JP6517758B2 - 延長された行程を有する可変形態ディフューザの制御方法 - Google Patents
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Description
[0001]この出願は、2012年11月9日に出願されたVARIABLE GEOMETRY DIFFUSER HAVING EXTENDED TRAVELという発明の名称の米国特許仮出願第61/724,684号の優先権および利益を主張する。
に装着されている。ノズルベースプレートは、遠心圧縮機のインペラに隣接してハウジングに固定されている。可変形態ディフューザ設計は、ディフューザリングがその第2の延長された位置にあるときに、圧縮機運転中に、ディフューザギャップを通るフローを変更するのに効果的であるが、ディフューザリングは、圧縮機停止中に十分にフローを遮蔽せず、圧縮機バックスピンおよび関連する過渡的な荷重を妨害せず、または、起動中に、圧縮機が低い負荷および低速から高速へ増加するときに、過渡的なサージおよびストールを回避しない。
反対側の内部面の両方は、慎重に制御された合わせ面を有しなければならず、VGD機構の適正な動作が、条件の所定の範囲にわたり達成できるようになっている。
130(可変形態ディフューザ110の一部)は、ノズルベースプレート126内に機械加工された溝部132内に組み立てられており、かつ、駆動ピン140の上に装着されている。また、図1の断面に示されているのは、カムフォロワ200であり、カムフォロワ200は、駆動リング250内に配置されているカムトラック262内に挿入されている。カムフォロワ200は、駆動ピン140に接続されている。これらの機構は、’050特許に完全に議論されているように、駆動リング250の回転運動をディフューザリング130の軸線方向の運動へ変換する。内側円周方向の溝部260が、軸線方向の軸受(図示せず)を支持しており、軸線方向の軸受は、駆動リング250が回転したときに駆動リング250の軸線方向の運動に抵抗する。
特許の図6および図7に示されており、’050特許の図6は、本明細書で図2として再現されている。特徴が、’050特許において完全に説明されており、ここで、150は、ディフューザリング130の第1の面であり、152は、ディフューザリング130の第2の反対側面であり、154は、ディフューザリング130の内側円周方向の壁部であり、156は、ディフューザリング130の外側円周方向の壁部であり、158は、その運動を容易にするようにディフューザリングを嵌め合い部品に組み立てるために使用される開口部である。しかし、’050特許のVGD機構は、関連する騒音および振動に基づいて、ストールの制御のために利用されるので、構成は、その意図された目的のために受け入れ可能であるが、他の機能のためのその使用は制限されている。
リング830を参照すると、ディフューザギャップ134内に突出する第1のフランジ833の面積は、先行技術のディフューザリング130の設計と比較して、低減されている。第1のフランジ833の半径方向の厚さは、約2/3まで低減されており、それによって、ディフューザリングにかかる荷重を比例的に(すなわち、約2/3まで)低減させる。何故なら、荷重は、ディフューザギャップ134内の第1のフランジ833の面積に比例するからである。
を有しなければならず、かつ、それに加えられるガス圧力の力に抵抗しながら、動作中の疲労を満足させなければならない。
めに事前選択された幅および深さを有している。図8には、1つだけが示されているが、一般的に、駆動リング850の円周方向の表面252に配置されている3つのカムトラック862が存在している。カムトラック862は、駆動リング250の底部表面258から駆動リング850の上部表面256に向かって延在し、これらの表面の間で斜めに延在しており、好ましくは、実質的に直線に延在している。ここで、傾斜部のそれぞれの端部において平坦部267および269を有する、図9に示されている先行技術のカムトラック262から区別されるように、カムトラック862の形状は、実質的に事前選択された線形勾配を有する傾斜部である。先行技術のカムトラック262内の平坦部は、オリジナルのダンパーモーターの不正確な位置および移動能力、ならびに、完全に後退した位置での機構の調節に対応することの原因となる。平坦部は、行程の両極端部におけるジャミング(jamming)の可能性を排除するので、平坦部は、機構に対する損傷を防止し、不正確な位置決めは、先行技術のカムトラックの動作および能力の要因ではなかった。
