CN111637086A

CN111637086A - 用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统

Info

Publication number: CN111637086A
Application number: CN202010499892.XA
Authority: CN
Inventors: 杨启超; 刘广彬; 赵远扬; 李连生
Original assignee: Qingdao University of Science and Technology
Current assignee: Qingdao University of Science and Technology
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2020-09-08

Abstract

本发明属于制冷技术邻域，涉及一种用于气体轴承支撑的离心压缩机轴承供气系统，包括与冷凝器连接的经济器，经济器的出口分为三路，第一路经济器直接与离心压缩机相连通，第二路通过第二节流阀与蒸发器进入离心压缩机，第三路通过第二单向阀和电子膨胀阀与离心压缩机的壳体相连通；还包括与冷凝器连通的储液器，储液器依次连接第一单向阀、制冷剂液泵、热力膨胀阀和换热器，换热器连接有用于向换热器提供热源的水箱，换热器与离心压缩机相连通。本发明提供给气体轴承的制冷剂蒸汽为过热状态，减少供气系统中含有液体制冷剂的风险，保证气体轴承的稳定可靠运行；并通过不同供气回路的切换和控制，保证离心压缩机稳定可靠的气源供应。

Description

用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种用于制冷和热泵系统的气体轴承支撑的离心压缩机轴承供气系统。

背景技术

采用气体轴承作为支撑结构的离心式制冷压缩机具有无油、高速、稳定性好的特点，气体轴承又可以分为静压气体轴承和动压气体轴承，与动压气体轴承相比，静压气体轴承的承载力较大，但需要稳定的气源向气体轴承供气来保证气体轴承的稳定可靠工作。常规的做法可以采用压缩机排出的高压气体作为气源来向轴承供气或者采用外部气源，但由于离心式制冷或热泵机组在工作时大部分时间工作在非额定负荷工况条件下，也即部分负荷工况条件下，部分负荷工况下由于蒸发压力或冷凝压力的变化，导致系统的最大压差会发生变化，此时会导致轴承的供气压力不足。在其他高温工况或低温工况等极端工况条件下也会导致供气压力的变化。供气压力的不足会导致气体轴承承载力减小，进而影响轴承和机器的稳定性和可靠性。采用外部气源会增加系统的复杂性，而且需要消耗多余能耗。因此，为静压气体轴承提供稳定可靠的气源是气体轴承离心压缩机重要的关键技术之一。

但是，在原有技术中，即通过加热制冷剂储罐的供气方案中，通过加热储液罐中的制冷剂液体所产生的制冷剂气体为饱和蒸汽，饱和蒸汽在流过后面的管路、阀门、过滤器等组件和管路时，由于与外部环境的散热，不可避免会产生制冷剂液体，而含有液体的制冷剂气液混合相在向气体轴承供气时可能会导致轴承运行不稳定，所以亟需要提供一种稳定可靠的具有一定过热度的制冷剂气体以解决此问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，对现有的气体轴承支撑的离心压缩机供气系统作进一步的改进，提出了一种用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，提供了离心压缩机的补气、轴承供气、电机冷却的方法，能够提供具有一定过热度的制冷剂气体，减少供气系统中含有液体制冷剂的风险，保证气体轴承的稳定可靠运行。

本发明的技术方案是：

用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，包括离心压缩机和冷凝器，离心压缩机的出口与冷凝器进口相连通，离心压缩机内设置气体轴承，所述供气系统还包括：

制冷剂循环路径，所述制冷剂循环路径包括与冷凝器第一出口连接的经济器，所述经济器的出口分为三路，第一路从经济器的上出口直接与离心压缩机的2级压缩机进气口管道相连通，第二路通过第二节流阀与蒸发器的入口相连通，并经蒸发器出口进入离心压缩机的低压级进口，第三路通过第二单向阀和电子膨胀阀与离心压缩机的壳体相连通；

过热供气路径，所述过热供气路径包括与冷凝器第二出口连通的储液器，所述储液器依次连接第一单向阀、制冷剂液泵、热力膨胀阀和换热器，所述换热器连接有用于向换热器提供热源的水箱，所述水箱出口设置有温度传感器和循环水泵；所述换热器的出口处设置有热力膨胀阀的感温包，所述换热器依次通过气体过滤器、稳压阀和电磁阀与所述离心压缩机相连通。

进一步的，所述水箱底部设置有电加热器，所述水箱与换热器形成一个水路循环，所述水箱与换热器之间设置有循环水泵和用于控制出水温度的温度传感器。

进一步的，所述换热器入口一端连接所述热力膨胀阀，出口一端设置有用于测量经过换热器后制冷剂温度的感温包。

进一步的，所述冷凝器第一出口通过第一节流阀与所述经济器的入口相连通。

进一步的，所述冷凝器第二出口通过第一控制阀与所述储液器的入口相连通。

进一步的，所述经济器通过第二单向阀和电子膨胀阀向离心压缩机的壳体输送用于冷却电机的制冷剂，冷却后的制冷剂通过与所述离心压缩机壳体相连通的蒸发器的入口进入所述蒸发器，在所述蒸发器内转换为饱和过热蒸汽后再次进入所述离心压缩机的低压级进口。

