Центробежный компрессор (варианты) и способ регулирования центробежного компрессора

 

Центробежный компрессор содержит рабочее колесо 12, установленное с возможностью вращения вокруг центральной оси, и диффузор 26, служащий для направления сжатой текучей среды в сборную камеру 29. За покрывающим диском 28 рабочего колеса расположена камера 42 повышенного давления, а вокруг рабочего колеса 12 расположен ряд выпрямляющих проходов 45, служащих для сообщения сборной камеры 29 с камерой 42 повышенного давления. Кроме того, компрессор содержит ряд проходов для потока, которые в регулируемых режимах служат для ввода текучей среды, находящейся в камере 42 повышенного давления, в поток, выходящий из зоны верхних лопаток рабочего колеса, так что вводимая текучая среда безударно и с минимальными потерями энергии поступает в выходящий поток. Для поддержания относительно постоянного общего расхода через диффузор 26 в режимах с различными нагрузками регулируемое управляющее устройство 62 регулирует поток, проходящий через выпрямляющие проходы 45. Изобретение используется в холодильных установках и позволяет обеспечить эффективную работу компрессора в широком диапазоне режимов. 3 с. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

Настоящее изобретение относится к центробежным компрессорам, используемым в холодильных установках, и в особенности к центробежным компрессорам, содержащим диффузор с рециркуляцией и обеспечивающим эффективную работу в широком диапазоне режимов.

Обычно центробежные компрессоры используются в холодильных установках большой мощности с водяными конденсаторами. К рабочим характеристикам таких компрессоров предъявляются большие требования. Институт по кондиционированию воздуха и холодильной технике (США) аттестует холодильные установки после проведения производителем испытаний, показавших возможность компрессора работать в диапазоне от полной расчетной производительности до 10% полной производительности без помпажа. Обычно режим работы компрессора сравнивается с прямой линией, нанесенной на характеристику компрессора (зависимость напора от расхода) и известной как характеристика, соответствующая требованиям Института по кондиционированию воздуха и холодильной технике (США). Линия проходит от расчетной точки, соответствующей полной производительности при 100% напора, вниз до точки, соответствующей 50% напора при 10% производительности. Для соответствия требованиям стандарта и предотвращения вхождения компрессора в помпаж при уменьшении его напора и расхода необходимо предпринять некоторые меры по регулированию его работы. Наиболее известным способом предотвращения помпажа является изменение скорости компрессора или его геометрических параметров. Изменение скорости компрессора вызывает ряд проблем и обычно не применяется. Следовательно, в соответствии с особыми конструктивными требованиями, предъявляемыми к установке в целом, компрессор работает с постоянной скоростью. Кроме того, размер рабочего колеса также постоянен, и для изменения геометрических параметров компрессора используются регулируемые входные направляющие лопатки, изменением положения которых можно регулировать поток через компрессор с поддержанием высокого перепада давлений при более низкой производительности, избегая таким образом помпажа. Но даже при наличии регулируемых входных направляющих лопаток постоянные геометрические параметры рабочего колеса вносят определенную нестабильность в работу компрессора.

В дополнение к нестабильности, обусловленной неизменной конструкцией рабочего колеса, при частичной нагрузке компрессора его диффузорный отсек также может способствовать нестабильной работе. Для решения этой проблемы с различным успехом применяются диффузоры с регулируемыми геометрическими параметрами, которые подробно описаны в патентах США NN 4527949, 4378194 и 4219305 и в которых расход через диффузор регулируется путем изменения проходной площади диффузора. Регулирование проходной площади некоторых диффузоров, таких как трубные диффузоры, описанные в патенте США N 5145317, не применимо на практике.

В климатических зонах, например в Азиатско-Тихоокеанском регионе, где температура окружающей среды остается относительно постоянной в течение года, требуется поддержание более высокого перепада давлений в компрессоре. В таких условиях, когда постоянная температура окружающей среды по влажному термометру составляет, например 85^oF (29,4^oC), напор в компрессоре может только понизиться примерно до 85% от расчетной величины при работе с 10% производительности. Следовательно, в таких условиях и при потребности в низкой производительности работа компрессора, имеющего прекрасную характеристику, соответствующую требованиям Института по кондиционированию воздуха и холодильной технике, может не быть эффективной, или вероятен помпаж.

