CN116529490A - 包括带凹槽的扩散器的制冷剂压缩机 - Google Patents

Abstract

根据本公开的示例性方面的制冷剂压缩机尤其包括扩散器，该扩散器包括凹槽，凹槽被构造为抵抗制冷剂的回流。例如，压缩机在加热、通风和空调(HVAC)制冷机系统中使用。

Description

包括带凹槽的扩散器的制冷剂压缩机

相关申请

本申请要求2020年12月3日提交的美国临时申请第63/120,837号的权益，其全部内容以引用的方式并入到本文中。

技术领域

本公开涉及一种制冷剂压缩机，其包括带凹槽的扩散器。例如，压缩机在加热、通风和空调(HVAC)制冷机系统中使用。

背景技术

制冷剂压缩机用于使制冷剂经由制冷剂环路在制冷机中循环。已知的是，制冷剂环路包括冷凝器、膨胀装置和蒸发器。压缩机对流体进行压缩，流体进而行进到冷凝器，冷凝器继而对流体进行冷却和冷凝。然后，制冷剂流向膨胀装置(其降低流体的压力)并流向蒸发器，在蒸发器中流体被汽化，完成制冷循环。

许多制冷剂压缩机是离心式压缩机，并且具有电动马达，电动马达驱动至少一个叶轮以压缩制冷剂。制冷剂沿轴向方向流入叶轮中，并且从叶轮沿径向朝向扩散器排出。在扩散器内，制冷剂变宽并降低其速度，导致压力增加。

发明内容

根据本公开的一个示例性方面的制冷剂压缩机尤其包括扩散器，该扩散器包括凹槽，凹槽被构造为抵抗制冷剂的回流。

在另一实施例中，凹槽是形成在扩散器的壁中的凹陷部。

在另一实施例中，制冷剂压缩机包括叶轮和蜗壳，并且扩散器沿径向位于叶轮与蜗壳之间。

在另一实施例中，各个凹槽中的每一个包括邻近叶轮的径向内端部和邻近蜗壳的径向外端部，并且被布置为使得径向外端部与径向内端部沿周向间隔开。

在另一实施例中，每个凹槽包括从径向内端部延伸到径向外端部的第一弯曲侧壁和从径向内端部延伸到径向外端部的第二弯曲侧壁。

在另一实施例中，各个凹槽中的每一个的深度沿着相应凹槽的长度是可变的。

在另一实施例中，各个凹槽中的每一个在径向内端部与径向外端部之间的大致中间的点处具有最大深度。

在另一个实施例中，各个凹槽中的每一个具有的深度从最大深度朝向径向内端部和径向外端部二者逐渐减小。

在另一实施例中，各个凹槽中的每一个是第一类型的凹槽，扩散器包括多个第二类型的凹槽，并且第二类型的凹槽中的每一个是连接相邻的第一类型的凹槽的沿周向延伸的凹槽。

在另一实施例中，当在截面图中观察时，第一类型的凹槽中的每一个具有的深度在径向方向上可变。

在另一实施例中，在第二类型的凹槽的径向外侧，第一类型的凹槽中的每一个是倾斜的从而在径向向内的位置处更深，并且在第二类型的凹槽的径向内侧，第一类型的凹槽中的每一个是倾斜的从而在径向向外的位置处更深。

在另一实施例中，第二类型的凹槽是倾斜的从而在径向向内的位置处更深。

在另一实施例中，扩散器包括第一壁和与第一壁相对的第二壁，并且第一壁和第二壁中的一者或二者包括凹槽。

根据本公开的一个示例性方面的制冷剂系统尤其包括冷凝器、蒸发器、膨胀装置和制冷剂压缩机。该制冷剂压缩机包括扩散器，该扩散器包括凹槽，凹槽被构造为抵抗制冷剂的回流。

在另一实施例中，制冷剂压缩机包括叶轮和蜗壳，扩散器沿径向位于叶轮与蜗壳之间，并且凹槽是形成在扩散器的壁中的凹陷部。

在另一实施例中，凹槽中的每一个包括：径向内端部，其邻近叶轮；径向外端部，其邻近蜗壳且布置为使得径向外端部与径向内端部沿周向间隔开；第一弯曲侧壁，其从径向内端部延伸至径向外端部；以及第二弯曲侧壁，其从径向内端部延伸至径向外端部。

