阅读说明：本技术 气悬浮轴承供气系统、供气方法及离心式冷水机组 (Air supply system and method for air suspension bearing and centrifugal water chilling unit ) 是由 梁湖 周宇 刘贤权 黄成武 于 2020-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种气悬浮轴承供气系统、供气方法及离心式冷水机组,气悬浮轴承供气系统包括：气悬浮压缩机及其所在的冷媒循环回路；第一供气回路,第一供气回路的进液口连接于冷媒循环回路的取液口,并从取液口取液,第一供气回路的出气口连接至气悬浮压缩机；第一供气回路包括补液罐、供气罐,补液罐、供气罐的安装高度低于取液口,冷媒循环回路内的冷媒能够在重力作用下从取液口流入第一供气回路。本发明的气悬浮轴承供气系统,适用于采用气悬浮轴承的离心冷水机组,通过将取液口、补液罐、供气罐的安装高度不同,借助重力和连通器原理,实现对气悬浮轴承持续稳定的供气,保证机组可靠稳定运行。(The invention provides an air supply system and an air supply method for an air suspension bearing and a centrifugal water chilling unit, wherein the air supply system for the air suspension bearing comprises: the air suspension compressor and a refrigerant circulation loop in which the air suspension compressor is arranged; a liquid inlet of the first gas supply loop is connected to a liquid taking port of the refrigerant circulation loop and takes liquid from the liquid taking port, and a gas outlet of the first gas supply loop is connected to the gas suspension compressor; the first air supply loop comprises a liquid replenishing tank and an air supply tank, the installation height of the liquid replenishing tank and the installation height of the air supply tank are lower than that of the liquid taking port, and the refrigerant in the refrigerant circulation loop can flow into the first air supply loop from the liquid taking port under the action of gravity. The air supply system for the air suspension bearing is suitable for a centrifugal water chilling unit adopting the air suspension bearing, realizes continuous and stable air supply for the air suspension bearing by means of gravity and a communicating vessel principle through different installation heights of the liquid taking port, the liquid supplementing tank and the air supply tank, and ensures reliable and stable operation of the unit.)

气悬浮轴承供气系统、供气方法及离心式冷水机组

技术领域

本发明属于离心式冷水机组技术领域，具体涉及一种气悬浮轴承供气系统、供气方法及离心式冷水机组。

背景技术

离心式冷水机组通常被用于各种建筑空调中，离心机组的压缩机轴承主要采用油润滑轴承和、电磁轴承、气悬浮轴承，采用油润滑轴承，需要增加供油系统，而且润滑油还会泄漏进入冷媒中，造成冷媒污染，此外润滑油与转子之间发生摩擦，还会带来能量损失；采用电磁轴承的离心式压缩机，轴承的一整套控制系统较为复杂，而且系统抗冲击能量较差，此外还需要增加保护轴承等额外断电保护手段。

气悬浮轴承是一种利用轴承与转子之间气体产生的压力来支撑转子的技术，是一种无油轴承，气体与转子摩擦阻力较小，且不需要复杂的控制系统，结构简单。但这种轴承需要采用供气系统来提供轴承工作的气体，供气系统的设计是否合理直接影响了离心式压缩机的工作性能。现有技术的供气系统是采用冷媒泵，从冷凝器中抽取液态冷媒，供到储气罐中，储气罐上安装电加热器，电加热器将冷媒加热升压后，给轴承供气。采用冷媒泵的方案，控制供气罐的液位时，液位低了开泵，液位高了关泵，冷媒泵需要频繁的启停，会导致冷媒泵可靠性降低，从而导致供气系统可靠性降低。同时泵会消耗一部分电能，降低了机组能效，泵的成本较高，增加了机组成本。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是气悬浮轴承的供气系统设计不合理，冷媒泵频繁启停，可靠性低，从而提供一种气悬浮轴承供气系统、供气方法及离心式冷水机组。

