，其中所述离心式压缩机叶轮可旋转地安置；和驱动系统。所述扩压器框架限定：第一通道，压缩的流体从所述离心式压缩机叶轮流动通过所述第一通道；第二通道，其中可安置所述头部并且所述第二通道与所述第一通道交叉；和第三通道，其中可安置所述活塞并且所述第三通道从所述第二通道延伸。所述驱动系统可至少部分地安置在所述第三通道中，以驱动所述活塞朝向和远离所述头部至少部分地阻塞所述第一通道的位置移动。
根据附加或替代实施方案，所述驱动系统可接收加压的流体。
根据附加或替代实施方案，所述气体或油致动器包括多个活塞。
根据附加或替代实施方案，所述驱动系统在其操作期间是可再配置的。
根据附加或替代实施方案，所述驱动系统包括可安置在所述第三通道中的马达。
根据附加或替代实施方案，所述第一和第二通道是环形的；所述第三通道是轴向的，数量为多个并且布置在多个均匀分布的环形位置处；并且所述头部包括环形主体。
根据附加或替代实施方案，所述驱动系统包括：位置传感器，其被安置在所述第二通道内并且被配置来感测所述头部的位置；和控制元件，其被配置来根据由所述位置传感器对所述头部的位置的感测来控制所述驱动系统。
根据本公开的一个方面，提供了一种操作离心式压缩机的可变扩压器驱动系统的方法。所述离心式压缩机包括扩压器框架，其限定：第一通道，压缩的流体流动通过所述第一通道；第二通道，其中可安置气体或油致动器头部并且所述第二通道与所述第一通道交叉；和多个第三通道，其中可安置与所述头部一体地联接的至少一个气体或油致动器活塞并且所述多个第三通道从所述第二通道延伸。所述方法包括确定所述离心式压缩机的负荷条件并且根据所述负荷条件驱动所述至少一个活塞在所述第三通道中朝向和远离所述头部至少部分地阻塞所述第一通道的位置的正向和反向移动。
根据附加或替代实施方案，所述驱动包括一致地驱动所述至少一个活塞的移动。
根据附加或替代实施方案，所述驱动包括液压驱动和机动化驱动中的至少一个。
根据附加或替代实施方案，所述驱动包括再配置至少部分地安置在所述第三通道中的驱动系统。
这些和其他优点和特征将从以下结合附图进行的描述中变得更加明显。
附图说明
在本说明书所附权利要求书中具体指出并明确要求保护被视作本公开的主题。本公开的前述和其他特征以及优点从结合附图进行的以下具体实施方式中显而易见，在附图中：
图1是根据实施方案的换热器系统的示意图；
图2是根据实施方案的离心式压缩机的可变扩散驱动系统的侧面剖视图；
图3是根据另外的实施方案的离心式压缩机的可变扩散驱动系统的侧面剖视图；
图4是根据替代实施方案的离心式压缩机的可变扩散驱动系统的侧面剖视图；
图5是根据实施方案的离心式压缩机的扩压器的示意性轴向视图；
图6是根据实施方案的可变扩压器驱动系统的控制元件的示意图；和
图7是示出根据实施方案的操作可变扩散驱动系统的方法的流程图。
这些和其他优点和特征将从以下结合附图进行的描述中变得更加明显。
具体实施方式
如将在下面描述的那样，提供了一种可变扩压器驱动系统，其被配置来直接使用来自冷凝器的高压制冷剂、来自油泵的高压油或线性马达致动而将活塞移动到不同位置。
参考图1，提供了换热器系统10。换热器系统10包括压缩机11、膨胀阀12、流体地介于压缩机11和膨胀阀12之间的冷凝器13以及流体地介于膨胀阀12和压缩机11之间的蒸发器或冷却器14。压缩机11可操作以压缩其中的饱和蒸气并向冷凝器13输出高压和高温过热蒸气。例如，冷凝器13致使从压缩机11接收的过热蒸气通过与水的热传递而冷凝。冷凝器13将得到的冷凝液体作为饱和液体向膨胀阀12输出。膨胀阀12突然降低饱和液体的压力并产生相对冷的混合物。该冷混合物的液体然后在冷却器14中通过与吹过冷却器14的暖空气的热相互作用而蒸发，并且得到的饱和蒸气返回到压缩机11。
压缩机11可以包括或被设置为离心式压缩机，通过压缩机11围绕其纵向轴线旋转而因此压缩流体来操作。这种旋转可以由压缩机11的相对端处的轴承支撑，所述轴承接收来自润滑系统15的润滑。润滑系统15包括油槽150和泵151，泵151从油槽150泵送加压的油通过轴承并返回油槽150。
继续参考图1并另外参考图2-5，换热器系统10还可以在压缩机11的出口处和冷凝器13的上游包括扩压器16。扩压器16通过逐渐减慢或扩散气体速度将流动通过它的气体的动能(即，高速度)转换成压力。扩压器可以是无叶式的、有叶式的或其交替组合。
更详细地说，如图2-4中所示，在压缩机11是离心式压缩机的情况下，压缩机11例如包括离心式压缩机叶轮20和扩压器框架30。离心式压缩机20可旋转地安置在扩压器框架30内或附近。扩压器框架30被形成来限定第一通道31、第二通道32和第三通道33，压缩的流体从离心式压缩机叶轮20流动通过第一通道31。
