RU2716940C1

RU2716940C1 - Центробежный компрессор с рециркуляционным каналом

Info

Publication number: RU2716940C1
Application number: RU2019101484A
Authority: RU
Inventors: Вишну М. Сиштла; Уильям Т. Казинс
Original assignee: Кэрриер Корпорейшн
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-03-17
Also published as: US20220010802A1; CN110131213B; US11499561B2; CN110131213A; EP3524824A1; US20190249681A1; US11156226B2; EP3524824B1; US20230025097A1; US11808277B2

Abstract

Пример центробежного компрессора содержит корпус, формирующий впускную камеру и содержащий первое и второе отверстия, определяющие рециркуляционный канал, который гидравлически связан со впускной камерой. Рабочее колесо расположено внутри корпуса и может вращаться вокруг продольной оси для всасывания жидкости во впускную камеру. Первое и второе отверстия находятся в разных осевых положениях вдоль продольной оси. Множество впускных направляющих лопаток выполнены с возможностью вращения и расположены во впускной камере. Центробежный компрессор содержит кольцо и контроллер, предназначенные для перемещения кольца вдоль продольной оси между первым положением и вторым положением при вращении впускных направляющих лопаток. Кольцо закрывает, по меньшей мере, одно из первого и второго отверстий, причем сильнее во втором положении, чем в первом положении. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 17 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к центробежным компрессорам и, более конкретно, к центробежным компрессорам с различными рециркуляционными каналами.

Центробежные компрессоры известны и используют рабочее колесо, которое вращается вокруг оси, чтобы всасывать жидкость в компрессор и сжимать ее на пути к выпускному отверстию. Жидкость направляется радиально наружу от оси через канал диффузора, который увеличивает давление жидкости в области коллектора.

Карты рабочих характеристик компрессора представляют собой известный способ составления графика рабочих характеристик компрессора, в котором ось Y представляет отношение давления, а ось X представляет массу потока, проходящего через компрессор. Левая граница карты рабочих характеристик компрессора представляет границу помпажа, а операции, выполняемые слева от этой линии, представляют область нестабильности потока. Операции, выполняемые в этой области, нежелательны, поскольку могут привести к обратному потоку сжатого газообразного хладагента в компрессоре.

Некоторые центробежные компрессоры содержат имеющий отверстия кожух, который окружает впускную зону компрессора для обеспечения рециркуляционного канала. Это помогает перемещать границу помпажа и обеспечивает стабильность при более низких нагрузках. Однако рециркуляционный канал может привести к снижению эффективности в случае, когда нагрузки находятся вдали от границы помпажа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример центробежного компрессора содержит корпус, формирующий впускную камеру, и содержащий первое и второе отверстия, определяющие рециркуляционный канал, который гидравлически связан с впускной камерой. Рабочее колесо расположено внутри корпуса и может вращаться вокруг продольной оси для всасывания жидкости во впускную камеру. Первое и второе отверстия находятся в разных осевых положениях вдоль продольной оси. Множество впускных направляющих лопаток выполнены с возможностью вращения и расположены во впускной камере. Центробежный компрессор содержит кольцо и контроллер, предназначенные для перемещения кольца вдоль продольной оси между первым положением и вторым положением при вращении впускных направляющих лопаток. Кольцо закрывает, по меньшей мере, одно из первого и второго отверстий, причем сильнее во втором положении, чем в первом положении.

Варианты реализации, примеры и альтернативы предыдущих абзацев, формулы изобретения или последующего описания и фигур, включая любые их различные аспекты или соответствующие индивидуальные признаки, могут быть взяты независимо или в любой комбинации. Особенности, описанные в связи с одним вариантом реализации изобретения, применимы ко всем вариантам реализации изобретения, если только такие признаки не являются несовместимыми.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На Фиг. 1 схематически проиллюстрирован пример холодильного контура.

На Фиг. 2А схематично проиллюстрирован пример центробежного компрессора, содержащего первое устройство управления для кольца и открытый рециркуляционный канал.

На Фиг. 2В схематично проиллюстрирован центробежный компрессор, проиллюстрированный на Фиг. 2А, с закрытым рециркуляционным каналом.

На Фиг. 2С схематично проиллюстрирован пример механической связи между впускной направляющей лопаткой и подвижным кольцом, причем кольцо находится в первом положении.

На Фиг. 2D схематично проиллюстрирован пример механической связи проиллюстрированной на Фиг. 2С, с кольцом во втором положении.

На Фиг. 2Е схематически проиллюстрирован пример подвижного кольца.

На Фиг. 2F схематично проиллюстрирован пример поперечного сечения центробежного компрессора, проиллюстрированного на Фиг. 2В, по линии С-С.

