CN115380165A - 用于将可变几何形状扩压器用作止回阀的系统和方法 - Google Patents

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乔丹·奎因·斯坦尔
保罗·威廉·斯内尔
柯蒂斯·克里斯蒂安·克莱恩
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Abstract

一种压缩机，其包含扩压器通道，其被配置成从所述压缩机的叶轮接收制冷剂流，其中所述扩压器通道至少部分地由所述压缩机的压缩机排放板限定。所述压缩机还包含可变几何形状扩压器，其定位于所述扩压器通道内且被配置成调整穿过所述扩压器通道的制冷剂流动路径的尺寸；致动器，其联接到所述可变几何形状扩压器且被配置成调整所述可变几何形状扩压器在所述扩压器通道内的位置；以及控制器，其被配置成调节所述致动器的操作。所述控制器被配置成指令所述致动器使用第一力将所述可变几何形状扩压器的所述位置从第一位置调整到第二位置，并且使用小于所述第一力的第二力将所述可变几何形状扩压器的所述位置从所述第二位置调整到第三位置，其中所述可变几何形状扩压器在所述第三位置中邻接所述压缩机排放板。

Description

用于将可变几何形状扩压器用作止回阀的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年2月27日提交的标题为“用于将可变几何形状扩压器用作止回阀的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR OPERATION OF VARIABLE GEOMETRY DIFFUSERAS CHECK VALVE)”的第62/982,573号美国临时申请的优先权和权益，所述美国临时申请出于所有目的而以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
本申请大体上涉及结合在空气调节和制冷应用中的蒸汽压缩系统，且更具体地说，涉及压缩机中制冷剂的流量控制。
本章节旨在向读者介绍可与下文描述的本公开的各方面相关的技术的各方面。相信此论述有助于向读者提供背景信息以促进对本公开的各方面的更好理解。因此，应理解，这些陈述应鉴于此来阅读，而不是作为对现有技术的认可。
蒸汽压缩系统用于住宅、商业和工业环境，以便为相应环境的居住者控制环境特性，例如温度和湿度。蒸汽压缩系统循环工作流体，所述工作流体通常称为制冷剂，响应于暴露于与蒸汽压缩系统的操作相关联的不同温度和压力而在蒸汽、液体及其组合之间改变相。例如，蒸汽压缩系统利用压缩机将制冷剂循环到热交换器，所述热交换器可在制冷剂与流过热交换器的另一流体之间传递热量。不利的是，在某些情况下，穿过压缩机的制冷剂流可能会引起压缩机的逆转(backspin)，这可能会导致压缩机和相关组件出现非所要的磨损和劣化。
发明内容
在本公开的实施例中，一种压缩机包含扩压器通道，其被配置成从所述压缩机的叶轮接收制冷剂流，其中所述扩压器通道至少部分地由所述压缩机的压缩机排放板限定。所述压缩机还包含可变几何形状扩压器，其定位于所述扩压器通道内且被配置成调整穿过所述扩压器通道的制冷剂流动路径的尺寸；致动器，其联接到所述可变几何形状扩压器且被配置成调整所述可变几何形状扩压器在所述扩压器通道内的位置；以及控制器，其被配置成调节所述致动器的操作。所述控制器被配置成指令所述致动器使用第一力将所述可变几何形状扩压器的所述位置从第一位置调整到第二位置，并且使用小于所述第一力的第二力将所述可变几何形状扩压器的所述位置从所述第二位置调整到第三位置，其中所述可变几何形状扩压器在所述第三位置中邻接所述压缩机排放板。
在本公开的另一实施例中，一种加热、通风、空气调节和制冷(HVAC&R)系统包含压缩机，其被配置成对制冷剂回路内的制冷剂加压，其中所述压缩机包含被配置成从所述压缩机的叶轮接收所述制冷剂的扩压器通道。所述HVAC&R系统还包含所述压缩机的可变几何形状扩压器，其中所述可变几何形状扩压器被配置成定位在所述扩压器通道内且被配置成调整穿过所述扩压器通道的制冷剂流动路径的尺寸；致动器，其被配置成调整所述可变几何形状扩压器在所述扩压器通道内的位置；以及控制器，其被配置成调节所述致动器的操作，其中所述控制器被配置成控制所述致动器在所述压缩机的停止期间将所述可变几何形状扩压器定位在所述扩压器通道内且抵靠压缩机排放板定位。
在本公开的另一实施例中，一种加热、通风、空气调节和制冷(HVAC&R)系统控制器，其包含有形的、非暂时性的计算机可读介质，所述计算机可读介质存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时被配置成使得处理电路系统：控制致动器在压缩机的操作期间将可变几何形状扩压器定位在所述压缩机的扩压器通道中的第一位置范围内；控制所述致动器在所述压缩机的停止期间将所述可变几何形状扩压器定位在所述压缩机的所述扩压器通道中的第二位置范围内；并且控制所述致动器在所述压缩机的停止期间维持所述可变几何形状扩压器在所述扩压器通道内的位置和抵靠所述压缩机的压缩机排放板的位置。
附图说明
