压缩机、冷媒循环系统和空调设备

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体而言，涉及一种压缩机、冷媒循环系统和空调设备。

背景技术

离心式冷水机组是拥有较大制冷量的中央空调，通常用于各种大型建筑，离心式冷水机组由蒸发器、离心压缩机、冷凝器、闪发器、节流装置等组成。轴承是离心压缩机的核心零件之一，用于支撑电机轴做机械旋转。气体轴承利用气态介质悬浮转子，具有无油化、转速高、振动小、耐高温等一系列优点，是新一代高精尖轴承技术，十分合适用于透平机械领域。

相关技术中，采用制冷系统的制冷剂输送至压缩机的内腔中为作为气体轴承的工作介质。气体轴承工作时高速旋转会产生热量，同时电机也会传递部分热量到轴承中，如果向气体轴承的输送的制冷剂包括液态制冷剂，液态的制冷剂受热易挥发，将破坏轴承动压效应，影响气膜生成。

发明内容

本发明旨在提供一种压缩机、冷媒循环系统和空调设备，以改善现有技术中存在的向气体轴承输送的制冷剂中可能存在液态制冷剂的问题。

根据本发明实施例的一个方面，本发明提供了一种压缩机，在一些实施例中，压缩机包括：

壳体；

转轴，安装在壳体的内腔中；

气体轴承，安装在壳体的内腔中，并被配置成承载转轴；

第一叶轮，安装在转轴上，并位于壳体的内腔外；

第一供气流道，与壳体的内腔连通，并被配置成将第一叶轮输出的制冷剂向壳体的内腔中的气体轴承输送。

在一些实施例中，压缩机还包括设在壳体上且用于引入向气体轴承输送的制冷剂的第一进气口，

第一进气口用于连接冷媒循环系统的冷凝器；或

第一进气口与压缩机的排气口连接。

在一些实施例中，

第一供气流道内设有第一单向密封结构，第一单向密封结构被配置成阻止壳体的内腔中的制冷剂经第一供气流道向第一叶轮流动；和/或

第一供气流道被配置成可在截断状态和导通状态之间切换。

在一些实施例中，第一单向密封结构包括梳齿密封结构。

在一些实施例中，压缩机还包括：

第一控制阀，与第一进气口连通，以控制冷凝器与第一进气口的通断或压缩机的排气口与第一进气口的通断；以及

控制器，与第一控制阀信号连接，并被配置成在压缩机的启动和/或停止阶段关闭第一控制阀。

在一些实施例中，压缩机还包括：

第一扩压流道，由第一叶轮的远离转轴的一端沿转轴的径向朝远离转轴的方向延伸；

第一隔板，设在壳体内腔和第一扩压流道之间；

第一供气流道的一端与第一扩压流道连通，另一端与壳体的内腔连通。

在一些实施例中，压缩机还包括套设在壳体和转轴之间的第一轴承支座，气体轴承包括套设在第一轴承支座和转轴之间的第一径向轴承和/或位于第一轴承支座的远离第一供气流道的一侧的第一推力轴承，压缩机还包括；

第一流道，用于将第一供气流道引入的制冷剂向第一径向轴承输送，第一流道包括形成在第一轴承支座上的第一孔道，第一孔道朝第一径向轴承延伸；和/或

第二流道，用于将第一供气流道引入的制冷剂向第一推力轴承输送，第二流道包括形成在第一轴承支座上的第二孔道，第二孔道由第一轴承支座的轴向的一端延伸至另一端。

在一些实施例中，

第一轴承支座设有与第一供气流道连通的第一腔室，

第一孔道由第一腔室朝第一径向轴承延伸；

第二孔道由第一腔室朝第一轴承支座的远离第一供气流道的一端延伸。

在一些实施例中，压缩机还包括设在第一推力轴承的远离第一轴承支座的一侧的推力轴承固定板和位于推力轴承固定板的远离第一推力轴承的一侧的容纳电机的电机腔，推力轴承固定板上或推力轴承固定板与转轴之间设有用于将流经第一推力轴承朝电机腔引导的中间流道。

