CN114207286A - 轴流式和下游压缩机组件 - Google Patents

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Abstract

一种制冷剂压缩机组件(20A,20B,20C)包括轴流式压缩机(22B,22C,22)，轴流式压缩机(22B,22C,22)包括至少一个轴向级。下游压缩机(24)流体地位于轴流式压缩机(22B,22C,22)的下游，并且包括混合流叶轮(46)或离心式叶轮(96)的其中一个。至少一个马达(26,27)与轴流式压缩机(22B,22C,22)和下游压缩机(24)的至少其中一个成驱动接合。

Description

轴流式和下游压缩机组件
相关申请的交叉引用
此申请要求美国临时申请第62/883,775号的优先权，其于2019年8月7日提交并且通过引用结合在此处。
背景技术
本公开在此总体涉及压缩机组件，且更特别地，涉及用于制冷系统的轴流式压缩机和下游压缩机。
旋转机械，比方说压缩机，常用于制冷和涡轮应用中。用于制冷系统中的旋转机械的一个示例包括具有固定到旋转轴的叶轮的离心式压缩机。叶轮的旋转增加越过叶轮的流体或气体的压力和/或速度。但是，其他类型的压缩机也用在制冷系统中。
发明内容
在一个示例性实施例中，制冷剂压缩机组件包括轴流式压缩机，该轴流式压缩机包括至少一个轴向级。下游压缩机流体地位于轴流式压缩机的下游，并且包括混合流叶轮或离心式叶轮的其中一个。至少一个马达与轴流式压缩机和下游压缩机的至少其中一个成驱动接合。
在任意上述的另一个实施例中，至少一个轴向级是包括转子和定子的有导叶级。
在任意上述的另一个实施例中，轴流式压缩机包括至少一个轴向级。
在任意上述的另一个实施例中，传动装置机械地连接至少一个轴向级和至少一个马达。
在任意上述的另一个实施例中，至少一个轴向级包括位于第二无导叶级的直接上游的第一无导叶级。
在任意上述的另一个实施例中，第一无导叶级构造成沿第一旋转方向旋转。第二无导叶级构造成沿第二旋转方向旋转。
在任意上述的另一个实施例中，该至少一个马达包括用于驱动第一无导叶级的第一马达，和用于驱动第二无导叶级的第二马达。
在任意上述的另一个实施例中，第二马达驱动下游压缩机。
在任意上述的另一个实施例中，下游压缩机是混合流压缩机。混合流叶轮包括轮毂和从轮毂向外延伸的多个叶轮叶片。
在任意上述的另一个实施例中，混合流压缩机包括在混合流叶轮下游的扩散器。
在任意上述的另一个实施例中，扩散器包括至少一排周向地隔开的扩散器导叶。
在任意上述的另一个实施例中，扩散器包括第一排周向地隔开的扩散器导叶。第二排周向地隔开的扩散器导叶轴向地位于第一排周向地隔开的扩散器导叶的下游。
在另一个示例性实施例中，一种操作制冷剂压缩机组件的方法包括用轴流式压缩机压缩制冷剂的步骤，轴流式压缩机包括至少一个轴向级。制冷剂用流体地位于轴流式压缩机下游的下游压缩机压缩。下游压缩机包括混合流叶轮或离心式叶轮的其中一个。
在任意上述的另一个实施例中，轴流式压缩机至少包括第一无导叶级和第二无导叶级。
在任意上述的另一个实施例中，该方法包括用第一马达沿第一旋转方向驱动第一无导叶级。第二无导叶级用第二马达沿第二旋转方向驱动。
在任意上述的另一个实施例中，下游压缩机由第二马达驱动。
在任意上述的另一个实施例中，下游压缩机是混合流压缩机。离开混合流叶轮的制冷剂用扩散器扩散。
在任意上述的另一个实施例中，扩散器包括至少一排周向地隔开的扩散器导叶。
在任意上述的另一个实施例中，至少一个轴向级的第一轴向级以1.2到2.0的压力比压缩制冷剂。
在任意上述的另一个实施例中，下游压缩机以2.0到6.5的压力比压缩制冷剂。
附图说明
图1A示意性地图示了用来用在制冷系统中的一个示例压缩组件。
图1B示意性地图示了用来用在制冷系统中的另一个示例压缩组件。
图1C示意性地图示了用来用在制冷系统中的又另一个示例压缩组件。
图2A示意性地图示了用来与图1A的压缩机组件一起使用的示例轴流式压缩机。
图2B示意性地图示了用来与图1B的压缩机组件一起使用的示例轴流式压缩机。
