压缩机用气体轴承的供气系统、操作方法及制冷系统与流程

本发明涉及制冷系统领域，尤其涉及一种压缩机用气体轴承的供气系统、操作方法及制冷系统。

背景技术：

离心式冷水机组通常被用于各种建筑空调中，目前离心机组的压缩机轴承一般采用油润滑轴承和电磁轴承(即磁悬浮轴承)。

采用油润滑轴承需要额外的润滑油供应系统，增加了系统的复杂度。润滑油在压缩机运行过程中会泄漏到制冷系统中，与冷媒融合在一起，因此，需要润滑油回油系统，周期性回油。油润滑轴承还存在机械摩擦，降低机械效率，机组性能降低等问题。

采用电磁轴承的离心压缩机，靠磁力使轴承悬浮，磁悬浮轴承的电控系统复杂，体积大，对轴承加工一致性要求高，系统抗冲击能力较差，此外还需要额外异常断电保护措施。

目前，气体轴承(气悬浮轴承)开始应用于离心式压缩机中，气体轴承利用气体力对转轴进行支撑，具有以下优点：1)与使用油润滑轴承的压缩机相比，无需供油系统、回油系统、冷油系统、过滤系统，无润滑油泄漏风险，省去润滑油维护工作；轴承工作时，处于悬浮状态，无摩擦，减小机械损失，提高机组性能；2)与采用磁悬浮轴承的压缩机相比，无需复杂的电控控制系统以及异常断电保护系统。

但由于气体轴承工作时需要外部供气，存在对气体轴承供气不稳的问题。

技术实现要素：

本发明的一些实施例提出一种压缩机用气体轴承的供气系统、操作方法及制冷系统，用于缓解供气不稳的问题。

本发明的一些实施例提供了一种压缩机用气体轴承的供气系统，其包括：

第一压缩机及其所在的制冷循环路径，所述气体轴承设于所述第一压缩机；

供气罐；

进气管，连通所述供气罐与所述制冷循环路径的第一部位，所述进气管被配置为将所述制冷循环路径中的气态冷媒引向所述供气罐；

出气管，连通所述供气罐与所述第一压缩机，所述出气管被配置为将所述供气罐内的气态冷媒引向所述气体轴承，以向所述气体轴承供气；

回气管，连通所述供气罐与所述制冷循环路径的第二部位，所述回气管被配置为将所述供气罐内的气态冷媒引向所述制冷循环路径；以及

调节阀，设于所述回气管，所述调节阀的开度可调，以调节所述回气管内的气体流量；

其中，在第一压缩机的正常稳定工作状态下，所述第一部位处的气体压力大于所述第二部位处的气体压力。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括第二压缩机，所述进气管包括第一管，所述第二压缩机设于所述第一管，且所述第二压缩机的排气端与所述供气罐连通，所述第二压缩机被配置为将所述第一管内的气态冷媒加压后送至所述供气罐。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括第一方向控制元件，所述第一方向控制元件设于所述第一管，且位于所述第二压缩机的排气端与所述供气罐之间，所述第一方向控制元件被配置为控制气态冷媒从所述第二压缩机流向所述供气罐。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括第二方向控制元件，所述进气管包括第二管，所述第二管与所述第一管并联，所述第二方向控制元件设于所述第二管，所述第二方向控制元件被配置为控制气态冷媒从所述制冷循环路径的第一部位流向所述供气罐。

在一些实施例中，所述第二压缩机被配置为在所述第一压缩机启动前、刚启动状态、或者非稳定工作状态下启动，以将所述第一管内的气态冷媒加压后送至所述供气罐。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括冷凝器，所述冷凝器设于所述制冷循环路径，所述第一部位包括所述冷凝器上的部位。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括蒸发器，所述蒸发器设于所述制冷循环路径，所述第二部位包括所述蒸发器上的部位。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括闪发器，所述闪发器设于所述制冷循环路径，所述第二部位包括所述闪发器上的部位。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设于所述第一压缩机，被配置为检测所述第一压缩机的内部压力，所述第二压力传感器设于所述供气罐，被配置为检测所述供气罐内的气体压力。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括第三压力传感器，所述第三压力传感器设于所述冷凝器，被配置为检测所述冷凝器的内部压力。