В авторском свидетельстве СССР N 1657756 A1, кл. F 04 D 17/08, 1991, описан центробежный компрессор, содержащий рабочее колесо, установленное с возможностью вращения вокруг центральной оси и сжатия текучей среды, и диффузор, служащий для расширения сжатой текучей среды, поступающей в сборную камеру, ряд выпрямляющих лопаток, расположенных по окружности вокруг рабочего колеса с образованием первой группы проходов, выпрямляющих поток и сообщенных со сборной камерой, вторую группу проходов, расположенных вокруг верхней части рабочего колеса и служащих для ввода текучей среды в поток на выходе из рабочего колеса. В этом центробежном компрессоре все его составные части имеют постоянные геометрические параметры, и его регулирование при потребности в низкой производительности при постоянной скорости вращения путем изменения площади проходного сечения этих частей не применимо, следовательно, при таких условиях работа такого компрессора может не быть эффективной, или вероятен помпаж.

В патенте США N 5445496, кл. F 04 D 29/44, 1995, описан центробежный компрессор, применяемый в холодильных установках и содержащий рабочее колесо для сжатия охлаждающей среды, используемой в установке, трубный диффузор, имеющий входной участок, в который поступает сжатая текучая среда, выходящая из рабочего колеса, и служащий для ее расширения и подачи в сборную камеру. В этом же патенте описан способ регулирования центробежного компрессора, включающий расширение текучей среды, выходящей из рабочего колеса и проходящей через диффузор в сборную камеру.

Такой центробежный компрессор и способ его регулирования имеют недостаток, заключающийся в неэффективной работе или в вероятности возникновения помпажа при потребности в низкой производительности при постоянной скорости вращения, обусловленных тем, что составляющие части компрессора имеют постоянные геометрические параметры, и его регулирование при потребности в низкой производительности при постоянной скорости вращения путем изменения площади проходного сечения этих частей не применимо.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование центробежных компрессоров, заключающееся в обеспечении стабильной работы компрессора при потребности в низкой производительности при постоянной скорости вращения.

Решение этой задачи обеспечено путем создания центробежного компрессора, содержащего рабочее колесо, установленное с возможностью вращения вокруг центральной оси и сжатия текучей среды, и диффузор, служащий для расширения сжатой текучей среды, поступающей в сборную камеру, ряд выпрямляющих лопаток, расположенных по окружности вокруг рабочего колеса с образованием первой группы проходов, выпрямляющих поток и сообщенных со сборной камерой, вторую группу проходов, расположенных вокруг верхней части рабочего колеса и служащих для ввода текучей среды в поток на выходе из рабочего колеса, при этом компрессор содержит камеру повышенного давления, заключенную в покрывающем диске, окружающем рабочее колесо, а указанный ряд выпрямляющих лопаток установлен между сборной камерой и камерой повышенного давления, вторая группа проходов образована между лопатками, установленными в камере повышенного давления, причем первая и вторая группы проходов сообщены с камерой повышенного давления и в сочетании друг с другом служат для приведения скорости и направления потока текучей среды приблизительно к скорости и направлению текучей среды на выходе из рабочего колеса, а компрессор дополнительно содержит управляющее устройство, регулирующее поток текучей среды, перемещающейся через выпрямляющие проходы, и служащее для регулирования количества текучей среды, вводимой в поток на выходе из рабочего колеса, и следовательно, для поддержания относительно постоянного общего расхода через диффузор в режимах с различными нагрузками.

Наличие в компрессоре кольцевой камеры повышенного давления, заключенной в покрывающем диске компрессора, и тот факт, что ряд выпрямляющих лопаток установлен между сборной камерой и камерой повышенного давления, а вторая группа проходов образована между лопатками, установленными в камере повышенного давления, а также наличие управляющего устройства, регулирующего поток текучей среды, перемещающейся через выпрямляющие проходы, и служащего для регулирования количества текучей среды, вводимой в поток на выходе из рабочего колеса, позволяет поддерживать относительно постоянный общий расход через диффузор по мере понижения нагрузки, необходимой для компрессора, при этом при низкой производительности обеспечена стабильная работа с исключением вероятности помпажа.

