分离器及平衡系统

技术领域

本发明涉及压缩装置技术领域，具体而言，涉及一种分离器及平衡系统。

背景技术

随着降膜式蒸发器应用的普及，离心式冷水机组对降膜式蒸发器的应用越来越广泛。然而大冷量段的降膜式蒸发器的应用存在带液的风险。如果在压缩机进口具备防止液体直接进入叶轮的功能，则更有利于压缩机的安全运行。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种分离器及平衡系统，以解决现有技术中的压缩机存在带液风险的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种分离器，包括：外壳，所述外壳围设形成通道，所述通道的第一端具有气液进口，所述通道的第二端具有气体出口，所述外壳上设置有与所述通道连通的液体出口；导流分离柱，所述导流分离柱设置在所述通道内并沿所述通道的轴线方向延伸，所述导流分离柱的外周设置有分离凸起，所述分离凸起位于所述液体出口靠近所述气液进口的一侧；进口叶片，多块所述进口叶片沿所述导流分离柱第一端的外周间隔设置，所述进口叶片两端分别固定在所述导流分离柱第一端的外壁和所述气液进口的内壁上；出口叶片，多块所述出口叶片沿所述导流分离柱第二端的外周间隔设置，所述出口叶片两端分别固定在所述导流分离柱第二端的外壁和所述通道的内壁上。

进一步地，所述进口叶片在所述导流分离柱外壁面上的垂直投影包括第一平面段和第一曲面段，所述第一平面段沿所述导流分离柱的轴向延伸，所述第一曲面段与所述第一平面段平滑过渡，所述第一曲面段末端切向线与所述第一平面段之间的夹角α为10°至45°。

进一步地，所述出口叶片在所述导流分离柱外壁面上的垂直投影包括第二平面段和第二曲面段，所述第二曲面段沿所述导流分离柱的轴向延伸，所述第二曲面段与所述第二平面段平滑过渡，所述第二曲面段末端切向线与所述第二平面段之间的夹角β为15°至50°。

进一步地，所述第一曲面段和所述第二曲面段的弯曲方向相反。

进一步地，所述气液进口远离所述气体出口的一端具有第一导流斜面，所述第一导流斜面的与所述通道之间的夹角θ为10°至20°。

进一步地，所述导流分离柱还包括圆弧曲面段、前圆柱段、后圆柱段以及第二导流斜面，所述圆弧曲面段位于所述导流分离柱第一端，所述分离凸起位于所述前圆柱段和所述后圆柱段之间，所述第二导流斜面位于所述导流分离柱第二端。

进一步地，所述导流分离柱的外径为d，所述圆弧曲面段沿所述导流分离柱的轴向的宽度为h，其中，d/h为0至2。

进一步地，所述分离凸起为半球形凸起。

进一步地，所述外壳包括第一外壳段和第二外壳段，所述导流分离柱位于所述第一外壳段内，所述第二外壳段的外径小于所述第一外壳段的内径，所述第二外壳段的第一端位于所述第一外壳段的内部，所述第二外壳段和所述第一外壳段通过多块间隔设置的连接筋连接，相邻两块所述连接筋之间具有所述液体出口。

进一步地，所述液体出口的横截面为扇形。

进一步地，所述分离器还包括驱动装置和调节叶片，所述调节叶片可转动地安装在所述第二外壳段的内部，所述驱动装置与所述调节叶片驱动连接，所述调节叶片的旋转角度为-5°至100°。

进一步地，所述调节叶片包括叶柄和叶片部，所述叶柄穿过所述第二外壳段并与所述驱动装置连接，所述叶片部呈扇形设置，所述叶柄的延长线将所述叶片部分隔为A区域和B区域，其中，所述A区域的面积和所述B区域的面积的比值B/A为0.2至0.3。

进一步地，所述气体出口靠近所述气液进口的一端为锥形口，所述气体出口远离所述气液进口的一端为圆柱口，所述锥形口的开口较小的一端与所述圆柱口连接。

进一步地，所述分离器还包括调节壳体，所述调节壳体围设形成空腔，所述调节壳体的第一端具有与所述空腔连通的导流口，所述外壳安装在所述空腔内，所述气液进口与所述导流口连接。

