气浮轴承、压缩机、制冷设备及控制方法

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，特别涉及气浮轴承、压缩机、制冷设备及控制方法。

背景技术

气浮轴承，由叫气悬浮轴承，是利用气体(通常是压缩空气)来支撑旋转部件，以降低摩擦和磨损，提高旋转部件的精度和寿命。气浮轴承的工作原理基于气体的气垫效应，其中气体被注入轴承座内，形成一个气体薄膜，将旋转部件(如轴)悬浮在气体之上。这种气体薄膜可以有效减少摩擦和磨损，从而降低能量损失和热量产生。

制冷设备的气悬浮压缩机里的气悬浮轴承最好的工作状态是全部采用冷媒气体进行供气悬浮，但是现有的供气装置不能有效的分离气液态冷媒，往往悬浮轴承的供气中含有较多的冷媒小液珠，当冷媒小液珠进入轴承腔因为轴承腔温度较高，达到冷媒的相变点，冷媒小液珠就会气化成气态冷媒，一个一个小液珠的气化(如同放鞭炮效果一样，引起局部气压爆振)，多个局部气压爆振引起了轴承腔内气压不稳定，进而导致轴承振颤运转不稳定精度低，这样不仅导致轴承自身寿命缩短，而且可能会因为轴的不稳定运转，导致轴与梳齿等零件干涉磨损损坏。

发明内容

为解决气浮轴承进气含液珠的问题，本发明提出在气浮轴承进气前对其他进行温度控制从而使得进气完全汽化，不含小液珠，从而避免轴承腔内发生液体汽化引起的爆震。

本发明采用的技术方案是，设计气浮轴承，包括用于向轴承提供气体的进气口，所述进气口设置有用于检测进气温度的温度传感器及用于控制进气温度的温度控制器，所述温度控制器根据所述温度传感器的检测数据控制进气温度，使得进气完全汽化。

在某些实施方式中，所述温度控制器为电加热装置。

在某些实施方式中，所述电加热装置包括连通在所述进气口上的加热腔，所述加热腔内设置有电加热器件。

在某些实施方式中，所述温度传感器设置在所述加热腔的腔壁上。

在某些实施方式中，还包括检测进气压力的压力传感器，所述温度控制器根据所述温度传感器及所述压力传感器的检测数据控制进气温度。

在某些实施方式中，还包括与所述进气口连通的气泵，所述加热腔连接在所述气泵与所述进气口之间，所述气泵根据所述压力传感器的检测数据控制进气压力。

压缩机，包上述的气浮轴承。

制冷设备，包括上述的压缩机，所述气浮轴承连通在所述制冷设备的管路上，所述气浮轴承的悬浮气体为制冷设备的冷媒气体。

在某些实施方式中，所述气浮轴承连通在制冷设备的冷凝器与蒸发器之间。

控制方法，所述控制方法用于上述的气浮轴承，获取气浮轴承的进气压力及温度，根据进气气体的压力-温度汽化曲线确定气体的温度是否大于当前压力下的汽化温度，如否，则温度控制器工作使得气体温度升高到汽化温度以上；如是，则无动作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的温度控制器根据所述温度传感器的检测数据控制进气温度，使得进气完全汽化，使得进入轴承的其他不含小液珠，从而避免轴承腔内发生液体汽化引起的爆震。所述温度控制器为电加热装置，通过加热的方式使得进气温度提高，使得进气完全汽化。

附图说明

下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细的说明，为了展示细节，便于理解其原理，其不一定是按比例绘制的，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的实施例。其中：

图1是现有的具有气浮轴承的压缩机的示意图。

图2是现有的具有气浮轴承的压缩机的轴的偏心轨迹示意图。

图3是本实施例的具有气浮轴承的压缩机的示意图。

图4是本实施例的气浮轴承的供气的控制系统示意图。

图5是本实施例的制冷剂的压力-温度汽化曲线示意图。

图6是本实施例的具有气浮轴承的压缩机的轴的偏心轨迹示意图。

图中，1、叶轮；2、压缩机吸气口；3、压缩机外壳；4、压缩机排气口；5、电机定子；6、电机转子；7、轴承；8、轴承进气管；9、轴承出气管；10、加热腔；11、气泵；12、控制器；13、温度传感器；14、压力传感器；15、电加热器件。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例，以下实施方式并不限制权利要求书所涉及的发明。此外，实施方式中说明的特征的所有组合未必是发明的解决方案所必须的。

下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。

实施例一

气浮轴承是一种工程技术应用中常见的轴承类型，它不同于传统的润滑油脂或滚珠轴承，而是利用气体(通常是压缩空气)来支撑旋转部件，以降低摩擦和磨损，提高旋转部件的精度和寿命。气浮轴承通常用于高速旋转设备、精密机床、半导体制造设备等需要高精度和低振动的应用中。