На Фиг. 3 схематически проиллюстрирован пример центробежного компрессора, содержащего другое устройство управления для кольца.

На Фиг. 4А схематично проиллюстрирован пример центробежного компрессора, содержащего другое устройство управления для кольца.

На Фиг. 4В проиллюстрирован схематический вид примерной конфигурации привода для устройства управления, проиллюстрированного на Фиг. 4А.

На Фиг. 5 схематично проиллюстрирован пример центробежного компрессора с наклонным отверстием.

На Фиг. 6А схематично проиллюстрирован пример центробежного компрессора с радиальными впускными направляющими лопатками в открытом положении.

На Фиг. 6В схематично проиллюстрирован центробежный компрессор, проиллюстрированный на Фиг. 6А, с направляющими радиальными впускными лопатками в закрытом положении.

На Фиг. 6С проиллюстрирован пример центробежного компрессора, в котором используются радиальные впускные направляющие лопатки и рециркуляционный канал.

На Фиг. 6D схематично проиллюстрирован пример кольца для выборочного ограничения отверстия рециркуляционного канала, проиллюстрированного на Фиг. 6С.

На Фиг. 7 схематично проиллюстрирован компрессор, который содержит множество впускных камер, а также осевые и радиальные впускные направляющие лопатки.

На Фиг. 8 схематично проиллюстрирован пример способа эксплуатации центробежного компрессора.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг. 1 проиллюстрирован схематический вид примерного холодильного контура 20, который содержит компрессор 22, первый теплообменник 24, расширительное устройство 26 и второй теплообменник 28. Хладагент сжимается в компрессоре 22, выходит из компрессора 22 при высоком давлении и высокой энтальпии и поступает в первый теплообменник 24.

Первый теплообменник 24 работает как конденсатор. В первом теплообменнике 24 хладагент протекает через змеевик 30 и отводит тепло в воздух, который всасывается в змеевик 30 нагнетательным вентилятором 32. В первом теплообменнике 24 хладагент конденсируется в жидкость, которая выходит из первого теплообменника 24 при низкой энтальпии и высоком давлении. В качестве среды отвода тепла может использоваться, например, вода, циркулирующая в кожухотрубном устройстве.

Хладагент течет из первого теплообменника 24 в расширительное устройство 26, такое, как расширительный клапан, который расширяет хладагент до низкого давления. После расширения хладагент протекает через второй теплообменник 28, который работает как испаритель. Нагнетательный вентилятор 34 всасывает воздух через второй теплообменник 28 и через змеевик 36. Хладагент, протекающий через змеевик 36, принимает тепло от воздуха, выходящего из второго теплообменника 28 с высокой энтальпией и низким давлением. Затем хладагент поступает в компрессор 22, завершая цикл охлаждения. В качестве среды отвода тепла может использоваться, например, вода, циркулирующая в кожухотрубном устройстве.

На Фиг. 2А схематично проиллюстрирован пример центробежного компрессора 22, который можно использовать в холодильном контуре 20, проиллюстрированном на Фиг. 1. Центробежный компрессор 22 содержит корпус 40, который определяет впускное отверстие 42, впускную камеру 44 и содержит имеющий отверстия кожух 45, который окружает рабочее колесо 56. Корпус 40 содержит первое отверстие 48 и второе отверстие 50, которые образуют рециркуляционный канал 52, имеющий гидравлическую связь с впускной камерой 44. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 2А, имеющий отверстия кожух 45 и рециркуляционный канал 52 являются кольцевыми и проходят по окружности вокруг продольной оси А, а отверстия 48, 50 проходят между впускной камерой 44 и рециркуляционным каналом 52. Кроме того, в примере, проиллюстрированном на Фиг. 2А, отверстие 48 является отверстием между частями 45А-В имеющего отверстия кожуха 45.

Рабочее колесо 56 расположено внутри корпуса 40 и вращается вокруг продольной оси А, чтобы всасывать жидкость через впускное отверстие 42 во впускную камеру 44. Жидкость проходит от линии подачи жидкости 23 (см. Фиг. 1) через направляющие лопатки 58 к рабочему колесу 56 и сжимается. Сжатая жидкость, в данном случае хладагент, проходит через диффузорный канал 60 и попадает в коллектор 62. Сжатая жидкость затем проходит по линии 25 (см. Фиг. 1). Двигатель 64 вращает рабочее колесо 56, поворачивая вал 66, коллинеарный с продольной осью А.

Первое отверстие 48 и второе отверстие 50 расположены в разных осевых местоположениях вдоль продольной оси А, причем первое отверстие 48 находится в местоположении L1, а второе отверстие 50 в местоположении L2. Второе отверстие 50 находится ближе к впускному отверстию 42, чем первое отверстие 48. В одном примере отверстие 48 расположено между передней кромкой 53 и задней кромкой 54 рабочего колеса 56.

