CN111954762A - 用于控制制冷设备中的至少一个径流式风机的方法以及径流式风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制制冷设备(1)中的至少一个径流式风机(11)的方法，在所述方法中，所述径流式风机(11)包括壳体(21)，在所述壳体中以旋转的方式支承有轴(17)，所述轴在一端接收压缩机(27)的至少一个叶轮(16、26)，所述压缩机固定在所述壳体(21)上，并且所述壳体(21)包括至少一个径向轴承(22、23)和至少一个轴向气体轴承(31)，所述轴(17)通过所述轴承以旋转的方式支承在所述壳体(21)中，并且所述径流式风机具有由转子(18)和定子(19)驱动的马达(20)，所述马达驱动所述轴(17)，其中，利用配属于所述轴(17)的至少一个振动计(61、64)来检测所述轴(17)的运行点并将所述运行点传送给用于求取所述径流式风机(11)的运行状态的控制装置(71)。

Description

用于控制制冷设备中的至少一个径流式风机的方法以及径流 式风机

技术领域

本发明涉及一种用于控制制冷设备中的至少一个径流式风机的方法以及一种制冷设备。

背景技术

由DE 10 2010 001 538 A1已知一种用于气体激光器的径流式风机。这种径流式风机在第一径向轴承和第二径向轴承、尤其径向气体轴承之间包括由转子和定子构成的马达。在径流式风机的壳体中的、由马达旋转式驱动的轴上设置有叶轮，以使激光器组件的激光器气体翻转。该径流式风机还包括轴向气体轴承，该轴向气体轴承远离叶轮地定位，其中，马达以直接与其相邻地布置的第一径向轴承和第二径向轴承定位在轴向气体轴承和叶轮之间。通过壳体中的通道将压力介质输送给径向气体轴承和轴向气体轴承，以便构成动液式支承。

这种径流式风机也适合于集成到制冷设备中。当运行制冷设备、尤其一个或多个径流式风机时，需要监控径流式风机的运行点。由于环境温度不断变化、要冷却的热量和制冷设备的所需温度，这种制冷设备的运行点不断变化。这些变化会对径流式风机产生影响。或者可能发生径流式风机过载并因此发生损坏，或者未最优地充分利用运行区域。

由DE 10 2013 102 648 A1已知一种具有对电动机轴承的功能监控的电动机。该电动机包括定子以及马达壳体和振动传感器，该定子具有在轴承组件中相对于该定子可旋转地支承的转子，该振动传感器用于接收在电动机中出现的、由轴承组件的功能故障引起的振动。

由DE 10 2006 011 613 A1已知一种具有轴向推力补偿装置的单级回转泵，其中，在回转泵的壳体中以旋转的方式布置有与轴连接的叶轮。布置在叶轮和壳体之间的至少一个开口环密封件形成卸载空间，其中，该卸载空间利用传递压力的连接件衔接到回转泵的压力区域上。在轴和壳体之间布置有轴密封件。该轴设有至少一个接收轴向力的滚动轴承。

由DE 43 27 506 A1已知一种涡轮真空泵。该涡轮真空泵具有壳体，该壳体设置有抽吸开口和输送开口。布置在壳体中的真空泵对通过抽吸开口所抽吸的气体进行压缩，该气体通过输送开口被排出。还设置有一种用于驱动真空泵的马达。

发明内容

本发明所基于的任务是，提出一种用于控制制冷设备中的至少一个径流式风机的方法以及一种径流式风机，由此达到径流式风机的能量效率最大值并因此达到制冷设备的能量效率最大值。

