TW201839331A - 可變幾何形狀擴散器環 - Google Patents

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保羅 W. 斯內爾
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美商江森自控科技公司
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Abstract

一種壓縮機包括：葉輪；擴散器通道，所述擴散器通道內具有擴散器葉片；以及可變幾何形狀擴散器環，所述可變幾何形狀擴散器環相對於穿過所述壓縮機的製冷劑的流動被定位在所述葉輪與所述擴散器葉片之間。所述壓縮機還包括致動器，所述致動器被配置成使所述可變幾何形狀擴散器環在橫向於所述製冷劑的流動的方向上、並且在多個環位置之間移動，所述多個環位置包括環完全縮回位置和至少一個環突出位置，在所述環完全縮回位置上所述可變幾何形狀擴散器環不阻擋所述製冷劑的流動，在所述至少一個環突出位置上所述可變幾何形狀擴散器環調整所述擴散器葉片上游的所述製冷劑的流動角。

Description

可變幾何形狀擴散器環
本申請總體上涉及結合在空調和製冷應用中的蒸氣壓縮系統，並且更具體地涉及製冷劑在壓縮機中的流動控制。
蒸氣壓縮系統用於住宅、商業和工業環境，以控制針對相應環境的居住者的環境特性，例如溫度和濕度。蒸氣壓縮系統使典型地稱為製冷劑的工作流體循環，該工作流體響應於與蒸氣壓縮系統的運行相關的不同溫度和壓力而在蒸氣、液體及其組合之間變相。例如，蒸氣壓縮系統利用壓縮機將製冷劑循環到熱交換器，該熱交換器可以在製冷劑與流動穿過熱交換器的另一流體之間傳遞熱量。傳統壓縮機在全排量運行時可能運行效率最高，但可以被配置成基於不同的運行和環境狀況以不同排量運行。換言之，在某些運行排量下，傳統壓縮機的效率可能降低。
在一個實施方式中，一種壓縮機包括：葉輪；擴散器通道，所述擴散器通道內具有擴散器葉片；以及可變幾何形狀擴散器環，所述可變幾何形狀擴散器環相對於穿過所述壓縮機的製冷劑的流動被定位在所述葉輪與所述擴散器葉片之間。所述壓縮機還包括致動器，所述致動器被配置成使所述可變幾何形狀擴散器環在橫向於所述製冷劑的流動的方向上、 並且在多個環位置之間移動，所述多個環位置包括環完全縮回位置和至少一個環突出位置，在所述環完全縮回位置上所述可變幾何形狀擴散器環不阻擋所述製冷劑的流動，在所述至少一個環突出位置上所述可變幾何形狀擴散器環調整所述擴散器葉片上游的所述製冷劑的流動角(flow angle)。
在另一實施方式中，一種供暖、通風、空調和製冷(HVAC & R)系統包括壓縮機，所述壓縮機具有擴散器葉片、並且具有可變幾何形狀擴散器環，所述可變幾何形狀擴散器環相對於經其而過的製冷劑的流動被定位在所述擴散器葉片的上游。所述系統還包括控制器，所述控制器被配置成至少部分地基於所述壓縮機的運行排量並且至少部分地基於所述擴散器葉片的前緣的迎角(incidence angle)來控制所述可變幾何形狀擴散器環的位置。
在另一實施方式中，一種運行壓縮機的方法包括：檢測製冷劑的溫度；以及經由控制器至少部分地基於所述製冷劑的溫度來確定所述壓縮機的運行排量。所述方法還包括至少部分地基於所述壓縮機的運行排量並且至少部分地基於所述壓縮機的擴散器葉片的前緣的迎角來控制可變幾何形狀擴散器環的位置。
10‧‧‧供暖、通風、空調和製冷(HVAC & R)系統
12‧‧‧建築物
14‧‧‧蒸氣壓縮系統
16‧‧‧鍋爐
18‧‧‧空氣返回管道
20‧‧‧空氣供應管道
22‧‧‧空氣處理器
24‧‧‧導管
32‧‧‧壓縮機
34‧‧‧冷凝器
36‧‧‧(第二)膨脹裝置
38‧‧‧蒸發器
40‧‧‧控制台
42‧‧‧模數(A/D)轉換器
44‧‧‧微處理器
46‧‧‧非易失性記憶體
48‧‧‧介面板
50‧‧‧馬達
52‧‧‧變速驅動裝置(VSD)
54、58‧‧‧管束
56‧‧‧冷卻塔
60R‧‧‧返回管線
60S‧‧‧供應管線
62‧‧‧冷卻負載
64‧‧‧中間迴路
66‧‧‧(第一)膨脹裝置
68‧‧‧入口管線
70‧‧‧中間容器