および移動させることを可能にし、運動は、圧縮機100の通常の過渡状態に基づく。しかし、アクチュエータ811は、急速モードで動作することも可能であり、急速モードは、ディフューザリング830が完全に延長された位置に移動することを許容し、完全に延長された位置では、ディフューザギャップ134は、差し迫るサージまたはストールが検出される場合には必要に応じて、完全に制限される。本明細書で使用されているように、完全に制限されたディフューザギャップ134は、ディフューザギャップ134の開度が最小であるように、ディフューザリング830が完全に延びている状態である。ディフューザリング830が完全に延長された位置にあるときに、VGD機構810の設計は、100%ガスシールを提供しないが、それは、ディフューザリング130が完全に延長された位置にあるときにディフューザギャップ134の約75%の低減しか提供しなかった先行技術のVGD機構に対して、かなりの改善を提供する。本発明の改善は、ターンダウンまたは起動および停止サージの冷凍機制御にもはや影響を及ぼさない程度まで、漏れが最小化されることを可能にする。したがって、完全に制限されたディフューザギャップ134、および/または、完全に延長されたディフューザリング130は、機能的に、ターンダウンまたは起動および停止サージの冷凍機制御に影響を及ぼさないものである。
中に、ウォーターポンプが、蒸発器を流れる冷水および凝縮器を流れる温水とともに既に稼働している場合には、圧縮機にかかるかなりの荷重が既に存在し得る。この場合には、圧縮機は、システム圧力差を克服するのに十分な速度を実現するまで、ストールおよびサージを通過することが可能である。閉じたVGDを用いて開始することによって、これらの条件の下での過渡的なサージを回避することが可能である。したがって、起動の前に、制御装置は、ディフューザリング830を完全に延長された位置へ移動させ、ディフューザギャップ134を閉じるように、アクチュエータ811に自動的に指示することが可能である。次いで、制御装置は、感知された圧力または圧縮機速度などのような、感知された条件に基づいて、望ましい場合には、事前にプログラムされたアルゴリズムにしたがって、その完全に延長された位置から、ディフューザリング830を後退させるように、アクチュエータ811に指示することが可能である。
Detecting Rotating Stall in a Compressor」という発明の名称の米国特許第7,905,702号は、ディフューザリングの下流で圧力変換器を利用し、回転ストールを検出および是正する。これらの特許は、すべて、本発明の譲受人に譲渡されており、かつ、参照により本明細書に組み込まれている。サージまたはストールが是正された後で、圧縮機要求に基づいてディフューザリング830の位置決めをするプログラムされた動作は、上述のように、制御装置によって再格納され得る。
以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
[形態1]
遠心圧縮機のための可変形態ディフューザ(110)であって、回転可能に装着され第1の位置と第2の位置との間で可動な駆動リング(850)であって、駆動リングの周縁に配置されているカムトラック(862)を含む、駆動リング(850)と、前記駆動リングを第1の位置から第2の位置へ移動させるように前記駆動リングに取り付けられているアクチュエータ(811)と、前記駆動リングに接続されている駆動ピン(140)と、前記駆動ピンに接続され、前記駆動リング(850)の前記カムトラック内に装着されているカムフォロワ(200)と、前記駆動ピンに接続され、前記駆動リングが回転したとき軸線方向に移動するように装着され、ディフューザギャップ(134)の中を可動であるディフューザリング(830)とを有しており、改善は、
前記ディフューザリング(830)が、L字形状の断面を有し、前記L字形状の断面は、第1のフランジ(833)と第2のフランジ(835)とを有しており、前記第1のフランジ(833)は、前記ディフューザギャップ内のガスフローに対して垂直に、ディフューザプレート(120)に向かって前記ディフューザギャップ(134)内に延長可能であり、前記第2のフランジ(835)は、前記第1のフランジに対して実質的に垂直であり、前記第2のフランジは、作動手段の取り付けのために十分なサイズのものであり、前記作動手段は、駆動リング(850)を含む機構であり、前記駆動リング(850)は、カムトラックと、前記カムトラック(862)内の駆動ピン(140)とを有しており、前記第1のフランジ(833)は、低減された面積を有し、それによって、前記ディフューザギャップ内のガスフローから前記延長されたディフューザリングにかかる荷重を低減し、低減された前記荷重は、より速い作動機構を生成すること、および、
