CN114777348B - 一种冻干设备制冷系统及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冻干设备制冷系统及运行方法，包括：制冷机座、固定于制冷机座表面的离心压缩机、机组散热机构和储冷机构以及用于连通离心压缩机、机组散热机构和储冷机构的系统管路结构，离心压缩机、机组散热机构和储冷机构的输入端电性连接有制冷控制电路，离心压缩机包括压缩机舱、油冷机箱、驱动电机以及固定于压缩机舱内侧的离心舱，驱动电机的输出端固定连接有套接于离心舱内侧的主轴。本发明中，通过设置多级离心扩压结构，利用离心舱内部多级扩压旋盘和驱动叶轮的作用，在驱动叶轮的驱动下制冷剂气体重复通过扩压轴盘和涡旋盘之间旋流通道进行压缩并在默记压盘端进行解压冷凝，多级扩压结构有效提高冷凝工作效能，降低能耗成本。
Description
技术领域
本发明涉及冻干设备技术领域，具体为一种冻干设备制冷系统及运行方法。
背景技术
真空冻干过程是在低温低氧环境下进行的，物料在冰状态和真空环境下升华逸出水蒸气使物料脱除水分，冻干物料的含水量一般在3-5%左右。此工艺可最大程度保留被冻干物料原有的色、香、味和营养成分，并且具有外观形状和复水性好等特点，可在数秒至几分钟内恢复物料的新鲜状态。冻干产品无任何添加剂和防腐剂，能在常温下储存3至5年，冻干产品重量轻、方便运输，航天食品均为冻干制品。
在多级制冷离心式压缩机中，相关技术中的多级离心压缩机叶轮密封结构为固定式叶轮轮盖或轮盘密封，密封静态间隙设计小，在不平衡及振动情况下，密封材料很快容易磨损，实际运行密封间隙大，气体压缩机效率低，初始装配机型巨大化，且由于轴端以及扩压结构的大型化导致设备体型巨大耗能较大，且冻干设备制冷系统采用定频式持续工作，在电价峰值谷值时运行频率相同造成支出成本高额，现有技术的低温制冷系统在特别设计的低温换热器中从液氮回收储存的冷量，在上述低温换热器中，液氮和/或气体氮将冷却传热流体，传热流体依次冷却冻干室。分别地，低温将通过冷凝器盘管或板块中的直接膨胀冷却冷凝器。冻干室和冷凝器的独立的冷却技术或系统的应用引起了整个系统的额外的复杂性，增加了系统的占地面积，冷剂无任何储存设备并且有可能给购买和运行该系统添加一些额外费用。
有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种冻干设备制冷系统及运行方法，来解决目前存在的降低制冷系统成本高额，运行成本高的问题，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。
发明内容
本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种冻干设备制冷系统，包括：制冷机座、固定于制冷机座表面的离心压缩机、机组散热机构和储冷机构以及用于连通离心压缩机、机组散热机构和储冷机构的系统管路结构，所述离心压缩机、机组散热机构和储冷机构的输入端电性连接有制冷控制电路；所述离心压缩机包括压缩机舱、油冷机箱、驱动电机以及固定于压缩机舱内侧的离心舱，所述驱动电机的输出端固定连接有套接于离心舱内侧的主轴，所述离心舱的一侧固定安装有油封机构，所述主轴的一端固定套接于油封机构的内侧，所述离心舱的内侧固定安装有扩压旋盘，且主轴的表面固定套接有位于扩压旋盘内部的驱动叶轮；所述离心舱的两端开设有进液导座和出液导座，所述离心舱的表面开设有位于两端靠近进液导座和出液导座的进气管端和出气管端，所述扩压旋盘包括初级压盘、末级压盘、扩压轴盘和涡旋盘，所述初级压盘、末级压盘的一侧分别与进液导座和出液导座的表面抵接贴合，所述扩压轴盘和涡旋盘的数量为若干，且涡旋盘位于相邻涡旋盘之间。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述油冷机箱内侧设有循环泵，且循环泵的端部连通有位于驱动电机内侧的液冷管路结构，所述液冷管路集成于机组散热机构的表面。
