本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2013年11月4日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮閜ct/us2013/068279、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01380007484.6、發(fā)明名稱(chēng)為“具有延伸行程的可變幾何形狀擴(kuò)散器及其控制方法”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求享有2012年11月9日提交的、名稱(chēng)為“variablegeometrydiffuserhavingextendedtravel”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)no.61/724,684的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益。

本發(fā)明涉及離心壓縮機(jī)，且更具體地涉及一種改進(jìn)的可變幾何形狀擴(kuò)散器機(jī)構(gòu)，其允許在離心壓縮機(jī)的包含啟動(dòng)和停機(jī)的完整運(yùn)行范圍內(nèi)改進(jìn)控制。

背景技術(shù)：

離心壓縮機(jī)在多種要求壓縮流體的設(shè)備(諸如，深冷器)中是有用的。壓縮機(jī)通過(guò)使流體經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的葉輪而運(yùn)行。葉輪對(duì)流體作用以增加流體的壓力。因?yàn)槿~輪的運(yùn)行在流動(dòng)中創(chuàng)建了逆向壓力梯度，所以某些壓縮機(jī)設(shè)計(jì)包含被定位在葉輪出口處的可變幾何形狀擴(kuò)散器，以在失速(stall)事件期間將流體流動(dòng)穩(wěn)定化，從而減輕失速。當(dāng)制冷劑流動(dòng)減小、同時(shí)跨過(guò)葉輪的壓力差被維持時(shí)，導(dǎo)致失速。失速不期望地產(chǎn)生了噪聲，導(dǎo)致振動(dòng)并且降低壓縮機(jī)的效率。

由于失速狀態(tài)僅在非常小百分比的壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間中存在，因此可變幾何形狀擴(kuò)散器的運(yùn)行類(lèi)似地被限制，以使得磨損和撕裂、載荷以及其它影響擴(kuò)散器機(jī)構(gòu)的總體壽命完整性的效用(function)被限制。然而，增加可變幾何形狀擴(kuò)散器機(jī)構(gòu)的使用將顯著地影響擴(kuò)散器機(jī)構(gòu)的總體可靠性和壽命。

nenstiel于2005年3月29日提交的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6,872,050(‘050專(zhuān)利)中闡述了一種現(xiàn)行的擴(kuò)散器設(shè)計(jì)。該‘050專(zhuān)利公開(kāi)了一種在壓縮機(jī)運(yùn)行期間被打開(kāi)和被閉合的可變幾何形狀擴(kuò)散器，其制造便宜、組裝容易、修理或更換簡(jiǎn)便，且響應(yīng)于初期失速狀態(tài)提供強(qiáng)制嚙合(positiveengagement)用于響應(yīng)于來(lái)自控制器的信號(hào)或命令而確定位置。