Кольцо 70 выполнено с возможностью перемещения вдоль продольной оси А между первым положением (проиллюстрировано на Фиг. 2А), в котором большая часть кольца 70 находится в осевом направлении между первым отверстием 48 и вторым отверстием 50, и вторым положением (проиллюстрировано на Фиг. 2В). Кольцо 70 сильнее перекрывает второе отверстие 50 во втором положении, чем в первом положении. Благодаря включению кольца 70 рециркуляционный канал 52 изменяется в зависимости от конфигурации.

Передний край кольца 70, находящийся в первом положении, проиллюстрирован как Р1, а передний край кольца 70 во втором положении проиллюстрирован как Р2. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 2А, кольцо 70 целиком находится между первым и вторым отверстиями 48, 50, а в примере, проиллюстрированном на Фиг. 2В, второе отверстие 50 полностью закрыто кольцом 70. Конечно, могут быть использованы другие конфигурации, такие как частичное перекрытие в первой позиции и большее, но не полное перекрытие во второй позиции.

Стенка 72 отделяет впускную камеру 44 от рециркуляционного канала 52 имеющего отверстия кожуха 45. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 2А-В, кольцо 70 упирается в радиально внутреннюю сторону 74 стенки 72. Стенка 72 содержит часть 45А имеющего отверстия кожуха 45.

Множество впускных направляющих лопаток 58 проходят радиально наружу от продольной оси А и могут вращаться вокруг соответствующих осей вращения В, которые проходят радиально наружу от продольной оси А. Впускные направляющие лопатки 58 могут вращаться между открытым положением, которое максимизирует поток, как проиллюстрировано на Фиг. 2А, и закрытым положением, которое минимизирует поток, как проиллюстрировано на Фиг. 2В. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 2А-В, впускные направляющие лопатки 58 расположены в осевом положении, которое находится между первым осевым местоположением L1 и вторым осевым местоположением L2.

Контроллер 82 выполнен с возможностью перемещения кольца 70 вдоль продольной оси А между первым и вторым положениями, когда вращаются впускные направляющие лопатки 58. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 2А-В, некоторые или все впускные направляющие лопатки 58 механически соединены с кольцом 70, так что вращение впускных направляющих лопаток 58 обеспечивает осевое перемещение кольца 70 вдоль продольной оси А между первой и второй позициями.

На Фиг. 2С схематически проиллюстрирован пример механической связи между впускной направляющей лопаткой 58 и кольцом 70. Кольцо 70 содержит набор прикрепленных спиральных пружин 86 (например, 4 или 6), которые соприкасаются с кольцом 70 на одном конце и расположены на противоположном конце в углублении 87 углубленного кольца 89, которое прикреплено болтами к части 88 корпуса 40. Уплотнительное кольцо 83 обеспечивает уплотнение между кольцом 70 и стенкой 72. Кольцо 70 содержит отверстия 85, которые выровнены по оси со вторым отверстием 50, когда направляющие лопатки 58 находятся в полностью открытом положении, как проиллюстрировано на Фиг. 2С. Пружины 86 прижимают кольцо 70 к направляющей лопатке 58. Когда направляющие лопатки 58 закрываются (см. Фиг. 2D), пружины 86 перемещают кольцо 70 в осевом направлении, как проиллюстрировано на Фиг. 2C-D. На Фиг. 2Е проиллюстрирован пример кольца, которое содержит множество отверстий 85, расположенных по окружности на расстоянии друг от друга вокруг кольца 70. Разумеется, понятно, что могут быть использованы другие типы механических муфт, в которых вращение входных направляющих лопаток 58 обеспечивает осевое перемещение кольца 70 вдоль продольной оси А, например, проиллюстрированные на Фиг. 3 и 4А-В.

Впускные направляющие лопатки 58 выполнены с возможностью вращения для управления потоком, направленным к рабочему колесу 56. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 2А-В, когда вращаются впускные направляющие лопатки 58, чтобы уменьшить поток, направленный к рабочему колесу 56, кольцо 70 перемещается в первое положение, чтобы уменьшить перекрытие второго отверстия 50, и когда впускные направляющие лопатки 58 поворачиваются, чтобы увеличить поток по направлению к рабочему колесу 56, кольцо 70 перемещается во второе положение, чтобы увеличить перекрытие второго отверстия 50.