制御装置は、前記ディフューザギャップ内の前記ディフューザリングの位置を決定することを特徴とする、可変形態ディフューザ(110)。
[形態2]
前記ディフューザリングの第2のフランジ(835)が、前記ディフューザギャップ(134)内のガスのフローに実質的に平行に、および、その下方に延在しており、前記第2のフランジが、カバープレート(839)の下方のノズルベースプレート内の溝部(837)内に存在している、形態1に記載の可変形態ディフューザ(110)。
[形態3]
前記駆動リング(850)の前記周縁上に配置されている前記カムトラック(862)が、前記駆動リングの上部表面と前記駆動リングの底部表面との間で斜めに延在している、形態1に記載の可変形態ディフューザ(110)。
[形態4]
前記カムトラック(862)が、前記駆動リングの前記上部表面と前記駆動リングの前記底部表面との間に事前選択された勾配を有する直線の傾斜部として延在している、形態3に記載の可変形態ディフューザ(110)。
[形態5]
前記作動手段が、リニアアクティベータ(811)であり、前記リニアアクティベータ(811)は、リンケージによって、前記駆動リング(850)に取り付けられており、かつ、第1の軸線方向の位置と第2の軸線方向の位置との間で可動であり、前記駆動リング(850)を、前記ディフューザギャップ内に延在する延長されたディフューザリング(830)に対応する第1の位置から、前記ディフューザギャップから後退したディフューザリング(830)に対応する第2の位置へ移動させる、形態1に記載の可変形態ディフューザ(110)。
[形態6]
前記ディフューザリング(830)の前記第1のフランジ(833)の完全に延長された位置、および、前記ディフューザリングの前記第1のフランジの完全に後退した位置が、前記制御装置に通信され、かつ格納される、形態5に記載の可変形態ディフューザ(110)。
[形態7]
前記アクチュエータ(811)が、アクチュエータセンサを含み、前記アクチュエータセンサは、前記ディフューザリング(830)が前記完全に延長された位置にあるときのアクチュエータ位置、前記ディフューザリングが前記完全に後退した位置にあるときのアクチュエータ位置、および、前記ディフューザリングが完全に延長された位置と完全に後退した位置との間の中間位置にあるときのアクチュエータ位置を示す信号を、前記制御装置に提供する、形態6に記載の可変形態ディフューザ(110)。
[形態8]
前記可変形態ディフューザ(110)が、音響センサをさらに含み、前記音響センサが、前記圧縮機(100)によるサージまたはストールに関連する検出された騒音の信号を、前記制御装置に提供し、前記制御装置は、前記信号が存在すると、前記ディフューザリング(830)を前記ディフューザギャップ(134)内に完全に延在させる、形態1に記載の可変形態ディフューザ(110)。
[形態9]
前記可変形態ディフューザ(110)が、電気的なセンサと、前記制御装置および前記アクチュエータ(811)のためのバックアップ電源とをさらに含み、前記バックアップ電源は、前記電気的なセンサが前記圧縮機(100)への電力の喪失を検出すると活性化され、前記制御装置は、前記ディフューザリング(830)を前記ディフューザギャップ(134)内に完全に延在させるように、前記アクチュエータ(811)に信号を送る、形態1に記載の可変形態ディフューザ(110)。
[形態10]
前記圧縮機(100)が、ノズルベースプレート(126)をさらに含み、前記ノズルベースプレートが、前記ディフューザリング(830)を収容する溝部(837)と、前記溝部をカバーするカバープレート(839)とを有しており、前記カバープレートは、前記ディフューザギャップ(134)を通る冷媒流体の空気力学的なフローを提供する、形態2に記載の可変形態ディフューザ(110)。
[形態11]
遠心圧縮機(100)内の冷媒フローを制御するための方法であって、
可変形態ディフューザ(110)を提供するステップを含み、前記可変形態ディフューザ(110)は、回転可能に装着され第1の位置と第2の位置との間で可動な駆動リング(250)であって、駆動リング周縁に配置されているカムトラック(862)を有する、駆動リング(250)と、前記駆動リングを第1の位置から第2の位置へ移動させるように前記駆動リングに取り付けられているアクチュエータ(811)と、前記駆動リングに接続されている駆動ピン(140)と、前記駆動ピンに接続され、前記駆動リングの前記カムトラック内に装着されているカムフォロワ(200)と、前記駆動ピンに接続され、前記駆動リングが回転したとき軸線方向に移動するように装着され、ディフューザギャップ(134)の中を可動であるディフューザリング(830)とを含み、改善は、
