多级压缩机及具有其的制冷系统.pdf

本发明提供了一种多级压缩机及具有其的制冷系统，其中，多级压缩机包括：多级压缩腔，每级压缩腔内设置有叶轮，相邻的两级压缩腔之间设置有过气通道(20)，其中，相邻的两级压缩腔分为上游压缩腔(11)和下游压缩腔(12)；扩压器(40)，设置在过气通道(20)内；补气结构(50)，设置在至少一个过气通道(20)上，补气结构(50)位于上游压缩腔(11)和与上游压缩腔(11)对应的扩压器(40)之间，或者，补气结构(50)位于扩压器(40)内。本发明的技术方案能够有效地解决现有技术中的压缩机容易运行不稳定、制冷系统循环效率低、气动噪声大的问题。

权利要求书
1.  一种多级压缩机，包括：
多级压缩腔，每级所述压缩腔内设置有叶轮，相邻的两级所述压缩腔之间设置有过气通道(20)，其中，所述相邻的两级压缩腔分为上游压缩腔(11)和下游压缩腔(12)；
扩压器(40)，设置在所述过气通道(20)内；
补气结构(50)，设置在至少一个所述过气通道(20)上，
其特征在于，
所述补气结构(50)位于所述上游压缩腔(11)和与所述上游压缩腔(11)对应的所述扩压器(40)之间，或者，所述补气结构(50)位于所述扩压器(40)内。

2.  根据权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，每个所述过气通道(20)上均设置有所述补气结构(50)。

3.  根据权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，所述扩压器(40)为有叶扩压器，所述补气结构(50)位于所述上游压缩腔(11)和与所述上游压缩腔(11)对应的所述扩压器(40)之间，并且所述补气结构(50)靠近所述上游压缩腔(11)的出气口处。

4.  根据权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，所述扩压器(40)为无叶扩压器，所述补气结构(50)位于所述扩压器(40)内。

5.  根据权利要求4所述的多级压缩机，其特征在于，所述补气结构(50)位于所述扩压器(40)内，所述补气结构(50)位于所述扩压器(40)的前三分之一段。

6.  根据权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，所述多级压缩机还包括回流器(60)，所述回流器(60)设置在所述过气通道(20)内，并位于所述下游压缩腔(12)和与所述下游压缩腔(12)对应的所述扩压器(40)之间。

7.  根据权利要求6所述的多级压缩机，其特征在于，所述过气通道(20)位于所述扩压器(40)与所述回流器(60)之间的部分形成弯道。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的多级压缩机，其特征在于，所述补气结构(50)包括补气通道(51)，所述补气通道(51)与所述过气通道(20)连通，并且所述补气通道(51)与所述过气通道(20)之间的夹角小于45度。

9.  根据权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，所述多级压缩机为两级压缩机。

10.  一种制冷系统，包括经济器(70)和多级压缩机，其特征在于，所述多级压缩机为权利要求1至9中任一项所述的多级压缩机，所述多级压缩机的补气结构(50)与所述经济器(70)连接。