通过阅读以下详细描述并参考附图，可以更好地理解本公开的各方面，其中：
图1是根据本公开的一方面可在商业环境中利用加热、通风、空气调节和制冷(HVAC&R)系统的建筑物的实施例的透视图；
图2是根据本公开的一方面的蒸汽压缩系统的实施例的透视图；
图3是根据本公开的一方面的蒸汽压缩系统的实施例的示意图；
图4是根据本公开的一方面的蒸汽压缩系统的实施例的示意图；
图5是根据本公开的一方面的具有呈串联逆流布置的多个制冷剂回路的蒸汽压缩系统的实施例的示意图；
图6是根据本公开的一方面的具有可变几何形状扩压器的压缩机的一部分的实施例的横截面图，所述压缩机可包含于图1-5的系统中；
图7是根据本公开的一方面的压缩机中的可变几何形状扩压器的一部分的实施例的示意图；并且
图8是根据本公开的一方面的用于可变几何形状扩压器的控制系统的实施例的示意图。
具体实施方式
将在下文描述本公开的一个或多个特定实施例。这些所描述实施例是当前公开的技术的实例。另外，在努力提供这些实施例的简洁描述的过程中，在说明书中可能未描述实际实施方案的所有特征。应当理解，在任何这样的实际实施方案的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多实施方案特定的决定以实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和商业相关的约束，这些约束可能因实施方案不同而不同。此外，应当理解，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言仍然是设计、装配和制造的常规任务。
当介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且意味着可以存在除了所列出的元件之外的额外元件。此外，应当理解，对本公开的“一个实施例”或“实施例”的引用不旨在被解释为排除还结合了所述特征的额外实施例的存在。
本公开的实施例涉及被配置成冷却调节流体的加热、通风、空气调节和制冷(HVAC&R)系统。例如，HVAC&R系统可以例如从建筑物中的空气处理设备或其它终端装置接收调节流体流，并冷却调节流体。然后，HVAC&R系统可以将调节流体传回空气处理设备，以供用于冷却或调节建筑物中的空气。HVAC&R系统可以包含蒸汽压缩系统，所述蒸汽压缩系统被配置成冷却制冷剂并使经冷却的制冷剂与调节流体处于热交换关系中以从调节流体吸收热量或热能。一般来说，蒸汽压缩系统包含制冷剂回路，所述制冷剂回路被配置成使制冷剂循环穿过一个或多个热交换器，例如冷凝器和蒸发器。蒸汽压缩系统还包含压缩机(例如，离心式压缩机)，用以使制冷剂循环穿过制冷剂回路。在一些实施例中，HVAC&R系统是冷却器系统，例如水冷式冷却器系统或气冷式冷却器系统。
不利的是，在某些情况下，由于制冷剂流过制冷剂回路，压缩机可能容易发生旋转(例如，逆转)。例如，当冷却器系统的操作暂停时，调节流体(例如，水)仍可流过蒸发器和/或冷却流体(例如，水)仍可流过沿制冷剂回路安置的冷凝器。水的温度可能使得冷凝器中的制冷剂沸腾和/或使得蒸发器中的制冷剂冷凝。因此，可能会引起穿过制冷剂回路(例如，从冷凝器经由压缩机到达蒸发器)的自然制冷剂迁移，这可能会引起压缩机的非所要旋转(例如，逆转)。
在具有多个制冷剂回路(例如，呈串联逆流布置)且因此具有多个压缩机的冷却器系统的实施例中，当制冷剂回路中的一者处于空闲状态或不工作时，压缩机还可能容易通过制冷剂流发生旋转或逆转。如应了解，不工作的压缩机的旋转或逆转可能会导致不工作的压缩机的电动机磨损和劣化。另外，不工作的压缩机的轴承支撑系统(例如，油泵、磁力轴承等)也可能是不工作的，由此使不工作的压缩机和/或轴承支撑系统在压缩机旋转或逆转的情况下过早磨损和劣化。不利的是，用以减少压缩机旋转或逆转的常规系统和方法，例如自动排放隔离阀，成本昂贵。
因此，本公开的实施例涉及用于将例如可变几何形状扩压环的可变几何形状扩压器(VGD)用作流量止回阀以显著减少、阻挡或阻止穿过压缩机的非所要制冷剂流且由此缓和压缩机的旋转和/或逆转的系统和方法。具体地说，本实施例包含致动器和/或致动系统(例如，两级致动器)，其被配置成在多种模式下工作以使VGD在压缩机的扩压器通道内致动和移动。例如，致动器可以被配置成通过施加第一力来移动VGD而在第一模式下工作，并且通过施加小于第一力的第二力来移动VGD而在第二模式下工作。根据当前技术，控制系统被配置成例如基于压缩机的工作状态和/或基于VGD在扩压器通道内的位置，选择性地调节致动器在第一模式与第二模式之间的操作。控制系统可以使致动器在压缩机工作时在第一模式下工作，以便使VGD在扩压器通道内移动并调整穿过扩压器通道的流动路径(例如，制冷剂流动路径)的大小，例如用于控制压缩机的喘振或容量。控制系统可以使致动器在压缩机在故障过程期间和/或在停机过程期间不工作时在第二模式下工作，以便使VGD在扩压器通道内移动并邻接扩压器通道的相对表面，由此基本上完全阻挡或封堵穿过扩压器通道的流动路径。以此方式，VGD可以阻挡或阻止穿过压缩机的制冷剂流，以便在压缩机不工作时减少压缩机的旋转和逆转。下文进一步详细论述控制系统和致动器的操作的细节。
