具有再循环通道的离心式压缩机的制作方法

本申请涉及离心式压缩机，并且更具体地涉及具有可变再循环通道的离心式压缩机。

背景技术：

离心式压缩机是已知的，并且利用叶轮，所述叶轮绕轴线旋转以将流体抽吸到压缩机中并将流体压缩到出口。流体被通过增加流体的压力的扩散通道从轴线径向向外导向到收集器区域。

压缩机特性图是绘制压缩机操作条件的已知方式，其中y轴表示压力比并且x轴表示通过压缩机的流量的质量。压缩机特性图的左手边界表示喘振边界，并且在那个线的左侧的操作表示流量不稳定的区域。在这个区域中的操作是不合需要的，因为所述操作可使加压制冷剂气体在压缩机中回流。

一些离心式压缩机包括带气门护罩，所述带气门护罩包围压缩机的入口区域用于提供再循环通道。这帮助移动喘振线并且在较低负载条件下提供稳定性。然而，再循环通道可在远离喘振的负载处引起降低的效率。

技术实现要素：

一种示例性离心式压缩机，包括壳体，所述壳体界定入口腔室并且包括第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口界定与所述入口腔室处于流体连通的再循环通道。叶轮设置在所述壳体内并且能绕纵向轴线旋转以将流体抽吸到所述入口腔室中。所述第一开口和所述第二开口沿着所述纵向轴线在不同轴向位置处。多个入口导流叶片是能旋转的，并且位于所述入口腔室中。所述离心式压缩机包括环和控制器，所述控制器用于在使所述入口导流叶片旋转时使所述环沿着纵向所述纵向轴线在第一位置与第二位置之间移动。所述环在所述第二位置中比在所述第一位置中更多地阻塞所述第一开口和所述第二开口中的至少一个。

前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施方案、实例和替代方案，包括它们的各个方面或相应个体特征中的任何一个，可被独立地或以任何组合的方式采用。结合一个实施方案描述的特征可应用于所有实施方案，除非此类特征是不兼容的。

附图说明

图1是示例性制冷回路的示意图。

图2a示意性地例示示例性离心式压缩机，所述示例性离心式压缩机具有用于环的第一控制布置，和打开的再循环通道。

图2b示意性地例示在其再循环通道关闭的情况下的图2a的离心式压缩机。

图2c示意性地例示在环处于第一位置中的情况下的入口导流叶片与可移动环之间的示例性机械联接件。

图2d示意性地例示在环处于第二位置中的情况下的图2c的机械联接件。

图2e示意性地例示示例性可移动环。

图2f示意性地例示沿线c-c取得的图2b的离心式压缩机的示例性横截面。

图3示意性地例示具有用于环的另一个控制布置的示例性离心式压缩机。

图4a示意性地例示具有用于环的另一个控制布置的示例性离心式压缩机。

图4b是用于图4a的控制布置的示例性致动器构型的示意图。

图5示意性地例示具有倾斜开口的示例性离心式压缩机。

图6a示意性地例示在径向入口导流叶片处于打开位置中的情况下的示例性离心式压缩机。

图6b示意性地例示在径向入口导流叶片处于关闭位置中的情况下的图6a的离心式压缩机。

图6c例示利用径向入口导流叶片和再循环通道的示例性离心式压缩机。

图6d示意性地例示用于选择性地限制图6c的再循环通道的开口的示例性环。

图7示意性地例示包括多个入口腔室以及轴向入口导流叶片和径向入口导流叶片两者的压缩机。

图8示意性地例示操作离心式压缩机的示例性方法。

具体实施方式

图1是示例性制冷回路20的示意图，所述示例性制冷回路20包括压缩机22、第一热交换器24、膨胀装置26，和第二热交换器28。制冷剂在压缩机22中被压缩，并在高压和高焓下离开压缩机22，并且流动到第一热交换器24。

第一热交换器24作为冷凝器操作。在第一热交换器24中，制冷剂流过盘管30并且将热排散给由鼓风机风扇32抽吸到盘管30上的空气。在第一热交换器24中，制冷剂被冷凝成液体，所述液体在低焓和高压下离开第一热交换器24。例如，热排散介质可为壳管式布置中的水。