如图5中所示，第一通道31是环形的并且围绕压缩机11的纵向轴线延伸并且从离心式压缩机叶轮20的最向外的范围径向向外延伸。第二通道32与第一通道31交叉并且是类似地环形的并围绕压缩机11的纵向轴线延伸。第二通道32还从第一通道31的中点沿轴向向后延伸。第三通道33轴向取向并设置为多个第三通道33，每个第三通道33从第二通道32的端部沿轴向向后延伸。多个第三通道33沿着第二通道32的环形度大致均匀分布。
继续参考图2-4，压缩机11设置有提供可变扩散能力的可变扩压器驱动系统100并且包括气体或油致动器40以及驱动系统50。气体或油致动器40在离心式压缩机叶轮20的下游并且包括头部41和活塞42，头部41一体地联接到活塞42。头部41可在第二通道32内移动并进出第一通道31以至少部分地阻塞流体通过第一通道31的流动。活塞42可安置在第三通道33内并可沿正向和反向移动。当活塞42沿正向移动时，活塞42相对于第一通道31向前推动头部41并进入阻塞状态。相反，当活塞42沿反向移动时，活塞42推动头部41也沿反向移动并且相对于第一通道31移出阻塞状态。驱动系统50至少部分地安置在第三通道33中并且被配置来驱动活塞42朝向和远离头部41开放第一通道31的位置(例如，扩压器全开位置)或者头部41至少部分地阻塞第一通道31的位置(例如，扩压器全闭位置)的移动。
根据实施方案，头部41是环状的并且包括环形主体410(参见图5)。活塞42可以设置为分别安置在相应一个第三通道33中的多个活塞42。
通过第一、第二和第三通道31、32和33的配置以及气体或油致动器40和驱动系统50的构造，压缩机11的可变扩散能力使得头部41进入第一通道31的移动可以根据各种条件来控制，诸如但不限于满负荷和部分负荷条件。
根据示例性实施方案，并且如图2中所示，驱动系统50的特征可在于，第三通道33与冷却器14和冷凝器13(参见图1)以及与油槽150和泵151的出口(参见图1)中的至少一个流体连通。驱动系统50因此可以包括：可控阀元件51，可控阀元件51和第三通道33的第一液压腔53之间的第一管路52，以及可控阀元件51和第三通道33的第二液压腔55之间的第二管路54。驱动系统50还可以包括在可控阀元件51与冷却器14和冷凝器13之间或可控阀门元件51与油槽150和泵151的出口之间的附加管路56。
在每个可控阀元件51与冷却器14和冷凝器13之间延伸的附加管路56的情况下，可控阀元件51可以是可操作的，使得扩压器全开和扩压器全闭位置是可实现的。
例如，在75％/100％负荷能力条件下，可控阀元件51可以被操作或配置成使得第一液压腔53与冷凝器13流体连通并且第二液压腔55与冷却器14流体连通。这种布置致使活塞42沿反向或向后的方向移动，并且因此推动头部41从第一通道31朝向扩压器全开位置沿反向或向后的方向缩回。同时，在部分负荷条件下，可控阀元件51可以在操作条件期间被再配置，然后被操作或配置成使得第一液压腔53与冷却器14流体连通并且第二液压腔55与冷凝器13流体连通。这种布置致使活塞42沿正向移动并且因此推动头部41朝向扩压器全闭位置移动到第一通道31中。
在每个可控阀元件51与油槽150和泵151的出口之间延伸的附加管路56的情况下，可控阀元件51可以是可操作的，使得扩压器全开和扩压器全闭位置是可实现的。
例如，在75％/100％负荷能力条件下，可控阀元件51可以被操作或配置成使得第一液压腔53与泵151的出口流体连通并且第二液压腔55与油槽150流体连通。这种布置致使活塞42沿反向或向后的方向移动，并且因此推动头部41从第一通道31朝向扩压器全开位置沿反向或向后的方向缩回。同时，在部分负荷条件下，可控阀元件51可以在操作条件期间被再配置，然后被操作或配置成使得第一液压腔53与油槽150流体连通并且第二液压腔55与泵151的出口流体连通。这种布置致使活塞42沿正向移动并且因此推动头部41朝向扩压器全闭位置移动到第一通道31中。
根据示例性实施方案，并且如图3中所示，活塞42可以各自设置为多个活塞42，其中驱动系统50的特征在于第三通道33与冷却器14和冷凝器13(参见图1)以及与油槽150和泵151的出口(参见图1)中的至少一个流体连通。驱动系统50因此可以包括：可控阀元件51、可控阀元件51和第三通道33的第一液压腔53之间的第一管路52、可控阀元件51和第三通道33的第二液压腔55之间的第二管路54、可控阀元件51和第三通道33的第三液压腔58之间的第三管路57，以及可控阀元件51和第三通道33的第四液压腔60之间的第四管路59。驱动系统50还可以包括在可控阀元件51与冷却器14和冷凝器13之间或可控阀门元件51与油槽150和泵151的出口之间的附加管路56。