在另一实施例中，各个凹槽中的每一个的深度沿着相应凹槽的长度是可变的。

在另一实施例中，各个凹槽中的每一个在径向内端部与径向外端部之间的大致中间的点处具有最大深度。

在另一实施例中，各个凹槽中的每一个是第一类型的凹槽，扩散器包括多个第二类型的凹槽，并且第二类型的凹槽中的每一个是连接第一类型的相邻凹槽的沿周向延伸的凹槽。

在另一实施例中，在第二类型的凹槽的径向外侧，第一类型的凹槽中的每一个是倾斜的从而在径向向内的位置处更深，并且在第二类型的凹槽的径向内侧，第一类型的凹槽中的每一个是倾斜的从而在径向向外的位置处更深。

附图说明

图1示意性地图示了一种制冷剂系统。

图2示意性地图示了一种压缩机的一部分。

图3A是相对于蜗壳布置的一种示例扩散器的一部分的立体图。

图3B是图3A的一部分的特写视图；

图4A是相对于蜗壳布置的另一种示例扩散器的一部分的立体图。

图4B是图4A的一部分的特写视图。

图4C是沿图4B中的线4C-4C截取的示例扩散器和蜗壳的截面图。

具体实施方式

图1图示了一种制冷剂系统10。这种制冷剂系统10包括的主制冷剂环路或回路12与制冷剂压缩机14、冷凝器16、蒸发器18和膨胀装置20相连通。例如，此制冷剂系统10可以在制冷机中使用。在该示例中，冷却塔可以与冷凝器16流体连通。尽管示出了制冷剂系统10的特定示例，但是本申请可扩展到其它制冷剂系统配置，包括不含制冷机的配置。例如，主制冷剂环路12可以包括冷凝器16下游和膨胀装置20上游的经济器。

图2以截面图图示了压缩机14的一部分。压缩机14包括电动马达22，电动马达22具有布置在转子26径向外侧的定子24。转子26连接到轴28，轴28旋转以驱动压缩机14的至少一个压缩级30，压缩机14在此示例中包括至少一个叶轮32。压缩机14可包括多个压缩级。

轴28和叶轮32可借助于电动马达22绕轴线A旋转以对制冷剂F进行压缩。本公开中的术语轴向、径向和周向，是相对于轴线A使用的。轴28可由多个轴承组件可旋转地支承，这些轴承组件可以是磁性轴承组件。

在压缩机14操作期间，制冷剂F沿轴向朝向叶轮32流动，并且沿径向向外排出到叶轮32下游的扩散器34。扩散器34是沿轴向布置在第一壁36与第二壁38之间并且沿径向布置在叶轮32的出口与蜗壳40之间的通道。蜗壳40可与冷凝器16或压缩机14的另一压缩级流体连通。在扩散器34内，由叶轮32排出的制冷剂F变宽并降低速度，导致制冷剂F的压力增加。

在压缩机14的一些操作状态下，诸如当压缩机14以相对较低的速度和/或质量流速操作时，压缩机14可能经历被称为喘振的不期望的状况。喘振是指制冷剂F倾向于在压缩机14内反转或向后流动的状况。

本公开中的扩散器34被构造为抵抗制冷剂F在扩散器34内的这种回流，并且继而扩散器34抵抗喘振状况并扩展压缩机14的有用操作范围。在一个示例中，第一壁36和第二壁38中的一者或二者包括多个凹槽。凹槽是形成在第一壁36和/或第二壁38中的凹陷部。第一壁36和/或第二壁38可以包括围绕轴线A彼此沿周向间隔开的多个类似布置的凹槽。此外，第一壁36和/或第二壁38中的每一个可以包括多于一种类型的凹槽。

图3A和图3B图示了与第一壁36有关的凹槽42的第一布置。图3A和图3B从第一壁36的相对侧图示了凹槽42。因此，凹槽42在图3A和图3B中看起来像突出部。然而，从扩散器34中的制冷剂F的角度来看，凹槽42是第一壁36中的凹陷部。在一个示例中，凹槽42通过向形成第一壁36的金属板中冲压而形成。凹槽42可以使用诸如铣削、铸造、增材制造等其他技术来形成。

具体参考图3B，凹槽42从邻近叶轮32出口的径向内端部44沿径向延伸至邻近蜗壳40的径向外端部46。凹槽42在周向侧上由第一侧壁48和第二侧壁50界定，在此示例中，第一侧壁48和第二侧壁50沿凹槽42的长度彼此沿周向间隔开恒定距离。第一侧壁48和第二侧壁50是弯曲的，使得径向内端部44与径向外端部46沿周向间隔开。第一侧壁48和第二侧壁50的曲率对应于离开叶轮32的制冷剂F的预期周向分量。

