涡轮压缩机及使用该涡轮压缩机的涡轮制冷机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具备开放型叶轮且旋转轴被磁性轴承支承的涡轮压缩机及使用该涡轮压缩机的涡轮制冷机。
【背景技术】
[0002]在涡轮制冷机中适用的涡轮压缩机中，一直以来已知通过磁性轴承支承旋转轴的涡轮压缩机。专利文献I中公开有如下涡轮压缩机:通过径向磁性轴承及推力磁性轴承支承旋转轴，并且在旋转轴上设置平衡活塞，使导入到其活塞室的高压增加或减少，由此减小作用于推力磁性轴承的推力，并使推力磁性轴承小型化。并且，专利文献2中公开有如下涡轮压缩机:当供给至推力磁性轴承的电流值达到与容许最大负载对应的电流值时缩小入口翼片开度。
[0003]并且，专利文献3中公开有如下涡轮压缩机:设置使由第I级叶轮压缩的制冷剂气体的一部分以马达的冷却用途旁通而冷却马达之后使其返回到第2级叶轮的吸入侧的旁通回路，利用该制冷剂气体的压力差，减轻作用于推力磁性轴承的推力。专利文献4中公开有如下涡轮压缩机:在叶轮的背面设置推力方向位移传感器，利用该传感器检测旋转轴的推力方向的位移，根据其输出信号控制推力磁性轴承的吸引力。
[0004]以往技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利第2755714号公报
[0007]专利文献2:日本专利第2809346号公报
[0008]专利文献3:日本专利公开平5-223090号公报
[0009]专利文献4:日本专利公开平7-83193号公报
[0010]发明的概要
[0011]发明要解决的技术课题
[0012]在具备护罩设置于壳体侧的开放型叶轮的涡轮压缩机中，由磁性轴承支承旋转轴时，与滚动轴承或滑动轴承相比，轴承刚性较低，轴承间隙(最大运转间隙)较大，因此通过加大叶轮与护罩之间的间隙或密封间隙，避免因叶轮与护罩的接触而使顶隙扩大从而性能下降或成为损伤起点的风险。尤其，若轴承刚性较低，则如压缩机的启动、停止时或负载变动时那样轴承荷载骤变时，旋转轴的变动量变大，因叶轮与护罩的接触而使顶隙扩大从而性能下降或损伤风险加大，因此具有估计上述情况而预先加大上述间隙的倾向。
[0013]另一方面，涡轮压缩机中，为了实现减少耗能并提高效率来提高性能，需要缩小上述间隙来减少气体泄漏。为了应对和这种叶轮与护罩之间的间隙有关的相反的问题，避免叶轮与护罩的接触的同时，如何使该间隙最小化成为了课题。
【发明内容】
[0014]本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种具备开放型叶轮的涡轮压缩机及使用该涡轮压缩机的涡轮制冷机，所述涡轮压缩机在运行时使护罩与叶轮之间的间隙最小化，并实现效率的提高及不使叶轮与护罩发生接触的安全运行区域的扩大。
[0015]用于解决技术课题的手段
[0016]为了解决上述课题，本发明的涡轮压缩机及使用该涡轮压缩机的涡轮制冷机采用以下方法。
[0017]本发明的第I方式为涡轮压缩机，其具备护罩设置于壳体侧的开放型叶轮，且旋转轴被径向磁性轴承及推力磁性轴承支承，其中，所述涡轮压缩机具备控制部，所述控制部包括:荷载计算机构，计算因压缩机的压力分布而产生的轴向推力荷载；及轴向支承位置控制机构，根据该轴向推力荷载改变由所述推力磁性轴承支承所述旋转轴的轴向支承位置，并将所述叶轮与所述护罩之间的间隙控制成目标间隙。
[0018]根据该结构，根据压缩机的吸入、吐出等的压力或温度的计量值，通过荷载计算机构计算因根据运行状态发生变化的压缩机的压力分布而产生的轴向推力荷载，并根据该值调节通过轴向支承位置控制机构分配供给至推力磁性轴承的电流值，由此改变由推力磁性轴承支承旋转轴的轴向支承位置，并将叶轮与护罩之间的间隙控制成目标间隙，由此，能够将两者之间的间隙控制成能够避免彼此的接触而运行的最小间隙。因此，通过使叶轮与护罩之间的间隙最小化，并减少从该间隙的压缩气体泄漏来提高压缩效率，由此能够提高涡轮压缩机的性能，并且能够扩大安全运行区域。
[0019]并且，第I方式中，所述轴向支承位置控制机构可以具备如下功能:当检测到所述轴向推力荷载骤变的运行条件时，将由所述推力磁性轴承支承所述旋转轴的轴向支承位置校正控制成所述叶轮与所述护罩之间的间隙相对于彼此的接触而言成为比所述目标间隙更大的间隙的位置。