Управляющее устройство дополнительно может содержать регулируемое кольцо, установленное на входе в выпрямляющие каналы, и средства его привода, служащие для перемещения кольца в бесконечно большое количество положений от полностью открытого до полностью закрытого положения, в котором поток, проходящий через выпрямляющие каналы, перекрыт.

Лопатки, установленные в камере повышенного давления, могут быть расположены по окружности вокруг зоны верхних концов лопаток рабочего колеса, причем входной угол каждой лопатки, измеренный от плоскости, перпендикулярной центральной оси рабочего колеса, может составлять около 30^o, и выходной угол - около 20^o.

Входной угол, образованный выпрямляющими лопатками и касательной к радиусу (R) входной зоны, может составлять от 15^o до 22^o, а выходной угол, образованный этими лопатками и касательной к радиусу (г) выходной зоны, может составлять от 30^o до 45^o, при этом радиус (R) входной зоны может быть равен выходному радиусу диффузора ±10%, а радиус (г) выходной зоны - входному радиусу диффузора ±10%.

Компрессор дополнительно может содержать ряд регулируемых направляющих лопаток, установленных в зоне входа в рабочее колесо, и средства их привода, служащие для открытия и закрытия направляющих лопаток при изменении режимов нагрузки компрессора. В этом варианте выполнения изобретения регулируемое кольцо действует совместно с направляющими лопатками для регулирования общей производительности компрессора, имеющего постоянную скорость, и предотвращения помпажа при работе установки в жарком климате с низкой производительностью, то есть с производительностью, составляющей приблизительно 10% от расчетной.

Управляющее устройство дополнительно может содержать микропроцессорный блок, служащий для открытия регулируемого кольца по мере закрытия регулируемых направляющих лопаток для поддержания относительно постоянного расхода текучей среды через компрессор в режимах с различными нагрузками.

Диффузор может состоять из ряда диффузорных трубок, установленных по окружности смежно с зоной верхних концов лопаток рабочего колеса, и каждая трубка диффузора может иметь входной участок постоянного диаметра, центральный участок, расширяющийся в направлении потока с первым углом расширения, и выходной участок, расширяющийся со вторым углом расширения, превышающим первый.

Решение поставленной задачи обеспечено также путем создания центробежного компрессора, применяемого в холодильных установках и содержащего рабочее колесо для сжатия охлаждающей среды, используемой в установке, трубный диффузор, имеющий входной участок, в который поступает сжатая текучая среда, выходящая из рабочего колеса, и служащий для ее расширения и подачи в сборную камеру, при этом компрессор дополнительно содержит устройство для рециркуляции, служащее для повторного ввода охлаждающей среды из сборной камеры во входной участок трубного диффузора, в котором повторно введенная охлаждающая среда смешивается со сжатой текучей средой, выходящей из рабочего колеса, и управляющее устройство, соединенное с устройством для рециркуляции и служащее для регулирования количества охлаждающей среды, проходящей через устройство для рециркуляции, с поддержанием постоянного общего расхода охлаждающей среды через диффузор в режимах с различными нагрузками, причем устройство для рециркуляции дополнительно содержит средства ускорения потока охлаждающей среды до скорости, приблизительно равной скорости сжатой текучей среды на выходе из рабочего колеса, а компрессор дополнительно содержит средства формирования потока рециркулируемой охлаждающей среды по мере ее поступления в поток охлаждающей среды, выходящей из рабочего колеса, для сведения к минимуму количества потерь охлаждающей среды.

Наличие в компрессоре устройства для рециркуляции и соединенного с ним управляющего устройства позволяет поддерживать постоянный общий расход через диффузор по мере понижения необходимой для установки нагрузки, при этом при низкой производительности обеспечена стабильная работа с исключением вероятности помпажа, а наличие средств ускорения потока охлаждающей среды в устройстве для рециркуляции и средств формирования потока рециркулируемой охлаждающей среды позволяет свести к минимуму количество потерь охлаждающей среды.

Устройство для рециркуляции может включать первую группу выпрямляющих лопаток, установленных с образованием выпрямляющих проходов, служащих для подачи охлаждающей среды из сборной камеры в камеру повышенного давления, расположенную смежно с рабочим колесом, и вторую группу лопаток, образующих каналы и установленных с возможностью ввода охлаждающей среды из камеры повышенного давления в поток сжатой текучей среды на выходе из рабочего колеса, при этом лопатки могут быть спрофилированы для ускорения рециркулируемой охлаждающей среды приблизительно до скорости охлаждающей среды на выходе из рабочего колеса, а лопатки второй группы могут быть спрофилированы также для поворота потока охлаждающей среды в том же направлении, что и поток на выходе из рабочего колеса.

