转子冷却设备及包括该设备的旋转机器的制作方法

1.本发明涉及一种转子冷却设备和一种包括该转子冷却设备的旋转机器。它尤其适用于冷却压缩机的转子，特别是用于例如空调、深度冷冻和冷冻水分配的制冷压缩机。


背景技术：

2.长期以来，制冷系统(空调、速冻设备、冷水机)的制造商在机械压缩循环中广泛使用化学冷却剂。这些流体对气候有显著影响。气候协议使逐步禁止最有害的流体成为可能。新法规将很快大幅地改变这些冷却剂的使用规则。逐渐地，制冷系统的用户和制造商将不得不转向天然替代品，以便他们的重要产品可以销售和使用。
3.对于低温高于0℃的制冷应用，使用水作为冷却剂是最合适的解决方案：
[0004]-水是天然、无污染、无毒的流体；
[0005]-水没有爆炸或着火的风险；
[0006]-水的热力学特性可以获得优异的能源性能系数；以及
[0007]-水不受有关闭环处理的法规的约束。
[0008]
大多数制冷系统是基于机械蒸汽压缩制冷循环，该循环基于工作液体的液-汽相变。系统的工作温度决定了机器的工作压力。为了能够在低温下蒸发水，回路需要处于真空状态(绝对压力只有几毫巴)。但真空下水蒸气的能量密度远低于通常在真空下使用的传统冷却剂(相差200倍)。为了使压缩系统具有合理的尺寸和成本，必须使用能够在紧凑的体积中产生非常高的体积流量同时提供获得热部分和冷部分之间的温差所需的压缩率的压缩机。
[0009]
在使用具有一个或多个压缩级的高速离心压缩机的情况下，该压缩机的转子本身包括多个部件，包括：
[0010]-设计为以高于50,000rpm的速度旋转的电机转子；
[0011]-一个或多个动态压缩级；以及
[0012]-一个或多个轴承，其技术旨在承受应用的运行条件，即，特别是真空、水蒸气和转子的转速。
[0013]
转子受到来自不同来源的加热，例如转子的电和磁损耗、离心轮上的空气动力摩擦以及轴承上的摩擦损耗。
[0014]
压缩机外壳所需的真空水平极大地限制了对流的热传递。因此，有必要找到一种解决方案来限制转子在稳态时的温度。实际上，超过某个温度水平，转子的元件可能会退化或失去能量性能。例如，可以列举如下：承受强离心作用的部件(特别是离心轮和电机转子)的最大断裂强度恶化、轴上部件的膨胀(会使组件无法工作(松开))、电机的性能损失(可能导致转子去磁(在永磁同步电机的情况下))、由于润滑剂蒸发或温度高于材料的工作极限而导致的轴承过早磨损。所有这些现象都可能导致转子损坏。


技术实现要素：

[0015]
本发明旨在弥补这些缺点的全部或部分。
[0016]
为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于冷却旋转机器的转子的设备，其包括：
[0017]-转子组件中的至少一个开放腔室，转子组件包括转子并与转子一起旋转，开放腔室具有围绕转子的旋转轴线敞开的单个开口，以及
[0018]-冷却液喷射器，冷却液喷射器面对腔室中的单个开口；
[0019]
腔室中的单个开口同时形成由喷射器喷射的冷却液的入口和以蒸汽形式离开腔室的冷却流体的排放口。
[0020]
用这种方式，喷射到围绕转子的轴线形成的腔室中的冷却液在与该腔室的表面接触时蒸发并冷却转子。冷却液蒸发产生的蒸汽通过腔室的单个开口离开腔室，冷却液通过该单个开口注入。
[0021]
在一些实施例中，该设备包括喷射器的控制单元，该控制单元配置为根据转子的温度来控制喷射器对液体的喷射。
[0022]
以这种方式，仅当转子的温度允许液体汽化时，液体才被注入腔室中，这避免了可能导致液体溢出腔室外部的过量注入液体。
[0023]
在一些实施例中，喷射器的控制单元配置为控制喷射器对液体的喷射，以使得转子的温度使液体以干蒸汽的形式蒸发。
[0024]
请注意，在开放环境的情况下(与空气接触)，饱和蒸汽压是蒸汽的分压，在该分压之上分子不能再在空气中形成蒸汽，空气是饱和的。这是最大“干”蒸汽压，即没有液相。
[0025]
