涡轮压缩系统的制作方法
【专利摘要】公开了一种涡轮压缩系统，包括：第一叶轮，其具有第一入口和第一出口，通过旋转运动压缩经由第一入口流入的流体并接着经由第一出口排出；第二叶轮，其具有第二入口和第二出口，通过旋转运动压缩经由第二入口流入的流体并接着经由第二出口排出；第二排出流路径，该第二排出流路径与第二出口连接；第一排出流路径，该第一排出流路径连通第二排出流路径与第一出口；第一阀门，该第一阀门设置在第一排出流路径处并且控制流体的流动；第二吸入流路径，该第二吸入流路径与第二入口连接并且选择性地使流体流到第二叶轮中；第二阀门，该第二阀门设置在第二吸入流路径的一端；以及压缩流路径，该压缩流路径在压缩流路径的一端与第一阀门连接并且在压缩流路径的另一端与第二吸入流路径连接，其中提供的涡轮压缩系统具有多个设计点，也就是说，两级涡轮压缩系统和单级双吸入涡轮压缩系统的特性，并且可选择性地转换设计点。
【专利说明】涡轮压缩系统
【技术领域】
[0001]本公开涉及涡轮压缩系统，具体地说，具有多个设计点的涡轮压缩系统；两级涡轮压缩系统和单级双吸入涡轮压缩系统的特性被选择性地转换。
【背景技术】
[0002]这个部分提供与本公开有关的背景信息，不一定是现有技术。
[0003]涡轮压缩系统是通过安装在涡轮压缩机内部的叶轮的旋转来吸入、压缩以及排出诸如制冷剂的流体或气体的系统。一般来说，涡轮压缩系统的特征在于，排出压力相对较闻。
[0004]为了相对较高的排出压力，叶轮的高速旋转由与恒速马达相连接的增速齿轮(multiplying gear)来实现。然而，由于轴承和逆变器(invertor)的技术进步，叶轮已经直接与马达连接。
[0005]另一方面，韩国专利N0.0273433公开了一种具有两个压缩装置的涡轮压缩系统，其通过启用流入马达的制冷剂的循环而有效地提高了马达的冷却效率，而韩国专利N0.0304562公开了一种容易加工和组装径向支承装置的涡轮压缩系统。
[0006]然而，常规涡轮压缩系统被设计成利用一个设计点(design point)来操作，即，在一个指定流速和一个指定压力下实现最佳效率和高的压缩比。
[0007]因此，常规涡轮压缩系统具有的问题在于，与利用该一个设计点相比，在低的压缩比下最大流速变得比具有两个压缩装置的单级双吸入涡轮压缩系统的最大流速小。
【发明内容】
[0008]发明目的
[0009]本公开的一个目的是提供一种具有两个压缩装置的涡轮压缩系统，其允许在用于高压的两级涡轮压缩系统的一个设计点与用于低压的单级吸入口涡轮压缩系统的另一设计点之间选择性转换。
[0010]技术方案
[0011]为了实现该目的，根据本公开的涡轮压缩系统的一方面包括:第一叶轮，该第一叶轮具有第一入口和第一出口，通过旋转运动压缩经由第一入口流入的流体并接着经由第一出口排出；第二叶轮，该第二叶轮具有第二入口和第二出口，通过旋转运动压缩经由第二入口流入的流体并接着经由第二出口排出；第二排出流路径，该第二排出流路径与第二出口连接；第一排出流路径，该第一排出流路径连通第二排出流路径与第一出口 ；第一阀门，该第一阀门设置在第一排出流路径处并且控制流体的流动；第二吸入流路径，该第二吸入流路径与第二入口连接并且选择性地使流体流到第二叶轮中；第二阀门，该第二阀门设置在第二吸入流路径的一端；以及压缩流路径，该压缩流路径在压缩流路径的一端与第一阀门连接并且在压缩流路径的另一端与第二吸入流路径连接。
[0012]涡轮压缩系统还可以包括马达，该马达具有设置在马达的一侧和另一侧处的两个旋转轴，并且分别与第一叶轮和第二叶轮联接。
[0013]第一阀门可以选择性地在两级压缩路径与单级压缩路径之间转换，在两级压缩路径中，流入第一入口的流体依次经过第一叶轮和第二叶轮而被压缩并排出，在单级压缩路径中，流出第一出口和第二出口的流体被合并并排出。
[0014]第二阀门可以在流体被控制成沿着两级压缩路径流动的情况下被关闭，并且第二阀门可以在流体被控制成沿着单级压缩路径流动的情况下被打开。