‘050專(zhuān)利的可變幾何形狀擴(kuò)散器設(shè)計(jì)利用了一個(gè)擴(kuò)散器環(huán)，該擴(kuò)散器環(huán)是在第一縮回位置與第二延伸位置之間可移動(dòng)的，在該第一縮回位置中經(jīng)過(guò)擴(kuò)散器間隙的流動(dòng)是無(wú)障礙的，而在該第二延伸位置中該擴(kuò)散器環(huán)響應(yīng)于檢測(cè)到失速而延伸到該擴(kuò)散器間隙中以改變經(jīng)過(guò)該擴(kuò)散器間隙的流體流動(dòng)。這是通過(guò)延伸該擴(kuò)散器環(huán)大體跨過(guò)該擴(kuò)散器間隙以改變流體流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。可以通過(guò)延伸該擴(kuò)散器環(huán)跨過(guò)該擴(kuò)散器間隙的大約75％來(lái)實(shí)現(xiàn)該減輕。該擴(kuò)散器環(huán)由驅(qū)動(dòng)環(huán)驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)環(huán)是從對(duì)應(yīng)于該擴(kuò)散器環(huán)的第一縮回位置的第一位置、對(duì)應(yīng)于該擴(kuò)散器環(huán)的第二延伸位置的第二位置、以及在該第一位置與該第二位置之間的任何中間位置可移動(dòng)的。該第二位置是在該擴(kuò)散器間隙的大約75％處的使系統(tǒng)穩(wěn)定以使失速被減輕的延伸位置。該驅(qū)動(dòng)環(huán)進(jìn)而被安裝到支持塊，且驅(qū)動(dòng)環(huán)相對(duì)于支持塊可旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，支持塊被安裝到噴嘴基板的背側(cè)面。該噴嘴基板被固定到與離心壓縮機(jī)的葉輪鄰近的殼體。雖然在壓縮機(jī)運(yùn)行期間，當(dāng)該擴(kuò)散器環(huán)處于其第二延伸位置時(shí)，該可變幾何形狀擴(kuò)散器設(shè)計(jì)在改變經(jīng)過(guò)該擴(kuò)散器間隙的流動(dòng)方面是有效的，但是在壓縮機(jī)停機(jī)期間，該擴(kuò)散器環(huán)不足以阻塞流動(dòng)以阻止壓縮機(jī)逆轉(zhuǎn)和相關(guān)聯(lián)的瞬態(tài)載荷也不足以當(dāng)該壓縮機(jī)從低載荷和低速度斜坡上升到高速度時(shí)避免在啟動(dòng)期間的瞬態(tài)喘振和失速。該可變幾何形狀擴(kuò)散器的使用由于在總體環(huán)面積上的壓力差而在該擴(kuò)散器環(huán)上生成載荷。當(dāng)該環(huán)處于其縮回位置時(shí)，壓縮的制冷劑經(jīng)過(guò)該環(huán)表面且遇到非常小的載荷。然而，當(dāng)該環(huán)移動(dòng)到其延伸位置進(jìn)入該擴(kuò)散器間隙時(shí)，高速度氣體經(jīng)過(guò)該擴(kuò)散器環(huán)的面，產(chǎn)生低壓力區(qū)域。在噴嘴基板的凹槽中的較高壓力氣體在該環(huán)的背側(cè)面上施加力?？梢杂?jì)算在該環(huán)上以及在該可變幾何形狀擴(kuò)散器機(jī)構(gòu)的其余部分上的載荷。它是該環(huán)的兩側(cè)上的氣體壓力差乘以該環(huán)的面積。本發(fā)明的可變幾何形狀擴(kuò)散器包含相對(duì)大的擴(kuò)散器環(huán)，其運(yùn)行必須克服相當(dāng)大的力，且其在運(yùn)行中必須承受相當(dāng)大的力。因此，所述機(jī)構(gòu)是相當(dāng)大的，且為克服這些力以運(yùn)行這些機(jī)構(gòu)所要求的能量同樣是相當(dāng)大的。然而，因?yàn)閮H在小百分比的壓縮機(jī)總體壽命期間內(nèi)嚙合該可變幾何形狀擴(kuò)散器，所以該可變幾何形狀擴(kuò)散器經(jīng)受的載荷、磨損以及撕裂是可接受的。

