專利名稱：用于磁力軸承壓縮機(jī)的急停軸承的潤(rùn)滑系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)，所述軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)用來自冷 凝器的液體制冷劑潤(rùn)滑配備有磁力軸承的壓縮機(jī)的急停軸承(touchdown bearing)。
技術(shù)背景蒸汽壓縮系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹裝置和蒸發(fā)器。制冷劑 循環(huán)通過閉路式蒸汽壓縮系統(tǒng)。制冷劑以高壓高焓從排出口離開壓縮 機(jī)。然后制冷劑在高壓下流經(jīng)冷凝器并向外部流體介質(zhì)排放熱量。然 后制冷器流經(jīng)膨脹裝置，所述膨脹裝置使制冷劑膨脹至低壓。在膨脹 之后，制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器并從另一外部流體介質(zhì)吸收熱量。然后制冷 劑從吸入口重新進(jìn)入壓縮機(jī)，完成循環(huán)。壓縮機(jī)包括設(shè)在壓縮機(jī)殼體中的葉輪、擴(kuò)散器、馬達(dá)轉(zhuǎn)子和馬達(dá) 定子。轉(zhuǎn)子固定到軸上并與軸一起旋轉(zhuǎn)，定子固定在壓縮機(jī)殼體的內(nèi) 部。在壓縮機(jī)中通常使用流體動(dòng)壓軸承和流體靜壓軸承。磁力軸承能 減少動(dòng)力損失并不需要使用油作為潤(rùn)滑劑。急停軸承在壓縮機(jī)的電源 關(guān)閉過程中提供軸的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)并保護(hù)轉(zhuǎn)子。急停軸承可以是陶瓷滾珠 軸承或滑動(dòng)軸承。如果急停軸承是滑動(dòng)軸承，那么急停軸承由具有能 耐受沒有潤(rùn)滑劑時(shí)的關(guān)閉過程的摩擦特性的材料制成。陶瓷滾珠軸承 和滑動(dòng)軸承的缺點(diǎn)在于它們比較昂貴。因此，在本領(lǐng)域中需要一種潤(rùn)滑壓縮機(jī)軸承的軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)，其 使用不太昂貴的材料，例如巴氏合金材料；提供較低的磨損率并能克 服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和缺陷。發(fā)明內(nèi)容蒸汽壓縮系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹裝置和蒸發(fā)器。制冷劑 循環(huán)通過閉路式蒸汽壓縮系統(tǒng)。制冷劑在壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮并從排出口 離開壓縮機(jī)。然后制冷劑進(jìn)入冷凝器并向外部流體介質(zhì)排放熱量。制 冷劑被膨脹裝置膨脹至低壓。在膨脹后，制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器并從另一 外部流體介質(zhì)獲取熱量。然后制冷劑從吸入口重新進(jìn)入壓縮機(jī)，完成循環(huán)。壓縮機(jī)包括設(shè)在壓縮機(jī)殼體中的葉輪、擴(kuò)散器、主馬達(dá)轉(zhuǎn)子、主 馬達(dá)定子和磁力軸承。主馬達(dá)定子通過磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)主馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從 而驅(qū)動(dòng)軸以減小壓縮機(jī)的壓縮室中容納的制冷劑的體積而將制冷劑壓縮至高壓。徑向急停軸承和軸向急停軸承在壓縮機(jī)電源關(guān)閉過程中保護(hù)轉(zhuǎn) 子，并且保護(hù)磁力軸承不發(fā)生故障.徑向急停軸承限定出容納軸的一 部分的空腔。軸包括圍繞軸的周圍延伸的環(huán)形軸環(huán)。軸向急停軸承環(huán) 繞軸并限定出容納環(huán)形軸環(huán)的空腔。來自冷凝器的液體制冷劑沿著供給管路流動(dòng)并注入到由急停軸承 限定的空腔中。制冷劑為急停軸承提供潤(rùn)滑，減少磨損。制冷劑從壓 縮機(jī)殼體的出口排出并沿著排出管路流向蒸發(fā)器。由以下說明和附圖將最佳地理解本發(fā)明的這些及其它特征。