应注意，本文中的公开内容描述与压缩机的VGD环一起使用的当前技术。然而，当前技术还可以用于利用其它类型的VGD的压缩机的实施例，所述VGD例如可变轮叶扩压器、可变壁扩压器或其它类型的扩压器。此外，下文的论述描述在水冷式冷却器系统中实施的当前技术，但本文中所公开的系统和方法也可以在其它HVAC&R系统中实施。
现转而参看图式，图1是用于典型商业环境的建筑物12中的加热、通风、空气调节和制冷(HVAC&R)系统10的环境的实施例的透视图。HVAC&R系统10可以包含供应冷却液的蒸汽压缩系统14，所述冷却液可用于使建筑物12降温。HVAC&R系统10还可以包含用于供应加热液体来为建筑物12供暖的锅炉16，以及使空气在建筑物12内循环的空气分配系统。空气分配系统还可以包含回风管道18、送风管道20和/或空气处理器22。在一些实施例中，空气处理器22可以包含通过导管24连接到锅炉16和蒸汽压缩系统14的热交换器。取决于HVAC&R系统10的操作模式，空气处理器22中的热交换器可以接收来自锅炉16的加热液体，或来自蒸汽压缩系统14的冷冻液。HVAC&R系统10被示出在建筑物12的每个楼层都具有单独的空气处理器，但是在其它实施例中，HVAC&R系统10可以包含空气处理器22和/或可以在楼层之间共享的其它组件。
图2和3示出可以用于HVAC&R系统10中的蒸汽压缩系统14的实施例。蒸汽压缩系统14可以使制冷剂循环穿过从压缩机32开始的回路(例如，制冷剂环路)。所述回路还可以包含冷凝器34、膨胀阀或装置36，以及液体冷却器或蒸发器38。蒸汽压缩系统14可以进一步包含控制面板40，其具有模/数(A/D)转换器42、微处理器44、非易失性存储器46和/或接口板48。
可用作蒸汽压缩系统14中的制冷剂的流体的一些实例是基于氢氟碳(HFC)的制冷剂，例如R-410A、R-407、R-134a、氢氟烯烃(HFO)；“天然”制冷剂，比如氨(NH3)、R-717、二氧化碳(CO2)、R-744；或烃基制冷剂、水蒸汽，或任何其它合适的制冷剂。在一些实施例中，蒸汽压缩系统14可以被配置成高效地利用在一个大气压下具有约19摄氏度(66华氏度)的正常沸点的制冷剂，也称为低压制冷剂，而不是中压制冷剂，例如R-134a。如本文所用，“正常沸点”可以指在一个大气压下测得的沸点温度。
在一些实施例中，蒸汽压缩系统14可以使用变速驱动器(VSD)52、电动机50、压缩机32、冷凝器34、膨胀阀或装置36和/或蒸发器38中的一个或多个。电动机50可以驱动压缩机32并且可以由变速驱动器(VSD)52供电。VSD 52从交流(AC)电源接收具有特定固定管线电压和固定管线频率的AC电力，并向电动机50提供具有可变电压和可变频率的电力。在其它实施例中，电动机50可以直接由AC或直流(DC)电源供电。电动机50可以包含可以由VSD或直接从AC或DC电源供电的任何类型的电动机，例如开关磁阻电动机、感应电动机、电子换向永磁电动机或另一合适的电动机。
压缩机32压缩制冷剂蒸汽并且通过排放通道将蒸汽输送到冷凝器34。在一些实施例中，压缩机32可以是离心式压缩机。由压缩机32输送到冷凝器34的制冷剂蒸汽可以将热量传递到冷凝器34中的冷却流体(例如，水或空气)。与冷却流体进行热传递的结果是，制冷剂蒸汽可以在冷凝器34中冷凝成制冷剂液体。来自冷凝器34的液态制冷剂可以流过膨胀装置36到达蒸发器38。在图3的所说明实施例中，冷凝器34是水冷式的并且包含连接到冷却塔56的管束54，冷却塔向冷凝器34提供冷却流体。
输送到蒸发器38的液态制冷剂可以从另一冷却流体(例如，调节流体)吸收热量，所述另一冷却流体可以是或可以不是在冷凝器34中使用的相同冷却流体。蒸发器38中的液态制冷剂可以经历从液态制冷剂到制冷剂蒸汽的相变。如图3的所说明实施例中所示，蒸发器38可以包含管束58，所述管束具有连接到冷却负载62的供流管线60S和回流管线60R。蒸发器38的调节流体(例如，水、乙二醇、氯化钙盐水、氯化钠盐水或任何其它合适的流体)经由回流管线60R进入蒸发器38并且经由供流管线60S离开蒸发器38。蒸发器38可以通过与制冷剂的热传递来降低管束58中的调节流体的温度。蒸发器38中的管束58可以包含多个管和/或多个管束。在任何情况下，蒸汽制冷剂离开蒸发器38，并且通过吸入管线返回到压缩机32，以完成循环。
图4是具有并入在冷凝器34与膨胀装置36之间的中间回路64的蒸汽压缩系统14的实施例的示意图。中间回路64可以具有直接以流体方式连接到冷凝器34的入口管线68。在其它实施例中，入口管线68可以间接以流体方式联接到冷凝器34。如图4的所说明实施例中所示，入口管线68包含定位于中间容器70上游的第一膨胀装置66。在一些实施例中，中间容器70可以是闪蒸罐(例如，闪蒸中间冷却器)。在其它实施例中，中间容器70可以被配置为“热交换器”或“表面节能器”。在图4的所说明实施例中，中间容器70用作闪蒸罐，并且第一膨胀装置66被配置成降低(例如，膨胀)从冷凝器34接收到的液态制冷剂的压力。在膨胀过程中，一部分液体可能会蒸发，因此中间容器70可以用于将蒸汽与从第一膨胀装置66接收到的液体分离。另外，由于液态制冷剂在进入中间容器70时经历的压降(例如，由于进入中间容器70时经历的体积快速增加)，中间容器70可以提供液态制冷剂的进一步膨胀。中间容器70中的蒸汽可以由压缩机32抽吸穿过压缩机32的吸入管线74。在其它实施例中，中间容器中的蒸汽可以被抽吸到压缩机32的中间级(例如，非吸入级)。由于膨胀装置66和/或中间容器70中的膨胀，收集在中间容器70中的液体可比离开冷凝器34的液态制冷剂具有更低的焓。接着，来自中间容器70的液体可以在管线72中流过第二膨胀装置36到达蒸发器38。
