ES2951771T3

ES2951771T3 - Compresor centrífugo con inyección de líquido

Info

Publication number: ES2951771T3
Application number: ES17701407T
Authority: ES
Inventors: Nobuhiro Umeda; Md Anwar Hossain; Takatoshi Takigawa
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2037-01-11
Also published as: CN108431522A; CN108431522B; JP6687739B2; US10563673B2; US20170198720A1; EP3403033B1; JP2019502054A; WO2017123598A1; EP3403033A1

Abstract

Un compresor centrífugo (22) para una enfriadora (10) incluye una carcasa (30), una paleta guía de entrada (32), un impulsor (34) aguas abajo de la paleta guía de entrada (32), un motor (38) y un difusor. (36). La carcasa (30) tiene porciones de entrada y salida con la paleta guía de entrada (32) dispuesta en la porción de entrada. El impulsor (34) puede girar alrededor de un eje de rotación (X) que define una dirección axial. Se proporciona un conducto de inyección de líquido (12) para inyectar refrigerante líquido en un área entre el impulsor (34) y el difusor (36). El motor (38) hace girar el impulsor (34). El difusor (36) está dispuesto en la porción de salida aguas abajo del impulsor (34) con un puerto de salida del conducto de inyección de líquido (12) dispuesto entre el impulsor (34) y el difusor (36). Un controlador (20) está programado para controlar una cantidad de refrigerante líquido inyectado en el área entre el impulsor (34) y el difusor (36). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Compresor centrífugo con inyección de líquido

Antecedentes

Campo de la invención

La presente invención está relacionada de manera general con un compresor centrífugo. Más específicamente, la presente invención está relacionada con un compresor centrífugo con inyección de líquido.

Información de antecedentes

Un sistema enfriador es una máquina o aparato de refrigeración que elimina calor de un medio. Habitualmente se usa un líquido como el agua como medio y el sistema enfriador opera en un ciclo de refrigeración por compresión de vapor. Este líquido puede hacerse circular a continuación a través de un intercambiador de calor para enfriar el aire o equipos según sea necesario. Como subproducto necesario, la refrigeración genera calor residual que debe ser expulsado al ambiente o, para una mayor eficiencia, recuperado con fines de calentamiento. Un sistema enfriador convencional a menudo utiliza un compresor centrífugo, que a menudo se denomina turbocompresor. Por lo tanto, estos sistemas enfriadores pueden denominarse turboenfriadores. De forma alternativa, se pueden utilizar otros tipos de compresores, p. ej. un compresor de tornillo.

En un (turbo)enfriador convencional, el refrigerante se comprime en el compresor centrífugo y se envía a un intercambiador de calor en el que se produce intercambio de calor entre el refrigerante y un medio (líquido) de intercambio de calor. Este intercambiador de calor se denomina condensador porque el refrigerante condensa en este intercambiador de calor. Como resultado, se transmite calor al medio (líquido) de modo que el medio se calienta. El refrigerante que sale del condensador se expande mediante una válvula de expansión y se envía a otro intercambiador de calor en el que se produce intercambio de calor entre el refrigerante y un medio (líquido) de intercambio de calor. Este intercambiador de calor se denomina evaporador porque el refrigerante se calienta (se evapora) en este intercambiador de calor. Como resultado, se transmite calor del medio (líquido) al refrigerante y el líquido se enfría. A continuación, el refrigerante procedente del evaporador se devuelve al compresor centrífugo y se repite el ciclo. El líquido utilizado es a menudo agua.

Un compresor centrífugo convencional incluye básicamente una carcasa, un álabe guía de entrada, un impulsor, un difusor, un motor, varios sensores y un controlador. El refrigerante fluye en orden a través del álabe guía de entrada, del impulsor y del difusor. Así, el álabe guía de entrada está acoplado a un orificio de entrada de gas del compresor centrífugo mientras que el difusor está acoplado a un orificio de salida de gas del impulsor. El álabe guía de entrada controla el caudal de gas refrigerante que entra en el impulsor. El impulsor incrementa la velocidad del gas refrigerante. El difusor trabaja para transformar la velocidad del gas refrigerante (presión dinámica), proporcionada por el impulsor, en presión (estática). El motor hace girar el impulsor. El controlador controla el motor, el álabe guía de entrada y la válvula de expansión. De esta manera, el refrigerante se comprime en un compresor centrífugo convencional. El álabe guía de entrada es típicamente ajustable y la velocidad del motor es típicamente ajustable para ajustar la capacidad del sistema. Además, el difusor puede ser ajustable para ajustar aún más la capacidad del sistema. El controlador controla el motor, el álabe guía de entrada y la válvula de expansión. El controlador puede controlar además cualquier elemento controlable adicional, como por ejemplo el difusor.

Cuando la presión junto a la descarga del compresor es mayor que la presión de descarga del compresor, el fluido tiende a invertirse o incluso a fluir hacia atrás en el compresor. Esto sucede cuando la presión de elevación (presión del condensador - presión del evaporador) supera la capacidad de elevación del compresor. Este fenómeno, llamado inestabilidad (“surge" en inglés), se repite y ocurre en ciclos. El compresor pierde la capacidad de mantener su elevación cuando se produce inestabilidad y todo el sistema se vuelve inestable. Una colección de puntos de inestabilidad durante la variación de la velocidad del compresor o la variación del ángulo de entrada del gas se denomina superficie de inestabilidad. En condiciones normales, el compresor opera en el lado derecho de la superficie de inestabilidad. Sin embargo, durante el arranque/funcionamiento con carga parcial, el punto de funcionamiento se moverá hacia la línea de inestabilidad porque se reduce el caudal. Si las condiciones son tales que el punto de operación se acerca a la línea de inestabilidad, se produce recirculación de flujo en el impulsor y en el difusor. La separación del flujo provocará eventualmente una disminución en la presión de descarga, y se reanudará el flujo desde la succión hasta la descarga. La inestabilidad puede provocar daños en el sistema mecánico del impulsor/árbol y/o en el cojinete de empuje debido al movimiento del rotor adelante y atrás del lado activo al lado inactivo. Esto se define como el ciclo de inestabilidad del compresor.

Por lo tanto, se han desarrollado técnicas para controlar la inestabilidad. Véase por ejemplo la publicación de solicitud de patente de EE. UU. No. 2015/0010383. Se puede encontrar más técnica anterior en los documentos WO 2012/166858 A1, US 2009/229280 A1, y US 2015/128640 A1. El documento WO 2012/166858 A1 describe un compresor centrífugo adaptado para ser utilizado en un enfriador, comprendiendo el compresor centrífugo: una carcasa que tiene una porción de entrada y una porción de salida; un álabe guía de entrada dispuesto en la porción de entrada; un impulsor dispuesto aguas abajo del álabe guía de entrada, estando el impulsor unido a un árbol que tiene permitido el giro alrededor de un eje de rotación; un motor dispuesto y configurado para hacer girar el árbol con el fin de hacer girar el impulsor; un paso de inyección dispuesto y configurado para inyectar refrigerante; un difusor dispuesto en la porción de salida aguas abajo del impulsor estando dispuesto un orificio de salida del paso de inyección entre el impulsor y el difusor de manera que el paso de inyección inyecta refrigerante en un área entre el impulsor y el difusor; y un controlador programado para controlar una cantidad de refrigerante inyectada en el área entre el impulsor y el difusor.

Compendio

En un compresor centrífugo convencional, se puede proporcionar una pared móvil en un difusor para ajustar el área de la sección transversal del camino del difusor para controlar la velocidad del gas en el difusor. De esta manera, se evita que se produzca inestabilidad controlando la velocidad del gas en el compresor centrífugo convencional. Sin embargo, esta técnica requiere un sistema complicado que incluye un actuador para accionar la pared móvil, lo que da como resultado mayores costes.