在每个可控阀元件51与冷却器14和冷凝器13之间延伸的附加管路56的情况下，可控阀元件51可以是可操作的，使得扩压器全开和扩压器全闭位置是可实现的。
例如，在75％/100％负荷能力条件下，可控阀元件51可以被操作或配置成使得第一液压腔53与冷凝器13流体连通并且第二、第三和第四液压腔55、58和60与冷却器14流体连通。这种布置致使活塞42沿反向或向后的方向移动，并且因此推动头部41从第一通道31朝向扩压器全开位置沿反向或向后的方向缩回。同时，在50％负荷能力条件下，可控阀元件51可以在操作条件期间被再配置，然后被操作或配置成使得第一、第二和第三液压腔53、55和58与冷却器14流体连通并且第四液压腔60与冷凝器13流体连通。这种布置致使活塞42沿正向移动并且因此推动头部41朝向扩压器部分关闭位置移动到第一通道31中。在部分负荷或25％负荷能力条件下，可控阀元件51可以在操作条件期间被再配置，然后被操作或配置成使得仅第二液压腔55与冷凝器13流体连通并且第一、第三和第四液压腔53、58和60与冷却器14流体连通。这种布置致使活塞42沿正向移动并且因此推动头部41朝向扩压器全闭位置移动到第一通道31中。
根据示例性实施方案，并且如图4中所示，驱动系统50可以包括分别可安置在每个第三通道33中的马达65。这些马达65可以例如设置为线性马达致动器。它们各自通过有线或无线通信线路67和68接收来自控制器66的电力和信号数据，并且被配置来如本文所述那样将机动化驱动施加到活塞42。
根据另外的实施方案，并且如图2中所示，可变扩压器驱动系统100还可以包括位置传感器110(应当理解，位置传感器110可以设置在本文所述的任何实施方案中，并且出于说明的目的仅包括在图2中)。位置传感器110可以被安置和配置来感测头部41的环形主体410(参见图5)的位置，使得感测位置可以被用在反馈控制回路中，所述反馈控制回路允许更好地控制可变扩压器驱动系统100的操作。
也就是说，参考图6，可变扩压器驱动系统100还可以包括控制元件120，其与位置传感器100和图2和图3的可控阀元件51或与图4的控制器61进行信号通信。如图6中所示，控制元件120可以包括处理单元121、存储器单元122和联网单元123，处理单元121通过联网单元123与位置传感器110和可控阀元件51或控制器61通信。存储器单元122具有存储在其上的可执行指令，所述可执行指令可由处理单元121读取和执行。当可执行指令由处理单元121读取并执行时，可执行指令致使处理单元121如本文所述那样操作。
参考图7，提供了操作本文所述的可变扩压器驱动系统100的方法。所述方法包括确定离心式压缩机的负荷条件(框701)，计算气体或油致动器40的头部41的目标位置以实现用于确定的负荷条件的一定程度的可变扩散(框702)，并且根据确定的负荷条件配置或再配置驱动系统50以驱动(例如，通过液压或机动化驱动)活塞42在第三通道33中彼此一致地朝向和远离头部41至少部分地阻塞第一通道31的位置的的正向和反向移动(框703)。所述方法还包括感测通过框703的驱动实现的扩散量，并确定气体或油致动器40的头部41的实际位置，或通过图1的位置传感器110感测气体或油致动器40的头部41的实际位移(框704)，并且将驱动校正到头部41的实际位置与目标位置不同的程度(框705)。
上述特征的好处是减少了部件数量，并且增加了简单性，降低了成本，并增加了可靠性和简化了设计。
虽然仅结合有限数量的实施方案详细地提供了本公开，但应容易理解的是，本公开不限于这些公开的实施方案。相反，可以对本公开进行修改以并入之前未描述但与本公开的精神和范围相符的任何数量的变型、变更、替代或等效布置。另外，尽管已经描述了本公开的各种实施方案，但应当理解，示例性实施方案可以仅包括所述示例性方面中的一些。因此，本公开不应被视为受到前述描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。
Claims (20)
1.一种系统，其包括：
压缩机，所述压缩机进一步包括：
扩压器框架，限定压缩的流体可流动通过的第一通道、与所述第一通道交叉的第二通道和从所述第二通道延伸的第三通道；
气体或油致动器，包括活塞和一体地联接到所述活塞的头部，
所述头部和所述活塞分别可安置在所述第二和第三通道中，并且
所述活塞可沿正向或反向移动通过所述第三通道，使得所述头部可移动通过所述第二通道并分别进出所述第一通道；和
