1.本发明属于压缩机技术领域，涉及一种具有可变扩压系统的离心式压缩机及其操作方法，还涉及一种使用该离心式压缩机的换热器系统。
背景技术：
2.作为蒸气压缩循环的一部分，换热器系统经常采用离心式压缩机来压缩流体。离心式压缩机包括压缩的流体流动通过的扩压器。这种离心式压缩机扩压器在各种操作负荷下显示出某些问题。例如，当部分负荷条件生效时，离心式压缩机扩压器可以是嘈杂的且具有高振动矩。另一方面，当满负荷条件生效时，离心式压缩机扩压器可能由于具有窄工作范围而相对低效。另外，离心式压缩机及其驱动系统可以是复杂的。
技术实现要素：
3.按照本公开的一方面，提供一种离心式压缩机，其包括：叶轮，其用于抽吸待压缩的流体；扩压器，其设置在所述叶轮下游并具有相应的扩压器框架，其中，所述扩压器框架至少限定通道，所述流体从所述叶轮流动通过所述通道；以及可变扩压系统；其中，所述可变扩压系统包括：可动体，其设置在所述通道中；以及电磁致动装置，其采用电磁驱动方式控制所述可动体在所述通道中移动。
4.根据附加或替代实施方案，所述电磁致动装置包括：电磁驱动执行组件，其用于产生可控的磁场以驱动所述可动体朝向至少部分地阻塞所述通道的目标位置而移动；位置传感器，其用于感测所述可动体相对所述通道的位置信息；以及控制器；其中，所述位置传感器将感测到的所述位置信息反馈至所述控制器，所述控制器至少基于所述位置信息控制施加在所述电磁驱动执行组件上的电信号。
5.根据附加或替代实施方案，所述电磁致动装置还包括：功率放大器，其用于对所述控制器输出的控制信号进行放大以输出施加在所述电磁驱动执行组件上的电信号。
6.根据附加或替代实施方案，所述电磁驱动执行组件包括：第一电磁驱动执行组件和第二电磁驱动执行组件，并且第一电磁驱动执行组件和第二电磁驱动执行组件分别相对地布置在所述可动体的两侧；其中，所述控制器至少基于所述位置信息分别控制施加在所述第一电磁驱动执行组件上的第一电信号和施加在所述第二电磁驱动执行组件上的第二电信号以使所述可动体趋于移动至所述目标位置。
7.根据附加或替代实施方案，所述可变扩压系统还包括弹性部件，并且所述弹性部件和所述电磁驱动执行组件分别相对地布置在所述可动体的两侧；其中，所述弹性部件的一端作用在所述可动体上并向其施加弹性力，并且所述控制器至少基于所述位置信息控制施加在所述电磁驱动执行组件上的电信号使所述可动体克服所述弹性力而趋于移动至所述目标位置。
8.根据附加或替代实施方案，所述控制器还被配置为：基于所述位置信息确定所述可动体已经处于所述目标位置，以及控制施加在所述电磁驱动执行组件上的电信号以使所述可动体稳定在所述目标位置。
9.根据附加或替代实施方案，所述目标位置由所述控制器根据所述离心式压缩机的负荷条件确定。
10.根据附加或替代实施方案，所述可动体包括环状的磁性部件。
11.根据附加或替代实施方案，所述电磁致动装置采用电磁驱动方式控制所述可动体相对所述通道无级或有级地移动以使所述扩压器提供无级可变或有级可变的扩压能力。
12.按照本公开的又一方面，提供一种操作以上所述的离心式压缩机的方法，其包括步骤：确定所述离心式压缩机的负荷条件；根据所述负荷条件确定所述可动体在所述通道中的目标位置；和通过控制施加在电磁致动装置上的电信号来控制由所述电磁致动装置向所述可动体施加的力，使得所述可动体朝向所述目标位置而移动；其中所述目标位置为至少部分地阻塞所述通道的位置。
13.根据以下描述和附图本发明的以上特征、操作和优点将变得更加明显。
附图说明
14.从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
15.图1是按照本发明一实施例的离心式压缩机的局部剖面结构示意图。
16.图2是在图1所示实施例的离心式压缩机中布置的电磁致动装置的基本结构示意图。
17.图3是按照本发明又一实施例的离心式压缩机的局部剖面结构示意图。
18.图4是在图3所示实施例的离心式压缩机中布置的电磁致动装置的基本结构示意图。
19.图5是本发明一实施例的离心式压缩机的操作方法流程图。
具体实施方式
20.在本说明书中提到或者可能提到的例如上、下、左、右、前、后等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
21.如将在下面描述的那样，以下实施例中提供了一种具有可变扩压功能的离心式压
缩机，其被配置来使用电磁驱动方式控制扩压通道中的可动体相对扩压通道移动，以提供可变的扩压能力。