L字形状の断面を有する前記ディフューザリング(830)を提供するステップであって、前記L字形状の断面は、第1のフランジ(833)と第2のフランジ(835)とをさらに含み、前記第1のフランジ(833)は、ディフューザプレート(120)に向かって前記ディフューザギャップ(134)内に延長可能であり、前記第2のフランジ(835)は、前記第1のフランジに対して実質的に直交している、ステップと、
制御装置を提供するステップと、
前記アクチュエータ(811)を作動させ、前記ディフューザリングの前記第1のフランジ(833)がノズルベースプレート(126)内に完全に後退した状態の第1の位置へ前記駆動リングを移動させることによって、前記ディフューザギャップの幅を最初に決定し、前記完全に後退したディフューザリングに対応する前記アクチュエータの位置を格納し、前記アクチュエータを活性化し、前記ノズルベースプレート内に完全に後退した前記ディフューザリングの前記第1のフランジ(833)に対応する前記第1の位置から、前記ディフューザギャップを横切って完全に延長された前記ディフューザリングの前記第1のフランジ(833)に対応する第2の位置へ、前記駆動リングを移動させ、前記完全に延長されたディフューザリングに対応する前記アクチュエータの位置を格納することによって、前記ディフューザギャップ(134)内の前記ディフューザリング(830)の位置を較正するステップであって、位置の差が、前記ディフューザギャップの前記開度に対応する、ステップと、
前記ディフューザギャップの前記開度の前記格納されている値、および、前記アクチュエータ(811)の現在の位置に基づいて、前記ディフューザギャップ(134)内の前記ディフューザリング(830)の位置、および、前記ディフューザギャップの前記開度を決定するステップであって、前記ディフューザリングの前記第1のフランジ(833)の位置は、前記アクチュエータの前記現在の位置、および、前記ディフューザリングが完全に後退したとき、および完全に延長されたときの前記アクチュエータの前記格納されている位置に基づいて、前記制御装置によって計算される、ステップとを特徴とする、方法。
[形態12]
冷却システムの運転条件を前記ディフューザリングの位置に相関させるように前記制御装置をプログラミングするステップをさらに含む、形態11に記載の方法。
[形態13]
冷却システムの少なくとも1つの条件を監視するセンサを提供するステップと、
複数の監視されている条件を示す信号を前記制御装置に提供するステップと、前記複数の監視されている条件に対応する値を入力するステップと、前記複数の監視されている条件に関して、前記ディフューザギャップ(134)に対する前記ディフューザリング(833)の位置を決定するステップと、前記複数の監視されている条件の値に対する前記ディフューザリングの位置を前記制御装置に格納するステップと、
事前選択された監視されている条件値に関して、前記制御装置のメモリーを検索するステップと、
前記事前選択された監視されている条件値を前記制御装置メモリーの中で見つけるステップと、
前記事前選択された監視されている条件値に対応する前記ディフューザリングの位置を呼び出すステップと、
前記事前選択された監視されている値に対応する、前記ディフューザギャップに対する前記格納されている位置へ、前記ディフューザリングを移動させるように、前記アクチュエータ(811)に指示するステップとをさらに含む、形態12に記載の方法。
[形態14]
前記監視されている条件が、蒸発器から離れる水温である、形態1に記載の方法。
[形態15]
ストールおよびサージのうちの少なくとも1つを含む有害な事象の発生を感知する追加的なステップと、
前記有害な事象を感知すると、前記ディフューザリング(830)の前記第1のフランジ(833)を完全に延長された位置へ移動させ、前記ディフューザギャップを通る冷媒のフローを最小化する追加的なステップとをさらに含む、形態11に記載の方法。
Claims (8)
- 可変形態ディフューザ機構(810)を有する、冷凍機システムの遠心圧縮機(100)の容量を制御する方法であって、
前記可変形態ディフューザ機構は、ノズルベースプレート(126)の溝部(837)内に存在するディフューザリング(830)を含み、
前記ディフーザリング(830)は、ディフューザギャップ(134)内へ延びるように構成された第1のフランジ(833)と、当該第1のフランジ(833)に対して実質的に垂直である第2のフランジ(835)とを含むL字形状の断面を有し、
前記ディフューザギャップ(134)は、前記圧縮機のインペラと渦巻き部との間に延び、
前記ディフューザリング(830)は、前記ディフューザギャップ(134)を通る冷媒流体フローを制御し、