在一些实施例中，压缩机还包括连接在转轴上的推力盘，第一推力轴承位于推力盘和第一轴承支座之间，推力盘和推力轴承固定板之间还设置有第二推力轴承，第二推力轴承与第一推力轴承配置成承受方向相反的推力。

在一些实施例中，压缩机还包括：

第二叶轮，安装在转轴上并与第一叶轮分别位于壳体的两端；

第二供气流道，连通第二叶轮的出口和壳体的内腔，以将第二叶轮输出的制冷剂向壳体的内腔中的气体轴承输送。

在一些实施例中，

第二供气流道内设有第二单向密封结构，第二单向密封结构被配置成阻止壳体的内腔中的制冷剂经第二供气流道向第二叶轮流动；和/或

第二供气流道被配置成可在截断状态和导通状态之间切换。

在一些实施例中，第二单向密封结构包括梳齿密封结构。

在一些实施例中，第二叶轮被配置压缩经第一叶轮压缩后的制冷剂。

在一些实施例中，壳体还设置有用于向壳体内的电机输送冷却用制冷剂的制冷剂进口，制冷剂进口与第一叶轮之间的距离大于制冷剂进口与第二叶轮之间的距离。

在一些实施例中，壳体内设置有与转轴传动连接的电机，电机的靠近第一供气流道一端的空腔小于电机的靠近第二供气流道一端的空腔。

根据本发明的另一方面，还提供了一种冷媒循环系统，冷媒训话系统包括上述的压缩机。

根据本发明的另一方面，还提供了一种空调设备，空调设备包括上述的压缩机。

应用本申请的技术方案，由于第一供气流道向气体轴承输送的制冷剂的压力和温度均较高，因此有利于解决向气体轴承输送的制冷剂中携带液体的问题。进一步地，也有利于解决相关技术中从冷媒循环系统的冷凝器向气体轴承输送制冷剂而产生的在机组的开机或停机阶段向气体轴承输送的制冷剂的压力不足的问题。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的实施例的结构示意图；

图2示出了本发明的实施例的结构示意图；

图3示出了本发明的实施例的液压系统的控制阀的结构示意图；以及

图4示出了本发明的实施例的液压系统的缓冲阀组的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

结合图1至3所示，本实施例的压缩机包括壳体5、转轴17、气体轴承、第一叶轮2和第一供气流道21。转轴17安装在壳体5的内腔中；气体轴承安装在壳体5的内腔中，并被配置成承载转轴17；第一叶轮2安装在转轴17上；第一供气流道21连通第一叶轮2的出口和壳体5的内腔，以将第一叶轮2输出的制冷剂向壳体5的内腔中的气体轴承输送。

在包含本实施例的压缩机的冷媒循环系统的开机或停机阶段，第一供气流道21可将经第一叶轮2的出口端输出的温度和压力均较高的制冷剂输送至壳体5的内腔中，以作为气体轴承的工作介质。由于第一供气流道21向气体轴承输送的制冷剂的压力和温度均较高，因此有利于解决向气体轴承输送的制冷剂中携带液体的问题。进一步地，也有利于解决相关技术中从冷媒循环系统的冷凝器向气体轴承输送制冷剂而产生的在机组的开机或停机阶段向气体轴承输送的制冷剂的压力不足的问题。

第一叶轮2通过第一叶轮锁紧螺母1安装在转轴17的第一端，压缩机还包括套设在第一叶轮2外的第一蜗壳3和位于第一蜗壳3和第一叶轮2之间的第一扩压流道22，经第一叶轮2加速后的制冷剂沿径向向外流动并进入到第一扩压流道22中，制冷剂在第一扩压流道22压缩后被第一蜗壳3收集并由第一蜗壳3的出口排出。