该任务通过一种用于控制制冷设备中的至少一个径流式风机的方法来解决，在该方法中，该径流式风机包括壳体，在该壳体中以旋转的方式支承有轴，该轴在一端接收压缩机的至少一个叶轮，该压缩机固定在壳体上并且包括至少一个径向轴承和至少一个轴向气体轴承，所述轴通过这些轴承以旋转的方式支承在壳体中，并且该径流式风机具有由转子和定子驱动的马达，其中，该马达设置在第一径向轴承和第二径向轴承之间，其中，利用配属于所述轴的至少一个振动计来检测所述轴的运行点，并将所述运行点传送给用于求取径流式风机的运行状态的控制装置。通过监控所述轴，可以检测径流式风机的当前运行状态并同时也可以监控临界的运行状态，通过所述轴来驱动径流式风机的至少一个叶轮并且由于被至少一个叶轮加速的和/或压缩的压力介质或制冷剂而实现了冷却。通过直接监控所述轴，可以基于当前检测到的运行状况实现相应的操控，以便一方面防止超过径流式风机的临界运行状态或者极限值并且另一方面操控优化的效率值。

优选地，通过径流式风机的控制装置来检测临界的极限值，并且通过径流式风机本身的控制装置或者可选地通过制冷设备的控制装置来防止超过极限值。在此，所述控制装置可以如下进行干预：马达在其操控方面在转速上被限制或降低，以便在临界的极限值以下旋转式驱动所述轴。

另外，优选在制冷设备中设置多个径流式风机的情况下，通过相应的至少一个振动计检测运行点、将径流式风机的相应的运行点相互比较并将相应的运行点调设到相应径流式风机的最大能量效率。这种操控和监控的优点在于，用于径流式风机的相应控制装置自主地执行检控，用于达到能量效率最大值，也就是说，每个径流式风机可以彼此独立地以其自身的能量效率最大值工作，并且因此总体上实现制冷设备的优化效率。这导致，能够以用于制冷设备的被调节(geregelt)的最小能量来运行由多个径流式风机构成的复合机构。与此无关地，优选地保持了每个单个径流式风机在其临界的极限值方面的自我保护功能。

在制冷设备中设置有多个径流式风机的情况下，这些鼓风机优选利用数据线路相互连接成网络。尤其地，设置有总线系统。由此可以实现单个运行点的快速通信和彼此交换。

此外，优选在制冷设备中设置有多个径流式风机的情况下，径流式风机中的一个作为主机(Master)运行，并且另外的径流式风机作为从机(Slave)运行。由此，由主机基于其现有的测量值分别相应地接通作为从机运行的另外的径流式风机，使得径流式风机的这种复合机构以被调节的最小能量水平工作。

该方法的另一有利的实施方式设置，持久地评估由振动计检测到的信号。由此可以实现完整的检控和监控。

本发明所基于的任务还通过一种径流式风机来解决，该径流式风机包括壳体，在该壳体中以旋转的方式支承有轴，该轴在一端接收压缩机的至少一个叶轮，该压缩机固定在该壳体上，并且该径流式风机具有至少一个径向轴承和至少一个轴向气体轴承，所述轴通过所述轴承以旋转的方式支承在壳体上，其中，所述轴由具有转子和定子的马达驱动，其中，设置有配属于所述轴的至少一个振动计。通过直接在所述轴上求取运行点，可以精确地检测径流式风机的运行状态。由此，可以立即识别出临界的运行点或超过了轴承和/或径流式风机的极限值并抵抗它们。由振动计检测到的数据被传送给用于径流式风机的控制装置。

根据径流式风机的第一实施方式，振动计径向于所述轴定向。由此，可以在所述轴旋转时求取出现的振动。所述轴的临界运行状态可以通过振动计信号的频率和/或振幅来限定。

径流式风机的另一有利的构型设置，至少一个振动计在马达的转子和与所述马达相邻地设置的径向轴承或轴向气体轴承之间配属于所述轴。由此，可以在产生轴的旋转运动之后紧接着检测临界运行状态。

此外，可以在所述轴的端侧端部上设置振动计。由此，可以附加地进行监控或者说检测另外的参数，以便评估临界运行状态。

至少一个振动计优选地定位在壳体开口中，使得该振动计直接配属于所述轴。振动计优选以压力介质密封的方式设置在壳体开口中。由此，一方面可以动液式地驱动与压缩机相邻地布置的径向气体轴承和/或轴向气体轴承并且另一方面可以直接检测所述轴。

