TWI544151B - 結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置 - Google Patents
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Description
本發明為一種結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,尤指一種可以達到使離心式壓縮機在更低負載條件運轉,並防止壓縮機發生喘震(Surging)之離心式壓縮機之結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置。
離心式製冷設備的特性有別於容積式壓縮機製冷設備,現有離心式冰水機組容量的控制方式,主要是以控制離心式壓縮機吸入口的進氣導葉(IGV,Inlet Guide Vane)的開度來因應負載的變化,達到冰水機組容量調節之目的。但是離心式冰水機在低負載條件下運轉時或高低壓差增加時,由於所運送的冷媒氣體質量流率無法克服高低壓力差,冷媒氣流便無法壓送至高壓端而停止送出,此時高壓端的氣體便產生逆流回低壓端,當低壓端壓力升高時,高低壓力差減小,壓縮機葉輪回復可壓送的能力範圍,冷媒氣流回復至正常的流動方向;然後高低壓力差又再度上升,高低壓力差又再增加超過葉輪的壓送能力範圍,高壓端的冷媒氣體又再度逆流回低壓端,如此現象反覆發生即所謂的喘震。
喘震為離心式機械的特有現象,一般離心式冰水機為防止此現象的發生,最常使用的方法為利用高壓氣體旁通至低壓側,使離心式冰水機組能在低負載的條件能繼續運轉而不會發生喘震的現象,避免對壓縮機本體產生損害。
由上可知,離心式壓縮機的容量調整方法與程序為,當負載降低時先調整進氣導葉的開度,當進氣導葉已達最小開度而負載仍繼續降低,或是發生喘震時,則開啟氣體旁通閥,以調節容量
並防止與排除喘震。
習知離心式壓縮機的進氣導葉與氣體旁通裝置是分別獨立設置的,通常進氣導葉設置於壓縮機機體內部,氣體旁通裝置則設置於連接壓縮機吐出口與冷凝器間的排氣管路以及連接壓縮機吸氣管路與蒸發器之旁通管路上。
分別設置進氣導葉與氣體旁通閥之缺點,為使壓縮機的配管複雜度提高,同時需分別由個別獨立的驅動馬達組件與控制器進行驅動與控制。
在一實施例中,本發明提出一種結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,係包含有:一進氣導葉組件,由一主動葉片、複數個從動葉片、一葉片前固定環、一葉片後固定環、一葉片驅動環、一連接管路,以及一葉片開度指示盤所構成;一驅動馬達組件,由一馬達本體、一驅動組件、馬達本體固定座所構成;以及一氣體旁通閥體組件,由一閥塞、一定位與外導引環、一定位內導引環、一被驅動件、一彈簧、一氣密環、一閥柱及一閥座所構成;驅動馬達組件以一連桿與驅動組件以及與進氣導葉組件之主動葉片連接,且驅動馬達組件與氣體旁通閥體組件之被驅動件連接。
10‧‧‧進氣導葉組件
11‧‧‧主動葉片
12‧‧‧從動葉片
13‧‧‧葉片前固定環
14‧‧‧葉片後固定環
15‧‧‧葉片驅動環
16‧‧‧連接管路
17‧‧‧葉片開度指示盤
20‧‧‧驅動馬達組件
21‧‧‧馬達本體
22、22A、22B‧‧‧驅動組件
221‧‧‧驅動柄
222‧‧‧圓形齒輪
221A‧‧‧驅動柄
222A‧‧‧扇形齒輪
221B‧‧‧第一曲柄
222B‧‧‧第二曲柄
223B‧‧‧滑輪
23‧‧‧馬達本體固定座
24‧‧‧連桿
30、30B‧‧‧氣體旁通閥體組件
31‧‧‧閥塞
32‧‧‧定位與外導引環
33‧‧‧定位內導引環
331‧‧‧凹部
34‧‧‧驅動齒條
34B‧‧‧驅動桿
341B‧‧‧弧形凹部
35‧‧‧彈簧
36‧‧‧氣密環
37‧‧‧閥柱
38‧‧‧閥座
39‧‧‧螺栓
40‧‧‧壓縮機
41‧‧‧蝸道出口
42‧‧‧旁通通道
43‧‧‧低壓室
圖1為本發明之一實施例之結構示意圖。
圖2為圖1實施例之放大結構示意圖。
圖3及圖4為本發明之閥塞位於不同位置且呈關閉狀態之剖面結構示意圖。
圖3A為本發明之氣體旁通閥體組件之部分結構之立體剖面示意圖。
圖5為本發明之閥塞呈開放狀態之剖面結構示意圖。
圖6為本發明之驅動組件另一實施例之結構示意圖。
圖7為本發明之驅動組件又一實施例之結構示意圖。
請參閱圖1至圖3A所示實施例,本發明之一種結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置係包含有一進氣導葉組件10、一驅動馬達組件20與一氣體旁通閥體組件30。前述進氣導葉組件10、驅動馬達組件20與氣體旁通閥體組件30設置於一壓縮機40之一端,壓縮機40為離心式壓縮機。
