CN111365896A - 具有二次过冷功能的无油轴承外置式冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷媒循环系统，包括主循环系统，其内流通有冷媒，包括压缩机(1)、冷凝器(2)、节流元件(3)和蒸发器(4)，压缩机(1)包括轴承腔和设置在轴承腔内的轴承(5)；冷媒输送管路(6)，与主循环系统中的主冷媒循环流路和轴承腔连通，用于将取自主循环系统中的冷媒输送至轴承腔，以通过冷媒对轴承(5)进行润滑和冷却；和第一换热器(7)，用于对冷媒输送管路(6)中的冷媒进行冷却。本发明取用主循环系统中的冷媒用于轴承润滑和冷却，及时带走轴承产生的热量，减小摩擦阻力，提高传动效率。通过第一换热器，可以对冷媒输送管路中的冷媒进行过冷冷却，减小轴承腔的气体杂质，提高轴承运行的稳定性和可靠性。

Description

具有二次过冷功能的无油轴承外置式冷却系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种具有二次过冷功能的无油轴承外置式冷却系统。

背景技术

与油膜轴承技术相比，无油轴承技术具有低摩擦、低噪音振动、低损耗等优点，且无需考虑油路系统设计，进而降低空调机组的维护成本，减少回油系统失效和整机性能衰退等问题。故在现有技术的离心压缩机中，无油轴承技术逐渐发展为一种趋势。根据制冷量和承载能力的不同，常见的无油轴承有电磁轴承、气悬浮轴承、滚动轴承等。无论何种类型，无油轴承主要对转子起支撑作用，并控制转子的运行精度。

目前，应用无油轴承的系统主要存在以下三个问题：

1、轴承工作时，不可避免地会产生热量，以滚动轴承为例，若不及时带走热量，过多的热量将导致轴承失效，甚至发生胶合，进而破坏动平衡、烧坏电机等；

2、油膜轴承通过润滑油形成液体动压润滑，类似地，无油轴承也需要润滑，否则摩擦阻力也会很大，传动效率低；

3、系统中的管路复杂，存在管径变化、变道折弯等引发流体节流的情况，故用以冷却轴承的冷却介质会存在气液混合情况。同时，冷却介质通过吸热冷却轴承，故不可避免发生相变，进一步导致冷却介质变为气液混合态，并且随着轴承工作时间越长，气液混合越严重。但气态介质的再次换热能力有限，且气态介质稳定性较差，容易降低轴承的控制精度，在高温状态下气态介质爆破还会引起轴承腐蚀，影响换热和轴承的可靠性。

需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提出一种冷媒循环系统，以解决现有技术中无油轴承的冷却介质容易变成气体介质影响轴承可靠性的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种冷媒循环系统，包括：