根據(jù)對(duì)當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的各種特征和優(yōu) 點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見。詳細(xì)描述所附的附圖可簡(jiǎn)要描述如下圖1示意地示出本發(fā)明的蒸汽壓縮系統(tǒng)，其包括供給管路，供給 管路從冷凝器向壓縮機(jī)的軸承提供液體制冷劑； 圖2a示意地示出壓縮機(jī)的軸承；圖2b示意地示出包括急停軸承的壓縮機(jī)，由來自冷凝器的液體制 冷劑潤(rùn)滑所述急停軸承；圖3示意地示出蒸汽壓縮系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例，其包括供給管路 上的斷電保護(hù)閥；圖4示意地示出蒸汽壓縮系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例，其包括供給管路 上的閥，所述閥只在壓縮機(jī)關(guān)閉的時(shí)候打開；和圖5示意地示出壓縮機(jī)，其包括多條制冷劑回路以向壓縮機(jī)的不 同軸承提供制冷劑。
具體實(shí)施方式
圖1示出示例性蒸汽壓縮系統(tǒng)20，包括壓縮機(jī)22、冷凝器24、膨脹裝置26和蒸發(fā)器28。制冷劑循環(huán)通過閉路式蒸汽壓縮系統(tǒng)20。制 冷劑以高壓高焓從排出口 30離開壓縮機(jī)22.壓縮機(jī)22可以是螺旋壓 縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)、渦輪壓縮才凡或任何類型的壓縮機(jī)。然后制冷劑流經(jīng)冷凝器24。外部流體介質(zhì)32，例如水或空氣，流 經(jīng)冷凝器24并與流經(jīng)冷凝器24的制冷劑交換熱量。冷凝器24中的制 冷劑的壓力一般約為100 psi。制冷劑向外部流體介質(zhì)32排放熱量， 并在液態(tài)下以相對(duì)較低的焓和高壓離開冷凝器24。然后制冷劑被膨脹裝置26膨脹，減小制冷劑的壓力。膨脹裝置26 可以是機(jī)械膨脹裝置(TXV)、電子膨脹閥(EXV)或其它任何已知類 型的膨脹裝置。在膨脹后，制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器28并從另一外部流體介質(zhì)34-例如 空氣或水-吸收熱量.蒸發(fā)器28中的制冷劑的壓力一般約為50 psi。 制冷劑在汽態(tài)下以相對(duì)較高的焓和低壓離開蒸發(fā)器28。然后制冷劑重 新進(jìn)入壓縮機(jī)22的吸入口 36，完成循環(huán)?；蛘?，來自冷凝器24的液體制冷劑沿供給管路94流動(dòng)，并被蒸 發(fā)器28再冷卻以潤(rùn)滑急停軸承48和52。用蒸發(fā)器28使液體再冷卻保 證了液體制冷劑注入到軸承48和52中，否則該制冷劑會(huì)是液-汽混合 物。圖2a是示出壓縮機(jī)22及主要內(nèi)部部件的示意圖。壓縮機(jī)22包括 馬達(dá)35,馬達(dá)35包括主馬達(dá)轉(zhuǎn)子110、主馬達(dá)定子112、兩套徑向磁 力軸承46、兩個(gè)急停軸承48和一套軸向急停軸承52。圖2b示出流向急停軸承48和52以及磁力軸承46的潤(rùn)滑流。