CN114651131A - 用于混合流压缩机的主动卸载装置 - Google Patents

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Abstract

一种根据本发明示例方面的压缩机，包括：混合压缩级，该混合压缩级有沿主流动通路布置的轴向和径向分量；以及径向压缩级，该径向压缩级有叶轮，该叶轮有在混合压缩级下游布置于主流动通路中的多个叶片。叶轮设置成绕轴线旋转，并有在叶片下游的出口。可运动扩压器布置在出口处，且该可运动扩压器设置成改变出口的面积。

Description

用于混合流压缩机的主动卸载装置
优先权声明
本申请要求美国临时专利申请No.62/934596(申请日为2019年11月13日)的优先权。
技术领域
本发明涉及一种用于具有混合压缩级和径向压缩级的压缩机的卸载装置。例如，该压缩机用在加热、通风和空调(HVAC)冷却器系统中。
背景技术
制冷剂压缩机用于使制冷剂通过制冷剂环路而在冷却器中循环。已知制冷剂环路包括冷凝器、膨胀装置和蒸发器。压缩机压缩流体，然后流体行进至冷凝器，该冷凝器再冷却和冷凝流体。然后，制冷剂到达膨胀装置(该膨胀装置降低流体的压力)和蒸发器(流体在该蒸发器中蒸发)，从而完成制冷循环。
很多制冷剂压缩机是离心压缩机，并有电马达，该电马达驱动至少一个叶轮，以便压缩制冷剂。流体沿轴向方向流入叶轮中，并从叶轮沿径向排出。然后，流体被向下游引导，用于在冷却器系统中使用。
发明内容
根据本发明示例方面的压缩机包括：混合压缩级，该混合压缩级有沿主流动通路布置的轴向和径向分量；以及径向压缩级，该径向压缩级有叶轮，该叶轮有在混合压缩级下游布置于主流动通路中的多个叶片。叶轮设置成绕轴线旋转，并有在叶片下游的出口。可运动扩压器布置在出口处，且该可运动扩压器设置成改变出口的面积。
在另一实施例中，可运动扩压器设置成扩展压缩机的工作范围。
在另一实施例中，可运动扩压器可在第一位置和第二位置之间运动，其中，该第一位置并不阻挡出口，该第二位置局部阻挡出口。
在另一实施例中，可运动扩压器设置成在正常流动状态中处于第一位置，且可运动扩压器设置成在喘振状态中处于第二位置。
在另一实施例中，可运动扩压器设置成通过沿轴向方向平移而在第一和第二位置之间运动。
在另一实施例中，可运动扩压器有倒角，该倒角设置成提供在出口处的平滑流动通路。
在另一实施例中，可运动扩压器是绕轴线布置的环形结构。
在另一实施例中，轴向分量大于径向分量。
在另一实施例中，主流动通路由外壁和内壁来限定，且该外壁和内壁在混合压缩级处弯曲。
在另一实施例中，外壁和内壁各自有拐点，并在混合压缩级的下游平滑地过渡成彼此平行。
在另一实施例中，静态扩压器叶片阵列布置在混合压缩级和径向压缩级之间。
在另一实施例中，主流动通路在混合压缩级和径向压缩级之间的弯头处转向大致180度。
在另一实施例中，多个去旋叶片布置在弯头和径向压缩级之间。
在另一实施例中，叶轮在由马达驱动的轴上旋转。
在另一实施例中，制冷剂压缩机用于加热、通风和空调(HVAC)冷却器系统。
特别是，根据本发明示例方面的制冷剂系统包括主制冷环路，该主制冷环路包括压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀装置。该压缩机包括：混合压缩级，该混合压缩级有沿主流动通路布置的轴向和径向分量；以及径向压缩级，该径向压缩级有叶轮，该叶轮有在混合压缩级下游布置于主流动通路中的多个叶片。叶轮设置成绕轴线旋转，并有在叶片下游的出口。可运动扩压器布置在出口处，且该可运动扩压器设置成改变出口的面积。
在另一实施例中，可运动扩压器可通过沿轴向方向平移而在第一位置和第二位置之间运动，其中，该第一位置并不阻挡出口，而该第二位置局部阻挡出口。
在另一实施例中，可运动扩压器设置成在正常流动状态中处于第一位置，且可运动扩压器设置成在喘振状态中处于第二位置。
在另一实施例中，可运动扩压器是绕轴线布置的环形结构，且可运动扩压器有倒角，该倒角设置成提供在出口处的平滑流动通路。
在另一实施例中，轴向分量大于径向分量。
附图说明