如上文所提及，本文中所公开的系统和方法可以用于HVAC&R系统10和/或具有多个制冷剂回路的蒸汽压缩系统14中。例如，图5是具有多个制冷剂回路80(例如，制冷剂环路)的蒸汽压缩系统14的实施例的示意图。具体地说，所说明的实施例包含以串联逆流布置而布置的第一制冷剂回路82和第二制冷剂回路84。第一制冷剂回路82包含第一压缩机32A、第一冷凝器34A、第一膨胀装置36A和第一蒸发器38A。第二制冷剂回路84包含第二压缩机32B、第二冷凝器34B、第二膨胀装置36B和第二蒸发器38B。制冷剂回路80中的每一者被配置成循环从中穿过的相应制冷剂，并且被配置成以类似于上文参考图2-4中所示的蒸汽压缩系统14所描述的方式工作。应注意，制冷剂回路80中的每一者还可以包含除图2-4中所示的组件之外的组件。
在所说明的实施例中，蒸汽压缩系统14的第一制冷剂回路82和第二制冷剂回路84以串联逆流布置而布置。具体地说，第一蒸发器38A和第二蒸发器38B限定调节流体流动路径或回路86的一部分，所述调节流体流动路径或回路从冷却负载88(例如，空气处理器22)延伸，依序穿过第二蒸发器38B和第一蒸发器38A，且返回到冷却负载88。类似地，第一冷凝器34A和第二冷凝器34B限定冷却流体流动路径或回路90的一部分，所述冷却流体流动路径或回路从冷却流体源92(例如，冷却塔56)延伸，依序穿过第一冷凝器34A和第二冷凝器34B，且返回到冷却流体源92。因此，调节流体被引导穿过蒸汽压缩系统14，首先穿过第二蒸发器38B，接着穿过第一蒸发器38A，而冷却流体被引导穿过蒸汽压缩系统14，首先穿过第一冷凝器34A，接着穿过第二冷凝器34B，由此提供串联逆流布置。
在一些情况下，制冷剂回路80中的一者可以处于工作状态，而制冷剂回路80中的另一者可处于不工作状态。如应了解，不工作的制冷剂回路80的压缩机32可以处于空闲状态(例如，与压缩机32相关联的电动机50未得到供电或供能)。因此，不工作的制冷剂回路80的压缩机32不工作，以使制冷剂循环穿过不工作的制冷剂回路80。然而，不工作的制冷剂回路80可能仍容易发生从中穿过的自然制冷剂迁移。例如，如果第一制冷剂回路82处于工作状态且第二制冷剂回路84处于不工作状态，则冷却流体可仍沿冷却流体回路90循环穿过第二冷凝器34B(例如，从第一冷凝器34A开始，穿过第二冷凝器34B，且到达冷却流体源92)。类似地，调节流体可仍沿着调节流体回路86循环穿过第二蒸发器38B(例如，从冷却负载88开始，穿过第二蒸发器38B，且到达第一蒸发器38A)。在一些情况下，穿过第二冷凝器34B的冷却流体流动和/或穿过第二蒸发器38B的调节流体流动可引起穿过第二制冷剂回路84的自然制冷剂迁移。如上文所论述，自然制冷剂迁移可能会引起不工作的第二压缩机32B中的非所要旋转或逆转。
因此，本实施例包含流量控制系统94，其被配置成改进压缩机32的操作和控制，例如通过减少、阻挡和/或阻止压缩机32的非所要旋转和/或逆转。如下文进一步详细描述，流量控制系统94可以与压缩机32(例如，压缩机32A、32B中的一者或两者)结合(例如，集成)，且可以包含压缩机32的可变几何形状扩压器(VGD)、被配置成调整VGD在压缩机32内的位置的致动系统和被配置成控制致动系统的操作的控制系统。在一些应用中，VGD用于调整穿过压缩机32的扩压器通道的流动路径，以便实现在压缩机32的操作期间控制压缩机32的喘振和/或容量。另外，可以经由致动系统和控制系统来控制VGD，以将VGD定位于扩压器通道内，从而通过抵靠扩压器通道的相对壁定位VGD而完全或基本上完全地阻挡穿过扩压器通道的流动路径，且因此在压缩机32不工作时阻挡穿过扩压器通道的制冷剂流。以此方式，VGD可以用作流量止回阀以缓解或减少当压缩机32不工作时可能由于自然制冷剂迁移而引起的压缩机32的旋转和/或逆转。如下文进一步详细论述，致动系统被配置成使用第一力使VGD在扩压器通道内移动以进行容量和/或喘振控制，并且使用小于第一力的第二力使VGD在扩压器通道内移动以邻接相对表面并完全阻挡穿过扩压器通道的流动路径。
图6是压缩机32的一部分的实施例的横截面，所述压缩机可包含于参考图1-5所描述的任一系统中或包含于任何其它合适的HVAC&R系统10中。制冷剂流动路径100示出为穿过压缩机32，其中制冷剂行进穿过压缩机32的叶轮104的叶片102，朝向由喷嘴底板109(例如，压缩机外壳)和压缩机排放板116(例如，扩压器板)限定且在所述喷嘴底板与所述压缩机排放板之间延伸的扩压器通道106。制冷剂从扩压器通道106被引导到收集器108(例如，蜗壳(volute))。叶轮104的叶片102旋转(例如，经由电动机50的操作)，以从叶轮104的旋转中心向外加速制冷剂。经加速的制冷剂可以沿着所示的制冷剂流动路径100朝向扩压器通道106行进，这被设计成例如通过逐渐降低制冷剂的速度而将制冷剂的动能转换成压力。