Приводы 80 обеспечивают вращение впускных направляющих лопаток 58. Приводы 80 сообщаются с контроллером 82. Контроллер 82 выполнен с возможностью перемещения кольца 70 между первым и вторым положениями путем вращения впускных направляющих лопаток 58 на основе уровня нагрузки центробежного компрессора 22. Контроллер 82 принимает информацию о давлении от датчика давления 84А во впускной камере 44, датчика давления 84 В в коллекторе 62 и, необязательно, также датчика скорости 84С, который измеряет скорость вращения вала 66. В одном примере двигатель 64 вращает вал 66 с фиксированной постоянной скоростью, и датчик скорости 84С не используется.

Контроллер 82 использует показания датчиков от датчиков 84А-С и угол поворота впускных направляющих лопаток 58 для определения нагрузки центробежного компрессора 22. В одном примере, в качестве части соответствующих расчетов нагрузки, контроллер 82 определяет соотношение между показаниями давления датчиков давления 84А и 84 В, а также определяет массу потока, направленного к рабочему колесу 56 на основании значения угла впускных направляющих лопаток 58 и скорости вращения рабочего колеса 56. В одном примере контроллер 82 перемещает кольцо 70 в направлении первого положения, чтобы уменьшить перекрытие второго отверстия 50 при более низких уровнях нагрузки, и перемещает кольцо 70 в направлении второго положения, чтобы увеличивать перекрытие второго отверстия 50 при более высоких уровнях нагрузки.

На Фиг. 2F схематично проиллюстрирован пример поперечного сечения центробежного компрессора 22 по линии С-С, проиллюстрированного на Фиг. 2В. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 2С, второе отверстие 50 содержит множество изогнутых прорезей 50A-I, которые разделены частями стенки 72А-Н стенки 72. Части стенки 72А-Н соединяют стенку 45 с передней частью 88 корпуса 40. Отверстие 48 может быть выполнено аналогично множеству изогнутых прорезей, разделенных соединительными частями, которые соединяют две части 45А-В имеющего отверстия кожуха 45 друг с другом.

В этом раскрытии одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, где это целесообразно, а ссылочные позиции с добавлением сотни или соответствующих кратных единиц обозначают модифицированные элементы, которые, как подразумевается, содержат те же признаки и преимущества соответствующих элементов.

На Фиг. 3 схематически проиллюстрирован пример центробежного компрессора 122, содержащий другое устройство управления для кольца 170. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 3, кольцо 170 находится радиально наружу от впускной камеры 44 и стенки 45 и упирается в радиально внешнюю сторону 76 стенки 72 в рециркуляционном канале 52. Кольцо 170 может перемещаться в осевом направлении между первой позицией (проиллюстрирована на Фиг. 3), в которой кольцо 170 находится в осевом направлении между отверстиями 48, 50, в закрытое положение, где кольцо 170 частично или полностью закрывает отверстие 50 вдоль радиально внешней стороны 76 стенки 72. Множество приводов 90 расположены в имеющем отверстия кожухе 45 и разнесены по окружности на расстоянии друг от друга вдоль радиально внешней стороны 76 стенки 72. В одном примере каждый из приводов расположен в одном и том же осевом положении, и, необязательно, приводы 90 равномерно расположены по окружности на расстоянии друг от друга.

Приводы 90 работают совместно, чтобы равномерно прикладывать усилие к кольцу 170 для перемещения кольца к передней части 88 или от передней части 88. Контроллер 82 функционально связан с приводами 90 для управления их работой на основе одного или нескольких датчиков 84 (не проиллюстрированы), таких, как датчики давления 84А-В и, необязательно, также датчик скорости 84С, проиллюстрированный на Фиг. 2А-В. Приводы 180 выполнены с возможностью вращения впускных направляющих лопаток 58. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 3, приводы 180 проходят через отверстия 92 в кольце 170.

На Фиг. 4А схематично проиллюстрирован пример центробежного компрессора 222, содержащего другое устройство управления для кольца 270. В этом примере привод 190 вращает кольцо 94, которое отделено от кольца 270, для перемещения кольца 270 в осевом направлении.

На Фиг. 4В более подробно проиллюстрирован пример привода 190 и кольца 94. Привод 190 выполнен с возможностью выдвигать и убирать стержень 95, который, в свою очередь, вращает кольцо 94 вокруг продольной оси А. Стержень 95 проходит вдоль продольной оси D, которая не является параллельной продольной оси А. Кольцо 94 содержит множество кулачковых поверхностей, которые в примере, проиллюстрированном на Фиг. 4В, представляют собой прорези 96, которые имеют наклон, а кольцо 270 содержит множество кулачковых элементов, которые в примере, проиллюстрированном на Фиг. 4В, содержат штыри толкателя кулачка 97, ориентированные в радиальном направлении, каждый из которых расположен в соответствующей одной из прорезей кулачка 96. Привод 190 выполнен с возможностью вращения кольца 94 вокруг продольной оси А, приводящему к перемещению штырей толкателя кулачка 97 через соответствующие пазы кулачка 96, обеспечивая осевое перемещение кольца 270 вдоль продольной оси А.