进一步地，所述导流口靠近所述空腔的一侧设置有沉槽，所述外壳的第一端设置有连接法兰，所述连接法兰通过连接件固定在所述沉槽内。

进一步地，所述导流口的内壁面具有第三导流斜面，所述第三导流斜面与所述通道的轴线的夹角γ为10°至20°。

根据本发明的另一方面，提供了一种平衡系统，包括分离器，所述分离器为上述的分离器。

进一步地，所述平衡系统还包括压缩机，所述压缩机包括叶轮，所述分离器的气体出口与所述叶轮的前端入口连通；所述平衡系统还包括第一管道、油雾分离装置、油箱、第二管道以及第三管道，所述第一管道的两端分别与所述叶轮的末端腔室和所述第二管道连接，所述第二管道的两端分别与所述油雾分离装置的入口和所述油箱的出气口连接，所述第三管道的两端分别与所述油箱的回油口和所述油雾分离装置的油口连接，所述油雾分离装置的气体管道与所述分离器的空腔连接。

进一步地，所述第一管道上设置有第一控制阀。

进一步地，所述压缩机包括出口管道，所述空腔与所述出口管道通过第四管道连接。

进一步地，所述第四管道上设置有流量调节装置。

进一步地，所述分离器的前端设置有进口管道，所述平衡系统还包括控制器和检测组件，所述检测组件用于检测所述空腔和所述进口管道的温度，所述控制器与所述检测组件和所述流量调节装置控制连接，所述控制器根据所述检测组件的检测结果对所述流量调节装置进行控制。

进一步地，所述流量调节装置为电子膨胀阀或热力膨胀阀或调节阀或电磁阀。

进一步地，所述检测组件包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述进口管道处，所述第二温度传感器设置在所述空腔处，所述第一温度传感器的检测温度为T2，所述第二温度传感器的检测温度为T1，当T1-T2＝0℃时，所述流量调节装置打开第一预定开度，当0℃0.5℃时，所述流量调节装置关闭。

进一步地，所述分离器的外壳的出口端与所述叶轮之间具有间隙通道。

进一步地，所述间隙通道的宽度e为0.5mm至2mm。

应用本发明的技术方案，实际使用时，将该分离器设置在压缩机的叶轮的前端，气液两相混合的制冷剂从气液进口进入，经过进口叶片的作用，能够对进入分离器内部的制冷剂进行组织，然后进入通道的内部，在导流分离柱上的分离凸起的分离作用下，由于液体的比重比气体大，若流体内含有液体，由于分离凸起的离心力作用将液体向外分离，此时，制冷剂中的液体能够沿分离凸起的切线方向运动并从液体出口传输至外壳的外部，制冷剂中的气体则继续沿通道的轴向传输，经过出口叶片的再次组织之后，从气体出口排出口输送至叶轮处。可见，本发明的分离器可以使制冷剂中的液体分离出来，有效预防液态制冷剂进入叶轮，防止压缩机出现液击现象，保证压缩机能够安全运行。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明的分离器与压缩机连接时的剖视图；

图2示意性示出了本发明的分离器的剖视图；

图3示意性示出了本发明的调节壳体的前端的剖视图；

图4示意性示出了本发明的分离器的外壳及其内部结构部分剖解开之后的立体图；

图5示意性示出了本发明的分离器的外壳及其内部结构的第一剖视图；

图6示意性示出了本发明的分离器的外壳及其内部结构的第二剖视图；

图7示意性示出了本发明的分离器的外壳及其内部结构的半剖视图；

图8示意性示出了图7中的结构纵向剖解之后的剖视图；

图9示意性示出了本发明的调节叶片的主视图；

图10示意性示出了本发明的进口叶片在导流分离柱外壁面上的垂直投影图；

图11示意性示出了本发明的出口叶片在导流分离柱外壁面上的垂直投影图；

图12示意性示出了本发明的平衡系统局部剖切开之后的主视图；

图13示意性示出了本发明的平衡系统的压缩机和分离器连接好之后的主视图；

图14示意性示出了本发明的调节壳体和叶轮连接位置处的剖视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

100、分离器；110、外壳；111、通道；112、气液进口；1121、第一导流斜面；113、气体出口；1131、锥形口；1132、圆柱口；114、液体出口；115、第一外壳段；116、第二外壳段；117、连接筋；118、连接法兰；120、导流分离柱；121、分离凸起；122、圆弧曲面段；123、前圆柱段；124、后圆柱段；125、第二导流斜面；130、进口叶片；131、第一平面段；132、第一曲面段；140、出口叶片；141、第二曲面段；142、第二平面段；150、驱动装置；160、调节叶片；161、叶柄；162、叶片部；1621、A区域；1622、B区域；170、壳体；171、空腔；172、导流口；173、第三导流斜面；174、沉槽；175、第二温度传感器；200、压缩机；210、叶轮；220、出口管道；300、第一管道；310、第一控制阀；400、油雾分离装置；500、油箱；600、第二管道；700、第三管道；800、第四管道；900、流量调节装置；1100、进口管道；1110、间隙通道。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