本发明的一些实施例提供了一种制冷系统，其包括上述的压缩机用气体轴承的供气系统。

本发明的一些实施例提供了一种压缩机用气体轴承的供气系统的操作方法，其包括：

设置压差值px＝p1-p2；其中，p1为供气罐内的气体压力值；p2为第一压缩机的内部压力值；

当px<pt，减小调节阀的开度；

当px>pt，增大调节阀的开度；

当px＝pt，维持调节阀的开度不变；

其中，pt为使第一压缩机的气体轴承正常稳定工作所需要的气体压力目标值。

在一些实施例中，所述压缩机用气体轴承的供气系统包括第二压缩机，所述进气管包括并联的第一管和第二管，所述第二压缩机设于所述第一管；

在p3-p2<pmin时，第二压缩机启动，且根据px与pt的关系，调整调节阀61的开度；

在p3-p2≥pmin时，第二压缩机关闭，且根据px与pt的关系，调整调节阀的开度；

其中，p3为第一部位处的气体压力；pmin为使第一压缩机的气体轴承正常稳定工作所需要的气体压力最小值，pmin≤pt。

在一些实施例中，在第一压缩机处于刚启动状态、或者第一压缩机关闭或者第一压缩机处于非稳定工作状态下，p3-p2<pmin；

在第一压缩机处于稳定工作状态下，p3-p2≥pmin。

基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

在一些实施例中，进气管将制冷循环路径中的气态冷媒引向供气罐，出气管将供气罐内的气态冷媒引向气体轴承，以向气体轴承供气；回气管将供气罐内的气态冷媒引回制冷循环路径，且通过回气管上的调节阀调节供气罐内的气体压力，以向气体轴承提供稳定压力的气态冷媒，结构简单，操作控制方便，相比较于多个阀门的配合工作，单阀门控制的可靠性更高，且供气罐内多余的气态冷媒通过回气管返回第一压缩机及其所在的制冷循环路径，能够提高第一压缩机的性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明一些实施例提供的制冷系统的示意图。

图2为根据本发明另一些实施例提供的制冷系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

气体轴承利用气体力对转轴进行支撑，为保证气体轴承正常稳定工作，需要一套供气稳定可靠的供气系统为气体轴承供气。在供气系统提供的气体压力满足气体轴承正常稳定工作所需的气压后，压缩机的转轴能够变为悬浮状态，压缩机电机旋转运行。气体轴承的供气压力稳定充足是压缩机正常稳定工作的前提条件。

如图1所示，一些实施例提供了一种压缩机用气体轴承的供气系统，其包括：第一压缩机1及其所在的制冷循环路径、供气罐3、进气管4、出气管5、回气管6和调节阀61。

气体轴承设于第一压缩机1，用于支撑第一压缩机1内的转轴。供气罐3被配置为向第一压缩机1内的气体轴承供气，以使气体轴承正常稳定工作。

进气管4连通供气罐3与制冷循环路径的第一部位，进气管4被配置为将制冷循环路径中的气态冷媒引向供气罐3。

出气管5连通供气罐3与第一压缩机1，出气管5被配置为将供气罐3内的气态冷媒引向气体轴承，以向气体轴承供气。

回气管6连通供气罐3与制冷循环路径的第二部位，回气管6被配置为将供气罐3内的气态冷媒引向制冷循环路径。

调节阀61设于回气管6，调节阀61的开度可调，以调节回气管6内的气体流量。可选地，调节阀61在0％～100％之间调节开度。

其中，在第一压缩机1的正常稳定工作状态下，第一部位处的气体压力大于第二部位处的气体压力。

在一些实施例中，进气管4将制冷循环路径中的气态冷媒引向供气罐3，出气管5将供气罐3内的气态冷媒引向气体轴承，以向气体轴承供气，回气管6将供气罐3内的气态冷媒引回制冷循环路径，且回气管6上设置开度可调的调节阀61。在上述过程中，如果供气罐3提供的气态冷媒的压力大于气体轴承正常稳定工作所需要的气体压力时，则通过调节增大调节阀61的开度，降低供气罐3提供的气态冷媒的压力；如果供气罐3提供的气态冷媒的压力小于气体轴承正常稳定工作所需要的气体压力时，则通过调节减小调节阀61的开度，增大供气罐3提供的气态冷媒的压力；如果供气罐3提供的气态冷媒的压力等于气体轴承正常稳定工作所需要的气体压力时，则保持调节阀61的开度不变。也就是说，通过回气管6上的调节阀61就可以调节供气罐3内的气体压力，以向气体轴承提供稳定压力的气态冷媒，结构简单，操作控制方便，相比较于多个阀门的配合工作，单阀门控制的可靠性更高，且供气罐3内多余的气态冷媒通过回气管6返回第一压缩机1及其所在的制冷循环路径，能够提高第一压缩机1的性能。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括第二压缩机2，进气管4包括第一管41，第二压缩机2设于第一管41，且第二压缩机2的排气端与供气罐3连通，第二压缩机2被配置为将第一管41内的气态冷媒加压后送至供气罐3。