72‧‧‧管線
74‧‧‧抽吸管線
99‧‧‧製冷劑流、製冷劑路徑
100‧‧‧葉輪
102‧‧‧葉片
103‧‧‧擴散器通道
104‧‧‧擴散器葉片
105‧‧‧前緣
106‧‧‧收集器
108‧‧‧可變幾何形狀擴散器環
109‧‧‧側壁
110‧‧‧方向
112‧‧‧致動器
114‧‧‧控制器、寬度
115‧‧‧總寬度
116‧‧‧處理器、(彎曲)突出表面
118‧‧‧記憶體、滑動表面
119‧‧‧滑動表面
120‧‧‧支腿
122‧‧‧基部
124‧‧‧空腔
200‧‧‧方法
201、202、204、206‧‧‧框
圖1係根據本揭露的一方面的可以在商業場景中利用供暖、通風、空調和製冷(HVAC & R)系統的建築物的實施方式之透視圖；圖2係根據本揭露的一方面的蒸氣壓縮系統之透視圖；圖3係根據本揭露的一方面的圖2的蒸氣壓縮系統的實施方式之示意圖； 圖4係根據本揭露的一方面的圖2的蒸氣壓縮系統的實施方式之示意圖；圖5係根據本揭露的一方面的圖1-4的系統中所可以包括的壓縮機的一部分的實施方式之截面；圖6係根據本揭露的一方面的圖5的壓縮機的沿著圖5中的線6-6截取的一部分之截面；圖7係根據本揭露的一方面的用於圖5的壓縮機中的可變幾何形狀擴散器環的一部分的實施方式之截面；圖8係根據本揭露的一方面的用於圖5的壓縮機中的可變幾何形狀擴散器環的一部分的實施方式之截面；圖9係根據本揭露的一方面的用於圖5的壓縮機中的可變幾何形狀擴散器環的一部分的實施方式之截面；圖10係根據本揭露的一方面的定位在圖5的壓縮機的一部分中的可變幾何形狀擴散器環的實施方式之截面；並且圖11係展示了根據本揭露的一方面的一種運行壓縮機的方法的實施方式之框圖。
以下將描述一個或多個具體實施方式。為了提供對該等實施方式的簡潔描述，並沒有在說明書中描述實際實施方式的全部特徵。應當理解的是，在任何這種實際實施方式的開發中(如在任何工程或設計方案中)，必須作出大量實施方式特定的決定以實現開發者的特定目標(諸如符 合系統相關的和商業相關的約束)，所述目標從一個實施方式到另一個實施方式可能有所變化。此外，應認識到的是，這樣的研製工作可能是複雜的且耗時的，但對於受益於本揭露內容的那些熟習該項技術者來說，這不過是設計、製造及生產的例行任務。
本揭露的實施方式涉及一種使用壓縮機(例如離心式壓縮機)來使製冷劑循環通過製冷劑迴路的供暖、通風、空調和製冷(HVAC & R)系統。壓縮機可以被配置成將製冷劑流動的動能轉換成壓力。遺憾的是，傳統壓縮機可能被設計成主要在負載一定量時運行(例如，滿負載並以全排量運行)。例如，壓縮機中的不同位置處的製冷劑的流動角可能是壓縮機的運行排量的函數，並且壓縮機(及其某些部件)的效率可能取決於製冷劑的流動角。因此，傳統壓縮機在以與主要運行模式(例如全排量)偏離的排量運行時可能效率較低。
根據本實施方式，HVAC & R系統的壓縮機可以包括位於壓縮機的可旋轉葉輪與壓縮機的擴散器葉片之間的可變幾何形狀擴散器環。例如，壓縮機可以在入口處接收製冷劑、並且可以將製冷劑傳送到葉輪。葉輪包括相對於製冷劑的流動成角度的葉片。可旋轉葉輪的葉片使製冷劑從葉輪的旋轉中心向外加速。可以朝向擴散器引導經加速的製冷劑，該擴散器被設計成例如藉由逐漸降低製冷劑的流速來將製冷劑流動的動能轉換成壓力。如以上所描述的，擴散器可以包括固定的擴散器葉片，所述擴散器葉片成角度、定位或以其他方式定向成提高動能轉換成壓力的效率。然而，由於擴散器葉片係固定的，所以每個擴散器葉片的前緣的迎角也是固定的。進一步，如以上所指出的，製冷劑的流動角可以隨著壓縮機的負載改變而改變。(多個)擴散器葉片的前緣的迎角可以使動能能夠在壓縮機的 特定運行排量(例如全排量)下最有效地轉換成壓力。因此，根據本揭露並且如以下所描述的，可以使用可變幾何形狀擴散器環來調整製冷劑的流動角以與擴散器葉片的迎角相對應，這提高了擴散器葉片和壓縮機的效率。
例如，可變幾何形狀擴散器環可以被定位在葉輪與(多個)擴散器葉片之間，並且可變幾何形狀擴散器環可以被配置成調整經其而過的製冷劑的流動角，使得製冷劑的流動角與擴散器葉片的迎角相對應。如以下參照附圖所指出的，HVAC & R系統的控制系統可以基於壓縮機的運行負載/排量(例如，經由聯接在可變幾何形狀擴散器環與控制器之間的致動器)來調整可變幾何形狀擴散器環的位置，從而使可變幾何形狀擴散器環調整傳到擴散器葉片的製冷劑的流動角。這樣做時，在不同運行負載/排量下，壓縮機的效率比傳統實施方式增加。