Контроллер 82 функционально связан с приводом 190 для управления работой привода 190 на основе одного или нескольких датчиков 84 (не проиллюстрированы), таких, как датчики давления 84А-В и, необязательно, также датчик скорости 84С, проиллюстрированный на Фиг. 2А-В.

В одном примере контроллер 82 выполнен с возможностью перемещения кольца 170 между первым и вторым положениями, когда впускные направляющие лопатки 58 перемещаются, даже если впускные направляющие лопатки 58 не связаны механически с кольцом 170.

На Фиг. 5 схематично проиллюстрирован пример корпуса 140 центробежного компрессора 322, содержащего отверстие 148, которое имеет наклон относительно отверстия 50. Отверстие 148 проходит вдоль линии L1 под углом θ₁ относительно центральной продольной оси А, а отверстие 50 проходит вдоль линии L2 под углом θ₂ относительно центральной продольной оси А. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 5, линия L1 не параллельна линии L2, а линия L2 наклонена к линии L1 в радиальном направлении наружу от центральной продольной оси А. В одном примере угол θ₁ примерно равен 90°, а угол θ₂ примерно равен 60°. Хотя кольцо 70 на Фиг. 5 не проиллюстрировано, понятно, что оно может быть включено в один пример. Кроме того, наклонная линия L1 может быть включена в любой из других вариантов реализации изобретения, раскрытых в данном документе.

В одном примере хладагент, который используется в холодильном цикле, сжимается центробежным компрессором 322 (или любым из других компрессоров, рассматриваемых ранее), содержит приблизительно 98-99% пара и примерно 1-2% жидкости, и имеет плотность, которая составляет приблизительно в 5 раз больше плотности воздуха.

Хотя впускные направляющие лопатки, проиллюстрированные на Фиг. 1-5, являются осевыми впускными направляющими лопатками, кольцо также может использоваться для выборочного перекрытия рециркуляционного канала в соединении с радиальными впускными направляющими лопатками. На Фиг. 6А схематично проиллюстрирован пример центробежного компрессора 422 с радиальными впускными направляющими лопатками 458 в открытом положении. Жидкость всасывается через впускное отверстие 442 во впускную камеру 444 и проходит между направляющими впускными лопатками 458, которые находятся в открытом положении, в канал 408. Радиальные впускные направляющие лопатки 458 поворачиваются вдоль осей 402 под действием вращения кольца 404. Рабочее колесо (не проиллюстрировано на Фиг. 6А) вращается вокруг продольной оси А, которая параллельна осям 402.

На Фиг. 6В схематично проиллюстрирован центробежный компрессор 422 с радиальными впускными направляющими лопатками 458 в закрытом положении, в котором поток жидкости из камеры 444 во входное отверстие 408 более ограничен.

На Фиг. 6С проиллюстрирован пример центробежного компрессора 522, который содержит радиальные впускные направляющие лопатки 558А-В, рециркуляционный канал 552 и расположенные вплотную крыльчатки 556А-В. Рабочее колесо 556А всасывает жидкость через впускное отверстие 542А в напорную камеру 544А впускной камеры и через радиальные входные направляющие лопатки 558А - во впускное отверстие 508А. Рабочее колесо 556В всасывает жидкость через впускное отверстие 542В во впускную камеру 544В и через радиальные впускные направляющие лопатки 558В - во впускное отверстие 508В. Канал 508А содержит множество первых отверстий 548, которые расположены по окружности на расстоянии друг от друга вокруг продольной оси А, и множество вторых отверстий 550, которые расположены по окружности на расстоянии друг от друга вокруг продольной оси А. Первые отверстия 548 и вторые отверстия 550 образуют один или несколько рециркуляционных каналов 552 для циркуляции жидкости из впускного отверстия 508В обратно во впускную камеру 544А. Кольцо 570 вращается, чтобы избирательно перекрывать вторые отверстия 550. Привод 590 обеспечивает вращение кольца 570.

На Фиг. 6D схематично проиллюстрирован пример кольца 570, которое содержит множество отверстий 585. Кольцо вращается вокруг продольной оси А между первым положением и вторым положением, которое проиллюстрировано на Фиг. 6D. Кольцо 570 действует как заслонка, избирательно усиливая выравнивание отверстий 585 со вторыми отверстиями 550 в первом положении, чтобы увеличить поток жидкости в рециркуляционном канале 552, и выборочно уменьшая выравнивание отверстий 585 со вторыми отверстиями 550, чтобы ограничивать поток жидкости в рециркуляционном канале 552 во втором положении. Во втором примерном положении, проиллюстрированном на Фиг. 6D, отверстия 585 смещены относительно вторых отверстий 550, обеспечивая максимальное перекрытие вторых отверстий 550 и минимальный поток в одном или нескольких рециркуляционных каналах 552. В первом положении (не проиллюстрировано) отверстия 550, по меньшей мере, частично выровнены со вторыми отверстиями 550.Таким образом, кольцо 570 перекрывает вторые отверстия 550 во втором положении сильнее, чем в первом положении.