制冷剂从第一热交换器24流动到膨胀装置26，如膨胀阀，所述膨胀装置26使制冷剂膨胀到低压。在膨胀之后，制冷剂流过第二热交换器28，所述第二热交换器28作为蒸发器操作。鼓风机风扇34抽吸空气通过第二热交换器28并将空气抽吸到盘管36上。流过盘管36的制冷剂接受来自空气的热，从而在高焓和低压下离开第二热交换器28。制冷剂然后流动到压缩机22，从而完成其制冷循环。例如，冷却介质可为壳管式布置中的水。

图2a示意性地例示可使用在图1的制冷回路20中的示例性离心式压缩机22。离心式压缩机22包括界定入口42、入口腔室44的壳体40，并且包括包围叶轮56的带气门护罩45。壳体40包括第一开口48和第二开口50，所述第一开口48和所述第二开口50界定与入口腔室44处于流体连通的再循环通道52。在图2a的实例中，带气门护罩45和再循环通道52是环形的且在纵向轴线a周围沿圆周延伸，并且开口48、50在入口腔室44与再循环通道52之间延伸。另外，在图2a的实例中，开口48是介于带气门护罩45的部分45a-b之间的开口。

叶轮56位于壳体40内并且绕纵向轴线a旋转以通过入口42将流体抽吸到入口腔室44中。流体通过入口导流叶片58从流体管线23(参见图1)传送到叶轮56，并且被压缩。压缩流体，在这里制冷剂，通过扩散通道60并且传送到收集器62中。压缩流体然后传送到管线25(参见图1)中。电动机64通过使轴杆66旋转来使叶轮56旋转，所述轴杆66与纵向轴线a共线。

第一开口48和第二开口50沿着纵向轴线a定位于不同轴向位置处，其中第一开口48在位置l1处并且第二开口50在位置l2处。第二开口50比第一开口48更接近于入口42。在一个实例中，开口48定位在叶轮56的前边缘53与后边缘54之间。

环70能沿着纵向轴线a在其中大部分的环70轴向地介于第一开口48与第二开口50之间的第一位置(图2a中所示)与第二位置(图2b中所示)之间移动。环70在第二位置中比在第一位置中更多地阻塞第二开口50。通过包括环70，再循环通道52可在不同构型之间变化。

第一位置中的环70的前边缘展示为p1，并且第二位置中的环70的前边缘展示为p2。在图2a的实例中，整个环70介于第一开口48与第二开口50之间，并且在图2b的实例中，整个第二开口50由环70阻塞。当然，可使用其它构型，如第一位置中的部分阻塞和第二位置中的较大但不完全阻塞。

壁72将入口腔室44与带气门护罩45的再循环通道52分离。在图2a-b的实例中，环70紧靠壁72的径向内侧74。壁72包括带气门护罩45的部分45a。

多个入口导流叶片58从纵向轴线a径向向外延伸，并且能绕从纵向轴线a径向向外延伸的相应的旋转轴线b旋转。入口导流叶片58能在最大化流量的打开位置(图2a)与最小化流量的关闭位置(图2b)之间旋转。在图2a-b的实例中，入口导流叶片58定位在介于第一轴向位置l1与第二轴向位置l2之间的轴向位置处。

当使入口导流叶片58旋转时，控制器82被构造来使环70沿着纵向轴线a在第一位置与第二位置之间移动。在图2a-b的实例中，入口导流叶片58中的一些或全部机械地联接到环70，使得入口导流叶片58的旋转提供环70沿着纵向轴线a在第一位置与第二位置之间的轴向移动。

图2c示意性地例示入口导流叶片58与环70之间的示例性机械联接件。环70具有附接的一组盘簧86(例如，4个或6个)，所述盘簧86在一个末端处接触环70并且在相对末端处设置在凹入环89的凹部87中，所述凹入环89螺栓连接到壳体40的部分88。o形环83在环70与壁72之间提供密封。环70具有开口85，当导流叶片58处于完全打开位置中时(参见图2c)，所述开口85与第二开口50轴向对准。弹簧86推动环70抵靠导流叶片58。当导流叶片58关闭时(参见图2d)，弹簧86使环70轴向地移动，如图2c-d中所示。图2e例示示例性环，所述示例性环包括多个开口85，所述多个开口85在环70周围沿圆周彼此间隔开。当然，应理解，可使用其中可使用入口导流叶片58的旋转提供环70沿着纵向轴线a的轴向移动的其它类型的机械联接件，如图3和4a-b的那些。