驱动系统，可至少部分地安置在所述第三通道中并且被配置来驱动所述活塞的向前和向后移动。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述压缩机流体地介于冷却器和冷凝器之间。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述压缩机接收来自润滑系统的泵和油槽的润滑，所述泵包括泵出口。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述驱动系统的特征在于所述第三通道与以下中的至少一个流体连通：
所述冷却器和所述冷凝器；和
所述油槽和所述泵出口。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述气体或油致动器包括多个活塞。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动系统在其操作期间是可再配置的。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动系统包括可安置在所述第三通道中的马达。
8.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述第一和第二通道是环形的，
所述第三通道是轴向的，数量为多个并且布置在多个均匀分布的环形位置处，并且
所述头部包括环形主体。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述驱动系统包括：
位置传感器，被安置在所述第二通道内并且被配置来感测所述头部的位置；和
控制元件，被配置来根据由所述位置传感器对所述头部的所述位置的感测来控制所述驱动系统。
10.一种具有可变扩散装置的离心式压缩机，其包括：
离心式压缩机叶轮；
气体或油致动器，被安置在所述离心式压缩机叶轮的下游并且包括活塞和一体地联接到所述活塞的头部；
扩压器框架，其中所述离心式压缩机叶轮可旋转地安置，
所述扩压器框架限定：
第一通道，压缩的流体从所述离心式压缩机叶轮流动通过所述第一通道，
第二通道，其中可安置所述头部并且所述第二通道与所述第一通道交叉，和
第三通道，其中可安置所述活塞并且所述第三通道从所述第二通道延伸；以及
驱动系统，可至少部分地安置在所述第三通道中，以驱动所述活塞朝向和远离所述头部至少部分地阻塞所述第一通道的位置移动。
11.根据权利要求10所述的离心式压缩机，其中所述驱动系统接收加压的流体。
12.根据权利要求10所述的离心式压缩机，其中所述气体或油致动器包括多个活塞。
13.根据权利要求10所述的离心式压缩机，其中所述驱动系统在其操作期间是可再配置的。
14.根据权利要求10所述的离心式压缩机，其中所述驱动系统包括可安置在所述第三通道中的马达。
15.根据权利要求10所述的离心式压缩机，其中：
所述第一和第二通道是环形的，
所述第三通道是轴向的，数量为多个并且布置在多个均匀分布的环形位置处，并且
所述头部包括环形主体。
16.根据权利要求15所述的离心式压缩机，其中所述驱动系统包括：
位置传感器，被安置在所述第二通道内并且被配置来感测所述头部的位置；和
控制元件，被配置来根据由所述位置传感器对所述头部的所述位置的感测来控制所述驱动系统。
17.一种操作包括扩压器框架的离心式压缩机的可变扩压器驱动系统的方法，所述扩压器框架限定：第一通道，压缩的流体流动通过所述第一通道；第二通道，其中可安置气体或油致动器头部并且所述第二通道与所述第一通道交叉；和多个第三通道，其中可安置与所述头部一体地联接的至少一个气体或油致动器活塞并且所述多个第三通道从所述第二通道延伸，所述方法包括：
确定所述离心式压缩机的负荷条件；和
根据所述负荷条件驱动所述至少一个活塞在所述第三通道中朝向和远离所述头部至少部分地阻塞所述第一通道的位置的正向和反向移动。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述驱动包括一致地驱动所述至少一个活塞的所述移动。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述驱动包括液压驱动和机动化驱动中的至少一个。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述驱动包括再配置至少部分地安置在所述第三通道中的驱动系统。
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