現在轉到附圖，圖1係用於典型商業場景的建築物12中的供暖、通風、空調和製冷(HVAC & R)系統10的環境的實施方式之透視圖。HVAC & R系統10可以包括蒸氣壓縮系統14，該蒸氣壓縮系統供應可用於冷卻建築物12的冷凍液體。HVAC & R系統10還可包括用於供應溫熱液體以對建築物12供暖的鍋爐16、以及使空氣循環通過建築物12的空氣分配系統。空氣分配系統還可以包括空氣返回管道18、空氣供應管道20、和/或空氣處理器22。在一些實施方式中，空氣處理器22可以包括藉由導管24連接到鍋爐16和蒸氣壓縮系統14的熱交換器。空氣處理器22中的熱交換器可以接收來自鍋爐16的已加熱液體或來自蒸氣壓縮系統14的冷凍液體，這取決於HVAC & R系統10的運行模式。HVAC & R系統10顯示為在建築物12的每個樓層上具有分開的空氣處理器，但是在其他實施方式中，HVAC & R系統10可以包括兩個或更多個樓層之間可共用的空氣處理器22和/或其他部件。
圖2和圖3係可用於HVAC & R系統10中的蒸氣壓縮系統14的實施方式。蒸氣壓縮系統14可以使製冷劑循環通過以壓縮機32開始的迴路。所述迴路還可以包括冷凝器34、(多個)膨脹閥或(多個)膨脹裝置36、以及液體冷凍器或蒸發器38。蒸氣壓縮系統14可以進一步包括控制台40，該控制台具有模數(A/D)轉換器42、微處理器44、非易失性記憶體46、和/或介面板48。
可用作蒸氣壓縮系統14中的製冷劑的流體的一些實例係基於氫氟烴(HFC)的製冷劑(例如R-410A、R-407、R-134a)、氫氟烯烴(HFO)、“天然”製冷劑(如氨氣(NH3)、R-717、二氧化碳(CO2)、R-744)、或基於碳氫化合物的製冷劑、水蒸氣、或任何其他合適的製冷劑。在一些實施方式中，蒸氣壓縮系統14可以被配置成有效地利用在一個大氣壓下具有約19攝氏度(66華氏度)的標準沸點的製冷劑(相對於諸如R-134a等中壓製冷劑，也稱為低壓製冷劑)。如本文所使用的，“標準沸點”可以是指在一個大氣壓下測量到的沸點溫度。
在一些實施方式中，蒸氣壓縮系統14可以使用以下各項中的一者或多者：變速驅動裝置(VSD)52、馬達50、壓縮機32、冷凝器34、膨脹閥或膨脹裝置36、和/或蒸發器38。馬達50可以驅動壓縮機32並且可以由變速驅動裝置(VSD)52供電。VSD 52從交流(AC)電源接收具有特定固定線路電壓和固定線路頻率的AC電力，並且向馬達50提供具有可變電壓和頻率的電力。在其他實施方式中，馬達50可以直接由AC電源或直流(DC)電源供電。馬達50可以包括可由VSD供電或直接由AC或DC電源供電的任何類型的電動機，例如開關磁阻馬達、感應馬達、電子整流永磁馬達、或另一合適的馬達。
壓縮機32壓縮製冷劑蒸氣並通過排放通道將蒸氣輸送到冷凝器34。在一些實施方式中，壓縮機32可以是離心式或混流式壓縮機。由壓縮機32輸送至冷凝器34的製冷劑蒸氣可以將熱量傳遞至冷凝器34中的冷卻流體(例如，水或空氣)。由於與冷卻流體進行熱量傳遞，製冷劑蒸氣可以在冷凝器34中冷凝成製冷劑液體。來自冷凝器34的液體製冷劑可以流動穿過膨脹裝置36到達蒸發器38。在圖3所展示的實施方式中，冷凝器34係水冷式的並且包括連接到冷卻塔56的管束54，該冷卻塔將冷卻流體供應到冷凝器。
輸送到蒸發器38的液體製冷劑可以吸收來自另一冷卻流體的熱量，該冷卻流體可以是或可以不是冷凝器34中使用的同一冷卻流體。蒸發器38中的液體製冷劑可以經歷從液態製冷劑到製冷劑蒸氣的相變。如圖3所展示的實施方式所示，蒸發器38可以包括具有連接到冷卻負載62的供應管線60S和返回管線60R的管束58。蒸發器38的冷卻流體(例如，水、乙二醇、氯化鈣鹽水、氯化鈉鹽水、或任何其他合適的流體)經由返回管線60R進入蒸發器38，並且經由供應管線60S離開蒸發器38。蒸發器38可以藉由與製冷劑進行熱量傳遞來降低管束58中的冷卻流體的溫度。蒸發器38中的管束58可以包括多個管和/或多個管束。在任何情況下，蒸氣製冷劑離開蒸發器38並且藉由抽吸管線返回到壓縮機32以完成循環。