主循环系统，其内流通有冷媒，包括压缩机、冷凝器、节流元件和蒸发器，压缩机包括轴承腔和设置在轴承腔内的轴承；

冷媒输送管路，与主循环系统中的主冷媒循环流路和轴承腔连通，用于将取自主循环系统中的冷媒输送至轴承腔，以通过冷媒对轴承进行润滑和冷却；和

第一换热器，用于对冷媒输送管路中的冷媒进行冷却。

可选地，冷媒循环系统还包括第二换热器，用于对经第一换热器换热后的冷媒进行冷却。

可选地，冷媒输送管路与冷凝器连通，以从冷凝器内取冷媒。

可选地，冷媒输送管路流经第一换热器，第一换热器内设有流通有第一换热介质的第一换热管路，第一换热介质与冷媒输送管路中的冷媒进行热交换。

可选地，第一换热管路的进口与主循环系统连通；或者，冷媒循环系统还包括用于提供第一换热介质的外置的第一供应源，第一换热管路的进口与第一供应源连通。

可选地，冷媒输送管路和第一换热管路的进口均与冷凝器连通，且第一换热管路的进口与冷凝器之间的连通管路上设有第一节流阀。

可选地，第一换热管路的出口与主循环系统连通。

可选地，主循环系统包括经济器，经济器设置在节流元件和蒸发器之间，第一换热管路的出口与经济器连通。

可选地，冷媒输送管路流经第二换热器，第二换热器内设有流通有第二换热介质的第二换热管路，第二换热介质与冷媒输送管路中的冷媒进行热交换。

可选地，第二换热管路的进口与主循环系统连通；或者，冷媒循环系统还包括用于提供第二换热介质的外置的第二供应源，第二换热管路的进口与第二供应源连通。

可选地，第二换热管路的进口与蒸发器连通。

可选地，第二换热管路的出口与主循环系统连通。

可选地，主循环系统包括经济器，经济器设置在节流元件和蒸发器之间，第二换热管路的出口与经济器连通。

可选地，冷媒循环系统还包括第一引射器，用于将第二换热介质从第二换热管路中引出。

可选地，第一引射器包括第一进口、第二进口和第一出口，第一进口与第二换热管路的出口连通，第二进口与压缩机的出口连通，第一出口与主循环系统连通。

可选地，冷媒循环系统还包括回气管路，回气管路与轴承腔连通，用于输出对轴承进行润滑和冷却后的冷媒。

可选地，回气管路与主循环系统连通。

可选地，主循环系统包括经济器，经济器设置在节流元件和蒸发器之间，回气管路与经济器连通。

可选地，冷媒循环系统还包括第二引射器，用于将轴承腔内对轴承进行润滑和冷却后的冷媒引出。

可选地，第二引射器包括第三进口、第四进口和第二出口，第三进口与轴承腔连通，第四进口与压缩机的出口连通，第二出口与主循环系统连通。

可选地，轴承包括气体轴承、电磁轴承或滚动轴承。

基于上述技术方案，本发明实施例包括相对于主循环系统外置的冷媒输送管路和第一换热器，通过冷媒对压缩机中的轴承进行冷却，防止轴承发热造成轴承以及电机等部件的损坏；而且冷媒取自主循环系统中的主冷媒循环流路，不需要专门配置提供冷却介质的装置；冷媒还可以对轴承进行润滑，减小摩擦阻力，提高传动效率；通过第一换热器，可以对冷媒输送管路中的冷媒进行过冷冷却，减小冷媒变成气体介质的可能性，提高轴承运行的稳定性和可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明冷媒循环系统一个实施例的冷媒流通示意图。

图2为本发明冷媒循环系统另一个实施例的冷媒流通示意图。

图中：

1、压缩机；2、冷凝器；3、节流元件；4、蒸发器；5、轴承；6、冷媒输送管路；7、第一换热器；8、第二换热器；9、第一换热管路；10、第一节流阀；11、经济器；12、第二换热管路；13、第一引射器；14、回气管路；15、第二引射器；16、第二节流阀；17、第一供应源；18、第二供应源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，在本发明提供的冷媒循环系统的一个实施例中，该冷媒循环系统包括主循环系统、冷媒输送管路6和第一换热器7。其中，主循环系统内流通有冷媒，主循环系统包括压缩机1、冷凝器2、节流元件3和蒸发器4，压缩机1的出口与冷凝器2连通，节流元件3设置在冷凝器2和蒸发器4之间，蒸发器4的出口与压缩机1的进口连通，压缩机1包括轴承腔和设置在轴承腔内的轴承5。压缩机转子支撑于轴承5上。冷媒输送管路6与主循环系统中的主冷媒循环流路和轴承腔连通，冷媒输送管路6用于将取自主循环系统中的主冷媒循环流路的冷媒输送至轴承腔，以通过冷媒对轴承5进行润滑和冷却。第一换热器7用于对冷媒输送管路6中的冷媒进行冷却。主循环系统中的主冷媒循环流路包括连接于压缩机1、冷凝器2、节流元件3和蒸发器4之间的循环流路，该循环流路中流通有用于实现整个制冷循环的主冷媒。

在上述实施例中，冷媒循环系统包括相对于主循环系统外置的冷媒输送管路6和第一换热器7，通过冷媒对压缩机1中的轴承5进行冷却，可以及时地带走轴承5及与轴承5配合的转子产生的热量，防止轴承5、转子以及电机等部件受热发生损坏；而且冷媒取自主循环系统，不需要专门配置提供冷却介质的装置；冷媒还可以对轴承5进行润滑，减小摩擦阻力，提高传动效率；通过第一换热器7，可以对冷媒输送管路6中的冷媒进行过冷冷却，有利于保证冷媒进入轴承腔时为液态，减小冷媒变成气体介质的可能性，提高轴承运行的稳定性和可靠性。

进一步地，冷媒循环系统还包括第二换热器8，第二换热器8用于对经第一换热器7换热后的冷媒进行冷却，进一步降低进入轴承腔内的冷媒温度。通过两级冷却，可以使进入轴承腔的冷媒具有更大的过冷度，润滑和冷却效果更好，而且进一步减少轴承腔内的气体介质，有效保护轴承，保证轴承运行的稳定性和可靠性，同时进一步提高换热效率。

