CN111911462B - 带有侧通道泵的制冷剂润滑系统 - Google Patents

Abstract

一种蒸气压缩系统，包括压缩机，所述压缩机具有吸入端口和排放端口。排热热交换器联接到所述排放端口以接收压缩的制冷剂。吸热热交换器联接到所述吸入端口。润滑剂流动路径从所述吸热热交换器通往所述压缩机。侧通道泵位于所述润滑剂流动路径中。

Description

带有侧通道泵的制冷剂润滑系统

背景技术

本公开涉及压缩机润滑。更具体地，本公开涉及离心压缩机润滑。

典型的离心致冷器以在流动的制冷剂中的关键位置处的润滑剂液位操作。典型地带有不止一千克油的储油器的存在在将储油器中的油聚集添加到分数的分子和分母时将致使总油量超过1.0重量％。在冷凝器中浓度将相对低(例如，50ppm至500ppm)。在其他位置，浓度将更高。例如，油底壳可具有60％以上的油。该富油部分被用于润滑轴承。因此，流向轴承的油典型地将是远超过50％的油。在系统中的一个或多个位置处，可使用滤网、蒸馏器或其他构件来抽吸油并将其返回到储油器。期望的是从可能会干扰热传递或其他操作的位置移除油。

发明内容

在一个示例性实施方案中，一种蒸气压缩系统包括压缩机，所述压缩机具有吸入端口和排放端口。排热热交换器联接到所述排放端口以接收压缩的制冷剂。吸热热交换器联接到所述吸入端口。润滑剂流动路径从吸热热交换器延伸到压缩机。侧通道泵位于所述润滑剂流动路径中。

在以上的另一实施方案中，所述侧通道泵包括入口，所述入口联接到所述吸热热交换器上的出口。

在以上中的任一个的另一实施方案中，所述吸热热交换器上的所述出口位于所述吸热热交换器的底部部分中。

在以上中的任一个的另一实施方案中，所述侧通道泵包括蒸气出口端口和液体出口端口。

在以上中的任一个的另一实施方案中，所述液体出口端口联接到所述压缩机中的轴承。

在以上中的任一个的另一实施方案中，所述压缩机包括至少一个轴承排出端口，所述至少一个轴承排出端口联接到所述吸热热交换器的入口。

在以上中的任一个的另一实施方案中，控制器与所述侧通道泵通信并被配置成响应于所述压缩机的操作状况而启用所述侧通道以引导流体流过所述润滑剂流动路径。

在以上中的任一个的另一实施方案中，所述蒸气出口端口联接到所述排热热交换器。

在以上中的任一个的另一实施方案中，所述蒸气出口端口联接到所述压缩机。

在以上中的任一个的另一实施方案中，所述压缩机包括第一级和第二级。所述蒸气出口端口联接到所述压缩机的第二级，所述第二级在所述压缩机中的所述第一级上游。

在以上中的任一个的另一实施方案中，所述吸热热交换器是具有分离器/分配器的降膜蒸发器。

在以上中的任一个的另一实施方案中，所述吸热热交换器的入口位于所述分离器/分配器上方。

在以上中的任一个的另一实施方案中，所述吸热热交换器是具有分离器/分配器的溢流式蒸发器。

在以上中的任一个的另一实施方案中，所述吸热热交换器的入口位于所述分离器/分配器下方。

在另一示例性实施方案中，一种操作蒸气压缩系统的方法包括以下步骤：接收信号以启动压缩机的操作，以使流体移动通过所述蒸气压缩系统的具有排热热交换器和吸热热交换器的主流动路径。操作侧通道泵，以从所述吸热热交换器抽吸流体并在蒸气出口端口与液体出口端口之间分离所述流体。在操作所述压缩机之前，将液体从所述液体出口端口引导到所述压缩机中的轴承系统。