圖4係具有結合在冷凝器34與膨脹裝置36之間的中間迴路64的蒸氣壓縮系統14的示意圖。中間迴路64可以具有直接流體連接到冷凝器34的入口管線68。在其他實施方式中，入口管線68可以間接流體連接到冷凝器34。如圖4所展示的實施方式所示，入口管線68包括位於中間容器70上游的第一膨脹裝置66。在一些實施方式中，中間容器70可以是閃蒸罐(例 如閃蒸式中冷器)。在其他實施方式中，中間容器70可以被配置為熱交換器或“表面式經濟器”。在圖4所展示的實施方式中，中間容器70用作閃蒸罐，並且第一膨脹裝置66被配置成降低從冷凝器34接收到的液體製冷劑的壓力(例如，膨脹)。在膨脹過程期間，一部分液體可以蒸氣化，並且因此中間容器70可以用於將蒸氣與從第一膨脹裝置66接收到的液體分離。另外，由於液體製冷劑在進入中間容器70時經歷的壓力下降(例如，由於進入中間容器70時經歷的體積快速增大)，中間容器70可以提供液體製冷劑的進一步膨脹。中間容器70中的蒸氣可以藉由壓縮機32的抽吸管線74由壓縮機32汲取。在其他實施方式中，中間容器中的蒸氣可以被汲取到壓縮機32的中間階段(例如，不是抽吸階段)。由於膨脹裝置66和/或中間容器70中的膨脹，收集在中間容器70中的液體可以比離開冷凝器34的液體製冷劑處於更低的焓。然後，來自中間容器70的液體可以流入管線72藉由第二膨脹裝置36到達蒸發器38。
如以上所指出的，根據本實施方式，圖2-4中所展示的壓縮機32(其可以被包括在圖1的系統中)可以包括被配置成增進壓縮機32的效率的可變幾何形狀擴散器環。例如，可變幾何形狀擴散器環被定位成調整製冷劑經其而過的流動角。特別地，可變幾何形狀擴散器環調整製冷劑的流動角，使得所述流動角與接收可變幾何形狀擴散器環下游的製冷劑的一個或多個擴散器葉片的前緣的迎角相對應(例如，相符合、相匹配、相對應、相適合)。
例如，可變幾何形狀擴散器環的位置可以由控制系統指示或控制，該控制系統基於壓縮機32的運行排量來確定可變幾何形狀擴散器環的期望位置。作為非限制性實例，控制系統可以在壓縮機32以全排量運行 時指示可變幾何形狀擴散器環(在一些實施方式中，經由中間致動器)移動到可變幾何形狀擴散器環的縮回位置，使得製冷劑的到擴散器葉片的流動路徑不被可變幾何形狀擴散器環所阻擋。所述控制系統可以在壓縮機32例如以75%的排量運行時指示可變幾何形狀擴散器環移動到可變幾何形狀擴散器環的部分地阻擋流動路徑的另一位置。所述控制系統可以在壓縮機32例如以50%的排量運行時指示/控制可變幾何形狀擴散器環移動到可變幾何形狀擴散器環的進一步阻擋流動路徑的又一位置。因此，隨著壓縮機32的運行排量或負載減小，由可變幾何形狀擴散器環的位置確定的流動路徑的阻擋量增大。這樣做時，使得製冷劑的流動角與所述一個或多個擴散器葉片的前緣的迎角相對應(例如，相符合)。將參照下面的附圖詳細描述該等和其他特徵。
圖5係可包括在圖1-4中的任何一個圖中的壓縮機32的一部分的實施方式的截面。展示了穿過壓縮機32的製冷劑流99，其中製冷劑流99延伸過壓縮機32的葉輪100的葉片102、朝向其內佈置有一個或多個擴散器葉片104的擴散器通道103、並且進入收集器106。應當指出的是，所展示出的製冷劑流99指示總體的流動方向，但不應被視為指示壓縮機32的任何特定位置處的確切流動角。
旋轉葉輪100的葉片102使製冷劑從葉輪100的旋轉中心向外加速。經加速的製冷劑可以沿著所展示出的製冷劑路徑99朝向擴散器通道103行進，該擴散器通道被設計成例如藉由逐漸減小製冷劑流99的速度來將製冷劑流動99的動能轉換成壓力。如以上所描述的，擴散器葉片104可以是固定的，並且可以成角度、定位或以其他方式定向成增進製冷劑流99的動能到壓力的轉換。一般地，擴散器葉片104可以各自包括前緣105，當擴散 器通道103不被可變幾何形狀擴散器環108所阻擋時，該前緣成角度為提高壓縮機32在特定運行排量(例如全排量)下的效率，如以下將詳細描述的。壓縮機32的收集器106接收加壓製冷劑，以便分配到下游冷凍器部件。
