CN1195963C - 涡轮压缩机和致冷机 - Google Patents

Abstract

本发明旨在使扩散器的安装和调节机构减小、从而尽量减小涡轮压缩机及致冷机。装有扩散器34的压缩机设有调节机构，调节机构包括形成一个壁34a、安置成与第二级涡轮机17b呈一同心圆并支撑在一个罩25上的扩散环37，该环可在其周向转动并可在第二级涡轮机的轴向移动，在其外周面上形成一与第二级涡轮机17b轴向倾斜的槽37a；罩25上的凸头40装入该槽37a，还包括轴向支撑在扩散环37上的轴38以及纵向驱动轴38的驱动部分39。

Description

涡轮压缩机和致冷机

技术领域

本发明关于能用于如离心式压缩机和类似件上的扩散器，涡轮压缩机装有这种扩散器，一个致冷机具有作为它的一个构件的涡轮压缩机。

背景技术

在如离心式压缩机类的涡轮压缩机中，提供一种扩散器，用来减小流体的速度，将流体具有的动能转变成内能。在图11中示出具有扩散器的一个涡轮压缩机的例子。在该图中，参照数字1表示一个壳体、2为主轴、3为涡轮机、4为扩散器部分、5为返回弯头、7为导向叶片、8为进口。在扩散器部分4中，联合提供了一个没有叶片的扩散器9和具有多个叶片10a的叶片扩散器10，叶片10a以等间隔安置在扩散器9的外周部分上。

由涡轮压缩机压缩的流体如图中箭头所示从进口8吸入，然后逐步穿过涡轮机3、扩散器部分4、返回弯头5和导向叶片7，流体的压力增大、然后再引入下一级的入口。

然而，在传统的涡轮压缩机中，进入扩散器4的入口角在进入涡轮3的流体速度变化时也发生变化，因此，即使在某个进入的流速上得到了最佳的扩散效果、从涡轮机3排放的流体的流动方向与叶片10a的设定方向一致的例子中，仍然存在一种情况，即如果进入流体的速度改变，这两个方向就不再一致，这样就不能达到充分的扩散效果。

因此，在上述涡轮压缩机中，构成扩散器9的一个壁9a做成能接近或离开另一壁9b，从而能调节扩散器9的效率。因此，即使进入与本级联合的下一级叶片扩散器10的流体速度变化了，仍可得到最佳的扩散效果。

图12示出一种扩散器9的调节机构。在该图中，参照数字11表示扩散环、12为驱动环、13为连接轴、14为驱动环杆。对于扩散环11，它的一个侧面构成壁9a，该壁9a暴露到通道中并形成罩1。在罩1的外侧，安置了一个与扩散环11的中心同心的驱动环12，它们两个均由穿过罩1的孔1a的连接轴13连接。在驱动环12上形成一倾斜的凸轮槽12a，轴承15啮合在该倾斜的槽12a中。同一轴承的一端连到连接轴13的一端的端部。

因此，当驱动环12通过驱动杆14在一个方向转动时，轴承15在该轴向移动，从而连接轴13沿孔1a轴向滑动，结果使扩散环11推出并移出通道侧。另外，在驱动环12由驱动杆14在另一方向转动时，扩散环11转到原位。

在上述涡轮压缩机中，存在的一个问题是由于扩散器的调节机构体积较大，必须具有较大的安装空间。另外由于具有许多滑动部分，就要求有较大的驱动力。此外在罩子侧面上钻孔和机械加工两个环时必须具有很高的精度。

本发明考虑到上面的情况，一个目的是减小安装扩散器调节机构所必须的空间，因此减小涡轮压缩机及以涡轮压缩机作为一个构件的致冷机；一个目的是能用很小的驱动力来驱动扩散器的调节机构，从而能节省涡轮压缩机和装有这种涡轮压缩机的致冷机的能量；还有一个目的是简化扩散器的调节机构的结构，以减少机械加工的时间和人力，从而降低制造成本。