在以上中的任一个的另一实施方案中，将蒸气从所述蒸气出口端口引导到所述压缩机的第二级，所述第二级在所述压缩机中的第一级上游。

在以上中的任一个的另一实施方案中，将蒸气从所述蒸气出口端口引导到所述排热热交换器。

在以上中的任一个的另一实施方案中，将所述液体的一部分从所述侧通道泵上的所述液体出口端口引导到所述吸热热交换器。

在以上中的任一个的另一实施方案中，将所述液体的从所述液体出口端口被引导到所述吸热热交换器的所述部分引导到在所述吸热热交换器中的分离器/分配器上方的位置。

在以上中的任一个的另一实施方案中，将所述液体引导到所述轴承系统的所述步骤由控制器来控制。

附图说明

图1是蒸气压缩系统的示意图。

图2是图1的蒸气压缩系统的操作流程图。

具体实施方式

图1示出了蒸气压缩系统20。该图反映了一个特定基线系统的细节。图1示出了与操作状况相关联的流动箭头(以及因此相关联的阀状况)，所述操作状况可对应于起动状况，或大体上对应于在冷凝器58与蒸发器72之间存在低压差的状况。

示例性系统20是致冷器，所述致冷器具有驱动制冷剂的循环流动的压缩机22。示例性压缩机22是具有第一级24和第二级26的两级离心压缩机。第一级24和第二级26的叶轮是共卷绕的，并且由具有定子30和转子32的电动马达28直接地驱动。压缩机22具有支撑一个或多个轴承36的外壳或壳体34，以继而支撑转子32绕其形成压缩机22的中心纵向轴线的中心纵向轴线A旋转。

轴承36是滚动元件轴承，其中滚动元件的一个或多个圆周阵列径向地夹在转子上的内座圈(例如，安装到轴)与外壳上的外座圈(例如，压配合到轴承室)之间。示例性滚动元件包括滚珠、直辊(例如，包括滚针)和锥形辊。示例性轴承是具有钢座圈和陶瓷滚动元件的混合式轴承。示例性陶瓷滚动元件是氮化硅陶瓷球。示例性座圈是52100轴承钢环和高氮CrMo马氏体钢环，包括

N360(来自奥地利Kapfenberg的

EdelstahlGmbH&Co KG的商标)和Cronidur 30(来自德国Essen的Energietechnik Essen GmbH的商标)。

示例性蒸气压缩系统20是基本上无油或润滑剂的系统。因此，它省略了传统的油系统的各种部件，诸如专用油泵、油分离器、储油器等。然而，在整个制冷剂充注量中可包括典型地可用作润滑剂的非常少量的油或其他材料，以提供远超过这种材料预期将提供的基本上不存在的量的润滑的益处。如下面进一步讨论的那样，少量材料可与轴承表面反应以形成保护涂层。因此，即使可省略传统的与油有关的部件，也可能会存在附加的部件以向轴承提供含有少量材料的制冷剂。在下面的讨论中，可使用诸如“富油”等术语。这种术语被理解成用于指定相对于本系统内的其他状况的状况。因此，应用于图1系统中的某个位置的“富油”在传统的系统中可被视为极度缺油或无油。

示例性压缩机22具有整体入口(入口端口或吸入端口)40和整体出口(出口端口或排放端口)42。在示例性配置中，出口42是第二级26的出口。入口40在入口引导叶片阵列44上游，而该入口引导叶片阵列又在第一级入口46上游。第一级出口48通过级间管线(级间)52联接到第二级入口50。虽然示出了仅第一级24的入口引导叶片(IGV)，但是替代实现方式可另外地或可选地具有第二级26的IGV。另一变型是具有入口引导叶片的单级压缩机。

如下面进一步讨论的，附加的制冷剂流可在附加的位置离开和/或进入压缩机22。在正常操作模式下，主制冷剂流动路径54从排放端口42沿排放管线56向下游行进到第一热交换器，诸如冷凝器58。隔离阀57位于管线56中，以用于将压缩机22与冷凝器58隔离。在正常操作模式下，冷凝器58是排热热交换器。示例性冷凝器58是制冷剂-水热交换器，其中制冷剂传递到管束中承载水流(或其他液体)的管。冷凝器58具有一个或多个入口和一个或多个出口。示例性主入口标记为60。示例性主出口标记为62。