在一些实施例中，当转子的温度高于预定极限值时，喷射器的控制单元控制喷射器对液体的喷射。
[0026]
该预定限值高于或等于喷射液体的蒸发温度。
[0027]
在一些实施例中，转子的温度由模型利用由以下至少一个传感器测量的至少一个值来确定：
[0028]-用于旋转机器的定子的温度的温度传感器；
[0029]-用于为设置转子旋转的电机供电的变速器提供的电流的电流传感器，；
[0030]-用于旋转机器的内部压力的压力传感器；
[0031]-用于旋转机器的定子的冷却液的温度的温度传感器；
[0032]-用于转子的温度的温度传感器；以及
[0033]-用于转子的旋转速度的速度传感器。
[0034]
在一些实施例中，模型利用由喷射器注入的一定量的液体。
[0035]
这样，就考虑到了冷却液对电机的冷却。
[0036]
在一些实施例中，控制单元配置为使得由喷射器喷射的液体量是转子温度的增函数。
[0037]
在一些实施例中，控制单元配置为由喷射器喷射的液体量使得在一侧喷射液体在加热到其相变温度时所吸收的热量与喷射液体的相变所吸收的热量之和大于在另一侧在转子的温度下，转子可以通过腔室的表面向液体传递的最大热量的90％。
[0038]
以这种方式优化转子的冷却。
[0039]
在一些实施例中，转子组件包括轴和被电机定子包围的电机转子，腔室至少形成
在轴中。
[0040]
由于这些设置，电机转子和轴承加热产生的热量(滚珠轴承的摩擦)通过冷却液在电机转子和轴承处的蒸发直接带走。
[0041]
在一些实施例中，形成在轴中的腔室延伸超过电机转子的整个长度，直到至少一个轴承。
[0042]
由于这些设置，转子的冷却延伸到单个电机转子之外并冷却至少一个轴承。
[0043]
在一些实施例中，至少一个通道平行于转子的旋转轴线横穿电机定子，通道配置为输送通过在轴的腔室中蒸发冷却液而获得的蒸汽的至少一部分。
[0044]
由于这些设置，电机定子由气态的冷却液冷却。
[0045]
在一些实施例中，电机转子和电机定子之间的气隙配置为输送通过在轴的腔室中蒸发冷却液而获得的蒸汽的至少一部分。
[0046]
由于这些设置，电机转子的外部和电机定子的内部由气态的冷却液冷却。
[0047]
在一些实施例中，腔室配置为保留由喷射器喷射的液体。在一些实施例中，未汽化的液体不能从腔室中逸出。注意，保留液体可以通过在其唯一开口处具有比其最大横截面更小的横截面的腔室形状来实现，液体通过离心力或者通过重力的作用保留在横截面大于开口横截面的区域中，开口位于腔室的顶部。
[0048]
在一些实施例中，形成在轴中的腔室的开口被限制件部分地阻挡，其中，腔室的开口处的横截面的表面积小于腔室内部的横截面的表面积。
[0049]
这种限制，例如锥形，在转子旋转期间保留冷却液，这可以非常快速，例如每分钟50,000转。
[0050]
在一些实施例中，转子具有基本上垂直的旋转轴线，并且形成在轴中的开放腔室朝向向上。
[0051]
由于这些设置，冷却液被惯性力和重力保留在轴中形成的腔室内。
[0052]
在一些实施例中，冷却流体是水。
[0053]
水提供了显着的优势：
[0054]-减少能源费用；
[0055]-降低维护成本；
[0056]-降低基础设施成本。
[0057]
根据第二方面，本发明涉及一种旋转机器，其包括压缩机和作为本发明主题的冷却设备，冷却流体是与由压缩机压缩的工作流体相同的流体。
[0058]
由于这些设置，相同的流体由旋转机器外部的回路处理，并且该回路的一些组件(例如热交换器)，可以由压缩流体和冷却流体共享。
[0059]
在一些实施例中，通道形成在电机壳体中，以输送通过在轴的腔室中蒸发冷却液而获得的蒸汽的至少一部分，以及在蜗壳和压缩机的末级之间形成间隙，该间隙配置为输送这部分蒸汽。
[0060]
由于这些措施，由压缩机的最后一级输送的工作流体可以被气态的冷却流体冷却。
[0061]
作为本发明主题的旋转机器的其他优点、目的和具体特征与作为本发明主题的冷却设备的相似，在此不再赘述。