壳体5上设置有用于连接冷媒循环系统的冷凝器以引入向气体轴承输送的制冷剂的第一进气口24。在冷媒循环系统的正常运行阶段，冷凝器中的制冷剂的为高温高压状态，该制冷剂可作为气体轴承的工作介质。在另一些实施例中，第一进气口24与压缩机的排气口连接，以引入压缩机压缩后的制冷剂。

进一步地，在机组的正常运行阶段，采用来自冷凝器或压缩机的排气口的制冷剂而非来自第一供气流道21，有利于提高进入到第一扩压流道22和下一级叶轮的制冷剂的量，从而提高了压缩机的压缩效率。

冷媒循环系统中的制冷剂的作用是为冷凝-蒸发循环系统进行换热，而第一供气流道21将第一叶轮2输出的部分制冷剂输送至壳体5的内腔中作为气体轴承的工作介质。

在机组的正常运行阶段，由冷凝器或压缩机的排气口向气体轴承输送制冷剂以作为气体轴承的工作介质，也有利于保证进入冷凝-蒸发循环系统的制冷剂的量。

在本实施例中，第一供气流道21内设有第一单向密封结构23，第一单向密封结构23被配置成阻止经第一进气口24引入的制冷剂经第一供气流道21向第一叶轮2流动。第一单向密封结构23的第一侧的压力大于第二侧时，制冷剂可由第一单向密封结构23的第一侧向第二侧流动；第一单向密封结构23的第二侧的压力大于第一侧时，第一单向密封结构阻止制冷剂由第一单向密封结构23的第二侧向第一侧流动。

在冷媒循环系统的正常阶段，压缩机的排气口输出的制冷剂或冷凝器中的制冷剂的压力较大，第一叶轮2的输出制冷剂的压力较小，因此第一叶轮2输出的气体不会再经第一供气流道21向壳体5内的气体轴承输送。

在一些实施例中，第一单向密封结构23包括梳齿密封结构。

参见图4，在机组正常运行时，第一进气口24将冷凝器或压缩机的排气口的制冷剂引入到壳体5的内腔中，也即引入到第一单向密封结构23的第二侧37。

由于梳齿结构的第二侧37的高压制冷剂气体的气体压力大于梳齿结构的第一侧的第一供气流道21引入的第一叶轮2输出的制冷剂的压力，所以梳齿密封结构阻止了第一叶轮2输出的制冷剂壳体5的内腔中流动，该梳齿密封结构能起到单向密封作用。

梳齿密封结构的工作原理如下：当第二侧37的高压制冷剂气体流过梳齿密封结构与第一供气流道21的流道壁之间的狭缝43后，发生近似为理想的节流过程，制冷剂的压力和温度下降、速度增加，制冷剂变成高压制冷剂气体，高压制冷剂继续流入密封梳齿相邻两齿之间的空腔44时，由于通流面积突然变大，高压制冷剂气体形成很强的旋涡，压力不变但速度几乎完全消失，形成高压制冷剂气体，高压制冷剂气体44继续流向下一个梳齿狭缝43，重复上述过程。可见，随着上述过程的进行，越来越多的气体汇集在相邻两齿之间的空腔，而空腔44中的气体速度几乎为零，所以气体聚集得越多，相邻两齿之间的空腔44内部压力越大，故梳齿密封结构23的第二侧45的高压制冷剂气体具有很高的压力，且其压力值大于第一叶轮2输出的制冷剂气体的压力和梳齿密封结构23的第二侧37的压力，使得第一叶轮2输出的制冷剂不能流向前轴承腔，梳齿密封结构23的第二侧37的高压制冷剂气体也不再流向第一叶轮2的一侧，整体达到了密封平衡。

在另一些实施例中，第一供气流道21被配置成可在截断状态和导通状态之间切换。具体地，第一供气流道21的远离第一叶轮2的一端盖设有阀片，第一叶轮2输出的制冷剂压力可将阀片顶开以打开第一供气流道21，第一进气口24引入的制冷剂气体将阀片朝关闭第一供气流道21的方向推压。