如以上所指出的，壓縮機32可以包括佈置在擴散器通道103的下部中或接近該下部(例如，在葉輪100與擴散器葉片104之間)的可變幾何形狀擴散器環108。可變幾何形狀擴散器環108包括被配置成增進擴散器葉片104以及更一般地壓縮器32的效率的可適配位置。例如，可變幾何形狀擴散器環108可以聯接到致動器112，該致動器根據控制器114的指示將可變幾何形狀擴散環108從先前位置致動或移動到期望位置。控制器114可以控制可變幾何形狀擴散器環108的位置，使得可變幾何形狀擴散器環108調整製冷劑流99的流動角以與壓縮機32的運行排量相對應，如以下將詳細描述的。
控制器114可以包括處理器116和記憶體118，其中記憶體118包括存儲在其上的指令，所述指令在由處理器116執行時使控制器114執行某些動作。例如，控制器114可以至少部分地基於某些運行和/或環境狀況(例如，製冷劑溫度)來控制壓縮機32的運行排量。控制器114還可以包括存儲在記憶體118中的數據，所述數據基於壓縮機32的運行排量指示出可變幾何形狀擴散器環108的期望位置。因此，當控制器114控制壓縮機32的運行排量時，控制器114還可以控制可變幾何形狀擴散器環108的位置，這將致使製冷劑流99的流動角與(多個)擴散器葉片104的前緣105的迎角相對應。在一個實例中，在全運行排量下，控制器114可以指示可變幾何形狀擴散器環108移動到可變幾何形狀擴散器環108的完全縮回位置(例如縮回到與壓縮機32的擴散器通道103相鄰的側壁109的空腔中)，使得可變幾何形狀的擴 散器環108不會阻擋製冷劑流99。在50%的運行排量下，控制器114可以控制可變幾何形狀擴散器環108移動到將可變幾何形狀擴散器環108突出到製冷劑流99中(例如在擴散器通道103中)的位置。例如，圖6係圖5的壓縮機32的一部分的截面，其中可變幾何形狀擴散器環108處於部分阻擋位置。如圖5和圖6所示，可變幾何形狀擴散器環108一般被配置成沿著方向110行進，並且如圖6所示，其可以將擴散器通道103的一部分限制成與擴散器通道103的無阻擋部分的總寬度115相比更小的寬度114。
在圖5和圖6中，可變幾何形狀擴散器環108包括矩形截面。在圖6中，可變幾何形狀擴散器環108的突出表面116形成矩形形狀的短邊，並且可變幾何形狀擴散器環108的滑動表面118形成矩形形狀的長邊。然而，在另一實施方式中，滑動表面118可以形成矩形形狀的短邊，並且突出表面116可以形成矩形形狀的長邊。
可變幾何形狀擴散器環108可以包括除圖5和圖6中所示的矩形以外的形狀。例如，圖7、圖8和圖9係用於圖5的壓縮機32中的可變幾何形狀擴散器環108的部分的實施方式的截面。圖7包括類似於圖5和圖6的方形或矩形截面。在圖8中，可變幾何形狀擴散器環108包括尖銳突出表面116。換言之，可變幾何形狀擴散器環108係三角形或包括三角形部分。在圖9中，可變幾何形狀擴散器環108包括彎曲突出表面116。所述彎曲可以形成半圓形、半卵形、半橢圓形、或某一其他曲面。可以基於其中佈置有可變幾何形狀擴散器環108的特定壓縮器32的幾何特徵或運行特徵來選定可變幾何形狀擴散器環108的突出表面116的形狀。
另外或可替代地，可變幾何形狀擴散器環108可以包括L形。例如，圖10係位於圖5的壓縮機32的一部分中的可變幾何形狀擴散器環 108的實施方式的截面。在所展示的實施方式中，可變幾何形狀擴散器環108的突出表面116和滑動表面119形成可變幾何形狀擴散器環108的支腿120的一部分，該支腿從可變幾何形狀擴散器環108的基部122延伸。如所示，支腿120和基部122形成L形。L形的基部122可以被佈置在適於接納基部122的空腔124中，並且用於容許基部122在空腔124內移動(例如，當支腿120伸入和伸出擴散器通道103時)。
圖11係展示了一種運行具有擴散器葉片和可變幾何形狀擴散器環的壓縮機的方法200的實施方式之框圖。在所展示的實施方式中，方法200包括檢測(框201)製冷劑溫度。例如，上述控制器可以與溫度感測器通信聯接，該溫度感測器向控制器提供指示製冷劑溫度的數據。如先前所描述的，在一些實施方式中，製冷劑可以是水。