22.参考图1和图2，离心式压缩机10可以围绕其横向轴线旋转而因此压缩流体。压缩机10包括叶轮11，叶轮11可以用于抽吸待压缩的流体（例如制冷剂气体等）。离心式压缩机10还可以包括扩压器13和蜗壳15，扩压器13位于叶轮11和蜗壳15之间；蜗壳15布置在相对于叶轮11的径向向外侧上，是用于收集经压缩和扩压的流体的区域；叶轮11绕压缩机10的横向轴线旋转以将流体抽吸到压缩机中，流体离开叶轮11后，先通过扩压器13，再进入到蜗壳15内；其中，扩压器13通过逐渐减慢或扩压流体速度将流动通过它的流体的动能（即高速度）转换成压力，从而可以对压缩流体进行增压；压缩流体可以在蜗壳15内进一步增压。扩压器13可以是无叶式的、有叶式的或其交替组合。
23.具体地，扩压器13具有相应的扩压器框架131，叶轮11可旋转地安置在扩压器框架131内或附近。扩压器框架131可被构造来限定例如通道133，压缩的流体可以从叶轮11流动通过通道133，从而进入蜗壳15。通道133可以理解为一种扩压通道，如图1中所示，通道133可以是环形的并且围绕压缩机10的横向轴线延伸并且从叶轮11的最外端径向地向外延伸。将理解，通道133的具体结构不限于图中示例。
24.继续参考图1和图2，离心式压缩机10中还设置有可变扩压系统17，可变扩压系统17对应于扩压器13布置，从而使扩压器13具有可变的扩压能力，例如，根据压缩机10的负荷条件来调节变化扩压器13的扩压能力。
25.参见图2，可变扩压系统17包括有对应通道133设置的可动体171，还包括对应可动体171布置的电磁致动装置，区别于现有技术中的可动体的例如活塞式驱动方式，电磁致动装置采用电磁驱动方式控制可动体171相对通道133移动，以使扩压器13能提供可变的扩压能力。
26.在一实施例中，电磁致动装置主要地包括位置传感器（displacement transducer）173、电磁驱动执行组件175和控制器177。电磁驱动执行组件175用于产生可控的磁场以驱动可动体171朝向目标位置而移动，其目标位置可以是至少部分地阻塞通道133的位置，也就是说，在可动体171处于通道133中的目标位置的情况下，可动体171能够部分地对通道133中流过的流体产生阻塞作用；可以根据压缩机10当前的负荷条件，从出于例如减小噪音和/或振动的目的出发，计算得到相对合理的目标位置。
27.更具体地，电磁驱动执行组件175可以通过例如叠片（lamination stacks）和绝缘线圈（insulated coils）形成，可动体171可以通过例如磁性材料形成，可动体171被安装在通道133旁边的扩压器框架131上（如图1所示）但在例如电磁驱动执行组件175产生的磁场力作用下能相对扩压器框架131移动。可动体171可以包括位于头端的环状的部件，该部件例如可以为磁性扩压环，其可以伸入在通道133中，并且，可以在通道133中移动来调节对流体产生的阻塞程度。将理解，在可变扩压系统17处于未工作的情况下，可动体171（例如可动体171的头端）可以收缩进入例如扩压器框架131的壁中，从而可动体171不会对流经通道133的流体产生阻塞作用（图中未示出该情况）。电磁驱动执行组件175可以包括第一电磁驱动执行组件175a和第二电磁驱动执行组件175b，第一电磁驱动执行组件175a和第二电磁驱动执行组件175b可以分别相对地布置在可动体171的两侧，例如，它们固定在可动体171的两侧的扩压器框架131中。
28.继续参见图1和图2，位置传感器173对应可动体171布置并用来感测可动体171相对通道133的位置信息，特别是在可动体171的位置发生变化时，位置传感器173可以实时地获取反映可动体171的位置变化的位置信息。位置传感器173具体可以为电感式位置传感器，也可以为电涡流式位置传感器，其可以固定安装在可动体171的一侧扩压器框架131上并朝向可动体171。
29.参见图2，控制器177是电磁致动装置的核心控制部件，其不但与位置传感器173耦接，而且还与电磁驱动执行组件175耦接，位置传感器173获取的位置信息可以实时地反馈至控制器177，从而形成闭环控制回路。控制器177被配置成至少基于所述位置信息控制施加在电磁驱动执行组件175上的电信号（例如电流信号），从而，可以准确控制对可动体171产生的磁场力f，进而精确控制可动体171的移动。在如图2所示的实施例中，控制器177至少基于位置信息分别控制施加在第一电磁驱动执行组件175a上的第一电信号和施加在第二电磁驱动执行组件175b上的第二电信号，以使可动体171趋于移动至通道171中的目标位置，从而使扩压器13提供预定的扩压能力。