压缩机还包括第一控制阀和控制器，第一控制阀与第一进气口24连通，以控制冷凝器与第一进气口24的通断或压缩机的排气口与第一进气口24的通断；控制器与第一控制阀信号连接，并被配置成在压缩机的启动和/或停止阶段关闭第一控制阀。在冷媒循环系统正常运行时，第一控制阀打开，以将压缩机的排气口或冷凝器中的制冷剂向壳体5内的气体轴承输送。

压缩机还包括第一扩压流道22和第一隔板4。第一扩压流道22由第一叶轮2的远离转轴17的一端沿转轴17的径向朝远离转轴17的方向延伸。第一隔板4设在壳体5内腔和第一扩压流道22之间。第一供气流道21的一端与第一扩压流道22连通，另一端与壳体5的内腔连通。

压缩机还包括套设在壳体5和转轴17之间的第一轴承支座7，气体轴承包括套设在第一轴承支座7和转轴17之间的第一径向轴承6和/或位于第一轴承支座7的远离第一供气流道21的一侧的第一推力轴承8。

压缩机还包括第一流道20和第二流道25。第一流道20用于将第一供气流道21引入的制冷剂向第一径向轴承6输送，第一流道20包括形成在第一轴承支座7上的第一孔道，第一孔道朝第一径向轴承6延伸。第二流道25用于将第一供气流道21引入的制冷剂向第一推力轴承8输送，第二流道25包括形成在第一轴承支座7上的第二孔道，第二孔道由第一轴承支座7的轴向的一端延伸至另一端。

第一轴承支座7设有与第一供气流道21连通的第一腔室A，第一孔道由第一腔室A朝第一径向轴承6延伸；第二孔道由第一腔室A朝第一轴承支座7的远离第一供气流道21的一端延伸。其中，第一腔室A与第一进气口24连通。

压缩机还包括设在第一推力轴承8的远离第一轴承支座7的一侧的推力轴承固定板10和位于推力轴承固定板10的远离第一推力轴承8的一侧的容纳电机11的电机腔，推力轴承固定板10上或推力轴承固定板10与转轴17之间设有用于将流经第一推力轴承8朝电机腔引导的中间流道26。

压缩机还包括设在壳体5上的制冷剂出口33，具体地制冷剂出口33与电机腔连通。第一供气流道21向壳体5的内腔中输送的部分冷媒经第一腔室A、第二流道25和中间流道26流向电机腔，然后经流经电机11的转子和定子之间的电机间隙27流向制冷剂出口33。

压缩机还包括连接在转轴17上的推力盘19，第一推力轴承8位于推力盘19和第一轴承支座7之间，推力盘19和推力轴承固定板10之间还设置有第二推力轴承9，第二推力轴承9与第一推力轴承8配置成承受方向相反的推力。

压缩机还包括第二叶轮16和第二供气流道31。第二叶轮16安装在转轴17上并与第一叶轮2分别位于壳体5的两端；第二供气流道31连通第二叶轮16的出口和壳体5的内腔，以将第二叶轮16输出的制冷剂向壳体5的内腔中的气体轴承输送。

第二叶轮16通过第二叶轮锁紧螺母18安装在转轴17的第二端，压缩机还包括套设在第二叶轮16外的第二蜗壳15和位于第二蜗壳15和第二叶轮16之间的第二扩压流道30，经第二叶轮16加速后的制冷剂沿径向向外流动并进入到第二扩压流道30中，制冷剂在第二扩压流道30压缩后被第二蜗壳15收集并由第二蜗壳15的出口排出。

压缩机还包括第二隔板14，第二隔板14设在壳体5的内腔和第二扩压流道30之间。第二供气流道31的一端与第二扩压流道30连通，另一端与壳体5的内腔连通。具体的，第二供气流道31与第二腔室B连通。