图2C示意性地图示了用来与图1C的压缩机组件一起使用的另一个示例轴流式压缩机。
图3图示了一个示例混合流压缩机。
图4A图示了图3的混合流压缩机的叶轮的前透视图。
图4B是图4A的叶轮的横截面视图。
图5图示了图4的混合流压缩机中的示例扩散器。
图6图示了一个示例离心式压缩机。
具体实施方式
图1A示意性地图示了用来用在制冷系统中的一个示例压缩机组件20A。在图示的示例中，压缩机组件20A包括流体地在下游压缩机24（比方说混合流压缩机或离心式压缩机）的上游的轴流式压缩机22。马达26通过驱动轴28直接驱动下游压缩机24，并且马达26通过连接至传动装置30的驱动轴28驱动轴流式压缩机22。特别地，传动装置30包括连接至驱动轴28的输入和连接至轴向驱动轴32的输出，轴向驱动轴32机械地联接至轴流式压缩机22。但是，驱动轴28可以直接驱动轴流式压缩机22而不使用传动装置30，使得轴流式压缩机22和下游压缩机24沿相同的方向并且以相同的速度旋转。
在压缩机组件20A的运行期间，制冷剂R被抽入轴流式压缩机22上的入口34。一旦制冷剂R被轴流式压缩机22压缩，制冷剂R就行进穿过轴流式压缩机22上的出口36。制冷剂R从出口36被引向下游压缩机24上的入口38，在那里制冷剂R在通过下游压缩机24上的出口40被排出之前在下游压缩机24中被进一步压缩。在图示的示例中，轴流式压缩机22包括每级1.2到2.0的压力比，并且下游压缩机24包括2.0到6.5的压力比。轴流式压缩机可包括如以下关于图2A和2B所述的有导叶级或如以下关于图2C所述的无导叶级，有导叶级具有形成单个级的转子和定子，无导叶级没有分隔相邻转子的定子。
图1B图示了除了以下所述或附图中所示之处之外类似于压缩机组件20A的另一个示例压缩机组件20B。压缩机组件20B包括独立于马达26驱动轴流式压缩机22B的马达27，马达26驱动下游压缩机24。在图示的示例中，马达27转动驱动轴29，驱动轴29机械地联接至轴流式压缩机22B。
在压缩机组件20B的运行期间，制冷剂R被抽入轴流式压缩机22B上的入口34。一旦制冷剂R被轴流式压缩机22B压缩，制冷剂R就行进穿过轴流式压缩机22B上的出口36。制冷剂R从出口36被引向下游压缩机24上的入口38，在那里制冷剂R在通过下游压缩机24上的出口40被排出之前在下游压缩机24中被压缩。
图1C图示了除了以下所述或附图中所示之处之外类似于压缩机组件20B的另一个示例压缩机组件20C。压缩机组件20C包括用于通过驱动轴29驱动轴流式压缩机22C中的上游级50C的马达27，同时马达26驱动轴流式压缩机22C的下游级54C，并通过驱动轴28（图2C）和马达26驱动下游压缩机24。在图示的示例中，驱动轴29和驱动轴28可以沿相反的方向旋转。
在压缩机组件20A的运行期间，制冷剂R被抽入轴流式压缩机22C上的入口34。一旦制冷剂R被轴流式压缩机22C压缩，制冷剂R就行进穿过轴流式压缩机22C上的出口36。制冷剂R从出口36被引向下游压缩机24上的入口38，在那里制冷剂R在通过下游压缩机24上的出口40被排出之前在下游压缩机24中被压缩。
图2A图示了轴流式压缩机22的一个示例构造，其具有图1A中所示的传动装置30。如图2A中所示，轴流式压缩机22包括第一有导叶级50和第二有导叶级54。第一有导叶级50包括限定转子的一组周向地隔开的转子叶片52，和限定定子的一组周向地隔开的导叶60。第二有导叶级54包括限定转子的一组周向地隔开的转子叶片56，和限定定子的一组周向地隔开的导叶64。尽管图示的示例示出了两个有导叶级50，54，但轴流式压缩机22可包括单个有导叶级或者多于两个有导叶级，比方说三到五个级。
在图示的示例中，传动装置30可反转驱动轴28的旋转方向和/或改变驱动轴28的旋转速度，使得驱动轴28和轴向驱动轴32沿相同或相反的方向以相等或不同的速度旋转。在一个示例中，传动装置30是等比传动装置，且在另一个示例中，传动装置30是变速比传动装置。但是，如上所述，传动装置30可以被消除，使得驱动轴28直接驱动轴流式压缩机22而没有轴向驱动轴32。