方法200還包括確定(框202)壓縮機的運行排量或負載。例如，基於上述製冷劑溫度和/或其他特徵，控制器可以確定壓縮機的適當運行排量。控制器然後可以確定並控制壓縮機進行載入或減載以滿足所述適當運行排量。
方法200還包括基於壓縮機的運行排量來控制(框204)可變幾何形狀擴散器環的位置。例如，如以上所指出的，致動器(例如，馬達驅動式致動器)可以聯接到可變幾何形狀擴散器環並且可以通信聯接控制器。控制器可以基於壓縮機的運行排量的變化來指示或控制致動器將可變幾何形狀擴散器環從一個位置移動到另一個位置。如以下所描述的，致動器然後可以將可變幾何形狀擴散器環移動(框206)到適當位置，使得可變幾何形狀擴散器環調整製冷劑的流動角以與擴散器葉片的前緣的迎角相對應。
一般地，當以全排量運行時，控制器可以指示致動器將可變幾何形狀擴散器環移動到完全縮回位置(例如在壓縮機的側壁的空腔內的位置)，其中可變幾何形狀擴散器環不調整從壓縮機的葉輪接收到的製冷劑的流動角。當小於全排量地運行時，控制器可以指示可變幾何形狀擴散器環移動到突出位置，其中可變幾何形狀擴散器環被定位在製冷劑的流動路徑中(例如，在葉輪與擴散器葉片之間)，使得所述可變幾何形狀擴散器環調整製冷劑的流動角以與擴散器葉片的迎角相對應。換言之，當小於全排量地運行時，製冷劑的流動角可能與擴散器葉片的前緣的迎角不同，其方式為沒有可變幾何形狀的擴散器環，就會降低擴散器葉片將製冷劑的動能轉換成壓力的效率。藉由基於壓縮機的%排量來選擇性地定位可變幾何形狀擴散器環，製冷劑的流動角被校正以與擴散器葉片的前緣的迎角相對應。
如上所述，本揭露可以提供對增進HVAC & R系統的壓縮機的效率有用的、並且更具體地用於藉由利用可變幾何形狀擴散器環來增進壓縮機的擴散器葉片的效率的一種或多種技術效果。可變幾何形狀擴散器環被定位成基於控制器的指示來調整製冷劑的流動角，以與擴散器葉片的前緣的迎角相對應。在一些實施方式中，當壓縮機全排量運行時，可變幾何形狀擴散器環處於不調整流動角的完全縮回位置。藉由選擇性地定位可變幾何形狀擴散器環來確保接近擴散器葉片的製冷劑的適當流動角，增進了擴散器葉片(和壓縮機)在不同運行排量下的效率。本說明書中的技術效果和技術問題係示例而非限制性的。應當注意的是，在說明書中描述的實施方式可以具有其他技術效果並且可以解決其他技術問題。
儘管僅展示和描述了某些特徵和實施方式，熟習該項技術者可以想到許多修改和變化(例如，各種元件的大小、尺寸、結構、形狀和 比例、參數的值(例如，溫度、壓力等)、安裝安排、材料的使用、顏色、取向等的變化)而不實質上背離申請專利範圍所述的主題的新穎性教導和優點。可以根據替代實施方式對任何過程或方法步驟的順序或序列進行改變或重新排序。因此，應該理解的是，所附申請專利範圍不旨在將所有這種修改和變化涵蓋為落入本揭露的真正精神內。此外，為了提供對示例性實施方式的簡明描述，可能沒有描述實際實施方式的所有特徵(即，與目前構想到的執行本揭露的最佳方式無關的特徵，或者與實現所主張的揭露無關的特徵)。應當理解的是，在任何這種實際實施方式的開發中(如在任何工程或設計方案中)，必須作出大量實施方式特定的決定。這種開發工作可能是複雜且耗時的，但是對於從本揭露中受益的熟習該項技術者來說，這仍是常規的設計、生產和製造工作，而無需過多實驗。

Claims (20)

  1. 一種壓縮機，包括：葉輪；擴散器通道，所述擴散器通道內包括擴散器葉片；可變幾何形狀擴散器環，所述可變幾何形狀擴散器環相對於穿過所述壓縮機的製冷劑的流動被定位在所述葉輪與所述擴散器葉片之間；以及致動器，所述致動器被配置成使所述可變幾何形狀擴散器環在橫向於所述製冷劑的流動的方向上、並且在多個環位置之間移動，所述多個環位置包括環完全縮回位置和至少一個環突出位置，在所述環完全縮回位置上所述可變幾何形狀擴散器環不阻擋所述製冷劑的流動，在所述至少一個環突出位置上所述可變幾何形狀擴散器環調整所述擴散器葉片上游的所述製冷劑的流動角。