進氣導葉組件10由一主動葉片11、複數個從動葉片12、一葉片前固定環13、一葉片後固定環14、一葉片驅動環15、一連接管路16,以及一葉片開度指示盤17所構成。必須說明的是,連接管路16連接該進氣導葉組件10與壓縮機40的葉輪入口,在連接管路16上設有至少一個可以使旁通至低壓室43的氣體進入該連接管路16內部的孔洞(圖中未示出)。
驅動馬達組件20由一馬達本體21、一驅動組件22、馬達本體固定座23所構成,其中驅動組件22由一驅動柄221與一圓形齒輪222所構成。驅動馬達組件20利用連桿24使驅動組件22之驅動柄221與進氣導葉組件10之主動葉片11連接,使驅動柄221與主動葉片11進行相同角度之轉動,藉由主動葉片11驅動葉片驅動環15,帶動其他從動葉片12進行相同角度之轉動,藉此可使主動葉片11與從動葉片12作0°(全關)~90°(全開)的開度調整,圖1所示為全開狀態,而當主動葉片11與從動葉片12同步翻轉90°後,可形成全關狀態。
氣體旁通閥體組件30由一閥塞31、一定位與外導引環32、一定位內導引環33、一驅動齒條34、一彈簧35、一氣密環36、一閥柱37及一閥座38所構成。定位與外導引環32與閥座38之間以螺栓39鎖合。請參閱圖3、3A所示,定位內導引環33之周緣設有複數個凹部331,旁通氣體可通過凹部331進入壓縮機前室,再經由前述設置於連接管路16的孔洞進入壓縮機40的葉輪。
驅動馬達組件20以連桿24與驅動組件22之驅動柄221、以
及與進氣導葉組件10之主動葉片11連接,且驅動馬達組件20以齒輪222與氣體旁通閥體組件30之驅動齒條34連接。
驅動馬達組件20利用驅動組件22之圓形齒輪222與氣體旁通閥體組件30之驅動齒條34連接,將驅動組件22之旋轉運動轉換為直線運動,使氣體旁通閥體組件30之閥柱37與閥塞31進行直線運動,以控制預留旁通通道之開度與面積,進而達到控制旁通氣體量之作用。
請參閱圖1及圖3所示,當進氣導葉組件10之主動葉片11與從動葉片12之開度為90°,亦即圖1所示之全開狀態,閥塞31插設於壓縮機40之蝸道出口41,呈現全關狀態。此時壓縮機40之蝸道出口41之氣體無法旁通至前端之低壓室43內,如虛線箭頭所示路徑。
請參閱圖1及圖4所示,其為進氣導葉組件10之主動葉片11與從動葉片12之開度為一預設角度,例如15°時,閥塞31已部分離開壓縮機40之蝸道出口41,但是閥柱37與閥塞31的移動位置仍未能使所預留之旁通通道42與低壓室43連通,所以氣體仍無法旁通至前端之低壓室43內,如虛線箭頭所示路徑。當進氣導葉組件10之主動葉片11與從動葉片12進一步減少開度時,閥柱37與閥塞31的位置就會使預留的旁通通道42與低壓室43連通。
請參閱圖1及圖5所示,當進氣導葉組件10之主動葉片11與從動葉片12之開度為0°,呈全關狀態時;氣體旁通閥體組件30全開,閥塞31完全離開壓縮機40之蝸道出口41,使得所預留之旁通通道42與低壓室43連通,使氣體旁通通道完全開啟,氣體即可旁通至壓縮機40前端之低壓室43,如虛線箭頭所示路徑。
請參閱圖6所示,本實施例與圖1實施例之主要差異在於,本實施例之驅動組件22A採用扇形齒輪222A,以取代圖1之圓形齒輪222。
請參閱圖7所示,本實施例與圖1之主要差異在於,本實施例之驅動組件22B為由第一曲柄221B與一第二曲柄222B構成之雙曲柄結構,此外,本實施例之氣體旁通閥體組件30B以驅動桿
34B取代圖1之驅動齒條34,第一曲柄221B以連桿24與進氣導葉組件10之主動葉片11連接,第二曲柄222B與氣體旁通閥體組件30之驅動桿34B連接,第二曲柄222B是藉由一滑輪223B與驅動桿34B連接,於驅動桿34B設有一弧形凹部341B,滑輪223B設置於弧形凹部341B內且滑輪223B可沿著弧形凹部341B之內側壁滑動,如此可將驅動組件22B之旋轉運動轉換為直線運動。
綜上所述,本發明所提供之結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,將進氣導葉組件與內流道氣體旁通閥體組件透過一驅動組件同時與驅動馬達組件、進氣導葉的驅動環,以及氣體旁通閥體組件的驅動齒條或驅動桿耦合。此驅動組件之曲柄以連桿與進氣導葉的主動葉片連接,而主動葉片透過驅動環與其他從動葉片連接,驅動馬達組件透過此驅動之曲柄帶動進氣導葉組件之葉片進行0°(全關)~90°(全開)的開度調整,達到離心式壓縮機容量的調節。以及,此驅動組件同時與氣體旁通閥的驅動桿連接,當進氣導葉的葉片開度調整至某一最小開度時(例如15°),連接壓縮機出口流道之氣體旁通閥體開啟,旁通之氣體可進入葉輪,以達到進一步調降離心式壓縮機容量之目的,並具有以下特性:1.透過機構耦合的設計,利用單一驅動馬達組件與控制器即可同時進行進氣導葉開度與氣體旁通閥開度之調整;2.整合離心式壓縮機的進氣導葉與氣體旁通機構於壓縮機機體內,使離心式壓縮機在更低負載條件運轉,並防止壓縮機發生喘震(Surging);3.使離心式冰水機之配管簡潔、單純,控制複雜度降低;達到降低離心式冰水機成本之目的。