入口导流叶片58能旋转以控制到叶轮56的流量。在图2a-b的实例中，在入口导流叶片58旋转以降低到叶轮56的流量时，环70朝着第一位置移动以减少对第二开口50的阻塞，并且在入口导流叶片58旋转以增加到叶轮56的流量时，环70朝着第二位置移动以增加对第二开口50的阻塞。

致动器80提供入口导流叶片58的旋转。致动器80与控制器82通信。控制器82被构造来基于离心式压缩机22的负载水平通过使入口导流叶片58旋转来使环70在第一位置与第二位置之间移动。控制器82从入口腔室44中的压力传感器84a、收集器62中的压力传感器84b，和另外任选地速度传感器84c接收压力信息，所述速度传感器84c测量轴杆66的旋转速度。在一个实例中，电动机64使轴杆66以固定的恒定速度旋转，并且省略速度传感器84c。

控制器82使用来自传感器84a-c的传感器读数和入口导流叶片58的旋转角度来确定离心式压缩机22的负载。在一个实例中，作为其负载计算的部分，控制器82确定压力传感器84a和84b的压力读数之间的比，并且基于入口导流叶片58的角度和叶轮56的旋转速度确定到叶轮56的流量质量。在一个实例中，控制器82在较低负载水平处使环70朝着第一位置移动以减少对第二开口50的阻塞，并且在较高负载水平处使环70朝着第二位置移动以增加对第二开口50的阻塞。

图2f示意性地例示沿图2b中的线c-c取得的离心式压缩机22的示例性横截面。在图2c的实例中，第二开口50包括通过壁72的壁部分72a-h分离的多个弯曲槽50a-i。壁部分72a-h将壁45连接到壳体40的前部分88。开口48可以与通过连接部分分离的多个弯曲槽类似的方式构造，所述连接部分将带气门护罩45的两个部分45a-b彼此连接。

在本公开中，相同的附图标号在适当情况下表示相同元件，并且附图标号加上100或其倍数表示被理解成并入对应元件的相同特征和益处的修改后元件。

图3示意性地例示具有用于环170的另一个控制布置的示例性离心式压缩机122。在图3的实例中，环170驻留在入口腔室44和壁45的径向外侧，并且紧靠再循环通道52中的壁72的径向外侧76。环170能沿着壁72的径向外侧76在其中环170轴向地介于开口48、50之间的第一位置(图3中所示)与其中环170部分地或完全阻塞开口50的关闭位置之间轴向地移动。多个致动器90位于带气门护罩45中，并且沿着壁72的径向外侧76彼此沿圆周间隔开。在一个实例中，致动器中的每一个定位在同一轴向位置处，并且任选地，致动器90彼此均匀地沿圆周间隔开。

致动器90协同地工作来将力均匀地施加至环170，用于使环朝着前部分88或远离前部分88移动。控制器82操作性地连接到致动器90，用于基于一个或多个传感器84(未示出)，如图2a-b中所示的压力传感器84a-b和另外任选地速度传感器84c，控制所述致动器90的操作。致动器180被构造来使入口导流叶片58旋转。在图3的实例中，致动器180延伸穿过环170中的开口92。

图4a示意性地例示具有用于环270的另一个控制布置的示例性离心式压缩机222。在这个实例中，致动器190使与环270分离的环94旋转，以使环270轴向地移动。

图4b更详细地例示致动器190和环94的实例。致动器190可操作以使杆95延伸且缩回，所述杆95继而使环94绕纵向轴线a旋转。杆95沿着不平行于纵向轴线a的纵向轴线d延伸。环94包括多个凸轮表面，所述多个凸轮表面在图4b的实例中为倾斜的槽96，并且环270包括多个凸轮构件，所述多个凸轮构件在图4b的实例中包括各自位于凸轮槽96中的相应一个内的径向延伸凸轮随动销97。致动器190被构造来使环94绕纵向轴线a旋转，这使凸轮随动销97平移通过其相应凸轮槽96并且提供环270沿着纵向轴线a的轴向移动。