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之壓縮機，包括控制器，所述控制器被配置成至少部分地基於所述壓縮機的運行排量、所述製冷劑的溫度、或兩者來指示所述致動器使所述可變幾何形狀擴散器環在所述多個位置之間移動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之壓縮機，包括控制器，所述控制器被配置成至少部分地基於所述擴散器葉片的前緣的迎角來指示所述致動器使所述可變幾何形狀擴散器環在所述多個環位置之間移動。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之壓縮機，其中，所述控制器被配置成指示所述致動器移動所述可變幾何形狀擴散器環，使得接近所述擴散器葉片 的所述製冷劑的流動角與所述擴散器葉片的前緣的迎角相對應。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之壓縮機，其中，所述致動器係馬達驅動式致動器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之壓縮機，其中，所述擴散器葉片係固定的。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之壓縮機，其中，所述可變幾何形狀擴散器環包括矩形截面形狀。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之壓縮機，其中，所述可變幾何形狀擴散器環至少包括具有三角形截面形狀、曲線截面形狀、或L形截面形狀的部分。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之壓縮機，包括收集器，所述收集器被定位在所述擴散器通道的下游並且被配置成在所述製冷劑被所述擴散器葉片加壓之後接收所述製冷劑。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之壓縮機，其中，所述可變幾何形狀擴散器環被定位在所述擴散器通道內。
  11. 一種供暖、通風、空調和製冷(HVAC & R)系統，包括：壓縮機，所述壓縮機包括擴散器葉片、並且具有可變幾何形狀擴散器環，所述可變幾何形狀擴散器環相對於經其而過的製冷劑的流動被定位在所述擴散器葉片的上游；以及控制器，所述控制器被配置成至少部分地基於所述壓縮機的運行排量並且至少部分地基於所述擴散器葉片的前緣的迎角來控制所述可變幾何形狀擴散器環的位置。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中，所述擴散器葉片係固定的。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之系統，包括與所述可變幾何形狀擴散器環聯接的致動器，其中所述控制器被配置成藉由指示所述致動器將所述可變幾何形狀擴散器移動到位來控制所述可變幾何形狀擴散器環的位置。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之系統，其中，所述致動器係馬達驅動式致動器。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中，所述控制器被配置成控制所述可變幾何形狀擴散器環以將所述可變幾何形狀擴散器環移動到至少一個突出位置，所述至少一個突出位置與所述壓縮機小於全排量運行相對應，其中所述可變幾何形狀擴散器環在所述至少一個突出位置上佈置在所述擴散器通道中，其中所述控制器被配置成控制所述可變幾何形狀擴散器環以將所述可變幾何形狀擴散器環移動到所述可變幾何形狀擴散器環的完全縮回位置，所述完全縮回位置與所述壓縮機全排量運行相對應，並且其中所述可變幾何形狀擴散器環在所述完全縮回位置上並不佈置在所述擴散器通道中。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中，所述可變幾何形狀擴散器環包括矩形截面形狀。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之系統，包括收集器，所述收集器被定位在所述擴散器通道的下游並且被配置成在所述製冷劑被所述擴散器葉片加壓之後接收所述製冷劑。