附图说明
[0062]
本发明的其他优点、目的和特定特征将从以下对作为本发明主题的学习系统及其应用的至少一个特定实施例的非限制性描述中变得显而易见，参考附录中的附图，其中：
[0063]-图1示意性地表示使用机械蒸汽压缩的热力学循环，其中冷却流体从蒸发器回路中收集；
[0064]-图2示意性地表示使用机械蒸汽压缩的热力学循环，其中冷却流体从冷凝器回路收集；
[0065]-图3示意性地并根据两个横截面表示具有两个压缩级、具有用于通过电机的蒸汽的通道的离心式压缩机；
[0066]-图4示意性地并根据两个横截面表示具有两个压缩级、具有用于通过电机壳体的径向出口的蒸汽的通道的离心式压缩机；
[0067]-图5以横截面示意图表示图3所示压缩机的一部分；
[0068]-图6以横截面示意图表示具有锥形限制的喷射入口；
[0069]-图7以横截面示意图表示具有直线节流阀的喷射入口；以及
[0070]-图8以逻辑图的形式表示将液体注入转子腔的系统的操作模式中的步骤。
具体实施方式
[0071]
本描述以非限制性方式给出，其中实施例的每个特征可以以有利的方式与任何其他实施例的任何其他特征组合。
[0072]
请注意，这些附图不是按比例绘制的。
[0073]
参考图1至图8描述的设备是用于通过蒸发冷却(更具体地，在弱传导环境中冷却)高速压缩机转子的设备。然而，本发明适用于所有旋转机器。
[0074]
本发明以及其特定在压缩机冷却中的应用，与图1或图2所示的使用机械蒸汽压缩的热力循环一致。在水作为冷却剂的情况下，水是工作流体。其是在低压下蒸发的，该压力由所需的蒸发温度(例如，对于r718制冷剂循环，在0到20℃之间，根据ansi/ashrae标准34-1992，r718标示水的冷却剂代码)限定。图1所示的热力循环10源自标准的机械蒸汽压缩循环，但是传热流体和冷却剂却是一个单独的实体。对此，本领域技术人员可以参考公开号为fr3071913的专利申请的描述。
[0075]
图1示出了收集水蒸气的压缩机12，该水蒸气处于低温并且通过管线21来自蒸发器11。压缩机12的出口压力由水蒸气相对于周围环境的冷凝温度(例如在50和60℃之间)限定。蒸气在通过管线22从压缩机12传送之后在冷凝器13处冷凝。热交换器13可以通过风扇(未示出)或通过另一种液体或气体流体由环境空气冷却。水蒸气冷凝后，液态水通过膨胀阀14(也称为减压阀)通过管线23从冷凝器13传送，然后通过管线24返回蒸发器11。蒸发器11中的液态传热流体通过循环泵16被传送到连接到待冷却系统的通道17。吸收了来自待冷却系统的热量的传热流体在返回管线18中传送，该返回管线18以液-汽相返回蒸发器11。在从蒸发器回路11收集转子的冷却液的情况下，循环泵16还具有提供用于冷却压缩机12的转子的系统所必需的压力和流量的作用。为此，一些传热流体由于循环泵16出口处的通道19而被转道。流体的流速由调节阀15控制，然后液体通过通道20被输送到压缩机12的喷射系统。
[0076]
用于转子的冷却回路30的第二变型例如图2所示，其中冷却液被直接收集在冷凝器13中。在这种情况下，循环泵25布置在冷凝器13的回路上。来自泵25的一些流体用于向系统提供冷却压缩机12转子所必需的流体。以与图1相同的方式，通道28收集一些液体以通过通道20将其输送到压缩机12，所有这些都由阀15调节。来自循环泵25的大部分流体在管线26中被输送到冷凝单元，冷却剂被冷却，然后冷却剂返回到管线27中并允许冷凝器13上部中存在的热蒸汽被冷凝。
[0077]
图3在上部显示了轴向横截面，在下部显示了在顶部标识的横向横截面a-a。如图3所示，压缩机12由旋转转子31和包括定子外壳32的两个定子部分形成。旋转转子31包括安装和固定不同部件的主轴33，特别是电驱动转子39、压缩级34a和34b以及轴承系统，轴承系统包括滚珠轴承37a和37b、一组间隔件35和38以及阻塞锁紧螺母36。