半径方向のギャップは、前記第2のフランジ(835)と前記溝部(837)との間に延び、
前記冷媒流体フローは、前記半径方向のギャップ内へ流れるように構成され、
前記遠心圧縮機は、ディフューザリング位置および流体流量を格納し、それによって、完全な開位置と完全な閉位置との間で前記ディフューザリング(830)を移動させることで前記ディフューザギャップを通る冷媒流体フローを最大から最小へ制御する制御装置を備え、
低減された冷却容量運転中に、低い負荷において、予旋回案内羽根なしで、前記ディフューザリング(830)を前記ディフューザギャップ(134)内に延ばし、それによって、前記圧縮機の効果的なターンダウンによって容量を制御するステップを備えることを特徴とする、方法。 - 低い負荷において、前記ディフューザギャップ(134)内に前記ディフューザリング(830)を延在させる前記ステップが、当該ディフューザギャップ(134)を通る前記冷媒流体流れを妨げながら、前記制御装置内に格納されているディフューザリング位置および流体流量の値に基づいて、前記ディフューザギャップ内の所定の延長された位置に前記ディフューザリングを位置決めするステップを含む、請求項1に記載の遠心圧縮機の容量を制御する方法。
- 低い負荷において、前記ディフューザギャップ(134)内に前記ディフューザリング(830)を延在させ、前記ディフューザギャップを通る冷媒ガスフローを制御する前記ステップが、冷却システム内の前記制御装置に送られた、運転条件を示す感知された条件の信号に基づいて、前記ディフューザギャップ(134)内の所定の延長された位置に前記ディフューザリングを位置決めするステップを含む、請求項1に記載の遠心圧縮機の容量を制御する方法。
- 低い負荷において、前記ディフューザリング(830)を前記ディフューザギャップ(134)内に延在させ、感知されている位置の信号に基づいて、前記ディフューザリングを位置決めすることによって、前記ディフューザギャップを通る冷媒フロー(863)を制御する前記ステップであって、前記感知された条件は、前記冷媒フロー(863)に関して前記遠心圧縮機の上流側に位置決めされた蒸発器から離れる水温を含み、前記蒸発器から離れる水温は、前記制御装置内に格納されているディフューザリング位置に相関性がある、ステップを含む、請求項3に記載の遠心圧縮機の容量を制御する方法。
- 前記ディフューザリング(830)を移動させるためのバックアップ電源を提供する追加的なステップと、
電力の喪失を伴う圧縮機停止中に、前記バックアップ電源を使用して、前記ディフューザリング(830)を前記ディフューザギャップ(134)内に急速におよび完全に延在させ、それによって、前記ディフューザギャップおよび前記圧縮機を通る高圧冷媒の逆流を防止し、それによって、圧縮機バックスピンを防止する追加的なステップと、
をさらに含む、請求項1に記載の遠心圧縮機の容量を制御する方法。 - 前記遠心圧縮機ハウジングの所定のハウジング内の圧力を感知するか、または、圧縮機速度を感知するセンサを提供する追加的なステップと、
前記圧縮機ハウジング圧力および圧縮機速度を前記制御装置に通信する追加的なステップと、
圧縮機起動中に、前記ディフューザギャップ(134)の中で前記ディフューザリング(830)を完全な閉位置へ移動させ、前記ディフューザギャップを通る冷媒フローを最小化する追加的なステップと、
前記感知された圧縮機ハウジング圧力または圧縮機速度のうちの1つの前記制御装置の信号が、事前選択された値に到達すると、前記ディフューザリングの位置を前記完全な閉位置から調節する追加的なステップと、
をさらに含む、請求項1に記載の遠心圧縮機の容量を制御する方法。 - 前記圧縮機のハウジング内に音響センサを提供する追加的なステップと、
前記センサによって検出された音を前記制御装置に通信する追加的なステップと、
前記制御装置が、検出された音がサージを示していることを特定するときは、前記ディフューザリングの位置を前記完全な閉位置に調節して、前記ディフューザギャップを通る冷媒フローを最小化する追加的なステップと、
をさらに含む、請求項1に記載の遠心圧縮機の容量を制御する方法。 - 前記圧縮機のハウジング内に音響センサを提供する追加的なステップと、
前記センサによって検出された音を前記制御装置に通信する追加的なステップと、
前記制御装置が、検出された音がサージを示していることを特定するときは、前記ディフューザギャップを閉じるように、前記ディフューザリングの位置を調節する追加的なステップと、
をさらに含む、請求項1に記載の遠心圧縮機の容量を制御する方法。
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