[發明專利]控制氣體壓縮系統容量的方法以及氣體壓縮系統

有效

• 申請號: 201410053628.8
• 申請日: 2008-10-30
• 公開（公告）號: CN103759482A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: S·T·薩默;小J·特雷維尼奧;F·伊恩庫;R·徹維爾;E·J·斯麥德
• 申請（專利權）人: 江森自控科技公司
• 主分類號: F25B49/02
• 分類號: F25B49/02
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 楊勇;鄭建暉

本申請是于2008年10月30日提交的名稱為“控制系統”的發明專利申請200880114387.6的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求享有于2007年10月31日提交的、題為“VARIABLE?GEOMETRY?DIFFUSERS?AS?CAPACITY?CONTROL”的美國臨時申請No.60/984,073的優先權和權益，特此通過引用方式納入該申請。

背景技術

本申請總體涉及用于具有一級或多級的離心式壓縮機的容量控制系統。本申請更具體地涉及用于具有可變幾何形狀擴散器（VGD）的壓縮機的容量控制系統。在制冷系統中，容量指的是冷卻能力，而在其他氣體壓縮系統中，容量指的是體積流量。

之前，在用于冷卻系統（諸如液體冷卻器、制冷或暖通空調與制冷（HVAC&R））以及氣體壓縮的離心式壓縮機中，需要預旋葉片（PRV）或入口導向葉片來控制冷卻系統的冷卻容量。在從蒸發器到壓縮機的入口處，一個或多個PRV控制到達壓縮機的制冷劑的流動。致動器用來打開PRV以增加到達壓縮機的制冷劑的數量，從而增加系統的冷卻容量。類似地，該致動器用來關閉PRV以減少到達壓縮機的制冷劑的數量，從而減少系統的冷卻容量。

VGD已用于控制在離心式壓縮機的擴散器區域中的旋轉失速。VGD的一個實施方案被描述在授予Nenstiel的美國專利No.6,872,050中，該專利已被轉讓給本發明的受讓人并通過引用方式納入本文。VGD延伸進離心式壓縮機的擴散器通道中，直到測量信號的電平降低到預定閾值之下。結果是消除了失速并且相應降低內部聲級和空氣聲級。在一段時間之后或者狀態改變之后，擴散器間隙逐步或增量式地再次打開，直到測量信號的電平指示檢測到失速狀態。

失速狀態和喘振狀態是代表了壓縮機的極端運行狀態的不同物理現象。失速是在壓縮機的一個或多個部件中的局部流動分離，其特征在于排放壓力（discharge?pressure）以小于葉輪的旋轉頻率的基頻發生擾動。離心式壓縮機中的旋轉失速主要位于擴散器中，并且可使用VGD消除。相反，喘振在壓縮氣體系統中是系統廣泛不穩定性。壓縮機中的主流的方向被瞬間反向，喘振的進一步特征是更低的頻率、大的壓力波動。

VGD包括可移動以占據擴散器間隙的環，該擴散器間隙是用于壓縮氣體的出口流動通路。VGD可從收縮位置移動至延伸位置：在收縮位置中，所述環完全移出所述出口流動通路以允許最大氣流；在延伸位置中，所述環占據出口流動通路的一部分，從而限制一部分氣流。所述環是基于對離心式壓縮機中失速狀態的檢測而運行的。可變幾何形狀擴散器與探測器或傳感器結合使用，該探測器或傳感器測量排放壓力的交變分量以檢測即將發生的失速。所測量的參數被傳送至控制器，該控制器被編程以基于該測量參數檢測逼近的失速。然后，該控制器確定何時有必要啟動可變幾何形狀擴散器來消除失速并從而避免喘振。因此，可變幾何形狀擴散器已具有如避免失速、避免喘振，以及消減伴隨這些狀態的噪聲等優點。

作為在離心式壓縮機內的擴散器系統的一部分，存在許多種選擇來恢復在旋轉葉輪下游的靜壓。擴散器負責主要減少制冷劑速度的切向分量，其次，減少制冷劑速度的徑向分量。隨著制冷劑速度的減少，靜壓增加。主要目的——其中性能是關鍵的——在于以最小的總壓力損失恢復靜壓。

離心式壓縮機中的傳統擴散器包括無葉片型、葉片型（螺旋槳形、楔形、高密度或低密度）、管道型、隧道型以及通道型，或者這些類型的組合。每種類型的擴散器都各有優點和缺點。例如，無葉片型擴散器包括兩個壁，其在葉輪的高壓側沒有葉片。無葉片型擴散器內的靜壓恢復是作為進入速度狀態和在整個擴散器內的半徑比及寬度之間的已知關系的結果。

各種各樣的方法已被單獨或組合地應用于容量控制，包括在葉輪的低壓側的PRV（也稱為入口導向葉片、預旋流葉片等）、變速驅動裝置、熱氣旁路、可變擴散器葉片以及吸入節流閥（suction?throttle?valve）。這些容量控制方法中的每種都存在優點和局限。最通常使用的容量控制方法包括PRV、熱氣旁路和變速驅動裝置。

發明內容