压缩机和冷媒循环系统的制作方法

1.本发明涉及压缩机技术领域，特别涉及一种压缩机和冷媒循环系统。


背景技术：

2.一些压缩机利用液态冷媒来对定子和转子等进行冷却，基于此，在转子上设有气体轴承的情况下，若冷媒量过少，会导致定子和转子等冷却不充分，若冷媒量过多，又会导致壳体底部积存过多的液态冷媒，而随着液态冷媒的增加，气体轴承会被液态冷媒浸没，无法形成有效的气膜，导致气体轴承难以充分发挥效果，引发气体轴承与转子之间的摩擦。而无论是冷却不充分，还是气体轴承因被浸没而难以充分发挥效果，均会影响压缩机的工作可靠性。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的一个技术问题是：提高压缩机的工作可靠性。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种压缩机，包括：
5.壳体；
6.定子，固定设置于壳体中；
7.转子，可转动地穿设于定子中；
8.气体轴承装置，包括设置在转子上的径向气体轴承和轴向气体轴承中的至少一个；和
9.液位调控装置，设置在壳体上，并包括液位检测装置和排液装置，液位检测装置检测壳体内液态冷媒的液位，排液装置与液位检测装置耦合并根据液位检测装置的液位检测结果控制是否排出壳体内的液态冷媒。
10.在一些实施例中，在液位检测装置检测到壳体内液态冷媒的液位大于或等于预设值时，排液装置控制排出壳体内的液态冷媒。
11.在一些实施例中，排液装置包括排液结构和控制阀，排液结构连通壳体的内部与外部，控制阀设置在排液结构上并用于控制排液结构的通断，液位检测装置与控制阀电连接。
12.在一些实施例中，液位检测装置设置在排液结构上并可在排液结构的带动下改变相对于壳体的高度。
13.在一些实施例中，排液结构包括设置在壳体上的支承结构，支承结构内部设有连通壳体内部与外部的排液流道，且支承结构相对于壳体的高度可调，液位检测装置设置在支承结构上。
14.在一些实施例中，支承结构可升降地设置在壳体上，和/或，支承结构可伸缩地设置在壳体上。
15.在一些实施例中，支承结构包括螺纹连接件，螺纹连接件与壳体螺纹连接，液位检测装置设置在螺纹连接件上。
16.在一些实施例中，排液结构还包括密封件，密封件设置在支承结构与壳体之间，且密封件与液位检测装置之间被配置为：密封件的厚度和/或数量被改变时，液位检测装置相对于壳体的高度发生变化。
17.在一些实施例中，气体轴承装置包括径向气体轴承，压缩机还包括套设在气体轴承上的轴承座，壳体的内部被分隔为包括沿着转子的轴向位于轴承座两侧的第一腔和第二腔，第一腔相对于第二腔靠近定子，液位检测装置检测第二腔中液态冷媒的液位。
18.在一些实施例中，轴承座的下部设有液体通道，液体通道连通第一腔与第二腔；和/或，轴承座的上部设有气体通道，气体通道连通第一腔与第二腔。
19.本发明另一方面还提供了一种冷媒循环系统，其特征在于，包括本发明的压缩机。
20.在一些实施例中，冷媒循环系统为空调系统。
21.通过在压缩机中增设液位调控装置，本发明可以实时了解壳体内的液态冷媒积存情况，并在需要时将壳体内的液态冷媒及时排出，防止壳体内的液态冷媒浸没气体轴承，从而能够有效提高压缩机的运行可靠性。
22.通过以下参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1示出本发明一实施例压缩机的结构示意图。
25.图2示出图1在液位调控装置处的局部结构示意图。
26.图中：
27.1、壳体；11、冷媒进入流道；12、螺旋流道；121、螺旋流道出口；
28.2、定子；21、连通流道；
29.3、转子；
30.41、径向气体轴承；
31.42、轴承座；421、液体通道；422、气体通道；
32.43、轴向气体轴承；
33.5、扩压器；
34.6、液位调控装置；61、液位检测装置；62、排液结构；621、支承结构；622、密封件；623、排液管；63、控制阀；6a、排液流道；
35.7、堵头；
36.a、第一腔；b、第二腔。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下
对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，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发明保护范围的限制。
