JP2019529777A - Centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
遠心圧縮機(22)は、ケーシング(30)と、第1圧縮機構(23a)と、第2圧縮機構(23b)とを含む。ケーシング(30)は、第1入口部分(31a)と、第1出口部分(33a)と、第2入口部分(31b)と、第2出口部分(33b)とを有する。第1圧縮機構(23a)は、第1入口部分(31a)に配置された第1入口案内羽根(32a)と、第1入口案内羽根(32a)の下流に配置された第1インペラ(34a)と、第1インペラ(34a)から下流の第1出口部分(33a)に配置された第1ディフューザ(36a)と、第1モータ(38a)とを含む。第2圧縮機構(23b)は、第2入口部分(31b)に配置された第2入口案内羽根(32b)と、第2入口案内羽根(32b)の下流に配置された第2インペラ(34b)と、第2インペラ(34b)から下流の第2出口部分(33b)に配置された第2ディフューザ(36b)と、第2モータ(38b)とを含む。第1及び第2モータ(38a、38b)は、第1及び第2インペラ(34a、34b)を回転させるために、第1及び第2シャフト(42a、42b)を回転させるように配される。The centrifugal compressor (22) includes a casing (30), a first compression mechanism (23a), and a second compression mechanism (23b). The casing (30) has a first inlet portion (31a), a first outlet portion (33a), a second inlet portion (31b), and a second outlet portion (33b). The first compression mechanism (23a) includes a first inlet guide vane (32a) arranged at the first inlet portion (31a) and a first impeller (34a) arranged downstream of the first inlet guide vane (32a). And a first diffuser (36a) disposed at a first outlet portion (33a) downstream from the first impeller (34a), and a first motor (38a). The second compression mechanism (23b) includes a second inlet guide vane (32b) disposed at the second inlet portion (31b) and a second impeller (34b) disposed downstream of the second inlet guide vane (32b). And a second diffuser (36b) disposed at the second outlet portion (33b) downstream from the second impeller (34b), and a second motor (38b). The first and second motors (38a, 38b) are arranged to rotate the first and second shafts (42a, 42b) to rotate the first and second impellers (34a, 34b).
Description
本発明は概して遠心圧縮機に関する。より具体的には、本発明は一対の圧縮機及び一対のモータを備える遠心圧縮機に関する。 The present invention relates generally to centrifugal compressors. More specifically, the present invention relates to a centrifugal compressor including a pair of compressors and a pair of motors.
チラーシステムは、媒体から熱を除去する冷凍機械又は冷凍装置である。一般に、水などの液体が媒体として使われ、チラーシステムは蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて動作する。そして、この液体は熱交換器を循環し、必要に応じて空気又は機器を冷却することができる。必然的な副産物として、冷凍により廃熱が生じる。この廃熱は周囲に排出されなければならない、又は、効率向上のために、加熱を目的として回収されなければならない。従来のチラーシステムは、多くの場合、よくターボ圧縮機と呼ばれる遠心圧縮機を利用する。このため、このようなチラーシステムは、ターボチラーと呼ばれることがある。代替として、例えばスクリュー圧縮機などの他のタイプの圧縮機を利用することがある。 A chiller system is a refrigeration machine or apparatus that removes heat from a medium. In general, a liquid such as water is used as a medium, and the chiller system operates in a vapor compression refrigeration cycle. This liquid can then circulate through the heat exchanger and cool the air or equipment as needed. As an inevitable by-product, waste heat is generated by freezing. This waste heat must be exhausted to the surroundings or must be recovered for heating purposes to improve efficiency. Conventional chiller systems often utilize a centrifugal compressor, often referred to as a turbo compressor. For this reason, such a chiller system is sometimes called a turbo chiller. Alternatively, other types of compressors may be utilized, for example screw compressors.
従来の(ターボ)チラーでは、遠心圧縮機において冷媒が圧縮され、熱交換器に送られる。熱交換器において冷媒と熱交換媒体(液体)との間で熱交換が起こる。この熱交換器において冷媒が凝縮するので、この熱交換器は凝縮器と呼ばれる。結果として、熱が媒体(液体)に伝わり、媒体が加熱される。凝縮器を出る冷媒は、膨張弁により膨張され、別の熱交換器へ送られる。別の熱交換器において、冷媒と熱交換媒体(液体)との間で熱交換が起こる。この熱交換器において冷媒が加熱(気化)されるので、この熱交換器は蒸発器と呼ばれる。結果として、熱が媒体(液体)から冷媒に伝わり、液体が冷却される。その後、蒸発器からの冷媒は遠心圧縮機に戻され、このサイクルが繰り返される。多くの場合、利用される液体は水である。 In a conventional (turbo) chiller, refrigerant is compressed in a centrifugal compressor and sent to a heat exchanger. In the heat exchanger, heat exchange occurs between the refrigerant and the heat exchange medium (liquid). Since the refrigerant condenses in this heat exchanger, this heat exchanger is called a condenser. As a result, heat is transferred to the medium (liquid) and the medium is heated. The refrigerant leaving the condenser is expanded by an expansion valve and sent to another heat exchanger. In another heat exchanger, heat exchange takes place between the refrigerant and the heat exchange medium (liquid). Since the refrigerant is heated (vaporized) in this heat exchanger, this heat exchanger is called an evaporator. As a result, heat is transferred from the medium (liquid) to the refrigerant, and the liquid is cooled. Thereafter, the refrigerant from the evaporator is returned to the centrifugal compressor and this cycle is repeated. In many cases, the liquid utilized is water.
従来の遠心圧縮機は基本的に、ケーシングと、入口案内羽根と、インペラと、ディフューザと、モータと、各種センサと、コントローラとを含む。冷媒は、入口案内羽根、インペラ、及びディフューザを順に流れる。よって、入口案内羽根は、遠心圧縮機のガス吸入ポートに連結され、ディフューザは、インペラのガス出口ポートに連結される。入口案内羽根は、インペラに入る冷媒ガスの流量を制御する。インペラは、冷媒ガスの速度を上げる。ディフューザは、インペラにより与えられた冷媒ガスの速度(動圧)を圧力(静圧)に変換するように機能する。モータは、インペラを回転させる。コントローラは、モータ、入口案内羽根、及び膨張弁を制御する。このようにして、従来の遠心圧縮機において冷媒が圧縮される。従来の遠心圧縮機は、1段式又は2段式とすることができる。1つのモータが1つ以上のインペラを駆動する。 A conventional centrifugal compressor basically includes a casing, an inlet guide vane, an impeller, a diffuser, a motor, various sensors, and a controller. The refrigerant flows in order through the inlet guide vane, the impeller, and the diffuser. Therefore, the inlet guide vane is connected to the gas intake port of the centrifugal compressor, and the diffuser is connected to the gas outlet port of the impeller. The inlet guide vane controls the flow rate of the refrigerant gas entering the impeller. The impeller increases the speed of the refrigerant gas. The diffuser functions to convert the speed (dynamic pressure) of the refrigerant gas provided by the impeller into pressure (static pressure). The motor rotates the impeller. The controller controls the motor, the inlet guide vane, and the expansion valve. In this way, the refrigerant is compressed in the conventional centrifugal compressor. Conventional centrifugal compressors can be one-stage or two-stage. One motor drives one or more impellers.
従来技術の例として、米国特許第7,942,628号及び米国特許出願公開第2010/0251750号を参照されたい。 See, for example, U.S. Patent No. 7,942,628 and U.S. Patent Application Publication No. 2010/0251750 as examples of the prior art.
チラー産業は、1990年代に、効率向上を求めて可変速圧縮機を提案し始めた。 The chiller industry began proposing variable speed compressors in the 1990s seeking efficiency improvements.
また、チラー産業は、より高いチラー効率を求めて、2段タイプの遠心圧縮機を開発した。 The chiller industry has also developed a two-stage centrifugal compressor in search of higher chiller efficiency.