如上所述，压缩机32可以包含用以调节穿过压缩机32的制冷剂流的流量控制系统94。流量控制系统94可以包含安置于扩压器通道106的下部部分中或下部部分附近(例如，在叶轮104与收集器108之间且接近叶轮104)的可变几何形状扩压器(VGD)110、致动器112以及控制器114(例如，控制系统)。例如，VGD 110可以至少部分地定位于喷嘴底板109内或定位于喷嘴底板109附近(例如，在形成于所述喷嘴底板中的凹槽内)。在所说明的实施例中，VGD 110是VGD环。然而，在其它实施例中，VGD 110可以是可变轮叶扩压器、可变壁扩压器或其它类型的可变扩压器。VGD 110在扩压器通道106内的位置是可调整的，以便改进压缩机32的控制和操作。例如，VGD 110可以联接到致动器112(例如，两级致动器、致动系统等)，所述致动器在受到控制器114(例如，控制系统)的指令后使VGD 110从先前位置致动或移动到所要位置。在一些实施例中，致动器112可以是机电致动器、磁性致动器、液压致动器或任何其它合适类型的致动器。如本文中所描述，流量控制系统94(例如，致动器112和/或控制器114)被配置成在两种或更多种级或模式下工作。例如，致动器112可以通过向VGD110施加第一力来在第一级或模式(例如，高扭矩模式)下致动VGD 110，并且通过向VGD110施加小于第一力的第二力来在第二级或模式(例如，低扭矩模式)下致动所述VGD。
控制器114可以控制VGD 110的位置，使得VGD 110调整穿过扩压器通道106的流动路径的大小。例如，控制器114可以控制致动器112的操作以增大或减小穿过扩压器通道106的流动路径(例如，制冷剂流动路径100)的大小，而不会在压缩机32的操作期间完全阻挡穿过扩压器通道106的流动路径(例如，以控制压缩机32的喘振和/或容量)。控制器114还可以控制致动器112的操作以将VGD 110定位在整个扩压器通道106内，使得VGD 110邻接压缩机32的压缩机排放板116(例如，扩压器板)，由此完全阻挡扩压器通道106并阻止从所述扩压器通道穿过的制冷剂流。以此方式，VGD 110用作流量止回阀，以缓解或阻止(例如，叶轮100的)旋转和/或逆转，例如在压缩机32的不工作期间或停止期间。
控制器114可以包含处理电路系统118和存储器120。存储器120可以包含有形的、非暂时性的计算机可读介质，其可以存储指令，所述指令在由处理电路系统118执行时可以使得处理电路系统118执行本文中所描述的各种功能或操作。为此，处理电路系统118可以是能够执行计算机可执行代码的任何合适类型的计算机处理器或微处理器，包含但不限于一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑装置(PLD)、可编程电路阵列(PLA)等。例如，控制器114可以至少部分地基于某些工作和/或环境条件(例如，制冷剂温度)来控制压缩机32的工作容量。控制器114还可以包含存储在存储器120上的数据，所述数据基于压缩机32的工作容量指示VGD110的所要位置。此外，控制器114可以被配置成基于VGD 110在扩压器通道106内的位置和/或基于压缩机32的工作状态来控制致动器112的级或致动力。例如，当VGD 110处于在扩压器通道106内的第一位置范围内时，控制器114可以控制致动器112使用第一力或扭矩来调整VGD 110的位置，并且当VGD 110处于在扩压器通道106内的第二位置范围内时，所述控制器可以控制所述致动器使用小于第一力或扭矩的第二力或扭矩来调整所述VGD的位置。下文进一步详细描述经由致动器112和控制器114对VGD 110的控制。
图7是图6的压缩机32的一部分的实施例的横截面图，其中VGD 110处于部分阻挡位置。如图6和7中所示，VGD 110通常被配置成沿着方向130(例如，轴线)在扩压器通道106内行进，并且如图7所示，可以将扩压器通道106的一部分(例如，流动路径)限定为小于扩压器通道106的总宽度134(例如，尺寸)的宽度132(例如，尺寸)。如所论述，致动器112被配置成使VGD 110在扩压器通道106内致动和移动，以例如调整制冷剂可流过的扩压器通道106的宽度132的大小。在一些实施例中，致动器112可以经由连杆136(例如，机械连杆)联接到VGD 110，所述连杆被配置成将致动器112所施加的力传递到VGD 110。
在所说明的实施例中，VGD 110被示为处于原点或“零”位置138。例如，VGD 110的起始位置138可以是扩压器通道106内的阈值位置(例如，下限阈值位置)，超过所述阈值位置，致动器112和/或控制器114在压缩机32的工作时间段期间就不会调整VGD110(例如，所述VGD进一步进入扩压器通道106和/或进一步朝向压缩机排放板116)。换句话说，当压缩机32工作时，致动器112和/或控制器114被配置成使VGD 110在扩压器通道106中的第一位置范围140内移动，并且不将VGD 110定位在起始位置138之外(例如，更靠近压缩机排放板116)。因此，当压缩机32工作时，在VGD 110的远端表面144与压缩机排放板116之间保持有间隙142，其中从远端表面144到压缩机排放板116的间隙142的尺寸(例如，宽度)大于或等于图7中所示的宽度132。如应了解，间隙142的存在允许VGD 110的热生长并且在压缩机32的操作期间阻挡VGD 110与压缩机排放板116之间的接触，否则所述热生长和所述接触可能会导致非所要的力传递到连杆136或压缩机32的其它组件。
