具有扩展的操作范围的离心压缩机的制作方法
【专利说明】具有扩展的操作范围的离心压缩机
[0001]相关申请的交叉参照
[0002]本申请要求2013年I月31日提交的美国临时申请N0.61/758，817的权益，该美国临时申请的全部内容通过引用结合到本文中。
【背景技术】
[0003]制冷压缩机用于通过制冷剂回路在冷却器中循环制冷剂。一种已知类型的制冷压缩机以固定速度操作，并且具有布置在压缩机入口、叶轮上游处的一组可变式入口引导叶片，该一组可变式入口引导叶片在制冷压缩机的操作期间被致动以在各种操作条件中调节性能。
[0004]其它已知的制冷压缩机已经另外使用了位于叶轮的下游处的几何结构可变式扩散器，以在部分负载的操作条件期间改善性能控制。几何结构可变式扩散器使扩散器的横截流动面积适应于在部分负载条件下面临的低流量，由此将流动角度和速度维持成近似等于全负载设计的条件下的流动角度和速度。
[0005]一种现有技术的制冷压缩机的构思提议将制冷剂再循环以改善性能控制。例如，在授予Brasz的美国专利N0.5，669，756中，制冷剂从扩散器出口处进行再循环，并且在叶轮处回注到流动主路径中。
【发明内容】
[0006]本公开涉及一种离心压缩机。在第一示例中，该压缩机包括:第一叶轮，所述第一叶轮布置在制冷剂流动主路径中；第二叶轮，所述第二叶轮在所述制冷剂流动主路径中布置在所述第一叶轮的下游；以及再循环流动路径。在第一示例中，再循环流动路径沿制冷剂流动主路径布置在第一部位和第二部位之间。第一部位在第二部位下游，并且第二部位在第一叶轮的下游。在第二示例中，该压缩机包括:叶轮，所述叶轮布置在制冷剂流动主路径中；以及再循环流动路径，该再循环流动路径沿制冷剂流动主路径设置在第一部位和第二部位之间。在第二示例中，再循环流动路径包括再循环蜗壳。本发明另外公开了一种用于操作离心压缩机的方法。
[0007]前述段落、权利要求、或下文的描述以及附图的实施例、示例以及可替代方案(包括它们的任意的各种方面或相应的独立的特征)可以独立地考虑或以任何组合考虑。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这种特征是不相匹配的。
【附图说明】
[0008]附图可以如下作简要描述:
[0009]图1是制冷压缩机的高度示意性的视图。
[0010]图2是图1的制冷压缩机的一部分的外部透视图。
[0011]图3是沿图2的线3-3截取的剖视图。
[0012]图4是沿图2的线4-4截取的剖视图。
[0013]图5是图1中的被圈起来的区域的视图。
[0014]图6示出了再循环流动喷嘴相对于扩散器叶片的示例性布置。
[0015]图7是另一制冷压缩机的高度示意性的视图。
【具体实施方式】
[0016]图1示出了用于循环制冷剂的制冷压缩机10(“压缩机10”)。示例性的制冷剂包括化学制冷剂，诸如R_134a等。在一个示例中，压缩机10与制冷剂回路L流体连通。制冷剂回路L已知为包括冷凝器11、膨胀装置13、以及蒸发器15。
[0017]压缩机10包括外壳12，该外壳包容电动机14。外壳12可以包括一个或更多个零件。电动机14绕轴线A旋转地驱动至少一个叶轮以压缩制冷剂。电动机14可以由变频式驱动装置驱动。压缩机10包括第一叶轮16和第二叶轮18，该第一叶轮和第二叶轮均通过轴19连接到电动机14。虽然示出了两个叶轮，但本公开能够扩展到具有额外的叶轮或具有更少的叶轮的压缩机。轴19由支承组件B支撑，该支承组件在这个示例中是磁性支承组件。
[0018]外壳12建立了制冷剂流动主路径F。尤其地，外壳12为制冷剂流动主路径F建立了外边界。制冷剂的第一流动流或主流动流被设定成沿制冷剂流动主路径F在压缩机入口20和压缩机出口 22之间流动。在这个示例中，在压缩机入口 20处未布置有入口引导叶片。入口引导叶片的缺失减少了压缩机10中的在长期使用之后将需要维护和/或更换的机械部件的数量。如将从下文理解的，第一叶片式扩散器24的存在允许去除入口引导叶片。
[0019]在图1中从左到右，制冷剂流动主路径F开始于压缩机入口 20，在该压缩机入口处，制冷剂被吸向第一叶轮16。第一叶轮16布置在制冷剂流动主路径F中，并且关于制冷剂流动主路径F布置在第二叶轮18的上游。第一叶轮16包括:入口 161，该入口基本上平行于轴线A轴向地布置；以及出口 160，该出口基本上垂直于轴线A径向地布置。