[0078]
转子组件31分为电机部分、轴承部分和压缩部分三个区域，三个部分一个接一个地依次布置。压缩部分可包括一个或多个压缩级，两个级在图3中以离心轮34a和34b的形式示出。之所以采用称为离心的压缩技术，是因为它可以在缩小的空间内获得显着的压缩比和体积流量，当在低蒸发温度下使用水作为冷却剂时，这些特性尤其是合适的。离心轮34a和34b由抵抗机械应力的轻质材料制成，例如铝或钛合金。压缩级34a和34b一个接一个地安装，这具有获得紧凑压缩机同时限制级间扩散器51中的负载损失的优点。
[0079]
将电机转子39和压缩级34a和34b定位在轴承区域37a和37b的两侧会使转子31具有双平衡悬臂以及轴承区域的均匀和集中的热管理。主轴33由坚硬的刚性材料制成，例如钢或碳纤维。所有组装在主轴33上的元件的安装都是为了使机械扭矩通过所需的每个元件传递，同时确保尽管在压缩机12的操作期间出现热膨胀和温度升高，仍能传递相同的扭矩，直到其标称工作点，并考虑到与组件离心相关的膨胀。可以使用各种技术将部件安装在主轴33上，例如冷热收缩、热热收缩、两种热收缩方法的组合或压配合。
[0080]
机械扭矩由电驱动转子39提供。归因于在其端子处注入的具有可变幅度和频率的电流，该转子与电机定子46联合运行。存在多种电机技术，包括但不限于异步电机、永磁同步电机和可变磁阻同步电机。考虑到与转子的离心作用相关的热膨胀和变形，电驱动转子39固定在主轴33上以允许在标称操作下传递扭矩。主轴33包括沿电机转子39的长度延伸并且优选地延伸到球轴承37a和37b所在的轴承区域的开放腔室40。将喷嘴49或喷射器(来自通道20的冷却液50从其射出)布置在该腔室40的对面。
[0081]
开放腔室40具有单个开口，该开口围绕转子的旋转轴线敞开。因此，腔室40中的单个开口同时形成由喷射器49喷射的冷却液的入口和以蒸汽形式离开腔室的冷却流体的排放口。
[0082]
主轴33的中心部分包括圆柱形座，至少两个滚珠轴承37a和37b布置在该座上。这些滚珠轴承37a和37b适合于以高转速旋转，例如高于50,000rpm。这些由对置安装的角接触滚珠轴承组成。内环和外环由硬化钢制成，耐腐蚀，而轴承则由钢或陶瓷制成。轴承保持架由耐轴承工作温度的材料制成。轴承37a和37b以紧固间隙安装在主轴33上，这使得尽管在标称操作中存在离心力和热膨胀，仍可以保持轴承保持架固定。
[0083]
轴承37a和37b的所谓“背对背”组装配置使得可以增加与由两个轴承形成的枢转连杆等效的中心距。请注意，至少需要两个轴承才能满足枢转连杆条件。与轴承37a和37b接触的元件，即电机壳体45的轴承孔和主轴33的轴承座，具有与轴承环的材料相当的硬度。可
以安装不对称轴承的组合，其中与间隔件38接触布置的轴承的数量与靠近电驱动转子39的与主轴33的肩部接触的轴承的数量不同。
[0084]
压缩级34a安装在主轴33上的长轮毂上，并由间隔片38的肩部轴向止动。间隔片38紧紧地安装在主轴33上，并在一侧被主轴33的肩部轴向阻挡。压缩级34a通过其孔在主轴33的圆柱形底座上的紧固干涉保持在适当位置。间隔件35被定位并紧密地安装在主轴33上的长轮毂上。间隔件35由与压缩级34或主轴33类似的材料制成。间隔件35轴向地止挡在主轴33上直到压缩级34b。
[0085]
然后，位于主轴33末端的压缩级34b通过长轮毂安装。它的材料和安装特性与压缩级34a的材料和安装特性类似。压缩级34a和34b的几何尺寸可以不同，尤其是叶片的形状、钻孔直径、轮毂宽度、轮的输入和输出直径。压缩级34a还具有其自身的过盈间隙，从而确保部件被保持并且扭矩被传递到主轴33(考虑到离心力和热膨胀)。然后将锁紧螺母36固定在主轴33上。螺母36具有双重作用，首先将压缩级34a和34b以及间隔件35保持在相同的轴向位置，其次在转子组件31的平衡阶段提供校正平面。实际上，制造和安装公差不允许转子组件31的惯性轴线与其旋转轴线重合。因此产生了需要最小化的残余不平衡，否则会在滚珠轴承37a和37b上产生强振动和径向力，这会导致它们过早退化。锁紧螺母36旋拧在主轴33上并且由于其肩部表面与压缩级34a的摩擦扭矩而可旋转地锁定。该部件由与主轴33相似的材料制成。