附图说明

下面参照附图中所示的示例详细地描述和解释本发明及其进一步的有利实施方式及扩展方案。从说明书和附图中得出的特征可以根据本发明单独地或多个地以任何组合来应用。附图示出：

图1径流式风机的示意性截面视图，

图2与压缩机相邻的轴向气体轴承的示意性放大视图，和

图3制冷设备的示意性视图。

具体实施方式

在图1中，示出了径流式风机11的示意性截面图。通过该径流式风机11，制冷剂被压缩机27的至少一个叶轮16、26在径向上加速，并被偏转到制冷设备1的线路中，该制冷设备示例性地在图3中示出。

通过该径流式风机11，冷却介质被压缩机27的至少一个叶轮16、26在径向上加速并经压缩地被引导到制冷设备1的压缩侧的气体压力线路75中(图3)。叶轮16、26位于轴17上，该轴在马达壳体21的中央区域中被马达20驱动。该马达20由与轴17连接的转子18和固定在马达壳体21上的定子19组成。从轴17看去布置在叶轮16、26以外的区域形成鼓风机的压力侧。在轴17的上部区域和下部区域中分别布置有径向轴承22、23，尤其是下部径向气体轴承22和上部径向气体轴承23。这些径向气体轴承22、23包括被称为径向定子24的稳定的轴承面。此外，轴17在径向气体轴承22、23的区域中包括旋转轴承面25。用于气体轴承的压力介质有利地是冷却介质。在压缩机27的叶轮16和下部径向气体轴承22之间设置有轴向气体轴承31。该轴向气体轴承31包括旋转盘32并且与盘32相邻地或者说在该盘的上侧和下侧包括轴向定子34，所述轴向定子分别具有稳定的轴承面35。盘32包括与稳定的轴承面35对置的旋转轴承面36。在轴向气体轴承31和叶轮16之间，与制冷设备1的压缩侧连接的通道41引导到叶轮16下方。通过该通道41，处于压力下的冷却介质在气态下被引导到叶轮16下方，以保护轴向气体轴承31以防颗粒进入。

径向气体轴承22的旋转轴承面25和/或轴向气体轴承31的旋转轴承面36优选具有包括凹槽的表面。优选地设置有鱼骨形图案。这种凹槽或表面凹陷优选地利用超短脉冲激光器、尤其是皮秒激光器引入。这使得能够以非常短的加工时间来进行加工。另外，该加工步骤无需后处理并且满足对精确构型的高要求。通过微秒范围内的非常短的激光脉冲引起材料的直接纯化。由此可以设置对这些凹槽的无后处理的、尤其是无毛刺的制造。尤其地，使用离子束方法。替代地，也可以设置微切削。

径流式风机11在制冷设备1中的安装状况下竖直地定向。在此，压缩机27向下定向，并且马达壳体21竖直向上定向。径流式风机11可以有利地直接布置在满溢的蒸发器66上方，使得在制冷设备1处于静止状态时可能出现的冷凝物向下流回到蒸发器66中。

在图2中示出轴向气体轴承31的示意性放大视图以及压缩机27到径流式风机11的马达壳体21上的连接。在不使用迷宫式密封件或类似物的情况下实现压缩机27及其壳体52到径流式风机11的马达壳体21上的连接。经由通道41对处于压力下的冷却介质的输送被用于防止颗粒进入到轴向气体轴承31中。轴向气体轴承31本身在定子34的轴承面35与旋转盘32的轴承面36之间具有如此狭窄的间隙，使得由轴向气体轴承31本身在壳体21中的转子空间46与压缩机27中的气体空间49之间形成密封。在径向方向上观察，在马达壳体21中的通孔47与支承在该马达壳体中的轴17之间形成转子空间46。在马达壳体21的壳体区段51或者说压缩机27的壳体52与叶轮16之间形成气体空间49。压缩机27的壳体52优选地包围壳体区段51并且在该壳体区段51之外与马达壳体21固定连接。