Управляющее устройство дополнительно может содержать регулируемое кольцо, установленное на входе в устройство для рециркуляции, и средства привода, служащие для выборочной установки регулируемого кольца между полностью открытым и полностью закрытым положениями для изменения расхода текучей среды через устройство для рециркуляции. Компрессор дополнительно может содержать регулируемое входное направляющее приспособление, расположенное на входе в рабочее колесо, средства установки лопаток в выбранное положение между полностью открытым и полностью закрытым положениями, а также средства программирования для согласования положений входных направляющих лопаток и регулируемого кольца, так что кольцо перемещается в направлении полностью закрытого положения при перемещении входных направляющих лопаток в направлении полностью открытого положения.

Решение поставленной задачи обеспечено также путем создания способа регулирования центробежного компрессора, включающего расширение текучей среды, выходящей из рабочего колеса и проходящей через диффузор в сборную камеру, при этом способ включает также рециркуляцию части охлаждающей среды, находящейся в сборной камере, обратно на вход в диффузор, и регулирование количества рециркулируемой текучей среды, входящей в диффузор, при изменении нагрузки компрессора для поддержания постоянного общего расхода текучей среды через диффузор при изменении нагрузки компрессора, причем рециркулируемую текучую среду ускоряют до скорости, приблизительно равной скорости текучей среды на выходе из рабочего колеса, а поток рециркулируемой текучей среды направляют так, что он смешивается с потоком, выходящим из рабочего колеса, с минимальным количеством потерь.

Рециркуляция части охлаждающей среды и регулирование количества рециркулируемой текучей среды, входящей в диффузор, при изменении нагрузки компрессора позволяют поддерживать постоянный общий расход текучей среды через диффузор по мере понижения этой нагрузки, и при низкой производительности обеспечена стабильная работа с исключением вероятности помпажа, при этом ускорение рециркулируемой текучей среды и направление ее потока для смешения с потоком, выходящим из рабочего колеса, позволяют свести к минимуму количество потерь охлаждающей среды.

В предложенном способе могут уменьшать количество вихревого движения в рециркулируемой текучей среде, а также могут регулировать расход текучей среды на входе в рабочее колесо компрессора.

Могут также уменьшать расход рециркулируемого потока при увеличении расхода на входе в рабочее колесо и соответственно увеличивать расход рециркулируемого потока при уменьшении расхода на входе в рабочее колесо для поддержания постоянного расхода текучей среды через диффузор при изменении нагрузки компрессора.

Для лучшего понимания как перечисленных, так и других целей предлагаемого изобретения ниже следует его подробное описание со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1 изображает продольный разрез предлагаемого компрессора, на котором регулируемое перекрывающее кольцо, установленное на входе в выпрямляющие каналы, находится в полностью открытом положении; фиг. 2 изображает продольный разрез, аналогичный разрезу на фиг. 1, но на нем регулируемое перекрывающее кольцо находится в полностью закрытом положении; фиг. 3 изображает часть увеличенного продольного разреза, на которой более детально показана система рециркуляции в предлагаемом диффузоре; фиг. 4 изображает увеличенный вид спереди предлагаемого трубного диффузора, на котором показаны его геометрические параметры; фиг. 5 изображает увеличенный вид спереди предлагаемого выпрямляющего лопаточного аппарата; фиг. 6 изображает частичный вид сбоку покрывающего диска рабочего колеса, на котором показаны геометрические параметры лопаток, используемых в настоящем изобретении; и фиг. 7 изображает график помпажной характеристики предлагаемого компрессора, на котором представлена зависимость напора компрессора от расхода.