惟以上所述之具體實施例,僅係用於例釋本發明之特點及功效,而非用於限定本發明之可實施範疇,於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下,任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾,均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧進氣導葉組件
11‧‧‧主動葉片
12‧‧‧從動葉片
13‧‧‧葉片前固定環
14‧‧‧葉片後固定環
15‧‧‧葉片驅動環
16‧‧‧連接管路
17‧‧‧葉片開度指示盤
20‧‧‧驅動馬達組件
24‧‧‧連桿
30‧‧‧氣體旁通閥體組件
40‧‧‧壓縮機
Claims (11)
- 一種結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,係包含有:一進氣導葉組件,由一主動葉片、複數個從動葉片、一葉片前固定環、一葉片後固定環、一葉片驅動環、一連接管路,以及一葉片開度指示盤所構成;一驅動馬達組件,由一馬達本體、一驅動組件、馬達本體固定座所構成;以及一氣體旁通閥體組件,由一閥塞、一定位與外導引環、一定位內導引環、一被驅動件、一彈簧、一氣密環、一閥柱、一閥塞及一閥座所構成;該驅動馬達組件以一連桿與該驅動組件以及與該進氣導葉組件之該主動葉片連接,且該驅動馬達組件與該氣體旁通閥體組件之該被驅動件連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,其中該驅動組件由一驅動柄與一齒輪所構成,該氣體旁通閥體組件之該被驅動件為一驅動齒條。
- 如申請專利範圍第2項所述之結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,其中該驅動馬達組件利用該連桿使該驅動組件之該驅動柄與該進氣導葉組件之該主動葉片連接,使該驅動柄與該主動葉片進行相同角度之轉動,藉由該主動葉片驅動該葉片驅動環,帶動其他該從動葉片進行相同角度之轉動。
- 如申請專利範圍第3項所述之結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,其中該驅動馬達組件利用該驅動組件之該齒輪與該氣體旁通閥之該驅動齒條連接,將該驅動組件之旋轉運動轉換為直線運動,使該氣體旁通閥之該閥柱與該閥塞進行直線運動,以控制預留旁通通道之開度與面積,進而達到控制旁通氣體量之作用。
- 如申請專利範圍第2項所述之結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,其中該齒輪為扇形齒輪或圓形齒輪其中之一。
- 如申請專利範圍第2項所述之結合進氣導葉的內流道氣體旁通 裝置,其中該定位與外導引環與該閥座之間以螺栓鎖合。
- 如申請專利範圍第1項所述之結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,其中該驅動組件由一第一曲柄與一第二曲柄所構成,該氣體旁通閥體組件之該被驅動件為一驅動桿。
- 如申請專利範圍第7項所述之結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,其中該驅動馬達組件利用該連桿使該驅動組件之該第一曲柄與該進氣導葉組件之該主動葉片連接,使該第一曲柄與該主動葉片進行相同角度之轉動,藉由該主動葉片驅動該葉片驅動環,帶動其他該從動葉片進行相同角度之轉動。
- 如申請專利範圍第7項所述之結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,其中該驅動馬達組件利用該驅動組件之該第二曲柄與該氣體旁通閥之該驅動桿連接,將該驅動組件之旋轉運動轉換為直線運動,使該氣體旁通閥之該閥柱與該閥塞進行直線運動,以控制預留旁通通道之開度與面積,進而達到控制旁通氣體量之作用。
- 如申請專利範圍第7項所述之結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,其中該定位與外導引環與該閥座之間以螺栓鎖合。
- 如申請專利範圍第7項所述之結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置,其中該第二曲柄是藉由一滑輪與該驅動桿連接,於該驅動桿設有一弧形凹部,該滑輪設置於該弧形凹部內且該滑輪可沿著該弧形凹部之內側壁滑動。
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