2段遠心圧縮機構造の場合、両方のインペラを駆動するために1つのモータが使用される。この構造は(1)動作範囲及び(2)効率に問題があることが発見されている。 In the case of a two-stage centrifugal compressor structure, one motor is used to drive both impellers. This structure has been found to be problematic in (1) operating range and (2) efficiency.
(1)動作範囲について、動作範囲と各インペラの回転速度とには関係性があることが発見されている。現在の技術では、各インペラを他のインペラと同じ速度で回転させることしかできないので、いずれかのインペラを範囲外で動作させようとすると、圧縮機が動作困難及び/又は動作不可能になることが発見されている。 (1) Regarding the operating range, it has been discovered that there is a relationship between the operating range and the rotational speed of each impeller. With current technology, each impeller can only be rotated at the same speed as the other impellers, so trying to operate one of the impellers out of range can make the compressor difficult and / or inoperable Has been discovered.
(2)効率について、いずれかのインペラが設計点で動作しなくなると、圧縮機の効率が低下することが発見されている。 (2) Regarding efficiency, it has been discovered that if any impeller stops operating at the design point, the efficiency of the compressor is reduced.
(1)動作範囲について、各インペラを異なる回転速度で回転させることによって、インペラがそれらの動作範囲外で動作することがなくなる(すなわち、それらの動作範囲内で維持される)可能性があることが発見されている。 (1) With respect to the operating range, by rotating each impeller at a different rotational speed, there is a possibility that the impeller will not operate outside the operating range (that is, maintained within the operating range). Has been discovered.
(2)効率について、第1段及び第2段インペラの回転速度を、インペラの効率が上がるように調整することによって、圧縮機全体の効率を向上させることができうることが発見されている。 (2) It has been discovered that the efficiency of the entire compressor can be improved by adjusting the rotational speeds of the first stage and second stage impellers so that the efficiency of the impeller is increased.
現行技術の動作では、各圧縮機の動作範囲は、インペラの動作範囲により支配される。2段圧縮機では、各段に独自の境界限界(チョーク流量限界、失速及びサージ限界、最小アンロード限界)があり得るため、その動作範囲性能はさらに限定されかねない。したがって、いずれかのインペラが範囲外で動作する時には、その圧縮機を動作させることはできない、又は動作させるべきではない。 In the operation of current technology, the operating range of each compressor is governed by the operating range of the impeller. In a two-stage compressor, each stage may have its own boundary limits (choke flow limit, stall and surge limit, minimum unload limit), so its operating range performance may be further limited. Therefore, when any impeller operates out of range, the compressor cannot or should not operate.
現行技術の動作では、いずれかのインペラがその設計点で動作しない場合に、その圧縮機の効率が低下する。この原因は、ヘッド係数及び流量係数の変化によるものである。一旦これらの値が変化すると、圧縮機はその設計(最高効率)点で動作することができない。 With current technology operation, if any impeller does not operate at its design point, the efficiency of the compressor is reduced. This is due to changes in the head coefficient and the flow coefficient. Once these values change, the compressor cannot operate at its design (maximum efficiency) point.
また、2つの段がうまくマッチしていない場合、設計点から離れて動作すると、1段サイクルに対する2段サイクルの効率の利点が少なく又は薄くなり、設計点及びピーク効率点から離れていく時に、より深刻な効率低下を引き起こすことが発見されている。これにより、こうしたチラーは運転時間の大半で「全負荷設計点」から離れた状態にあり得ることが発見されている。 Also, if the two stages do not match well, operating away from the design point, the advantage of the efficiency of the two-stage cycle over the one-stage cycle is less or less, and when moving away from the design and peak efficiency points, It has been found to cause a more serious loss of efficiency. Thus, it has been discovered that such chillers can be away from the “full load design point” for most of the operating time.
よって、本発明の1つの課題は、動作を動作範囲内に維持することができる遠心圧縮機を提供することである。 Therefore, one subject of this invention is providing the centrifugal compressor which can maintain operation | movement within the operating range.
本発明の別の課題は、効率を向上させることができる遠心圧縮機を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a centrifugal compressor capable of improving efficiency.
本発明のまた別の課題は、上述の又は当業者に既知である、1つ以上の他の発見された問題に対処する遠心圧縮機を提供することである。 Yet another object of the present invention is to provide a centrifugal compressor that addresses one or more other discovered problems described above or known to those skilled in the art.
1つ以上の上述の課題は、ケーシングと、第1圧縮機構と、第2圧縮機構とを含む遠心圧縮機を提供することによって基本的に達成することができる。ケーシングは第1入口部分と、第1出口部分と、第2入口部分と、第2出口部分とを有する。第1圧縮機構は、第1入口部分に配置された第1入口案内羽根と、第1入口案内羽根の下流に配置された第1インペラと、第1インペラから下流の第1出口部分に配置された第1ディフューザと、第1モータとを含む。第1インペラは、第1回転軸まわりに回転可能に第1シャフトに取り付けられる。第1モータは、第1インペラを回転させるために、第1シャフトを回転させるように配される。第2圧縮機構は、第2入口部分に配置された第2入口案内羽根と、第2入口案内羽根の下流に配置された第2インペラと、第2インペラから下流の第2出口部分に配置された第2ディフューザと、第2モータとを含む。第2インペラは、第2回転軸まわりに回転可能に第2シャフトに取り付けられる。第2モータは、第2インペラを回転させるために、第2シャフトを回転させるように配される。 One or more of the above-mentioned problems can be basically achieved by providing a centrifugal compressor including a casing, a first compression mechanism, and a second compression mechanism. The casing has a first inlet portion, a first outlet portion, a second inlet portion, and a second outlet portion. The first compression mechanism is disposed at a first inlet guide vane disposed at the first inlet portion, a first impeller disposed downstream of the first inlet guide vane, and a first outlet portion downstream from the first impeller. A first diffuser and a first motor. The first impeller is attached to the first shaft so as to be rotatable about the first rotation axis. The first motor is arranged to rotate the first shaft in order to rotate the first impeller. The second compression mechanism is disposed at a second inlet guide vane disposed at the second inlet portion, a second impeller disposed downstream of the second inlet guide vane, and a second outlet portion downstream from the second impeller. A second diffuser and a second motor. The second impeller is attached to the second shaft so as to be rotatable about the second rotation axis. The second motor is arranged to rotate the second shaft in order to rotate the second impeller.
本発明のこれらの及び他の課題、特徴、態様、及び利点は、添付の図面と合わせて好ましい実施形態を開示する以下の詳細な記載から当業者に明らかになるであろう。 These and other objects, features, aspects and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description disclosing preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings.
この原開示の一部を形成する添付の図面を参照する。 Reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof.
選択された実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の実施形態の記載は、単なる例示であり、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定義される発明を限定することを目的とするものではないことは、本開示から当業者に明らかであろう。 Selected embodiments will be described with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art from this disclosure that the following description of the embodiments is merely illustrative and is not intended to limit the invention as defined by the appended claims and their equivalents. Will.
