[发明专利]具有流体喷射扩散器的离心压缩机

说明书

技术领域

本公开涉及一种离心压缩机。更具体地说，本公开涉及具有扩散器的这样一种离心压缩机，该扩散器具有用于增大的稳定操作范围的微射流流体喷射端口。

背景技术

离心压缩机的主要能量转换元件是其叶轮和扩散器。在离心压缩机的转动叶轮内部，机械轴能量转化成流体能量。离开叶轮的流体具有增大的压力和增大的速度。由叶轮实现的差不多仅一半能量转化呈增大压力（势能）的形式，而剩余部分呈高流体速度（动能）的形式。由于压缩机的目的是增大压力，所以离心压缩机在叶轮的下游装有扩散元件。在扩散器中，高速动能转化成势能，从而增大整体压力升高，并且因此增大压缩机的整体效率。叶轮下游的扩散器元件根据压缩机的具体要求，可以是无叶片的或带叶片的。

在小容量非设计操作条件下，扩散器将是离心压缩机的、引起流量不稳定性的元件，该流量不稳定性妨碍稳定的压缩机操作。为了增大离心压缩机在小流量条件下的稳定操作范围，已经引入了可变几何形状的进口引导叶片以及可变几何形状的无叶片和带叶片的扩散器。可变几何形状的进口引导叶片通过在更多关闭的引导叶片位置处的增大节流作用，而增大离心压缩机在较低流量下的稳定操作范围。可变几何形状的扩散器将扩散器横截面流动面积调整到在部分负载条件下发生的低流量，因而保持与在满载设计条件下的流动角度和速度相似的流动角度和速度。

部分负载稳定性也已经借助于使通过压缩机的扩散器的排出流再循环而完成。代替减小扩散器的尺寸以匹配在部分负载下的较低流量，通过借助于流动再循环将扩散器中的流增大到满载值而得到增大的稳定操作范围，同样保持与在满载设计条件下的流动角度和速度相似的流动角度和速度。

然而，可变几何形状和再循环流的所有概念显著地增加了压缩机成本和复杂性。已知这些概念引起可靠性问题，并且显著降低在设计条件（由于增大的泄漏）和非设计条件（由于在部分负载流量条件下的满载摩擦损失）两者下的离心压缩机效率。

发明内容

离心压缩机包括：设有进口的壳体；单个或多个叶轮；用于每个叶轮的扩散器；以及蜗壳或收集器。电动机设置在壳体中，并且构造成经由轴而绕轴线驱动叶轮。叶轮包括出口端部，该出口端部与扩散器对准并且布置在喉部处。可变流体喷射装置在一个例子中布置在叶轮的出口端部的下游。可变流体喷射装置构造成响应压缩机调节命令而从叶轮下游引入高压流体。喷射的流体激励低动量边界层，其提供了压缩机稳定性。压缩机控制器与可变流体喷射装置通信，以得到所需的压缩机操作条件。

公开的离心压缩机通过使用微射流激励边界层，而扩展离心压缩机在小容量下的稳定操作范围。边界层分离是离心压缩机在小流量条件下扩散器流量不稳定性的基本原因。现有方法通过可变几何特征进行机械调整，以保持大流量条件，这样增大稳定操作范围。公开的离心压缩机通过经由微射流的喷射而激励边界层，解决了在小流量条件下的边界层分离问题。这些微射流的交叉流动运动通过使低动量边界层与扩散器芯部流的高动量流体粒子相混合，而激励低动量边界层。用来进给微射流的流体量与在再循环流量概念中使用的流体量相比，是可忽略的。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考如下详细描述可进一步理解本公开，在附图中：

图1是致冷剂系统的示意图，该致冷剂系统具有致冷剂压缩机，该致冷剂压缩机具有磁性轴承。

图2是一种示例性可变流体喷射装置的放大横截面图。

图3A-3C分别是如下的示意说明：A）在没有边界层控制装置的情况下，叶轮下游的边界层厚度；B）当致动微射流时，高动量芯部流与低动量边界层流的混合作用；以及C）微射流边界层控制装置的生成的边界层厚度。

具体实施方式

参照图1，致冷系统12包括用来循环致冷剂的致冷剂压缩机10。为了描述简单，仅具有一个叶轮的单级压缩机示出在图1中。本领域的技术人员将认识到，本公开也可用在多叶轮装置中。压缩机10包括壳体14，在该壳体14内布置有电动机16。应该理解，压缩机10可用在非致冷剂用途中。壳体14被示意地描绘，并且可以包括一个或多个构件。电动机16经由轴20而绕轴线A转动地驱动叶轮18，以泵送气体。第二叶轮118示出在图2中，如果希望，则该第二叶轮118可以与叶轮18串联地布置。