[发明专利]大容量制冷机压缩机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请案主张于2008年3月13日申请的第61/069,282号美国临时申请案的权益，该申请案的内容以引用方式全文并入本文。

技术领域

本发明主要涉及压缩机领域。更具体而言，本发明涉及用于制冷和空调系统的大容量压缩机。

背景技术

用于综合办公楼的工业制冷系统或空调器系统之类的大型冷却设备通常涉及使用大于400制冷吨(1400kW)的大冷却容量系统。输送这一水平的容量通常需要使用非常大的单级或多级压缩机系统。现有的压缩机系统通常由感应电动机驱动，所述感应电动机可为密封式、半密封式或开敝式驱动型。驱动电动机可以以超过250kW的功率水平和大约3600转/分钟的旋转速度运行。这种压缩机系统通常包括由润滑轴承、液压动力轴承、或滚动体轴承进行支撑的旋转元件。

根据特定的输入和输出条件，给定制冷系统的容量可能有相当大的变化。因此，采暖、通风和空调(HVAC)行业已开发出确定制冷系统容量的标准条件。水冷制冷机系统的标准额定条件包括：冷凝器水入口温度29.4℃(85°F)，0.054升/秒/千瓦(3.O加仑/分钟/吨)；水侧冷凝器污垢系数容差0.044m m²-℃/kW(0.00025 hr-ft²-°F/BTU)；蒸发器水出口温度6.7℃(44.O°F)，0.043升/秒/千瓦(2.4加仑/分钟/吨)；以及水侧蒸发器污垢系数容差0.018m²-℃/kW(0.0001 hr-ft²-°F/BTU。这些条件已由空调与制冷学会(ARI)设定，并在标题为“2003 Standard for Performance Rating of Water-Chilling Packages Using the Vapor Compression Cycle(使用蒸气压缩循环的冷水机组的性能额定值2003年标准)”的ARI标准550/590中详细描述，该标准以引用的方式并入本文中，而非经具体定义之术语的任何明确定义。在下文中，按照这些条件确定的制冷系统的吨是指“标准制冷吨”。

在制冷机系统中，压缩机作为蒸气泵，其将制冷工质从蒸发压力压缩到较高的冷凝压力。在这一过程的执行该中，已利用多种压缩机，包括旋转式、螺杆式、涡旋式、往复式和离心式压缩机。在不同的冷却容量范围内，每一种压缩机都具有针对不同用途的优点。对于大的冷却容量，已知离心式压缩机具有最高的等熵效率，因此，其对于制冷机制冷循环具有最大的总体热效率。参见授予Scaringe等人的第5,924,847号美国专利。

一般而言，对驱动压缩机的电动机进行主动冷却，特别是大功率电动机。对于制冷机系统，制冷冷却剂与电动机的接近通常使其成为冷却电动机所选择的介质。许多系统都带有旁通回路，其设计为当压缩机以满负荷运行且伴随有通过该旁通回路的压力降时对电动机进行充分地冷却。其他压缩机，例如授予Conry的第5,857,348号美国专利所揭露的压缩机，将流经旁通回路的冷却剂流连接到调节进入压缩机之制冷工质流的节流装置。另外，授予de Larminat的第2005/0284173号美国专利申请公开案揭示了使用汽化(未压缩)制冷工质作为冷却介质。然而，该旁通回路具有固有的缺点。

某些系统对多个部件进行连续冷却，这会限制压缩机的运行范围。每一部件的冷却负荷要求将根据压缩机的冷却容量、压缩机汲取功率、可达到的温度和环境空气温度而变化。因此，冷却剂流仅与一组部件中的一个部件正确匹配，且仅在特定的条件下匹配，这将产生其他部件或者过冷却或欠冷却的情况。即使增加流控制也不能缓解该问题，因为冷却流将由需要最大程度冷却的装置决定。该组部件中的其他部件将过冷却、或者欠冷却。过冷却的部件如果暴露到环境空气，则可能形成冷凝。欠冷却的装置可能超出其运行极限，从而导致部件故障或机组停机。这种系统的另一个限制是需要某个最小压力差来推动制冷工质经过旁通回路。若没有这一最小压力，压缩机无法在允许的运行范围之内工作，或者受到限制。因此，需要一种设计来提供大工作范围的能力。

离心式压缩机也通常被认为具有不受欢迎的噪声。噪声来自离心叶轮的叶片在对制冷工质气体进行压缩时生成的尾迹(wake)。这一般称为“叶片通过频率”。噪声的另一个来源是压缩机与冷凝器之间的高速气体中存在的涡流。在大容量系统中，噪声效应尤其普遍。