41.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
42.图1-2示出了本发明压缩机的一个实施例。
43.压缩机是空调等冷媒循环系统的重要组成部分，其与冷凝器、蒸发器和节流元件等连接，组成冷媒循环回路。工作时，压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流元件节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，再送入压缩机的入口，完成制冷循环。
44.如图1所示，压缩机包括壳体1、定子2和转子3等。
45.壳体1内部设有空腔，为定子2和转子3等其他结构部件提供安装空间。壳体1例如可以呈圆柱形。
46.定子2和转子3均安装于壳体1内。其中，定子2固定设置于壳体1中。例如，定子2可以热套于壳体1的内表面。而转子3则可转动地设置于壳体1中，并穿过定子2，即，转子3可转动地穿设于定子2中。定子2上可以设有安装孔，转子3可转动地安装于安装孔中。
47.压缩机例如可以为离心式压缩机，离心式压缩机属于高速度型压缩机，其转子3在工作过程中高速旋转，并通过与定子2配合，实现电能与机械能的转化。
48.为了对转子3进行可靠支撑，可以在转子3上设置气体轴承。
49.气体轴承是利用气体进行工作的轴承，无需使用润滑油润滑，具有摩阻较低、适用速度范围及温度范围较广等优点。
50.根据轴承工作原理的不同，气体轴承可以分为静压气体轴承和动压气体轴承等。其中，静压气体轴承依靠外部气源供气，所供气体进入轴承与转子的间隙，形成压力，支撑转子3。而动压气体轴承则无需外部供气，利用转子高速旋转所引起的气体动压效应，产生支撑力，对转子进行支撑。具体地，动压气体轴承与转子3之间的间隙较小，且为楔形收敛区域，这样，在转子3旋转的过程中，气体被带入动压气体轴承与转子3之间的间隙，并被不断压缩，形成气膜，使转子3悬浮于空中。
51.另外，根据轴承承受载荷的方向不同，气体轴承又可以分为径向气体轴承和轴向
气体轴承等。其中，径向气体轴承主要承受径向载荷。轴向气体轴承主要承受轴向载荷，也叫气体推力轴承。
52.根据需要，可以在转子3上设置上述一种或几种气体轴承。例如，参照图1，转子3上可以设置气体轴承装置，该气体轴承装置包括径向气体轴承41和轴向气体轴承43中的至少一个。具体地，由图1可知，在一些实施例中，气体轴承装置同时包括径向气体轴承41和轴向气体轴承43。更具体地，如图1所示，两个径向气体轴承41套设在转子3的两端并位于定子2的沿转子3轴向的两侧，且每个径向气体轴承41外部均套设有轴承座42。径向气体轴承41被轴承座42支撑于壳体1上。轴向气体轴承43套设于转子3上，并位于径向气体轴承41的远离定子2的一侧。转子3的端部设有轴肩，且轴向气体轴承43的远离定子2的一侧还设有扩压器5。轴肩和扩压器5等对轴向气体轴承43起到轴向限位作用，使得轴向气体轴承43能够稳定保持于转子3的相应位置。
53.其中，径向气体轴承41和轴向气体轴承43例如可以均为动压气体轴承，相对于为静压气体轴承的情况，可以省略外部气源。
54.如图1所示，在气体轴承装置及轴承座42等的分隔作用下，壳体1的内部被分隔为包括沿着转子3的轴向位于轴承座42两侧的第一腔a和第二腔b，其中，第一腔a相对于第二腔b靠近定子2。第一腔a中容纳有定子2，也可以称为电机腔。第二腔b中容纳有轴向气体轴承43等，也可以称为轴承腔。
55.压缩机运转过程中，定子2、转子3及气体轴承装置等存在发热现象，需要进行冷却，以防止这些结构部件过热，影响使用寿命及性能稳定性。
56.在一些实施例中，如图1所示，可以引入液态冷媒对定子2和转子3进行冷却。具体地，壳体1的下部设有冷媒进入流道11，且壳体1内表面的与定子2对应的部分设有螺旋流道12，冷媒进入流道11和螺旋流道12连通。基于此，液态冷媒可以经由冷媒进入流道11进入螺旋流道12，在流经螺旋流道12的过程中，液态冷媒吸收定子2的热量，对定子2进行冷却，该过程中，吸热的液态冷媒变成气态，从螺旋流道12的螺旋流道出口121流出至第一腔a中。其中，螺旋流道出口121位于螺旋流道12的上部，并位于螺旋流道12的一端(图1中为左端)，这样，从螺旋流道出口121流出的气态冷媒先流入第一腔a的对应端(左端)，一部分可以进一步流向同侧的气体轴承装置，对气体轴承装置进行供气和冷却，另一部分可以经由定子2和转子3之间的缝隙流至第一腔a的另一端(右端)，该过程中对转子3的表面进行冷却。