进一步地，冷媒循环系统还可以设置三级以及更多级的冷却。

冷媒输送管路6、第一换热器7和第二换热器8放置在压缩机1以及整个主循环系统的外部，可以有效减小压缩机的体积，提高装配效率，方便后期维护。

可选地，冷媒输送管路6与冷凝器2连通，以从冷凝器2内取冷媒。从冷凝器2取出的冷媒一般为液态冷媒，冷却能力较大，而且有利于减少气体的产生，避免气体对轴承的运行产生影响。

第一换热器7和第二换热器8的具体结构形式可以有多种选择。

下面以图1为例，对本发明冷媒循环系统的一个实施例进行详细说明。

如图1所示，冷媒输送管路6流经第一换热器7，即冷媒输送管路6的A1-B1段位于第一换热器7内。第一换热器7内设有流通有第一换热介质的第一换热管路9，第一换热介质与冷媒输送管路6中的冷媒进行热交换。第一换热介质的温度低于位于第一换热器7内的冷媒输送管路6中的冷媒的温度，以对冷媒进行冷却。

为提高换热效果，在第一换热器7内，冷媒输送管路6内的冷媒流向和第一换热管路9内第一换热介质的流向相反。

第一换热管路9的数量可以为一个，也可以为多个。第一换热管路9的数量为多个时，可以围绕冷媒输送管路6的四周进行布置，以加速换热。冷媒输送管路6和第一换热管路9上还可以增加翅片、肋板等加速换热的结构。

冷媒输送管路6的进口与主循环系统中的冷凝器2连通，第一换热管路9的进口C1也与主循环系统中的冷凝器2连通，第一换热介质为来自冷凝器2的冷媒，且第一换热管路9的进口与冷凝器2之间的连通管路上设有第一节流阀10。通过第一节流阀10，可以对进入第一换热管路9的冷媒(即第一换热介质)进行节流降温，以便对冷媒输送管路6中的冷媒进行冷却。通过调节第一节流阀10的开度，还可以调节第一换热管路9中冷媒的流量，流量越大，换热效果越好。

第一换热管路9的出口D1与主循环系统连通。主循环系统还包括经济器11，经济器11设置在节流元件3和蒸发器4之间，第一换热管路9的出口D1与经济器11连通，以将换热后的冷媒补充到主循环系统中，避免主循环系统中冷媒总量的减少，提高系统性能。

冷媒输送管路6经过第一换热器7后，进入第二换热器8，冷媒输送管路6的A2-B2段位于第二换热器8内，第二换热器8内设有流通有第二换热介质的第二换热管路12，第二换热介质与冷媒输送管路6中的冷媒进行热交换。第二换热介质的温度低于位于第二换热器8内的冷媒输送管路6中的冷媒的温度，以对该冷媒进行再次冷却。

为提高换热效果，在第二换热器8内，冷媒输送管路6内的冷媒流向和第二换热管路12内第二换热介质的流向相反。

第二换热管路12的数量可以为一个，也可以为多个。第二换热管路12的数量为多个时，可以围绕冷媒输送管路6的四周进行布置，以加速换热。冷媒输送管路6和第二换热管路12上还可以增加翅片、肋板等加速换热的结构。

第二换热管路12的进口D2与主循环系统中的蒸发器4连通，第二换热介质为来自蒸发器4的冷媒，经过第二节流阀16节流降温后进入蒸发器4的冷媒温度低于位于第二换热器8内的冷媒输送管路6中的冷媒的温度，因此可以对冷媒输送管路6中的冷媒进行再次冷却。

第二换热管路12的出口C2与主循环系统连通。主循环系统包括经济器11，经济器11设置在节流元件3和蒸发器4之间，第二换热管路12的出口C2与经济器11连通，以将换热后的冷媒补充到主循环系统中，避免主循环系统中冷媒总量的减少，提高系统性能。

冷媒循环系统还包括第一引射器13，第一引射器13用于将第二换热介质从第二换热管路12中引出。通过设置第一引射器13，可以克服由于蒸发器4的压力低于经济器11的压力而导致的第二换热管路12内的冷媒发生逆流的问题，使蒸发器4内的冷媒能够顺利进入第二换热管路12中，并在参与换热后顺利流出。

第一引射器13包括第一进口、第二进口和第一出口，第一进口与第二换热管路12的出口连通，第二进口与压缩机1的出口连通，第一出口与主循环系统连通。利用压缩机1的出口高压气体，实现引流作用，使蒸发器4内的冷媒能够顺利进入第二换热管路12中，并在参与换热后顺利流向经济器11。

