CN116772441A - 节流装置以及具有其的制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种节流装置，其包括：罐体，其用于容纳液态制冷剂，并且在所述罐体的出口处设置有孔板；浮球，其能够漂浮在所述制冷剂的液面上；枢转杆，其借助于枢转轴能枢转地固定在罐体上；连杆，其一端与所述浮球固定连接，另一端与所述枢转杆固定连接；阀片，所述阀片固定在所述枢转杆上并且位于所述孔板的孔口的附近，其中，所述阀片在该枢转杆的作用下能够调节所述孔口的流通面积；以及限位件，所述限位件位于所述阀片的上方，并且能够移动，以对所述阀片进行限位。本发明还提出了一种设置有该节流装置的制冷系统。本发明的节流装置能有效减少离心压缩机的喘振现象。

Description

节流装置以及具有其的制冷系统
技术领域
本发明涉及节流技术领域，尤其涉及一种节流装置，还涉及一种设置有所述节流装置的制冷系统。
背景技术
在制冷系统中，节流装置是重要的组成部分，主要使通过节流装置的冷媒（又称为“制冷剂”）由高温高压的液态冷媒变为低温低压的液态冷媒。目前的节流方式很多，例如热力膨胀阀、电子膨胀阀、节流孔板等节流方式。为了节省成本，市面上很多冷水机组都采用节流孔板与浮球阀相结合的方式。在这种节流装置中，节流孔板的开度影响制冷剂的流量，是决定制冷系统能否可靠、稳定和高效运行的重要因素。
此类节流装置通常包括浮球、连杆、阀片以及带有孔口的孔板等，其中，所述浮球随液态制冷剂的液面上下浮动，通过连杆带动所述阀片转动，从而控制所述阀片的开度并且调节所述孔口的流通面积，进而控制从节流装置中流出的制冷剂的流量。本领域技术人员发现，在制冷系统处于大冷量和低扬程的情形下（参见图1中的区域A），传统的节流装置运行良好；然而，在制冷系统处于小冷量和高扬程的情形下（参见图1中的区域B），由于制冷剂气体流量小压比大，使得离心压缩机尤其是第二级容易出现喘振现象，从而引起客户的抱怨和投诉。此外，喘振会增加离心压缩机的运行噪音、振动和消耗功率，严重时会损坏离心压缩机内部叶片甚至导致整个离心压缩机损坏。
因此，亟待寻找一种能够避免离心压缩机的喘振现象的节流装置。
发明内容
有鉴于此，根据本发明的第一方面，它提供了一种节流装置，从而有效地解决了现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题。在根据本发明的节流装置中，所述节流装置包括：
罐体，所述罐体用于容纳液态制冷剂，并且在所述罐体的出口处设置有孔板；
浮球，所述浮球能够漂浮在所述制冷剂的液面上；
枢转杆，所述枢转杆借助于枢转轴能枢转地固定在所述罐体上；
连杆，所述连杆的一端与所述浮球固定连接，另一端与所述枢转杆固定连接；
阀片，所述阀片固定在所述枢转杆上并且位于所述孔板的孔口的附近，其中，所述阀片在该枢转杆的作用下能够调节所述孔口的流通面积；以及
限位件，所述限位件位于所述阀片的上方，并且能够移动，以对所述阀片进行限位。
在根据本发明的节流装置的又一个实施方式中，所述限位件是定位螺栓，所述定位螺栓能够沿着滑槽上下移动。
在根据本发明的节流装置的再一个实施方式中，所述滑槽具有弧形的形状。
在根据本发明的节流装置的再一个实施方式中，所述滑槽的高度在所述孔板的孔口的最高位置和最低位置之间。
在根据本发明的节流装置的另一个实施方式中，所述连杆和所述枢转杆通过螺栓固定连接。
在根据本发明的节流装置的又一个实施方式中，所述连杆、所述枢转杆和所述阀片由金属制成。
在根据本发明的节流装置的再一个实施方式中，所述阀片具有弧形的横截面。
在根据本发明的节流装置的另外一个实施方式中，所述浮球为空心金属球体或实心非金属球体。
另外，根据本发明的第二方面，它也提供了一种制冷系统，所述制冷系统包括离心压缩机、冷凝器、经济器、蒸发器和上述的节流装置，所述节流装置通过入口管道与所述冷凝器连通，并且通过孔板的孔口与所述经济器连通，所述制冷系统还包括执行器，该执行器在满足该离心压缩机预设喘振条件的情况下移动所述限位件，从而调节所述孔口的最小流通面积。
在根据本发明的制冷系统的另外一个实施方式中，所述预设喘振条件与离心压缩机运行期间的电流稳定性、电机转速或入口导叶开度相关。
可以了解，本发明所提供的节流装置为离心压缩机的二级叶轮提供额外的气流，以抑制由于补气不足而导致的喘振现象，并提高离心压缩机效率、稳定性并降低部分负荷下冷水机组的声音和振动水平。此外，本发明的节流装置运行可靠、成本较低，并且能够满足多种工况的需求。
附图说明
以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述，其中：
图1示出了现有技术的制冷系统的扬程和冷量的变化曲线示意图；
图2示出了根据本发明的节流装置的实施例的结构示意图；
图3示出了在制冷系统处于大冷量和低扬程的情形下、图2中的节流装置与冷凝器和经济器相连时的结构示意图；以及