发明内容

作为解决上述问题的装置，采用了一种具有下列结构的涡轮压缩机和致冷机。也就是说，按照本发明的第一个方面的涡轮压缩机，具有围绕涡轮机外周的扩散器，涡轮机外周具有可接近或离开流体流过的通道的及离开另一个壁的一个壁，该压缩机包括：一个形成上述一个壁的扩散环，该环安置成与上述涡轮机的周围成一同心圆并支撑在罩上，它能在周向转动并能在上述涡轮机的轴向移动，在其外周面上形成的槽与涡轮机的轴向倾斜，在罩上提供的凸头配合在槽中，一个轴向支撑在上述扩散环上的轴，还有一个用以在长度方向驱动上述轴的驱动部分。

在这种涡轮压缩机中，当轴在纵向受到驱动时，轴的线性运动转化为扩散环的转动，使扩散环在周向转动。与此同时配合在槽中的凸头沿槽引导扩散环。但由于槽做成与轴向倾斜，因此扩散环除了在周向转动外还在轴向移动。因此，当轴在一个方向移动时，扩散环被推入通道侧，同时又在转动；当它在另一个方向移动时，该反向移动使它返回原位。

结果，与前面提到的扩散环相比，减少了环形件的数量，简化了结构。因此产生的效果是机构本身可做得很紧密，由于减少了滑动件，可减少能量损失，由于减少了零件数量，减少了加工中的时间和劳力。另外，由于扩散环是通过将轴的线性运动转化为扩散环的转动而转动的，因此扩散环可用进行简单的线性运动的驱动部分(如液压缸)来转动，也正因如此，可以预期得到类似于上述的效果。

按照本发明第二个方面的涡轮压缩机，其特征在于：在第一个方面的压缩机中，还提供具有在扩散器外侧的周向隔开的多个叶片的叶片扩散器。

在这种涡轮压缩机中，由于扩散器的效果可以调节，如果叶片扩散器联装在其外侧，即使流体进入流速变化，也可得到最佳的扩散效果。

按照本发明第三个方面的涡轮压缩机，具有围绕涡轮机外围的扩散器，涡轮机外围具有可接近和离开流体流过的通道的及离开另一壁的一个壁，该压缩机包括：

一个形成上述一个壁的扩散环，该环安置成与上述涡轮机的周围成一同心圆并支撑在罩上；它能在涡轮机的轴向移动，一根约在其中部支撑在罩上的杆能在涡轮机的轴向摆动，其一端连到扩散环上，还包括使杆的另一端摆动的驱动部分。

在这种涡轮压缩机中，当杆的另一端摆动时，根据杠杆理论，杆的一端在相反的方向摆动，使连到该端上的扩散环在轴向移动。因此，当杆的另一端在一个方向摆动时，扩散环被推入通道侧。另外，当在相反方向摆动时，就反向返回原位。

按照本发明的第四个方面的涡轮压缩机，具有围绕涡轮机外围的扩散器，涡轮机外围具有可接近或离开流体流过的通道的及离开另一壁的一个壁，该压缩机包括：

一个形成上述一个壁的扩散环，该环安置成与涡轮机的周围成一同心圆并支撑在罩上，它能在涡轮机的轴向上移动，一根支撑在罩上的轴可在轴向移动，一个将轴的一端连到扩散环上的连接件，和使轴作轴向移动的驱动部分。

在这种涡轮压缩机中，当轴在涡轮机的轴向移动时，该移动通过连接件传到扩散环上，使扩散环在轴向移动。因此，当轴在一个方向移动时，扩散环被推入通道侧。另外，当在另一个方向移动时，该移动使扩散环反向返回原位。

按照本发明的第五方面的涡轮压缩机，具有围绕涡轮机外围的扩散环，涡轮机外围具有可接近或离开流体流过的通道的及离开另一个壁的一个壁，该压缩机包括：

一个形成一个壁的扩散环，该环安置成与上述涡轮机的周围成一同心圆并支撑在罩上，它能在周向转动并能在涡轮机的轴向移动，一根安置在扩散环径向的轴支撑在罩上并对准径向轴，在轴的一端上的偏心轴部分可转动地连到扩散环上，一个驱动部分转动该轴。

在这种涡轮压缩机中，当轴转动时，偏心轴部分偏心地转动，它的转动传到扩散环上，使扩散环除了周向转动外、还在轴向移动。因此，当轴在一个方向转动时，扩散环在周向转动的同时被推入通道侧，当在另一方向转动时，该移动使它反向返回原位。