在第一压缩机1所在制冷循环路径中的气体压力没有达到气体轴承所需气体压力的情况下，通过第二压缩机2将第一压缩机1所在制冷循环路径中的气态冷媒加压，使其满足气体轴承工作所需的气体压力，解决机组内没有足够的压力差为气体轴承供气的问题。

通过第二压缩机2对第一压缩机1所在制冷循环路径中的气态冷媒加压，能够为气体轴承提供连续、压力稳定的气体，利于保证气体轴承的连续稳定工作；且供向气体轴承的气态冷媒比较纯净，不易掺杂液态冷媒，利于保证气体轴承的工作可靠性。

通过第二压缩机2对第一压缩机1所在制冷循环路径中的气态冷媒加压提供给气体轴承，该过程无液态介质，无需设置节流装置、气液分离装置等，结构简单，操作方便。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括第一方向控制元件411，第一方向控制元件411设于第一管41，且位于第二压缩机2的排气端与供气罐3之间，第一方向控制元件411被配置为控制气态冷媒从第二压缩机2流向供气罐3。通过设置第一方向控制元件411，避免供气罐3内的气态冷媒倒流至第二压缩机2。

可选地，第一方向控制元件411包括单向阀或电磁阀等方向控制阀。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括第二方向控制元件421，进气管4包括第二管42，第二管42与第一管41并联，第二方向控制元件421设于第二管42，第二方向控制元件421被配置为控制气态冷媒从制冷循环路径的第一部位流向供气罐3。通过设置第二方向控制元件421，避免供气罐3内的气态冷媒倒流至第一压缩机1所在的制冷循环路径中。

可选地，第二方向控制元件421包括单向阀或电磁阀等方向控制阀。

在一些实施例中，第二压缩机2被配置为在第一压缩机1启动前、刚启动状态、或者非稳定工作状态下启动，以将第一管41内的气态冷媒加压后送至供气罐3。

第一压缩机1在启动前，第一压缩机1所在制冷循环路径中的气态冷媒的压力小，无法达到气体轴承所需的工作压力，通过第二压缩机2将第一压缩机1所在制冷循环路径中的气态冷媒加压供给气体轴承，能够解决机组启动前，机组内没有足够的压力差为气体轴承供气的问题。

第一压缩机1在刚启动状态下，第一压缩机1所在制冷循环路径中的气态冷媒的压力逐渐增大，但仍没有达到气体轴承所需的工作压力，通过第二压缩机2将第一压缩机1所在制冷循环路径中的气态冷媒加压供给气体轴承，能够解决机组内没有足够的压力差为气体轴承供气的问题。

第一压缩机1在非稳定工作状态下，第一压缩机1所在制冷循环路径中的气态冷媒的压力可能存在不稳定的情况，会存在无法满足气体轴承所需工作压力的情况，通过第二压缩机2将第一压缩机1所在制冷循环路径中的气态冷媒加压供给气体轴承，能够为气体轴承提供持续、压力稳定的气体。

在一些实施例中，进气管4包括并联的第一管41和第二管42，第二压缩机2设于第一管41，第二压缩机2可选择性工作，向供气罐3提供冷媒，第二管42始终连通第一压缩机1所在制冷循环路径和供气罐3，也就是说，采用第二压缩机2选择性供气结合稳定流路的控制方式，避免供气系统频繁启停、供气带液等问题，且供气稳定，有效提高了供气系统和机组运行的可靠性。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括冷凝器7，冷凝器7设于制冷循环路径，第一部位包括冷凝器7上的部位。当然，第一部位不限于冷凝器7上的部位，还可以包括第一压缩机1的排气口，或者，第一压缩机1与冷凝器7之间的管路等，也就是说第一压缩机1所在制冷循环路径中含有气态冷媒的部件或部位等均可以作为第一部位。

第一管41和第二管42连通冷凝器7内部的气态冷媒所在的空间。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括蒸发器8，蒸发器8设于制冷循环路径，第二部位包括蒸发器8上的部位。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括闪发器10，闪发器10设于制冷循环路径，第二部位包括闪发器10上的部位。