气体轴承还包括位于壳体5的靠近第二叶轮17的一侧的第二径向轴承12。压缩机还包括套设在第二径向轴承12和壳体5之间的第二轴承支座13。

第二轴承支座13上设有与第二供气流道31连通的第二腔室B，第二轴承支座13上设有第二径向轴承12输送制冷剂的第三流道32。第三流道32的一端与第二腔室B连通。

具体地，壳体5的内腔包括第一轴承腔、电机腔和第二轴承腔。电机11设在电机腔中，电机11的定子与壳体5固定连接，电机11的转子与转轴17连接。第一轴承支座7、第一径向轴承6、第一推力轴承8和第二推力轴承设在第一轴承腔中，驱动转轴17的电机安装在电机腔中，第二轴承支座13和第二径向轴承12设在第二轴承腔中。第二轴承腔和第一轴承分别位于电机腔的两端。

第二供气流道31内设有第二单向密封结构29，第二单向密封结构29被配置成阻止壳体5的内腔中的制冷剂经第二供气流道31向第二叶轮16流动。第二单向密封结构29包括梳齿密封结构。如上，梳齿密封结构具有单向密封的特性。

壳体5上设置有用于连接冷媒循环系统的冷凝器以引入向气体轴承输送的制冷剂的第二进气口28。第二进气口28与第二轴承腔连通。具体地第二进气口28与第二腔室B连通。

压缩机还包括第二控制阀和控制器，第二控制阀与第二进气口28连通，以控制冷凝器与第二进气口28的通断或压缩机的排气口与第二进气口28的通断；控制器与第二控制阀信号连接，并被配置成在压缩机的启动和/或停止阶段关闭第二控制阀。在冷媒循环系统正常运行时，第二控制阀打开，以将压缩机的排气口或冷凝器中的制冷剂向壳体5内的气体轴承输送。

在另一些实施例中，第二供气流道31被配置成可在截断状态和导通状态之间切换。

具体地，第二供气流道31的远离第二叶轮16的一端盖设有阀片，第二叶轮16输出的制冷剂压力可将阀片顶开以打开第二供气流道31，第二进气口28引入的制冷剂气体将阀片朝关闭第二供气流道31的方向推压。

在一些实施例中，第二叶轮16被配置压缩经第一叶轮2压缩后的制冷剂。

壳体5还设置有用于向壳体5内的电机输送冷却用制冷剂的制冷剂进口34，制冷剂进口34与第二叶轮16之间的距离大于制冷剂进口34与第二叶轮16之间的距离，制冷剂进口34更加靠近第二叶轮16，从而吸收更多的第二叶轮侧的热量。

压缩机还包括沿电机11的周向延伸的冷却流道35。冷却流道35与制冷剂进口34连通。冷却流道35在电机11的周向上螺旋地延伸至电机11的轴向的第一端，电机11的轴向的第二端设有与壳体5的内腔连通的制冷剂出口33。

制冷剂进口34引入的制冷剂经冷却流道35流向电机11的轴向的第一端，然后经电机11的转子和定子之间的电机间隙流动到电机11的第二端，然后经制冷剂出口33排出。在一些实施例中，制冷剂出口33与冷媒循环系统的蒸发器连接。

在一些实施例中，壳体5内设置有与转轴17传动连接的电机11，电机11的靠近第一供气流道21一端的空腔小于电机的靠近第二供气流道31一端的空腔，有利于第二叶轮16一侧的散热。

如图2所示，在冷媒循环系统的开机和停机阶段，采用第一叶轮2和第二叶轮16的出口气体为气体轴承供气。

在冷媒循环系统的开机和停机阶段，由于电机11转速比较低，所有系统压力差未建立，为避免电机腔的液体冷媒进到气体轴承处，此时从压缩机内部的叶轮取气作为轴承工作介质。

对于第一叶轮2侧，来自蒸发器的制冷剂经过第一叶轮2做功后，变成中温中压的制冷剂气体，经第一叶轮2加速后的气体大部分经第一扩压流道22压缩后流向第二叶轮16进行进一步压缩。第一叶轮1加速后的部分制冷剂气体经第一供气流道21流向壳体5内的气体轴承(第一径向轴承6、第一推力轴承8和第二推力轴承9)，以为气体轴承供气。