まず、図1を参照すると、本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機22を有するチラーシステム10が示されている。図1の遠心圧縮機22は2段圧縮機であるため、図1のチラーシステム10は2段チラーシステムである。図1の2段チラーシステムは、エコノマイザも含む。図1は、本発明にかかる遠心圧縮機22を使用することができるチラーシステムの一例を示すのみである。例えば、チラーシステム10のエコノマイザが省略されうることは、本開示から当業者に明らかであろう。しかし、例示の実施形態では、エコノマイザは以下に述べる理由により存在する。
First, referring to FIG. 1, a
チラーシステム10は、遠心圧縮機22及び遠心圧縮機22の制御方法を除き、従来のものである。具体的には、以下により詳しく説明するように、例示の実施形態において、遠心圧縮機22は構造体を含み、動作をその動作範囲内に維持するように、かつ効率を向上させるように制御される。よって、ここでは、チラーシステム10について、遠心圧縮機22及び遠心圧縮機22の制御方法に関する内容を除き、詳しく論述及び/又は例示しない。しかし、本発明の範囲を逸脱することなく、チラーシステム10の従来のパーツが様々な方法で構築されうることは、当業者に明らかであろう。例示の実施形態では、チラーシステム10は、好ましくは、従来の方法で冷却水及びチラー水を利用するウォーターチラーである。
The
図1を引き続き参照しながら、チラーシステム10の構成要素について簡単に説明する。チラーシステム10は基本的に、チラーコントローラ20と、遠心圧縮機22と、凝縮器24と、膨張弁又はオリフィス25と、エコノマイザ26と、膨張弁又はオリフィス27と、蒸発器28とを含み、これらが直列につなぎ合わされてループ冷凍サイクルを形成している。エコノマイザ26は、冷媒回路において、第1圧縮機構と第2圧縮機構との間(例えば中間段)に接続される。チラーシステム10の回路の至る所に、各種センサ(図示せず)が配置される。このようなセンサ、及び、このようなセンサからのチラーシステム10を制御するための情報の使用は、従来どおりであるので、ここでは、本発明にかかる遠心圧縮機22の制御に関する内容を除き、詳しく説明及び/又は例示しない。よって、簡潔を期すために、チラーシステム10の通常動作について、遠心圧縮機22の構造及び動作に関する内容を除き、省略されることは、本開示から当業者に明らかであろう。
The components of the
図1〜図5を参照しながら、圧縮機22についてより詳しく説明する。例示の実施形態において、圧縮機22は2段遠心圧縮機である。よって、ここで例示される圧縮機22は2つのインペラを含む。しかし、圧縮機22は3つ以上のインペラ(図示せず)を含んでもよい。例示の実施形態の2段遠心圧縮機22は、2つのインペラを駆動するために使用される別個のモータが圧縮機22に含まれる点を除き、従来のものである。また、これらのモータは本発明にしたがって制御される。
The
よって、遠心圧縮機22は第1段及び第2段を直列に流体接続して含むので、第1段で圧縮された冷媒が続いて第2段で圧縮される。第1段は、第1段入口案内羽根32aと、第1インペラ34aと、第1ディフューザ/ボリュート36aと、第1段圧縮機モータ38aと、第1段磁気軸受40aとを含む。同様に、第2段は、第2段入口案内羽根32bと、第2インペラ34bと、第2ディフューザ/ボリュート36bと、第2段圧縮機モータ38bと、第2段磁気軸受40bとを含む。また、遠心圧縮機22は従来の各種センサ(数個のみ図示する)を含む。
Therefore, since the
ここでは磁気軸受が記載されているが、他のタイプ及び形態の圧縮機軸受を本発明に使用してもよいことは、本開示から当業者に明らかであろう。ケーシング30は、遠心圧縮機22の他のパーツを覆う。ケーシング30は、圧縮機22の第1段用の入口部分31a及び出口部分33aを含む。ケーシング30は、圧縮機22の第2段用の入口部分31b及び出口部分33bも含む。よって、ケーシング30は、第1入口部分31aと、第1出口部分33aと、第2入口部分31bと、第2出口部分33bとを含む。
Although magnetic bearings are described herein, it will be apparent to those skilled in the art from this disclosure that other types and forms of compressor bearings may be used in the present invention. The
よって、例示の実施形態では、遠心圧縮機22は、ケーシング30と、第1圧縮機構(第1段)23aと、第2圧縮機構(第2段)23bとを含む。第1圧縮機構23aは、第1入口部分31aに配置された第1入口案内羽根32aと、第1入口案内羽根32aの下流に配置された第1インペラ34aと、第1インペラ34aから下流の第1出口部分33aに配置された第1ディフューザ36aと、第1インペラ34aを回転させるために、第1シャフト42aを回転させるように配された第1モータ38aとを含む。第1インペラ34aは、第1回転軸X1まわりに回転可能に第1シャフト42aに取り付けられる。第2圧縮機構23bは、第2入口部分31bに配置された第2入口案内羽根32bと、第2入口案内羽根32bの下流に配置された第2インペラ34bと、第2インペラ34bから下流の第2出口部分33bに配置された第2ディフューザ36bと、第2インペラ34bを回転させるために、第2シャフト42bを回転させるように配された第2モータ38bとを含む。第2インペラ34bは、第2回転軸X2まわりに回転可能に第2シャフト42bに取り付けられる。
Therefore, in the illustrated embodiment, the
以下により詳しく説明するように、チラーコントローラ20は、各種センサから信号を受信し、入口案内羽根32a及び32b、圧縮機モータ38a及び38b、ならびに、磁気軸受40a及び40bを制御する。冷媒は、第1段入口案内羽根32a、第1段インペラ34a、第2段入口案内羽根32b、及び第2段インペラ34bを順に流れる。入口案内羽根32a及び32bは、それぞれインペラ34a及び34bに入る冷媒ガスの流量を従来の方法で制御する。インペラ34a及び34bは、ほぼ圧力を変えることなく冷媒ガスの速度を上げる。冷媒ガスの速度の増加量は、モータの速度によって決まる。ディフューザ/ボリュート36a及び36bは冷媒の圧力を上昇させる。
As described in more detail below, the
ディフューザ/ボリュート36a及び36bは、ケーシング30に対して移動不可能に固定される。圧縮機モータ38a及び38bは、それぞれ第1及び第2シャフト42a、42bを介してインペラ34a及び34bを回転させる。図1から最もよく理解されるように、第1ディフューザ36aは、第1圧縮機構23aで圧縮された冷媒がさらに第2圧縮機構23bで圧縮されるように、第2インペラ34bに接続される。第1及び第2磁気軸受40a、40bは、それぞれシャフト42a及び42bを磁気的に回転可能に支持する。代替として、軸受システムは、ローラ要素、動圧軸受、静圧軸受、及び/又は磁気軸受を含んでもよく、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。このようして、遠心圧縮機22において冷媒が圧縮される。
The diffuser /
チラーシステム10の動作に際して、圧縮機22の第1段インペラ34a及び第2段インペラ34bが回転し、チラーシステム10における低圧の冷媒が第1段インペラ34aによって吸入される。冷媒の流量は入口案内羽根32aによって調節される。第1段インペラ34aによって吸入された冷媒は、圧縮されて中間圧になる。この冷媒圧力は第1ディフューザ/ボリュート36aによって上昇させられる。その後、冷媒は第2段インペラ34bに導入される。冷媒の流量は入口案内羽根32bによって調節される。第2段インペラ34bは、中間圧の冷媒を圧縮して高圧にする。この冷媒圧力は第2ディフューザ/ボリュート36bによって上昇させられる。その後、高圧になったガス冷媒はチラーシステム10へ吐出される。例示の実施形態では、インペラ34a及び34bは、別個のモータ38a又は38bによって駆動されるので、第1及び第2インペラ34a、34bの回転速度は独立して変更可能である。
During the operation of the
図2〜図5を参照しながら、第1及び第2磁気軸受40a、40bについてより詳しく説明する。第1及び第2磁気軸受40a、40bは、ここで説明する内容を除き、従来のものである。よって、ここでは、第1及び第2磁気軸受40a、40bについて、本発明に関する内容を除き、詳しく論述及び/又は例示しない。むしろ、本発明から逸脱することなく、任意の好適な磁気軸受が使用されうることは、当業者に明らかであろう。第1磁気軸受40aは、好ましくは、第1インペラ側ラジアル磁気軸受44aと、第1遠方側ラジアル磁気軸受46aと、第1アキシャル(スラスト)磁気軸受48aとを含む。同様に、第2磁気軸受40bは、好ましくは、第2インペラ側ラジアル磁気軸受44bと、第2遠方側ラジアル磁気軸受46bと、第2アキシャル(スラスト)磁気軸受48bとを含む。
The first and second
少なくとも1つのラジアル磁気軸受44a又は46aは、第1シャフト42aを回転可能に支持し、少なくとも1つのラジアル磁気軸受44b又は46bは、第2シャフト42bを回転可能に支持する。スラスト磁気軸受48aは、第1スラストディスク45aに作用することによって、第1回転軸X1に沿って第1シャフト42aを軸方向に支持する。スラスト磁気軸受48aは、第1シャフト42aに取り付けられるスラストディスク45を含む。同様に、スラスト磁気軸受48bは、第2スラストディスク45bに作用することによって、第2回転軸X2に沿って第2シャフト42bを軸方向に支持する。スラスト磁気軸受48bは、第2シャフト42bに取り付けられるスラストディスク45bを含む。