[0086]
定子外壳32包括包围转子31并提供以下四个主要功能的所有元件：
[0087]-使转子组件31能够旋转；
[0088]-在压缩级34a和34b之间引导待压缩的流体；
[0089]-将压缩机12连接到压缩机11的出口和冷凝器13的入口；以及
[0090]-确保转子组件31相对于外部的密封性。
[0091]
压缩机12的外壳32包括压缩机外壳59、级间扩散器51、级间精馏器42和蜗壳53。压缩机外壳59通过密封管线21(见图1和2)直接连接到蒸发器11。外壳59由耐水蒸气和耐腐蚀现象的材料制成，或包括耐水蒸气和耐腐蚀现象的覆盖层。该外壳59也具有采用各压缩级的形状的部分。在定子部分53和压缩级34a之间留有不超过十分之几毫米的游隙，以便在压缩机12被设定为旋转时以及在临界速度转换期间允许转子组件31有足够的间隙。第一压缩级34a的旋转通过叶片吸入和排出气体，叶片通过离心作用将气体径向向外引导。所提供的功将气体的动能转化为静压，从而压缩离心轮出口处的气体。压缩蒸汽然后在扩散器51中循环并通过级间精馏器42到达下一个压缩级34b的入口。
[0092]
用间隔件35实现动态密封，以防止气体回流到压缩机12的入口。在被压缩一次之后，蒸汽然后进入第二压缩级34b，在那里它们再次被压缩。在从压缩级34b输出时，压缩蒸汽在蜗壳53中被传送，蜗壳53将它们引导到压缩机12的出口44，该出口44通过管线22密封地连接到冷凝器13(见图1和2)。
[0093]
在相对于转子组件31固定的蜗壳53与压缩级34b之间存在径向游隙或间隙54。该游隙54使得可以确保在可能出现径向间隙的过渡阶段期间(特别是在转子组件31在柔性状态下的临界速度转变中)转子31和定子32之间不存在接触。外壳59和蜗壳53固定在一起，以确保压缩机内部(处于真空下)和外部(大气压或同等压力)之间的空隙的密封。同样的，蜗壳53与电机壳体45密封连接。外壳45的各部件采用带肩式短轮毂安装定位，以保证所有转
动部件的同轴度误差小于0.1mm。
[0094]
电机壳体45包括转子组件31的轴承的角接触滚珠轴承37a和37b以及驱动电驱动转子39的电机定子46。在电机转子39和电机定子46之间有一个十分之几的间隙，称为气隙55。该游隙55防止两个电路之间的任何接触。压缩机12还包括电机法兰48，其确保压缩机12相对于外部的不渗透性，并且还包括对转子组件31注入冷却液50的系统。包括定子的所有部件，特别是压缩机外壳59、蜗壳53、电机壳体45和电机法兰48，尽可能由相同的材料制成，其重量轻并具有耐腐蚀的覆盖层。
[0095]
如图5所示，用于冷却压缩机转子组件31的系统包括冷却液入口50和喷嘴49。通过循环泵16或25，从蒸发器11的回路或冷凝器13的回路中收集冷却液50(例如水)并使其压力比其所在的回路的压力高至少0.5巴。在到达入口连接器之前，液体的流量通过阀15进行调节。流量可以通过多种方式进行控制，例如比例流量调节或二进制开/关调节。在后一种情况下，流量在阀15的打开和关闭周期内被平均。使用基于由于铁损、转子损耗和滚珠轴承(因为轴承在轴承环上的摩擦)的存在而存在于电机转子39上的热损耗的模型的定律来确定要喷射到转子组件31中的冷却液的流量值。流量根据压缩机12的运行条件进行调整。一些物理和电气参数，例如电机消耗的功率、压缩机的转速或部件的温度，使得可以确定要喷射以冷却转子31的液体50的量。
[0096]
冷却设备包括喷射器49的控制单元67，其根据转子的温度控制喷射器的液体喷射。控制单元67例如是连接到用于旋转机器的操作参数值的输入的控制器，该控制器根据程序的指令操作。该控制器控制加压液体喷射器49的供给回路(未示出)上的喷射器49上游的阀68，例如电磁阀。