在马达壳体21上，设置有用于处于压力下的冷却介质的压力接头54，该冷却介质被输送给通道41。在转子空间46和气体空间49彼此邻接的区域中，冷却介质主要向着气体空间49的方向流动，气体流在相反方向上被轴向轴承31挡住，该轴向轴承密封转子空间46。

因此，通过这种布置可以在压缩机27的压力侧与马达壳体21之间实现密封。压缩机27优选地构造为多级压缩机或涡轮压缩机。叶轮26形成第一级，并且叶轮16形成第二级。尤其地，可以在压缩机27的第二级的或者说叶轮16的压力侧与径流式风机11的马达壳体21之间实现密封。因此，可以在马达壳体中调设比在压缩机27的压力侧上更低的压力，由此防止冷却介质在径向轴承22、23中冷凝。此外，压力接头54优选可以具有过滤元件。该过滤元件使得没有颗粒进入到压缩机27和/或轴向气体轴承31中。

该径流式风机11还可在轴向气体轴承31的区域中或与轴向定子34邻接地或在两个轴向定子34之间具有加热装置56。这种加热装置56用于将轴向气体轴承31加热到高于冷却介质在施加压力情况下的露点的温度。由此防止冷却介质冷凝。这种加热装置56可以构造为电驱动的加热器，例如由电阻加热元件或PTC元件构造。

优选地在马达20与下部径向气体轴承22之间设置有配属于轴17的振动计61。该振动计61是用于量化机械振动的测量器具。这种振动计61可以用于测量振动频率和振动幅度。例如，可以使用所谓的激光多普勒振动计。该振动计61被置入到马达壳体21的壳体开口62中并且优选地以压力密封的方式布置。这例如可以借助于O形环密封件63来实现。由此，可以保持转子空间46中的压力，用于径向气体轴承和轴向气体轴承22、23、31的动液式运行。振动计61的测量面切向于轴17的周面定向。在此，测量面有利地也可以位于包围径向气体轴承22、23的轴承套筒上。在径流式风机11运行期间，可以通过振动计61持久地检测频率和振幅，并将该频率和振幅传送给径流式风机的或制冷设备的控制装置71。由此，可以求取当前的运行点或者说径流式风机11的在冷却期间占主导的运行点。也可以同时与极限值进行比较。这样的极限值可以是临界运行状态，在该临界运行状态中，预期会损坏径流式风机的一个或多个轴承或其他部件。尤其是在以下情况下：马达壳体21中的轴17或压缩机27中的叶轮16、26被卡住。

替代地，也可以补充地在马达20和上部径向气体轴承23之间设置振动计61。

为了附加地监控径流式风机11的运行状态，可以设置另外的振动计64，该另外的振动计定位在轴17的旋转轴线处并且关于测量面指向轴17的端侧端部。由此，也能够以检测的方式评估在旋转式驱动轴17时的偏心率。

该附加的振动计64类似于振动计61地又以介质密封的方式定位在壳体盖65中。

在图3中示出制冷设备1的示意性视图。该制冷设备1仅是示例性的并且尤其按照蒸发潜热原理工作。在蒸发器66中存在制冷剂。从环境中提取使制冷剂蒸发所需的能量或者说热量。制冷剂吸收该能量并转变为气态。气态的制冷剂通过线路67被输送给一个径流式风机或根据该实施例被输送给多个径流式风机11，这些径流式风机分别具有压缩机27。制冷剂被压缩到高于压缩机11上游的入口压力的高压和高于入口温度的高温。然后将制冷剂输送给液化器或者说冷凝器68。在该液化器中，制冷剂通过冷却液化。然后将制冷剂以高压引导通过节流机构、尤其膨胀阀69。制冷剂膨胀或者说转化为低压，并且可以在液态下被输送给蒸发器66，以便再次从环境中提取热量。制冷设备1是闭合的制冷回路。