控制器82操作性地连接到致动器190，用于基于一个或多个传感器84(未示出)，如图2a-b中所示的压力传感器84a-b和另外任选地速度传感器84c，控制致动器190的操作。

在一个实例中，即使入口导流叶片58未机械地联接到环170，控制器82也被构造来在入口导流叶片58移动时使环170在第一位置与第二位置之间移动。

图5示意性地例示示例性离心式压缩机322壳体140，所述壳体140包括相对于开口50倾斜的开口148。开口148相对于中心纵向轴线a成θ1角度沿着线l1延伸，并且开口50相对于中心纵向轴线a成θ2角度沿着线l2延伸。在图5的实例中，线l1不平行于线l2，并且线l2朝着线l1径向向中心纵向轴线a外侧倾斜。在一个实例中，θ1为近似90°并且θ2为近似60°。尽管自图5省略环70，但是应理解，所述环70可包括在一个实例中。另外，倾斜线l1可包括在本文公开的其它实施方案中的任何实施方案中。

在一个实例中，利用在制冷循环中的制冷剂通过离心式压缩机322(或以上论述的其它压缩机中任何压缩机)压缩，为近似98-99％蒸汽和近似1-2％液体，并且具有比空气大近似5倍的密度。

尽管图1-5中所描绘的入口导流叶片是轴向入口导流叶片，但是环也可用来结合径向入口导流叶片选择性地限制再循环通道。图6a示意性地例示在径向入口导流叶片458处于打开位置中的情况下的示例性离心式压缩机422。流体被通过入口442抽吸到入口腔室444中，并且在处于打开位置中的入口导流叶片458之间传送到通道408中。径向入口导流叶片458基于环404的旋转沿着轴线402枢转。叶轮(图6a中未示出)绕平行于轴线402的纵向轴线a旋转。

图6b示意性地例示在径向入口导流叶片458处于关闭位置中的情况下的离心式压缩机422，其中从腔室444到入口408的流体流量更受限制。

图6c例示示例性离心式压缩机522，所述示例性离心式压缩机522包括径向入口导流叶片558a-b、再循环通道552，和背对背叶轮556a-b。叶轮556a抽吸流体穿过入口542a，进入入口腔室气室544a中，并经过径向入口导流叶片558a进入入口508a中。叶轮556b抽吸流体穿过入口542b，进入入口腔室544b中，并经过径向入口导流叶片558b进入入口508b中。通道508a包括在纵向轴线a周围彼此沿圆周间隔开的多个第一开口548，和在纵向轴线a周围彼此沿圆周间隔开的多个第二开口550。第一开口548和第二开口550界定用于将来自入口508b的流体循环回到入口腔室544a的一或多个再循环通道552。环570能旋转以选择性地阻塞第二开口550。致动器590提供环570的旋转。

图6d示意性地例示包括多个开口585的环570的实例。环能绕纵向轴线a在第一位置与第二位置之间旋转，这在图6d中示出。环570通过选择性地在第一位置中增加开口585与第二开口550的对准以增加再循环通道552中的流体流量，并且在第二位置中选择性地减少开口585与第二开口550的对准以限制再循环通道552中的流体流量充当快门。在图6d的示例性第二位置中，开口585与第二开口550未对准，从而提供对第二开口550的最大阻塞，和一个或多个再循环通道552中的最小流量。在第一位置(未示出)中，开口550与第二开口550至少部分对准。因而，环570在第二位置中比在第一位置中更多地阻塞第二开口550。

图7示意性地例示包括多个部分610a、610b的示例性离心式压缩机622，所述示例性离心式压缩机622将图6c的离心式压缩机522的方面(部分610a)与图2b的离心式压缩机22的方面(部分610b)组合。离心式压缩机622包括多个入口腔室44、544、多个再循环通道52、552，并且包括轴向入口导流叶片58和径向入口导流叶片558两者。环70能沿着纵向轴线a轴向地移动，以控制开口50的阻塞水平，并且环570能绕纵向轴线a旋转，以控制开口550的阻塞水平。