通过采用上述技术方案，利用油冷机箱内侧制冷油液通过循环管路结构连通驱动电机内侧并连通机组散热机构内侧散热管路对油液进行降温从而保证驱动电机内部持续低温环境，保证驱动电机的持续稳定工作。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述进液导座和出液导座的相对内侧均呈锥形结构，所述进液导座和出液导座的一侧与初级压盘和末级压盘的表面相抵接，进液导座和出液导座与初级压盘和末级压盘之间分别设有进气导腔和出气导腔，且进气导腔和出气导腔容腔体积大于初级压盘之间间隙容腔。
通过采用上述技术方案，通过进液导座和出液导座与初级压盘和末级压盘之间大容积空腔结构实现较大进气量和较大降压腔体结构，增大压缩与解压比，提高压缩效能。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述涡旋盘固定套接于主轴的外侧且与驱动叶轮的表面相抵接，所述涡旋盘呈圆盘状且截面呈水滴型，所述涡旋盘远离轴心端厚度逐渐增大，所述涡旋盘靠近驱动叶轮的一侧呈圆滑平面状。
通过采用上述技术方案，利用涡旋盘的特殊形状结构将驱动叶轮出气进行离心导向提高制冷剂气体离心动能，由动能进行气体压缩增大压缩比，改善效率来抑制压缩机整体的性能降低。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述初级压盘、扩压轴盘对向出液导座的一侧与涡旋盘对向进液导座的一侧相对平行，且表面呈圆滑光面结构。
通过采用上述技术方案，利用初级压盘、扩压轴盘和涡旋盘之间形成间隙进行离心气体的动能压缩，通过减小扩压器的压腔内部容积提高压缩比，增大工作效能。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述末级压盘、扩压轴盘与涡旋盘一侧相隔间距等于初级压盘、扩压轴盘与涡旋盘之间相隔间距。
通过采用上述技术方案，利用涡旋盘两侧相隔间距相同避免扩压器内部压缩比的降低，保持离心压缩比的持续增大。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述油封机构包括油封舱、压轴块、浸润轴环和机械密封，所述浸润轴环和机械密封固定套接于主轴的外侧并转动安装于油封舱的内侧，所述油封舱的内侧填充有润滑油液，所述浸润轴环的表面开设有进油导孔。
通过采用上述技术方案，利用机械密封和油封舱进行主轴一端的稳定支撑，并在浸润轴环的进油导通下将润滑油液导入主轴的轴撑间隙内，进行转动润滑。
一种冻干设备制冷方法，包括以下操作步骤：
S1：连通离心压缩机、机组散热机构和储冷机构与冻干设备冷井的系统管路结构，在制冷控制电路控制离心压缩机、机组散热机构和储冷机构的协调运转驱动，在驱动电机的旋转驱动下，主轴带动驱动叶轮同步旋转运动，由离心舱一端引入制冷剂气体并离心导流运动；
S2：制冷剂气体在扩压轴盘和涡旋盘内侧扩压腔离心，动能压缩，从扩压旋盘叶片的前缘到规定位置的区域中改变叶片角度，在从规定位置到后缘的区域中使叶片角度恒定，下级驱动叶轮端口外径减小，逐级增大压缩比，气体导入末级压盘与出液导座之间空腔内压力疏解减压冷凝，达到制冷的目的，将制冷剂液化冷凝回流至储冷机构内部，进行冷媒的低温储存，以供需要制冷式使用；
S3：离心压缩机将冷却后的制冷剂存储在储冷机构内，系统根据需求等到输送到冻干冷井内，多余冷量通过储冷机构对低温制冷剂的储存进行储蓄，在电价谷值时加开制冷机，降低冷媒温度，储冷机构存储的冷量等到电价峰值时少开或停开制冷机，系统取用储冷机构内部冷量使用从而可以降低电费单价省电费15-20%。
本发明所取得的有益效果为：
1.本发明中，通过设置多级离心扩压结构，利用离心舱内部多级扩压旋盘和驱动叶轮的作用，在驱动叶轮的驱动下制冷剂气体重复通过扩压轴盘和涡旋盘之间旋流通道进行压缩并在末级压盘端进行解压冷凝，多级扩压结构有效提高冷凝工作效能，降低能耗成本。