57.为了实现对电机较充分的冷却，可以通入较多的液态冷媒，以保证对定子2和转子3等的冷却效果。这种情况下，液态冷媒在流经定子2的表面后并未完全气化，从螺旋流道出口121流出的冷媒并非纯气态的，而是气液两相，其中大部分液态冷媒会落至第一腔a底部，并在第一腔a底部聚集。
58.并且，如图1所示，在一些实施例中，定子2上还设有连通流道21，该连通流道21连通位于定子2的沿转子3轴向的两侧的腔室(即第一腔a的左右两端)，使得第一腔a的左右两端流体连通，这样，沉积在第一腔a底部的液态冷媒可以经由该连通流道21由第一腔a左端流至第一腔a右端，这不仅可以对定子2进行再次冷却，还使得第一腔a的两端可以保持平衡，方便对第一腔a整体进行控制，例如，只需对第一腔a两端中的一个进行液位调控，即可实现对整个第一腔a的液位调控。
59.同时，参照图1，在一些实施例中，轴承座42的下部设有液体通道421，该液体通道
421连通第一腔a和第二腔b。基于此，第一腔a和第二腔b液体连通，方便沉积在第一腔a底部的液态冷媒流入第二腔b中，使得第一腔a和第二腔b可以保持液态平衡，这也方便通过调控第二腔b中的冷媒液位来实现对整个壳体1内部冷媒液位的调控。
60.另外，由图1可知，在一些实施例中，轴承座42的上部设有气体通道421，该气体通道422连通第一腔a和第二腔b。由于所设置的气体通道422使得第一腔a和第二腔b气体连通，因此，可以使第一腔a和第二腔b保持压力平衡，这也便于对第一腔a和第二腔b中的冷媒液位进行控制。
61.沉积在壳体1底部的液态冷媒，有利于保持第一腔a和第二腔b温度的稳定。具体地，在转子高速旋转过程中，转子与气体轴承装置之间存在气流摩擦生热现象，产生的热量在第一腔a和第二腔b内聚集，会使第一腔a和第二腔b温度升高，而沉积在壳体1底部的液态冷媒可以通过蒸发来降低第一腔a和第二腔b的温度，使第一腔a和第二腔b温度稳定于许可的范围内。
62.并且，液态冷媒的蒸发过程，还有利于减少轴承的磨损。具体地，蒸发的冷媒中存在雾状的液态，能使第一腔a和第二腔b中较为湿润，雾状液态冷媒弥漫在轴承与转子3之间的间隙中，可以在电机启停阶段起到一定的液态润滑作用，避免纯气态状态下转子3与轴承之间的干摩擦，降低轴承的摩擦损耗，减小轴承的磨损，延长轴承的使用寿命。
63.可见，经由冷媒进入流道11提供偏多的液态冷媒对压缩机进行冷却，可以实现对压缩机更充分的冷却，并可以对轴承进行雾状润滑，减少轴承磨损。
64.然而，过多的用于冷却的液态冷媒却会影响气体轴承的使用。因为，液态冷媒的供应量偏多时，沉积在壳体1底部的液体冷媒也会随之增多，达到一定量后，沉积在壳体1底部的液态冷媒容易浸没气体轴承，进入气体轴承与转子之间间隙的积液会影响气膜的形成，导致气体轴承与转子3之间发生碰撞及摩擦。所以，在利用气体轴承支撑转子3的相关技术中，往往难以兼顾冷却问题及轴承浸液问题，导致压缩机的工作可靠性会因为冷却效果较差或气体轴承浸液磨损等问题而变差。
65.而与相关技术不同，如图1所示，本发明在压缩机中增设了液位调控装置6，该液位调控装置6能够对壳体1内液态冷媒的液位进行实时检测及自动调节，以防止液态冷媒浸没气体轴承装置，影响气体轴承的气膜形成，并减少气体轴承对液态冷媒供应量的制约，实现更充分的冷却效果。
66.参照图1和图2，在一些实施例中，液位调控装置6设置在壳体1上，并包括液位检测装置61和排液装置，液位检测装置61检测壳体1内液态冷媒的液位，排液装置与液位检测装置61耦合并根据液位检测装置61的液位检测结果控制是否排出壳体1内的液态冷媒。
67.基于上述设置，在液位检测装置61和排液装置的配合下，液位调控装置61可以对壳体1内液态冷媒的沉积量进行实时检测和自动调节，使得用于冷却的液态冷媒的供应量无需再受气体轴承的制约，可以通入较多的液态冷媒，实现更充分的冷却效果，同时，使得即使在用于冷却的冷媒量过多的情况下，也可以有效防止沉积在壳体1中的液态冷媒浸没气体轴承，有利于气体轴承更可靠地支撑转子3，减少气体轴承因气膜难以形成而发生的磨损。