为了解决上述问题，本发明提供一种气悬浮轴承供气系统，包括：

气悬浮压缩机及其所在的冷媒循环回路；

第一供气回路，第一供气回路的进液口连接于冷媒循环回路的取液口，并从取液口取液，第一供气回路的出气口连接至气悬浮压缩机；

第一供气回路包括补液罐、供气罐，补液罐、供气罐的安装高度低于取液口，冷媒循环回路内的冷媒能够在重力作用下从取液口流入第一供气回路。

优选地，供气系统还包括第二供气回路，第二供气回路设置在冷媒循环回路的冷凝器与第一供气回路中的供气罐之间，第二供气回路上设有由冷凝器向供气罐的单向阀。

优选地，冷媒循环回路包括蒸发器，取液口设置在蒸发器的液态区，补液罐、供气罐的安装高度低于蒸发器。

优选地，蒸发器壳体最低点到地面的高度为h1，补液罐3壳体最低点到地面的高度为h2，供气罐4最低点到地面的高度为h3，满足h1＞h2＞h3。

优选地，冷媒循环回路包括冷凝器，取液口设置在冷凝器的液态区，补液罐、供气罐的安装高度低于的冷凝器。

优选地，冷凝器壳体最低点到地面的高度为h5，补液罐3壳体最低点到地面的高度为h2，供气罐4最低点到地面的高度为h3，满足h5＞h2＞h3。

优选地，冷媒循环回路包括闪发器，取液口设置在闪发器的液态区，补液罐、供气罐的安装高度低于闪发器。

优选地，闪发器壳体最低点到地面的高度为h6，补液罐壳体最高点到地面的高度为h2，补液罐3壳体最低点到地面的高度为h2，供气罐4最低点到地面的高度为h3，满足h6＞h2＞h3。

优选地，补液罐的体积为V1，供气罐的体积为V2，满足V1＜V2。

优选地，供气罐设有加热装置，加热装置根据供气罐内液位、压力开启或关闭。

优选地，供气罐还设有液位传感器、压力传感器。

优选地，第一供气回路包括第一通路、第二通路、第三通路，第一通路设置在取液口与补液罐之间，第二通路设置在补液罐与供气罐之间，第三通路设置在供气罐与气悬浮压缩机之间。

优选地，第一通路设有第四调节阀，第二通路设有第三调节阀，第三通路设有第五调节阀。

优选地，冷媒循环回路还设有调节回气口，第一供气回路还设有第一旁通路、第二旁通路，第一旁通路设置在补液罐与调节回气口之间，第二旁通路设置在供气罐与补液罐之间。

优选地，第一旁通路设有第一调节阀，第二旁通路设有第二调节阀。

一种采用气悬浮轴承供气系统的供气方法，包括：

当气悬浮压缩机处于启动阶段、关机阶段，或冷媒循环系统内冷凝压力与蒸发压力的压力差值小于预设值时，液态冷媒通过取液口进入补液罐，供气罐向气悬浮压缩机内气悬浮轴承供气。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选地，当冷媒循环系统内冷凝压力与蒸发压力的压力差值大于等于预设值时，采用冷媒循环系统中冷凝器中气态冷媒向气悬浮轴承供气。

优选地，当第一供气回路包括第一通路、第二通路；第一旁通路设有第一调节阀，第二旁通路设有第二调节阀，第一通路设有第四调节阀，第二通路设有第三调节阀时，

控制第一调节阀、第四调节阀打开，第二调节阀、第三调节阀关闭，液态冷媒经取液口进入补液罐；

当供气罐内液态冷媒液位＜H1时，进行补液，控制第一调节阀、第四调节阀关闭，第二调节阀、第三调节阀开启，液态冷媒由补液罐流入供气罐。

优选地，进行补液时，通过预设时间后，控制第一调节阀、第四调节阀打开，第二调节阀、第三调节阀关闭。

优选地，当供气罐内设有加热装置时，

当供气罐内液态冷媒液位≥H0时，加热装置开启，反之，加热装置关闭；

和/或，当供气罐内压力＜P1，加热装置开启；当P1≤供气罐内压力≤P2时，加热装置保持当前状态；当供气罐内压力＞P2，加热装置关闭。

一种离心式冷水机组，采用上述的气悬浮轴承供气系统，或采用上述的供气方法。

本发明提供的气悬浮轴承供气系统、供气方法及离心式冷水机组至少具有下列有益效果：

本发明的气悬浮轴承供气系统，适用于采用气悬浮轴承的离心冷水机组，解决了现有技术中气悬浮轴承供气系统采用冷媒泵从冷凝器抽取液态冷媒，冷媒泵需要频繁的启停，导致冷媒泵的可靠性降低，导致供气系统的可靠性降低，同时冷媒泵耗能较大，增加了机组的整体耗能。通过将取液口、补液罐、供气罐的安装高度不同，借助重力和连通器原理，实现对气悬浮轴承持续稳定的供气，保证机组可靠稳定运行。