2.本发明中，通过扩压旋盘叶片的前缘到规定位置的区域中改变叶片角度，在从规定位置到后缘的区域中使叶片角度恒定，下级驱动叶轮端口外径减小，逐级增大压缩比，气体导入末级压盘与出液导座之间空腔内压力疏解减压冷凝，达到制冷的目的。
3.本发明中，通过采用新型制冷系统运动方法，制冷设备将冷却后的制冷剂存储在储冷罐内，系统根据需求等到输送到冷井，制冷机全时满负荷运行制冷，避免25%-50%-75%运行时电机无功损耗10-15%，在电价谷值时加开制冷机，降低冷媒温度，利用储冷机构存储冷量，等到电价峰值时少开或停开制冷机，从而可以降低电费单价省电费15-20%。
附图说明
图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；
图2为本发明一个实施例的离心压缩机结构示意图；
图3为本发明一个实施例的压缩机舱内部结构示意图；
图4为本发明一个实施例的离心舱和扩压旋盘结构示意图；
图5为本发明一个实施例的扩压旋盘和驱动叶轮结构示意图；
图6为本发明一个实施例的离心舱结构示意图；
图7为本发明一个实施例的油封机构结构示意图。
附图标记：
100、制冷机座；200、离心压缩机；210、压缩机舱；220、油冷机箱；230、驱动电机；240、油封机构；250、离心舱；260、驱动叶轮；270、主轴；280、扩压旋盘；241、油封舱；242、压轴块；243、浸润轴环；244、机械密封；251、进液导座；252、出液导座；281、初级压盘；282、末级压盘；283、扩压轴盘；284、涡旋盘；
300、机组散热机构；400、储冷机构。
实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的一种冻干设备制冷系统及运行方法。
结合图1-7所示，本发明提供的一种冻干设备制冷系统，包括：制冷机座100、固定于制冷机座100表面的离心压缩机200、机组散热机构300和储冷机构400以及用于连通离心压缩机200、机组散热机构300和储冷机构400的系统管路结构，所述离心压缩机200、机组散热机构300和储冷机构400的输入端电性连接有制冷控制电路；所述离心压缩机200包括压缩机舱210、油冷机箱220、驱动电机230以及固定于压缩机舱210内侧的离心舱250，所述驱动电机230的输出端固定连接有套接于离心舱250内侧的主轴270，所述离心舱250的一侧固定安装有油封机构240，所述主轴270的一端固定套接于油封机构240的内侧，所述离心舱250的内侧固定安装有扩压旋盘280，且主轴270的表面固定套接有位于扩压旋盘280内部的驱动叶轮260；所述离心舱250的两端开设有进液导座251和出液导座252，所述离心舱250的表面开设有位于两端靠近进液导座251和出液导座252的进气管端和出气管端，所述扩压旋盘280包括初级压盘281、末级压盘282、扩压轴盘283和涡旋盘284，所述初级压盘281、末级压盘282的一侧分别与进液导座251和出液导座252的表面抵接贴合，所述扩压轴盘283和涡旋盘284的数量为若干，且涡旋盘284位于相邻涡旋盘284之间。
在该实施例中，所述油冷机箱220内侧设有循环泵，且循环泵的端部连通有位于驱动电机230内侧的液冷管路结构，所述液冷管路集成于机组散热机构300的表面，利用油冷机箱220内侧制冷油液通过循环管路结构连通驱动电机230内侧并连通机组散热机构300内侧散热管路对油液进行降温从而保证驱动电机230内部持续低温环境，保证驱动电机230的持续稳定工作。
在该实施例中，所述进液导座251和出液导座252的相对内侧均呈锥形结构，所述进液导座251和出液导座252的一侧与初级压盘281和末级压盘282的表面相抵接，进液导座251和出液导座252与初级压盘281和末级压盘282之间分别设有进气导腔和出气导腔，且进气导腔和出气导腔容腔体积大于初级压盘281之间间隙容腔。
具体的，通过进液导座251和出液导座252与初级压盘281和末级压盘282之间大容积空腔结构实现较大进气量和较大降压腔体结构，增大压缩与解压比，提高压缩效能。