膨胀装置64流体地位于冷凝器58的出口62下游。冷凝器出口管线66将出口62和入口68沿主制冷剂流动路径54连接到膨胀装置64。膨胀装置64的出口70通过连接到蒸发器72上的入口76A的管线74A和/或连接到蒸发器72上的入口76B的管线74B流体地联接到第二热交换器，诸如蒸发器72。

在示例性致冷器实施方式中，蒸发器72或“冷却器”是制冷剂-水热交换器，该制冷剂-水热交换器可具有容器和管束构造，其中在正常操作模式下，管束承载被冷却的水或其他液体。为了简化说明，图1省略了细节，包括用于热交换器的水流或其他热传递流体的入口和出口。蒸发器72具有连接到吸入管线80的主出口78，该吸入管线使返回到压缩机22处的入口40的主制冷剂流动路径54完整。

另外，蒸发器72可以是降膜蒸发器或溢流式蒸发器，两者都具有位于蒸发器72的上部部分中的分离器/分配器82。当蒸发器72是降膜蒸发器时，管线74A将会将流体从膨胀装置64引导到在分离器/分配器82上方的入口76A。当蒸发器72是溢流式蒸发器时，管线74B将会将流体从膨胀装置64引导到在分离器/分配器82下方的入口76B。

除了主制冷剂流动路径54之外，蒸气压缩系统20包括轴承润滑流动路径90。轴承润滑流动路径90包括从蒸发器72的底部部分上的出口94延伸到过滤器/干燥器98的管线92。管线100从过滤器/干燥器98将过滤器/干燥器98连接到入口102侧通道泵104。轴承润滑流动路径90能够从蒸发器72移除饱和液体，该蒸发器将通常因使用侧通道泵104而导致压缩机22中的泵气蚀。从蒸发器72移除饱和液体可能是有益的，因为该饱和液体含有可被用于润滑压缩机22中的轴承36的“富油”流体。

在所示的示例中，侧通道泵104包括蒸气出口106，该蒸气出口通过管线108将蒸气引导到第二级入口50，以由压缩机22的第二级26压缩。替代地或另外地，可通过管线114将来自侧通道泵104中的蒸气出口106的蒸气引导回到冷凝器58。侧通道泵104还包括液体出口110，该液体出口通过管线112将“富油”流体引导到轴承36。压缩机22包括至少一个液体排出端口120，该至少一个液体排出端口通过管线112收集送往轴承36的液体并将液体引导回到蒸发器72。如果蒸发器72是如上面所讨论的降膜蒸发器，则至少一个排出端口120与管线74A联接，并且如果蒸发器72是如上面所讨论的溢流式蒸发器，则至少一个排出端口120与管线74B联接。

管线112中的侧通道泵104的排放压力由管线118中的泄压阀116维持。管线118将管线112从侧通道泵104上的液体出口108连接到蒸发器72的在分离器/分配器82上方的顶部部分。通过将液体从侧通道泵104上的液体出口110注入到蒸发器72中的该位置，来自侧通道泵104的液体将为蒸发器72提供附加的冷却能力。

图2示出了操作蒸气压缩系统20的方法200。在操作蒸气压缩系统20之前，控制器150接收信号以启动压缩机22的操作，以使制冷介质移动通过包括冷凝器58和蒸发器72两者的主制冷剂流动路径54。(步骤202)。在操作压缩机22之前，控制器150使侧通道泵104操作达预定时间长度，以预润滑压缩机22中的轴承36。(步骤204)。