气浮轴承的工作原理基于气体的气垫效应，其中气体被注入轴承座内，形成一个气体薄膜，将旋转部件(如轴)悬浮在气体之上。这种气体薄膜可以有效减少摩擦和磨损，从而降低能量损失和热量产生。此外，气浮轴承还可以提供非接触式的支撑，减少了轴承与轴之间的直接接触，使得高速旋转更为稳定。气浮轴承可以提供非常高的旋转部件精度，适用于需要极高精度的应用。由于轴承与轴之间没有实际的物理接触，摩擦损失很低，能量效率较高。气浮轴承可以减少振动和噪音，对于需要平稳运行的设备尤其重要。由于摩擦和磨损较低，气浮轴承通常具有较长的使用寿命。然而，气浮轴承也有一些限制，包括对气体供应系统的依赖、较高的制造和维护成本，以及对工作环境的一些要求，如干净的气体。

制冷系统压缩机是制冷循环中的关键组件，用于将低压低温的制冷剂气体吸入，然后通过压缩将其转变为高压高温的气体，从而升高气体的温度和压力，以实现制冷循环中的热交换过程。这种工作原理使制冷系统能够吸收热量并将其排放到外部环境，从而使冷藏或空调系统能够维持所需的低温环境。制冷系统压缩机通常采用往复式或螺杆式压缩机。在工作过程中，制冷剂气体从蒸发器中吸入，然后经过压缩机，被压缩成高压高温的气体。这高温高压的气体流向冷凝器，通过散热将热量释放到周围环境中，使制冷剂冷却并凝结成液体。液体制冷剂随后通过膨胀阀放大，变成低压低温的气体，重新进入蒸发器，完成制冷循环。制冷系统压缩机广泛应用于家用冰箱、商用冷藏设备、空调系统、冷冻库、工业冷却系统以及各种制冷应用中。不同应用领域可能需要不同类型和规模的压缩机。有多种不同类型的制冷系统压缩机，包括往复式、螺杆式、离心式等。选择合适的类型取决于制冷系统的容量、效率和应用要求。能源效率对于制冷系统压缩机至关重要，特别是在商业和工业应用中，能源成本占据很大比例。因此，制冷系统压缩机制造商不断努力提高压缩机的效率，以降低能源消耗。维护制冷系统压缩机对于确保其长期可靠运行非常重要。定期检查和维护，包括清洁、润滑和检查冷凝器、蒸发器等组件，可以延长压缩机的寿命和性能。制冷系统压缩机是制冷循环的核心部件，它们使制冷系统能够维持所需的温度，对于保持食品新鲜、提供舒适的室内环境以及许多工业过程都至关重要。选择合适的制冷系统压缩机和合理的维护计划对于确保系统的高效运行至关重要。

气悬浮压缩机里气悬浮轴承最好的状态是全部采用冷媒气体进行供气悬浮，但是现有的供气装置不能有效的分离气液态冷媒，往往悬浮轴承的供气中含有较多的冷媒小液珠，正常情况下如果气悬浮轴承全部由气态冷媒悬浮的话，各处的悬浮压力能很好地保持一致，轴承运行稳定精度高，不会有轴振现象产生；但是目前因为供气不纯，供气中夹杂有较多的冷媒小液珠，当冷媒小液珠进入轴承腔因为轴承腔温度较高，达到冷媒的相变点，冷媒小液珠就会气化成气态冷媒，一个一个小液珠的气化(如同放鞭炮效果一样，引起局部气压爆振)，多个局部气压爆振引起了轴承腔内气压不稳定，进而导致轴承振颤运转不稳定精度低，这样不仅导致轴承自身寿命缩短，而且可能会因为轴的不稳定运转，导致轴与梳齿等零件干涉磨损损坏。

如图1所示，现有供气方案结构由气泵11抽取冷凝器中的高压气体，直接供气给气悬浮轴承7依靠气体的气压将转子轴悬浮，悬浮轴之后气体沿着管道回蒸发器低压腔体。由气泵11直接抽取冷凝器中的冷媒高压气体，而抽取的冷媒高压气体不可避免地存在很多气液态的冷媒，其中夹杂有较多的冷媒小液珠，当冷媒小液珠进入轴承7腔因为轴承7腔温度较高，达到冷媒的相变点，冷媒小液珠就会气化成气态冷媒，一个一个小液珠的气化(如同放鞭炮效果一样，引起局部气压爆振)，导致压缩机运行时，轴悬浮精度不高，如图2所示，与中心点偏移严重。为了解决上述问题，很有必要研发一种新型供气方案来满足供气需求，提高轴的悬浮精度和稳定性。