Además, a menudo se requiere que un compresor centrífugo funcione con una carga parcial más pequeña para satisfacer las necesidades del cliente. Sin embargo, la inestabilidad se produce fácilmente cuando un compresor centrífugo funciona con carga parcial más pequeña. En consecuencia, se necesita un sistema fiable para evitar que se produzca inestabilidad cuando un compresor centrífugo funciona con carga parcial más pequeña.

Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un compresor centrífugo que controle la inestabilidad cuando un compresor centrífugo funciona en condición de carga parcial más pequeña.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un compresor centrífugo que controle la inestabilidad sin una construcción demasiado complicada y/o sin partes adicionales.

La presente invención está definida por el compresor centrífugo de acuerdo con los rasgos de la reivindicación independiente 1 y el compresor centrífugo de acuerdo con los rasgos de la reivindicación independiente 4. Rasgos opcionales preferidos se enumeran en las reivindicaciones dependientes.

Estos y otros objetos, rasgos, aspectos y ventajas de la presente invención resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada, la cual, tomada en conjunto con los dibujos adjuntos, describe realizaciones preferidas.

Breve descripción de los dibujos

Haciendo referencia ahora a los dibujos adjuntos que forman parte de esta descripción original:

la Figura 1 ilustra un enfriador de acuerdo con una realización de la presente invención que incluye tanto un paso de inyección de líquido como una derivación de gas caliente;

la Figura 2 ilustra un enfriador de acuerdo con una realización de la presente invención en el que se omite una derivación de gas caliente;

la Figura 3 ilustra un enfriador de acuerdo con una realización en el que se omite un paso de inyección de líquido y que no presenta todos los rasgos de la reivindicación independiente 1 y de la reivindicación independiente 4;

la Figura 4 es una vista en perspectiva del compresor centrífugo del enfriador ilustrado en la Figura 1, con porciones seccionadas y mostradas en sección transversal con fines ilustrativos;

la Figura 5 es una vista en sección transversal longitudinal del impulsor, el motor y el cojinete magnético del compresor centrífugo ilustrado en la Figura 2;

la Figura 6 es un diagrama esquemático que ilustra el impulsor, el difusor y el motor del compresor centrífugo de las Figuras 1-5, con inyección de líquido;

la Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un primer método de control de inyección de líquido que utiliza una válvula de solenoide como válvula de inyección de líquido;

la Figura 8A es un diagrama de flujo que ilustra un segundo método de control de inyección de líquido que utiliza una válvula de expansión de grado variable como válvula de inyección de líquido. La Figura 8B es una representación gráfica de una relación entre el grado de apertura de la válvula de inyección de líquido, la relación de presiones y el álabe guía de entrada, y las Figuras 8C y 8D son gráficas que ilustran una relación entre el grado de apertura de la válvula de inyección de líquido, la relación de presiones y el álabe guía de entrada;

la Figura 9 es un diagrama esquemático que ilustra el álabe guía de entrada, el impulsor y el difusor del compresor centrífugo de las Figuras 1 a 5, con inyección de gas caliente;

la Figura 10A es un diagrama de flujo que ilustra un método de control de inyección de gas caliente, y la Figura 10B ilustra la apertura/cierre de la derivación de gas caliente (HGBP en la figura, del inglés “Hot Gas Bypass'); la Figura 11 es una vista axial del árbol del cojinete magnético giratorio que ilustra una ubicación de un cojinete magnético radial;

la Figura 12 es una gráfica que ilustra el trabajo específico (“head" en inglés) en comparación con caudal para tres rpm diferentes del compresor centrífugo, con una línea de inestabilidad ilustrada;

la Figura 13 es un diagrama esquemático que ilustra la relación entre el conjunto de cojinetes magnéticos, la sección de control de los cojinetes magnéticos 61, la sección de predicción de inestabilidad 62 y la sección de control de inestabilidad 63 del sistema enfriador de las Figuras 1-4; y

la Figura 14 es un diagrama esquemático del controlador del enfriador del sistema enfriador de las Figuras 1-4.

Descripción detallada de la(s) realización(es)

Se explicarán ahora realizaciones seleccionadas con referencia a los dibujos. A partir de esta descripción resultará evidente para los expertos en la técnica que las siguientes descripciones de las realizaciones se proporcionan únicamente con fines ilustrativos y no con el propósito de limitar la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Haciendo referencia inicialmente a la Figura 1, se ilustra un sistema enfriador 10, que incluye un paso de inyección de líquido 12 y una derivación de gas caliente 14, de acuerdo con una realización de la presente invención. El paso de inyección de líquido 12 básicamente incluye una primera sección de tubería 12a, una segunda sección de tubería 12b y una válvula de inyección de líquido 16 como se muestra en la Figura 2. La derivación de gas caliente 14 incluye básicamente una primera sección de tubería 14a, una segunda sección de tubería 14b y una válvula de gas caliente 18 como se muestra en la Figura 3.

El sistema enfriador 10 incluye tanto el paso de inyección de líquido 12 como la derivación de gas caliente 14, como se muestra en la Figura 1. De acuerdo con otra realización de la presente invención, la derivación de gas caliente 14 puede omitirse en el sistema enfriador 10. Más específicamente, un sistema enfriador 10' no incluye la derivación de gas caliente 14 como se muestra en la Figura 2. De esta manera, el sistema enfriador puede utilizar la inyección de líquido o tanto la inyección de líquido como la inyección de gas caliente.

De acuerdo con un ejemplo que no presenta todos los rasgos de la reivindicación independiente 1 y de la reivindicación independiente 4, y por consiguiente no pertenece a la invención, el paso de inyección de líquido 12 puede omitirse en el sistema enfriador 10. Más específicamente, el sistema enfriador 10" no incluye el paso de inyección de líquido 12 como se muestra en la Figura 3.

El sistema enfriador 10 es preferiblemente un enfriador de agua que utiliza agua de refrigeración y agua del enfriador de manera convencional. El sistema enfriador 10 ilustrado en este documento es un sistema enfriador de una sola etapa. Sin embargo, a partir de esta descripción resultará evidente para los expertos en la técnica que el sistema enfriador 10 podría ser un sistema enfriador de etapas múltiples. El sistema enfriador 10 incluye básicamente un controlador 20 del enfriador, un compresor 22, un condensador 24, una válvula de expansión 26 y un evaporador 28 conectados entre sí en serie para formar un ciclo de refrigeración en circuito cerrado. Además, como se muestra en la Figura 1, a lo largo del circuito están dispuestos diversos sensores S y T. El sistema enfriador 10 es convencional excepto en que el sistema enfriador tiene el paso de inyección de líquido 12 y la derivación de gas caliente 14 de acuerdo con la presente invención.

Haciendo referencia a las Figuras 1-5 en la realización ilustrada, el compresor 22 es un compresor centrífugo. El compresor centrífugo 22 de la realización ilustrada incluye básicamente una carcasa 30, un álabe guía de entrada 32, un impulsor 34, un difusor 36, un motor 38 y un conjunto de cojinetes magnéticos 40, así como diversos sensores convencionales (de los que solo se muestran algunos). El controlador 20 del enfriador recibe señales de los diversos sensores y controla el álabe guía de entrada 32, el motor 38 y el conjunto de cojinetes magnéticos 40 de manera convencional, como se explica con más detalle a continuación. El refrigerante fluye en orden a través del álabe guía de entrada 32, del impulsor 34 y del difusor 36. El álabe guía de entrada 32 controla el caudal de gas refrigerante que entra en el impulsor 34 de manera convencional. El impulsor 34 incrementa la velocidad del gas refrigerante, generalmente sin cambiar la presión. La velocidad del motor determina la cantidad de aumento de la velocidad del gas refrigerante. El difusor 36 incrementa la presión del refrigerante sin cambiar la velocidad. El difusor 36 está fijado con el movimiento impedido con respecto a la carcasa 30. El motor 38 hace girar el impulsor 34 por medio de un árbol 42. El conjunto de cojinetes magnéticos 40 soporta magnéticamente el árbol 42. De esta manera, el refrigerante se comprime en el compresor centrífugo 22.