图1示意表示了制冷剂系统。
图2示意表示了具有两个压缩级的第一示例压缩机，其中，第一压缩级是混合压缩级，第二压缩级是径向压缩级。
图3示意表示了具有两个压缩级的第二示例压缩机，其中，第一压缩级是混合压缩级，第二压缩级是径向压缩级。
图4表示了示例压缩机，该压缩机有处于第一位置的卸载装置。
图5表示了示例压缩机，该压缩机有处于第二位置的卸载装置。
具体实施方式
图1表示了制冷剂系统10。该制冷剂系统10包括与压缩机14、冷凝器16、蒸发器18和膨胀装置20连通的主制冷剂环路或回路12。例如，该制冷剂系统10可以在冷却器中使用。在该实例中，冷却塔可以与冷凝器16流体连通。尽管表示了制冷剂系统10的特殊实例，但是本申请扩展至其它制冷剂系统构造，包括不包含冷却器的构造。例如，主制冷剂环路12可以包括在冷凝器16下游和膨胀装置20上游的节能器。
图2示意表示了根据本发明的第一示例制冷剂压缩机。在图2中，压缩机14的一部分以剖视图表示。应当理解，图2只表示了压缩机14的上部部分，且压缩机14将基本包括关于它的中心纵向轴线A对称的相同结构。
在该实例中，压缩机14有沿轴线A彼此间隔开的两个压缩级22、24。压缩级22、24各自包括多个叶片(例如叶片阵列)，这些叶片例如布置在盘上，并可通过马达26而绕轴线A旋转。在该实例中，马达26是绕轴线A布置的电马达。压缩级22、24可以通过单独的轴或通过公共轴而与马达26联接。图2中示意表示了两个轴。
压缩机14包括外壁28和内壁30，它们一起界定了主流动通路32。主流动通路32在压缩机14的进口34与出口36之间延伸。外壁28和内壁30可以由一个或多个结构来提供。
在进口34和第一压缩级22之间，主流动通路32内的流体F沿第一方向F1流动，该第一方向F1是基本平行于轴线A的轴向方向。“轴向”方向在图2中标记，用于参考。在本发明中，流体F是制冷剂。
第一压缩级22包括多个叶片33，这些叶片33布置成绕轴线A旋转。在第一压缩级22的进口33I附近，外壁28和内壁30间隔开径向距离D1。在第一压缩级22的出口33O附近，外壁28和内壁30间隔开径向距离D2，该径向距离D2小于D1。距离D1和D2垂直于轴线A测量。
在第一压缩级22内，外壁28和内壁30布置成使得流体F沿具有轴向分量和径向分量的第二方向F2被引导。在这方面，第一压缩级22可以称为“混合”压缩级，因为在第一压缩级22内的流体F具有轴向和径向流动分量。“径向”方向在图2中标记，用于参考。
在一个实例中，第二方向F2相对于第一方向F1和相对于轴线A以小于45°的角度倾斜。这样，第二方向F2主要是轴向，但也有径向分量(即轴向分量大于径向分量)。
而且，在进口33I和出口33O之间，内壁28和外壁30不是直的。相反，内壁28和外壁30弯曲。具体地说，在该实例中，内壁28和外壁30弯曲成这样，当从径向外部位置(例如图2中的位置35)观察时，内壁28和外壁30在第一压缩级22内大致凹入。因此，流体F从纯轴向流动平滑地过渡成具有轴向分量和径向分量的混合流动。
在第一压缩级22的下游，外壁28和内壁30有拐点，并平滑过渡成使得它们基本彼此平行。这样，流体F沿第三方向F3被引导，该第三方向F3基本平行于第一方向F1和轴线A。当流体F沿第三方向F3流动时，在该实例中，流体F也流过静态扩压器叶片38阵列。
在扩压器叶片38的下游，流体F被引导至第二压缩级24，在该实例中，第二压缩级24包括叶轮40，该叶轮40设置成使得沿大致轴向方向流动的流体F转向至大致径向方向。特别是，叶轮40包括轴向布置(基本平行于轴线A)的进口40I和径向布置(基本垂直于轴线A)的出口40O。
特别是，流体F沿第三方向F3流动而进入第二压缩级24，并沿第四方向F4流动而离开第二压缩级24，在一个实例中，该第四方向基本上平行于径向方向。在本发明中，第四方向F4相对于轴线A以大于45°且小于或等于90°的角度倾斜。在一个特殊实例中，第四方向F4基本等于90°。这样，第二级压缩24可以称为径向压缩级。