图4示出了在制冷系统处于小冷量和高扬程的情形下、图2中的节流装置与冷凝器和经济器相连时的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图详细描述本发明的若干个实施例。所描述的这些实施例仅是本发明的举例说明。此外，为了简明描述这些实施例，实际实现的所有特征可能未在本说明中全部描述。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
另外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
目前，制冷系统中的节流装置可以采用浮球阀及节流孔板结合的形式，此种节流装置结构简单，成本较低，并且无须外部信号进行调节。然而，在实际应用中，本领域技术人员发现，虽然该节流装置在一定范围内可自动调节流通面积，但其在一些工况下补气性能差，应付变工况、变负荷的能力差。
如图2所示，它在总体上示意性地图示出了本发明的节流装置的一个实施例的主要结构。从图2中清楚可见，所述节流装置10由罐体、浮球11、连杆12、枢转杆13、阀片14、限位件15和执行器（未示出）等部分构成。所述罐体用于容纳来自冷凝器的液态制冷剂，并且在所述罐体的出口处设置有孔板16，并且通过管道与下游的经济器相连。所述浮球11可以为空心金属球体或实心非金属球体，从而能够漂浮在所述制冷剂的液面上。所述枢转杆13借助于枢转轴能枢转地固定在所述罐体上。所述连杆12的一端与所述浮球11固定连接，并且所述连杆12的另一端例如通过螺栓与所述枢转杆13固定连接。例如具有弧形横截面的阀片14固定在所述枢转杆13上并且位于所述孔板16的孔口的附近，其中，所述阀片14在该枢转杆13的作用下能够调节所述孔口的流通面积、或者说节流面积。由于在节流过程中存在压差，所述液态制冷剂经过孔板16后会产生气体，并且变成气液两相流体。
具体而言，当液态制冷剂的液面上升时，所述浮球11随之上浮，并且通过所述连杆12带动所述阀片14绕着枢转轴沿着顺时针方向转动，逐渐打开所述孔板16上的孔口，此时所述孔口的流通面积逐渐变大；当液态制冷剂的液面下降时，所述浮球11随之下浮，并且通过所述连杆12带动所述阀片14绕着枢转轴沿着逆时针方向转动，逐渐覆盖所述孔板16上的孔口，此时所述孔口的流通面积逐渐变小。所述限位件15位于所述阀片14的上方，并且能够移动，以对所述阀片14进行限位。
需要说明的是，本发明的节流装置通过改变流通面积来满足机组的运行情况：在大冷量和低扬程的情形下（参见图1中的区域A），所述节流装置10的孔板16可以如“可变孔板”那样工作（在本文中，术语“可变孔板”指的是所述孔口的最小流通面积可变）；而在小流量和高扬程的情形下（参见图1中的区域B），由于受到限位的作用，所述阀片14保持一定的开度，使得所述节流装置10的孔板16可以如“固定孔板”那样工作（在本文中，术语“固定孔板”指的是所述孔口的最小流通面积固定不变），从而保证一定的热气旁通（HGBP，Hot GasBypass）。由于所述“固定孔板”增大了阀片14的最小开度、也即增大了最小流通面积，使得阀片14能够更好地克服开启前后的压力差而更容易打开，并且制冷剂的流通变得更加顺畅。通过检测离心压缩机运行期间的电流稳定性、电机转速或入口导叶（IGV，Inlet guidevane）开度相关的参数可以判定是否满足预设喘振条件，也就是说离心压缩机是否即将处于喘振区、或者说即将处于小流量和高扬程的情形。此时执行器移动限位件对阀片进行限位，并且控制阀片的最小开度，使得节流装置的最小流通面积保持不变，在节流过程中产生更多的气体为离心压缩机的二级叶轮补气，以避免出现不期望的喘振现象，从而保证制冷系统在最佳和最安全的状态下运行。
下面结合图3和图4来详细介绍所述节流装置的运行工况。
当制冷系统在大冷量和低扬程的条件下运行时，热气旁通最小。此时制冷剂的液面通常位于所述节流装置的孔板的孔口上方（参见图3），并且所述节流装置的流通面积可通过浮球带动阀片直接进行调节，与现有技术的节流装置相类似。所述制冷剂的流动方向如图3中的箭头所示。当制冷系统在小冷量和高扬程的条件下运行时，所述节流装置需要实现一定水平的热气旁通，以便为离心压缩机进行补气。此时制冷剂的液面通常位于所述节流装置的孔板的孔口的最高位置和最低位置之间（参见图4）。所述制冷剂的流动方向如图4中的箭头所示。如果通过检测装置检测到离心压缩机在运行期间的电流稳定性、电机转速和入口导叶开度相关的一项或多项参数超过预设值，则判断即将处于喘振区、或者处于小冷量和高扬程的条件，执行器移动限位件以便对阀片进行限位，从而调整孔板上孔口的开度，控制节流装置的最小流通面积，并且使该最小流通面积保持不变。如此通过补气的方式来提升效率，使机组脱离高噪音的振动区域。由上可知，所述节流装置能够适用于不同使用要求的制冷系统中，使得制冷系统可以进行多种类型的使用，满足多功能的设计需求，保证制冷系统在不同工作模式下都能安全可靠的运行，提升产品的质量稳定性、可靠性。