按照本发明第六个方面的涡轮压缩机，具有围绕涡轮机外围的扩散器，涡轮机外围具有可接近或离开流体流过的通道及离开另一壁的一个壁；该压缩机包括：

形成一个壁的扩散环，该环安置成与涡轮机的周围呈一同心圆并支撑在罩上；它仅能在涡轮机的轴向移动，在其一个外周面上形成第一螺旋形齿轮部分，一根轴支撑在罩上，能绕着平行于涡轮机的轴的轴转动，一个杆件固定到轴的一端上；还具有形成在顶端的与第一螺旋齿轮部分匹配的第二螺旋齿轮部分，以及转动该轴的驱动部分。

在这种涡轮压缩机中，当轴转动时，杆件摆动，该摆动通过第一和第二螺旋齿轮部分传到扩散环。在这里由于扩散环仅能在涡轮机的轴向移动，通过第一和第二螺旋齿轮部分传送的力仅为涡轮机轴向的分力。因此，当轴在一个方向转动时，扩散环在轴向移动并被推入通道侧。另外在另一方向移动时，该移动使扩散环返回原位。

按照本发明的第七个方面的致冷机，其特征在于：它包括：按照本发明的第一、第二、第三、第四、第五和第六个方面的任何一个的压缩机、冷凝和液化由涡轮压缩机压缩的气态致冷剂的冷凝器，降低冷凝器液化的致冷剂压力的计量阀，和在由计量阀降压的致冷剂和被冷却的物质之间进行热交换、以冷却被冷却的物质和蒸发和汽化致冷剂的蒸发器。

采用这种致冷机，它的涡轮压缩机可得到上述效果。因此这种致冷机也可使其设备做得很紧密、节省能量并可降低成本。

附图说明

图1概略表示本发明的第一个实施例，它是采用涡轮压缩机的致冷机的透视图。

图2是表示图1致冷机的系统结构的示意图。

图3是一个压缩机的剖视图。

图4是表示扩散器的调节机构的剖视图。

图5是沿图4的V-V线的视图。

图6是表示在扩散器环上形成的槽的形状的侧视和平面视面。

图7是本发明第二个实施例的视图，示出扩散器的调节机构的剖视图。

图8是本发明第三个实施例的视图，示出扩散器的调节机构的剖视图。

图9是本发明第四个实施例的视图，示出扩散器的调节机构的剖视图。

图10是本发明第五个实施例的视图，示出扩散器的调节机构的剖视图。

图11是表示传统的压缩机的例子的剖视图。

图12是表示传统的压缩机的扩散器调节机构的剖视图。

具体实施方式

现在将描述图1～6中所示的本发明的涡轮压缩机和致冷机的第一个

实施例。

图1和2中示出了第一个实施例的致冷机的结构。图中所示的致冷机包括：一个用以在致冷剂和冷水之间进行热交换、以冷却冷水和蒸发和汽化致冷剂的蒸发器16，一个用以压缩在蒸发器16中汽化的致冷剂的压缩机17，一个用以在由压缩机17压缩的致冷剂和冷却水之间进行热交换、并冷凝和液化致冷剂的冷凝器18，一个用以降低在冷凝器18中液化的致冷剂的压力的计量阀19，一个用以暂时容纳和冷却冷凝器18中液化的致冷剂的内冷却器20，和一个用部分冷凝器18中冷却的致冷剂来冷却压缩机17的润滑剂的油冷却器21。另外一个电动机22连接到压缩机17上，用以驱动该压缩机。

蒸发器16、压缩机17、冷凝器18、计量阀19和内冷却器20由主管线连接在一起，形成一个致冷剂循环的封闭系统。

对压缩机17来说，宜采用两级涡轮压缩机。气态的致冷剂由第一级涡轮17a压缩，该致冷剂引入到第二级涡轮17b进行进一步压缩，然后再送到冷凝器18。

该冷凝器18包括主冷凝器18a和称作为次级冷却器的辅助冷凝器18b，致冷剂顺序地从主冷凝器18a引到次级冷却器18b中，然而在主冷凝器18a中，部分冷却的致冷剂不穿过次级冷却器18b而被引入到油冷却器21，从而冷却润滑油。除此之外，在主冷凝器18a中，部分冷却的致冷剂不穿过次级冷却器18b而引入到电动机22的罩内，从而冷却定子和动圈(图中未示)。

