轴流式压缩机和轴流式压缩机的使用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轴流式压缩机，其包括第一压缩机级和第二压缩机级。本发明进一步涉及轴流式压缩机的使用。
【背景技术】
[0002]已知的是使用轴流式压缩机用于压缩在例如冷冻干燥机、热栗和蒸汽压缩式制冷系统中的蒸汽或气体，因为轴流式压缩机已知具有高效率并且具有大的体积流速，特别是涉及到它们相比于其他类型压缩机的横截面。
[0003]轴流式压缩机通常包括旋转和静止的部件。中心布置的轴驱动若干压缩机级(如三到八个级)，每个级包括旋转叶轮和固定导叶，其中旋转叶轮加速流体，而同时固定导叶通过扩散将增加的转动动能转化为静压力，并且重定向流体的流动方向，以准备用于下一个级的叶轮。各压缩机级的体积通常在流动方向上根据对流体的压缩而减少。
[0004]从美国专利US 2013/0022474 A1已知，使用轴流式压缩机用于压缩冰箱回路中的制冷剂。但是，这种压缩机设计很难控制有关的振动、失速及其他。
[0005]因此，本发明的一个目的是提供一种有益的压缩机设计以实现更好的控制。
【发明内容】
[0006]本发明涉及一种轴流式压缩机，包括:第一压缩机级，其包括由第一驱动装置驱动的第一叶轮，和第二压缩机级，其包括由第二驱动装置驱动的第二叶轮。第二压缩机级被设置在第一压缩机级的轴向延续上，并且第一驱动装置被设置在第一叶轮的轮毂处，第二驱动装置被设置在第二叶轮的轮毂处。
[0007]将压缩机级的驱动装置设置在每个级的轮毂处实现了对每一级的叶轮的功率和转速的单独控制。由此可以优化每个级个体的操作，例如涉及到振动、输出、气穴现象、失速或其它，并因此增加压缩机的总输出和耐久性。
[0008]应当指出的是，在本文中，术语“驱动装置”应该被理解为任何种类的致动器、马达，即电动的、气动的或液压马达、内燃机或能够在轴流式压缩机中驱动叶轮的类似装置，从而叶轮可压缩被叶轮移动的流体。
[0009]在本发明的一个方面，所述第一叶轮被设置成基本上包围所述第一驱动装置，并且其中所述第二叶轮被设置成基本上包围所述第二驱动装置。
[0010]将驱动装置设置在叶轮的轮毂内，使叶轮包围驱动装置是有益的，因为它实现了非常紧凑的压缩机设计，从而确保各级之间的距离可以减小以增加压缩机的效率。
[0011]在本发明的一个方面，所述第一压缩机级和所述第二压缩机级被安装在相同的中心设置的轴装置上。
[0012]将压缩机级安装在相同的中心设置的轴上是有益的，因为它得到了简单的压缩机设计和简单的制造过程。
[0013]应当指出的是，术语“相同的中心设置的轴装置”并不限制轴装置形成为一个整体部分。即，在一个实施例中，该轴装置可以由几个连接的轴部件来形成。
[0014]在本发明的一个方面，所述第一叶轮被设置成当所述第一叶轮在第一方向旋转时使流体在所述轴流式压缩机的第一轴向方向上移动，并且其中所述第二叶轮被设置成当所述第二叶轮在第二方向上旋转时也使所述流体在所述轴流式压缩机的所述第一轴向方向上移动，其中所述第一方向与所述第二方向相反。
[0015]将叶轮设计成以相反的方向移动流体——如果叶轮以相同的方向旋转——然后以相反的方向旋转叶轮，会导致叶轮以相同的轴向方向使流体移动，即使它们以相反方向转动。这是有益的，因为离开第一叶轮的流体随后将在与第二叶轮的旋转方向相反的方向上被甩出，即离开第一叶轮的流体将被推入第二叶轮，从而增加压缩机的效率。另外，由于流体现在正在以与下一个叶轮的旋转方向相反的方向离开叶轮，不再有任何必要在压缩机级的叶轮之间设置固定导叶。由于固定导叶给压缩机增加了质量、体积、摩擦表面和成本，如果能够不用导叶以增加压缩机的效率一一因为能量不再由于流体穿过固定导叶时的摩擦和方向变化而损失一一并且实现更紧凑和廉价的压缩机，这是非常有益的。
[0016]在本发明的一个方面，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置是电动马达。
[0017]由于驱动装置必须被设置在叶轮的轮毂中而且叶轮必须设置成彼此相对地靠近，以增加压缩机的效率，重要的是，驱动装置是紧凑的、容易控制的、容易供电的。因为电动马达可以具有相对于它们的尺寸非常高的扭矩输出，并且因为电动马达原则上只需要通过电缆连接到电源，使用电动马达作为叶轮中的驱动装置是有益的。