El sistema enfriador 10 es convencional, excepto en que el sistema enfriador 10 tiene el paso de inyección de líquido 12 y la derivación de gas caliente 14 de acuerdo con la presente invención. Como se mencionó anteriormente y se explica con más detalle a continuación, el paso de inyección de líquido 12 o la derivación de gas caliente 14 se pueden eliminar como se ve en las Figuras 2 y 3. El paso de inyección de líquido 12 se proporciona en el sistema enfriador 10 para inyectar refrigerante líquido en una porción de entrada (comienzo) del difusor 36 ubicada entre el impulsor 34 y el difusor 36, como se explica con más detalle a continuación. El paso de inyección de líquido 12 incluye la primera sección de tubería 12a, la segunda sección de tubería 12b y la válvula de inyección de líquido 16 dispuesta entre ellas, como se muestra en las Figuras 1 y 2. La primera sección de tubería 12a se extiende desde un orificio de salida (parte inferior) del condensador 24 hasta la válvula de inyección de líquido 16. La segunda sección de tubería 12b se extiende desde la válvula de inyección de líquido 16 hasta la porción de entrada del difusor 36 ubicada entre el impulsor 34 y el difusor 36. De esta manera, el refrigerante líquido, que ha sido enfriado en el condensador 24, se inyecta en la porción de entrada del difusor 36 ubicada entre el impulsor 34 y el difusor 36.

Haciendo referencia a la Figura 6, la válvula de inyección de líquido 16 dispuesta en el paso de inyección de líquido 12 ajusta una cantidad "m" de refrigerante líquido que pasa a través del paso de inyección de líquido 12. La válvula de inyección de líquido 16 está acoplada a una sección de control del paso de inyección de líquido 68 del controlador 20 del enfriador, como se explica más adelante. La sección de control del paso de inyección de líquido 68 está programada para controlar la válvula de inyección de líquido 16 para ajustar la cantidad "m" de refrigerante líquido inyectada en la porción de entrada del difusor 36 ubicada entre el impulsor 34 y el difusor 36, como se explica con más detalle a continuación.

La válvula de inyección de líquido 16 puede ser una válvula de solenoide o una válvula de expansión de grado variable. Una válvula de solenoide es una válvula operada electromecánicamente controlada por un solenoide en la que el flujo se enciende o se apaga de forma intermitente. Una válvula de expansión de grado variable es una válvula operada electromecánicamente diseñada de tal manera que el grado de apertura de la válvula de expansión es ajustable. Ejemplos de la válvula de expansión de grado variable incluyen una válvula de bola y una válvula accionada por motor. La válvula de inyección de líquido 16 puede ser una única válvula o una pluralidad de válvulas. Por ejemplo, una pluralidad de válvulas de solenoide pueden estar dispuestas en paralelo entre sí. La válvula de inyección de líquido 16 puede controlarse mediante un temporizador acoplado a la sección de control del paso de inyección de líquido 68 para abrir/cerrar automáticamente la válvula cuando transcurre una cantidad de tiempo predeterminada.

La derivación de gas caliente 14 se proporciona en el sistema enfriador 10 para inyectar refrigerante gaseoso caliente entre el álabe guía de entrada 32 y el impulsor 34, como se explica con mayor detalle más adelante. La derivación de gas caliente 14 incluye la primera sección de tubería 14a, la segunda sección de tubería 14b y la válvula de gas caliente 18 dispuesta entre ellas, como se muestra en las Figuras 1 y 3. La primera sección de tubería 14a se extiende desde un lado de descarga del compresor 22 hasta la válvula de gas caliente 18. La segunda sección de tubería 14b se extiende desde la válvula de gas caliente 18 hacia un área entre el álabe guía de entrada 32 y el impulsor 34. De esta manera, el refrigerante gaseoso caliente, que ha sido comprimido en el compresor 22, se inyecta entre el álabe guía de entrada 32 y el impulsor 34.

La válvula de gas caliente 18 dispuesta en la derivación de gas caliente 14 ajusta la cantidad de refrigerante gaseoso caliente que pasa a través de la derivación de gas caliente 14. La válvula de gas caliente 18 está acoplada a una sección de control de la derivación de gas caliente 69 del controlador 20 del enfriador, como se explica más adelante. La sección de control de la derivación de gas caliente 69 está programada para controlar la válvula de gas caliente 18 para ajustar la cantidad de refrigerante gaseoso caliente inyectado entre el álabe guía de entrada 32 y el impulsor 34, como se explica con más detalle a continuación.

La válvula de gas caliente 18 puede ser una válvula de solenoide o una válvula de expansión de grado variable. Una válvula de solenoide es una válvula operada electromecánicamente controlada por un solenoide en la que el flujo se enciende o se apaga de manera intermitente. Una válvula de expansión de grado variable es una válvula operada electromecánicamente diseñada de tal manera que el grado de apertura de la válvula de expansión es ajustable. Ejemplos de la válvula de expansión de grado variable incluyen una válvula de bola y una válvula accionada por motor. La válvula de gas caliente 18 puede ser una única válvula o una pluralidad de válvulas. Por ejemplo, una pluralidad de válvulas de solenoide pueden estar dispuestas en paralelo entre sí. La válvula de gas caliente 18 puede controlarse mediante un temporizador acoplado a la sección de control de la derivación de gas caliente 69 para abrir/cerrar automáticamente la válvula cuando transcurre una cantidad de tiempo predeterminada.

Haciendo referencia a las Figuras 4 y 5, el conjunto de cojinetes magnéticos 40 es convencional y, por lo tanto, no se tratará ni se ilustrará en detalle en este documento, excepto en lo relacionado con la presente invención. Más bien, resultará evidente para los expertos en la técnica que se puede utilizar cualquier cojinete magnético adecuado sin apartarse de la presente invención. Como se ve en la Figura 4, el conjunto de cojinetes magnéticos 40 incluye preferiblemente un primer cojinete magnético radial 44, un segundo cojinete magnético radial 46 y un cojinete magnético axial (de empuje) 48. En cualquier caso, al menos un cojinete magnético radial 44 o 46 soporta el árbol 42 con el giro permitido. El cojinete magnético de empuje 48 soporta el árbol 42 a lo largo de un eje de rotación X actuando sobre un disco de empuje 45. El cojinete magnético de empuje 48 incluye el disco de empuje 45 que está unido al árbol 42.

El disco de empuje 45 se extiende radialmente desde el árbol 42 en una dirección perpendicular al eje de rotación X, y está fijo en relación con el árbol 42. La posición del árbol 42 a lo largo del eje de rotación X (una posición axial) está controlada por la posición axial del disco de empuje 45 de acuerdo con la presente invención. Los cojinetes magnéticos radiales primero y segundo 44 y 46 están dispuestos en extremos axiales opuestos del motor 38, o pueden estar dispuestos en el mismo extremo axial con respecto al motor 38 (no ilustrado). Diferentes sensores, expuestos con más detalle a continuación, detectan las posiciones radial y axial del árbol 42 en relación con los cojinetes magnéticos 44, 46 y 48, y envían señales al controlador 20 del enfriador de manera convencional. El controlador 20 del enfriador controla entonces la corriente eléctrica enviada a los cojinetes magnéticos 44, 46 y 48 de manera convencional para mantener el árbol 42 en la posición correcta. Dado que el funcionamiento de los cojinetes magnéticos y de los conjuntos de cojinetes magnéticos como por ejemplo los cojinetes magnéticos 44, 46 y 48 del conjunto de cojinetes magnéticos 40 son bien conocidos en la técnica, el conjunto de cojinetes magnéticos 40 no se explicará ni se ilustrará en detalle en este documento.