本发明还提供了另一种形式的气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，除了上述供气系统的装置和路径，所述供气系统还包括一个排气供气支路，所述排气供气支路包括离心压缩机、第三单向阀、第二控制阀、稳压罐以及与稳压罐连接的所述气体过滤器、稳压阀和电磁阀，所述离心压缩机通过所述第三单向阀和第二控制阀与所述稳压罐连通，所述稳压罐设置在所述换热器与气体过滤器之间，并通过所述气体过滤器、稳压阀和电磁阀与所述离心压缩机相连通，形成排气供气回路。

本发明还提供了另一种经济器补气形式，即将经济器替换为板式换热器，涉及板式换热器这一部分的循环回路也相应的改变。

进一步的，所述冷凝器出口分两路连通所述板式换热器，一路通过第一节流阀进入板式换热器后，从板式换热器的出口直接与离心压缩机连通补气；一路从冷凝器出口直接连接板式换热器，再从板式换热器出口分别连接所述第二节流阀和第二单向阀，同所述制冷剂循环路径的第二路和第三路路径。

本发明的有益效果：

(1)本发明所提供的供气系统通过增加可加热的水箱、换热器、热力膨胀阀、温度传感器等部件，组成气体轴承供气系统回路，可保证提供给气体轴承的制冷剂蒸汽为过热状态，减少供气系统中含有液体制冷剂的风险，保证气体轴承的稳定可靠运行；同时本系统可通过与压缩机排气供气系统的联合，通过不同供气回路的切换和控制，保证在压缩机启动过程、部分负荷工况以及额定工况下都有稳定可靠的气源供应。

(2)本发明所提供的供气系统通过在水箱中安装电加热器，可调控循环水温度，并在水箱出口设置温度传感器用于检测和控制出水温度，出水温度的高低可决定换热器中制冷剂的蒸发温度和蒸发压力，再通过热力膨胀阀的调节作用可保证经换热后的制冷剂气体为过热蒸汽，且过热度可调；相对于原有用于电机冷却的制冷剂液体取自冷凝器，本发明所提供的供气系统中，制冷剂液体取自经济器出口液体，经济器出口制冷剂过冷度温度更低，冷却效果更好；并且本发明方案的经济器形式同样适用于采用板式换热器方式。

(3)本发明所提供的供气系统中，经电机冷却后的制冷剂气体或气液混合物进入蒸发器进口，以防止由于制冷剂冷却流量较大时，冷却后的制冷剂为气液混合物，直接进入压缩机入口会产生进气带液的风险。

附图说明

图1为本发明提供的实施例1的供气系统循环原理图；

图2为本发明提供的实施例2的供气系统循环原理图；

图3为本发明提供的实施例3的供气系统循环原理图；

以上各图中，1、离心压缩机；2、冷凝器；3、第一节流阀；4、经济器；5、第二节流阀；6、蒸发器；7、第一控制阀；8、储液器；9、第一单向阀；10、制冷剂液泵；11、热力膨胀阀；111、感温包；12、换热器；13、水箱；14、电加热器；15、循环水泵；16、气体过滤器；17、稳压阀；18、电磁阀；19、第二单向阀；20、电子膨胀阀；21、第三单向阀；22、第二控制阀；23、稳压罐。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中如未特别指明，所用手段为本领域常规手段。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明提供的气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，包括离心压缩机1和冷凝器2，离心压缩机1的出口与冷凝器2进口相连通，离心压缩机1内设置气体轴承。离心压缩机1出来的高压气体经冷凝器2冷却为制冷剂液体，然后经第一节流阀3进入经济器4，从经济器4的出口出来的制冷剂分为三个回路：第一路为制冷剂蒸汽，从经济器4的上出口返回离心压缩机1的2级压缩机进气口管道位置进行补气；第二路为主回路，第二路的制冷剂液体经第二节流阀5进入蒸发器6，从蒸发器6出来的饱和或过热蒸汽进入离心压缩机1的低压级的进口进行压缩；第三路为冷却回路，目的是为保证离心压缩机1的电机冷却，该冷却回路的制冷剂液体从经济器4的下部出口，通过第二单向阀19和电子膨胀阀20进入离心压缩机1的壳体内对电机的定子和转子进行冷却，冷却后的制冷剂气体进入蒸发器6进口，再次开始循环。