На фиг. 1-3 показан предлагаемый центробежный компрессор, в целом обозначенный позицией 10. Компрессор содержит трубный диффузор, обеспечивающий рециркуляцию текучей среды, повышающую скорость этой среды при прохождении из нагнетательной сборной камеры компрессора через ряд сопел в поток, выходящий из верхней части рабочего колеса компрессора. Получаемый при этом объемный расход на входе в диффузор уменьшает или сводит к нулю количество протечек, которые в любом случае возникают при отсутствии рециркуляции. Поскольку текучая среда подается ко входу в рабочее колесо, к ней не прикладывается работа, а понижение коэффициента полезного действия и увеличение температуры текучей среды, обнаруженные при применении другого способа с использованием обводной линии для горячего газа, устранены. Компрессор работает с постоянной скоростью и имеет одно рабочее колесо 12, приводимое в движение непосредственно электрическим двигателем 13, хотя, без отступления от объема изобретения, может использоваться любой подходящий привод. У входа 16 в рабочее колесо установлен ряд регулируемых входных направляющих лопаток 15-15. Каждая лопатка установлена на соответствующем управляющем валу 17, выходящем из корпуса 19 компрессора через отверстие 20 и прикрепленном через зубчатую передачу 21 к контроллеру 22, который в свою очередь установлен с возможностью регулирования положения входных направляющих лопаток при поступлении из центрального процессора (ЦП) 23 входного сигнала.

При работе установки в умеренном климате в большинстве рабочих режимов направляющие лопатки осуществляют достаточное регулирование компрессора, так что последний не входит в помпаж при работе с низкой производительностью. Однако этого не происходит при работе установки в климате с относительно постоянной температурой окружающей среды по влажному термометру. Как отмечается выше, предлагаемый компрессор снабжен диффузором с рециркуляцией, обеспечивающим поддержание относительно постоянного расхода через него независимо от изменений необходимой нагрузки.

Поток текучей среды на выходе из рабочего колеса направляется в отсек трубного диффузора, в целом обозначенный позицией 26. Более подробно трубный диффузор такого типа описан в патенте США 5445496, принадлежащем заявителю этого изобретения, поданном на имя Джуста Браза и включенном в настоящее описание посредством ссылки. Как показано на фиг. 4, трубный диффузор выполнен из единой кольцевой отливки 27, установленной на покрывающем диске 28 компрессора. Как показано на фиг. 3, отливка перекрывает зону выхода из колеса и проходит радиально к границе сборной камеры 29. В отливке выполнены расположенные по окружности диффузорные каналы 30-30, линии 31-31 центров которых являются касательными к одной окружности 32, которая в данном случае описывает внутреннюю границу отливки. Каждый канал имеет три расположенных на одной оси участка 34-36, соединенных между собой. Первый участок 34 имеет цилиндрическую форму и расположен под углом так, что пересекает аналогичный участок с другой его стороны. Промежуточный участок 35 последовательно соединен с цилиндрическим участком и слегка расширен в направлении потока с углом расширения около 4^o. Последний участок 36 соединен с участком 35 и тоже расширен в направлении потока с большим углом расширения, составляющим приблизительно 8^o.

Площадь на выходе из каждого канала предпочтительно больше площади на входе в канал приблизительно в 5 раз для обеспечения как можно более полного расширения сжатой текучей среды, выходящей из рабочего колеса, на входе в сборную камеру.

Как наглядно показано на фиг. 3 и 5, кольцевой элемент 40 установлен в непосредственной близости с отливкой 27 и прикреплен посредством резьбовых крепежных деталей 41 к диску 28, который под кольцевым элементом спрофилирован с образованием камеры 42 повышенного давления. Элемент 40 включает основание 39 и ряд дугообразных выпрямляющих лопаток 43-43, установленных на верхней поверхности 44 основания и образующих выпрямляющие проходы 45, расположенные между лопатками и служащие для направления расширенной текучей среды высокого давления из сборной камеры в камеру 42. Как показано на фиг. 5, лопатки и касательная линия к окружности с радиусом R, являющимся внешним радиусом элемента 40, образуют входной угол α, предпочтительно составляющий от 15^o до 22^o. Лопатки и касательная линия к окружности с радиусом г, в этом случае являющимся внутренним радиусом диска, образуют выходной угол β, предпочтительно составляющий от 30^o до 45^o. Радиус R соответствует выходному радиусу диффузора ±10%, а радиус r - входному радиусу диффузора ±10%. Выпрямляющие проходы служат для устранения большей части закручивающего действия в потоке по мере его перемещения между сборной камерой и камерой повышенного давления.