[0097]
优选地，喷射器49的控制单元67配置为控制喷射器49的液体喷射，以使得转子的温度使液体以干蒸汽的形式蒸发。
[0098]
优选地，当转子的温度高于预定极限值(预定极限值本身高于或等于喷射液体的蒸发温度)时，喷射器49的控制单元67控制喷射器49的液体喷射，。
[0099]
优选地，旋转转子31的温度由利用下列至少一个传感器(未示出)测量的至少一个值的模型确定：
[0100]-用于旋转机器12的定子32或46的温度的温度传感器；
[0101]-用于由变速器提供的电流的电流传感器，该变速器驱动设置转子旋转的电机；
[0102]-用于旋转机器12的内部压力的压力传感器；
[0103]-用于旋转机器12的定子32或46的冷却液温度的温度传感器；
[0104]-用于转子31温度的温度传感器；以及
[0105]-用于转子31的转速的速度传感器。
[0106]
优选地，该模型利用由喷射器49喷射的一定量的液体来考虑通过液体喷射获得的冷却。
[0107]
优选地，控制单元67配置为使得由喷射器49喷射的液体量是转子31的温度的增函数。
[0108]
优选地，控制单元67确定由喷射器49喷射的液体量，以使得在一侧喷射液体在加热到其相变温度时所吸收的热量与喷射液体的相变所吸收的热量之和大于在另一侧在转子31的温度下，转子31可以通过腔室40的表面向液体传递的最大热量的90％(优选为
95％)。
[0109]
控制单元67和喷射器49的优选操作模式70在图8中示出。
[0110]
根据在机器12的控制器的程序中执行的程序70定义到转子的液体喷射。将液体喷射到腔室40中的触发是基于由机器控制器的程序实现的转子热行为的预测模型。该模型分为两部分，第一部分表征转子在运行期间的加热现象，第二部分表征转子在进行喷射时的冷却现象。该模型是通过理论计算和/或机器测试和/或自动学习产生的。
[0111]
转子的热行为模型由物理参数的可测量或预测值提供，物理参数例如定子电机的温度、为电机供电的变速器提供的电流、压缩机的内部压力、定子冷却液的温度、转子的估计温度和/或转子的转速。该模型还由转子的质量、冷却腔尺寸、转子电气规格等转子特性和冷却液喷射特性提供。
[0112]
在初始化步骤71期间，分析压缩机的状态，并收集与压缩机技术特性有关的数据。在步骤72期间，压缩机一启动，操作就进入迭代循环。在步骤73期间，物理参数的值通过定子的温度、由变速器提供的电流、压缩机的内部压力、定子冷却液的温度、转子的估计温度和/或转子的转速的传感器或估计器来确定。
[0113]
该步骤73在迭代循环开始时执行。然后将有用的参数值集成到在步骤74期间关联的转子的热行为模型中以估计转子的温度，标为t
est
。在步骤75期间执行条件测试。该测试旨在确定是否满足温度条件以便将冷却液体喷入转子的腔室，该液体蒸发以提供干燥蒸汽。在测试75期间，确定是否t
est
》t
lim
，其中t
est
代表基于在步骤74中计算的热行为的预测模型对转子温度的估计，t
lim
是理论或经验设定的极限值。如果测试是否定的，则返回到步骤73，在此再次检索更新的数据以重新评估转子的温度t
est
。否则，如果测试是肯定的，则执行将液体喷入转子腔室的步骤76。优选地，喷入的液体量取决于转子的温度并且是该温度的增函数。以这样的方式，考虑了转子能够通过腔室表面传递给液体的热量。
[0114]
该喷射会引起对转子温度的新估计，其在步骤77期间基于转子冷却模型计算。然后在步骤73返回迭代循环的开始。
[0115]