此外，凹槽42相对于第一壁36的邻近表面的深度沿着槽42的长度从径向内端部44到径向外端部46是可变的。特别地，凹槽42包括在中点52处的最大深度，该中点52在径向内端部44与外端部46之间的大致中间。随着沿径向远离中点52而移动，凹槽42的深度朝向径向内端部44和径向外端部46二者(在这两个点处，凹槽42融合到第一壁36中)逐渐减小。凹槽42的这种布置通过减少叶轮下游流动中的涡流，在原本可能导致喘振状况的状况下被动地抵抗制冷剂F的回流。此外，尽管关于第一壁36示出，第二壁38可以替代地或附加地包括与关于图3A和图3B示出和描述的凹槽相似的凹槽。

图4A至图4C图示了凹槽的另一个示例布置。在此示例中，第一壁36包括两种不同类型的凹槽。第一类型的凹槽54大致类似于凹槽42。第二类型的凹槽56是连接第一类型的相邻凹槽54的沿周向延伸的凹槽。图4A和图4B从第一壁36的相对侧图示了凹槽54、56，如图3A和3B中所示，使得凹槽54、56看起来像突出部，然而从扩散器34中的制冷剂F的角度来看，它们实际上是凹陷部。

第一类型的凹槽54从邻近叶轮32的出口的径向内端部58沿径向延伸到邻近蜗壳40的径向外端部60。凹槽54由第一侧壁62和第二侧壁64在周向侧上界定，在此示例中，第一侧壁62和第二侧壁64沿凹槽54的长度彼此沿周向间隔开基本恒定的距离。第一侧壁62和第二侧壁64是弯曲的，使得径向内端部58与径向外端部60沿周向间隔开。第一侧壁62和第二侧壁64的曲率对应于离开叶轮32的制冷剂F的预期周向分量，在此示例中，该周向分量恰好与图3A和图3B中的方向相反。

此外，凹槽54相对于第一壁36的邻近表面的深度沿着凹槽54从径向内端部58到径向外端部60是可变的。特别地，凹槽54在中点66处包括最大深度，并且凹槽54的深度朝向径向内端部58和径向外端部60二者(在这两个点处，凹槽54融合到第一壁36中)逐渐减小。

邻近中点66，相邻凹槽54由凹槽56连接。凹槽56绕轴线A沿周向延伸，并允许流体在相邻凹槽54之间流动。例如，凹槽54A(其是凹槽54中的一个)通过凹槽56A(其是槽56中的一个)连接到相邻凹槽54B(其是凹槽54中的一个)。凹槽56A从凹槽54A的第一侧壁62延伸到凹槽54B的第二侧壁。凹槽56A在凹槽54A、54B的中点66处接触凹槽54A、54B的侧壁。

如图4C中所示，当在截面图中观察时，凹槽54和凹槽56的径向尺寸是可变的。例如，在凹槽56A径向向外的位置处，凹槽54A是倾斜的使得其在径向内部位置处更深。具体地，在凹槽56A径向向外的位置处，第二侧壁64比第一侧壁62更浅。在凹槽56A径向向内的位置处，情况正好相反，如关于凹槽54B可以看到的，其中第二侧壁64比第一侧壁62更深。凹槽56在径向方向上也具有可变的深度。在图4C中，凹槽56A是倾斜的使得它在径向内部位置处更深。图4A至图4C中的凹槽布置在原本可能导致喘振状况的状况下被动地抵抗制冷剂F的回流，因为凹槽54减少了叶轮下游流动中的涡流，并且凹槽56限制再循环流动接近叶轮的区域。此外，虽然关于第一壁36示出，但第二壁38可以替代地或附加地包括与关于图4A至图4C示出和描述的凹槽相似的凹槽。

所描述的扩散器可以与径向或混流压缩级一起使用。压缩机可包括在一个或多个压缩级处的所描述的扩散器中的一个或多个。

应该理解，上面使用的术语如“轴向”和“径向”是参考压缩机的正常操作姿态而使用的。此外，这些术语在本文中用于解释目的，不应被视为有其他限制目的。诸如“通常”、“大约”和“大致”的术语不旨在是无边界的术语，并且应该按照本领域技术人员将解释这些术语的方式来解释。

尽管不同的示例具有图示中所示的具体部件，但是本公开的实施例不限于这些特定的组合。可以将一个示例中的部件或特征中的一些与自这些示例中的另一个示例的特征或部件组合使用。此外，本公开所附的各个图不一定是按比例绘制的，并且一些特征可能被夸大或最小化以示出特定部件或布置的细节。

本领域的普通技术人员将理解，上述实施例是示例性的且非限制性的。也就是说，对本公开的修改将归入权利要求的范围内。因此，应研究以下权利要求，以确定其真正的范围和内容。

Claims (20)