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。

参见图1至图11所示，根据本发明的实施例，提供了一种分离器100。

本实施例中的分离器100包括外壳110、导流分离柱120、进口叶片130以及出口叶片140。

其中，外壳110围设形成通道111，该通道111的第一端具有气液进口112，通道111的第二端具有气体出口113，外壳110上设置有与通道111连通的液体出口114；导流分离柱120设置在通道111内并沿通道111的轴线方向延伸，导流分离柱120的外周设置有分离凸起121，该分离凸起121位于液体出口114靠近气液进口112的一侧；多块进口叶片130沿导流分离柱120第一端的外周间隔设置，进口叶片130两端分别固定在导流分离柱120第一端的外壁和气液进口112的内壁上；多块出口叶片140沿导流分离柱120第二端的外周间隔设置，出口叶片140两端分别固定在导流分离柱120第二端的外壁和通道111的内壁上。

实际使用时，将该分离器100设置在压缩机200的叶轮210的前端，气液两相混合的制冷剂从气液进口112进入，经过进口叶片130的作用，能够对进入分离器100内部的制冷剂进行组织，然后进入通道111的内部，在导流分离柱120上的分离凸起121的分离作用下，由于液体的比重比气体大，若流体内含有液体，由于分离凸起121的离心力作用将液体向外分离，此时，制冷剂中的液体能够沿分离凸起121的切线方向运动并从液体出口114传输至外壳110的外部，制冷剂中的气体则继续沿通道111的轴向传输，经过出口叶片140的再次组织之后，从气体出口113排出口输送至叶轮210处。可见，本发明的分离器100可以使制冷剂中的液体分离出来，有效预防液态制冷剂进入叶轮210，防止压缩机200出现液击现象，保证压缩机200能够安全运行。

结合图1、图2、图4以及图10所示，本实施例中的进口叶片130在导流分离柱120外壁面上的垂直投影包括第一平面段131和第一曲面段132，第一平面段131沿导流分离柱120的轴向延伸，第一曲面段132与第一平面段131平滑过渡，第一曲面段132末端切向线与第一平面段131之间的夹角α为10°至45°，例如20°、30°、40°。当气液混合的制冷剂进入气液进口112之后，经过进口叶片130的组织之后，制冷剂能够在导流分离柱120的外表面呈螺旋状运动，当制冷剂流动至分离凸起121处时，能够有效将制冷剂中液体分离出来并从液体出口114排出。

需要说明的是，本实施例中的进口叶片130在导流分离柱120外壁面上的垂直投影是指从平行于进口叶片130的方向朝向导流分离柱120外壁面方向看得到的投影。

结合图1、图2、图4以及图11所示，出口叶片140在导流分离柱120外壁面上的垂直投影包括第二平面段142和第二曲面段141，第二曲面段141沿导流分离柱120的轴向延伸，第二曲面段141与第二平面段142平滑过渡，第二曲面段141末端切向线与第二平面段142缩成的夹角β为15°至50°，例如20°、30°、40°。当气液混合的制冷剂流动至分离凸起121处分离之后，被分离出来的气态制冷剂能够被出口叶片140再次组织，最后进入压缩机200。

同样地，本实施例中的出口叶片140在导流分离柱120外壁面上的垂直投影是指从平行于出口叶片140的方向朝向导流分离柱120外壁面方向看得到的投影。

优选地，本实施例中的第一曲面段132和第二曲面段141的弯曲方向相反，便于将经过进口叶片130组织之后的制冷剂进行重新组织，使得制冷剂能够沿分离器100的轴向继续传输。具体根据实际的使用需求进行组织，只需要调节第二曲面段141末端切向线与第二平面段142缩成的夹角β即可。本实施例中的出口叶片140能够引导气流流出，分离器100的出口叶片140的气流出口方向为轴向，引导气流沿轴向均匀流动。

参见图5所示，本实施例中的气液进口112远离气体出口113的一端具有第一导流斜面1121，该第一导流斜面1121与通道111的轴线夹角θ为10°至20°，便于将制冷剂导入气液进口112。

参见图1至图8所示，本实施例中的导流分离柱120还包括圆弧曲面段122、前圆柱段123、后圆柱段124以及第二导流斜面125，圆弧曲面段122位于导流分离柱120第一端，分离凸起121位于前圆柱段123和后圆柱段124之间，第二导流斜面125位于导流分离柱120第二端。