At least one radial magnetic bearing 44a or 46a rotatably supports the first shaft 42a, and at least one radial
第1スラストディスク45aは、第1シャフト42aから、第1回転軸X1に対して垂直な方向に径方向に延び、第1シャフト42aに対して固定される。第2スラストディスク45bは、第2シャフト42bから、第2回転軸X2に対して垂直な方向に径方向に延び、第2シャフト42bに対して固定される。第1シャフト42aの第1回転軸X1に沿った位置(軸方向位置)は、第1スラストディスク45aの軸方向位置によって制御される。同様に、第2シャフト42bの第1回転軸X2に沿った位置(軸方向位置)は、第2スラストディスク45bの軸方向位置によって制御される。第1ラジアル磁気軸受44a及び46aは、第1圧縮機モータ38aの軸方向両端に配置される。第2ラジアル磁気軸受44b及び46bは、第2圧縮機モータ38bの軸方向両端に配置される。例示の実施形態では、第1及び第2回転軸X1、X2は互いに一致する。さらに、例示の実施形態では、第1及び第2回転軸X1、X2は平行である。
The
引き続き図2〜図5を参照すると、各種センサは、従来の方法で、磁気軸受44a、44b、46a、46b、48a及び48bに対するシャフト42a及び42bの径方向及び軸方向の位置を検出し、チラーコントローラ20に信号を送る。その後、チラーコントローラ20は、従来の方法で、磁気軸受44a、44b、46a、46b、48a及び48bに送られる電流を制御し、シャフト42a及び42を正しい位置で維持する。よって、磁気軸受40aは、好ましくは、能動型磁気軸受44a、46a及び48aの組み合わせであり、この組み合わせは、ギャップセンサ54a、56a及び58a(図5)を利用してシャフトの位置を監視し、シャフトの位置を示す信号をチラーコントローラ20に送る。よって、磁気軸受44a、46a及び48aのそれぞれは、好ましくは能動型磁気軸受である。同様に、磁気軸受40bは、好ましくは、能動型磁気軸受44b、46b及び48bの組み合わせであり、この組み合わせは、ギャップセンサ54b、56b及び58b(図5)を利用してシャフトの位置を監視し、シャフトの位置を示す信号をチラーコントローラ20に送る。よって磁気軸受44b、46b及び48bのそれぞれは、好ましくは能動型磁気軸受である。
With continued reference to FIGS. 2-5, the various sensors detect the radial and axial positions of
したがって、遠心圧縮機22は、第1シャフト42aを回転可能に支持する第1磁気軸受40aと、第2シャフト42bを回転可能に支持する第2磁気軸受40bとを含む。第1シャフト42aは、第1インペラ34aが装着されている第1入口端と、第1遠方端とを有する。第1モータ38aは、第1インペラ34aと第1遠方端との間で第1シャフト42aに装着されている。第2シャフト42bは、第2インペラ34bが装着されている第2入口端と、第2遠方端とを有する。第2モータ38bは、第2インペラ34bと第2遠方端との間で第2シャフト42bに装着されている。
Therefore, the
上述のように、第1及び第2磁気軸受40a、40bは、ラジアル磁気軸受とアキシャル磁気軸受との組み合わせを含む。具体的には、磁気軸受44aは、軸方向において第1インペラ34aと第1モータ38との間に配置されている第1インペラ側ラジアル磁気軸受であり、磁気軸受44bは、軸方向において第2インペラ34bと第2モータ38bとの間に配置されている第2インペラ側ラジアル磁気軸受である。磁気軸受46aは、軸方向において第1インペラ34aが装着される側部から遠方にある第1モータ38aの側部に配置されている第1遠方側ラジアル磁気軸受である。磁気軸受46bは、軸方向において第2インペラ34bが装着される側部から遠方にある第2モータ38bの側部に軸方向に配置されている第2遠方側ラジアル磁気軸受である。いずれにしても、第1磁気軸受40aは、少なくとも1つの第1ラジアル磁気軸受44a又は44bと、少なくとも1つの第1アキシャルスラスト磁気軸受48aとを含み、第2磁気軸受40bは、少なくとも1つの第2ラジアル磁気軸受44b又は46bと、少なくとも1つの第2アキシャルスラスト磁気軸受48bとを含む。
As described above, the first and second
例示の実施形態では、第1アキシャルスラスト磁気軸受48aは、軸方向において第1遠方側ラジアル軸受46aに隣接して配置され、軸方向において第2アキシャルスラスト磁気軸受48bは、第2遠方側ラジアル軸受46bに隣接して配置される。よって、第1アキシャルスラスト磁気軸受48aは、軸方向において第1シャフト42aの第1遠方端に配置され、第2アキシャルスラスト磁気軸受48bは、軸方向において第2シャフト42bの第2遠方端に配置される。また、(シャフト42aの)第1遠方端と(シャフト42bの)第2遠方端とは互いに軸方向に離間し、第1アキシャルスラスト磁気軸受48aと第2アキシャルスラスト磁気軸受48bとは互いに軸方向に離間して、その間に隙間を形成している。
In the illustrated embodiment, the first axial thrust
ギャップセンサ54a、54b、56a、56b、58a及び58bは、図5にのみ模式的に示される。同様に、図5のみに示すように、例示の実施形態では、バックアップ軸受(符号なし)が、各シャフト42a、42bの各端に位置して設けられる。バックアップ軸受(符号なし)が省略されうることは、本開示から当業者に明らかであろう。同様に、磁気軸受40a及び40bを簡易化するために、1つ以上のギャップセンサが省略されうることは、本開示から当業者に明らかであろう。さらに、ギャップセンサが照らされた場合、チラーコントローラ20によって、磁気軸受が受動的に制御されうることは、本開示から当業者に明らかであろう。
The
図1〜図5を参照しながら、本発明にかかるモータ38a及び38bについてより詳しく説明する。第1モータ38aは、第1ステータ60a及び第1ロータ62aを含む。同様に、第2モータ38bは、第2ステータ60b及び第2ロータ62bを含む。ステータ60aは、ケーシング30の内面に固定され、ロータ62aは、シャフト42aに固定される。同様に、ステータ60bは、ケーシング30の内面に固定され、ロータ62bは、シャフト42bに固定される。ステータ60a及び60b、ならびにロータ62a及び62bは、従来のものである。よって、ステータ60aに電力が送られると、ロータ62aは供給された電力に応じた速度で回転させられる。さらに、ステータ60bに電力が送られると、ロータ62bは供給された電力に応じた速度で回転させられる。ロータはシャフトに固定されているので、シャフトも回転させられ、これによりインペラ34a及び34bも回転させられる。
The
上述のように、2つの別個のモータ38a及び38bが、第1及び第2インペラ34a、34bを回転させるように設けられているので、第1及び第2インペラ34a、34bを異なる速度で独立して回転させることができる。より具体的には、モータ38a及び38bは、好ましくは、それぞれ別個の可変周波数ドライブ(VFD)64a及び64bから電力を受ける。可変周波数ドライブ(VFD)64a及び64bは、チラーコントローラ20から制御信号を受信して、それぞれ第1及び第2インペラ34a、34bの回転速度を独立して制御する。図6に示す制御フローチャート及び図7A〜図10Cに示すグラフを参照しながら、可変周波数ドライブ(VFD)64a及び64bの制御方法について、以下に説明する。
As described above, since two
図6を参照しながら、第1及び第2インペラ34a、34bの回転速度を独立して制御するための、モータ38a及び38bの独立制御について、より詳しく説明する。上述のように、第1及び第2モータ38a、38bの回転速度は独立して制御可能である。具体的には、コントローラ20は、図6のフローチャートにしたがって、第1及び第2モータ38a、38bの回転速度を独立して制御するようにプログラミングされている。図6に示すループが、以下のトリガによって開始され、繰り返される。(1)圧縮機吐出圧力が毎分10%よりも大きく変化する、及び/又は、(2)圧縮機吸入圧力が毎分10%よりも大きく変化する。しかし、顧客がチラーの設定(すなわち、出口水温設定(leaving/exiting water temperature setting))を変更した場合、これも図6のトリガになりうる。第1可変周波数ドライブ(VFD)64aは、図6にしたがって第1モータ38aの回転速度を変更可能に制御するように、第1モータ38a及びコントローラ20に接続されている。第2可変周波数ドライブ(VFD)64bは、図6にしたがって第2モータ38bの回転速度を変更可能に制御するように第2モータ38b及びコントローラ20に接続されている。
The independent control of the