30.示例地，通过控制上述第一电信号和第二电信号，可以分别控制第一电磁驱动执行组件175a和第二电磁驱动执行组件175b分别产生的磁场强度，从而控制第一电磁驱动执行组件175a对可动体171产生的磁场力f
a
、控制第二电磁驱动执行组件175b对可动体171产生的磁场力f
b
；如果从反馈得到的位置信息可以确定可动体171处于目标位置，则控制上述第一电信号和第二电信号以使磁场力f
a
等于磁场力f
b
，以使可动体171保持在当前目标位置，直到目标位置发生变化；如果从反馈得到的位置信息来看可动体171相对目标位置向左偏离，则控制上述第一电信号和第二电信号以使磁场力f
b
大于磁场力f
a
，如果从反馈得到的位置信息来看可动体171相对目标位置向右偏离，则控制上述第一电信号和第二电信号以使磁场力f
a
大于磁场力f
b
，直到可动体171处于目标位置，达到一种稳定状态。因此，可动体171可被电磁致动装置稳定、可靠地移动至通道133中的某一目标位置，并且控制操作简单。
31.需要说明的是，在可动体171已经处于目标位置时，控制器177可以根据反馈的位置信息确定可动体171已经处于至该目标位置。在目标位置发生更新变化前，在一实施例中，可以通过控制器177控制施加在第一电磁驱动执行组件175a上的第一电信号和施加在第二电磁驱动执行组件175b上的第二电信号以使磁场力f
b
等于磁场力f
a
，进而使可动体177稳定在该目标位置；在又一替换实施例，也可以通过机械限位方式将该目标位置上的可动体171固定在该目标位置。这样，可动体171也可以可靠地固定在通道133中的某一目标位置，有利于准确且稳定地提供期望的扩压能力。
32.控制器177具体地可以包括运算逻辑单元(alu)、浮点数单元(fpu)、数字信号处理 (dsp)、可编程控制器或者它们的任何组合，其可以被预先地编程来实现例如图5所示实施例的方法。在一实施例中，控制器177还可以被配置为根据反馈的位置信息分析获取可变扩压系统17当前所处的状态信息，例如可动体171的状态、对应的扩压能力等；控制器177可以将该状态信息传输或分享给离心式压缩机10的其他控制部件。
33.在一实施例中，电磁致动装置还可以包括功率放大器179，例如分别对应第一电磁驱动执行组件175a和第二电磁驱动执行组件175b而设置第一功率放大器179a和第二功率放大器179b，第一功率放大器179a对控制器177输出的针对第一电磁驱动执行组件175a的控制信号（例如ma量级的控制电流）进行放大以输出施加在第一电磁驱动执行组件175a上
的第一电信号（例如安培量级的驱动电流），第二功率放大器179b对控制器177输出的针对第二电磁驱动执行组件175b的控制信号（例如ma量级的控制电流）进行放大以输出施加在第二电磁驱动执行组件175b上的第二电信号（例如安培量级的驱动电流）。
34.需要说明的是，以上示例的控制器177所计算得到的目标位置可以根据负荷条件的变化而动态变化，在一实施例中，目标位置可以连续地变化，对应地，电磁致动装置采用电磁驱动方式控制可动体171相对通道133无级或连续地移动以使扩压器13提供无级可变的扩压能力，这样，扩压器13的扩压能力可以根据压缩机10的工况精确地调节变化。在又一实施例中，目标位置可以非连续地变化，例如，目标位置是预先指定的多个离散的位置，对应地，电磁致动装置采用电磁驱动方式控制可动体171相对通道133有级地移动以使扩压器13提供有级可变的扩压能力，这样，扩压器13的扩压能力的控制相对简单。
35.具体地，图2中示出的控制器177和功率放大器179可以被布置在电路板（图1中未示出）中，该电路板在压缩机10的内部的安装位置不是限制性的。可变扩压系统17还具有用于为各个部件供电的电源，例如，电源可以提供低压电源来向控制器177、功率放大器179供电，电源可以提供相对高压电源来向电磁驱动执行组件175（例如线圈）供电。
36.由于以上实施例的可变扩压系统17采用电磁驱动方式驱动通道133中的可动体171，相比现有技术中利用气体或油致动器以活塞方式驱动可动体在通道133中移动的方案，其整体结构变得更简单，其零部件更少、成本更低，并且更易于设计、更易于在压缩机内部相对扩压器装配；同时，可动体171的移动更容易被操控、更准确且更稳定，从而可以更准确可控地实现相应的扩压能力。并且，由于结构简化，可动体171受到的可移动空间限制小，也更容易实现可动体171在更大行程范围内移动，从而扩压器提供的扩压能力的变化范围更大。