计量阀19分别安装在冷凝器18和内冷却器20之间和内冷却器和蒸发器16之间，这样在冷凝器18中液化的致冷剂的压力逐级降低。

内冷却器20的结构相当于一个中空的容器，在冷凝器18和次级冷却器18b中冷却的致冷剂、在计量阀19中降低的压力暂时容纳在其中、以进行进一步的冷却。在内冷却器20内的气相成分不穿过蒸发器16而通过旁路管24引入到压缩机17的第二级涡轮17b。

图3表示压缩机17的内部结构。在该图中，参照数字25表示罩、26为主轴、27为第一级扩散器部分、28为第二级扩散器部分、29为返回弯头、31为导向叶片、32为入口、33为出口。第一级扩散器部分27包括一个叶片扩散器，它具有多个等间隔地安置在第一级涡轮机17a的外周部分上的叶片27a。在第二级扩散器部分28中，以联合形式装有一个扩散器34和一个叶片扩散器35，扩散器34不具有同心圆形状的安置在第二级涡轮机17b外周上的叶片，扩散器35具有多个以等间隔安置在扩散器34的外周上的叶片35a。另外还具有用以传输来自电动机22的驱动力的齿轮机构36。

在该压缩机17中，第一级涡轮机17a和第二级涡轮机17b两者均固定到主轴26上、并由电动机22转动、这样从进口32抽入的气态致冷剂受到压缩(压力增大)、然后从出口33排出。

随着第一级涡轮机17a的转动而从入口32抽入的气态致冷剂由于第一级涡轮机17a的工作而使其压力和速度增大，然后由于穿过第一级扩散器部分27而降低速度，从而使动能转换成内能。然后由于穿过返回弯头29和导向叶片31而压力下降后，再引导到第二级涡轮机17b中。由第二级涡轮机17b的转动而抽入的气态致冷剂在通过第二级涡轮机17b时、通过类似的通道并穿过第二级扩散器部分28而进一步降低压力、速度再次降低、动能转换成内能，此后从出口33排出。

在压缩机17中，构成扩散器34的一个壁部分34a做成能接近和离开另一个壁34b，由此可调节扩散效果。因此即使与后级的叶片扩散器35联合、并且流体进入的流速变化，仍可得到最佳的扩散效果。

图4和5表示扩散器34的调节机构。在图中，参照数字37表示扩散环，38为轴、39为驱动部分。在扩散环37中，一个侧面构成一个壁部34a，该壁部34a暴露到通道中、装在罩25中并支撑成能作周向转动、并能在主轴26的纵向移动。

在扩散环37的外周面上，如图6所示，相对于主轴26的长度方向倾斜的槽37a形成在均分周向的三个位置上。另外在罩25中，在与槽37a相对应的三个位置上提供凸头40，在扩散环37如上所述组装时，凸头配入槽37a内，为了消除与槽37a产生摩擦接触，每个凸头40上装有一个轴承。轴38通过装到扩散环上并朝外突出的支架41连到扩散环37上，环37被支撑成可相对于支架41转动，并由驱动部分39驱动成能在长度方向前后移动。

在扩散器34的调节机构中，当在长度方向驱动轴38时，轴38的直线移动转变成扩散环37的转动、使扩散环37沿周向转动。此时，配合在槽37a中的凸头40沿槽引导扩散环37，然而由于槽37a做成相对于主轴26的长度方向倾斜，因此扩散环37除了在周向转动外，还沿主轴26的长度方向移动。因此，当轴38沿一个方向移动时，扩散环37在周向转动的同时被推入通道侧，使一个壁34a接近另一个壁34b。另外，在另一个方向被驱动时，该反向移动使一个壁34a移离另一个壁34b并返回到原来的位置。

在驱动部分39中，可采用在长度方向推、拉轴38的圆柱形机构、或在轴38上形成一个齿条，齿条与随电动机类一起转动的齿杆啮合，从而使轴38在长度方向移动。

下面将描述图7示出了本发明的涡轮压缩机和致冷机的第二个实施例。在第一个实施例中已描述的构件用同样的参照数字表示并省略对它们的描述。

图7表示扩散器34的调节机构，其中参照数字42代表一根杆、43为驱动部分。另外，本实施例的扩散环37仅可在主轴26的长度方向上移动。

杆42大约在其中部支撑在罩25上，从而使它能摆动。杆42的一端宽松地配合在扩散环37上形成的孔37b中，而杆42的另一端连到驱动部分43上。驱动部分43推拉杆42的另一端使它摆动。