如图3所示，本实施例提供的用于制冷设备压缩机的气浮轴承7，包括用于向轴承7提供气体的进气口，所述进气口设置有用于检测进气温度的温度传感器13及用于控制进气温度的温度控制器12，所述温度控制器12根据所述温度传感器13的检测数据控制进气温度，使得进气完全汽化，使得进入轴承7的其他不含小液珠，从而避免轴承7腔内发生液体汽化引起的爆震。所述温度控制器12为电加热装置，通过加热的方式使得进气温度提高，使得进气完全汽化。

所述电加热装置包括连通在所述进气口上的加热腔10，所述加热腔10内设置有电加热器件15，使得气体在进入所述轴承7前在加热腔10内被检测及加热，以便达到完全汽化，防止含小液珠的其他进入轴承7。

所述温度传感器13设置在所述加热腔10的腔壁上，检测所述加热腔10内气体的温度，保证所述加热腔10内的气体上升到汽化温度以上。

还包括检测进气压力的压力传感器14，所述温度控制器12根据所述温度传感器13及所述压力传感器14的检测数据控制进气温度。

还包括与所述进气口连通的气泵11，所述加热腔连接在所述气泵与所述进气口之间，所述气泵11根据所述压力传感器14的检测数据控制进气压力，保证进气压力维持在合适的大小，防止气压过小造成轴承7不能工作，同时也防止压力过大造成其他凝露，出现小液珠。

如图4所示，还包括控制器12，所述控制器12用于根据所述温度传感器13及所述压力传感器14的检测数据控制电加热器件15的加热及气泵11提供的压力。

本实施例为应用在制冷设备上的压缩机上的气浮轴承7，所述气浮轴承7连通在所述制冷设备的管路上，所述气浮轴承7的悬浮气体为制冷设备的冷媒气体，不需要额外的起源。所述气浮轴承7连通在制冷设备的冷凝器高压侧与蒸发器低压侧之间，使得冷凝器出来的高压气体经过气浮轴承7的减压后进入蒸发器，不但利用了冷凝器出来的高压气体的压力，也为进入蒸发器的其他实现了提前的减压，使得气浮轴承7与制冷设备工作上实现了互补，节省了能源，提高了制冷设备的效率。

压缩机包括叶轮1、压缩机吸气口2、压缩机外壳3，压缩机排气口4、电机定子5，电机转子6、轴承7、轴承7进气管、轴承7出气管、加热腔10、气泵11。

冷凝器高压侧是指在制冷循环中的冷凝器部分，其中高压的制冷剂气体进入冷凝器，并在此过程中释放热量，从而将制冷剂气体冷却并凝结成液体状态。这个过程是制冷循环中的一个关键步骤，因为它使制冷剂从气体状态变成液体状态，以便在蒸发器中吸热并完成制冷过程。

冷凝器高压侧是制冷循环中的高压部分，通常是制冷剂气体在被压缩机压缩后进入的地方。这时，制冷剂气体通常具有高温和高压。在冷凝器高压侧，制冷剂气体通过冷却管道或盘管，与外部环境交换热量。

这通常通过将制冷剂气体流过一组散热器或冷却器来实现，这些设备有助于将热量传递给周围的空气或水。热量的释放使制冷剂气体冷却，并且在一定的压力下，由气体状态转变为液体状态。这个过程称为凝结。液体制冷剂随后流出冷凝器，进入制冷系统的液体线路，准备再次进入蒸发器，继续循环。

在冷凝器高压侧，通常需要一种高温冷却介质，如空气或水，来帮助冷却制冷剂气体。冷却介质的选择取决于具体的应用和系统设计。冷凝器高压侧的性能直接影响整个制冷系统的效率和性能。有效的冷凝器设计和运行是确保系统高效运行的关键因素之一。

冷凝器高压侧在制冷循环中扮演着关键角色，它使高压的制冷剂气体冷却并凝结成液体，从而为制冷系统提供所需的工质状态，以维持系统的运行和性能。这一过程中热量的释放和凝结过程是冷凝器高压侧的两个关键方面。

蒸发器低压侧是指在制冷循环中的蒸发器部分的一个区域，通常是蒸发器内部的一部分，用于实现制冷剂的蒸发过程。在这个低压侧，制冷剂从液体状态转变为气体状态，并吸收热量，从而降低周围环境的温度。

蒸发器低压侧是制冷循环中的低压区域，通常是制冷剂液体进入蒸发器的地方。这时，制冷剂液体通常具有低温低压。在蒸发器低压侧，制冷剂液体通过与周围环境或被冷却的物体接触，开始蒸发。蒸发是一个吸热过程，制冷剂吸收热量从而从液体状态变成气体状态。

在蒸发器低压侧，制冷剂液体吸收热量，温度下降。这导致了制冷剂液体周围环境的温度降低，因此，蒸发器的低压侧用于提供制冷效果。蒸发器低压侧的性能直接影响整个制冷系统的效率和性能。有效的蒸发器设计和运行是确保系统高效运行的关键因素之一。在某些应用中，蒸发器低压侧也可以用于控制相对湿度。当制冷剂蒸发时，它可以从周围环境中去除水分，从而降低相对湿度。