说明书多级压缩机及具有其的制冷系统
技术领域
本发明涉及多级压缩机技术领域，具体而言，涉及一种多级压缩机及具有其的制冷系统。
背景技术
目前，制冷系统的四大部件包括离心式压缩机、蒸发器、冷凝器以及节流装置。为了提高制冷系统的循环效率，通常采用多级压缩中间补气的形式，将一级节流变为多级节流，并且在节流装置之间设置经济器。具体地，以两级压缩中间补气的循环为例，将一级节流变为两级节流，并且在节流装置之间设置经济器，冷凝器底部的液态制冷剂在通过一级节流后，形成气液混合制冷剂进入经济器，其中，液态制冷剂继续经过二次节流进入蒸发器，而气态制冷剂则通过管路回到压缩机内参与压缩机第二级的压缩。相应的离心式压缩机也具有两个压缩级，每个压缩级包含其对应的叶轮以及扩压器(叶片扩压器或其他类型的扩压器)，为了结构紧凑，级与级之间以弯道、回流器相连。
在现有技术中，当经济器处于最佳工作压力时，制冷系统循环效率最高，压缩机的两级之间的中间压力(即连接压缩机的两级的弯道和回流器的区域的压力)也是按照上述最佳工作压力进行设计的，在理论上来说，压缩机的两级之间的中间压力与上述经济器的最佳工作压力相等。因此，在现有技术中，补气结构通常设置在压缩机的级间，例如两级压缩的制冷系统，将补气结构设置在压缩机的级间弯道或回流器区域，即一级扩压器出口到二级叶轮进口之间的区域。现有技术中公开了一种多级制冷压缩机及其中间补气结构，该补气结构的补气位置位于回流器叶片出口到次级叶轮入口之间。
然而，现有的补气结构的补气位置存在以下缺点：
首先，在上述补气位置进行补气时，气流经过补气结构的管道、弯头、阀门等部件之后会产生压力损失，因此，为了保证补气量就必须提高经济器压力，从而使经济器的工作压力高于最佳工作压力(压缩机的两级之间的中间压力)，进而造成了系统循环效率的降低。
其次，离心式压缩机是依靠叶轮高速旋转实现对气体的做功进而实现压缩的。为了防止高速叶轮损伤，压缩机各级叶轮吸气不可带液，现有的补气结构的补气位置离叶轮较近，叶轮对于补气带液非常敏感，所以需要在补气管上增加相应的阀门控制补气量，以此减小对叶轮的损伤，但是这样会影响到系统循环效率。
第三，喘振是离心式压缩机的固有属性，当压缩机降低到一定负荷时(即达到压缩机的喘振点)，压缩机将发生喘振，并且喘振首先发生在扩压器流道内，压缩机容易运行不稳定。同时，离心式压缩机内的大部分噪音都是高速气体流动所造成的，叶轮出口气流流速最高，气动噪声高。而现有的补气结构的补气位置并不能解决上述问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多级压缩机及具有其的制冷系统，以解决现有技术中的压缩机容易运行不稳定、制冷系统循环效率低、气动噪声大的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多级压缩机，包括：多级压缩腔，每级压缩腔内设置有叶轮，相邻的两级压缩腔之间设置有过气通道，其中，相邻的两级压缩腔分为上游压缩腔和下游压缩腔；扩压器，设置在过气通道内；补气结构，设置在至少一个过气通道上，补气结构位于上游压缩腔和与上游压缩腔对应的扩压器之间，或者，补气结构位于扩压器内。
进一步地，每个过气通道上均设置有补气结构。
进一步地，扩压器为有叶扩压器，补气结构位于上游压缩腔和与上游压缩腔对应的扩压器之间，并且补气结构靠近上游压缩腔的出气口处。
进一步地，扩压器为无叶扩压器，补气结构位于扩压器内。
进一步地，补气结构位于扩压器内，补气结构位于扩压器的前三分之一段。
进一步地，多级压缩机还包括回流器，回流器设置在过气通道内，并位于下游压缩腔和与下游压缩腔对应的扩压器之间。
进一步地，过气通道位于扩压器与回流器之间的部分形成弯道。
进一步地，补气结构包括补气通道，补气通道与过气通道连通，并且补气通道与过气通道之间的夹角小于45度。
进一步地，多级压缩机为两级压缩机。
根据本发明的另一方面，提供了一种制冷系统，包括经济器和多级压缩机，多级压缩机为上述的多级压缩机，多级压缩机的补气结构与经济器连接。
应用本发明的技术方案，过气通道设置在相邻的两级压缩腔之间，扩压器设置在过气通道内，将补气结构设置在至少一个过气通道上并位于上游压缩腔和与上游压缩腔对应的扩压器之间，或者位于扩压器内。在上述补气位置对压缩机进行补气时，使经济器的工作压力等于最佳工作压力(压缩机的两级之间的中间压力)，虽然气流经过补气结构的内部部件之后会产生压力损失，但是由于补气气流经过扩压器之后压力会升高，此时补气压力仍然可以等于压缩机的两级之间的中间压力(经济器的最佳工作压力)，从而在保证补气量的同时，提高制冷系统循环效率。同时，上述补气结构的补气位置与下游叶轮距离较远，可以有效避免对叶轮的损伤，不需要严格控制补气量，进而不会影响制冷系统循环效率。此外，上游压缩腔内的叶轮出口气流速度非常高、焓值远高于补气气流，通过在上游压缩腔和扩压器之间补气，可有效降低上游压缩腔出口处焓值，使气流降温减速，进而降低压缩机气动噪声。同时，在 扩压器的上游补气，可有效提高扩压器内的气体流量，从而降低压缩机发生喘振时的最小流量，拓宽压缩机稳定运行范围。
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示出了根据本发明的多级压缩机的实施例一的结构示意图；
图2示出了根据本发明的多级压缩机的实施例三的流道结构示意图；以及
图3示出了图2的多级压缩机的补气结构与流道配合示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
11、上游压缩腔；12、下游压缩腔；13、第一级压缩腔；14、第二级压缩腔；20、过气通道；30、蜗壳；40、扩压器；41、第一级扩压器；50、补气结构；51、补气通道；60、回流器；70、经济器。