在该实施例中，所述涡旋盘284固定套接于主轴270的外侧且与驱动叶轮260的表面相抵接，所述涡旋盘284呈圆盘状且截面呈水滴型，所述涡旋盘284远离轴心端厚度逐渐增大，所述涡旋盘284靠近驱动叶轮260的一侧呈圆滑平面状。
具体的，利用涡旋盘284的特殊形状结构将驱动叶轮260出气进行离心导向提高制冷剂气体离心动能，由动能进行气体压缩增大压缩比，改善效率来抑制压缩机整体的性能降低。
在该实施例中，所述初级压盘281、扩压轴盘283对向出液导座252的一侧与涡旋盘284对向进液导座251的一侧相对平行，且表面呈圆滑光面结构。
具体的，从驱动叶轮260叶片的前缘到规定位置的区域中改变叶片角度，在从规定位置到后缘的区域中使叶片角度恒定，进而通过减小扩压器的出口部的外径，能够实现装置的小型化，利用初级压盘281、扩压轴盘283和涡旋盘284之间形成间隙进行离心气体的动能压缩，通过减小扩压器的压腔内部容积提高压缩比，增大工作效能，通过改善效率来抑制压缩机整体的性能降低，提高压缩机工作效能。
在该实施例中，所述末级压盘282、扩压轴盘283与涡旋盘284一侧相隔间距等于初级压盘281、扩压轴盘283与涡旋盘284之间相隔间距，利用涡旋盘284两侧相隔间距相同避免扩压器内部压缩比的降低，保持离心压缩比的持续增大。
在该实施例中，所述油封机构240包括油封舱241、压轴块242、浸润轴环243和机械密封244，所述浸润轴环243和机械密封244固定套接于主轴270的外侧并转动安装于油封舱241的内侧，所述油封舱241的内侧填充有润滑油液，所述浸润轴环243的表面开设有进油导孔。
具体的，利用机械密封244和油封舱241进行主轴270一端的稳定支撑，并在浸润轴环243的进油导通下将润滑油液导入主轴270的轴撑间隙内，进行转动润滑。
一种冻干设备制冷方法，包括以下操作步骤：
S1：连通离心压缩机200、机组散热机构300和储冷机构400与冻干设备冷井的系统管路结构，在制冷控制电路控制离心压缩机200、机组散热机构300和储冷机构400的协调运转驱动，在驱动电机230的旋转驱动下，主轴270带动驱动叶轮260同步旋转运动，由离心舱250一端引入制冷剂气体并离心导流运动；
S2：制冷剂气体在扩压轴盘283和涡旋盘284内侧扩压腔离心，动能压缩，从扩压旋盘280叶片的前缘到规定位置的区域中改变叶片角度，在从规定位置到后缘的区域中使叶片角度恒定，下级驱动叶轮260端口外径减小，逐级增大压缩比，气体导入末级压盘282与出液导座252之间空腔内压力疏解减压冷凝，达到制冷的目的，将制冷剂液化冷凝回流至储冷机构400内部，进行冷媒的低温储存，以供需要制冷式使用；
S3：离心压缩机200将冷却后的制冷剂存储在储冷机构400内，系统根据需求等到输送到冻干冷井内，多余冷量通过储冷机构400对低温制冷剂的储存进行储蓄，在电价谷值时加开制冷机，降低冷媒温度，储冷机构400存储的冷量等到电价峰值时少开或停开制冷机，系统取用储冷机构400内部冷量使用从而可以降低电费单价省电费15-20%。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种冻干设备制冷系统，其特征在于，包括：制冷机座（100）、固定于制冷机座（100）表面的离心压缩机（200）、机组散热机构（300）和储冷机构（400）以及用于连通离心压缩机（200）、机组散热机构（300）和储冷机构（400）的系统管路结构，所述离心压缩机（200）、机组散热机构（300）和储冷机构（400）的输入端电性连接有制冷控制电路；所述离心压缩机（200）包括压缩机舱（210）、油冷机箱（220）、驱动电机（230）以及固定于压缩机舱（210）内侧的离心舱（250），所述驱动电机（230）的输出端固定连接有套接于离心舱（250）内侧的主轴（270），所述离心舱（250）的一侧固定安装有油封机构（240），所述主轴（270）的一端固定套接于油封机构（240）的内侧，所述离心舱（250）的内侧固定安装有扩压旋盘（280），且主轴（270）的表面固定套接有