附图说明

图1为本发明实施例一的气悬浮轴承供气系统的结构示意图；

图2为实施例一中蒸发器、补液罐、供气罐安装示意图；

图3为本发明实施例一的气悬浮轴承供气系统的结构示意图；

图4为本发明实施例一的气悬浮轴承供气系统的结构示意图。

附图标记表示为：

1、气悬浮压缩机；2、第一供气回路；3、补液罐；4、供气罐；5、第二供气回路；6、单向阀；7、蒸发器；8、冷凝器；9、闪发器；10、加热装置；11、液位传感器；12、压力传感器；13、第一通路；14、第二通路；15、第三通路；16、第四调节阀；17、第三调节阀；18、第五调节阀；19、过滤装置；20、第一旁通路；21、第二旁通路；22、第一调节阀；23、第二调节阀；24、节流阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出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。

结合图1至图4所示，本申请提供了一种气悬浮轴承供气系统，包括：气悬浮压缩机1及其所在的冷媒循环回路；第一供气回路2，第一供气回路2的进液口连接于冷媒循环回路的取液口，并从取液口取液，第一供气回路2的出气口连接至气悬浮压缩机1；第一供气回路2包括补液罐3、供气罐4，补液罐3、供气罐4的安装高度低于取液口，冷媒循环回路内的冷媒能够在重力作用下从取液口流入第一供气回路2。

本申请的气悬浮轴承供气系统，适用于采用气悬浮轴承的离心冷水机组，解决了现有技术的气悬浮轴承供气系统采用冷媒泵从冷凝器抽取液态冷媒，冷媒泵需要频繁的启停，导致冷媒泵的可靠性降低，导致供气系统的可靠性降低，同时冷媒泵耗能较大，增加了机组的整体耗能。通过将取液口、补液罐、供气罐的安装高度不同，借助重力和连通器原理，实现对气悬浮轴承持续稳定的供气，保证机组可靠稳定运行。

优选地，供气系统还包括第二供气回路5，第二供气回路5设置在冷媒循环回路的冷凝器8与第一供气回路2中的供气罐4之间，第二供气回路5上设有由冷凝器8向供气罐4的单向阀6。

本申请中的第二供气回路5是用于在冷水机组运行正常，机组内冷凝器压力与蒸发器压力差足够大，此时冷凝器内气态冷媒就可以满足气悬浮轴承的供气需求，因此，通过第二供气回路5将冷凝器8与供气罐4单向连通，以实现机组冷凝蒸发压差足够大，冷凝器可以满足轴承供气时，能够最先最低损耗的供气。

如图1、2所示，本申请的实施例一，冷媒循环回路包括蒸发器7，取液口设置在蒸发器7的液态区，补液罐3、供气罐4的安装高度低于蒸发器7。

在制冷系统中，冷媒在蒸发器或换热器内是同时以气态和液态两种形态存在，又由于重力作用，气态在上，液态在下，在内部形成明显的气态区和液态区，本申请中取液口设置在蒸发器7的液态区，从而实现提取液态冷媒的作用。

本实施例一的供气系统，第一供气回路2通过蒸发器7取液，在冷媒循环系统中蒸发器7内液位较高，取液后不会影响蒸发器7的正常性能，相较于现有技术从冷凝器中抽取液态冷媒的做法，从蒸发器7取液可靠性更高，对机组制冷性能的影响最小。

优选地，为使液态冷媒能够在重力作用下顺利流入第一供气回路2，蒸发器7壳体最低点到地面的高度为h1，补液罐3壳体最低点到地面的高度为h2，供气罐4最低到地面的高度为h3，满足h1＞h2＞h3。

在离心冷水机组中，虽然蒸发器7内液态冷媒液位最高，但是由于蒸发器内压力相对于冷凝器8、闪发器9的压力是最低的，第一供气回路2由蒸发器7取液时，可能会出现补液罐3、供气罐4内的压力波动较大的现象，因此本申请的供气系统还可以从冷凝器8、闪发器9内取液，分别对应实施例二和实施例三对应的方案。冷凝器8、闪发器9内虽然液态冷媒的液位低于蒸发器7，但由于压力较大，补液过程中引发的补液罐3、供气罐4内的压力波动较小。