[0020]在这个示例中，紧邻出口 160的下游的是第一叶片式扩散器24。第一叶片式扩散器24包括多个叶片24V。在这个示例中，叶片24V是固定的叶片。S卩，叶片24V的相对取向在压缩机10的操作期间不可调节，并且在叶片24V之间产生的流动路径在压缩机10的操作期间不可调节。虽然本公开不限于固定的叶片式扩散器，但使用具有固定的叶片的扩散器具有减少压缩机10中的机械部件的数量(同样的，所述机械部件在一段时间的使用之后将需要维修和/或更换)的优点。此外，避免使用几何结构可变式扩散器可以具有消除通常与几何结构可变式扩散器关联的泄漏流的益处。
[0021]制冷剂流动主路径F沿总体上径向远离轴线A的方向延伸通过扩散器24。接着，制冷剂流动主路径F在跨越弯脖25中转过180度，并且向着第二叶轮18径向向内流动通过具有去漩涡叶片29的返回通道27。类似于第一叶轮16，第二叶轮18包括轴向取向的入口 181和径向取向的出口 180。第二级扩散器26布置在第二叶轮18的下游。在这个示例中，第二级扩散器26包括固定的叶片。然而，第二级扩散器不需要包括叶片。出口蜗壳28布置在第二级扩散器26的下游处。出口蜗壳28通常绕轴线A盘旋设置并且通向压缩机出P 22。
[0022]在这个示例中，压缩机10包括再循环流动路径R，该再循环流动路径构造成用于将来自制冷剂流动主路径F的制冷剂的一部分(即，制冷剂的“第二流动流”)从第一部位30再循环到第一部位30的上游的第二部位32。在这个示例中，第一部位30与压缩机出口22相邻，并且第二部位32位于第一叶轮16的下游，如下面将讨论的。然而，第一部位30和第二部位32可以被设置在其它部位而不偏离本公开的范围。第一部位30的可替代候选方案是一跨越弯脖25，或者是返回通道27内的部位。第二部位32可以可替代地设置在第二级扩散器26的入口处。
[0023]再循环流动路径R部分地由再循环管路34提供。在这个示例中，再循环管路34从出口蜗壳28导出其流体流，在出口蜗壳处，流体的流动是无漩涡的。这与在扩散器的出口处周向地导出流动形成对比，在后者的情况中，需要由去漩涡叶片分隔的多个通道来维持通过再循环喷嘴46喷注流体流所需的压力。在没有去漩涡叶片的情况下，由于再循环喷嘴46的较小半径，角动量的守恒导致速度的增加和压力的减小。由于再循环喷嘴46上的减小的压力差，静态压力的这种减小限制了再循环流动R。
[0024]该再循环流动路径R还包括流动调节器36。在这个示例中，流动调节器36在再循环管路34中布置在外壳12外部。这允许容易地更换和安装流动调节器36。该流动调节器36可以是构造成用于调节制冷剂的流动的任何类型的装置，该装置包括机械阀，诸如具有电控制或气动控制的蝶阀、闸门阀或球阀(例如，由存在的压力调节的阀)。流动调节器36可以包括致动器，该致动器能够操作以响应于来自控制器C的指令来定位阀。该控制器C可以是包括存储器、硬件以及软件的任何已知类型的控制器。该控制器C构造成用于存储指令，并且将那些指令提供给压缩机10的各种部件(包括电动机14，以及其它结构，诸如磁性支承组件B)。该控制器C还可以包括一个或更多个部件。
[0025]再循环流动路径R最初沿基本上垂直于轴线A的方向径向地向外延伸，从第一部位30沿制冷剂流动主路径F延伸到再循环管路34中的第一弯脖38。再循环流动路径R随后在图1中从右到左(并且基本上平行于轴线A)轴向延伸，从第一弯脖38延伸到第二弯脖40，再循环流动路径R进而在该第二弯脖处向着轴线A径向向内转向。在这个示例中，流动调节器36在再循环流动路径R中布置在第二弯脖40的下游。虽然再循环流动路径R以特别的方式被示出，但再循环流动路径R可以进行不同地布置。
[0026]在流动调节器36的下游，再循环流动路径R在入口 42处进入外壳12至再循环蜗壳44。再循环管路34中的流体的速度(动能)在其进入再循环蜗壳44时保持而在进入增压室(诸如增压室154)时失去。因此，再循环蜗壳44形成更有效的流动再循环系统。
[0027]再循环蜗壳44绕轴线A盘旋设置，并且与多个再循环喷嘴46连通。在这个示例中，再循环喷嘴46的数量对应于扩散器叶片24V之间的通道的数量，不过可以提供不同数量的再循环喷嘴46。在这个示例中，再循环喷嘴46形成在注射器板48中。再循环流动路径R内的制冷剂通过再循环喷嘴46被导入到制冷剂流动主路径F中，如下文将讨论的。
[0028]图2从外部视角不出了压缩机10的上述部分。如图不出的，夕卜壳12可以包括相独立的零件，该相独立的零件显示为第一