在图示示例中，转子叶片52位于入口34处，而导叶64位于出口36处。轴向驱动轴32接合第一和第二有导叶级50，54来沿相同的旋转方向并且以相同的速度围绕旋转轴线A驱动转子叶片52，56。另外，轴流式压缩机22的旋转轴线A与驱动轴28的旋转轴线X1同轴。但是，旋转轴线A和旋转轴线X1可以平行而不同轴，或者旋转轴线A可以横向于旋转轴线X1。
图2B图示了位于压缩机组件20B中的轴流式压缩机22B和位于轴流式压缩机22B的上游侧上的马达27。在图示的示例中，马达27使驱动轴29围绕旋转轴线X2旋转，以独立于驱动下游压缩机24的马达26驱动轴流式压缩机22B。
图2C图示了除了以下所述或附图中所示之处之外类似于轴流式压缩机22的轴流式压缩机22C的另一个示例构造。轴流式压缩机22C包括第一无导叶级50C和第二无导叶级54C，第一无导叶级50C具有一组周向地隔开的转子叶片52C，第二无导叶级54C具有一组周向地隔开的转子叶片56C。第一无导叶级50C紧邻第二无导叶级54C，使得当制冷剂R通过转子叶片52C时，制冷剂R将立即抵达转子叶片56C。另外，第一和第二无导叶级50C，54C沿相反的旋转方向旋转，且第一无导叶级50C由马达27通过驱动轴29驱动，而第二无导叶级54C由马达26通过驱动轴28驱动。轴流式压缩机22C也可包含多于两个无导叶级。
图3图示了下游压缩机24的一个示例，比方说附接至马达26的混合流压缩机24A。在图示示例中，混合流压缩机24A包括主壳体或外壳42，其至少部分地限定进入混合流压缩机24A用于接纳制冷剂的入口38，和用于从混合流压缩机24A排放制冷剂R的出口40。混合流压缩机24A通过使在入口38直接下游的混合流叶轮46旋转而将制冷剂R抽向入口38。叶轮46然后将制冷剂R引向轴向地位于叶轮46下游的扩散器段44。
扩散器段44包括带有轮毂65的扩散器45（图5），轮毂65有从轮毂65的径向外表面径向地向外延伸的第一排周向导叶66和第二排导叶68。轮毂65与外壳42的一部分形成流体通道70，以在制冷剂R被从轴向方向向外朝向混合流压缩机24A的出口40重新引向径向方向之前，将制冷剂R引入蜗壳72。
混合流压缩机24A由连接至叶轮46的马达26驱动。在图示的示例中，马达26包括附接至外壳42的一部分的定子74，定子74包围附接至驱动轴28的转子76。驱动轴28构造成围绕旋转轴线X1旋转。旋转轴线X1对叶轮46、转子76以及驱动轴28是公共的，并且与延伸穿过外壳42的中心纵向轴线相同。
如图4A和4B中所示，叶轮46包括具有前侧80和后侧82的轮毂或主体78。如示出的那样，主体78的前侧80的直径通常朝向后侧82增加，使得叶轮46形状上通常是锥形的。多个叶片84相对于旋转轴线X1从主体78径向地向外延伸。多个叶片84的每一个都对于驱动轴28的旋转轴线X1布置成一角度。在一个示例中，每个叶片84都在叶轮46的前侧80和后侧82之间延伸。如示出的那样，每个叶片84都包括邻近前侧80的上游端86和邻近后侧82的下游端88。另外，叶片84的下游端88从叶片84的对应上游端86周向地偏移。
在相邻叶片84之间限定了多个通道90来通常平行于轴线X1越过叶轮46排放流体。在叶轮46旋转时，流体沿大致轴向方向接近叶轮46的前侧80并且流过限定在相邻叶片84之间的通道90。由于通道90具有轴向和径向组成部分，提供给叶轮46的前侧80的轴向流同时既平行于驱动轴28的轴线X1又周向地围绕驱动轴28的轴线X1移动。组合起来，外壳42的内表面92（图4中所示）和叶轮46的通道90配合而将压缩的制冷剂R从叶轮46排向扩散器段44。在一个示例中，压缩的制冷剂从叶轮46以相对于驱动轴28的轴线X1的角度排入扩散器段44。
图6图示了下游压缩机24的另一个示例，比方说离心式压缩机24B。如示出的那样，离心式压缩机24B包括主壳体94，主壳体94具有入口38，入口38引导制冷剂R通过一系列可调节的入口引导导叶98进入旋转的离心式叶轮96。叶轮96通过任何合适的装置紧固至驱动轴28，以沿着离心式压缩机24B的轴线X1对齐叶轮96，并由马达26驱动。叶轮96具有形成在其中的多个通道100，其导致制冷剂的进入轴向流转入径向方向，并且排入邻近的扩散器段102。扩散器段102通常围绕叶轮96周向地设置，并且起作用来将压缩的制冷剂R引入出口40。