根据本实施例，致动器112和/或控制器114还被配置成选择性地将VGD 110移动到起始位置138之外并与压缩机排放板116接触。例如，在压缩机32的停止(例如，不工作时间段、故障过程和/或停机过程)期间，控制器114可以指令致动器112使VGD110移动到起始位置138之外(例如，进一步远离喷嘴底板109)，使以使得VGD 110接触压缩机排放板116以阻挡(例如，完全阻挡)排放通道106且由此阻挡或阻止穿过排放通道106的制冷剂流。换句话说，在压缩机32的不工作时间段、故障过程和/或停机过程期间，控制器114可以指令致动器112使VGD 110在第二位置范围146内移动，以使得VGD 110定位在起始位置128之外(例如，相对于喷嘴底板109)。如图7所示，第一位置范围140和第二位置范围146可以协同地跨扩压器通道106的总宽度134延伸(例如，与所述总宽度相等)。在某些实施例中，第一位置范围140和第二位置范围146不彼此重叠，并且通过起始位置138分开。通过将VGD 110定位在第二位置范围146内(例如，与压缩机排放板116邻接)，VGD 110可以用作流量止回阀，其不允许可能在压缩机32不工作时引起的制冷剂穿过压缩机32的自然迁移(例如，从冷凝器34向蒸发器38的迁移和/或沿着方向148的迁移)。
如上文所提及，流量控制系统94(例如，致动器112)被配置成在两种或更多种模式或级下工作。在第一模式或级中，控制器114可以控制致动器112通过向VGD 110施加第一力或扭矩(例如，较大的力和/或高于阈值量的力)来调整VGD 110的位置，并且在第二模式或级中，控制器114可以控制致动器112通过向VGD 110施加小于第一力或扭矩的第二力或扭矩(例如，较小的力和/或低于阈值量的力)来调整VGD 110的位置。例如，控制器114可以被配置成在VGD 110处于第一位置范围140内时指令致动器112在第一模式或级下工作，并且在VGD 110处于第二位置范围146内时指令致动器112在第二模式或级下工作。通过在压缩机32工作时利用第一力或较大的力使VGD 110在第一位置范围140内移动，VGD 110的位置可以在压缩机32的操作期间快速且高效地进行调整，以控制喘振和/或容量。通过在压缩机32不工作时利用第二力或较小的力使VGD 110在第二位置范围146内移动，VGD 110可以被定位成接触压缩机排放板116且因此阻挡穿过扩压器通道106的自然制冷剂迁移，同时避免非所要的力传递到VGD110、连杆136、致动器112或压缩机32的其它组件。
作为实例，压缩机32可以在VGD 110在第一位置范围140内定位于扩压器通道106中的情况下工作，并且控制器114可以(例如，从控制板40)接收压缩机32故障或停机的指示(例如，反馈)。为此，控制器114可以通信方式联接到蒸汽压缩系统14和/或HVAC&R系统10的调节系统操作的其它控制组件。基于所述指示，控制器114可以指令致动器112在致动器112的第一模式或级中将VGD 110的位置调整到起始位置138(例如，使用第一力或较大的力)。一旦VGD 110到达起始位置138，控制器114就可以指令致动器112在致动器112的第二模式或级中将VGD 110的位置从起始位置138调整到与压缩机排放板116接触的位置(例如，使用第二力或较小的力)。如下文进一步论述，一旦VGD 110与压缩机排放板116充分接触，控制器116就可以指令致动器112保持VGD 110抵靠压缩机排放板116的位置，以阻挡或阻止穿过排放通道106的制冷剂流。例如，致动器112可以维持VGD 110与压缩机排放板116接触的位置，直到控制器114(例如，从控制板40)接收到使压缩机32工作或解阻挡扩压器通道106的命令。
图8是包含控制器114、致动器112和VGD 110且示出可以与利用所公开技术的系统结合的额外特征的流量控制系统94的示意图。例如，致动器112包含传感器150和锁定系统152。传感器150被配置成检测致动器112的工作参数，并且可以将指示工作参数的反馈传送到控制器114。例如，在一个实施例中，致动器112可以是机电电动机，并且传感器150可以被配置成检测作用于电动机(例如，作用于联接到VGD 110的电动机的轴)的扭矩。控制器114可以参考来自传感器150的扭矩反馈以确定VGD 110何时定位成与压缩机排放板116充分接触以便阻挡穿过排放通道106的制冷剂流。如上文所论述，控制器114还可以被配置成从其它组件(例如，控制板40)接收输入和/或反馈，并且可以基于所述反馈使致动器112工作。在一些实施例中，输入和/或反馈可以指示压缩机32、蒸汽压缩系统14和/或HVAC&R系统10的工作模式或容量。