На фиг. 6 показана верхняя половина вида сбоку диска 28. Ряд лопаток 50, образующих каналы, установлен на приподнятой кольцевой части 51 покрывающего диска, разделяющей камеру 42 и каналы 52 рабочего колеса (фиг. 3). Лопатки, образующие каналы, расположены по окружности по верху кольцевой части и образуют проходы 55, служащие для направления текучей среды из камеры повышенного давления в верхнюю зону рабочего колеса. Проходы спрофилированы для ускорения перемещающейся в них текучей среды до скорости сжатой текучей среды на выходе из рабочего колеса, а также для поворота перемещающегося в них потока под углом, соответствующим направлению потока на выходе из верхней части рабочего колеса, в результате чего обеспечивается безударный, с малыми потерями ввод текучей среды в главный поток текучей среды, выходящий из рабочего колеса.

На фиг. 6 показаны две соседних лопатки 50-50, установленные по верху части 51; остальные лопатки не показаны, чтобы не загромождать чертеж. Входной угол лопаток составляет около 30^o, а выходной - около 20^o, причем углы измеряются от плоскости, перпендикулярной оси 59 рабочего колеса. Как наглядно показано на фиг. 3, верх части 51 покрывающего диска, размещенной вблизи рабочего колеса, расположен под углом приблизительно 45^o, так что нижняя часть проходов соединяется с лопатками, способствуя безударному смешиванию потока текучей среды из камеры повышенного давления с потоком, выходящим из рабочего колеса.

Перекрывающее кольцо 62 (фиг. 3) установлено вблизи входа в выпрямляющие проходы и выполнено с возможностью перемещения между полностью открытым положением, показанным на фиг. 1, в котором проходы в сборную камеру полностью открыты, и полностью закрытым положением, показанным на фиг. 2, в котором поток между сборной камерой и камерой повышенного давления эффективно перекрыт. Это кольцо установлено с возможностью скольжения между опорой 63, установленной в корпусе компрессора, и верхней поверхностью выпрямляющего элемента. Соответствующие уплотнения 64, расположенные напротив кольца, предотвращают утечки текучей среды высокого давления из внутренней части компрессора. Кольцо присоединено к приводному блоку 65 с реечной передачей, установленному с возможностью выбора положения кольца из бесконечно большого количества положений от полностью открытого до полностью закрытого. Зубчатое колесо 67 приводится в движение посредством блока 68 управления, который в свою очередь программируется процессором 23. Система привода кольца запрограммирована для его совместной работы с входными направляющими лопатками, так что по мере перемещения входных направляющих лопаток в направлении открытого положения перекрывающее кольцо перемещается в направлении закрытого положения. Для поддержания относительно постоянного напора компрессора при уменьшении его производительности от полной расчетной нагрузки перемещение двух узлов регулирования программируется центральным процессором (ЦП). Диффузор с рециркуляцией, описанный в настоящем описании в сочетании с регулируемыми входными направляющими лопатками, регулирующими геометрические параметры центробежного компрессора, может также использоваться независимо от них с достижением аналогичных результатов.

Характеристики центробежного компрессора, снабженного предлагаемыми средствами регулирования, показаны на фиг. 7, где представлена зависимость напора компрессора от расхода. Линия 70 является линией границы помпажа компрессора, линия 71 - рабочей характеристикой компрессора, в котором температура охлаждающей воды на входе в конденсатор изменяется от 65^oF до 85^oF (от 18,3^oC до 29,4^oC). Эта линия приблизительно совпадает с характеристикой, соответствующей требованиям Института по кондиционированию воздуха и холодильной технике (США). Вторая линия 72, представленная на графике, является рабочей характеристикой компрессора при относительно постоянной температуре охлаждающей воды на входе в конденсатор, составляющей приблизительно 85^oF (29,4^oC). Эта линия приблизительно совпадает с линией АРО. Пунктирная линия 73 на графике также является линией помпажа центробежного компрессора, работающего с постоянной скоростью, геометрические параметры которого регулируются входными направляющими лопатками. Очевидно, что в климате, в котором высокая температура воды на входе в конденсатор остается относительно постоянной, компрессор, имеющий только регулируемые входные направляющие лопатки, входит в помпаж при производительности, составляющей приблизительно 50%. С другой стороны, такой же компрессор, но имеющий предлагаемый диффузор с рециркуляцией, хорошо работает в диапазоне, расположенном над линией помпажа, даже с низкой производительностью, составляющей приблизительно 10%. Теперь очевидно, что предлагаемый компрессор идеально подходит для использования в больших холодильных установках, работающих в климатических зонах, в которых температура охлаждающей воды на входе в конденсатор остается относительно постоянной и составляет приблизительно 85^oF (29,4^oC).