El conjunto de cojinetes magnéticos 40 es preferiblemente una combinación de cojinetes magnéticos 44, 46 y 48 activos, que utiliza sensores de posición sin contacto 54, 56 y 58 para monitorizar la posición del árbol y enviar señales indicativas de la posición del árbol al controlador 20 del enfriador. Por lo tanto, cada uno de los cojinetes magnéticos 44, 46 y 48 son preferiblemente cojinetes magnéticos activos. Una sección de control de los cojinetes magnéticos 61 utiliza esta información para ajustar la corriente que es necesario enviar a un actuador magnético para mantener la posición adecuada del rotor tanto radial como axialmente. Los cojinetes magnéticos activos son bien conocidos en la técnica y, por lo tanto, no se explicarán ni ilustrarán en detalle en este documento.

Haciendo referencia a las Figuras 1, 13 y 14, el controlador 20 del enfriador incluye una sección de control de los cojinetes magnéticos 61, una sección de predicción de inestabilidad 62, una sección de control de inestabilidad 63, un variador de frecuencia 64, una sección de control del motor 65, una sección de control del álabe guía de entrada 66, y una sección de control de la válvula de expansión 67. El controlador 20 del enfriador incluye además la sección de control del paso de inyección de líquido 68 y la sección de control de la derivación de gas caliente 69 como se mencionó anteriormente. La sección de control de los cojinetes magnéticos 61, la sección de predicción de inestabilidad 62, la sección de control de inestabilidad 63, el variador de frecuencia 64, la sección de control del motor 65, la sección de control del álabe guía de entrada 66, la sección de control del paso de inyección de líquido 68 y la sección de control de la derivación de gas caliente 69 están acopladas entre sí, y forman partes de una porción de control del compresor centrífugo que está acoplada eléctricamente a una interfaz de E/S 50 del compresor 22.

Debido a que la sección de control de los cojinetes magnéticos 61 está conectada a varias porciones del conjunto de cojinetes magnéticos 40 y se comunica con diversas secciones del controlador 20 del enfriador, las diversas secciones del controlador 20 del enfriador pueden recibir señales de los sensores 54, 56 y 58 del compresor 22, realizar cálculos y transmitir señales de control a partes del compresor 22, como por ejemplo el conjunto de cojinetes magnéticos 40. De manera similar, las diversas secciones del controlador 20 del enfriador pueden recibir señales de los sensores S y T, realizar cálculos y transmitir señales de control al compresor 22 (por ejemplo, al motor) y a la válvula de expansión 26. Las secciones de control y el variador de frecuencia 64 pueden ser controladores independientes o pueden ser meras secciones del controlador del enfriador programadas para ejecutar el control de las partes descritas en este documento. Dicho de otra manera, a partir de esta descripción resultará evidente para los expertos en la técnica que el número, la ubicación y/o la estructura precisos de las secciones de control, de la parte de control y/o del controlador 20 del enfriador se pueden modificar sin apartarse de la presente invención siempre que los uno o más controladores estén programados para ejecutar control de las partes del sistema enfriador 10 como se explica en este documento.

El controlador 20 del enfriador es convencional y, por lo tanto, incluye al menos un microprocesador o CPU, una interfaz de entrada/salida (E/S), una memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria de solo lectura (ROM), un dispositivo de almacenamiento (ya sea temporal o permanente) que forman un medio legible por ordenador programado para ejecutar uno o más programas de control para controlar el sistema enfriador 10. El controlador 20 del enfriador puede incluir opcionalmente una interfaz de entrada como por ejemplo un teclado para recibir entradas de un usuario y un dispositivo de visualización utilizado para mostrar diversos parámetros a un usuario. Las partes y la programación son convencionales, excepto en lo relacionado con el control de la inestabilidad y, por lo tanto, no se analizarán en detalle en este documento, excepto en lo necesario para comprender la(s) realización(es).

Inyección de líquido

Haciendo referencia ahora a las Figuras 1,2 y 6-8, se explicará ahora con más detalle el funcionamiento de la inyección de líquido en el sistema enfriador 10.

Como se mencionó anteriormente, cuando el compresor 22 funciona con pequeña capacidad, se realiza la inyección de líquido para evitar que se produzca inestabilidad. En la operación de inyección de líquido, el refrigerante líquido se inyecta a través del paso de inyección de líquido 12 en la porción de entrada del difusor 36 ubicada entre el impulsor 34 y el difusor 36. La cantidad de refrigerante líquido que pasa a través del paso de inyección de líquido 12 se ajusta abriendo/cerrando la válvula de inyección de líquido 16. La sección de control del paso de inyección de líquido 68 está programada para abrir/cerrar la válvula de inyección de líquido 16 cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que el compresor 22 funciona con pequeña capacidad. En la realización ilustrada, la sección de control del paso de inyección de líquido 68 está programada para determinar si el compresor 22 funciona o no con pequeña capacidad en función de las rpm del motor 38 y la posición del álabe guía de entrada 32, como se explica con más detalle a continuación.

Haciendo referencia a la Figura 6, el espacio G¹del camino del difusor 36 se puede reducir inyectando el refrigerante líquido L en la porción de entrada del difusor 36 sin usar una pared móvil convencional para el difusor 36. Más específicamente, como el refrigerante líquido L inyectado ocupa un área más grande en el camino del difusor 36, la proporción de gas en el camino del difusor 36 se vuelve más pequeña como se ilustra como el espacio G²en la Figura 6, que puede incrementar la velocidad del gas en el camino del difusor 36. Al aumentar la velocidad del gas en el camino del difusor 36, la presión del difusor 36 se incrementa y, por lo tanto, la contrapresión que provoca la inestabilidad se puede reducir. Asimismo, cuando el compresor 22 funciona con pequeña capacidad, el rango de funcionamiento del compresor 22 puede expandirse con la mayor velocidad del gas. Además, de acuerdo con la presente invención, el espacio del camino del difusor 36 se puede controlar fácilmente ajustando la cantidad de refrigerante líquido inyectada y, por lo tanto, el rendimiento del difusor 36 se puede optimizar fácilmente tanto para la condición de carga completa como para la condición de pequeña carga del compresor 22.

A continuación, haciendo referencia a las Figuras 7 y 8, se explicarán en detalle métodos de control de inyección de líquido primero y segundo. Se explicarán en detalle, respectivamente, el primer método de control de inyección de líquido en el que se usa una válvula de solenoide como válvula de inyección de líquido 16 (Figura 7) y el segundo método de control de inyección de líquido en el que se usa una válvula de expansión de grado variable como válvula de inyección de líquido 16 (Figura 8A). Los métodos de control de inyección de líquido primero y segundo pueden lograr el mismo objetivo, es decir, el control de la inestabilidad. Sin embargo, se utilizan diferentes pasos debido a las diferentes válvulas.

De acuerdo con el primer método de control de inyección de líquido ilustrado en la Figura 7, después del arranque del compresor 22 (S101), la sección de control del paso de inyección de líquido 68 está programada para determinar primero si las rpm del motor 38 son mayores que el A+3 % o no (S102). Aquí, "A" es un valor predeterminado y "3" es un margen. El valor "A" puede ser un valor umbral de las rpm del motor 38 en el que se ha observado inestabilidad durante los ensayos. El margen se puede sumar para asegurarse de que no se produzca ninguna inestabilidad. Cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que las rpm del motor 38 son mayores que el A+3 % (Sí en S102), se cierra la válvula de inyección de líquido (válvula de solenoide) 16. Aquí no debería producirse ninguna inestabilidad.

Cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que las rpm del motor 38 no son mayores que el A+3 % (No en S102), la sección de control del paso de inyección de líquido 68 avanza a S103 en el que la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina si el compresor 22 se está acercando o no al apagado (S103). Por ejemplo, la sección de control del paso de inyección de líquido 68 puede estar programada para determinar que el compresor 22 se está acercando al apagado en caso de que se produzca una parada rápida en el compresor 22. La parada rápida en el compresor 22 podría monitorizarse enviando una señal al compresor 22 y determinando si se devuelve la señal desde el compresor 22. Asimismo, se puede usar un sistema de alarma en caso de detectar una parada rápida. Cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que el compresor 22 se está acercando al apagado (Sí en S103), se cierra la válvula de inyección de líquido (válvula de solenoide) 16.

Por otro lado, cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que el compresor 22 no se está acercando al apagado (No en S103), la sección de control del paso de inyección de líquido 68 avanza a S104 en el que la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina si el temporizador de la válvula de inyección de líquido 16 está contando o no (S104). Como se mencionó anteriormente, el temporizador está acoplado a la sección de control del paso de inyección de líquido 68 para abrir/cerrar automáticamente la válvula de inyección de líquido (válvula de solenoide) 16 cuando transcurre una cantidad de tiempo predeterminada. Cuando el temporizador de la válvula de inyección de líquido 16 está contando (Sí en S104), el estado actual de la válvula de inyección de líquido (válvula de solenoide) 16 se mantiene, y la válvula de inyección de líquido (válvula de solenoide) 16 se abre/cierra automáticamente cuando transcurre una cantidad de tiempo predeterminada.

En S104, cuando el temporizador de la válvula de inyección de líquido 16 no está contando (No en S104), la sección de control del paso de inyección de líquido 68 avanza a S105 en el que la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina si las rpm del motor 38 son menores que el A % o no (S105). Cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que las rpm del motor 38 no son menores que el A % (No en S105), se mantiene el estado actual de la válvula de inyección de líquido (válvula de solenoide) 16.

Por otro lado, cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que las rpm del motor 38 son menores que el A % (Sí en S105), la sección de control del paso de inyección de líquido 68 avanza a S106 en el que la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina si la posición del álabe guía de entrada (IGV en las figuras, del inglés “Input Guíele Vane”) 32 es mayor que el a+b % o no (S106). Aquí, "a" es un valor predeterminado y "b" es un margen. El valor "a" puede ser un valor umbral de la posición del álabe guía de entrada 32 en el que se ha observado una inestabilidad durante los ensayos. El margen "b" se puede determinar para asegurarse de que no se produzca ninguna inestabilidad. Cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 es mayor que el a+b % (Sí en S106), se cierra la válvula de inyección de líquido (válvula de solenoide) 16.

En S106, cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 no es mayor que el a+b % (No en S106), la sección de control del paso de inyección de líquido 68 avanza a S107 en el que la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina si la posición del álabe guía de entrada 32 es menor que el a % o no (S107). En S107, cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 es menor que el a % (Sí en S107), la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que el compresor 22 funciona con pequeña capacidad y se abre la válvula de inyección de líquido (válvula de solenoide) 16. La sección de control del paso de inyección de líquido 68 puede estar programada para mantener abierta la válvula de inyección de líquido (válvula de solenoide) 16 siempre que las rpm del motor 38 y la posición del álabe guía de entrada 32 permanezcan en los rangos mencionados anteriormente (es decir, las rpm del motor 38 ≤ A % y la posición del álabe guía de entrada 32 ≤ a %). De forma alternativa, cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 vuelve al a % o más, la sección de control del paso de inyección de líquido 68 puede estar programada para configurar el temporizador de la válvula de inyección de líquido 16 para que cuente una cantidad de tiempo predeterminada. A continuación, la válvula de inyección de líquido (válvula de solenoide) 16 puede cerrarse después de que transcurra la cantidad de tiempo predeterminada. En la realización ilustrada, la cantidad de tiempo predeterminada es 60 segundos. De esta manera, se puede evitar el encendido/apagado frecuente de la válvula 16.

En S107, cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 no es menor que el a % (No en S107), se mantiene el estado actual de la válvula de inyección de líquido (válvula de solenoide) 16.

En la realización ilustrada explicada anteriormente, los valores "A", "a" y "b" podrían ser establecidos en un valor deseado por un técnico instalador o un operador del sistema enfriador 10 teniendo en cuenta los tamaños o modelos de los componentes del sistema enfriador 10. Alternativamente, los valores "A", "a" y "b" podrían establecerse en la fábrica en base a resultados de experimentos. Asimismo, la sección de control del paso de inyección de líquido 68 puede estar programada además para prohibir que la válvula de inyección de líquido 16 se abra dentro de los 5 minutos posteriores al arranque del compresor 22.

De acuerdo con el segundo método de control de inyección de líquido ilustrado en la Figura 8A, después del arranque del compresor 22 (S201), la sección de control del paso de inyección de líquido 68 está programada para determinar primero si la posición del álabe guía de entrada 32 es mayor que el a % o no (S202). Cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 es mayor que el a % (Sí en S202), se cierra la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16. De forma alternativa, la sección de control del paso de inyección de líquido 68 puede estar programada para determinar si las rpm del motor 38 son mayores que el A % o no en S202.

Cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 no es mayor que el a % (No en S202), la sección de control del paso de inyección de líquido 68 avanza a S203 en el que la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina si el compresor 22 se está acercando o no al apagado (S203). Por ejemplo, la sección de control del paso de inyección de líquido 68 puede estar programada para determinar que el compresor 22 se está acercando al apagado en caso de que se produzca una parada rápida en el compresor 22. La parada rápida podría monitorizarse enviando una señal al compresor 22 y determinando si la señal se devuelve desde el compresor 22. Asimismo, se puede usar un sistema de alarma en caso de detectar una parada rápida. Cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que el compresor 22 se está acercando al apagado (Sí en S203), se cierra la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16.

Por otro lado, cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que el compresor 22 no se está acercando al apagado (No en S203), la sección de control del paso de inyección de líquido 68 avanza a S204 en el que la sección de control del paso de inyección de líquido 68 abre la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16. En S204, se determina el grado de apertura de la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16 en base a una función /(Relación de presiones, IGV). Más específicamente, el grado de apertura de la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16 se determina en base a una función f de la relación de presiones de presión de succión a presión de descarga y a la posición del álabe guía de entrada 32 como se ilustra en la Figura 8B. Cuando la posición del álabe guía de entrada 32 es igual o menor que el a %, se determina si la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16 se abrirá o no. Véase la Figura 8C. Además, cuando la posición del álabe guía de entrada 32 es igual o menor que el a %, el grado de apertura de la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16 se ajusta en proporción a la relación de presiones de presión de succión a presión de descarga como se ilustra en la Figura 8D. Sin embargo, cuando la relación de presiones de presión de succión a presión de descarga es igual o menor que 1,5, no se abre (se cierra) la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16. Asimismo, cuando la relación de presiones de presión de succión a presión de descarga supera 2,5, el grado de apertura de la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16 se mantiene para que sea un grado de apertura en un caso en el que la relación de presiones de presión de succión a presión de descarga es 2,5.

Después de abrir la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16, la sección de control del paso de inyección de líquido 68 sigue monitorizando la posición del álabe guía de entrada 32. La sección de control del paso de inyección de líquido 68 puede estar programada para mantener abierta la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16 hasta que la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 vuelve al a% o más. Cuando la sección de control del paso de inyección de líquido 68 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 vuelve al a% o más, la sección de control del paso de inyección de líquido 68 cierra entonces la válvula de inyección de líquido (válvula de expansión de grado variable) 16.