[0015]第一阀门可以通过选择性地打开或关闭来控制以作为两级涡轮压缩系统或单级涡轮压缩系统操作。
[0016]第一叶轮和第二叶轮可以具有尺寸相同的直径。
[0017]涡轮压缩系统可以还包括第一马达，该第一马达连接至第一叶轮并使第一叶轮旋转；和第二马达，该第二马达与第一马达分开设置，并且连接至第二叶轮并使第二叶轮旋转。
[0018]第一阀门可以被设置成三通阀，其将第二排出流路径或者压缩流路径与第一排出流路径连通，并且第二阀门设置成距第二入口比距压缩流路径与第二吸入流路径合并的位置的距离远，并且被设置成将第二吸入流路径打开和关闭的电磁阀。
[0019]第一阀门可以被设置成三通阀，其将第二排出流路径或者压缩流路径与第一排出流路径连通，并且第二阀门被设置在压缩流路径和第二吸入流路径的接合点处，并且还被设置成将第二吸入流路径与压缩流路径连通的三通阀。
[0020]根据本公开的涡轮压缩系统的另一方面包括:第一叶轮，该第一叶轮具有第一入口和第一出口，通过旋转运动压缩经由第一入口流入的流体并接着经由第一出口排出；第一马达，该第一马达驱动第一叶轮旋转；第二叶轮，该第二叶轮具有第二入口和第二出口，通过旋转运动压缩经由第二入口流入的流体并接着经由第二出口排出；第二马达，该第二马达与第一马达分开设置并驱动第二叶轮旋转；第一排出流路径，该第一排出流路径设置成连接到第一出口 ；第二排出流路径，该第二排出流路径与排出流路径分开，设置成连接到第二出口 ；第一阀门，该第一阀门设置在第一排出流路径的端部处；第一压缩流路径，该第一压缩流路径将第一阀门与第二排出流路径连通；第二压缩流路径，该第二压缩流路径经过第一阀门与第一排出流路径连接；第二阀门，该第二阀门设置在第二排出流路径的端部处；第二吸入流路径，该第二吸入流路径将第二阀门与第二入口连通；以及吸入流路径，该吸入流路径与吸入流路径分开设置，与第二阀门连接，并且选择性地与第二流入路径连通。
[0021]第一阀门可以选择性地在两级压缩路径与单级压缩流路径之间转换，在两级压缩路径中，流入第一入口的流体依次经过第一叶轮和第二叶轮被压缩并排出，在单级压缩流路径中，流出第一出口和第二出口的流体被合并并排出。
[0022]在流体被控制成沿着两级压缩路径流动的情况下，第二阀门可以被控制成将第二吸入流路径与第二压缩流路径连通，而在流体被控制成沿着单级压缩路径流动的情况下，第二阀门可以被控制成将第二吸入流路径与流入路径连通。
[0023]第一阀门和第二阀门被设置成三通阀。
[0024]有益效果
[0025]根据本公开的涡轮压缩系统的一方面可以具有这样的优点，即，增加最大流速以使能够以等效容量在两级涡轮压缩系统上的低压区操作。
[0026]而且，根据本公开的涡轮压缩系统的一方面可以具有这样的优点，S卩，通过在两级涡轮压缩系统的设计点下操作根据本公开的涡轮压缩系统的一方面而增加操作范围，以使能够在低压区以最小流速操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是示意性地示出根据本公开第一实施方式的涡轮压缩系统的图。
[0028]图2是示出图1的涡轮压缩系统的操作状况的图，其在两级涡轮压缩系统的针对高压的设计点(D2)操作。
[0029]图3是示出图1的涡轮压缩系统的操作状况的图，其在单级双吸入涡轮压缩系统的针对低压的设计点(Dl)操作。
[0030]图4是示出图1的涡轮压缩系统的在设计点(Dl、D2)的压力(P)-流速(Q)图的图。
[0031]图5是示意性地示出根据本公开第二实施方式的涡轮压缩系统的图。
[0032]图6是示出图5的涡轮压缩系统的操作状况的图，其在两级涡轮压缩系统的针对高压的设计点(D2)操作。
[0033]图7是示出图5的涡轮压缩系统的操作状况的图，其在单级双吸入涡轮压缩系统的针对低压的设计点(Dl)操作。
【具体实施方式】
[0034]下面，参照附图，对根据本公开的涡轮压缩系统的不同实施方式进行详细描述。
[0035]然而，为清楚理解下面公开的技术构思，在有限的实施方式中，通过示例的方式进行了描述。其不限于此，而是可应用于可以被具有属于下面所公开技术构思的领域的常规知识的人员预先推断的实施方式。