[0020]根据该结构，当通过轴向支承位置控制机构检测到如轴向推力荷载骤变的瞬态运行条件时，能够将叶轮与护罩之间的间隙校正为比能够避免彼此的接触而运行的最小间隙即目标间隙更大的间隙来进行运行。因此，在压缩机瞬态运行时，优先避免叶轮与护罩的接触而运行涡轮压缩机，从而能够降低由接触引起的性能下降或损伤风险来扩大安全运行区域。
[0021]另外，第I方式中，所述控制部可以具备第I校正机构，在检测所述旋转轴的轴向位置的机构设置于远离压缩部的位置时，所述第I校正机构检测所需部位的温度，并根据由所述旋转轴的热膨胀引起的轴长变化量和设定所述护罩与所述叶轮之间的相对位置关系的所述壳体的轴向变化量，运算所述叶轮与所述护罩之间的间隙的变化量，据此校正轴向支承位置。
[0022]根据该结构，当检测旋转轴的轴向位置的机构例如设为设置于旋转轴的与压缩机相反一侧的端部的推力盘与推力磁性轴承之间的间隙传感器时，旋转轴及壳体的热膨胀会对叶轮与护罩之间的间隙控制带来影响，但通过第I校正机构，能够检测旋转轴的温度或支承旋转轴的轴承、壳体等的所需部位的温度来运算旋转轴的轴长变化量，据此校正旋转轴的轴向支承位置。因此，与旋转轴的轴向位置检测机构的设置位置无关地，能够适当地控制叶轮与护罩之间的间隙，从而能够确保关于检测机构的设置位置的自由度。
[0023]另外，第I方式中，所述控制部可以具备第2校正机构，所述第2校正机构检测负载的变动和/或冷却水温度的变动来运算所述轴向推力荷载、或者根据预先设定的相关函数来校正所述旋转轴的轴向支承位置。
[0024]根据该结构，检测轴向推力荷载骤变的直接原因即负载的变动(制冷机时为冷水入口温度的变动)和/或冷却水温度的变动来运算轴向推力荷载、或者根据预先设定的相关函数并通过第2校正机构校正旋转轴的轴向支承位置，从而能够将叶轮与护罩之间的间隙设为比能够避免彼此的接触而运行的最小间隙即目标间隙更大的间隙。因此，能够将叶轮与护罩之间的间隙迅速控制成比目标间隙更大的间隙，从而能够可靠地避免叶轮与护罩的接触来进行安全运行。
[0025]并且，第I方式中，所述控制部可以具备第3校正机构，所述第3校正机构利用压缩机的入口翼片开度的控制量的变化和/或所述叶轮的转速控制量的变化来校正所述旋转轴的轴向支承位置。
[0026]根据该结构，压缩机的入口翼片开度或叶轮的转速(等于压缩机的转速)随着负载的变动或冷却水温度的变动而发生变化，但能够利用该控制量的变化并通过第3校正机构校正旋转轴的轴向支承位置，并将叶轮与护罩之间的间隙控制成比能够避免彼此的接触的最小间隙更大的间隙。此时，控制量发生变化的同时，施加在轴向位置移动的荷载，因此能够以无时间延迟的状态校正旋转轴的轴向支承位置。因此，能够迅速将叶轮与护罩之间的间隙控制成比相对于彼此接触的最小间隙更大的间隙，从而能够可靠地避免叶轮与护罩的接触来进行安全运行。
[0027]另外，第I方式中，所述涡轮压缩机中，可以除了将检测所述旋转轴的轴向支承位置的间隙传感器设置于靠近所述旋转轴和/或所述推力磁性轴承的位置以外，在所述叶轮背面的外径侧位置设置从该背面侧检测轴向位置的第2间隙传感器，并且具备利用其检测信号校正所述旋转轴的轴向支承位置的第4校正机构。
[0028]根据该结构，通过第2间隙传感器检测由高速旋转时的离心力引起的叶轮的变形及由气体力引起的变形，据此，通过第4校正机构校正旋转轴的轴向支承位置，由此能够将叶轮的外径侧的间隙控制成适当的间隙。S卩，由于叶轮的外径侧间隙的扩大对性能下降或耗能增加带来的影响较大，另一方面，由高速旋转时的离心力引起的变形及由气体力引起的变形也较大，因此将叶轮的外径侧间隙设为适当的间隙在抑制压缩机的性能下降或耗能增加的方面有益，由此，使叶轮与护罩之间的间隙最小化，并减少从该间隙的气体泄漏来提尚效率，从而能够实现祸轮压缩机的性能的提尚。
[0029]本发明的第2方式为涡轮制冷机，其由涡轮压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器构成，其中，所述涡轮压缩机为上述中的任意一个涡轮压缩机。
[0030]根据该结构，由于由涡轮压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器构成的涡轮制冷机的涡轮压缩机为上述中的任意一个涡轮压缩机，因此通过搭载高效率化的压缩机，能够实现作为涡轮制冷机的能力的提高或COP的提高、不发生叶轮与护罩的接触的安全运行区域的扩大等，因此能够使涡轮制冷机进一步高性能化。
[0031]发明效果
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