壓 縮機(jī)22包括設(shè)在壓縮機(jī)殼體42中的主馬達(dá)轉(zhuǎn)子110和主馬達(dá)定子 112。主馬達(dá)定子112被固定在壓縮機(jī)殼體42內(nèi)部。主馬達(dá)轉(zhuǎn)子110 固定到軸44上并與軸44 一起旋轉(zhuǎn)。主馬達(dá)定子112驅(qū)動(dòng)主馬達(dá)轉(zhuǎn)子 110旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)軸44。軸44的旋轉(zhuǎn)減小壓縮機(jī)22的壓縮室(未 示出)中容納的制冷劑的體積，將制冷劑壓縮至高壓。軸承轉(zhuǎn)子38和軸承定子40形成磁力軸承46,磁力軸承46允許主 馬達(dá)轉(zhuǎn)子110的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)以減少動(dòng)力損失并免除用油提供潤(rùn)滑的需要。 在軸承轉(zhuǎn)子38和軸承定子40之間提供間隙A。徑向急停軸承48在壓縮機(jī)22的電源關(guān)閉過程中徑向地保護(hù)主馬 達(dá)轉(zhuǎn)子110，并且保護(hù)磁力軸承46不發(fā)生故障。徑向急停軸承48限定出容納軸44的一部分的空腔50。在徑向急停軸承48和軸44之間提供 間隙B。間隙B小于間隙A，有助于徑向急停軸承48在斷電的情況下 接觸軸44。軸向急停軸承52在壓縮機(jī)22電源關(guān)閉過程中軸向地保護(hù)主馬達(dá) 轉(zhuǎn)子IIO，并且保護(hù)磁力軸承46不發(fā)生故障。軸44包括圍繞軸44的 周圍延伸的環(huán)形軸環(huán)54。軸向急停軸承52環(huán)繞軸44并限定出容納環(huán) 形軸環(huán)54的空腔56。磁體58也被容納在軸向急停軸承52中。軸向急 停軸承52也可以是獨(dú)立的軸承。急停軸承48和52可以是陶資滾珠軸承或滑動(dòng)軸承。如果急停軸 承48和52是滑動(dòng)軸承，那么急停軸承48和52可由具有能耐受電源 關(guān)閉過程的摩擦特性的材料制成。例如，急停軸承48和52可以由錫 基或鉛基巴氏合金材料制成。或者，急停軸承48和52可在接觸軸44 的表面上具有巴氏合金材料的涂層60.來自冷凝器24的液體制冷劑沿供給管路62流動(dòng)，以潤(rùn)滑急停軸 承48和52。制冷劑也可圍繞磁力軸承46流動(dòng)，以從磁力軸承46帶走熱量。來自供給管路62的液體制冷劑沿管路64流動(dòng)，并通過壓縮機(jī)殼 體42的開口 66注入到徑向急停軸承48中。制冷劑進(jìn)入空腔50并為 徑向急停軸承48提供潤(rùn)滑，減少磨損。來自徑向急停軸承48的制冷 劑從壓縮機(jī)殼體42的出口 70排出，并沿管路72流動(dòng)，然后進(jìn)入排出 管路74，所述排出管路74把制冷劑運(yùn)送至蒸發(fā)器28。來自供給管路62的液體制冷劑沿管路76流動(dòng)，并通過壓縮機(jī)殼 體42的開口 78注入到軸向急停軸承52中。制冷劑進(jìn)入軸向急停軸承 52限定的空腔56。制冷劑為軸向急停軸承52提供潤(rùn)滑，減少磨損。 來自軸向急停軸承52的制冷劑從壓縮機(jī)殼體42的出口 82排出，并沿 管路84流動(dòng)，然后進(jìn)入排出管路74,所述排出管路74把制冷劑運(yùn)送 至蒸發(fā)器28。液體制冷劑還沿供給管路65流動(dòng)，以向磁力軸承46供給液體制 冷劑。液體制冷劑通過排出管路96從壓縮機(jī)殼體42排出，所述排出 管路96把制冷劑運(yùn)送至蒸發(fā)器28。由于冷凝器24中的制冷劑(約100psi )和蒸發(fā)器28中的制冷劑 (約50psi)之間的壓力差作用，不需要外部的泵以從冷凝器24向急停軸承48和52供給制冷劑。所述壓力差允許制冷劑從冷凝器24流出， 流經(jīng)壓縮機(jī)22的急停軸承48和52的附近，并流入蒸發(fā)器28中。