На Фиг. 7 схематично проиллюстрирован пример центробежного компрессора 622, содержащий множество частей 610A, 610В, которые комбинируют аспекты центробежного компрессора 522, проиллюстрированного на Фиг. 6С (часть 610А), с аспектами центробежного компрессора 22, проиллюстрированного на Фиг. 2В (часть 610В). Центробежный компрессор 622 содержит множество впускных камер 44, 544, несколько рециркуляционных каналов 52, 552, а также содержит как осевые впускные направляющие лопатки 58, так и радиальные впускные направляющие лопатки 558. Кольцо 70 может перемещаться в осевом направлении вдоль продольной оси А, чтобы контролировать уровень перекрытия отверстия 50, а кольцо 570 вращается вокруг продольной оси А, чтобы контролировать уровень перекрытия отверстия 550.

Рабочее колесо 656, которое содержит части 656А-В рабочего колеса, вращается вокруг продольной оси А. Часть рабочего колеса 656А выполнена с возможностью всасывания жидкости через впускное отверстие 542 во впускную камеру 544, а часть рабочего колеса 656В выполнена с возможностью впуска жидкости через впускное отверстие 44 во впускную камеру 44. Один и тот же канал диффузора 60 и коллектора 62 используются каждой частью центробежного компрессора 610А-В.

На Фиг. 8 схематически проиллюстрирован пример способа 300 работы центробежного компрессора 22. Рабочее колесо 56 вращается вокруг продольной оси А внутри корпуса 40 для всасывания жидкости во впускную камеру 44 (блок 302).Корпус 40 содержит первое отверстие 48 и второе отверстие 50, которые образуют рециркуляционный канал 52, имеющий гидравлическую связь с впускной камерой 44. Жидкость из впускной камеры 44 рециркулирует через рециркуляционный канал 52 и возвращается во впускную камеру 44 (блок 304). Вращаются впускные направляющие лопатки 58 (блок 306). Кольцо 70 перемещается вдоль продольной оси А между первым положением (см., например, Фиг. 2А) и вторым положением (см., например, Фиг. 2В) (блок 308). Кольцо 70 больше перекрывает второе отверстие 50 во втором положении, чем в первом положении. Помпаж идентифицируется путем измерения потока, давления или вибрационной сигнализации. Если в данном положении впускной направляющей лопатки обнаружено возникновение помпажа, кольцо 70 будет перемещаться независимо, чтобы обеспечить стабильную работу компрессора.

Рассматриваемые здесь различные варианты реализации изобретения с имеющим отверстия кожухом обеспечивают улучшенную стабильность и минимизируют условия для создания помпажа при частичных нагрузках компрессора без снижения эффективности, обычно связанной с имеющим отверстия кожухом при более высоких нагрузках, поскольку при более высоких нагрузках кольцо 70 перекрывает одно из отверстий 48, 50 и предотвращает уровень рециркуляции, который имел бы место в противном случае. Связывая движение направляющих лопаток 58 с движением кольца 70, компрессор 22 может избежать условий возникновения помпажа при более низких нагрузках, а также избежать потери эффективности, которая имела бы место в случае открытого рециркуляционного канала 52 при более высоких нагрузках.

Хотя центробежный компрессор 22 рассматривался в контексте холодильного контура 20, понятно, что центробежный компрессор 22 не ограничивается холодильными контурами 20 и может использоваться для других применений, таких как турбонагнетатель или силовой двигатель.

Кроме того, хотя центробежный компрессор 22 проиллюстрирован и описан здесь как имеющий одно рабочее колесо 56 в одноступенчатой конструкции, следует понимать, что можно использовать дополнительные рабочие колеса, которые также вращаются вокруг одной и той же продольной оси А.

Кроме того, хотя на фигурах 2А-В, 3 и 4А проиллюстрированы кольца 70, 170, 270 внутри конкретной впускной камеры 44 и рециркуляционного канала 52, следует понимать, что это не ограничивающие примеры и что кольца 70, 170 270 могут быть расположен в другой впускной камере 44 и рециркуляционном канале 52 в других вариантах реализации изобретения. Аналогично, приводы 90 могут быть расположены в рециркуляционном канале 52, а не во впускной камере 44 в варианте реализации изобретения.