  18. 一種運行壓縮機之方法，包括：檢測製冷劑的溫度；經由控制器至少部分地基於所述製冷劑的溫度來確定所述壓縮機 的運行排量；以及至少部分地基於所述壓縮機的運行排量並且至少部分地基於所述壓縮機的擴散器葉片的前緣的迎角來控制可變幾何形狀擴散器環的位置。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，包括經由致動器基於所述壓縮機的運行排量的變化來致動所述可變幾何形狀擴散器環從先前位置到所述位置。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之方法，包括確定所述壓縮機的運行排量為全排量、並且指示所述可變幾何形狀擴散器環的位置，使得所述可變幾何形狀擴散器環從所述製冷劑的流動路徑完全縮回。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115380165A (zh) * 2020-02-27 2022-11-22 江森自控泰科知识产权控股有限责任合伙公司 用于将可变几何形状扩压器用作止回阀的系统和方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54104007A (en) * 1978-02-01 1979-08-15 Hitachi Ltd Diffuser for centrifugal compressor
US4219305A (en) * 1978-12-26 1980-08-26 Carrier Corporation Diffuser control
US4363596A (en) * 1979-06-18 1982-12-14 Mcquay-Perfex, Inc. Method and apparatus for surge detection and control in centrifugal gas compressors
US4378194A (en) * 1980-10-02 1983-03-29 Carrier Corporation Centrifugal compressor
US4460310A (en) * 1982-06-28 1984-07-17 Carrier Corporation Diffuser throttle ring control
CH677956A5 (zh) * 1986-07-02 1991-07-15 Carrier Corp
JPS63130698U (zh) * 1987-02-19 1988-08-26
US7326027B1 (en) * 2004-05-25 2008-02-05 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Devices and methods of operation thereof for providing stable flow for centrifugal compressors
JP2008208810A (ja) * 2007-02-28 2008-09-11 Hitachi Appliances Inc ターボ冷凍機用遠心圧縮機
WO2013112122A2 (en) * 2012-01-23 2013-08-01 Danfoss Turbocor Compressors B.V. Variable-speed multi-stage refrigerant centrifugal compressor with diffusers
EP3171034B1 (en) * 2012-11-09 2020-10-07 Johnson Controls Technology Company Variable geometry diffuser having extended travel
CN207004932U (zh) * 2017-07-10 2018-02-13 珠海格力电器股份有限公司 扩压器调节机构和压缩机

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