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。
如图1所示，实施例一的多级压缩机为两级压缩机，两级压缩机包括第一级压缩腔13、第二级压缩腔14、第一级扩压器41以及补气结构50。其中，第一级压缩腔13内设置有第一级叶轮，第二级压缩腔14内设置有第二级叶轮。第一级压缩腔13和第二级压缩腔14之间设置有过气通道20。第一级扩压器41设置在过气通道20内。第二级压缩腔14与两级压缩机末端的蜗壳30之间设置有连通通道，连通通道内设置有第二级扩压器。补气结构50设置在过气通道20上并位于第一级压缩腔13和第一级扩压器41之间。
应用本实施例的多级压缩机，过气通道20设置在第一级压缩腔13和第二级压缩腔14之间，第一级扩压器41设置在过气通道20内，将补气结构50设置在过气通道20上并位于第一级压缩腔13和第一级扩压器41之间。在上述补气位置对压缩机进行补气时，使经济器的工作压力等于最佳工作压力(压缩机的两级之间的中间压力)，虽然气流经过补气结构50的内部部件之后会产生压力损失，但是由于补气气流经过第一级扩压器41之后压力会升高，此时补气压力仍然可以等于压缩机的两级之间的中间压力(经济器的最佳工作压力)，从而在保证补气量的同时，提高制冷系统循环效率。同时，上述补气结构50的补气位置与第二级叶轮距离较远，可以有效避免对叶轮的损伤，不需要严格控制补气量，进而不会影响制冷系统循环效率。此外，第一级压缩腔13内的第一级叶轮的出口气流速度非常高、焓值远高于补气气流，通过在第一级压缩腔13和第一级扩压器41之间补气，可有效降低第一级压缩腔13出口 处焓值，使气流降温减速，进而降低压缩机气动噪声。同时，在第一级扩压器41的上游补气，可有效提高第一级扩压器41内的气体流量，从而降低压缩机发生喘振时的最小流量，拓宽压缩机稳定运行范围。
如图1所示，在实施例一的多级压缩机中，第一级扩压器41为有叶扩压器。补气结构50设置在第一级压缩腔13和第一级扩压器41之间并位于中间位置。需要说明的是，补气结构50不限于设置在中间位置，在图中未示出的实施方式中，补气结构50的设置位置也可以在第一级压缩腔13和第一级扩压器41之间根据需要进行调整。例如，可以将补气结构50设置在靠近第一级压缩腔13的出气口处，这样可以进一步降低第一级压缩腔13出口处焓值，使气流降温减速，进而更加有效地降低压缩机气动噪声。
如图1所示，在实施例一的多级压缩机中，多级压缩机还包括回流器60，回流器60设置在过气通道20内，并位于下游压缩腔12和与下游压缩腔12对应的扩压器40之间。回流器60的流道为其中一部分区域具有叶片结构的环形流道。过气通道20位于扩压器40与回流器60之间的部分形成弯道。上述结构使多级压缩机的整体结构更加紧凑。
如图1所示，在实施例一的多级压缩机中，补气结构50包括补气通道51，补气通道51与过气通道20连通，并且补气通道51与过气通道20之间的夹角小于45度。上述补气通道51与过气通道20中的主气流设置一定角度，使得补气气流进入主气流汇合时，与主气流形成小于45度的夹角，以减小冲击损失。
如图1所示，在实施例一的多级压缩机中，补气结构50还包括与补气通道51连通的环形通道，补气气流首先进入上述环形通道，该环形通道绕转轴轴心呈环形一圈分布，使补气气流减速升压并沿圆周方向较为均匀的分布，然后补气气流通过补气通道51进入过气通道20，与主气流汇合参与循环。补气通道51可以设置为环形一圈的开口，也可以设置为沿圆周方向一系列均匀分布的小孔，通过这样的开口或小孔来对主气流补气。需要说明的是，补气结构50设计比较灵活，可以根据压缩机的要求而定，只要能够达到沿圆周方向均匀补气的效果即可。
在实施例二的多级压缩机(图中未示出)与实施例一的区别在于，第一级扩压器为无叶扩压器，补气结构设置在过气通道上并位于第一级扩压器内。需要说明的是，补气结构位于第一级扩压器内的压力较低处。在本实施例中，补气结构位于扩压器的前三分之一段。实施例二的多级压缩机与实施例一的其他结构和工作原理基本相同，在此不再赘述。
如图2和图3所示，在实施例三的多级压缩机与实施例一的区别在于，多级压缩机为三级压缩机。每级压缩腔内设置有叶轮，相邻的两级压缩腔之间设置有过气通道20，其中，相邻的两级压缩腔分为上游压缩腔11和下游压缩腔12。扩压器40设置在过气通道20内。本实施例的三级压缩机包括两个过气通道20，补气结构50设置在靠近压缩机进气口的一个过气通道20上。补气结构50位于上游压缩腔11和与上游压缩腔11对应的扩压器40之间。当然，在图中未示出的实施方式中，可以在两个过气通道20上均设置补气结构50。但是在这种情况 下，由于相邻的两级之间的中间压力不同，在两个过气通道20上设置的补气结构50的气源压力也不同，因此需要两个经济器与两个补气结构50分别连接，系统结构更复杂一些。
本申请还提供了一种制冷系统，根据本申请的制冷系统的实施例包括经济器70和多级压缩机，多级压缩机上述的多级压缩机，补气结构50与经济器70连接。本实施例的制冷系统的系统循环效率高。
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：本申请的多级压缩机能够提高制冷系统循环效率，并且多级压缩机的补气结构能增加在极低负荷时扩压器内的气流流量，可以在一定程度上缓解喘振，进而将压缩机发生喘振时的负荷降至更低，从而拓宽离心压缩机的稳定运行范围，同时，通过在压缩腔出口处补入经济器低温气体，有效地降低排气噪声。
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。