[发明专利]一种具有气体轴承式离心压缩机的制冷系统

说明书

本发明公开了一种具有气体轴承式离心压缩机的制冷系统，涉及压缩机技术领域。所述气体轴承式离心压缩机的轴系是包含电机转子、轴的组件和叶轮等组成，轴系的径向承载和对中以及双向轴向承载和对中依靠气体轴承，所述气体轴承包括叶轮端气体径向轴承、非叶轮端气体径向轴承、止推轴承和反向止推轴承，当轴系转动起来后，不会发生任何机械干摩擦。本发明可以保证气膜具有足够的刚度实现轴承的径向承载和轴向承载，同时具有足够的阻尼来实现高速稳定吸收不稳定振荡和瞬态动载。

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，特别是涉及一种具有气体轴承式离心压缩机的制冷系统。

背景技术

气体轴承已有应用于制冷系统的离心压缩机的设计中，气体轴承可以带着陆轴承，例如波纹式着陆轴承，滚珠着陆轴承，耐磨衬套等，当轴系转动之前以及刚开始转动到低速时，压缩机和制冷系统尚未建立足够大的高低压差，带波纹片支撑的耐磨轴承衬套等着陆轴承和转动的轴之间存在机械干摩擦相对转动，当离心压缩机的轴系转动速度逐渐增大，离心压缩机建立了足够大的高低压差后，那么从压缩机高压排气侧排除的制冷剂气体的一部分会被引入到气体轴承的气流通道内，就会产生了足够大的气浮力，将轴系悬浮起来，此时气体轴承的气浮力就提供给离心压缩机的轴系足够的径向支撑力和轴向支撑力。

气体轴承可以不带着陆轴承，气体轴承没有设计耐磨轴承衬套允许低速轴系转动的干摩擦运行。任何时候轴承和轴之间都是有一层气膜产生气浮力，将轴系支撑托举提来，因此，制冷系统需要配备有一个气体泵，离心压缩机启动之前，从制冷系统的高压侧抽取气体并通过气体泵加压后引入到气体轴承的气流通道内，高压气体在轴和轴承之间形成的稳定的高压气膜以提供给离心压缩机的轴系足够的径向支撑力和轴向支撑力。

气体轴承和油膜轴承的原理都是一样的，都是高压动压油膜或高压动压气膜轴承设计。高压供油进入到轴承或高压供气进入到轴承，形成稳定的动压油膜或气膜，动压油膜的厚度，止推轴承的油膜面楔形角，径向轴承的油膜环楔形角，轴或轴承的偏心角和偏心率，油膜的刚度和阻尼具有自适应的稳定特性，保证轴系的稳定承载和运行。动压轴承应用于离心压缩机和制冷系统中，由于运行工况的变化导致排气压力和吸气压力波动，变工况偏离设计工况运行；同时由于空调负载的变化，压缩机需要卸载降低转速，变负载偏离设计工况运行；变工况和变负载的运行，产生的轴向径向载荷(针对径向轴承)和轴向载荷(针对止推轴承)处于随时变化中，此时气膜或油膜厚度、油膜或气膜面楔形角、油膜或气膜环楔形角、轴心相对于轴承中心的偏心角和偏心率都会变化，气膜和油膜的刚度和阻尼也会变化，以自动地适应载荷的变化，保持轴系的稳定运行。

为了实现高压动压油膜轴承设计或高压动压气膜轴承设计，确保稳定可靠的轴承的轴向承载力力和径向承载力，在轴承和轴之间形成稳定刚度和阻尼的油膜或者气膜；必须恒定的控制供油压差或者供气压差，必须恒定地控制供气温度和供油温度。所以对于动压油膜轴承设计的离心式压缩机，在供油压力和油槽压力之间设定供油压差控制，通过改变油泵的供油油量来保证稳定的供油压差，例如270-300kPa的供油压差，45℃-55℃的供油稳定，因此需要油冷，油加热等装置来保证。

对于气体轴承来说，现有的技术方案有以下几个问题：

(1)气体轴承的供气源是直接从制冷系统的排气压力高压侧、经济器中间压力侧、或者蒸发器低压压力侧抽取气体，然后通过气体泵加压后泵入气体轴承，气体比热容和惰性较小，供气气体的温度、压力、流量得不到恒定控制的；因为气体的温度、压力、流量的波动比液体的波动大得多，进气状态不稳定极易导致出气状态不稳定。

(2)一些设计上，气体泵仅在启动和启动后建立压差的某段时间内运行，一旦压缩机启动后，制冷系统的运行稳定，高低压差稳定后，气体泵并不投入运行，此时引入到气体轴承的气体量、气体温度和压力都是随着制冷系统的运行工况和负载变化的，那么气体动压轴承的运行并不稳定，导致可靠性和稳定性和自适应性的诸多问题。