通过具有轴向和径向分量(即第二方向F2倾斜小于45°)的第一压缩级22与主要为径向(即第四方向F4基本等于90°)的第二压缩级24的组合，压缩机14比例如包括两个径向叶轮的压缩机更紧凑。因此，压缩机14在紧凑和高效之间取得了独特的平衡。
图3示意表示了根据本发明的第二示例的制冷剂压缩机。在未另外描述或表示的方面，压缩机114对应于图2的压缩机14，其中，相同部件具有预先附加“1”的附图标记。
与压缩机14类似，压缩机114具有沿轴线A彼此间隔开的两个压缩级122、124。第一压缩级122是“混合”压缩级，并布置成基本类似于第一压缩级22。第二压缩级124是径向压缩级，并同样布置成基本类似于第二压缩级24。
与压缩机14不同，压缩机114的主流动通路132包括在第一和第二压缩级122、124之间的180度弯曲。具体地说，在第一压缩级122的下游，主流动通路132从轴线A沿径向向外转向和凸出。具体地说，主流动通路132在第一部分190内基本垂直于轴线A。主流动通路132在跨接弯头192中再次转向大致180度，以使得主流动通路132在第二部分194中朝向轴线A沿径向向内凸出，第二部分194可以称为返回槽道。在该实例中，第二部分包括去旋叶片196，该去旋叶片196准备用于第二压缩级124的流体F流。而且，在第二压缩级124的下游，压缩机114包括出口蜗壳198，该出口蜗壳198绕轴线A螺旋，并导向压缩机出口。压缩机14也可以包括出口蜗壳。
图4表示了压缩机114，该压缩机114有处于第一位置的示例可运动扩压器50。扩压器50布置在第二压缩级124的出口140O处。可运动扩压器50可以布置在叶轮140下游的出口蜗壳198中。例如，第一位置可以对应于正常流动状态。在第一位置，扩压器50布置成使它不阻挡出口140O。宽度W1限定在扩压器50处在出口140O内。扩压器50可以是绕压缩机轴线A布置的大致环形结构。
图5表示了压缩机114，该压缩机114有处于第二位置的示例可运动扩压器50。例如，第二位置可以对应于喘振状态。当压缩机114在相对低容量下操作时，可能发生喘振状态。在喘振状态中，通过压缩机114的流体F流没有足够的径向速度来逸出压缩机，并可能开始向后流动。在第二位置中，扩压器50运动至局部阻挡出口140O的位置。也就是，扩压器50减小了流体F通过出口140O的出口面积。在第二位置中，宽度W2限定在扩压器50处在出口40O内。宽度W2小于宽度W1。因此，当扩压器50处于第二位置时，出口140O的出口面积减小。例如，扩压器50可以例如通过沿基本轴向方向平移而在第一位置与第二位置之间运动。扩压器50可以有沿流动通路侧54的倒角52。该倒角52可以在流体F离开叶轮140时提供用于流体F的平滑流动通路。
可运动扩压器50用作主动卸载装置。在喘振状态中，通过压缩机114的流体F流没有足够的径向速度来逸出蜗壳。为了防止这种情况，可运动扩压器50运动而使它减小出口的有效面积。这种减小的面积增加了流体F的速度，从而使得流体F能够逸出压缩机114。可运动扩压器50主动地控制流体F的流动，以便提高压缩机114在喘振区域中的性能。因此，可运动扩压器50可以通过允许在低容量下操作而增大压缩机114的操作范围。
所述可运动扩压器可以与径向或混合流压缩级一起使用。压缩机可以在一个或多个压缩级处包括一个或多个所述扩压器中。
应当理解，上面使用的术语例如“轴向”和“径向”是参考压缩机的正常操作姿态。而且，这些术语在本文中用于解释目的，并不认为是其它方式限制。术语例如“大致”、“大约”和“基本上”的术语并不是无边界术语，而是应当解释为与本领域技术人员解释那些术语的方式一致。
尽管不同实例有图示中所示的特定部件，但是本发明实施例并不局限于那些特殊组合。来自一个实例的一些部件或特征可以与来自另一实例的特征或部件组合地使用。
本领域普通技术人员应当理解，上述实施例是示例性，而并不是限制性。也就是，本发明的变化形式将落入权利要求的范围内。因此，应当研究下面的权利要求，以便确定它们的真实范围和内容。

Claims (20)

1.一种制冷剂压缩机，包括：
混合压缩级，该混合压缩级有沿主流动通路布置的轴向分量和径向分量；
径向压缩级，在混合压缩级下游布置于主流动通路中，该径向压缩级有叶轮，该叶轮有多个叶片，叶轮设置成绕轴线旋转，并有在叶片下游的出口；以及