En la realización ilustrada explicada anteriormente, un técnico instalador o un operador del sistema enfriador 10 podría establecer el valor "a" en un valor deseado teniendo en cuenta los tamaños o modelos de los componentes del sistema enfriador 10. Alternativamente, el valor "a" podría establecerse en la fábrica en base a resultados de experimentos. Asimismo, la sección de control del paso de inyección de líquido 68 puede estar programada además para prohibir que la válvula de inyección de líquido 16 se abra dentro de los 5 minutos posteriores al arranque del compresor 22.

El controlador 20 del enfriador puede estar programado para realizar la inyección de gas caliente que se expone más adelante cuando el controlador 20 del enfriador determina que se necesita inyección de gas caliente después de realizar la inyección de líquido descrita anteriormente.

Inyección de gas caliente

Haciendo referencia ahora a las Figuras 1, 3, 9 y 10, se explicará ahora con más detalle el funcionamiento de la inyección de gas caliente en el sistema enfriador 10.

En la inyección de gas caliente, el refrigerante gaseoso caliente se inyecta a través de la derivación de gas caliente 14 entre el álabe guía de entrada 32 y el impulsor 34. La cantidad de refrigerante gaseoso caliente que pasa a través de la derivación de gas caliente 14 se ajusta abriendo/cerrando la válvula de gas caliente 18. La sección de control de la derivación de gas caliente 69 está programada para abrir/cerrar la válvula de gas caliente 18, como se explica con más detalle a continuación.

Haciendo referencia a la Figura 9, el refrigerante gaseoso caliente se inyecta en un área entre el álabe guía de entrada 32 y el impulsor 34. La presión P2 en el área entre el álabe guía de entrada 32 y el impulsor 34 es menor que la presión P1 en el lado de succión del compresor 22 en el que se inyecta el refrigerante gaseoso caliente de acuerdo con una técnica convencional. El caudal de gas en una tubería se determina en base a la diferencia de presiones y al diámetro interior de la tubería. Más específicamente, un pequeño diámetro interior de la tubería puede lograr un caudal grande cuando la diferencia de presiones se hace grande. En consecuencia, al inyectar el refrigerante gaseoso caliente en el área de la presión P2 que es menor que la presión P1, la diferencia de presiones AP2 (la presión en el lado de descarga del compresor - P2) es mayor que la diferencia de presiones AP1 (la presión en el lado de descarga del compresor -P1) y, por lo tanto, se puede lograr un caudal de gas suficientemente grande con una tubería de menor diámetro. De esta manera, se puede utilizar una tubería de pequeño tamaño como la derivación de gas caliente 16 de acuerdo con la presente invención.

Además, se produce fácilmente turbulencia de gas en el área entre el álabe guía de entrada 32 y el impulsor 34, lo que provoca una vibración del árbol cuando la posición de apertura del álabe guía de entrada es pequeña en un caso del cojinete magnético. Al inyectar el refrigerante gaseoso caliente en el área entre el álabe guía de entrada 32 y el impulsor 34, se puede reducir dicha turbulencia de gas y se puede disminuir la vibración del árbol en el cojinete magnético.

De acuerdo con un método de control de inyección de gas caliente ilustrado en la Figura 10A, después del arranque del compresor 22 (S301), la sección de control de la derivación de gas caliente 69 está programada para determinar si la temperatura real del agua a la salida del evaporador 28 es menor que un valor predeterminado o no (S302). La temperatura del agua a la salida del evaporador 28 se denomina de aquí en adelante EOWT. El valor predeterminado en S302 se determina en base a la diferencia entre el valor objetivo y el valor de banda muerta de la EOWT. Aquí, el valor objetivo es un valor deseado de la EOWT que establece un técnico instalador o un operador teniendo en cuenta los tamaños o modelos de los componentes del sistema enfriador 10. El valor de banda muerta es un rango de valores en el que un cambio en la EOWT no provocará una respuesta observable en el proceso de refrigeración posterior. El valor objetivo y el valor de banda muerta de la EOWT podrían establecerse en la fábrica en base a resultados de experimentos.

Cuando la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina que la EOWT real es menor que el valor predeterminado (Sí en S302), la sección de control de la derivación de gas caliente 69 avanza a S303 en el que la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina si la posición del álabe guía de entrada 32 es menor que un % de posición mínima o no (S303).

En S303, cuando la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 es menor que un % de posición mínima (Sí en S303), se abre la válvula de gas caliente 18 y se controla el álabe guía de entrada 32 para que permanezca en la posición actual. La sección de control de la derivación de gas caliente 69 puede estar programada además para mantener abierta la válvula de gas caliente 18 de tal manera que la EOWT real alcance el valor objetivo.

En S303, cuando la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 no es menor que un % de posición mínima (No en S303), se cierra el álabe guía de entrada 32.

Por otro lado, en S302, cuando la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina que la EOWT real no es menor que el valor predeterminado (No en S302), la sección de control de la derivación de gas caliente 69 avanza a S304 en el que la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina si el valor absoluto de la diferencia entre el valor real y el valor objetivo de la EOWT es menor que el valor de banda muerta o no (S304).

En S304, cuando la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina que el valor absoluto de la diferencia entre el valor real y el valor objetivo de la EOWT es menor que el valor de banda muerta (Sí en S304), la válvula de gas caliente 18 y el álabe guía de entrada 32 se controlan para que permanezcan en las posiciones actuales. En S304, cuando la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina que el valor absoluto de la diferencia entre el valor real y el valor objetivo de la EOWT no es menor que el valor de banda muerta (No en S304), la sección de control de la derivación de gas caliente 69 avanza a S305 en el que la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina si la posición de la válvula de gas caliente 18 es mayor que el 0 % o no (S305).

En S305, cuando la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina que la posición de la válvula de gas caliente 18 es mayor que el 0 % (Sí en S305), se cierra la válvula de gas caliente 18 y se controla el álabe guía de entrada 32 para que permanezca en la posición actual. Por otra parte, en S305, cuando la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina que la posición de la válvula de gas caliente 18 no es mayor que el 0 % (No en S305), se abre el álabe guía de entrada 32. La sección de control de la derivación de gas caliente 69 puede estar programada además para cerrar la válvula de inyección de gas caliente 18 de nuevo a la posición cero y abrir posteriormente el álabe guía de entrada 32 cuando aumenta la carga requerida del compresor centrífugo 22.

Después del arranque del compresor 22 (S301), la sección de control de la derivación de gas caliente 69 puede avanzar a S306. En S306, la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina si la posición del álabe guía de entrada 32 es menor que el a % o no. "a" es un valor predeterminado. El valor "a" puede ser un valor umbral de la posición del álabe guía de entrada 32 en el que se ha observado una inestabilidad durante los ensayos. Cuando la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina que la posición del álabe guía de entrada 32 es menor que el a % (Sí en S306), la sección de control de la derivación de gas caliente 69 avanza a S307 en el que la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina si la posición del cojinete magnético 44, 46 ó 48 está fuera de un rango orbital predeterminado o no (S307). Aquí, la sección de control de la derivación de gas caliente 69 puede estar programada para determinar la posición de los cojinetes magnéticos 44, 46 o 48 del conjunto de cojinetes magnéticos 40 al recibir señales de los sensores de posición 54, 56 y 58 a través de la sección de control de los cojinetes magnéticos 61, como se explica con más detalle a continuación.