[0036]而且，在本说明书或权利要求书中使用的术语是为便于描述而选择的概念。在抓住含义情况下；它们不限于词典含义，而是针对本公开的技术概念进行适当解释。
[0037]首先，对根据本公开第一实施方式的涡轮压缩系统进行描述。
[0038]图1是示意性地示出根据本公开第一实施方式的涡轮压缩系统的图，图2是示出图1的涡轮压缩系统的操作状况的图，其在两级涡轮压缩系统的针对高压的设计点(D2)下操作，而图3是示出图1的涡轮压缩系统的操作状况的图，其在单级双吸入涡轮压缩系统的针对低压的设计点(Dl)操作。
[0039]参照图1至图3，根据本公开第一实施方式的涡轮压缩系统100包括:第一叶轮120，其在其出口处与第一排出流路径121连接，第一排出流路径121利用第一阀门(130)连接至第二排出流路径170 ;第二叶轮160，连接至第二吸入流路径151，其中，流体通过第二阀门150流入，并且在第二叶轮160的出口处与第二排出流路径170连接；驱动第一叶轮120和第二叶轮160的马达110，以及压缩流路径141，其一端连接至第一阀门130，并且另一端在第二阀门150的下游处耦接至第二吸入流路径151。
[0040]希望第一阀门130设置有三通阀，而希望第二阀门150设置有电磁阀。
[0041]第一阀门130和第二阀门150被设置成能够控制它们的通/断动作。由此，可以选择在两级涡轮压缩系统的针对高压的设计点(D2)操作，或者在单级双吸入涡轮压缩系统的针对低压的设计点(D1)操作。稍后，参照图4，对其进行详细描述。
[0042]根据上述结构，因为吸入流体或排出流体可以通过适当地操作第一阀门130和第二阀门150来控制，所以根据本公开第一实施方式的涡轮压缩系统100可以选择性地实现低压下的单级双吸入涡轮压缩系统、在高压下以最大流速排出的两级涡轮压缩系统，以及在低压下以最小流速排出的两级涡轮压缩系统之一。
[0043]具体来说，如图2所示，对于第二阀门150关闭而第一阀门130被控制以将第一排出流路径121与压缩流路径141连接的情况，根据本实施方式的涡轮压缩系统100作为两级涡轮压缩系统操作，其可以在高压下以最大流速排出或在低压下以最小流速排出。
[0044]在这种情况下，在经由第一吸入流路径(i)流入第一叶轮120的流体首先被第一叶轮120压缩(第一级压缩)之后，其被第二叶轮160 二次压缩(第二级压缩)，其中，该流体依次流过第一排出流路径121、第一阀门130、压缩流路径141以及第二吸入流路径151。
[0045]另一方面，如图3所不,对于第二阀门150打开而第一阀门130被控制以将第一排出流路径121与第二排出流路径170连接并且关闭压缩流路径141的情况，根据本实施方式的涡轮压缩系统100作为单级双吸入涡轮压缩系统操作，其可以在设计点(D1)的低压下以设计点(D1)的流速排出。
[0046]在这种情况下，经由第一吸入流路径(i)流入第一叶轮120的流体被第一叶轮120压缩(单级压缩)，并接着经由第二排出流路径170排出，而经由第二阀门150流入第二叶轮160的流体被第二叶轮160压缩(单级压缩)，并接着经由第二排出流路径170排出。
[0047]另外，对于在低压区需要较小最小流速的情况，通过在两级涡轮压缩系统的设计点(D2)操作根据本实施方式的涡轮压缩系统来增加能够在低压区以该最小流速操作的操作范围。
[0048]详细地说，参照图4，对其描述如下。
[0049]图4是示出图1的涡轮压缩系统的在设计点(Dl、D2)的压力(P)_流速(Q)图的图。
[0050]参照图4，根据本实施方式的涡轮压缩系统100通过适当地控制阀门130和150的操作，可以选择性地实现在设计点D2操作的两级涡轮压缩系统(其在高压下以最大流速排出或者在低压下以最小流速排出)、在设计点D1操作的单级双吸入涡轮压缩系统之一。
[0051]即，根据本实施方式的涡轮压缩系统100可以具有两级涡轮压缩系统和单级双吸入涡轮压缩系统这两者的特性，因此，可以增加能够在低压区以最小流速操作的操作范围。