如圖3所示，蒸汽壓縮系統(tǒng)20可包括可選的斷電保護(hù)電磁閥86, 所述電磁閥86位于從冷凝器24到壓縮機(jī)22的供給管路62上。如果 發(fā)生斷電，斷電保護(hù)電磁岡86就保持打開，來自冷凝器24的制冷劑 繼續(xù)為急停軸承48和52提供潤(rùn)滑?；蛘?，來自冷凝器24的液體制冷 劑沿供給管路94流動(dòng)，并被蒸發(fā)器28再冷卻以潤(rùn)滑急停軸承48和52。如圖4和5所示，在另一個(gè)實(shí)施例中，來自冷凝器24的制冷劑不 斷地圍繞磁力軸承46流動(dòng)以冷卻磁力軸承46。但來自冷凝器24的制 冷劑只在壓縮機(jī)22的電源關(guān)閉過程中提供給急停軸承48和52。在這 個(gè)實(shí)施例中，磁力軸承46與急停軸承48和52中的每一個(gè)所用的制冷 劑回路都是獨(dú)立的。制冷劑沿供給管路62流動(dòng)，然后沿管路65流向 磁力軸承46。制冷劑離開磁力軸承46，并沿管路96流動(dòng)，然后進(jìn)入 排出管路74，所述排出管路74把制冷劑運(yùn)送至蒸發(fā)器28。位于管路 64和76上的閥90只在發(fā)生電源關(guān)閉的時(shí)候打開，以從冷凝器24向急 停軸承48和52供給液體制冷劑。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間，閥90閉合。當(dāng)控 制器92檢測(cè)到壓縮機(jī)22的電源關(guān)閉時(shí)，發(fā)出信號(hào)以打開閥90并允許 液體制冷劑流向急停軸承48和52?；蛘撸哂袉蝹€(gè)閥90的單條管路 為急停軸承48和52兩者提供液體制冷劑。以上描述只是本發(fā)明的原理的示例。按照以上教導(dǎo)，很多本發(fā)明 的改進(jìn)和變型都是可能的。雖然已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但 是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)想到某些改進(jìn)將落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。 因此，應(yīng)當(dāng)理解，除了具體描述的內(nèi)容之外，可以在所附權(quán)利要求的 范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明?；谒鲈?，應(yīng)當(dāng)研究所附權(quán)利要求以確定本 發(fā)明的真正范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽壓縮系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)，將制冷劑壓縮至高壓，所述壓縮機(jī)包括至少一個(gè)軸承；冷凝器，用于冷卻所述制冷劑；制冷劑供給管路，將所述制冷劑從所述冷凝器供給到所述壓縮機(jī)以潤(rùn)滑所述至少一個(gè)軸承；蒸發(fā)器，用于加熱所述制冷劑；和制冷劑排出管路，將潤(rùn)滑所述至少一個(gè)軸承的制冷劑排出到所述蒸發(fā)器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括膨脹裝置， 以將所述制冷劑膨脹至低壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述壓縮機(jī)包括固 定在壓縮機(jī)殼體內(nèi)部的馬達(dá)定子、以及固定到軸上且能相對(duì)于所述定 子旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)轉(zhuǎn)子，
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括具有軸承轉(zhuǎn) 子和軸承定子的磁力軸承，其中在所述軸承轉(zhuǎn)子和所述軸承定子之間 提供磁力軸承間隙.