当控制器114确定VGD 110定位成与压缩机排放板116充分接触(例如，基于来自传感器150的反馈)时，控制器114可以指令致动器112激活锁定系统152以维持VGD110在扩压器通道106内的位置，并且可以中断致动器112的操作以使VGD 110移动。在一些实施例中，锁定系统152可以包含被配置成维持致动器112和VGD 110的位置的机械锁定系统。机械锁定系统可以包含例如机械互锁装置、钥匙、销、锥形环、弹簧锁、制动机构、活塞、另一合适的锁定装置，或其任何组合。在一些实施例中，锁定系统152可以包含电锁定系统，所述电锁定系统被配置成阻挡供应到致动器112的电力且由此保持致动器112和VGD 110的位置。锁定系统152的其它实施例可以包含额外或替代组件，例如气动锁、液压锁、磁性锁、机电锁，或其任何组合。
应了解，根据当前技术的实施例可以利用被配置成将反馈提供到控制器114的额外和/或替代传感器150。例如，流量控制系统94可以包含用以实现上文所描述的功能性的传感器150，例如位置传感器、电流传感器、温度传感器、压力传感器、流速传感器、接触传感器或其它传感器。在一些实施例中，一个或多个传感器150可以联接到蒸汽压缩系统14的其它组件和/或安置于沿着制冷剂回路80或位于制冷剂回路内的其它位置中。
如上文所论述，本公开的实施例涉及用于将可变几何形状扩压器(VGD)用作压缩机中的流量止回阀以显著减少、阻挡或阻止穿过压缩机的非所要制冷剂流且由此缓和压缩机的旋转和/或逆转的系统和方法。实施例包含被配置成在多种模式下工作以使VGD在压缩机的扩压器通道内致动和移动的致动器，并且操作模式可以基于压缩机的工作状态和/或基于VGD在扩压器通道内的位置。致动器可以在压缩机工作时在第一模式下工作以便使VGD在扩压器通道内移动并调整穿过扩压器通道的流动路径的大小，例如用于控制压缩机的喘振或容量。控制系统可以使致动器在压缩机不工作时在第二模式下工作，以便使VGD在扩压器通道内移动并邻接扩压器通道的相对表面，由此基本上完全阻挡或封堵穿过扩压器通道的流动路径。因此，所公开的系统和方法使得能够使用VGD来阻挡或阻止穿过压缩机的制冷剂流，以便在压缩机不工作时减少压缩机的旋转和/或逆转。
尽管仅说明和描述本公开的某些特征和实施例，但所属领域的技术人员可以在不实质上脱离权利要求书中所叙述的主题的新颖教示和优点的情况下想到许多修改和变化，例如各个元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值(包含温度和压力)、安装布置、材料的使用、颜色、定向等的变化。任何过程或方法步骤的次序或顺序可根据替代实施例变化或再定顺序。因此，应理解，所附权利要求书既定涵盖如落在本公开的真实精神内的所有此类修改和改变。此外，为了提供示例性实施例的简洁描述，可能未描述实际实施方案的全部特征，例如与实行本公开的当前审慎考虑的最佳模式不相关的那些特征，或与实现所要求的公开不相关的那些特征。应注意，在任何此类实际实施方案的发展中，如同在任何工程或设计项目中，可以作出许多实施方案特定的决策。这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，它仍然是设计、制造和加工的例行工作而无需过多的实验。
在此提出和要求保护的技术被引用并应用于实践性质的材料对象和具体实例，其可证实地改进本技术领域，并且因此不是抽象的、无形的或纯粹理论的。另外，如果随附于本说明书的末尾的任何权利要求项含有表示为“用于[执行][功能]的构件……”或“用于[执行][功能]的步骤……”的一个或多个元素，则预期将依照35U.S.C.112(f)解释此类元素。然而，对于包含以任何其它方式指定的元件的任何权利要求项，这些元素不应根据35U.S.C.112(f)解释。

Claims (20)

1.一种压缩机，其包括：
扩压器通道，其被配置成从所述压缩机的叶轮接收制冷剂流，其中所述扩压器通道至少部分地由所述压缩机的压缩机排放板限定；
可变几何形状扩压器，其定位于所述扩压器通道内且被配置成调整穿过所述扩压器通道的制冷剂流动路径的尺寸；
致动器，其联接到所述可变几何形状扩压器且被配置成调整所述可变几何形状扩压器在所述扩压器通道内的位置；以及
控制器，其被配置成调节所述致动器的操作，其中所述控制器被配置成指令所述致动器使用第一力将所述可变几何形状扩压器的所述位置从第一位置调整到第二位置，并且使用小于所述第一力的第二力将所述可变几何形状扩压器的所述位置从所述第二位置调整到第三位置，其中所述可变几何形状扩压器在所述第三位置中邻接所述压缩机排放板。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其中所述控制器被配置成指令所述致动器使用所述第一力调整所述可变几何形状扩压器在所述扩压器通道内的可变几何形状扩压器位置范围内的所述位置，并且所述第一位置在所述可变几何形状扩压器位置范围内。
3.根据权利要求2所述的压缩机，其中所述控制器被配置成指令所述致动器在所述压缩机的操作期间调整所述可变几何形状扩压器在所述可变几何形状扩压器位置范围内的所述位置。
4.根据权利要求1所述的压缩机，其中所述控制器被配置成基于所述控制器接收到的指示压缩机停机的信号，指令所述致动器使用所述第二力将所述可变几何形状扩压器的所述位置从所述第二位置调整到所述第三位置。