回气管6连通蒸发器8或闪发器10内的气态冷媒所在的空间。

当然，第二部位也不限于蒸发器8或闪发器10上的部位，还可以包括第一压缩机1的进气口，或者，第一压缩机1与蒸发器8之间的管路等，也就是说第一压缩机1所在制冷循环路径上的部位都可以，只要满足在第一压缩机1的正常稳定工作状态下，第一部位处的气体压力大于第二部位处的气体压力。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括第一压力传感器11和第二压力传感器31，第一压力传感器11设于第一压缩机1，第一压力传感器11被配置为检测第一压缩机1的内部压力。第二压力传感器31设于供气罐3，第二压力传感器31被配置为检测供气罐3内的气体压力。

第一压缩机1的内部压力是限制气体轴承正常稳定工作的压力，供气罐3提供的气体压力需要克服第一压缩机1的内部压力、压缩机的转轴重力以及转轴旋转过程中受到的径向力等，才能使气体轴承正常稳定工作，气体轴承正常稳定工作时，压缩机的转轴变为悬浮状态，压缩机正常稳定工作。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括第三压力传感器71，第三压力传感器71设于冷凝器7，冷凝器7被配置为检测冷凝器7的内部压力。

在一些实施例中，第一压缩机1包括离心式压缩机。

在一些实施例中，第二压缩机2包括涡旋压缩机、转轴压缩机或活塞压缩机等容积流量较小的压缩机。

在一些实施例中，第一压缩机1的容积流量大于第二压缩机2的容积流量。

在一些实施例中，第一管41上设置第一过滤412。第二管42上设置第二过滤器422。出气管5上设置第三过滤器51。

在一些实施例中，第一管41、第二管42和出气管5上均不用设置调节阀，仅在回气管6上设置调节阀61即可实现对供气罐3内压力的调节，为气体轴承提供稳定压力的气态冷媒，结构简单，操作控制方便，可靠性高。

一些实施例提供了一种制冷系统，其包括上述的压缩机用气体轴承的供气系统。

制冷系统包括压缩机用气体轴承的供气系统，压缩机用气体轴承的供气系统包括第一压缩机1，以及第一压缩机1所在制冷循环路径。

在一些实施例中，如图1所示，第一压缩机1所在制冷循环路径也包括第一压缩机1，还包括冷凝器7、蒸发器8和节流阀9等。

第一压缩机1所在制冷循环路径的循环过程为：第一压缩机1-冷凝器7-节流阀9-蒸发器8-第一压缩机1。

在一些实施例中，如图2所示，第一压缩机1所在制冷循环路径也包括第一压缩机1，还包括冷凝器7、蒸发器8、第一节流阀91、第二节流阀92和闪发器10等。

第一压缩机1所在制冷循环路径的循环过程为：第一压缩机1-冷凝器7-第一节流阀91-闪发器10-第二节流阀92-蒸发器8-第一压缩机1。其中，闪发器10还连通第一压缩机1，为第一压缩机1补气增焓。

其中，第一压缩机1包括双级压缩机，双级压缩包括低压级部件12和高压级部件13，闪发器10通过管路连通双级压缩机的低压级部件12和高压级部件13之间。

在一些实施例中，该制冷系统包括空调制冷系统。制冷系统具有制冷功能和制热功能。第一压缩机1所在的制冷循环路径包括制冷路径和制热路径。

一些实施例提供了一种压缩机用气体轴承的供气系统的操作方法，其包括：

设置压差值px＝p1-p2；其中，p1为供气罐3内的气体压力值；p2为第一压缩机1的内部压力值；

当px<pt，减小调节阀61的开度；

当px>pt，增大调节阀61的开度；

当px＝pt，维持调节阀61的开度不变；

其中，pt为使第一压缩机1的气体轴承正常稳定工作所需要的气体压力目标值。

在一些实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统包括第二压缩机2，进气管4包括并联的第一管41和第二管42，第二压缩机2设于第一管41。

在p3-p2<pmin时，第二压缩机(2)启动，且根据px与pt的关系，调整调节阀61的开度；

p3-p2≥pmin时，第二压缩机(2)关闭，且根据px与pt的关系，调整调节阀(61)的开度；

其中，p3为第一部位处的气体压力；pmin为使第一压缩机(1)的气体轴承正常稳定工作所需要的气体压力最小值，pmin≤pt。

在一些实施例中，在第一压缩机1处于刚启动状态、或者第一压缩机1关闭或者第一压缩机1处于非稳定工作状态下，p3-p2<pmin。

在第一压缩机1处于稳定工作状态下，p3-p2≥pmin。

在一些实施例中，采用并联的第一管41和第二管42，其中，第二压缩机2设于第一管41，可选择地向供气罐3供气，第二管42持续向供气罐3供气，出气管5向气体轴承供气，回气管6上稳压阀61的开度可调，以调节供气罐3内的气体压力，因此，通过各个部件的相互配合，能够为气体轴承提供稳定压力的气态冷媒，利于机组可靠稳定地运行。