Cuando la sección de control de la derivación de gas caliente 69 determina que la posición del cojinete magnético 44, 46 o 48 está fuera de un rango orbital predeterminado, la sección de control de la derivación de gas caliente 69 abre la válvula de gas caliente 18 para devolver el cojinete magnético 44, 46 o 48 a una posición dentro del rango orbital predeterminado. Este proceso de abrir la válvula de gas caliente 18 anula los procesos mencionados anteriormente de cerrar la válvula de gas caliente 18 y controlar la válvula de gas caliente 18 para que permanezca en la posición actual. Al abrir la válvula de gas caliente 18 para inyectar el refrigerante gaseoso caliente entre el álabe guía de entrada 32 y el impulsor 34 de esta manera, se puede reducir la turbulencia de gas en el área entre el álabe guía de entrada 32 y el impulsor 34, y se puede reducir el nivel de la vibración del eje en el cojinete magnético 44, 46 o 48.

El controlador 20 del enfriador está programado para apagar el compresor centrífugo 22 de manera convencional cuando la vibración del árbol en el cojinete magnético 44, 46 o 48 supera un nivel aceptable y la posición del cojinete magnético 44, 46 o 48 está fuera de un rango orbital deseado. En S307, el rango orbital predeterminado del cojinete magnético 44, 46 o 48 podría establecerse más pequeño que el rango de órbita del cojinete magnético 44, 46 o 48 en el que el compresor centrífugo 22 está diseñado para apagarse.

El controlador 20 del enfriador puede estar programado para realizar la inyección de líquido cuando el controlador 20 del enfriador determina que se necesita inyección de líquido después de realizar la inyección de gas caliente expuesta anteriormente.

La sección de control de los cojinetes magnéticos 61 normalmente recibe señales de los sensores 54, 56 y 58 del conjunto de cojinetes magnéticos 40 y transmite señales eléctricas a los cojinetes magnéticos 44, 46 y 48 para mantener el árbol 42 en la posición deseada de manera convencional. Más específicamente, la sección de control de los cojinetes magnéticos 61 está programada para ejecutar un programa de control de los cojinetes magnéticos para mantener el árbol 42 en la posición deseada de una manera convencional durante el funcionamiento normal cuando no se prevé inestabilidad. Sin embargo, si se prevé inestabilidad, la posición axial del árbol 42 se puede ajustar utilizando la sección de control de inestabilidad 62 y el cojinete magnético axial 48. Por lo tanto, la posición axial del impulsor 34, que está fijado al árbol 42, se puede ajustar en relación con el difusor 36, como se explica con más detalle a continuación.

El variador de frecuencia 64 y la sección de control del motor 65 reciben señales de al menos un sensor del motor (no mostrado) y controlan la velocidad de rotación del motor 38 para controlar la capacidad del compresor 22 de manera convencional. Más específicamente, el variador de frecuencia 64 y la sección de control del motor 65 están programados para ejecutar uno o más programas de control del motor para controlar la velocidad de rotación del motor 38 para controlar la capacidad del compresor 22 de manera convencional. La sección de control del álabe guía de entrada 66 recibe señales de al menos un sensor del álabe guía de entrada (no mostrado) y controla la posición del álabe guía de entrada 32 para controlar la capacidad del compresor 22 de manera convencional. Más específicamente, la sección de control del álabe guía de entrada 66 está programada para ejecutar un programa de control del álabe guía de entrada para controlar la posición del álabe guía de entrada 32 para controlar la capacidad del compresor 22 de manera convencional. La sección de control de la válvula de expansión 67 controla la posición de apertura de la válvula de expansión 26 para controlar la capacidad del sistema enfriador 10 de manera convencional. Más específicamente, la sección de control de la válvula de expansión 67 está programada para ejecutar un programa de control de la válvula de expansión para controlar la posición de apertura de la válvula de expansión 26 para controlar la capacidad del sistema enfriador 10 de manera convencional. La sección de control del motor 65 y la sección de control del álabe guía de entrada 66 trabajan juntas y con la sección de control de la válvula de expansión 67 para controlar la capacidad total del sistema enfriador 10 de manera convencional. El controlador 20 del enfriador recibe señales de los sensores S y, opcionalmente, T para controlar la capacidad total de manera convencional. Los sensores opcionales T son sensores de temperatura. Los sensores S son preferiblemente sensores de presión y/o sensores de temperatura convencionales utilizados de manera convencional para realizar el control.

Cada cojinete magnético 44 incluye una pluralidad de actuadores 74 y al menos un amplificador 84. De manera similar, cada cojinete magnético 46 incluye una pluralidad de actuadores 76 y al menos un amplificador 86. Asimismo, cada cojinete magnético 48 incluye una pluralidad de actuadores 78 y al menos un amplificador 88. Los amplificadores 84, 86 y 88 de cada cojinete magnético 44, 46 y 48 pueden ser un amplificador multicanal para controlar el número de actuadores del mismo, o pueden incluir amplificadores independientes para cada actuador 74, 76 y 78. En cualquier caso, los amplificadores 84, 86 y 88 están conectados eléctricamente a los actuadores 74, 76 y 78 de cada cojinete magnético 44, 46 y 48 respectivo.

Haciendo referencia a las Figuras 13 y 14, la sección de control de los cojinetes magnéticos 61 está conectada eléctricamente a la sección de control de inestabilidad 63, y recibe señales de la sección de control de inestabilidad 63. La sección de control de los cojinetes magnéticos 61 puede ajustar la posición axial deseada del árbol 42 para que sea cualquier punto dentro de un rango de desplazamiento permitido del cojinete magnético 48. En la realización ilustrada, el rango de desplazamiento del cojinete magnético 48 está preferiblemente entre 200 mm y 300 mm. La sección de control de los cojinetes magnéticos 61 está programada para ajustar la señal eléctrica enviada al amplificador 88 del cojinete magnético 48 para ajustar la posición axial del árbol 42. El cojinete magnético 48 puede incluir un amplificador 88 con dos canales para controlar de forma independiente cada actuador 78 del cojinete magnético 48 respectivamente, o cada actuador 78 del cojinete magnético 48 puede tener un único amplificador 88 correspondiente. Los actuadores 78 del cojinete magnético 48 actúan sobre el disco de empuje 45 ejerciendo una fuerza magnética. Los actuadores 78 del cojinete magnético 48 generan una fuerza magnética que se basa en una corriente eléctrica. Por lo tanto, la fuerza magnética se puede controlar de forma variable controlando la cantidad de corriente suministrada a cada actuador 78, como se explicará con más detalle a continuación.

En la realización ilustrada, el cojinete magnético 48 incluye el disco de empuje 45, dos actuadores 78 dispuestos en lados opuestos del disco de empuje 45, dos sensores de posición 58 dispuestos en lados opuestos del disco de empuje 45, un amplificador 88 conectado eléctricamente a los dos actuadores 78, y la sección de control de los cojinetes magnéticos 61. La sección de control de los cojinetes magnéticos 61 está conectada eléctricamente a los sensores de posición 58, al amplificador 88 y a las otras porciones del controlador 20 del enfriador. Cada actuador 78 recibe una corriente respectiva del amplificador 88, y cada corriente está determinada por la sección de control de los cojinetes magnéticos 61 y es comunicada al amplificador 88 mediante una señal. Los actuadores 78 del cojinete magnético 48 empujan el disco de empuje 45 a una posición axial en la que la fuerza neta de los dos actuadores 78 alcanza el equilibrio.

Convencionalmente, la sección de control del álabe guía de entrada 66 controla el caudal de gas refrigerante que entra en el impulsor controlando el álabe guía de entrada 32. Por ejemplo, la sección de control del álabe guía puede determinar una capacidad objetivo del sistema, determinar la cantidad de ajuste para el álabe guía 32 necesaria para alcanzar la capacidad objetivo, y controlar el álabe guía 32 para lograr la capacidad objetivo. Sin embargo, cuando se utiliza un cojinete magnético en el compresor centrífugo, la posición de cierre permisible del álabe guía de entrada está limitada para evitar una gran vibración del árbol provocada por la turbulencia de gas que se produce entre el álabe guía de entrada y el impulsor. Algunos compresores centrífugos utilizan una pared de difusor ajustable para tener capacidad de control de la inestabilidad.