如图3所示，本申请的实施例二，冷媒循环回路包括冷凝器8，取液口设置在冷凝器8的液态区，补液罐3、供气罐4的安装高度低于的冷凝器8。

优选地，为使液态冷媒能够在重力作用下顺利流入第一供气回路2，冷凝器8壳体最低点到地面的高度为h5，补液罐3壳体最低点到地面的高度为h2，供气罐4最低点到地面的高度为h3，满足h5＞h2＞h3。

如图4所示，本申请的实施例三，冷媒循环回路包括闪发器9，取液口设置在闪发器9的液态区，补液罐3、供气罐4的安装高度低于闪发器9。

优选地，为使液态冷媒能够在重力作用下顺利流入第一供气回路2，闪发器9壳体最低点到地面的高度为h6，补液罐3壳体最低点到地面的高度为h2，供气罐4最低点到地面的高度为h3，满足h6＞h2＞h3。

考虑到冷凝器8、闪发器9可能出现的液位不稳定，给供液产生一定的风险，可以在冷凝器8、闪发器9内加装液位检测设备，实时检测反馈其内液位，防止供液不足，引发气悬浮轴承供气不足的问题。

在本申请的上述所有实施例中，取液口流出的液态冷媒先进入补液罐3，再由补液罐3向供气罐4补液，为了避免补液时供气罐4压力波动过大，补液罐3的体积为V1，供气罐4的体积为V2，满足V1＜V2。体积和压力成反比，等量的冷媒在补液罐3内对内压的影响要大于在供气罐4时产生的影响，且冷媒进入供气罐4内后因温度升高而发生汽化，导致压力增加，供气罐4的体积较大可以平衡压力值。

在本申请的上述所有实施例中，优选地，供气罐4设有加热装置10，加热装置10根据供气罐4内液位、压力开启或关闭。供气罐4液态冷媒最低液位值为H0，供气罐液态冷媒补液液位值为H1，供气罐液态冷媒目标液位值为H2，其中H2＞H1＞H0。H0是限制电加热器开启的液位，必须保证电加热器被液态冷媒浸泡才能开启电加热器。H1是补液的液位，当液位降到H1说明供气罐中液态冷媒已经较少，需要进行补液控制了。H2是供气罐最高液位的一个控制，供气罐中液位不能高于H2，再往上是供气管路，液位过高，可能会造成液体进入第三通路15，并最终进入气悬浮轴承，影响气悬浮轴承的性能。

优选地，为了检测供气罐4内的液位和压力，供气罐4还设有液位传感器11、压力传感器12。

优选地，第一供气回路2包括第一通路13、第二通路14、第三通路15，第一通路13设置在取液口与补液罐3之间，第二通路14设置在补液罐3与供气罐4之间，第三通路15设置在供气罐4与气悬浮压缩机1之间。第一通路13设有第四调节阀16，第二通路14设有第三调节阀17，第三通路15设有第五调节阀18、过滤装置19。从而，第一供气回路2通过第四调节阀16控制第一通路13的通断，也就是控制取液口向补液罐3输送液态冷媒的通断，通过第三调节阀17控制第二通路14的通断，也就是控制补液罐3向供气罐4补液的通断，通过第五调节阀18控制第三通路15的通断，也就是控制供气罐4向气悬浮轴承供气的通断。

优选地，为了保证补液罐3及供气罐4的正常输液，冷媒循环回路还设有调节回气口，第一供气回路2还设有第一旁通路20、第二旁通路21，第一旁通路20设置在补液罐3与调节回气口之间，第二旁通路21设置在供气罐4与补液罐3之间，第一旁通路20设有第一调节阀22，第二旁通路21设有第二调节阀23。取液口向补液罐3输送液态冷媒时，第一调节阀22打开，第一旁通路20导通，使液态冷媒顺利流入补液罐3。补液罐3向供气罐4补液时，第二调节阀23打开，第二旁通路21导通，使液态冷媒顺利流入供气罐4。

优选地，调节回气口的位置与取液口位置对应，在实施例一中取液口位于蒸发器7的液态区，则调节回气口位于蒸发器7的气态区，相应的在实施例二中，调节回气口位于冷凝器8的气态区，在实施例三中，调节回气口位于闪发器9的气态区。