冷媒循环系统还包括回气管路14，回气管路14与轴承腔连通，回气管路14用于输出对轴承5进行润滑和冷却后的冷媒。通过设置回气管路14，可以引离轴承腔内吸热气化的部分气态冷媒，确保换热接触面积，提高换热效率；还可以避免气体对轴承的工作性能造成影响，提高轴承控制精度和运行可靠性。

回气管路14与主循环系统连通，以将冷媒补充到主循环系统中，避免冷媒损失。具体地，回气管路14与经济器11连通。

冷媒循环系统还包括第二引射器15，第二引射器15用于将轴承腔内对轴承5进行润滑和冷却后的冷媒引出。通过设置第二引射器15，可以实现快速回气，提高换热效率，保证轴承的稳定性和可靠性。

第二引射器15包括第三进口、第四进口和第二出口，第三进口与轴承腔连通，第四进口与压缩机1的出口连通，第二出口与主循环系统连通。利用压缩机1出口的气体压力远高于经济器11内压力的原理，通过第二引射器15可将轴承腔内的气体快速引离，有效保护轴承，提高换热效率。

压缩机1为双级压缩，通过增加经济器11，可以实现双级压缩中间补气制冷循环，较常规单级压缩制冷循环具备更高的制冷循环效率(可提升约5％-6％)。经济器11与蒸发器4之间还设有第二节流阀16，进一步降低进入蒸发器4的冷媒温度，提高制冷效果。

冷媒输送管路6中的冷媒经过两次冷却后进入轴承腔，在轴承腔内换热后，部分液体冷媒吸收热量气化，故从轴承腔通过回气管路14引回经济器11的冷媒为气液混合态。进入第一换热器7和第二换热器8的冷媒，对冷媒输送管路6中的冷媒换热后，进入经济器11的也是气液混合态。这些气液混合态的冷媒与来自节流元件3的冷媒在经济器11内混合后，在经济器11内发生气液分离，液体流向第二节流阀16，气体通过经济器11与压缩机1的压缩腔室的连接管路进入压缩机1，与一级压缩气体冷媒混合，然后进入二级压缩。经济器11内分离出的气体与一级压缩气体冷媒混合后，一方面可以提升二级压缩的质量流量，另一方面可以降低一级压缩后的气体温度，从而节省压缩功，提高系统性能。

在如图2所示的实施例中，冷媒循环系统包括用于提供第一换热介质的外置的第一供应源17，第一换热管路9的进口与第一供应源17连通。即第一换热介质来自于外置设置的第一供应源17，第一供应源17可以为冷却塔等设备，第一换热介质可以为常温水。常温水与冷媒输送管路6中的冷媒换热后可以返回冷却塔。

冷媒循环系统还包括用于提供第二换热介质的外置的第二供应源18，第二换热管路12的进口与第二供应源18连通。即第二换热介质来自于外置设置的第二供应源18，第二供应源18可以为深井等设备，第二换热介质可以为深井水，其温度比常温水低，可对冷媒输送管路6中的冷媒进行进一步的冷却。深井水与冷媒输送管路6中的冷媒换热后可以再返回深井。

当然，在其他实施例中，第一供应源17和第二供应源18也可以采用其他供应设备，第一换热介质和第二换热介质也可以有更多选择，只要能够实现对冷媒输送管路6中的冷媒进行冷却的作用即可。

在其他实施例中，除了冷凝器2之外，冷媒输送管路6中的冷媒也可以取自主循环系统中的其他位置。

在上述各个实施例中，轴承5为无油轴承，通过冷媒对轴承5进行冷却，可以避免引入润滑油等新的杂质，保证无油轴承的无油运行环境。轴承5可以为气体轴承、电磁轴承或者滚动轴承等。

在上述各个实施例中，压缩机1可以为离心式压缩机。

通过对本发明冷媒循环系统的多个实施例的说明，可以看到本发明冷媒循环系统实施例至少具有以下一种或多种优点：

1、采用外置的冷媒输送管路从主循环系统中的取冷媒用于轴承冷却，可以及时带走轴承产生的热量，防止轴承等受热而发生损坏，提高轴承等部件的使用寿命，保证轴承的可靠运行；

2、冷媒还可以对轴承进行润滑，减小摩擦阻力，提高传动效率，而且实现了无油润滑，避免在冷媒循环系统中引入新的杂质；

3、通过第一换热器和第二换热器实现了两级过冷冷却，保证进入轴承腔的冷媒为液态，换热能力强，还可以减少轴承腔中的气体杂质，保证轴承运行的稳定性和可靠性；

4、设有回气管路，可以将轴承腔中的气体介质快速引离，避免冗余冷媒积存，避免气体对轴承的工作造成影响；

5、第一换热器和第二换热器内换热后的冷媒以及轴承腔中的冷媒换热后均引回经济器，有利于提高系统性能。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (21)