図6の開始/繰り返しポイントはステップS1であり、終了/繰り返しポイントはステップS14である。ステップS2〜S4は、現在の効率を算出し、第1段圧縮機構23aが最も効率の良い点(例えば図9B参照)で動作しているか否かを判定するために使用されるステップである。ステップS4において、第1段圧縮機構23aが最も効率の良い点で動作していると判定された場合、コントローラ20はステップS5に進む。そうでない場合、コントローラ20はステップS8に進む。ステップS8〜S10において、コントローラ20は、第1可変周波数ドライブ(VFD)の速度及び入口案内羽根32aを調整して、第1圧縮機構23aの効率を向上させる(例えば図10B参照)。これらの変更後、ステップS10において、第1段圧縮機構23aが最も効率の良い点で動作していると判定された場合、コントローラ20はステップS5に進む。そうでない場合、コントローラ20は*Aに戻り、上述の判定と制御を繰り返す。
The start / repeat point in FIG. 6 is step S1, and the end / repeat point is step S14. Steps S2 to S4 are steps used to calculate the current efficiency and determine whether or not the first stage compression mechanism 23a is operating at the most efficient point (for example, see FIG. 9B). If it is determined in step S4 that the first stage compression mechanism 23a is operating at the most efficient point, the
コントローラ20がステップS5に進むと、先の段落と同じロジックが第2段圧縮機構について繰り返される。ステップS5〜S7は、現在の効率を算出し、第2段圧縮機構23bが最も効率の良い点(例えば図9C参照)で動作しているか否かを判定するために使用されるステップである。ステップS7において、第2段圧縮機構23bが最も効率の良い点で動作していると判定された場合、コントローラ20はステップS14に進む。そうでない場合、コントローラ20はステップS11に進む。ステップS11〜S13において、コントローラ20は、第2可変周波数ドライブ(VFD)の速度及び入口案内羽根32bを調整して、第2圧縮機構23bの効率を向上させる(例えば図10C参照)。これらの変更後、ステップS13において、第2段圧縮機構23bが最も効率の良い点で動作していると判定された場合、コントローラ20はステップS14に進む。そうでない場合、コントローラ20は*Bに戻り、上述の判定と制御を繰り返す。
When the
図6に示す制御に加えて、可変周波数ドライブ(VFD)64a及び64bの回転速度を制御して、第1及び第2圧縮機構23a、23bを、それらの動作範囲内に維持することができる。しかし、これについては、「効率」を「動作範囲」に置き換える点を除き、図6のロジックを使用することができるため、フローチャートに例示しない。このタイプの制御は、以下に説明する図7A〜図8Cからも理解することができる。
In addition to the control shown in FIG. 6, the rotational speeds of the variable frequency drives (VFD) 64a and 64b can be controlled to keep the first and
本発明にかかる遠心圧縮機の動作の詳細について述べる。例示の実施形態では、2つの段が別個であるので、各段(各インペラ)は独立した速度制御によって動作する。先の段落で述べたように、各インペラの速度を別々に変更することによって、各インペラの動作範囲を、各インペラの境界限界内に維持することができる。また、ここで開示するように、インペラの速度が独立して変更可能であると、広範囲の運転条件にわたり、エコノマイザの流量を変化させることが可能でありうる。さらに、各段(各インペラ)は、独立した速度制御によって動作可能であるので、つまり、各インペラの速度を別々に変更することによって、境界限界を調整して、2つの段のそれぞれのより良いマッチング及び2段圧縮機の動作範囲の拡大を図ることができるので、特に広範囲の運転条件にわたり、エコノマイザの流量を変化させることを考慮した時、独立した速度制御によって、各段間の質量流量と仕事入力とをより良くバランスさせることができる。 Details of the operation of the centrifugal compressor according to the present invention will be described. In the illustrated embodiment, since the two stages are distinct, each stage (each impeller) operates with independent speed control. As described in the previous paragraph, the operating range of each impeller can be maintained within the boundary limits of each impeller by changing the speed of each impeller separately. Also, as disclosed herein, if the impeller speed can be changed independently, it may be possible to vary the economizer flow rate over a wide range of operating conditions. In addition, each stage (each impeller) can be operated by independent speed control, that is, by changing the speed of each impeller separately, the boundary limits are adjusted to better each of the two stages. Since the matching and expansion of the operating range of the two-stage compressor can be achieved, the mass flow rate between each stage can be controlled by independent speed control, especially when considering changing the flow rate of the economizer over a wide range of operating conditions. It is possible to better balance work input.
いずれかの段の最も限定的な動作境界限界がその2段圧縮機の限界になるため、多種多様な運転条件を持つ多種多様な顧客に販売されうる形状構成可能な製品にとっては、インペラのマッチング(相性のよいインペラの選択)が重要になりうる。マッチングが悪いと、動作範囲が役に立たないものになってしまう(設計点又はその近傍では順調に機能するが、設計点から離れては順調に動作することができない、あるいは、動作することはできるが、効率及びコストが単段の設計に敵わない)。インペラのマッチングにとって最良のシナリオであってこそ、この新しい概念を適用することによって動作範囲を向上させることができる。広範囲の運転条件にわたり、エコノマイザの蒸気からの側流が第2段の入口に入ることにより、第2段インペラの質量流量が大きく変化するため、「最適な」設計を見つけるための重大な設計課題が生じる。 Impeller matching for shape-configurable products that can be sold to a wide variety of customers with a wide variety of operating conditions, since the most restrictive operating boundary limit of any stage becomes the limit of the two-stage compressor (Selecting compatible impellers) can be important. If the matching is poor, the operation range becomes useless (it works smoothly at or near the design point, but it cannot or does not work well away from the design point) , Efficiency and cost are not comparable to single stage designs). Only in the best scenario for impeller matching can the operating range be improved by applying this new concept. Significant design challenge to find the “optimal” design because the mass flow of the second stage impeller changes significantly as the sidestream from the economizer steam enters the second stage inlet over a wide range of operating conditions Occurs.