[0052]在根据本实施方式的涡轮压缩系统100中，希望由单个马达驱动的第一叶轮120和第二叶轮160具有尺寸相同的直径，以在相同的马达转速下具有相同压缩比。
[0053]然而，对于使用两个马达来驱动叶轮120和160的情况来说，叶轮120和160可以具有尺寸相同的直径或者尺寸不同的直径。这是因为，在利用单独的马达时，可以通过单独控制马达而想要尽可能多地控制压缩比。
[0054]下面，对根据本公开第二实施方式的涡轮压缩系统进行描述。
[0055]发明模式
[0056]图5是示意性地示出根据本公开第二实施方式的涡轮压缩系统的图，图6是示出图5的涡轮压缩系统的操作状况的图，其在两级涡轮压缩系统的针对高压的设计点(D2)操作，而图7是示出图5的涡轮压缩系统的操作状况的图，其在单级双吸入涡轮压缩系统的针对低压的设计点(Dl)操作。
[0057]参照图5至图7，根据该实施方式的涡轮压缩系统200包括第一叶轮220，其在其出口处连接至第一排出流路径232，并且依次经过第一阀门230和第一压缩流路径231而与第二排出流路径270连通；驱动第一叶轮220的第一马达210 ;第二叶轮260，其在其出口处连接至第二排出流路径270，而在其入口处连接至具有第二阀门240的第二吸入路程243，该第二阀门240选择性地关闭在第一阀门230从第二排出流路径270分支的第二压缩流路径241和用于被压缩的流体从外部流入的吸入流路径243中的一个；以及驱动第二叶轮260的第二马达250。
[0058]希望第一阀门230和第二阀门240也设置有三通阀。
[0059]根据该实施方式的涡轮压缩系统200可以作为两级涡轮压缩系统操作，其可以在高压下以最大流速排出或在低压下以最小流速排出。
[0060]针对该操作，第一阀门230被控制成连接至第二压缩流路径241，而第二阀门240被控制成关闭以防止通过吸入流路径流入流体，并且还被控制成将经过第一阀门230的流体输送到第二叶轮260中。
[0061]在这种情况下，在经由第一吸入流路径221流入第一叶轮120的流体首先被第一叶轮220压缩(第一级压缩)之后，其被第二叶轮260 二次压缩(第二级压缩)，其中，该流体流过第二压缩流路径241，接着该流体通过第二排出流路径270排出。
[0062]另一方面，根据本实施方式的涡轮压缩系统100可以作为单级双吸入涡轮压缩系统操作，其可以在设计点(Dl)的低压下以设计点(Dl)的流速排出。
[0063]针对该操作，第一阀门230打开以与第一压缩流路径231连通，并且第二阀门240被控制将吸入流路径241与第二吸入流路径243连通以允许流体从外侧流入。
[0064]在这种情况下，经由第一吸入流路径221流入第一叶轮120的流体被第一叶轮220压缩(单级压缩)，并接着经由第二排出流路径270排出，而经由第二阀门250流入第二叶轮260的流体被第二叶轮260压缩(单级压缩)，并接着经由第二排出流路径270排出。
【权利要求】
1.一种涡轮压缩系统，该涡轮压缩系统包括: 第一叶轮，该第一叶轮具有第一入口和第一出口，通过旋转运动压缩经由所述第一入口流入的流体并接着经由所述第一出口排出； 第二叶轮，该第二叶轮具有第二入口和第二出口，通过旋转运动压缩经由所述第二入口流入的流体并接着经由所述第二出口排出； 第二排出流路径，该第二排出流路径与所述第二出口连接； 第一排出流路径，该第一排出流路径连通所述第二排出流路径与所述第一出口 ； 第一阀门，该第一阀门设置在所述第一排出流路径处并且控制所述流体的流动； 第二吸入流路径，该第二吸入流路径与所述第二入口连接并且选择性地使所述流体流到所述第二叶轮中； 第二阀门，该第二阀门设置在所述第二吸入流路径的一端；以及压缩流路径，该压缩流路径在所述压缩流路径的一端与所述第一阀门连接并且在所述压缩流路径的另一端与所述第二吸入流路径连接。