Al controlar la inestabilidad utilizando las técnicas descritas en este documento, el sistema enfriador 10 ya no está limitado a controlar la inestabilidad limitando la posición del álabe guía de entrada y/o de una pared de difusor ajustable. Además, es posible que se eliminen o se hagan innecesarias otras estructuras de ajuste. Dicho de otra manera, el difusor puede no tener paredes de difusor ajustables (no ilustradas). Prescindiendo del álabe guía 32, se puede aumentar la fiabilidad del sistema enfriador 10 y se puede reducir el coste.

Haciendo referencia a la Figura 12, la inestabilidad es la ruptura completa del flujo constante en el compresor, la cual típicamente se produce a un caudal bajo. La Figura 12 ilustra una línea de inestabilidad SL, que conecta los puntos de inestabilidad S1, S2 y S3 a rpm1, rpm2 y rpm3, respectivamente. Estos puntos son los puntos pico en los que la presión generada por el compresor es menor que la presión de la tubería aguas abajo del compresor. Estos puntos ilustran el inicio del ciclo de inestabilidad. La línea discontinua PA ilustra una línea de control de inestabilidad. La distancia entre las líneas PA y SL muestra la ineficiencia de los métodos de control de inestabilidad. Reduciendo la diferencia entre una línea de control de inestabilidad PA y una línea de inestabilidad SL, el compresor 22 puede controlarse para que sea más eficiente. Una ventaja de los métodos de control de inestabilidad mencionados anteriormente es que proporcionan métodos novedosos para controlar la inestabilidad; por lo tanto, la línea de control de inestabilidad PA puede estar más cerca de la línea de inestabilidad SL en comparación con los métodos anteriores.

Interpretación general de los términos

Al comprender el alcance de la presente invención, el término "que comprende" y sus derivados, tal como se usan en este documento, están concebidos para ser términos abiertos que especifican la presencia de los rasgos, elementos, componentes, grupos, números enteros y/o pasos indicados, pero no excluyen la presencia de otros rasgos, elementos, componentes, grupos, números enteros y/o pasos no indicados. Lo anterior también aplica a palabras que tienen significados similares, como los términos "que incluye", "que tiene" y sus derivados. Asimismo, los términos "parte", "sección", "porción", "miembro" o "elemento" cuando se usan en singular pueden tener el significado dual de una única parte o una pluralidad de partes.

El término "detectar", tal como se utiliza en este documento para describir una operación o función realizada por un componente, una sección, un dispositivo o similar, incluye un componente, una sección, un dispositivo o similar que no requiere detección física, sino que más bien incluye determinar, medir, modelar, predecir o calcular o similares para realizar la operación o función.

El término "configurado" tal como se usa en este documento para describir un componente, una sección o una parte de un dispositivo incluye hardware y/o software que está construido y/o programado para realizar la función deseada.

Los términos de grado tales como "sustancialmente", "alrededor de" y "aproximadamente", tal como se usan en este documento, significan una cantidad razonable de desviación del término modificado de manera que el resultado final no se modifica significativamente.

Si bien solo se han elegido realizaciones seleccionadas para ilustrar la presente invención, a partir de esta descripción resultará evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversos cambios y modificaciones en este documento sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, el tamaño, la forma, la ubicación o la orientación de los diversos componentes se pueden modificar según se necesite y/o se desee. Los componentes que se muestran directamente conectados o en contacto entre sí pueden tener estructuras intermedias dispuestas entre ellos. Las funciones de un elemento pueden ser realizadas por dos, y viceversa. Las estructuras y funciones de una realización pueden adoptarse en otra realización. No es necesario que todas las ventajas estén presentes en una realización particular al mismo tiempo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un compresor centrífugo (22) adaptado para ser utilizado en un enfriador (10), comprendiendo el compresor centrífugo:

una carcasa (30) que tiene una porción de entrada y una porción de salida;

un álabe guía de entrada (32) dispuesto en la porción de entrada;

un impulsor (34) dispuesto aguas abajo del álabe guía de entrada, estando unido el impulsor a un eje que tiene permitido el giro alrededor de un eje de rotación;

un motor (38) dispuesto y configurado para hacer girar el eje con el fin de hacer girar el impulsor;

un paso de inyección de líquido (12) dispuesto y configurado para inyectar refrigerante líquido;

un difusor (36) dispuesto en la porción de salida aguas abajo del impulsor, estando dispuesto un orificio de salida del paso de inyección de líquido entre el impulsor y el difusor de manera que el paso de inyección de líquido inyecta refrigerante líquido en un área entre el impulsor y el difusor; y

un controlador (20) programado para controlar una cantidad de refrigerante líquido inyectada en el área entre el impulsor y el difusor, donde

el paso de inyección de líquido incluye al menos una válvula (16) dispuesta en el mismo, siendo controlada la válvula por el controlador para controlar la cantidad de refrigerante líquido inyectado en el área entre el impulsor y el difusor, donde

el controlador está además programado para controlar la válvula a fin de inyectar refrigerante líquido en el área entre el impulsor y el difusor cuando el compresor centrífugo funciona con una capacidad menor que la predeterminada, donde

el controlador está además programado para determinar que el compresor centrífugo funciona con una capacidad menor que la predeterminada en base a la velocidad de rotación del motor y a la posición del álabe guía de entrada, donde

el controlador está además programado para dejar de inyectar refrigerante líquido en el área entre el impulsor y el difusor cuando la posición del álabe guía de entrada se mueve más allá de un valor de posición predeterminado y transcurre una cantidad de tiempo predeterminada,

o

el controlador está además programado para dejar de inyectar refrigerante líquido en el área entre el impulsor y el difusor cuando la velocidad de rotación del motor supera un valor predeterminado.

2. El compresor centrífugo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

la al menos una válvula incluye una válvula de solenoide.

3. El compresor centrífugo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

la al menos una válvula incluye una pluralidad de válvulas de solenoide dispuestas en paralelo entre sí.

4. Un compresor centrífugo (22) adaptado para ser utilizado en un enfriador (10), comprendiendo el compresor centrífugo:

una carcasa (30) que tiene una porción de entrada y una porción de salida;

un álabe guía de entrada (32) dispuesto en la porción de entrada;

el paso de inyección de líquido incluye al menos una válvula (16) dispuesta en el mismo, siendo controlada la válvula por el controlador para controlar la cantidad de refrigerante líquido inyectada en el área entre el impulsor y el difusor, donde

la al menos una válvula incluye una válvula de expansión de grado variable, donde

el controlador está además programado para controlar la válvula de expansión de grado variable para inyectar refrigerante líquido en el área entre el impulsor y el difusor cuando el compresor centrífugo funciona con una capacidad menor que la predeterminada, donde

el controlador está además programado para determinar que el compresor centrífugo funciona con una capacidad menor que la predeterminada en base a una posición del álabe guía de entrada, donde

el controlador está además programado para dejar de inyectar refrigerante líquido en el área entre el impulsor y el difusor cuando la posición del álabe guía de entrada se mueve más allá de un valor de posición predeterminado.

5. El compresor centrífugo de acuerdo con la reivindicación 4, en el que

una posición de la válvula de expansión de grado variable se controla en base a una relación de presiones de presión de succión a presión de descarga y a la posición del álabe guía de entrada.

6. El compresor centrífugo de acuerdo con la reivindicación 4, en el que

el controlador está además programado para dejar de inyectar refrigerante líquido en el área entre el impulsor y el difusor cuando el compresor se está acercando al apagado.

7. El compresor centrífugo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, que comprende además un cojinete magnético que soporta el árbol con el giro permitido.

8. El compresor centrífugo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -7, en el que

el difusor está fijado con el movimiento impedido con respecto a la carcasa.