为了操控单个径流式风机11，设置有制冷设备1的控制装置71，通过该控制装置可操控单个径流式风机11。径流式风机11优选地分别通过总线系统72与控制装置71连接。压缩机控制装置或者说径流式风机控制装置优选地按照主-从原理工作。主功能配属于径流式风机11中的一个。其他径流式风机11作为复合机构中的所谓的从机来运行。控制装置71从主机获取径流式风机的传感器的测量值。基于这些获取的或现有的测量值，另外的径流式风机分别被接通，从而径流式风机11的复合机构以被调节的最小能量水平运行。在此，保留每个单个径流式风机11的保护功能。

为了在制冷设备1中实现径流式风机11的可靠运行区域，在控制装置71中使用控制技术和调节技术的算法用于操控径流式风机11，从而能够对于相应径流式风机11不出现临界运行点。此外，径流式风机11也可以通过总线系统72相互通信，以便基于径流式风机11本身中存在的测量值、尤其基于主径流式风机11中存在的测量值自主地实现检控，用于达到能量效率最大值。

Claims (11)

1.一种用于控制制冷设备(1)中的至少一个径流式风机(11)的方法，在所述方法中，所述径流式风机(11)包括壳体(21)，在所述壳体中以旋转的方式支承有轴(17)，所述轴在一端接收压缩机(27)的至少一个叶轮(16、26)，所述压缩机固定在所述壳体(21)上，并且所述壳体(21)包括至少一个径向轴承(22、23)和至少一个轴向气体轴承(31)，所述轴(17)通过所述轴承以旋转的方式支承在所述壳体(21)中，并且所述径流式风机具有由转子(18)和定子(19)驱动的马达(20)，所述马达驱动所述轴(17)，其特征在于，利用配属于所述轴(17)的至少一个振动计(61、64)来检测所述轴(17)的运行点并将所述运行点传送给用于求取所述径流式风机(11)的运行状态的控制装置(71)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述径流式风机(11)的控制装置(71)识别临界的极限值，并且通过所述径流式风机(11)本身的控制装置(71)或者可选地通过所述制冷设备的控制装置(71)防止超过所述极限值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由设置在所述制冷设备中的多个径流式风机(11)通过相应的至少一个振动计(61、64)检测运行点，并且将相应的运行点相互比较并且调设到相应的径流式风机(11)的最大能量效率。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，利用由数据线路构成的网络、尤其总线系统将所述制冷设备中的多个径流式风机(11)彼此连接，用于数据交换。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述径流式风机(11)中的一个作为主机运行，并且另外的径流式风机(11)作为从机运行。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，持久地评估由所述振动计(61、64)检测到的信号，并且持续地监控相应的径流式风机(11)。

7.一种径流式风机，其尤其用于制冷设备(1)，所述径流式风机具有：

-壳体(21)，在所述壳体中以旋转的方式支承有轴(17)，所述轴在一端接收压缩机(27)的至少一个叶轮(16、26)，所述压缩机固定在所述壳体(21)上；

-至少一个径向轴承(22、23)和至少一个轴向气体轴承(31)，所述轴(17)通过所述轴承以旋转的方式支承在所述壳体(21)上；

-由转子(18)和定子(19)驱动的马达(20)，所述马达驱动所述轴(17)，

其特征在于，

-设置有配属于所述轴(17)的至少一个振动计(61、64)。

8.根据权利要求7所述的径流式风机，其特征在于，所述振动计(61)径向于所述轴(17)定向。

9.根据权利要求7或8所述的径流式风机，其特征在于，所述至少一个振动计(61、64)在所述马达(20)的转子(18)和与所述马达相邻地设置的径向轴承(22、23)或轴向气体轴承(31)之间配属于所述轴(17)。

10.根据权利要求7所述的径流式风机，其特征在于，另外的振动计(64)配属于所述轴(17)的端侧端部。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的径流式风机，其特征在于，所述至少一个振动计(61、64)定位在所述壳体(21)的壳体开口(62)中并且以压力介质密封的方式设置在所述壳体开口(62)中。

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