结合上述实施例在其他优选的实施方式中，所述节流装置10的限位件15可以采用定位螺栓的形式，所述定位螺栓能够沿着滑槽上下移动。此外，本领域技术人员容易理解，所述滑槽的高度在所述孔板16的孔口的最高位置和最低位置之间。进一步地，所述滑槽具有大致弧形的形状，从而使得所述限位件15能沿着所述阀片14的转动方向移动，如图2所示。当然，所述滑槽的具体形状不限于上述弧形的形状，只要能使所述限位件15实现上下移动即可。
此外，本发明还提供了一种包括上述节流装置的制冷系统，所述制冷系统由离心压缩机（未示出）、冷凝器20、节流装置10、经济器30和蒸发器（未示出）等组成。所述节流装置10通过入口管道与所述冷凝器20连通，并且通过孔板16的孔口与所述经济器30连通。由所述离心压缩机从所述蒸发器中吸入低温低压气体制冷剂，通过做功将所述低温低压气体制冷剂压缩成高温高压气体制冷剂，所述高温高压气体制冷剂进入所述冷凝器20与水交换热量，在所述冷凝器20中被冷凝成高压液体而放出大量热量，水吸收其放出的热量而温度不断上升，高压液体经所述节流装置10节流降压后被输送至经济器30。所述经济器30主要作用是实现气液分离并且提高机组运行效率。气液两相制冷剂经过导入弯管进入到经济器30的罐体内，制冷剂中的气态部分通过经济器30罐体内设置的结构与液态部分彻底分离，分离出来的气态制冷剂经过出气管进入离心压缩机形成二次吸气，而分离出来的液态制冷剂经过出液管流出，进入蒸发器蒸发制冷。所述制冷系统还包括执行器，该执行器在满足该离心压缩机预设喘振条件的情况下移动所述限位件，从而调节所述孔口的最小流通面积。进一步地，所述预设喘振条件与离心压缩机运行期间的电流稳定性、电机转速或入口导叶开度相关。
综上所述，本发明的节流装置能在启动过程或者部分负荷过程等工况下自动调节流量：在小冷量和高扬程的情形下，保持孔板的最小流通面积固定不变；在大冷量和低扬程的情形下，保持孔板的最小流通面积可变。在满足系统各个工况运行的同时，保证系统在小负荷运行阶段时自动调节流通面积，使系统安全稳定地运行，防止因供液量过大、引起带液压缩而导致的离心压缩机出现喘振等现象，从而实现减振降噪的目的，因此在此建议将上述节流装置推广到各类制冷系统中。
以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明的节流装置、设置有该节流装置的制冷系统，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。例如，为了保证节流装置内部零件的结构强度，连杆12、枢转杆13和阀片14可以由金属或其他高强度材料制成。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种节流装置，其特征在于，所述节流装置包括：
罐体，所述罐体用于容纳液态制冷剂，并且在所述罐体的出口处设置有孔板；
浮球，所述浮球能够漂浮在所述制冷剂的液面上；
枢转杆，所述枢转杆借助于枢转轴能枢转地固定在所述罐体上；
连杆，所述连杆的一端与所述浮球固定连接，另一端与所述枢转杆固定连接；
阀片，所述阀片固定在所述枢转杆上并且位于所述孔板的孔口的附近，其中，所述阀片在该枢转杆的作用下能够调节所述孔口的流通面积；以及
限位件，所述限位件位于所述阀片的上方，并且能够移动，以对所述阀片进行限位。
2.根据权利要求1所述的节流装置，其特征在于，所述限位件是定位螺栓，所述定位螺栓能够沿着滑槽上下移动。
3.根据权利要求2所述的节流装置，其特征在于，所述滑槽具有弧形的形状。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的节流装置，其特征在于，所述滑槽的高度在所述孔板的孔口的最高位置和最低位置之间。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的节流装置，其特征在于，所述连杆和所述枢转杆通过螺栓固定连接。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的节流装置，其特征在于，所述连杆、所述枢转杆和所述阀片由金属制成。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的节流装置，其特征在于，所述阀片具有弧形的横截面。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的节流装置，其特征在于，所述浮球为空心金属球体或实心非金属球体。
9.一种制冷系统，包括离心压缩机、冷凝器、经济器、蒸发器和根据权利要求1-8中任一项所述的节流装置，所述节流装置通过入口管道与所述冷凝器连通，并且通过孔板的孔口与所述经济器连通，其特征在于，所述制冷系统还包括执行器，该执行器在满足该离心压缩机预设喘振条件的情况下移动所述限位件，从而调节所述孔口的最小流通面积。
10.根据权利要求9所述的制冷系统，其特征在于，所述预设喘振条件与离心压缩机运行期间的电流稳定性、电机转速或入口导叶开度相关。
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