实施设计时，进口叶片130位于前圆柱段123的外周，出口叶片140位于后圆柱段124的外周，便于引导和组织气流，制冷剂经过分离凸起121分离之后，从第二导流斜面125进入通道111的末端，从气体出口113流出。

优选地，导流分离柱120的外径为d，圆弧曲面段122沿导流分离柱120的轴向的宽度为h，其中，d/h为0至2，便于引导制冷剂进入通道111内。

分离凸起121为半球形凸起，便于对气液混合制冷剂进行分离。

实际工作时，本实施例中的分离器100的进口叶片130引导流体由轴向流动变为叶片出口方向，此时气流可沿前圆柱段123旋转，由于液体的比重比气体大，若流体内含有液体，经过分离凸起121作用，液体由于离心力作用将向外分离。

流体流过分离凸起121时，流动方向改变，气体比重小更容易改变方向，沿导流分离柱120进入出口叶片140。由于液体的比重大，当流体流过分离凸起121最高点时，液体将飞向液体出口114位置，排出分离器100，避免液体制冷剂进入叶轮。

外壳110包括第一外壳段115和第二外壳段116，该导流分离柱120位于第一外壳段115内，第二外壳段116的外径小于第一外壳段115的内径，第二外壳段116的第一端位于第一外壳段115的内部，第二外壳段116和第一外壳段115通过多块间隔设置的连接筋117连接，相邻两块连接筋117之间具有液体出口114。优选地，液体出口114的横截面为扇形。当然，在本发明的其他实施例中，还可以将液体出口114设置为三角形或方形或者其他异形结构。

参见图2所示，气体出口113靠近气液进口112的一端为锥形口1131，气体出口113远离气液进口112的一端为圆柱口1132，锥形口1131的开口较小的一端与圆柱口1132连接，便于将气体制冷剂快速输送至压缩机200内。当气流进入气体出口113后，引导气流沿锥形口1131和圆柱口1132流动，气流流动越来越均匀。

结合图1和图9所示，本实施例中的分离器100还包括驱动装置150和调节叶片160，调节叶片160可转动地安装在第二外壳段116的内部，驱动装置150与调节叶片160驱动连接，调节叶片160的旋转角度为-5°至100°，实际使用分离器100时，可以根据压缩机200的使用需求对驱动装置150进行控制，进而带动调节叶片160转动，调节叶片160转动时，能够调节气体出口113的气体流量和流动方向。

本实施例中的调节叶片160包括叶柄161和叶片部162，叶柄161穿过叶片部162并与第二外壳段116并与驱动装置150连接，叶片部162呈扇形设置，叶柄161的延长线将叶片部分隔为A区域1621和B区域1622，其中，A区域1621的面积和B区域1622的面积的比值B/A为0.2至0.3。

优选地，本实施例中的驱动装置150为驱动电机，结构简单，便于实现。

再次参见图1至图7所示，本实施例中的分离器100还包括调节壳体170，该调节壳体170围设形成空腔171，调节壳体170的第一端具有与空腔171连通的导流口172，外壳110安装在空腔171内，气液进口112与导流口172连接。当通道111内部的液体从液体出口114分离出来之后，进入空腔171内部，实际使用时，可以将空腔171内部的液体制冷剂气化后再次输送至压缩机。

为了便于安装，本实施例中的导流口172靠近空腔171的一侧设置有沉槽174，外壳110的第一端设置有连接法兰118，连接法兰118通过连接件固定在沉槽174内。本实施例中的连接件为螺钉或者销钉等结构。

本实施例中的导流口172的内壁面具有第三导流斜面173，第三导流斜面173与通道111的轴线的夹角γ为10°至20°，便于将制冷剂均匀稳定地输送至导流口172内。

实际使用时，本实施例中的分离器100的前端设置有进口管道1100，该进口管道1100通过螺栓固定在调节壳体170的前端，便于将制冷剂输送至分离器100内。

制冷剂经过进口管道1100后，气流存在扰动，气流不均匀，对压缩机的性能有较大影响。本实施例中将进口管道1100设置在分离器100的前端，能够将制冷剂中的液体分离出来，使制冷剂的流动状态趋于设计的理想状态，提高压缩机200效率。

结合图1至图14所示，根据本发明的另一方面，提供了一种平衡系统，该平衡系统包括分离器100，该分离器100为上述实施例中的分离器100。

本实施例中的平衡系统还包括压缩机200，该压缩机200包括叶轮210，分离器100的气体出口113与叶轮210的前端入口连通，能够将制冷剂中的液体分离出来，使制冷剂的流动状态趋于设计的理想状态，提高压缩机200效率。