在扩散器34的这种调节机构中，当驱动部分43操作成使杆42的另一端摆动时，杆的一端按照杠杆理论在相反的方向摆动，从而使连到杆42一端上的扩散环37在主轴26的长度方向上移动。因此，当杆42的另一端在一个方向上摆动时，扩散环37被推入通道侧，一个壁34a接近另一个壁34b。另外在另一个方向移动时，该反向移动使一个壁34a移离另一壁34b并返回原位。

现将描述图8所示的本发明的涡轮压缩机和致冷机的第三个实施例。前面实施例已描述的构件由同样的参照数字表示，并省略对它们的描述。

图8表示扩散器34的一个调节机构，其中参照数字44代表一根轴、45为连接件、46为驱动部分。另外，本实施例中的驱动环37仅可在主轴26的长度方向上移动。

轴44支撑在罩25的比返回弯头29更远的外侧，它可作平行主轴26的长度方向的移动。轴44的一端通过连接件45连到扩散环37上，另一端连到驱动部分46上。驱动部分46推拉轴44的另一端，从而使轴44在长度方向前后移动。

在该扩散器34的调节机构中，驱动部分46操作成使轴44在主轴26的长度方向上移动，该移动通过连接件45传到扩散环37，扩散环37在主轴26的长度方向上移动。因此，当轴44在一个方向上移动时，扩散环37推入通道侧，一个壁34a接近另一个壁34b，另外当在另一个方向上移动时，该反向移动使一个壁34a移离另一个壁34b并返回原位。

现将描述图9所示的本发明的涡轮机和致冷机的第四个实施例。前面实施例中已描述的构件用同样的参照数字表示、并省略对它们的描述。

图9表示扩散器34的调节机构，其中参照数字47代表轴、48代表一偏心轴、49为驱动部分。另外，本实施例中的扩散环37可在周向转动、并可在主轴26的长度方向上移动。

轴47安置在朝向扩散环37径向的外侧并支撑在罩25上，使它可绕着扩散环37的径向的、自己的轴转动。在靠近扩散环37的外周向表面的轴47的一端上偏心地安装偏心轴48，偏心轴48装在扩散环37中形成的孔37c中、使它可在孔中转动。驱动部分49连到轴47的另一端，从而可转动轴47。

在该扩散器34的调节机构中，当驱动部分49操作成使轴47转动时，偏心轴48偏心地转动，该转动传到扩散环37，使扩散环37在周向转动的同时也在主轴26的长度方向上移动。因此，当轴47在一个方向上移动时，扩散环37被推到通道侧，一个壁34a接近另一个壁34b，另外当在另一个方向转动时，该反向移动使一个壁34a移离另一个壁34b并返回原位。

现将描述图10所示的本发明的涡轮压缩机和致冷机的第五个实施例。以前实施例已描述的构件用同样的参照数字表示、并省略对它们的描述。

图10表示扩散器34的一个调节机构，其中参照数字50代表轴、51为臂部分、52为驱动部分。另外，本实施例的扩散环37可在主轴26的长度方向上移动。另外，在外周面上形成一个第一螺旋齿轮部分37d。

轴50安置在扩散环37的外侧、与主轴26平行、并支撑在罩25上，从而使它能绕着主轴26轴向的、自己的轴转动。臂部分51固定到轴50的一端，从而随着轴50的转动，其顶端摆动。另外，在臂部分51的顶端上加工有齿轮部分51a，它与第一螺旋齿轮部分37d配合。

在扩散器34的这种调节机构中，当驱动部分52操作成转动轴50时，臂部分51摆动，该摆动通过第二螺旋形齿轮部分51a和第一螺旋形齿轮部分37d传到扩散环37。这里由于扩散环37仅可在主轴26的长度方向上移动，通过第一和第二螺旋齿轮部分37d和51a而传输的力仅变成主轴26长度方向的分力。因此，当轴50在一个方向转动时，扩散环37推到通道侧，一个壁34a接近另一个壁34b。另外，当在另一个方向转动时，该反向移动使一个壁34a移离另一个壁34b并返回原位。