与第一轴承腔连通的第一进口24与冷凝器的顶部连接，第一进口24和冷凝器之间的管路中设有第一控制阀。在冷媒循环系统的开机和停机阶段，第一控制阀为关闭状态，第一进口24不从冷凝器取气，压缩机主要采用第一叶轮2和第二叶轮16的出口排出的气体为轴承供气。

被第一供气流道21引入的第一叶轮2加速后的制冷剂输送到壳体5的内腔中，一部分经第一流道20流向第一径向轴承6，另一部分经第二流道25向第一推力轴承8和第二推力轴承9输送，然后该部分制冷剂经中间流道26流向电机腔，然后经流经电机11的转子和定子之间的电机间隙27流向制冷剂出口33。制冷剂在为气体轴承作为工作介质的同时，也可以为气体轴承冷却降温带走轴承的热量。

来自第一叶轮2的制冷剂经过第二叶轮16做功后，变成高温高压的制冷剂气体，被第二叶轮16加速的气体大部分经第二扩压流道30扩压后经第二蜗壳排出。经第二叶轮16加速的部分制冷剂经第二供气流道31输送至壳体5内的第二轴承腔，以作为第二径向轴承12的工作介质，制冷剂流经第二径向轴承12后流向制冷剂出口33，并由制冷剂出口33排出。

在冷媒循环系统的开机和停机阶段，通过上面描述可知，第一径向轴承6、第一推力轴承8和第二推力轴承9等的供气来源是第一叶轮2的出口气体，该气体为中温中压气体，由于该气体本身具有一定温度，所以能很好的防止流向气体轴承的制冷剂包括液态制冷剂。第二径向轴承12的供气来源是第二叶轮16的出口气体，该气体为高温高压气体，同样本身具有一定温度，所以能很好的防止轴承带液。

在冷媒循环系统运行阶段，随着电机11转速的提升，第一叶轮2和第二叶轮16做功能力越来越强，机组系统逐步建立压差，表现为蒸发器为低温低压状态、冷凝器为高温高压状态。为了使的更多的制冷剂进入制冷剂循环，打开第一控制阀和第二控制阀，将循环系统的冷凝器的制冷剂引入到第一进口24和第二进口28，第一进口24引入的制冷剂38中的第一部分36经第一流道20流向第一径向轴承6；第一进口24引入的制冷剂38中的第二部分39经第二流道25向第一推力轴承8和第二推力轴承9输送，然后该部分制冷剂经中间流道26流向电机腔，然后经流经电机11的转子和定子之间的电机间隙27流向制冷剂出口33；第一进口24引入的制冷剂38中的第三部分37流向第一单向密封结构23，第一单向密封结构23可以防止第一进口引入的制冷剂向第一叶轮2流动。由于，第一单向密封结构23的靠近壳体5的内腔一侧的压力较高，因此也可以阻止第一叶轮2输出的气体向壳体5的内腔流动。

第二进口28引入的制冷剂40中的第一部分42经第二腔室B和第三流道32向第二径向轴承12输送，制冷剂流经第二径向轴承12后流向制冷剂出口33，并由制冷剂出口33排出。

第二进口28引入的制冷剂40中的第一部分41流向第二单向密封29，第二单向密封结构29在壳体5的内腔的压力较大时形成起到密封作用。

本实施例的压缩机能够防止向气体轴承输送的制冷剂包含液体，在冷媒循环系统开机和停机阶段，针对冷凝器内部压力低不足以提供稳定气源的情况，在压缩机设计叶轮供气流道，从叶轮出口引取气态制冷剂作为动压气体轴承的工作介质。

冷媒循环系统正常运行阶段，由于叶轮的做功，系统已建立压差，从冷凝器引取高压气态制冷剂，一方面替换叶轮供气作为动压气体轴承新的工作介质，另一方面对叶轮供气流道实现密封，避免叶轮出口气体过大流失，影响换热效率。

通过上述设计，使得在冷媒循环系统所有运行阶段，均采用气态制冷剂供给动压气体轴承，防止轴承带液。

以上仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。