37.图3示出了又一实施例的离心式压缩机30，其中使用图4所示实施例的可变扩压系统37。相对于图1所示实施例，压缩机30的主要区别在于，可变扩压系统37使用了弹性部件（例如弹簧等）376。具体而言，弹性部件376和电磁驱动执行组件175分别相对地布置在可动体171的两侧；其中，弹性部件376的一端作用在可动体171上并向其施加弹性力f1，控制器177至少基于传感器173所反馈的位置信息控制施加在电磁驱动执行组件上的电信号，从而控制电磁驱动执行组件175施加在可动体171上的磁场力f2，使可动体171克服弹性力f1而趋于移动至通道133中的某一目标位置。将理解，控制器177可以基于位置信息以及弹性部件376的已知的特性计算出弹性部件376当前所施加的弹性力f1的具体大小，弹性部件376的弹性力f1还可以在电磁驱动执行组件175未工作时促使可动体171从例如通道133中收缩回至初始位置（例如扩压器框架131中，图中未示出该情况），从而具有自动复位功能。
38.在如图4所示的实施例中，控制器177至少基于位置信息控制施加在电磁驱动执行组件175上的电信号，以使可动体171趋于移动至通道171中的目标位置，从而使扩压器13提供预定的扩压能力。如果从反馈得到的位置信息可以确定可动体171处于目标位置，则控制电信号以使磁场力f2等于弹性力f1，以使可动体171稳定地保持在目标位置；如果从反馈得到的位置信息来看可动体171相对目标位置向左偏离，则控制上述电信号以使磁场力f2大于弹性力f1，如果从反馈得到的位置信息来看可动体171相对目标位置向右偏离，则控制上述电信号以使磁场力f2小于弹性力f1，直到可动体171处于目标位置，达到一种稳定状态。因此，可动体171同样可被电磁致动装置稳定、可靠地移动至通道133中的某一目标位置。
39.需要说明的是，在可动体171已经处于目标位置时，控制器177可以根据反馈的位置信息确定可动体171已经处于至该目标位置。在目标位置发生更新变化前，在一实施例中，可以通过控制器177控制施加在电磁驱动执行组件175的电信号以使磁场力f2等于弹性力f1，进而使可动体177稳定在该目标位置；在又一替换实施例，也可以通过机械限位方式将该目标位置上的可动体171固定在该目标位置。这样，可动体171也可以可靠地固定在通道133中的某一目标位置，有利于准确且稳定地提供期望的扩压能力。
40.离心式压缩机30中与离心式压缩机10的其他相同配置在此不再赘述。将理解，离心式压缩机30也可以基本实现离心式压缩机10的功能和效果。
41.以上实施例的压缩机10或30可以是单级压缩机或多级压缩机，它们可以应用在例如本公开一实施例的换热器系统。该换热器系统可以包括压缩机10或30，还可以包括膨胀阀、流体地介于压缩机和膨胀阀之间的冷凝器、以及流体地介于膨胀阀和压缩机之间的蒸发器或冷却器。压缩机10或30可操作以压缩其中的饱和蒸气并向冷凝器输出高压和高温过热蒸气。例如，冷凝器致使从压缩机10或30接收的过热蒸气通过与水的热传递而冷凝。本公开实施例的换热器系统可以在各种领域（例如空调制冷领域）中应用。
42.参考图5，提供了操作以上任一实施例的压缩机10或30的方法。其中，步骤s510，确定离心式压缩机10或30的负荷条件。
43.步骤s520，计算可动体171相对通道133的目标位置，该目标位置可以根据确定的负荷条件所期待的可变扩压程度来确定，其可以为至少部分地阻塞通道133的位置。
44.步骤s530，采用电磁驱动方式驱动可动体171朝向目标位置而移动，例如，通过控制施加在电磁致动装置上的电信号来控制由所述电磁致动装置向所述可动体施加的力、使得可动体171朝向目标位置而移动，直到可动体171稳定可靠地位于目标位置，作为结果，期待的可变扩压程度被实现于扩压器13中。步骤s530中的具体控制原理可以参见以上对图2或图4所示的控制器177的示例说明。可动体171可以从其初始位置（例如扩压器框架131中）朝向通道133中的当前目标位置而移动，还可以从上一目标位置朝向通道133中的当前目标位置而移动。
45.以上实施例的操作方法对可动体171的控制操作简单，易于实现。
46.虽然仅结合有限数量的实施方案详细地提供了本公开，但应容易理解的是，本公开不限于这些公开的实施方案。相反，可以对本公开进行修改以并入之前未描述但与本公开的精神和范围相符的任何数量的变型、变更、替代或等效布置。另外，尽管已经描述了本公开的各种实施方案，但应当理解，示例性实施方案可以仅包括所述示例性方面中的一些。因此，本公开不应被视为受到前述描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。