蒸发器低压侧是制冷循环中的一个关键部分，用于将低温低压的制冷剂液体蒸发成气体状态，从而实现制冷过程。在这个过程中，蒸发器的低压侧起着关键的作用，因为它使制冷剂吸收热量并降低周围环境的温度。这有助于保持制冷系统的性能和效率。

控制方法主要为：获取气浮轴承7的进气压力及温度，根据进气气体的压力-温度汽化曲线确定气体的温度是否大于当前压力下的汽化温度，如否，则温度控制器12工作使得气体温度升高到汽化温度以上；如是，则无动作。

如图5所示，通过压力传感器14和温度传感器13测量供气的压力和温度，并将检测的压力和温度反馈给控制器12，控制器12先把测量的压力值与控制器12程序中预设定的供气最佳压力值进行对比，如供气压力过低或过高，则控制器12会反馈信号给气泵11，调节气泵11的供气做功快慢，使供气压力接近控制器12程序中预设定的供气最佳压力值；但供气压力达到压力值后，因供气中可能存在有气液混合态的小液滴，这时候控制器12需要将检测到的温度值与控制器12程序中预设定的制冷剂的压力-温度汽化曲线进行拟合对比，查找在同压力下压力-温度汽化曲线中对应的温度值，并经过控制器12计算分析后发命令给电加热装置，让电加热装置对供气进行加热处理，当温度加热到略高于同压力下压力-温度汽化曲线中对应的温度值，则停止进行加热；这时候供气中的悬浮小液滴已经全部变成气态，(因为当温度加热到略高于同压力下压力-温度汽化曲线中对应的温度值时，制冷剂则全部以气态形式存在，冷媒压力-温度汽化曲线图，以制冷剂四氟乙烷R134a为举例，其余制冷剂则参考相对应的制冷剂压力-温度汽化曲线)；有效消除供气中的冷媒小液珠，保证供气气体的纯净度，保持轴承7腔的气压稳定性，如图6所示，减少轴承7振颤和运转不稳定，提升轴运行稳定性，提高轴运行精度。进而提高压缩机和电机的可靠性和稳定性。

压力-温度汽化曲线是一种用于描述特定物质(通常是液体)在不同温度和压力下的相变行为的图形。这种图形是在定压条件下观察到的，通常在制冷和空调领域以及化学工程中有重要应用。汽化曲线显示了液体和气体之间的平衡点，即相变点，液体在这些点上开始汽化(变成气体)或气体开始凝结(变成液体)。一个著名的例子是水的压力-温度汽化曲线。在这个图形中，横轴表示温度，纵轴表示压力。曲线上的各个点表示液态水和水蒸气在不同温度和压力下的平衡点。在曲线上方的条件下，水是气体(蒸汽)，而在曲线下方的条件下，水是液体。汽化曲线的上半部分表示液体变为气体的过程，这称为气化或蒸发。而下半部分表示气体变为液体的过程，这称为凝结。曲线上的某些特定点是相变点，其中液体和气体处于平衡状态。例如，水的常压沸点是100摄氏度(212华氏度)，在这个温度下，水开始沸腾并转变成水蒸气，而在一大气压下，这个温度称为沸点。压力-温度汽化曲线对于冷却和加热系统的设计非常重要，因为它们帮助确定在给定压力下需要加热或冷却液体以实现所需的相变。这在制冷、空调、化学工程和能源系统中都有应用。不同物质的压力-温度汽化曲线各不相同，因为它们的物性(如分子间力量)不同。因此，不同的物质在不同条件下具有不同的相变行为。压力-温度汽化曲线是描述物质在不同温度和压力下的相变行为的有用工具，对于各种工程和科学应用都具有重要意义。

尽管本文较多地使用了一些术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。说明书及附图中所示的装置及方法中的动作、步骤等执行顺序，只要没有特别明示顺序的限定，只要前面处理的输出并不用在后面的处理中，则可以任意顺序实现。为描述方便起见而使用的类似次序性的用语(例如，“首先”、“接着”、“其次”、“再次”、“然后”等)，并不意味着必须依照这样的顺序实施。

本领域的普通技术人员应理解，所有的定向参考(例如，上方、下方、向上、上、向下、下、顶部、底部、左、右、垂直、水平等)描述性地用于附图以有助于读者理解，且不表示(例如，对位置、方位或用途等)对由所附权利要求书限定的本发明的范围的限制，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

另外，一些模糊性的术语(例如，基本上、一定的、大体上等)可以是指条件、量、值或尺寸等的轻微不精确或轻微偏差，其中的一些在制造偏差或容限范围内。需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

本文中所描述的具体实施例，仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例，做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。