由侧通道泵104从蒸发器72抽吸的流体是具有液体和蒸气的混合物的饱和流体。与大多数泵不同，侧通道泵104能够将饱和流体泵送到用于流体的蒸气部分的蒸气出口106或用于流体的液体部分的液体出口110。

由于由侧通道泵104泵送的液体部分因其从蒸发器72中被抽吸的位置而是“富油”的，因此离开液体出口110并行进通过管线112的液体被引导到轴承36。(步骤206)。然后，可以收集被引导到轴承36的液体并将所述液体注入回到在蒸发器72上游和膨胀装置64下游的主制冷剂流动路径54。然后，通过蒸气出口106离开侧通道泵104的蒸气部分可以行进到远程位置，诸如通过管线108行进到压缩机22或通过管线114行进到冷凝器58。(步骤208)。

前面的描述本质上是示例性的而不是限制性的。所公开的示例的变型和修改对本领域的技术人员可变得显而易见，这样的变型和修改不一定脱离本公开的实质。可仅通过研究以下权利要求来确定赋予本公开的法律保护的范围。

Claims (16)

1.一种蒸气压缩系统，所述蒸气压缩系统包括：

压缩机，所述压缩机具有吸入端口和排放端口;

排热热交换器，所述排热热交换器联接到所述排放端口以接收压缩的制冷剂；

吸热热交换器，所述吸热热交换器联接到所述吸入端口；

润滑剂流动路径，所述润滑剂流动路径从所述吸热热交换器通往所述压缩机；以及

侧通道泵，所述侧通道泵位于所述润滑剂流动路径中，

其中所述侧通道泵包括入口，所述入口联接到所述吸热热交换器上的出口，

其特征在于，

所述侧通道泵包括蒸气出口端口和液体出口端口，其中所述蒸气出口端口联接到所述排热热交换器。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述吸热热交换器上的所述出口位于所述吸热热交换器的底部部分中。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述液体出口端口联接到所述压缩机中的轴承。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述压缩机包括至少一个轴承排出端口，所述至少一个轴承排出端口联接到所述吸热热交换器的入口。

5.如权利要求3所述的系统，所述系统包括控制器，所述控制器与所述侧通道泵通信并被配置成响应于所述压缩机的操作状况而启用所述侧通道以引导流体流过所述润滑剂流动路径。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述蒸气出口端口联接到所述压缩机。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述压缩机包括第一级和第二级，并且所述蒸气出口端口联接到所述压缩机的第二级，所述第二级在所述压缩机中的所述第一级上游。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述吸热热交换器是具有分离器/分配器的降膜蒸发器。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述吸热热交换器的入口位于所述分离器/分配器上方。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述吸热热交换器是具有分离器/分配器的溢流式蒸发器。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述吸热热交换器的入口位于所述分离器/分配器下方。

12. 一种操作蒸气压缩系统的方法，所述方法包括以下步骤：

接收信号以启动压缩机的操作，以使流体移动通过所述蒸气压缩系统的具有排热热交换器和吸热热交换器的主流动路径；并且

操作侧通道泵，以从所述吸热热交换器抽吸流体；

其特征在于：

在所述侧通道泵的蒸气出口端口与液体出口端口之间分离所述流体；

在操作所述压缩机之前，将液体从所述液体出口端口引导到所述压缩机中的轴承系统；以及

将蒸气从所述蒸气出口端口引导到所述排热热交换器。

13.如权利要求12所述的方法，所述方法包括将蒸气从所述蒸气出口端口引导到所述压缩机的第二级，所述第二级在所述压缩机中的第一级上游。

14.如权利要求12所述的方法，所述方法包括将所述液体的一部分从所述侧通道泵上的所述液体出口端口引导到所述吸热热交换器。

15.如权利要求14所述的方法，其中将所述液体的从所述液体出口端口被引导到所述吸热热交换器的所述部分引导到在所述吸热热交换器中的分离器/分配器上方的位置。

16.如权利要求12所述的方法，其中将所述液体引导到所述轴承系统的所述步骤由控制器来控制。

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