動作範囲と各インペラの回転速度とには関係性がある。現在の技術(1つのモータ及び2つのインペラを備える通常の2段圧縮機)では、各インペラを同じ速度で回転させることしかできないので、いずれかのインペラが範囲外で動作すると、その圧縮機が動作不可能になる。また、現在の技術(1つのモータ及び2つのインペラを備える通常の2段圧縮機)では、いずれかのインペラが設計点で動作しなくなると、その圧縮機の効率が落ちる。 There is a relationship between the operating range and the rotational speed of each impeller. Current technology (a normal two-stage compressor with one motor and two impellers) can only rotate each impeller at the same speed, so if any impeller operates out of range, the compressor will It becomes impossible to operate. In addition, in the current technology (a normal two-stage compressor including one motor and two impellers), if any impeller stops operating at the design point, the efficiency of the compressor decreases.
例示の実施形態の技術では、新しい構造により各圧縮機を異なる速度で回転させることができるため、圧縮機の動作範囲と効率を向上させることができる。具体的には、各インペラを異なる回転速度で回転させることによって、インペラが動作範囲外で動作することがなくなる。また、第1段及び第2段インペラの回転速度の効率を調整し、それらの効率を高めると、圧縮機全体の効率が向上することになる。 The technique of the exemplary embodiment can improve the operating range and efficiency of the compressor because the new structure allows each compressor to rotate at different speeds. Specifically, by rotating each impeller at a different rotational speed, the impeller does not operate outside the operating range. Moreover, if the efficiency of the rotational speeds of the first stage and the second stage impellers are adjusted and their efficiency is increased, the efficiency of the entire compressor is improved.
図7Aは、2段圧縮機(圧縮機全体の動作)の動作範囲を示すグラフであり、Aは、全体動作範囲外の全体動作点を表す。図7Bは、第1段インペラの動作範囲を示すグラフであり、A1は、第1段動作範囲外の第1段動作点を表す。図7Cは、第2段インペラの動作範囲を示すグラフであり、A2は、第2段動作範囲内の第2段動作点を表す。 FIG. 7A is a graph showing the operating range of the two-stage compressor (the entire compressor operation), where A represents the entire operating point outside the entire operating range. FIG. 7B is a graph showing the operating range of the first stage impeller, and A1 represents the first stage operating point outside the first stage operating range. FIG. 7C is a graph showing the operating range of the second stage impeller, and A2 represents the second stage operating point within the second stage operating range.
現行技術の動作(1つのモータ及び2つのインペラを備える通常の2段圧縮機)では、各圧縮機の動作範囲は、インペラの動作範囲に支配される。そのため、いずれかのインペラが範囲外で動作すると、圧縮機を動作させることができない。図7A〜図7Cに示すように、第2段インペラはA2(図7C)で動作することができるが、第1段インペラはA1(図7B)では動作することができない。結果として、圧縮機はA(図7A)では動作しない。 In current state of the art operation (a typical two-stage compressor with one motor and two impellers), the operating range of each compressor is governed by the operating range of the impeller. Therefore, if any impeller operates outside the range, the compressor cannot be operated. As shown in FIGS. 7A-7C, the second stage impeller can operate at A2 (FIG. 7C), but the first stage impeller cannot operate at A1 (FIG. 7B). As a result, the compressor will not operate at A (FIG. 7A).
図8Aは、2段圧縮機(圧縮機全体の動作)の動作範囲を示すグラフであり、Aは、全体動作範囲外の全体動作点(図7Aと同様)を表し、Bは、本発明にかかる、シフトした全体動作範囲内の動作点を表す。図8Bでは、A1は、第1段動作範囲外の第1段動作点(図7Bと同様)を表し、B1は、本発明にかかる、第1段インペラの回転速度を下げることによりシフトした第1動作点を表す。図8Cは、図7Cと同様であり、A2は、第2段動作範囲内の第2段動作点を表す。 FIG. 8A is a graph showing the operating range of the two-stage compressor (the operation of the entire compressor), A represents the entire operating point (similar to FIG. 7A) outside the entire operating range, and B represents the present invention. This represents an operating point within the shifted overall operating range. In FIG. 8B, A1 represents the first stage operating point (similar to FIG. 7B) outside the first stage operating range, and B1 is shifted by lowering the rotational speed of the first stage impeller according to the present invention. Represents one operating point. FIG. 8C is similar to FIG. 7C, and A2 represents the second stage operating point within the second stage operating range.
各インペラを異なる速度で回転させることによって、インペラを両方とも範囲内で動作させることができる。図8Bに示すように、第1段インペラの動作点は、回転速度を下げることによって、A1からB1に移動する。結果として、圧縮機全体の動作点は、図8AのAからBに移動する。第2段インペラの動作点は、既に第2段インペラが範囲内で動作しているため、変化しない。 By rotating each impeller at a different speed, both impellers can be operated within range. As shown in FIG. 8B, the operating point of the first stage impeller moves from A1 to B1 by decreasing the rotational speed. As a result, the operating point of the entire compressor moves from A to B in FIG. 8A. The operating point of the second stage impeller does not change because the second stage impeller is already operating within the range.
図9Aは、2段圧縮機の効率(圧縮機全体の効率)を示すグラフであり、Eは、設計最高効率点を表し、D及びEは、シフトした低効率動作点を表す。図9Bでは、E1は第1段の設計最高効率点を表し、D1及びE1は、シフトした第1段の低効率動作点を表す。同様に、図9Cでは、E2は、第2段の設計最高効率点を表し、D2及びE2は、シフトした第2段の低効率動作点を表す。 FIG. 9A is a graph showing the efficiency of the two-stage compressor (the efficiency of the entire compressor), where E represents the design maximum efficiency point, and D and E represent the shifted low efficiency operating points. In FIG. 9B, E1 represents the first stage design maximum efficiency point, and D1 and E1 represent the shifted first stage low efficiency operating point. Similarly, in FIG. 9C, E2 represents the second stage maximum design efficiency point, and D2 and E2 represent the shifted second stage low efficiency operating point.
現行技術の動作(1つのモータ及び2つのインペラを備える通常の2段圧縮機)では、いずれかのインペラが設計点で動作しないと、圧縮機の効率が落ちる。この原因は、ヘッド係数及び流量係数の変化によるものである。一旦これらの値が変化すると、圧縮機はその設計(最高効率)点で動作することができない。図9A〜図9Cを参照されたい。 In the operation of the current technology (a normal two-stage compressor with one motor and two impellers), if any impeller does not operate at the design point, the efficiency of the compressor is reduced. This is due to changes in the head coefficient and the flow coefficient. Once these values change, the compressor cannot operate at its design (maximum efficiency) point. See FIGS. 9A-9C.
図10Aは、図9Aと同様に、2段圧縮機の効率(圧縮機全体の効率)を示すグラフであり、Eは、設計最高効率点を表し、D及びEは、シフトした低効率動作点を表す。図10Bでは、E1は、第1段の設計最高効率点を表し、D1及びF1は、シフトした第1段の低効率動作点を表す。矢印は、第1インペラの速度を下げることによって点D1から、又は、上げることによって点F1から、効率がどのように上がりうるかを表す。図10Cは、図10bと同じであるが、第2段についてである。 FIG. 10A is a graph showing the efficiency of the two-stage compressor (efficiency of the whole compressor), as in FIG. 9A, where E represents the design maximum efficiency point, and D and E are the shifted low efficiency operating points. Represents. In FIG. 10B, E1 represents the first stage design maximum efficiency point, and D1 and F1 represent the shifted first stage low efficiency operating point. The arrows represent how efficiency can be increased from point D1 by decreasing the speed of the first impeller or from point F1 by increasing. FIG. 10C is the same as FIG. 10b, but for the second stage.