1.一种冷媒循环系统，其特征在于，包括：

主循环系统，其内流通有冷媒，包括压缩机(1)、冷凝器(2)、节流元件(3)和蒸发器(4)，所述压缩机(1)包括轴承腔和设置在所述轴承腔内的轴承(5)；

冷媒输送管路(6)，与所述主循环系统中的主冷媒循环流路和所述轴承腔连通，用于将取自所述主循环系统中的所述冷媒输送至所述轴承腔，以通过所述冷媒对所述轴承(5)进行润滑和冷却；和

第一换热器(7)，用于对所述冷媒输送管路(6)中的所述冷媒进行冷却。

2.根据权利要求1所述的冷媒循环系统，其特征在于，还包括第二换热器(8)，用于对经所述第一换热器(7)换热后的所述冷媒进行冷却。

3.根据权利要求1所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述冷媒输送管路(6)与所述冷凝器(2)连通，以从所述冷凝器(2)内取所述冷媒。

4.根据权利要求1所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述冷媒输送管路(6)流经所述第一换热器(7)，所述第一换热器(7)内设有流通有第一换热介质的第一换热管路(9)，所述第一换热介质与所述冷媒输送管路(6)中的所述冷媒进行热交换。

5.根据权利要求4所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述第一换热管路(9)的进口与所述主循环系统连通；或者，所述冷媒循环系统还包括用于提供所述第一换热介质的外置的第一供应源(17)，所述第一换热管路(9)的进口与所述第一供应源(17)连通。

6.根据权利要求4所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述冷媒输送管路(6)和所述第一换热管路(9)的进口均与所述冷凝器(2)连通，且所述第一换热管路(9)的进口与所述冷凝器(2)之间的连通管路上设有第一节流阀(10)。

7.根据权利要求4所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述第一换热管路(9)的出口与所述主循环系统连通。

8.根据权利要求4所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述主循环系统包括经济器(11)，所述经济器(11)设置在所述节流元件(3)和所述蒸发器(4)之间，所述第一换热管路(9)的出口与所述经济器(11)连通。

9.根据权利要求2所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述冷媒输送管路(6)流经所述第二换热器(8)，所述第二换热器(8)内设有流通有第二换热介质的第二换热管路(12)，所述第二换热介质与所述冷媒输送管路(6)中的所述冷媒进行热交换。

10.根据权利要求9所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述第二换热管路(12)的进口与所述主循环系统连通；或者，所述冷媒循环系统还包括用于提供所述第二换热介质的外置的第二供应源(18)，所述第二换热管路(12)的进口与所述第二供应源(18)连通。

11.根据权利要求9所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述第二换热管路(12)的进口与所述蒸发器(4)连通。

12.根据权利要求9所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述第二换热管路(12)的出口与所述主循环系统连通。

13.根据权利要求9所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述主循环系统包括经济器(11)，所述经济器(11)设置在所述节流元件(3)和所述蒸发器(4)之间，所述第二换热管路(12)的出口与所述经济器(11)连通。

14.根据权利要求9所述的冷媒循环系统，其特征在于，还包括第一引射器(13)，用于将所述第二换热介质从所述第二换热管路(12)中引出。

15.根据权利要求14所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述第一引射器(13)包括第一进口、第二进口和第一出口，所述第一进口与所述第二换热管路(12)的出口连通，所述第二进口与所述压缩机(1)的出口连通，所述第一出口与所述主循环系统连通。

16.根据权利要求1～15任一项所述的冷媒循环系统，其特征在于，还包括回气管路(14)，所述回气管路(14)与所述轴承腔连通，用于输出对所述轴承(5)进行润滑和冷却后的所述冷媒。

17.根据权利要求16所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述回气管路(14)与所述主循环系统连通。

18.根据权利要求16所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述主循环系统包括经济器(11)，所述经济器(11)设置在所述节流元件(3)和所述蒸发器(4)之间，所述回气管路(14)与所述经济器(11)连通。

19.根据权利要求16所述的冷媒循环系统，其特征在于，还包括第二引射器(15)，用于将所述轴承腔内对所述轴承(5)进行润滑和冷却后的所述冷媒引出。

20.根据权利要求19所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述第二引射器(15)包括第三进口、第四进口和第二出口，所述第三进口与所述轴承腔连通，所述第四进口与所述压缩机(1)的出口连通，所述第二出口与所述主循环系统连通。

21.根据权利要求1所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述轴承(5)包括气体轴承、电磁轴承或滚动轴承。

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