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)軸承 是環(huán)繞所述軸的一部分的徑向急停軸承，并且在所述軸和所述徑向急 停軸承之間提供徑向急停軸承間隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括磁力軸承， 所述磁力軸承包括軸承轉(zhuǎn)子和軸承定子，在所述軸承轉(zhuǎn)子和所述軸承 定子之間提供磁力軸承間隙，并且所述徑向急停軸承間隙小于所述磁 力軸承間隙。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)軸承 是軸向急停軸承，并且所述軸包括被所述軸向急停軸承環(huán)繞的環(huán)形軸 環(huán)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)軸承 是磁力軸承、徑向急停軸承和軸向急停軸承中的至少一個(gè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括控制器和所 述制冷劑供給管路上的閥，所述控制器監(jiān)控所述壓縮機(jī)的關(guān)閉，當(dāng)所 述控制器檢測(cè)到所述壓縮機(jī)關(guān)閉時(shí)，所述控制器打開所述制冷劑供給管路上的所述閥以允許所述制冷劑流向所述至少一個(gè)軸承。
10. —種蒸汽壓縮系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)，將制冷劑壓縮至高壓，所述壓縮機(jī)包括固定在壓縮機(jī)殼 體內(nèi)部的定子和固定到軸上的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有環(huán)形軸環(huán)，所述軸 能相對(duì)于所述定子和所述壓縮機(jī)殼體旋轉(zhuǎn)，其中，徑向急停軸承環(huán)繞 所述軸的一部分，并且軸向急停軸承環(huán)繞所述軸的所述環(huán)形軸環(huán)；冷凝器，用于冷卻所迷制冷劑；制冷劑供給管路，將所述制冷劑從所述冷凝器供給到所述壓縮機(jī) 以潤(rùn)滑所述徑向急停軸承和所述軸向急停軸承； 膨脹裝置，用于把所述制冷劑膨脹至低壓； 蒸發(fā)器，用于加熱所迷制冷劑；和制冷劑排出管路，將潤(rùn)滑所述徑向急停軸承和所述軸向急停軸承的制冷劑排出到所述蒸發(fā)器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括磁力軸承， 所述磁力軸承包括軸承轉(zhuǎn)子和軸承定子，其中在所述軸承轉(zhuǎn)子和所述 軸承定子之間提供磁力軸承間隙。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于在所述軸和所述 徑向急停軸承之間提供徑向急停軸承間隙。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括磁力軸承， 所述磁力軸承包括軸承轉(zhuǎn)子和軸承定子，在所述軸承轉(zhuǎn)子和所述軸承 定子之間提供磁力軸承間隙，并且所述徑向急停軸承間隙小于所述磁 力軸承間隙。
14. 一種潤(rùn)滑蒸汽壓縮系統(tǒng)的至少一個(gè)軸承的方法，包括步驟 在壓縮機(jī)中將制冷劑壓縮至高壓；用至少一個(gè)軸承保護(hù)所述壓縮機(jī)的部件； 在冷凝器中冷卻所述制冷劑；將所述制冷劑從所述冷凝器供給到所述壓縮機(jī)的所述至少一個(gè)軸 承以提供潤(rùn)滑；在蒸發(fā)器中加熱所述制冷劑；和 把潤(rùn)滑所述至少一個(gè)軸承的制冷劑提供給所述蒸發(fā)器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)軸 承是環(huán)繞所述軸的一部分的徑向急停軸承，并且在所述軸和所述徑向急停軸承之間提供徑向急停軸承間隙。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)軸 承是軸向急停軸承，并且所述軸包括被所述軸向急停軸承環(huán)繞的環(huán)形 軸環(huán)。
全文摘要
一種蒸汽壓縮系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹裝置和蒸發(fā)器。制冷劑循環(huán)通過閉路式蒸汽壓縮系統(tǒng)。急停軸承在壓縮機(jī)電源關(guān)閉過程中保護(hù)轉(zhuǎn)子。來自冷凝器的液體制冷劑沿著供給管路流動(dòng)并潤(rùn)滑急停軸承。來自急停軸承的制冷劑從出口排出并沿著排出管路流向蒸發(fā)器。
文檔編號(hào)F04B39/04GK101326413SQ200580052232
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者V·M·西什特拉 申請(qǐng)人:開利公司