各インペラを異なる速度で回転させることによって、各インペラを設計点に近い点で動作させることができる。流量係数が低い場合(D1又はD2のような点)には、インペラの速度を下げて効率を高める。一方、流量係数が高い場合(F1及びF2のような点)には、インペラの速度を上げて、効率を高める。こうして、圧縮機全体の効率は、最高効率に近づく。回転速度の変更に伴い、入口案内羽根(IGV)の位置も変更する必要がある。これは、回転速度の変更により、流量係数とヘッド係数が変化したからである。具体的には、インペラの毎分回転数(RPM)が増加する場合、入口案内羽根(IGV)を閉じて入口流量を減らす必要がある。一方、インペラの毎分回転数(RPM)が減少する場合、入口案内羽根(IGV)を開けて入口流量を増やす必要がある。 By rotating each impeller at a different speed, each impeller can be operated at a point close to the design point. When the flow coefficient is low (such as D1 or D2), the impeller speed is reduced to increase efficiency. On the other hand, when the flow coefficient is high (points such as F1 and F2), the impeller speed is increased to increase efficiency. Thus, the overall compressor efficiency approaches the maximum efficiency. As the rotational speed changes, the position of the inlet guide vane (IGV) also needs to be changed. This is because the flow coefficient and the head coefficient are changed by changing the rotation speed. Specifically, when the number of revolutions per minute (RPM) of the impeller increases, it is necessary to close the inlet guide vane (IGV) to reduce the inlet flow rate. On the other hand, when the number of revolutions per minute (RPM) of the impeller decreases, it is necessary to open the inlet guide vane (IGV) and increase the inlet flow rate.
図1〜図6に関して、チラーコントローラ20は、従来のパーツを従来の方法で制御するようにプログラミングされた多くの制御セクションを含んでもよい。例えば、従来の磁気軸受制御セクション、従来の圧縮機可変周波数ドライブ、従来の圧縮機モータ制御セクション、従来の入口案内羽根制御セクション、及び従来の膨張弁制御セクションである。これらのセクションは別個の又は組み合わされたセクションでもよい。
1-6, the
例示の実施形態では、制御セクションは、チラー10のパーツの制御を、図6にしたがってならびにここに記載及び例示するように実行するようプログラミングされた、チラーコントローラ20のセクションである。しかし、1つ以上のコントローラが、チラーシステム10のパーツの制御をここに説明するように実行するようプログラミングされる限り、制御セクション、部分及び/又はチラーコントローラ20の正確な数、場所及び/又は構造を、本発明から逸脱することなく変更しうることは、本開示から当業者に明らかであろう。
In the exemplary embodiment, the control section is a section of
チラーコントローラ20は従来のものであるので、少なくとも1つのマイクロプロセッサ又はCPUと、入力/出力(I/O)インターフェースと、ランダムアクセスメモリ(RAM)と、リードオンリーメモリ(ROM)と、ここに開示されるようにチラーシステム10を制御するための1つ以上の制御プログラムを実行するようにプログラミングされたコンピュータ可読媒体を形成する(一時又は永久)記憶装置とを含む。チラーコントローラ20は、キーパッドなどのユーザからの入力を受け付けるための入力インターフェースと、各種パラメータをユーザに対して表示するために使用される表示装置とを選択的に含んでもよい。パーツやプログラミングは、ここで説明された内容を除き、従来のものであるので、実施形態を理解するために必要な内容を除き、ここではさらに詳しく述べない。
Since the
<用語の一般的解釈>
本発明の範囲を理解する上で、ここで使用する用語「備える」及びその派生語は、記載された特徴、要素、構成要素、群、数値、及び/又はステップの存在を特定するものであるが、他の記載されていない特徴、要素、構成要素、群、数値及び/又はステップの存在を排除しない非限定的用語であることを意図する。また、前述の事項は、用語「含む」、「有する」及びそれらの派生語などの類似の意味を有する単語にも適用される。また、用語「パーツ」、「セクション」、「部分」、「部材」又は「要素」は、単数形で使用されていても、単数複数双方の意味を有しうる。
<General interpretation of terms>
In understanding the scope of the present invention, the term “comprising” and its derivatives, as used herein, identify the presence of the described feature, element, component, group, number, and / or step. Is intended to be a non-limiting term that does not exclude the presence of other undescribed features, elements, components, groups, values and / or steps. The aforementioned matters also apply to words having similar meanings such as the terms “include”, “have” and their derivatives. Also, the terms “parts”, “sections”, “parts”, “members” or “elements” may have both singular and plural meanings when used in the singular.
構成要素、セクション、又は装置などによって実行される動作又は機能を説明するためにここで使用する用語「検出」は、物理的な検出を必要としない構成要素、セクション、又は装置などを含むが、むしろ動作又は機能を実行するための判定、測定、モデリング、予測又は演算などを含む。 The term “detect” as used herein to describe an operation or function performed by a component, section, or device includes a component, section, or device that does not require physical detection, Rather, it includes determinations, measurements, modeling, predictions, calculations, etc. to perform an operation or function.
装置の構成要素、セクション又はパーツを説明するためにここで使用する用語「構成される」は、所望の機能を実行するように構築及び/又はプログラミングされたハードウェア及び/又はソフトウェアを含む。 The term “configured” as used herein to describe a device component, section or part includes hardware and / or software constructed and / or programmed to perform a desired function.
ここで使用される「略」、「約」及び「およそ」などの程度を示す用語は、最終結果が大きく変わらないような被修飾語の妥当な変移量を意味する。 As used herein, terms such as “substantially”, “about” and “approximately” refer to a reasonable amount of modification of the modified word that does not significantly change the final result.
本発明を説明するために特定の実施形態のみを選択してきたが、ここでは、添付の特許請求の範囲において定義される発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更及び修正が可能であることは、本開示から当業者に明らかであろう。例えば、様々な構成要素のサイズ、形状、場所又は向きは、必要及び/又は所望に応じて変更することができる。互いに直接的に接続又は接触していることが示されている構成要素は、それらの間に配置された中間構造体を有しうる。1つの要素の機能は2つの要素によって実行することができ、またその逆も同様である。一実施形態の構造及び機能は、他の実施形態においても採用することができる。特定の実施形態に全ての利点が同時に存在する必要はない。従来技術と比べて特有の特徴はすべて、単独でも又は他の特徴と組み合わせても、そのような特徴によって具体化される構造的及び/又は機能的概念を含む、本出願人によるさらなる発明の別個の記載とみなされるべきものである。したがって、本発明にかかる実施形態の上述の説明は、単なる例示であり、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定義される本発明を限定することを目的とするものではない。 While only specific embodiments have been selected to describe the present invention, various changes and modifications can be made herein without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those skilled in the art from this disclosure. For example, the size, shape, location or orientation of the various components can be varied as needed and / or desired. Components that are shown to be directly connected to or in contact with each other may have intermediate structures disposed therebetween. The function of one element can be performed by two elements and vice versa. The structure and function of one embodiment may be employed in other embodiments. Not all advantages need to be present simultaneously in a particular embodiment. All features that are unique compared to the prior art, whether alone or in combination with other features, include the structural and / or functional concepts embodied by such features, and are separate from further inventions by the applicant. Should be regarded as a description of Accordingly, the foregoing description of the embodiments of the invention is merely exemplary and is not intended to limit the invention as defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (16)
前記第1入口部分に配置されている第1入口案内羽根、
前記第1入口案内羽根の下流に配置され、第1回転軸まわりに回転可能に第1シャフトに取り付けられている第1インペラ、
前記第1インペラから下流の前記第1出口部分に配置されている第1ディフューザ、及び
前記第1インペラを回転させるために、前記第1シャフトを回転させるように配された第1モータ、を含む第1圧縮機構と、
前記第2入口部分に配置されている第2入口案内羽根、
前記第2入口案内羽根の下流に配置され、第2回転軸まわりに回転可能に第2シャフトに取り付けられている第2インペラ、
前記第2インペラから下流の前記第2出口部分に配置されている第2ディフューザ、及び
前記第2インペラを回転させるために、前記第2シャフトを回転させるように配された第2モータ、を含む第2圧縮機構と、
を備える遠心圧縮機。 A casing having a first inlet portion, a first outlet portion, a second inlet portion, and a second outlet portion;
A first inlet guide vane disposed in the first inlet portion;
A first impeller disposed downstream of the first inlet guide vane and attached to the first shaft so as to be rotatable about a first rotation axis;
A first diffuser disposed at the first outlet portion downstream from the first impeller, and a first motor arranged to rotate the first shaft to rotate the first impeller. A first compression mechanism;
A second inlet guide vane disposed in the second inlet portion;
A second impeller disposed downstream of the second inlet guide vane and attached to the second shaft so as to be rotatable about a second rotation axis;
A second diffuser disposed at the second outlet portion downstream from the second impeller, and a second motor arranged to rotate the second shaft to rotate the second impeller. A second compression mechanism;
A centrifugal compressor.