5.根据权利要求1所述的压缩机，其中所述致动器包括传感器，所述传感器被配置成将指示所述可变几何形状扩压器处于所述第三位置的反馈提供到所述控制器。
6.根据权利要求5所述的压缩机，其中所述致动器是电动机，并且所述传感器是被配置成检测作用于所述电动机的扭矩的扭矩传感器。
7.根据权利要求1所述的压缩机，其中所述可变几何形状扩压器被配置成在所述第三位置中完全阻挡穿过所述压缩机的制冷剂流。
8.根据权利要求1所述的压缩机，其中在所述可变几何形状扩压器处于所述第二位置的情况下的穿过所述扩压器通道的所述制冷剂流动路径的所述尺寸对应于所述压缩机的操作期间的所述制冷剂流动路径的下限阈值尺寸。
9.根据权利要求1所述的压缩机，其中所述可变几何形状扩压器是可变几何形状扩压环。
10.根据权利要求1所述的压缩机，其中所述致动器包括锁定系统，所述锁定系统被配置成在所述压缩机的暂停操作期间将所述可变几何形状扩压器维持在所述第三位置中。
11.一种加热、通风、空气调节和制冷(HVAC&R)系统，其包括：
压缩机，其被配置成对制冷剂回路内的制冷剂加压，其中所述压缩机包括被配置成从所述压缩机的叶轮接收所述制冷剂的扩压器通道；
所述压缩机的可变几何形状扩压器，其中所述可变几何形状扩压器被配置成定位在所述扩压器通道内且被配置成调整穿过所述扩压器通道的制冷剂流动路径的尺寸；
致动器，其被配置成调整所述可变几何形状扩压器在所述扩压器通道内的位置；以及
控制器，其被配置成调节所述致动器的操作，其中所述控制器被配置成控制所述致动器在所述压缩机的停止期间将所述可变几何形状扩压器定位在所述扩压器通道内且抵靠压缩机排放板定位。
12.根据权利要求11所述的HVAC&R系统，其中所述控制器被配置成基于所述控制器接收到的压缩机停机或压缩机故障的指示来指令所述致动器将所述可变几何形状扩压器抵靠所述压缩机排放板定位。
13.根据权利要求11所述的HVAC&R系统，其中所述控制器被配置成指令所述致动器在所述压缩机的操作期间将所述可变几何形状扩压器定位在所述扩压器通道内的第一位置范围内，并且被配置成指令所述致动器在所述压缩机的停止期间将所述可变几何形状扩压器定位在所述扩压器通道内的第二位置范围内。
14.根据权利要求13所述的HVAC&R系统，其中所述第一位置范围和所述第二位置范围不会彼此重叠。
15.根据权利要求13所述的HVAC&R系统，其中所述控制器被配置成指令所述致动器将所述可变几何形状扩压器定位在所述扩压器通道内的所述第一位置范围内，以控制所述压缩机的喘振和/或控制所述压缩机的容量。
16.根据权利要求13所述的HVAC&R系统，其中所述控制器被配置成指令所述致动器使用第一力将所述可变几何形状扩压器定位在所述第一位置范围内，所述控制器被配置成指令所述致动器使用第二力将所述可变几何形状扩压器定位在所述第二位置范围内，并且所述第二力小于所述第一力。
17.根据权利要求11所述的HVAC&R系统，其包括第一制冷剂回路和第二制冷剂回路，其中所述第一制冷剂回路包括所述压缩机，所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路各自被配置成与冷却流体流交换热量，所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路各自被配置成与调节流体流交换热量，并且所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路相对于所述冷却流体流和所述调节流体流以串联逆流配置布置。
18.一种加热、通风、空气调节和制冷(HVAC&R)系统控制器，其包括有形的、非暂时性的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时被配置成使得处理电路系统：
控制致动器在压缩机的操作期间将可变几何形状扩压器定位在所述压缩机的扩压器通道中的第一位置范围内；
控制所述致动器在所述压缩机的停止期间将所述可变几何形状扩压器定位在所述压缩机的所述扩压器通道中的第二位置范围内；并且
控制所述致动器在所述压缩机的停止期间维持所述可变几何形状扩压器在所述扩压器通道内的位置和抵靠所述压缩机的压缩机排放板的位置。
19.根据权利要求18所述的HVAC&R系统控制器，其中所述计算机可执行指令在被执行时被配置成使得所述处理电路系统：
控制所述致动器向所述可变几何形状扩压器施加第一力以将所述可变几何形状扩压器定位在所述压缩机的所述扩压器通道中的所述第一位置范围内；并且
控制所述致动器向所述可变几何形状扩压器施加第二力以将所述可变几何形状扩压器定位在所述压缩机的所述扩压器通道中的所述第二位置范围内，
其中所述第一力大于所述第二力。
20.根据权利要求18所述的HVAC&R系统控制器，其中所述计算机可执行指令在被执行时被配置成使得所述处理电路系统：
从传感器接收指示作用于所述致动器的扭矩的反馈；并且
基于所述反馈控制所述致动器将所述可变几何形状扩压器抵靠所述压缩机的所述压缩机排放板定位。
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