Пример центробежного компрессора содержит корпус, формирующий впускную камеру, и содержащий первое и второе отверстия, определяющие рециркуляционный канал, который гидравлически связан со впускной камерой. Рабочее колесо расположено внутри корпуса и может вращаться вокруг продольной оси для всасывания жидкости во впускную камеру. Первое и второе отверстия находятся в разных осевых положениях вдоль продольной оси. Множество впускных направляющих лопаток выполнены с возможностью вращения и расположены во впускной камере. Центробежный компрессор содержит кольцо и контроллер, предназначенные для перемещения кольца вдоль продольной оси между первым положением и вторым положением при вращении впускных направляющих лопаток. Кольцо закрывает, по меньшей мере, одно из первого и второго отверстий, причем сильнее во втором положении, чем в первом положении.

Примерный способ работы центробежного компрессора включает вращение рабочего колеса вокруг продольной оси внутри корпуса компрессора для всасывания жидкости во впускную камеру. Корпус содержит первое отверстие и второе отверстие, которые образуют рециркуляционный канал, имеющий гидравлическую связь с впускной камерой. Жидкость из впускной камеры рециркулирует через рециркуляционный канал и возвращается во впускную камеру. Множество впускных направляющих лопаток имеют возможность вращения и расположены во впускной камере. Кольцо перемещается вдоль продольной оси между первым положением и вторым положением во время указанного вращения, причем кольцо перекрывает, по меньшей мере, одно из первого и второго отверстий сильнее во втором положении, чем в первом положении.

Примерный центробежный компрессор 322 содержит корпус 140, формирующий впускную камеру 44, который содержит первое отверстие 148 и второе отверстие 50, определяющие рециркуляционный канал 52, гидравлически связанный со впускной камерой 44. Рабочее колесо 56 внутри корпуса 140 вращается вокруг продольной оси А для всасывания хладагента во впускную камеру 44. Первое отверстие 148 и второе отверстие 50 расположены в разных осевых точках вдоль продольной оси А.

Хотя были раскрыты примерные варианты реализации изобретения, специалист в данной области техники должен понимать, что в объем этого раскрытия будут входить определенные модификации. По этой причине следует изучить следующую формулу изобретения, чтобы определить объем и содержание данного раскрытия.

Claims

1. Центробежный компрессор, содержащий:

корпус, формирующий впускную камеру и содержащий первое и второе отверстия, которые образуют рециркуляционный канал, гидравлически связанный с впускной камерой;

рабочее колесо, находящееся внутри корпуса, которое может вращаться вокруг продольной оси для всасывания жидкости во впускную камеру, первое и второе отверстия, расположенные в разных осевых положениях вдоль продольной оси;

множество впускных направляющих лопаток имеют возможность вращения и расположены во впускной камере;

кольцо; и

контроллер для перемещения кольца вдоль продольной оси между первым положением и вторым положением при вращении впускных направляющих лопаток, причем кольцо перекрывает, по меньшей мере, одно из первого и второго отверстий сильнее во втором положении, чем в первом положении.

2. Центробежный компрессор по п. 1, отличающийся тем, что кольцо выполнено с возможностью перемещения в направлении первого положения, чтобы уменьшить перекрытие второго отверстия, причем кольцо выполнено с возможностью перемещения в направлении второго положения, чтобы увеличить перекрытие второго отверстия.

3. Центробежный компрессор по п. 2, отличающийся тем, что впускные направляющие лопатки выполнены с возможностью вращения, чтобы уменьшить поток жидкости к рабочему колесу, когда кольцо движется в направлении первого положения, и впускные направляющие лопатки выполнены с возможностью вращения, чтобы увеличить поток жидкости к рабочему колесу, когда кольцо движется по направлению к второй позиции.

4. Центробежный компрессор по п. 1, отличающийся тем, что множество впускных направляющих лопаток представляют собой осевые впускные направляющие лопатки, которые проходят радиально наружу от продольной оси и механически связаны с кольцом, так что вращение впускных направляющих лопаток обеспечивает осевое перемещение кольца вдоль продольной оси.

5. Центробежный компрессор по п. 4, отличающийся тем, что осевые впускные направляющие лопатки расположены в осевом направлении между первым и вторым отверстиями.

6. Центробежный компрессор по п. 4, содержащий:

дополнительную вторую впускную камеру, которая отделена от первой впускной камеры, сформирована корпусом и содержит третье и четвертое отверстия, которые формируют рециркуляционный канал, гидравлически связанный со второй впускной камерой;

множество радиальных впускных лопаток, выполненных с возможностью вращения, которые расположены во второй впускной камере; а также

второе кольцо, которое отделено от первого кольца;

причем контроллер выполнен с возможностью вращения второго кольца вокруг продольной оси между первым положением и вторым положением при вращении радиальных впускных направляющих лопаток, при этом второе кольцо перекрывает, по меньшей мере, одно из третьего и четвертого отверстий сильнее во втором положении, чем в первом положении; и

причем рабочее колесо выполнено с возможностью всасывания жидкости во вторую впускную камеру.