1.一种制冷剂压缩机，其包括：

扩散器，所述扩散器包括凹槽，所述凹槽被构造为抵抗制冷剂的回流。

2.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中，所述凹槽是形成在所述扩散器的壁中的凹陷部。

3.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：

所述制冷剂压缩机包括叶轮和蜗壳，并且

所述扩散器沿径向位于所述叶轮与所述蜗壳之间。

4.根据权利要求3所述的制冷剂压缩机，其中，所述凹槽中的每一个包括：

径向内端部，所述径向内端部邻近所述叶轮，以及

径向外端部，所述径向外端部邻近所述蜗壳，并且布置为使得所述径向外端部与所述径向内端部沿周向间隔开。

5.根据权利要求4所述的制冷剂压缩机，其中，每个凹槽包括：

第一弯曲侧壁，所述第一弯曲侧壁从所述径向内端部延伸到所述径向外端部，以及

第二弯曲侧壁，所述第二弯曲侧壁从所述径向内端部延伸到所述径向外端部。

6.根据权利要求5所述的制冷剂压缩机，其中，所述凹槽中的每一个的深度沿着相应凹槽的长度是可变的。

7.根据权利要求6所述的制冷剂压缩机，其中，所述凹槽中的每一个在所述径向内端部与所述径向外端部之间的大致中间的点处具有最大深度。

8.根据权利要求7所述的制冷剂压缩机，其中，所述凹槽中的每一个具有的深度从所述最大深度朝向所述径向内端部和所述径向外端部二者逐渐减小。

9.根据权利要求7所述的制冷剂压缩机，其中：

所述凹槽中的每一个是第一类型的凹槽，

所述扩散器包括第二类型的多个凹槽，以及

所述第二类型的凹槽中的每一个是沿周向延伸的凹槽，所述沿周向延伸的凹槽连接相邻的所述第一类型的凹槽。

10.根据权利要求9所述的制冷剂压缩机，其中，所述第一类型的凹槽中的每一个在截面图中观察时具有的深度在径向方向上可变。

11.根据权利要求10所述的制冷剂压缩机，其中：

在所述第二类型的凹槽的径向外侧，所述第一类型的凹槽中的每一个是倾斜的从而在径向向内的位置处更深，并且

在所述第二类型的凹槽的径向内侧，所述第一类型的凹槽中的每一个是倾斜的从而在径向向外的位置处更深。

12.根据权利要求11所述的制冷剂压缩机，其中，所述第二类型的凹槽是倾斜的从而在径向向内的位置处更深。

13.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中：

所述扩散器包括第一壁和与所述第一壁相对的第二壁，以及

所述第一壁和所述第二壁中的一者或二者包括所述凹槽。

14.一种制冷剂系统，其包括：

冷凝器、蒸发器、膨胀装置和制冷剂压缩机，其中，所述制冷剂压缩机包括扩散器，所述扩散器包括凹槽，所述凹槽被构造为抵抗制冷剂的回流。

15.根据权利要求14所述的制冷剂系统，其中：

所述制冷剂压缩机包括叶轮和蜗壳，

所述扩散器沿径向位于所述叶轮与所述蜗壳之间，并且

所述凹槽是形成在所述扩散器的壁中的凹陷部。

16.根据权利要求15所述的制冷剂系统，其中，所述凹槽中的每一个包括：

径向内端部，所述径向内端部邻近所述叶轮，

径向外端部，所述径向外端部邻近所述蜗壳并且布置为使得所述径向外端部与所述径向内端部沿周向间隔开，

第一弯曲侧壁，所述第一弯曲侧壁从所述径向内端部延伸到所述径向外端部，以及

第二弯曲侧壁，所述第二弯曲侧壁从所述径向内端部延伸到所述径向外端部。

17.根据权利要求16所述的制冷剂系统，其中，所述凹槽中的每一个的深度沿着相应凹槽的长度是可变的。

18.根据权利要求17所述的制冷剂系统，其中，所述凹槽中的每一个在所述径向内端部与所述径向外端部之间的大致中间的点处具有最大深度。

19.根据权利要求18所述的制冷剂系统，其中：

所述凹槽中的每一个是第一类型的凹槽，

所述扩散器包括多个第二类型的凹槽，以及

所述第二类型的凹槽中的每一个是沿周向延伸的凹槽，所述沿周向延伸的凹槽连接相邻的所述第一类型的凹槽。

20.根据权利要求19所述的制冷剂系统，其中：

在所述第二类型的凹槽的径向外侧，所述第一类型的凹槽中的每一个是倾斜的从而在径向向内的位置处更深，以及

在所述第二类型的凹槽的径向内侧，所述第一类型的凹槽中的每一个是倾斜的从而在径向向外的位置处更深。