为保证气体轴承的供气压力，且具有一定的过热度，供气系统设置了相关回路产生过热制冷剂气体为气体轴承供气。该回路从冷凝器2经第一控制阀7向储液器8输送制冷剂液体，从储液器8出来的制冷剂液体经过第一单向阀9并经制冷剂液泵10提升压力后进入换热器12，在制冷剂液泵10与换热器12之间设置有热力膨胀阀11，通过设置在换热器12出口上的感温包111测量经过换热器12后制冷剂的温度，保证经换热器12出口的制冷剂气体具有一定的过热度。换热器12的热源为通过加热的水箱13上的水路循环，在水箱13底部安装电加热器14，用于加热水箱13内的水，在水箱13出口设置温度传感器和循环水泵15，温度传感器和循环水泵15设置在水箱13出口和换热器12之间；通过控制出水温度可以控制经换热器12的蒸发温度，通过热力膨胀阀11保证换热器12出口制冷剂蒸汽的过热度；从换热器12出口出来的过热制冷剂气体经气体过滤器16、稳压阀17和电磁阀18向离心压缩机1内的气体轴承供气。

实施例2

如图2所示，本实施例是在实施例1的基础上加入了一个经过离心压缩机1排气的供气系统，该压缩机排气供气支路从离心压缩机1开始，经第三单向阀21和第二控制阀22进入稳压罐23。离心压缩机的供气系统中加入排气供气支路，主要考虑到离心压缩机1在正常额定工作时，即离心压缩机1的排气较高时，采用离心压缩机1经第三单向阀21和第二控制阀22来供气即可，此时可切断经储液器8、第一单向阀9、制冷剂液泵10、换热器12这路的供气，以节约系统整体能耗。而离心压缩机1处于变工况时，此时离心压缩机1排气压力降低，需要两路气体共同调控进行供气或者切断该排气供气支路二采用经换热器12的过热供气路径。在两路供气回路情况下增加稳压罐23以确保供气系统的稳定，且提供一定缓冲作用。离心压缩机1正常工作时排气状态为过热蒸汽，可通过两路气体的调控保证气体轴承的稳定可靠供气。

实施例3

如图3所示，本实施例将经济器4替换为板式换热器。本实施例是基于实施例1的另外一种补气形式，采用板式换热器形式。

与实施例1不同的地方在于：从冷凝器2出来的制冷剂液体一部分经第一节流阀3节流降压后在板式换热器4中换热升温后产生制冷剂蒸汽用于系统的补气，而大部分制冷剂液体在与补气回路换热后，过冷度降低，再进入第二节流阀5进行降压节流后进入蒸发器6，完成制冷循环。从板式换热器出来的过冷液体一部分经单向阀19和电子膨胀阀20用于电机的冷却，由于过冷度的增加，冷却效果更好。

上述说明仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明的限制，凡在本发明的内容范围内所做出的任何修改、等同替换、改型等，均应包含在本发明的专利保护范围之内。在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或者改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，包括离心压缩机和冷凝器，离心压缩机的出口与冷凝器进口相连通，离心压缩机内设置气体轴承，其特征在于，所述供气系统还包括：

2.根据权利要求1所述的用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，其特征在于，所述水箱底部设置有电加热器，所述水箱与换热器形成一个水路循环，所述水箱与换热器之间设置有循环水泵和用于控制出水温度的温度传感器。

3.根据权利要求1所述的用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，其特征在于，所述换热器入口一端连接所述热力膨胀阀，出口一端设置有用于测量经过换热器后制冷剂温度的感温包。

4.根据权利要求1所述的用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，其特征在于，所述冷凝器第一出口通过第一节流阀与所述经济器的入口相连通。

5.根据权利要求1所述的用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，其特征在于，所述冷凝器第二出口通过第一控制阀与所述储液器的入口相连通。

6.根据权利要求1所述的用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，其特征在于，所述经济器通过第二单向阀和电子膨胀阀向离心压缩机的壳体输送用于冷却电机的制冷剂，冷却后的制冷剂通过与所述离心压缩机壳体相连通的蒸发器的入口进入所述蒸发器，在所述蒸发器内转换为饱和或过热蒸汽后再次进入所述离心压缩机的低压级进口。

7.如权利要求1-6所述的用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，其特征在于，所述供气系统还包括一个排气供气支路，所述排气供气支路包括离心压缩机、第三单向阀、第二控制阀、稳压罐以及与稳压罐连接的所述气体过滤器、稳压阀和电磁阀，所述离心压缩机通过所述第三单向阀和第二控制阀与所述稳压罐连通，所述稳压罐设置在所述换热器与气体过滤器之间，并通过所述气体过滤器、稳压阀和电磁阀与所述离心压缩机相连通，形成排气供气回路。

8.如权利要求1-6所述的用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，其特征在于，所述供气系统中的经济器采用板式换热器。

9.根据权利要求8所述的用于气体轴承支撑的离心压缩机供气系统，其特征在于，所述冷凝器出口分两路连通所述板式换热器，一路通过第一节流阀进入板式换热器后，从板式换热器的出口直接与离心压缩机连通补气；一路从冷凝器出口直接连接板式换热器，再从板式换热器出口分别连接所述第二节流阀和第二单向阀，同所述制冷剂循环路径的第二路和第三路路径。