喷射系统如图5所示。冷却液在压力下通过电机法兰48中的通道20到达，其中产生通道64以允许液体50进入喷嘴49。该喷嘴49具有通道65和小孔，其设计用于对于循环泵16或25提供的压力水平以恒定的流速输送校准的直射流。在从喷嘴49输出时，直的液体射流被输送到主轴33的腔室40。该腔室在图3中显示为圆柱形。该腔室40以主轴33的旋转轴线为中心，优选为圆柱形。腔室40的壁62是直线形的，例如准线为圆形且平行于转子组件31的旋转轴线的圆柱体。腔室40的底部63显示为平坦的，但可以采用任何其他形状。喷嘴49也在转子组件31的旋转轴线上慢转，以使得液体射流50在主轴33的切线速度为零的位置处在旋转轴线上与腔室63的底部相遇。冷却液50逐渐填充腔室40。与阀15相关的调节系统假定主轴33的腔室40的壁62的温度高于通过喷嘴49的冷却液的温度。还限定，在打开阀15时，壁62的温度高于冷凝器13的工作压力下冷却液50的蒸发温度。因此，冷却液50在与腔室40的壁62接触时蒸发。
[0116]
包含在主轴33的旋转腔室40中的冷却液50具有抛物面，其形状取决于转子31的旋转速度和腔室40的内径。在一定的转速以上，液体50可以通过离心作用从腔室40中喷出。这种现象可以将液滴高速推到转子33外部，这会导致受到这些液滴冲击的壁过早磨损。此外，液体50的喷射限制了蒸发冷却性能，因为喷射的液体50的一部分被蒸发，其余部分保持分
散在电机壳体45中。
[0117]
优选地，腔室40配置为通过重力作用或通过使腔室40的开口的横截面(垂直于转子的旋转轴线)小于腔室40的至少一个其它部分的横截面的作用来保持由喷射器49喷射的液体。
[0118]
为了在冷却液50的温度上升到蒸发点时将冷却液50保留在腔室40中，在腔室40的开口的入口处放置一个限制件61或66(见图6和7)。限制件61或66的尺寸计算为允许通过相同的横截面液体射流通过并且蒸汽释放。可以产生如图5和7所示的直线限制件61或如图6所示的圆锥形的锥形限制器66。圆锥形的锥形限制件66可以限制在限制件上离心的液体50的机械力。更普遍地，在一些实施例中，形成在轴中的腔室的开口被限制件部分阻挡，其中在腔室开口处的横截面的表面积小于在腔室内的横截面的表面积。该优点同样适用于其旋转轴线是垂直的、倾斜的或水平的转子31。
[0119]
在标称操作中，并且在注入冷却液50之前，电机壳体45中的压力等于压缩机12的最高压力，即从压缩级34b向冷凝器13输送的输出压力。一旦冷却液50蒸发，它就在由电机壳体45形成的围场中膨胀。蒸发的液体50的每个体积增加了该空间中的蒸气压。蒸汽因此被排向较低压力的区域，在这种情况下是压缩级34a的输出压力。因此，电机壳体45中的压力高于冷凝器13中的压力。蒸汽因此具有两个循环路径到达压缩机12的出口通道43。
[0120]
第一路径通过电机定子46和电驱动转子39之间的气隙55。然而，通道面积对于由冷却液蒸发产生的气体的大量体积流量是不够的，这使得可以从转子提取卡路里。穿过电机定子46的第二路径包括在电机壳体45和电机定子46之间产生的通道47，还使得可在与电机定子46的表面接触的蒸汽通过期间冷却电机定子46。当两条路径在电机定子46的另一侧、靠近轴承37a和37b处相遇时，蒸汽通过电机壳体45中的至少一个通道52，该通道52位于装有滚珠轴承37a和37b的电机壳体45的底座边缘上。这些通道52的总横截面积等于气隙55的通道面积和通过电机定子46的通道47的通道面积。位于压缩级34b后部的蒸汽然后通过间隙54进入出口通道43的管道，间隙54定义为压缩级34b的出口直径与蜗壳53的钻孔直径之间的间隙。冷却液的蒸汽以低于来自压缩级34a的蒸汽的温度离开，这具有降低出口通道43中的气体混合物的总温度和减小冷凝器尺寸的效果。图3显示了三个穿过电动定子46的通道47。当然，这些通道的数量可以多于或少于三个。
[0121]
图4显示了冷却蒸汽的另一种输出配置。图4在上方显示了轴向横截面，在下方显示了在顶部标识的横向横截面a-a。在图3所示的结构配置方面，冷却液不是在电机定子46和电驱动转子39之间的通道中通过，而是在通道47中并通过间隙54，这些蒸汽通过电机壳体45中的出口阀门56和蜗壳53中的入口阀门57直接排到出口通道43。管线58提供两个阀门之间的密封连接。