如上所述，在本发明的涡轮压缩机中，轴的线性运动直接转化为扩散环的转动，由于槽和凸头之间的关系，扩散环在轴向移动的同时又发生转动。因此，就能采用一个驱动装置进行简单的线性运动来使扩散器在轴向移动。结果可减少环形构件的数量并简化结构。因此可得到使机构本身很紧密的效果，由于减少了滑动部件，可减少能量损失，并由于减少了部件的数量，就可大大减少加工所用的时间和人力。

按照第二个方面的涡轮压缩机，由于可以调节扩散器的效果，如果在其外侧联合一个叶片扩散器，即使流体流入速度变化，也可得到最佳的扩散效果。

在第三个方面的涡轮压缩机中，通过采用摆动杆，使扩散环可在轴向移动。因此，可利用驱动部分进行简单的线性运动使扩散环在轴向移动，从而得到与上面相类似的效果。

按照第四个方面的涡轮压缩机，通过使轴在涡轮机的轴向移动使扩散环在轴向移动。因此，可利用驱动部分进行简单的线性运动使扩散环在轴向移动。结果，得到了与上面类似的效果。

按照第五个方面的涡轮压缩机，通过转动轴使扩散环在轴向移动。因此可利用驱动部分进行简单的转动使扩散器在轴向移动。结果得到了与上面类似的效果。

按照第六个方面的涡轮压缩机，通过转动轴使扩散环在轴向移动。因此可利用驱动部分进行简单的转动使扩散环在轴向移动，结果得到了与上面类似的效果。

按照第七方面的致冷机，可得到上述效果的涡轮压缩机。因此对该致冷机而言，能实现设备密集、节省能量和低成本。

Claims (5)

1.一种涡轮压缩机，具有围绕涡轮机外周的扩散器，涡轮机外周具有可接近或离开流体流过的通道的及离开另一壁的一个壁，该压缩机包括：

一个形成上述一个壁的扩散环，该环安置成与上述涡轮机的周围成一同心圆并支撑在罩上；它能在周向转动并能在上述涡轮机的轴向移动，该环在其外周面上形成的槽与涡轮机的轴向倾斜，

一个在上述罩上并配合在上述槽中的凸头，

一个轴向支撑在上述扩散环上的轴，该轴通过装到扩散环上并朝外突出的支架连到扩散环上，和

一个用以在长度方向驱动上述轴的驱动部分。

2.按照权利要求1的涡轮压缩机，其中在上述扩散器的外侧装有一个具有多个周向离开的叶片的叶片扩散器。

3.一种涡轮压缩机，具有围绕涡轮机外周的扩散器，涡轮机外周具有可接近或离开流体流过的通道的及离开另一壁的一个壁，该压缩机包括：

一个形成上述一个壁的扩散环，该环安置成与上述涡轮机的周围成一同心圆并支撑在罩上，它能在上述涡轮机的轴向上移动，

一根在中部支撑在上述罩上并能在上述涡轮机的轴向上摆动的杆，杆的一端连到上述扩散环上；和

一个使上述杆的一端在上述轴向摆动的驱动部分。

4.一种涡轮压缩机，具有围绕涡轮机外周的扩散器，该扩散器具有一个能接近或离开流体流过的通道的及离开另一个壁的一个壁，该压缩机包括：

一个形成上述一个壁的扩散环，该环安置成与上述涡轮机的周围成一同心圆并支撑在罩上，它仅可在上述涡轮机的轴向上移动，它所具有的第一螺旋齿轮部分形成在外周表面上，

一根支撑在上述罩上并能绕平行于上述涡轮机轴的一根轴转动的轴，

一个固定到上述轴一端的臂，与上述第一螺旋齿轮部分配合的第二螺旋齿轮部分形成在一个顶端上，和

一个转动上述轴的驱动部分。

5.一种致冷机包括：

一个按照权利要求1-4中任何一个的涡轮压缩机，

一个由上述压缩机冷凝并液化气态致冷剂的冷凝器，

一个降低由上述冷凝器液化的致冷剂的压力的计量阀；和

一个用以在由上述计量阀降压的致冷剂和待冷却的物质之间进行热交换、以冷却上述待冷却的物质并蒸发和汽化上述致冷剂的蒸发器。

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