尽管不同的非限制性示例图示为具有特定的部件，但此公开的示例不限于那些特定的组合。可以组合来自任何其他非限制示例的特征或部件而使用来自任何非限制性示例的其中一些部件或特征。
应该理解的是贯穿若干附图相似的参考标号标示对应或者相似的元件。应该理解的是尽管在这些示例性示例中公开并图示了特定的部件布置，但其他的布置也可以受益于此公开的教导。
前述描述应解释为说明性的并且不以任何限制性的意义解释。本领域普通技术人员将理解某些变更可落入此公开的范围内。由于这些原因，应研究以下权利要求书来确定此公开的真实范围和内容。

Claims (20)

1.一种制冷剂压缩机组件，包括：
轴流式压缩机，其包括至少一个轴向级；
下游压缩机，其流体地位于所述轴流式压缩机的下游，并且包括混合流叶轮或离心式叶轮的其中一个；以及
至少一个马达，其与所述轴流式压缩机和所述下游压缩机的至少其中一个成驱动接合。
2.如权利要求1所述的组件，其中，所述至少一个轴向级是包括转子和定子的有导叶级。
3.如权利要求2所述的组件，其中，所述轴流式压缩机包括至少一个轴向级。
4.如权利要求2所述的组件，还包括传动装置，所述传动装置机械地连接所述至少一个轴向级和所述至少一个马达。
5.如权利要求1所述的组件，其中，所述至少一个轴向级包括位于第二无导叶级的直接上游的第一无导叶级。
6.如权利要求5所述的组件，其中，所述第一无导叶级构造成沿第一旋转方向旋转，且所述第二无导叶级构造成沿第二旋转方向旋转。
7.如权利要求6所述的组件，其中，至少一个马达包括用于驱动所述第一无导叶级的第一马达，和用于驱动所述第二无导叶级的第二马达。
8.如权利要求7所述的组件，其中，所述第二马达驱动所述下游压缩机。
9.如权利要求1所述的组件，其中，所述下游压缩机是混合流压缩机，且所述混合流叶轮包括轮毂和从所述轮毂向外延伸的多个叶轮叶片。
10.如权利要求9所述的组件，其中，所述混合流压缩机包括在所述混合流叶轮下游的扩散器。
11.如权利要求10所述的组件，其中，所述扩散器包括至少一排周向地隔开的扩散器导叶。
12.如权利要求10所述的组件，其中，所述扩散器包括第一排周向地隔开的扩散器导叶，和轴向地位于所述第一排周向地隔开的扩散器导叶下游的第二排周向地隔开的扩散器导叶。
13.一种操作制冷剂压缩机组件的方法，包括如下步骤：
用包括至少一个轴向级的轴流式压缩机压缩制冷剂；以及
用下游压缩机压缩所述制冷剂，所述下游压缩机流体地位于所述轴流式压缩机的下游，并且所述下游压缩机包括混合流叶轮或离心式叶轮的其中一个。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述轴流式压缩机至少包括第一无导叶级和第二无导叶级。
15.如权利要求14所述的方法，还包括用第一马达沿第一旋转方向驱动所述第一无导叶级，以及用第二马达沿第二旋转方向驱动所述第二无导叶级。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述下游压缩机由所述第二马达驱动。
17.如权利要求13所述的方法，其中，所述下游压缩机是混合流压缩机，并且离开所述混合流叶轮的所述制冷剂用扩散器扩散。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述扩散器包括至少一排周向地隔开的扩散器导叶。
19.如权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个轴向级的第一轴向级以1.2到2.0的压力比压缩所述制冷剂。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述下游压缩机以2.0到6.5的压力比压缩所述制冷剂。
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