68.并且，由于无需人工监察液位及控制排液，因此，液位调控更加方便及时。
69.其中，如图2所示，排液装置可以包括排液结构62和控制阀63，排液结构62连通壳
体1的内部与外部，控制阀63设置在排液结构62上并用于控制排液结构62的通断。并且，控制阀63可以与液位检测装置61电连接，例如可以为电磁阀。这样，控制阀63可以根据液位检测装置61的液位检测结果，控制排液结构62连通或断开，进而控制是否将壳体1内沉积的液态冷媒排出。
70.参照图2，在一些实施例中，排液结构62具体可以包括支承结构621和排液管623等。其中，支承结构621设置在壳体1上，内部设有连通壳体1内部与外部的排液流道6a。排液管623与支承结构621连接，且排液管623的管腔连通排液流道6a与壳体1外部环境。控制阀63设置在排液管623上。这样，排液流道6a及排液管623形形成旁通通道，当控制阀63控制排液管623连通时，壳体1底部沉积的液态冷媒可以顺着排液通道6a和排液管623流出至壳体1外部，实现排液，降低壳体1内的冷媒液位。
71.由于旁通通道的有效通流面积较小，液态冷媒由壳体1空腔向旁通通道流动时，相当于由大空间流入小空间，具有一定的节流作用。
72.为了防止漏液，如图2所示，在一些实施例中，支承结构621和壳体1之间还设有密封件622，密封件622对支承结构621与壳体1之间的间隙进行密封。密封件622例如可以为密封垫片。
73.液位检测装置61位于壳体1中，例如可以为液位检测器。
74.为了方便对壳体1内冷媒液位的调控，在一些实施例中，液位检测装置61与排液装置可以被配置为：在液位检测装置61检测到壳体1内液态冷媒的液位大于或等于预设值时，排液装置控制排出壳体1内的液态冷媒。该方案将预设值作为调控基准，当冷媒液位低于预设值时，不对壳体1内的液态冷媒进行外排，只有当冷媒液位等于或高于预设值时，才将壳体1内的液态冷媒排出，这可以更方便准确地防止沉积的液态冷媒浸没气体轴承装置，同时，由于该方案允许壳体1内沉积一定量的液态冷媒，因此，还能够利用液态冷媒较为充分地实现前述壳体1空腔的气化降温及气体轴承的雾化润滑。
75.其中，预设值为壳体1内所沉积液态冷媒未浸没气体轴承装置的液位值，其可以为液态冷媒恰好不浸没气体轴承装置的液位值(简称为临界液位值)，但更有利地，其可以为小于临界液位值的液位值(简称为安全液位值)。此处，浸没气体轴承装置的含义在于，浸没气体轴承装置中最先被浸没的气体轴承(一般为用于形成气膜的工作间隙高度较低的气体轴承)，例如，在图1中，当气体轴承装置同时包括径向气体轴承41和轴向气体轴承43时，轴向气体轴承43的底端低于径向气体轴承41的底端，在高度方向上，轴向气体轴承43的工作间隙低于径向气体轴承41的工作间隙，则此时浸没气体轴承装置即是指浸没轴向气体轴承43，由于这样可以更可靠地防止整个气体轴承装置均不被浸没，因此，更有利于提高压缩机的运行可靠性。
76.液位检测装置61在壳体1中的设置方式可以有多种。例如，在一些实施例中，液位检测装置61可以与排液结构62分体设置，二者分别与壳体1连接。或者，在另一些实施例中，液位检测装置61可以设置于排液结构62上，由排液结构62支撑，此时，液位检测装置61集成于排液结构62上，结构更加简单紧凑，也便于利用排液结构62来调节液位检测装置61在壳体1内的位置。具体地，如图2所示，液位检测装置61可以设置在支承结构621上，例如可以设置在支承结构621的顶端或两端之间。其中，设置在支承结构621顶端时，更方便液位检测装置61的安装，同时，也更有利于降低对支承结构621高度尺寸的要求，因为与设置在支承结
构621两端之间等其他情况相比，要使液位检测装置61处于壳体1内某一高度位置处，液位检测装置61设置在支承结构621顶端时，支承结构621可以具有较小的高度尺寸。
77.为了方便液位检测装置61准确识别液位是否达到预设值，在一些实施例中，液位检测装置61在壳体1中的高度可以被设置为恰好位于预设值处。这样，液位检测装置61可以根据自身是否被液态冷媒浸没，来判断液态冷媒液位是否已达到预设值。其中，当液态冷媒液面位于液位检测装置61以下时，液位检测装置61判断冷媒液位尚未达到预设值，无需排液，其检测结果可以通过反馈回路传递至控制阀63，使控制阀63保持关闭状态，而当液态冷媒液面升至液位检测装置61所在高度后，液位检测装置61判断冷媒液位已达到预设值，通过反馈回路输出电信号至控制阀63，使控制阀63从关闭状态切换至打开状态，进行排液，将壳体1内的液位控制在合理的范围内。