7. Центробежный компрессор по п. 1, отличающийся тем, что впускные направляющие лопатки представляют собой радиальные впускные лопатки, выполненные с возможностью поворота вокруг соответствующих осей, которые параллельны продольной оси.

8. Центробежный компрессор по п. 1, отличающийся тем, что кольцо расположено внутри впускной камеры.

9. Центробежный компрессор по п. 1, отличающийся тем, что кольцо расположено радиально наружу от впускной камеры.

10. Центробежный компрессор по п. 1, отличающийся тем, что первое отверстие является впуском в рециркуляционную камеру, а второе отверстие является выпуском из рециркуляционной камеры.

11. Центробежный компрессор по п. 1, отличающийся тем, что кольцо полностью находится в осевом направлении между первым и вторым отверстиями в первом положении, и кольцо перекрывает полностью второе отверстие вдоль стенки имеющего отверстия кожуха во втором положении.

12. Центробежный компрессор по п. 1, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью перемещения кольца между первым и вторым положениями на основе уровня давления центробежного компрессора.

13. Центробежный компрессор по п. 12, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью:

перемещать кольцо в первое положение, чтобы уменьшить перекрытие второго отверстия на основе первой обнаруженной разности давлений между впуском и выпуском уровня центробежного компрессора; а также

перемещать кольцо во второе положение, чтобы увеличить перекрытие второго отверстия на основе второй обнаруженной разности давлений между впуском и выпуском центробежного компрессора, которая будет больше, чем первая обнаруженная разница давлений.

14. Центробежный компрессор по п. 12, содержащий:

по меньшей мере, один датчик давления, выполненный с возможностью измерения давления, связанного с корпусом компрессора;

причем контроллер сконфигурирован для обнаружения уровня давления центробежного компрессора на основе измерения давления хладагента, по меньшей мере, от одного датчика давления.

15. Центробежный компрессор по п. 1, содержащий:

второе кольцо, содержащее кулачковую поверхность, причем кольцо представляет собой первое кольцо, которое отделено от второго кольца, и первое кольцо включает в себя кулачковый элемент; а также

привод, выполненный с возможностью вращения второго кольца вокруг продольной оси, при этом вращение второго кольца вокруг продольной оси перемещает кулачковый элемент вдоль поверхности кулачка и обеспечивает осевое перемещение первого кольца.

16. Центробежный компрессор по п. 15, содержащий:

стержень привода, который соединяет привод со вторым кольцом и не параллелен продольной оси, при этом привод вращает второе кольцо посредством перемещения стержня привода.

17. Центробежный компрессор по п. 1, содержащий:

множество приводов, разнесенных по окружности друг от друга и выполненных с возможностью перемещения кольца между первым и вторым положениями.

18. Центробежный компрессор по п. 17, отличающийся тем, что множество приводов равномерно разнесены друг от друга и расположены в одном и том же осевом положении.

19. Центробежный компрессор по п. 17, отличающийся тем, что множество приводов расположены внутри впускной камеры.

20. Центробежный компрессор по п. 17, отличающийся тем, что множество приводов расположены радиально наружу от впускной камеры.

21. Центробежный компрессор по п. 1, отличающийся тем, что центробежный компрессор является частью холодильного контура, а жидкость, всасываемая во впускную камеру рабочим колесом, является хладагентом.

22. Способ работы центробежного компрессора, включающий:

вращение рабочего колеса вокруг продольной оси внутри корпуса компрессора для всасывания жидкости во впускную камеру, причем корпус компрессора содержит первое и второе отверстия, которые образуют рециркуляционный канал, гидравлически связанный с впускной камерой;

рециркуляция жидкости из впускной камеры через рециркуляционный канал и обратно во впускную камеру;

вращение множества впускных направляющих лопаток, расположенных внутри впускной камеры; а также

перемещение кольца вдоль продольной оси между первым положением и вторым положением во время указанного вращения, при этом кольцо перекрывает, по меньшей мере, одно из первого и второго отверстий больше во втором положении, чем в первом положении.

23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что упомянутое перемещение кольца вдоль продольной оси включает перемещение кольца с использованием механического сцепления между кольцом и множеством впускных направляющих лопаток, так что вращение впускных направляющих лопаток обеспечивает осевое перемещение кольца между первой и второй позициями.