参见图12中图14所示，本实施例中的平衡系统还包括第一管道300、油雾分离装置400、油箱500、第二管道600以及第三管道700，第一管道300的两端分别与叶轮210的末端腔室和第二管道600连接，第二管道600的两端分别与油雾分离装置400的入口和油箱500的出气口连接，第三管道700的两端分别与油箱500的回油口和油雾分离装置400的油口连接，油雾分离装置400的气体管道与分离器100的空腔171连接。

实施工作时，通过第一管道300的作用，能够将叶轮210末端泄漏的高温高压的制冷剂输送至第二管道600，经过油雾分离装置400的作用，能够将制冷剂中的润滑油分离出来后输送至油箱500内，然后将高温高压的制冷剂输送至空腔171内，一方面便于将空腔171内的液体制冷器气化，另一方面，还便于平衡压缩机200的压差。

优选地，本实施例中的第一管道300上设置有第一控制阀310，便于对进入第二管道600内的制冷剂进行控制。

本实施例中的压缩机200包括出口管道220，空腔171与出口管道220通过第四管道800连接。第四管道800上设置有流量调节装置900，通过第四管道800和流量调节装置900的作用，便于将压缩机200输出的高温高压制冷剂输送至空腔171内，便于对空腔171内的液体制冷剂进行气化。

本实施例中的油箱500的出气口与第二管道600采用法兰连接，第二管道600与第一管道300汇合连接后与油雾分离装置400接口焊接，经油雾分离装置400分离后，气体经进入空腔171，一方面便于将空腔171内的液体制冷器气化，另一方面，还便于平衡油箱500的压力，油雾分离装置400的出气管与调节壳体170通过法兰连接。经油雾分离装置400分离后，润滑油由重力作用，流回油箱500。

本实施例中的平衡系统还包括控制器(图中未示出)和检测组件，检测组件用于检测空腔171和进口管道1100的温度，控制器与检测组件和流量调节装置900控制连接，控制器根据检测组件检测传递信号对流量调节装置900进行控制。

优选地，本实施例中的流量调节装置900为电子膨胀阀或热力膨胀阀或调节阀或电磁阀。

本实施例中的检测组件包括第一温度传感器(图中未示出)和第二温度传感器175，第一温度传感器设置在进口管道1100处，第二温度传感器175设置在空腔171处，第一温度传感器的检测温度为T2，第二温度传感器175的检测温度为T1，当T1-T2＝0℃时，流量调节装置900打开第一预定开度，当0℃0.5℃时，流量调节装置900关闭。

通过压缩机200进口的分离器100将液体分离并排出至空腔171内，平衡系统的高温气体进入空腔171内与分离的液体换热，空腔171内装有第二温度传感器175，通过第二温度传感器175控制第四管道800中的高温气体流量。

分离器100的外壳110的出口端与叶轮210之间具有间隙通道1110。换热后的气体经间隙通道1110进入叶轮210，间隙通道1110由叶轮210的轮盖端面、轮盖密封侧面、外壳110后端面组成，优选地，间隙通道1110的宽度e为0.5mm至2mm。

根据上述的实施例可以知道，本发明的分离器100的进口叶片130引导流体由轴向流动变为进口叶片130出口方向，此时气流可沿前圆柱段123旋转，由于液体的比重比气体大，若流体内含有液体由于离心力作用将向外分离。流体经过分离凸起121后，流动方向改变，气体比重小更容易改变方向，沿导流分离柱120进入分离器100的出口叶片140。由于液体的比重大，当流体流过分离凸起121最高点时，液体将飞向液体出口114位置，排出外壳110，避免液体进入叶轮210。

本发明的平衡系统能够确保压缩机200安全运行，输送的高温气体进入压缩机200进口，可使分离的液体气化；通过调节壳体170内的温度平衡系统的运行状态，确保分离的液体完全气化。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明分离器可以使液体分离，有效预防液体进入叶轮，保障压缩机安全运行。分离后的液体存在于调节壳体封闭的空间内，通过高温气体换热气化，换热后的气体进入叶轮参与制冷循环。用于换热的高温气体来自于平衡系统。

平衡系统的功能是将压缩机的叶轮末端腔室和油箱的压力与压缩机进口压力平衡，保证系统安全运行。机组运行过程中叶轮末端腔室和油箱内温度均高于压缩机进口温度。分离器分离后的液体可以与该部分气体换热。通过第二温度传感器监控调节壳体内的温度，如果温度不满足规定要求，则利用平衡系统内的高温高压气体进行加热。平衡系统内的高温高压气体的流量通过电子膨胀阀或电磁阀控制。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。