本申请提供的气悬浮轴承供气系统，根据机组实际设计情况，补液罐3可以从不同的部件取液，应用适用性更好，将补液罐、供气罐和机组蒸发器、冷凝器、闪发器布置在不同的高度，通过各阀门有序、灵活调节，利用重力及连通器原理，实现对气悬浮轴承持续稳定的供气，保证机组可靠稳定运行。

在离心冷水机组运行过程，可以分为四种不同的状态，①启动过程状态、②停机过程状态、③冷凝器压力与蒸发器压力差(冷凝压力减蒸发压力)偏小、④冷凝器压力与蒸发器压力差(冷凝压力减蒸发压力)足够大。

上述状态①中，压缩机输出不足，冷媒循环系统内部无法形成压差，气悬浮轴承正常运行必须外部系统供气。状态②中，机组电机停机后，气悬浮轴承因为惯性，还会惰转一段时间，需要供气系统持续供气，直到轴承停止运转。状态③中，虽然已经形成压差，但压差较小，所产生的供气压力不足以满足气悬浮轴承的正常需求。而状态④中，冷媒循环系统内部已经形成足够的压差，此时仅靠冷凝器内气态冷媒的压力就足以使气悬浮轴承正常运行。因此，在机组处于状态①②③时，需要借助第一供气回路2进行外部供气，状态④时，仅依靠机组自身就能完成供气，从而减小维持供气系统所需消耗的能量。

本申请还提供了一种采用气悬浮轴承供气系统的供气方法，包括：

工作模式一，当气悬浮压缩机1处于启动阶段、关机阶段，或冷媒循环系统内冷凝压力与蒸发压力的压力差值小于预设值时，即对应前述状态①②③时，液态冷媒通过取液口进入补液罐3，供气罐4向气悬浮压缩机1内气悬浮轴承供气。

优选地，当第一供气回路2包括第一通路13、第二通路14；第一旁通路20设有第一调节阀22，第二旁通路21设有第二调节阀23，第一通路13设有第四调节阀16，第二通路14设有第三调节阀17时，控制第一调节阀22、第四调节阀16打开，第二调节阀23、第三调节阀17关闭，液态冷媒经取液口进入补液罐3；

随着供气罐中的液态冷媒消耗，液态冷媒液位会不断降低，当供气罐4内液态冷媒液位＜H1时，进行补液，控制第一调节阀22、第四调节阀16关闭，第二调节阀23、第三调节阀17开启，利用重力和连通器原理，补液罐3中的液态冷媒往供气罐4中流动，供气罐4中液态冷媒得以补充。

进行补液时，可以通过预设时间周期，如设置补液时间为10秒，控制第一调节阀22、第四调节阀16打开，第二调节阀23、第三调节阀17关闭，持续10秒后，控制第一调节阀22、第四调节阀16关闭，第二调节阀23、第三调节阀17开启，此时取液口的液态冷媒又可以流向补液罐3，补液罐3中的液态冷媒得以再次充满，以便下一次为供气罐4补液，如此形成完整的闭环补液循环。

工作模式二，当冷媒循环系统内冷凝压力与蒸发压力的压力差值大于等于预设值时，即对应前述状态④时，采用冷媒循环系统中冷凝器8中气态冷媒向气悬浮轴承供气。

优选地，控制第一调节阀22、第四调节阀16开启，第二调节阀23、第三调节阀17关闭，加热装置10关闭，第五调节阀18根据压缩机轴承供气需求量调节阀门开度。

当供气罐4内设有加热装置10时，当供气罐4内液态冷媒液位≥H0时，加热装置10开启，反之，加热装置10关闭；

和/或，当供气罐4内压力＜P1，加热装置10开启；当P1≤供气罐4内压力≤P2时，加热装置10保持当前状态；当供气罐4内压力＞P2，加热装置10关闭。

为避免加热装置10频繁开闭，假设供气罐4内压力，由低于P1压力点时逐渐升压，到达P1压力点时，加热装置10开启，压力继续升高至P2点时，加热装置关闭。之后，随着供气消耗，供气罐4内压力由高于P2压力点逐渐下降，降至P2压力点时，加热装置10并不会立刻开启，而是随着压力进一步降至P1压力点时，加热装置10才再次启动。从而保证加热装置10的动作间隔了压力由P2降至P1的这段时间，加热装置10不进行频繁开闭，保证加热装置10的使用寿命，并能节省能源。

一种离心式冷水机组，采用上述的气悬浮轴承供气系统，或采用上述的供气方法。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。