包括叶轮部分656a-b的叶轮656绕纵向轴线a旋转。叶轮部分656a被构造来通过入口542将流体抽吸到入口腔室544中，并且叶轮部分656b通过入口44将流体抽吸到入口腔室44中。相同的扩散通道60和收集器62由每个离心式压缩机部分610a-b使用。

图8示意性地例示操作离心式压缩机22的示例性方法300。使叶轮56在壳体40内绕纵向轴线a旋转以将流体抽吸到入口腔室44中(框302)。壳体40具有第一开口48和第二开口50，所述第一开口48和第二开口50界定与入口腔室44处于流体连通的再循环通道52。使来自入口腔室44的流体穿过再循环通道52并再循环回到入口腔室44中(框304)。使入口导流叶片58旋转(框306)。在入口导流叶片58的旋转期间使环70沿着纵向轴线a在第一位置(参见例如图2a)与第二位置(参见例如图2b)之间移动(框308)。环70在第二位置中比在第一位置中更多地阻塞第二开口50。通过测量电流、压力，或振动输入检测喘振。当在给定入口导流叶片位置处检测到喘振事件发生时，环70将被独立地移动以使压缩机以稳定方式操作。

本文论述的可变带气门护罩实施方案在部分压缩机负载下提供改进的稳定性和最小化的喘振条件而不强加通常在较高负载下与带气门护罩相关联的效率惩罚，因为在较高负载处，环70阻塞开口48、50中的一个并且防止否则将发生的再循环水平。通过将导流叶片58的移动连结到环70的移动，压缩机22能够在较低负载下避免喘振条件并且避免否则将在较高负载下由打开的再循环通道52提供的效率惩罚。

尽管已在制冷回路20的上下文中论述了离心式压缩机22，但是应理解，离心式压缩机22不限于制冷回路20，并且可用于其它应用如涡轮增压器或推进发动机。

另外，尽管离心式压缩机22在本文中被描绘并描述为具有单级设计中的单个叶轮56，但是应理解，可使用也绕同一纵向轴线a旋转的另外叶轮级。

另外，尽管图2a-b、3和4a描绘入口腔室44和再循环通道52中的特定一个内的环70、170、270，但是应理解，这些是非限制实例，并且环70、170、270在其它实施方案中可设置在入口腔室44和再循环通道52中的另一个中。同样地，在一个实施方案中，致动器90可位于再循环通道52中而非位于入口腔室44中。

示例性离心式压缩机包括壳体，所述壳体界定入口腔室并且包括第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口界定与入口腔室处于流体连通的再循环通道。叶轮设置在壳体内并且能绕纵向轴线旋转以将流体抽吸到入口腔室中。第一开口和第二开口沿着纵向轴线在不同轴向位置处。多个入口导流叶片是能旋转的，并且位于入口腔室中。离心式压缩机包括环和控制器，所述控制器用于在使入口导流叶片旋转时使环沿着纵向轴线在第一位置与第二位置之间移动。环在第二位置中比在第一位置中更多地阻塞第一开口和第二开口中的至少一个。

操作离心式压缩机的示例性方法包括使叶轮在压缩机壳体内绕纵向轴线旋转以将流体抽吸到入口腔室中。压缩机壳体包括第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口界定与入口腔室处于流体连通的再循环通道。使来自入口腔室的流体穿过再循环通道并再循环回到入口腔室中。使设置在入口腔室内的多个入口导流叶片旋转。在所述旋转期间使环沿着纵向轴线在第一位置与第二位置之间移动，其中环在第二位置中比在第一位置中更多地阻塞第一开口和第二开口中的至少一个。

示例性离心式压缩机322包括壳体140，所述壳体140界定入口腔室44并且包括第一开口148和第二开口50，所述第一开口148和第二开口50界定与入口腔室44处于流体连通中再循环通道52。壳体140内的叶轮56能绕纵向轴线a旋转以将制冷剂抽吸到入口腔室44中。第一开口148和第二开口50在沿着纵向轴线a的不同轴向位置处。

尽管已公开了本发明的示例性实施方案，但是本领域的一般技术人员将认识到，某些修改方案将归入本公开的范围内。由于这个原因，应研习以下权利要求书来确定本公开的范围和内容。