Хотя настоящее изобретение описано со ссылками на центробежный компрессор, имеющий трубный диффузор, оно может также использоваться в аналогичных установках с лопаточными диффузорами любого типа, такими как смешанный диффузор или диффузор с лопатками, загнутыми назад по отношению к направлению потока.

Формула изобретения

1. Центробежный компрессор, содержащий рабочее колесо, установленное с возможностью вращения вокруг центральной оси и сжатия текучей среды, и диффузор, служащий для расширения сжатой текучей среды, поступающей в сборную камеру, ряд выпрямляющих лопаток, расположенных по окружности вокруг рабочего колеса с образованием первой группы проходов, выпрямляющих поток и сообщенных со сборной камерой, вторую группу проходов, расположенных вокруг верхней части рабочего колеса и служащих для ввода текучей среды в поток на выходе из рабочего колеса, отличающийся тем, что он содержит камеру повышенного давления, заключенную в покрывающем диске, окружающем рабочее колесо, а указанный ряд выпрямляющих лопаток установлен между сборной камерой и камерой повышенного давления, вторая группа проходов образована между лопатками, установленными в камере повышенного давления, причем первая и вторая группы проходов сообщены с камерой повышенного давления и в сочетании друг с другом служат для приведения скорости и направления потока текучей среды приблизительно к скорости и направлению текучей среды на выходе из рабочего колеса, а компрессор дополнительно содержит управляющее устройство, регулирующее поток текучей среды, перемещающейся через выпрямляющие проходы, и служащее для регулирования количества текучей среды, вводимой в поток на выходе из рабочего колеса, и, следовательно, для поддержания относительно постоянного общего расхода через диффузор в режимах с различными нагрузками.

2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что управляющее устройство дополнительно содержит регулируемое кольцо, установленное на входе в выпрямляющие каналы, и средства его привода, служащие для перемещения кольца в бесконечно большое количество положений от полностью открытого до полностью закрытого положения, в котором поток, проходящий через выпрямляющие каналы, перекрыт.

3. Компрессор по п. 1, отличающийся тем, что лопатки, установленные в камере повышенного давления, расположены по окружности вокруг зоны верхних концов лопаток рабочего колеса, причем входной угол каждой лопатки, измеренный от плоскости, перпендикулярной центральной оси рабочего колеса, составляет около 30^o и выходной угол около 20^o.

4. Компрессор по п.3, отличающийся тем, что входной угол, образованный выпрямляющими лопатками и касательной к радиусу (R) входной зоны, составляет 15 - 22^o, а выходной угол, образованный этими лопатками и касательной к радиусу (r) выходной зоны, составляет 30 - 45^o.

5. Компрессор по п.4, отличающийся тем, что радиус (R) входной зоны равен выходному радиусу диффузора ± 10%.

6. Компрессор по п. 5, отличающийся тем, что радиус (r) выходной зоны равен входному радиусу диффузора ± 10%.

7. Компрессор по п.2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ряд регулируемых направляющих лопаток, установленных в зоне входа в рабочее колесо, и средства их привода, служащие для открытия и закрытия направляющих лопаток при изменении режимов нагрузки компрессора.

8. Компрессор по п.7, отличающийся тем, что управляющее устройство дополнительно содержит микропроцессорный блок, служащий для открытия регулируемого кольца по мере закрытия регулируемых направляющих лопаток для поддержания относительно постоянного расхода текучей среды через компрессор в режимах с различными нагрузками.

9. Компрессор по п. 8, отличающийся тем, что диффузор состоит из ряда диффузорных трубок, установленных по окружности смежно с зоной верхних концов лопаток рабочего колеса.

10. Компрессор по п. 9, отличающийся тем, что каждая трубка диффузора имеет входной участок постоянного диаметра, центральный участок, расширяющийся в направлении потока с первым углом расширения, и выходной участок, расширяющийся с вторым углом расширения, превышающим первый.