可运动扩压器，该可运动扩压器布置在所述出口处，且该可运动扩压器设置成用于改变所述出口的面积。
2.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：所述可运动扩压器设置成扩展所述压缩机的工作范围。
3.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：所述可运动扩压器能在第一位置和第二位置之间运动，其中，该第一位置并不阻挡所述出口，该第二位置局部阻挡所述出口。
4.根据权利要求3所述的制冷剂压缩机，其中：所述可运动扩压器设置成在正常流动状态中处于第一位置，且所述可运动扩压器设置成在喘振状态中处于第二位置。
5.根据权利要求3所述的制冷剂压缩机，其中：所述可运动扩压器设置成通过沿轴向方向平移而在第一位置和第二位置之间运动。
6.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：所述可运动扩压器有倒角，该倒角用于提供在所述出口处的平滑流动通路。
7.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：所述可运动扩压器是绕轴线布置的环形结构。
8.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：所述轴向分量大于径向分量。
9.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：主流动通路由外壁和内壁限定，且该外壁和内壁在混合压缩级处弯曲。
10.根据权利要求9所述的制冷剂压缩机，其中：外壁和内壁各自有拐点，并在混合压缩级的下游平滑地过渡成彼此平行。
11.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：静态扩压器叶片阵列布置在混合压缩级和径向压缩级之间。
12.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：所述主流动通路在混合压缩级和径向压缩级之间的弯头处转向大致180度。
13.根据权利要求12所述的制冷剂压缩机，其中：多个去旋叶片布置在所述弯头和径向压缩级之间。
14.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：叶轮在由马达驱动的轴上旋转。
15.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：制冷剂压缩机用于加热、通风和空调(HVAC)冷却器系统。
16.一种制冷剂系统，包括：
主制冷剂环路，该主制冷剂环路包括压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀装置，其中，该压缩机包括：
混合压缩级，该混合压缩级有沿主流动通路布置的轴向分量和径向分量；
径向压缩级，在混合压缩级下游布置于主流动通路中，该径向压缩级有叶轮，该叶轮有多个叶片，所述叶轮设置成绕轴线旋转，并有在叶片下游的出口；以及
可运动扩压器，该可运动扩压器布置在所述出口处，且该可运动扩压器设置成用于改变所述出口的面积。
17.根据权利要求16所述的制冷剂系统，其中：所述可运动扩压器能通过沿轴向方向平移而在第一位置和第二位置之间运动，其中，该第一位置并不阻挡所述出口，而该第二位置局部阻挡所述出口。
18.根据权利要求17所述的制冷剂系统，其中：所述可运动扩压器设置成在正常流动状态中处于第一位置，且所述可运动扩压器设置成在喘振状态中处于第二位置。
19.根据权利要求16所述的制冷剂系统，其中：所述可运动扩压器是绕轴线布置的环形结构，且所述可运动扩压器有倒角，该倒角用于提供在所述出口处的平滑流动通路。
20.根据权利要求16所述的制冷剂系统，其中：所述轴向分量大于径向分量。
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