2.根据权利要求1所述的涡轮压缩系统，所述涡轮压缩系统还包括: 马达，该马达具有两个旋转轴，所述两个旋转轴设置在所述马达的一侧和另一侧处，并且分别与所述第一叶轮和所述第二叶轮联接。
3.根据权利要求1所述的涡轮压缩系统，其中，所述第一阀门选择性地在两级压缩路径与单级压缩路径之间转换，在所述两级压缩路径中，流入所述第一入口的流体依次经过所述第一叶轮和所述第二叶轮被压缩并排出，在所述单级压缩路径中，流出所述第一出口和所述第二出口的流体被合并并排出。
4.根据权利要求3所述的涡轮压缩系统，其中，在流体被控制成沿着所述两级压缩路径流动的情况下所述第二阀门被关闭，并且在流体被控制成沿着所述单级压缩路径流动的情况下所述第二阀门被打开。
5.根据权利要求3所述的涡轮压缩系统，其中，所述第一阀门通过选择性地打开或关闭来控制以作为两级涡轮压缩系统或单级涡轮压缩系统操作。
6.根据权利要求1所述的涡轮压缩系统，其中，所述第一叶轮和所述第二叶轮具有尺寸相同的直径。
7.根据权利要求1所述的涡轮压缩系统，所述涡轮压缩系统还包括: 第一马达，该第一马达连接至所述第一叶轮并使所述第一叶轮旋转；和 第二马达，该第二马达与所述第一马达分开设置，并且连接至所述第二叶轮并使所述第二叶轮旋转。
8.根据权利要求3所述的涡轮压缩系统，其中， 所述第一阀门被设置成三通阀，其将所述第二排出流路径或者所述压缩流路径与所述第一排出流路径连通，并且 所述第二阀门设置成距所述第二入口比距所述压缩流路径与所述第二吸入流路径合并的位置的距离远，并且被设置成将所述第二吸入流路径打开和关闭的电磁阀。
9.根据权利要求3所述的涡轮压缩系统，其中， 所述第一阀门被设置成三通阀，其将所述第二排出流路径或者所述压缩流路径与所述第一排出流路径连通，并且 所述第二阀门被设置在压缩流路径和所述第二吸入流路径的接合点处，并且还被设置成将所述第二吸入流路径与所述压缩流路径连通的三通阀。
10.一种涡轮压缩系统，该涡轮压缩系统包括: 第一叶轮，该第一叶轮具有第一入口和第一出口，通过旋转运动压缩经由所述第一入口流入的流体并接着经由所述第一出口排出； 第一马达，该第一马达驱动所述第一叶轮旋转； 第二叶轮，该第二叶轮具有第二入口和第二出口，通过旋转运动压缩经由所述第二入口流入的流体并接着经由所述第二出口排出； 第二马达，该第二马达与所述第一马达分开设置并驱动所述第二叶轮旋转； 第一排出流路径，该第一排出流路径设置成连接到所述第一出口 ； 第二排出流路径，该第二排出流路径与所述排出流路径分开，设置成连接到所述第二出口 ； 第一阀门，该第一阀门设置在所述第一排出流路径的端部处； 第一压缩流路径，该第一压缩流路径将所述第一阀门与所述第二排出流路径连通； 第二压缩流路径，该第二压缩流路径经过所述第一阀门与所述第一排出流路径连接； 第二阀门，该第二阀门设置在所述第二排出流路径的端部处； 第二吸入流路径，该第二吸入流路径将所述第二阀门与所述第二入口连通；以及吸入流路径，该吸入流路径与所述吸入流路径分开设置，与所述第二阀门连接，并且选择性地与所述第二吸入流路径连通。
11.根据权利要求10所述的涡轮压缩系统，其中，所述第一阀门选择性地在两级压缩路径与单级压缩流路径之间转换，在所述两级压缩路径中，流入所述第一入口的流体依次经过所述第一叶轮和所述第二叶轮被压缩并排出，在所述单级压缩流路径中，流出所述第一出口和所述第二出口的流体被合并并排出。
12.根据权利要求11所述的涡轮压缩系统，其中，在流体被控制成沿着所述两级压缩路径流动的情况下，所述第二阀门被控制成将所述第二吸入流路径与所述第二压缩流路径连通，而在流体被控制成沿着所述单级压缩路径流动的情况下，所述第二阀门被控制成将所述第二吸入流路径与吸入流路径连通。
13.根据权利要求10所述的涡轮压缩系统，其中，所述第一阀门和所述第二阀门被设置成三通阀。
【文档编号】F04D19/04GK104364530SQ201380028423
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】李宪锡 申请人:韩国Turbo机械株式会社