請求項1に記載の遠心圧縮機。 The rotational speeds of the first motor and the second motor can be controlled independently.
The centrifugal compressor according to claim 1.
請求項2に記載の遠心圧縮機。 A controller programmed to independently control the rotational speeds of the first motor and the second motor;
The centrifugal compressor according to claim 2.
前記第2モータの回転速度を変更可能に制御するように前記第2モータ及び前記コントローラに接続されている第2可変周波数ドライブ(VFD)と、
をさらに備える、
請求項3に記載の遠心圧縮機。 A first variable frequency drive (VFD) connected to the first motor and the controller to control the rotation speed of the first motor to be changeable;
A second variable frequency drive (VFD) connected to the second motor and the controller to control the rotation speed of the second motor to be changeable;
Further comprising
The centrifugal compressor according to claim 3.
前記第2シャフトを回転可能に支持する第2磁気軸受と、
をさらに備える、
請求項1から4のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。 A first magnetic bearing that rotatably supports the first shaft;
A second magnetic bearing for rotatably supporting the second shaft;
Further comprising
The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載の遠心圧縮機。 The first rotation axis and the second rotation axis coincide with each other;
The centrifugal compressor according to claim 5.
前記第2シャフトは、前記第2インペラが装着されている第2入口端と、第2遠方端と、を有し、前記第2モータは、前記第2インペラと前記第2遠方端との間で前記第2シャフトに装着されており、
前記第1磁気軸受は、軸方向において前記第1インペラと前記第1モータとの間に配置されている第1インペラ側ラジアル磁気軸受を含み、
前記第2磁気軸受は、軸方向において前記第2インペラと前記第2モータとの間に配置されている第2インペラ側ラジアル磁気軸受を含む、
請求項5又は6に記載の遠心圧縮機。 The first shaft has a first inlet end on which the first impeller is mounted, and a first far end, and the first motor is between the first impeller and the first far end. Is attached to the first shaft,
The second shaft has a second inlet end on which the second impeller is mounted and a second far end, and the second motor is between the second impeller and the second far end. Is attached to the second shaft,
The first magnetic bearing includes a first impeller side radial magnetic bearing disposed between the first impeller and the first motor in the axial direction,
The second magnetic bearing includes a second impeller radial magnetic bearing disposed between the second impeller and the second motor in the axial direction.
The centrifugal compressor according to claim 5 or 6.
前記第2磁気軸受は、軸方向において前記第2インペラが装着される側部から遠方にある前記第2モータの側部に配置されている第2遠方側ラジアル磁気軸受を含む、
請求項7に記載の遠心圧縮機。 The first magnetic bearing includes a first far-side radial magnetic bearing disposed on a side portion of the first motor that is far from a side portion on which the first impeller is mounted in the axial direction,
The second magnetic bearing includes a second far-side radial magnetic bearing disposed on a side portion of the second motor that is far from a side portion on which the second impeller is mounted in the axial direction.
The centrifugal compressor according to claim 7.
前記第2磁気軸受は、第2アキシャルスラスト磁気軸受を含む、
請求項5から8のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。 The first magnetic bearing includes a first axial thrust magnetic bearing,
The second magnetic bearing includes a second axial thrust magnetic bearing,
The centrifugal compressor according to any one of claims 5 to 8.
前記第2アキシャルスラスト磁気軸受は、軸方向において前記第2インペラが装着される側部から遠方にある前記第2モータの側部に配置される、
請求項9に記載の遠心圧縮機。 The first axial thrust magnetic bearing is disposed on a side portion of the first motor that is distant from a side portion on which the first impeller is mounted in the axial direction.
The second axial thrust magnetic bearing is disposed on a side portion of the second motor that is remote from a side portion on which the second impeller is mounted in the axial direction.
The centrifugal compressor according to claim 9.
前記第2シャフトは、前記第2インペラが装着されている第2入口端と、第2遠方端と、を有し、前記第2モータは、前記第2インペラと前記第2遠方端との間で前記第2シャフトに装着されており、
前記第1磁気軸受は、軸方向において前記第1インペラが装着される側部から遠方にある前記第1モータの側部に配置されている第1遠方側ラジアル磁気軸受を含み、
前記第2磁気軸受は、軸方向において前記第2インペラが装着される側部から遠方にある前記第2モータの側部に配置されている第2遠方側ラジアル磁気軸受を含む、
請求項5又は6に記載の遠心圧縮機。 The first shaft has a first inlet end on which the first impeller is mounted and a first far end, and the first motor is between the first impeller and the first far end. Is attached to the first shaft,
The second shaft has a second inlet end on which the second impeller is mounted and a second far end, and the second motor is between the second impeller and the second far end. Is attached to the second shaft,
The first magnetic bearing includes a first far-side radial magnetic bearing disposed on a side portion of the first motor that is far from a side portion on which the first impeller is mounted in the axial direction,
The second magnetic bearing includes a second far-side radial magnetic bearing disposed on a side portion of the second motor that is far from a side portion on which the second impeller is mounted in the axial direction.
The centrifugal compressor according to claim 5 or 6.
前記第2磁気軸受は、少なくとも1つの第2ラジアル磁気軸受と、少なくとも1つの第2アキシャルスラスト磁気軸受と、を含む、
請求項5又は6に記載の遠心圧縮機。 The first magnetic bearing includes at least one first radial magnetic bearing and at least one first axial thrust magnetic bearing;
The second magnetic bearing includes at least one second radial magnetic bearing and at least one second axial thrust magnetic bearing.
The centrifugal compressor according to claim 5 or 6.
前記第2アキシャルスラスト磁気軸受は、軸方向において前記第2遠方端に配置され、
前記第1遠方端と前記第2遠方端とは互いに離間し、前記第1アキシャルスラスト磁気軸受と前記第2アキシャルスラスト磁気軸受とは互いに離間してその間に隙間を形成している、
請求項12に記載の遠心圧縮機。 The first axial thrust magnetic bearing is disposed at the first far end in the axial direction;
The second axial thrust magnetic bearing is disposed at the second far end in the axial direction;
The first far end and the second far end are separated from each other, and the first axial thrust magnetic bearing and the second axial thrust magnetic bearing are separated from each other to form a gap therebetween.
The centrifugal compressor according to claim 12.
請求項1から13のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。 The first diffuser is connected to the second impeller so that the refrigerant compressed by the first compression mechanism is further compressed by the second compression mechanism.
The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 13.
蒸発器と、
凝縮器と、
膨張装置と、
をさらに備え、
前記圧縮機と、前記蒸発器と、前記凝縮器と、前記膨張機構とが互いに接続されて冷媒回路を形成する、
チラーシステム。 A chiller system including the centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 14,
An evaporator,
A condenser,
An expansion device;
Further comprising
The compressor, the evaporator, the condenser, and the expansion mechanism are connected to each other to form a refrigerant circuit;
Chiller system.
請求項15に記載のチラーシステム。 The refrigerant circuit further comprises an economizer connected between the first compression mechanism and the second compression mechanism.
The chiller system according to claim 15.
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