11. Центробежный компрессор, применяемый в холодильных установках, содержащий рабочее колесо для сжатия охлаждающей среды, используемой в установке, трубный диффузор, имеющий входной участок, в который поступает сжатая текучая среда, выходящая из рабочего колеса, и служащий для ее расширения и подачи в сборную камеру, отличающийся тем, что дополнительно содержит устройство для рециркуляции, служащее для повторного ввода охлаждающей среды из сборной камеры во входной участок трубного диффузора, в котором повторно введенная охлаждающая среда смешивается со сжатой текучей средой, выходящей из рабочего колеса, и управляющее устройство, соединенное с устройством для рециркуляции и служащее для регулирования количества охлаждающей среды, проходящей через устройство для рециркуляции, с поддержанием постоянного общего расхода охлаждающей среды через диффузор в режимах с различными нагрузками, при этом устройство для рециркуляции дополнительно содержит средства ускорения потока охлаждающей среды до скорости, приблизительно равной скорости сжатой текучей среды на выходе из рабочего колеса, а компрессор дополнительно содержит средства формирования потока рециркулируемой охлаждающей среды по мере ее поступления в поток охлаждающей среды, выходящей из рабочего колеса, для сведения к минимуму количества потерь охлаждающей среды.

12. Компрессор по п.11, отличающийся тем, что устройство для рециркуляции включает первую группу выпрямляющих лопаток, установленных с образованием выпрямляющих проходов, служащих для подачи охлаждающей среды из сборной камеры в камеру повышенного давления, расположенную смежно с рабочим колесом, и вторую группу лопаток, образующих каналы и установленных с возможностью ввода охлаждающей среды из камеры повышенного давления в поток сжатой текучей среды на выходе из рабочего колеса.

13. Компрессор по п.12, отличающийся тем, что лопатки спрофилированы для ускорения рециркулируемой охлаждающей среды приблизительно до скорости охлаждающей среды на выходе из рабочего колеса.

14. Компрессор по п. 13, отличающийся тем, что лопатки второй группы спрофилированы также для поворота потока охлаждающей среды в том же направлении, что и поток на выходе из рабочего колеса.

15. Компрессор по п. 11, отличающийся тем, что управляющее устройство дополнительно содержит регулируемое кольцо, установленное на входе в устройство для рециркуляции, и средства привода, служащие для выборочной установки регулируемого кольца между полностью открытым и полностью закрытым положениями для изменения расхода текучей среды через устройство для рециркуляции.

16. Компрессор по п.15, отличающийся тем, что он дополнительно содержит регулируемое входное направляющее приспособление, расположенное на входе в рабочее колесо, и средства установки лопаток в выбранное положение между полностью открытым и полностью закрытым положениями.

17. Компрессор по п.16, отличающийся тем, что он дополнительно содержит средства программирования для согласования положений входных направляющих лопаток и регулируемого кольца так, что кольцо перемещается в направлении полностью закрытого положения при перемещении входных направляющих лопаток в направлении полностью открытого положения.

18. Способ регулирования центробежного компрессора, включающий расширение текучей среды выходящей из рабочего колеса и проходящей через диффузор в сборную камеру, отличающийся тем, что включает в себя рециркуляцию части охлаждающей среды, находящейся в сборной камере, обратно на вход в диффузор, и регулирование количества рециркулируемой текучей среды, входящей в диффузор, при изменении нагрузки компрессора для поддержания постоянного общего расхода текучей среды через диффузор при изменении нагрузки компрессора, при этом рециркулируемую текучую среду ускоряют до скорости, приблизительно равной скорости текучей среды на выходе из рабочего колеса, а поток рециркулируемой текучей среды направляют так, что он смешивается с потоком, выходящим из рабочего колеса, с минимальным количеством потерь.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что количество вихревого движения в рециркулируемой текучей среде уменьшают.

20. Способ по п.18, отличающийся тем, что расход текучей среды на входе в рабочее колесо компрессора регулируют.

21. Способ по п.18, отличающийся тем, что расход рециркулируемого потока уменьшают при увеличении расхода на входе в рабочее колесо и соответственно увеличивают расход рециркулируемого потока при уменьшении расхода на входе в рабочее колесо для поддержания постоянного расхода текучей среды через диффузор при изменении нагрузки компрессора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7