下面列举压缩机用气体轴承的供气系统及其所在制冷系统的一具体实施例，在该具体实施例中，压缩机用气体轴承的供气系统及其所在制冷系统包括第一压缩机1、第二压缩机2、供气罐3、第一管41、第二管42、出气管5、回气管6、稳压阀61、冷凝器7、蒸发器8以及节流阀9等。

第一压缩机1上设置第一压力传感器11，第一压力传感器11用于检测第一压缩机1的内部压力。供气罐3上设置第二压力传感器31，第二压力传感器31用于检测供气罐3内的气体压力。

第一压缩机1的排气口连接冷凝器7的进口，冷凝器7上设置第三压力传感器71，第三压力传感器71用于检测冷凝器7的内部压力。冷凝器7的出口连接节流阀9的进口，节流阀9的出口连接蒸发器8的进口，蒸发器8上设置第四压力传感器81，第四压力传感器81用于检测蒸发器8的内部压力，蒸发器8的出口连接第一压缩机1的进气口。

第一管41的进口连接冷凝器7，第一管41的出口连接供气罐3，第一管41上设置第二压缩机2、第一方向控制元件411和第一过滤器412。

第二管42的进口连接冷凝器7，第二管42的出口连接供气罐3，第二管42上设置第二过滤器422和第二方向控制元件421。

出气管5的进口连接供气罐3，出气管5的出口连接第一压缩机1，用于向第一压缩机1内的气体轴承供气。

回气管6的进口连接供气罐3，回气管6的出口连接蒸发器8，稳压阀61设于回气管6，用于调节回气管61内的气流量。

设置压差值px＝p1-p2；其中，p1为供气罐3内的气体压力值；p2为第一压缩机1的内部压力值。

设置pt和pmin，pt为使第一压缩机1的气体轴承正常稳定工作所需要的气体压力目标值。pmin为使第一压缩机1的气体轴承正常稳定工作所需要的气体压力最小值。pt≥pmin。

气体轴承上气孔截面积是一定的，所以通过轴承的供气流量大小与px的大小有关，px值越大，供气流量就越大，反之越小，根据px与pt的关系调整调节阀61的开度，以进一步调节px值的大小，即调节了气体轴承的供气量。

当px＝pt，表明能够为气体轴承提供正常稳定工作所需的气流量，px越稳定，供气量越稳定，机组运行越稳定，此时，维持调节阀61的开度不变。

当px<pt，减小调节阀61的开度，用于增大px值。

当px>pt，增大调节阀61的开度，用于减小px值。

在机组运行过程中，根据机组所处的不同状态，供气系统包括供气模式一和供气模式二。

供气模式一：当机组处于启动过程状态、关机过程状态、非正常稳定工作状态时，冷凝器7无法满足气体轴承的供气，或者，当冷凝器7的内部压力p3与第一压缩机1的内部压力p2的差值小于pmin，即：p3-p2<pmin，冷凝器7无法满足气体轴承的供气，第二压缩机2开启，此时可以根据px与pt的关系，调整调节阀61的开度。

也就是说，在供气模式一，第二压缩机2没有开启时，供气罐3内的气体压力有可能小于、大于、等于冷凝器7的内部压力值。但冷凝器7和供气罐3之间的第二管42上设有第二方向控制元件21，即冷媒只能从冷凝器7流向供气罐3，不能从供气罐3流向冷凝器7。当第二压缩机2开启一段时间后，冷凝器7的内部压力小于供气罐3的内部压力。

供气模式二：当冷凝器7的内部压力p3与第一压缩机1的内部压力p2的差值大于等于pmin，即：p3-p2≥pmin，此时冷凝器7可以满足气体轴承的供气，第二压缩机2关闭，此时可以根据px与pt的关系，调整调节阀61的开度。

在供气模式二，供气罐3的内部压力小于等于冷凝器7的内部压力。

通过上述的第二压缩机2和调节阀61的相互配合，第二压缩机2不存在频繁启停的问题，能够实现对气体轴承持续稳定的供气，保证机组可靠稳定运行。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

另外，在没有明确否定的情况下，其中一个实施例的技术特征可以有益地与其他一个或多个实施例相互结合。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。