78.进一步地，为了满足更多样的需求，预设值可以为可变的，相应地，液位检测装置61也可以被设置为高度位置可变的。为了实现这一目的，当液位检测装置61设置在排液结构62上时，液位检测装置61与排液结构62可以设置为：液位检测装置61可在排液结构62的带动下改变相对于壳体1的高度。
79.其中，在排液结构62包括支承结构621和密封件622的情况下，既可以通过改变支承结构621的高度位置，来改变液位检测装置61的高度位置，此时支承结构621相对于壳体1的高度可调，或者，也可以通过改变密封件622的厚度和/或数量，来改变液位检测装置61的高度位置。
80.为了实现支承结构621相对于壳体1的高度可调，支承结构621可以可伸缩地设置在壳体1上，和/或，支承结构621可以可升降地设置于壳体1上。例如，在一些实施例中，支承结构621可以包括螺纹连接件(例如螺栓)，该螺纹连接件与壳体1螺纹连接，且液位检测装置61设置在该螺纹连接件上。这样，旋拧螺纹连接件，则螺纹连接件相对于壳体1升降，可以改变螺纹连接件相对于壳体1的高度位置，进而可以带动液位检测装置61改变相对于壳体1的高度位置，实现对液位检测装置61高度位置的改变，以适应不同预设值的设计要求，扩大适用范围，增强应用灵活性。
81.除了可以采用螺纹连接方式，使得支承结构621相对于壳体1可升降，还可以采用滑动连接等其他方式，来实现支承结构621相对于壳体1的升降。
82.另外，如图1-2所示，液位检测装置61在壳体1中的位置可以位于第二腔b中。此时，支撑液位检测装置61的排液结构62也相应地设置在壳体1的与第二腔b对应的位置，用于连通第二腔b与外部环境。将液位检测装置61设置于第二腔b中，则液位检测装置61所检测的为第二腔b中液态冷媒的液位，与液位检测装置61位于第一腔a中检测第一腔b液位的情况相比，更有利于提高液位检测准确性，可以降低提前排液的风险。
83.图1-2所示的实施例，其液位调控装置6的工作过程可以如下：
84.当第二腔b中的冷媒液位低于预设值时，液位检测装置61检测不到液位，则液位检测装置61将检测结果反馈至控制阀63，使控制阀63保持于关闭状态，此时排液结构62不打开，沉积在壳体1底部的液态冷媒无法从排液结构62的旁通通道中流出，第二腔b中的液位和温度可以处在合适的状态；
85.随着第一腔a中的液态冷媒不断通过液体通道421流入第二腔b，第二腔b中的液位不断上升，待第二腔b液位达到预设值后，液位超过液位检测装置23所在高度位置，此时液
位检测装置23输出电信号至控制阀63，使控制阀63由关闭状态切换至开启状态，将排液结构62的旁通通道打开，使得壳体1内的液态冷媒不断排出，将液位降低至预设值以下，避免液态冷媒浸没气体轴承装置，防止气体轴承装置发生侵液，影响气膜的形成。
86.可见，通过在压缩机中设置液位调控装置6，可以将液位自动调控功能集成于压缩机上，实现对壳体1内液态冷媒的准确控制，保证壳体1内部始终具有合适的液态冷媒量和湿润的工作环境，使得既可以较为充分地利用液态冷媒的蒸发过程对电机、壳体1空腔及气体轴承与转子间的摩擦发热进行冷却，防止温度过高，又可以防止液位过高浸没气体轴承，影响气膜的有效形成，同时还可以利用蒸发过程中的湿润环境润滑轴承，尤其可以实现转子启停阶段气体轴承的雾状润滑，减少气体轴承的磨损，这些均有利于提高压缩机的工作可靠性。
87.所以，本发明的压缩机，基于液位调控装置6的自适应的调控功能，不仅能够有效地解决电机冷却和轴承供气问题，同时也能够解决纯气态冷媒引发的轴承与转子摩擦发热以及电机启停阶段轴承磨损的问题，并且还能够解决壳体1内冷媒液位偏高引发的轴承侵液等问题，使得压缩机内具有适宜的温度、液位及湿度，可以有效延长使用寿命，提高运行可靠性，改善性能稳定性。
88.以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，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。