位于扩压旋盘（280）内部的驱动叶轮（260）；所述离心舱（250）的两端开设有进液导座（251）和出液导座（252），所述离心舱（250）的表面开设有位于两端靠近进液导座（251）和出液导座（252）的进气管端和出气管端，所述扩压旋盘（280）包括初级压盘（281）、末级压盘（282）、扩压轴盘（283）和涡旋盘（284），所述初级压盘（281）、末级压盘（282）的一侧分别与进液导座（251）和出液导座（252）的表面抵接贴合，所述扩压轴盘（283）和涡旋盘（284）的数量为若干，且涡旋盘（284）位于相邻扩压轴盘（283）之间，所述涡旋盘（284）固定套接于主轴（270）的外侧且与驱动叶轮（260）的表面相抵接，所述涡旋盘（284）呈圆盘状且截面呈水滴型，所述涡旋盘（284）远离轴心端厚度逐渐增大，所述涡旋盘（284）靠近驱动叶轮（260）的一侧呈圆滑平面状，所述初级压盘（281）、扩压轴盘（283）对向出液导座（252）的一侧与涡旋盘（284）对向进液导座（251）的一侧相对平行，且表面呈圆滑光面结构，所述末级压盘（282）、扩压轴盘（283）与涡旋盘（284）一侧相隔间距等于初级压盘（281）、扩压轴盘（283）与涡旋盘（284）之间相隔间距，所述扩压轴盘（283）和涡旋盘（284）内侧具有扩压腔；扩压腔用于制冷剂气体离心，动能压缩。
2.根据权利要求1所述的一种冻干设备制冷系统，其特征在于，所述油冷机箱（220）内侧设有循环泵，且循环泵的端部连通有位于驱动电机（230）内侧的液冷管路结构，所述液冷管路集成于机组散热机构（300）的表面。
3.根据权利要求1所述的一种冻干设备制冷系统，其特征在于，所述进液导座（251）和出液导座（252）的相对内侧均呈锥形结构，所述进液导座（251）和出液导座（252）的一侧与初级压盘（281）和末级压盘（282）的表面相抵接，进液导座（251）和出液导座（252）与初级压盘（281）和末级压盘（282）之间分别设有进气导腔和出气导腔，且进气导腔和出气导腔容腔体积大于初级压盘（281）之间间隙容腔。
4.根据权利要求1所述的一种冻干设备制冷系统，其特征在于，所述油封机构（240）包括油封舱（241）、压轴块（242）、浸润轴环（243）和机械密封（244），所述浸润轴环（243）和机械密封（244）固定套接于主轴（270）的外侧并转动安装于油封舱（241）的内侧，所述油封舱（241）的内侧填充有润滑油液，所述浸润轴环（243）的表面开设有进油导孔。
5.一种冻干设备制冷方法，其特征在于，使用权利要求1-4中任意一项所述的冻干设备制冷系统，包括以下操作步骤：
S1：连通离心压缩机（200）、机组散热机构（300）和储冷机构（400）与冻干设备冷井的系统管路结构，在制冷控制电路控制离心压缩机（200）、机组散热机构（300）和储冷机构（400）的协调运转驱动，在驱动电机（230）的旋转驱动下，主轴（270）带动驱动叶轮（260）同步旋转运动，由离心舱（250）一端引入制冷剂气体并离心导流运动；
S2：制冷剂气体在扩压轴盘（283）和涡旋盘（284）内侧扩压腔离心，动能压缩，从扩压旋盘（280）叶片的前缘到规定位置的区域中改变叶片角度，在从规定位置到后缘的区域中使叶片角度恒定，下级驱动叶轮（260）端口外径减小，逐级增大压缩比，气体导入末级压盘（282）与出液导座（252）之间空腔内压力疏解减压冷凝，达到制冷的目的，将制冷剂液化冷凝回流至储冷机构（400）内部，进行冷媒的低温储存，以供需要制冷式使用；
S3：离心压缩机（200）将冷却后的制冷剂存储在储冷机构（400）内，系统根据需求等到输送到冻干冷井内，多余冷量通过储冷机构（400）对低温制冷剂的储存进行储蓄，在电价谷值时加开制冷机，降低冷媒温度，储冷机构（400）存储的冷量等到电价峰值时少开或停开制冷机，系统取用储冷机构（400）内部冷量使用从而可以降低电费支出。
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