[0018]在本发明的一个方面，所述电动马达各自包括定子部件和转子部件，并且其中所述转子部件被设置成包围所述定子部件。
[0019]将定子设置成围绕电动马达的转子实现更紧凑和廉价的压缩机级设计，因为原则上叶轮可以被连接到转子的外部。
[0020]在本发明的一个方面，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置可以被有效地冷却，因为所述驱动装置包括一个或多个冷却管道，通过所述一个或多个冷却管道可以实现冷却流体的流动。
[0021]有效地冷却驱动装置是有益的，因为驱动装置由此可以形成得更紧凑一一与它们的扭矩输出有关一一并且因为无论什么流体被压缩以及无论此流体的温度，有效的冷却都可以执行。
[0022]在本发明的一个方面，所述轴流式压缩机包括冷却回路，在所述冷却回路中冷却管道引导冷却流体进入所述第一驱动装置，然后在所述冷却管道引导所述冷却流体到冷却装置之前，所述冷却流体从所述第一驱动装置继续通过所述第二驱动装置。
[0023]冷却流体然后必须运输到、穿过和离开压缩机中的每个驱动装置。然而，使冷却流体在返回到冷却装置之前穿过第一驱动装置和第二驱动器两者的优点在于，到驱动装置对和起自驱动装置对的冷却流体管道的数量可以减少，由此简化了压缩机的设计。
[0024]在本发明的一个方面，所述冷却装置被设置成在所述轴流式压缩机外部。
[0025]热必须从冷却流体中通过将其传递经过比如热交换器、散热片或其他的冷却装置来移除。这种冷却装置很占空间，因此将冷却装置设置压缩机外部是有益的。此外，考虑到压缩机内的高温，在压缩机内冷却冷却流体将是非常不实际的。因此，为了冷却装置有效地发挥功能，它们必须被设置在压缩机外壳处或压缩机外壳外部。
[0026]在本发明的一个方面，所述轴流式压缩机包括一个或多个进一步的压缩机级，各自包括通过驱动装置驱动的叶轮，其中所述一个或多个进一步的压缩机级被设置在所述第一压缩机级和所述第二压缩机级的轴向延续上，并且其中所述一个或多个进一步的压缩机级的所述驱动装置被设置在所述一个或多个进一步的压缩机级的所述叶轮的轮毂处。
[0027]压缩机设有三个或更多个压缩机级一一具有与第一和第二级相同的构造一一是有益的，因为可以形成具有高的容量和压力比的非常紧凑的压缩机。
[0028]在本发明的一个方面，所述第一压缩机级的有效容积大于所述第二压缩机级的有效容积。
[0029]压缩机的各压缩机级比前一级更多地压缩流体，且由于流体的体积减小，优点在于，当流体运行穿过压缩机时，级的有效容积相应减小以增加被压缩的流体中的压力。
[0030]应当指出的是，术语“有效容积”在本文中是指，流体流动穿过的容积，S卩，当流体被级的叶轮移动，流体穿过的每个所述级的容积。
[0031]在本发明的一个方面，所述第一叶轮比所述第二叶轮更宽。
[0032]在穿过压缩机的流动方向上降低叶轮的宽度的优点在于，由此可以使压缩机级的有效容积适应于流体的实际压缩。
[0033]在本发明的一个方面，所述第一叶轮的叶片装置的桨距角大于所述第二叶轮的叶片装置的桨距角。
[0034]在压缩机内的流动方向上减少的叶轮的叶片的桨距角的优点在于，由此能够确保，例如，失速极限基本上保持在相同的转速(RPM)，即使流体的流动性质因压力和温度的上升而变化。
[0035]在本发明的一个方面，所述压缩机级的驱动装置是基本相同的。
[0036]为第一、第二和后续的压缩机级提供相同的驱动装置比如基本上一样的电动马达是有益的，因为压缩机由此更加廉价而且压缩机更容易制造和维护。
[0037]本发明涉及根据任何前面讨论的轴流式压缩机的使用，用于在水作为制冷剂的制冷循环中压缩水蒸汽。
[0038]由于不再需要如氯氟烃(CFC)气体作为在制冷循环中的制冷剂，因此很自然地的把目光投向水，一种天然无害的替代物。
[0039]然而，水蒸汽的容积制冷量非常低，如果要用水来取代例如CFC气体，就必须用相对高的压力比压缩大容积流量。因此，使用水作为制冷剂，相比于传统的制冷剂，大约需要200倍的容积流量，以及大约两倍的压力比用于同样的应用。因为水蒸汽的热力学性质，这种高压力比需要大约高出两到四倍的压缩机尖端速度，这取决于叶轮的设