期望增加該可變幾何形狀擴(kuò)散器環(huán)的使用，以使得不僅僅是將其作為失速減輕設(shè)備使用。該可變幾何形狀擴(kuò)散器環(huán)不僅可以用于失速減輕設(shè)備，而且可以用于容量控制、喘振控制、改進(jìn)的下調(diào)(turndown)、壓縮機(jī)逆轉(zhuǎn)最小化和壓縮機(jī)停機(jī)期間的相關(guān)聯(lián)的瞬態(tài)載荷以及用于對(duì)啟動(dòng)瞬態(tài)的最小化。由于這樣的可變幾何形狀擴(kuò)散器的增加的使用，要求改進(jìn)的設(shè)備向整個(gè)離心機(jī)運(yùn)行提供期望的控制增強(qiáng)，同時(shí)向經(jīng)受增加的使用的該可變幾何形狀擴(kuò)散器提供長(zhǎng)壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種可變幾何形狀擴(kuò)散器(vgd)機(jī)構(gòu)。該vgd機(jī)構(gòu)包含擴(kuò)散器環(huán)，該擴(kuò)散器環(huán)如對(duì)vgd機(jī)構(gòu)預(yù)期的而延伸到減輕失速的擴(kuò)散器間隙中。然而，與現(xiàn)有技術(shù)的vgd機(jī)構(gòu)相比，本發(fā)明的vgd機(jī)構(gòu)延伸到該擴(kuò)散器間隙中更遠(yuǎn)，以使得本發(fā)明的vgd機(jī)構(gòu)可以被用來(lái)控制其他運(yùn)行效用。因此，該vgd機(jī)構(gòu)可以被用來(lái)通過(guò)防止在壓縮機(jī)停機(jī)期間制冷劑氣體反向流動(dòng)經(jīng)過(guò)該擴(kuò)散器間隙，來(lái)最小化在壓縮機(jī)停機(jī)期間的壓縮器逆轉(zhuǎn)以及相關(guān)聯(lián)的瞬態(tài)載荷。因?yàn)橥ㄟ^(guò)該擴(kuò)散器環(huán)的完全延伸大體阻塞了該擴(kuò)散器間隙，所以防止了制冷劑氣體的反向流動(dòng)。該vgd機(jī)構(gòu)還提供了更好的且更有效的壓縮機(jī)下調(diào)(turn-down)，減少了在低冷卻容量運(yùn)行期間將大量熱氣體旁路的需要。在啟動(dòng)期間，因?yàn)樵摽勺儙缀涡螤顢U(kuò)散器環(huán)可以被定位以阻止氣體隨著載荷和葉輪速度增加流動(dòng)經(jīng)過(guò)該擴(kuò)散器間隙，所以也可以有效地消除瞬態(tài)喘振和失速，從而減輕了在低速度時(shí)由啟動(dòng)載荷導(dǎo)致的問(wèn)題。本發(fā)明的vgd機(jī)構(gòu)也可以被用于容量控制，以便實(shí)現(xiàn)更有效的在低載荷時(shí)的下調(diào)。

雖然在某些狀態(tài)下，在正常運(yùn)行期間，該擴(kuò)散器環(huán)延伸跨過(guò)該擴(kuò)散器間隙以適應(yīng)通過(guò)該擴(kuò)散器間隙的減少的氣體流動(dòng)，但是由于隨著該葉輪在啟動(dòng)期間關(guān)于速度斜坡上升或在停機(jī)期間該葉輪的速度降低，該氣體流動(dòng)被顯著降低，因此在停機(jī)和啟動(dòng)期間該擴(kuò)散器環(huán)必須大體完全延伸跨過(guò)該擴(kuò)散器間隙。該擴(kuò)散器環(huán)的外邊緣包括凸緣，該凸緣當(dāng)完全延伸跨過(guò)該擴(kuò)散器間隙時(shí)大體阻止氣體流動(dòng)經(jīng)過(guò)該擴(kuò)散器間隙。該擴(kuò)散器環(huán)上的軸向力是該環(huán)的兩側(cè)上的壓力差與該環(huán)的面積的函數(shù)。當(dāng)該擴(kuò)散器環(huán)被延伸到該擴(kuò)散器間隙中時(shí)，高速度氣體經(jīng)過(guò)該環(huán)的外面，產(chǎn)生低壓力區(qū)域。在該環(huán)的第一側(cè)面上的較高壓力氣體提供在該環(huán)的第一側(cè)面上的力。該環(huán)上的整個(gè)軸向力是該環(huán)的第一側(cè)面與該環(huán)的對(duì)置的第二側(cè)面之間的氣體壓力差乘以該環(huán)的徑向面面積?？梢酝ㄟ^(guò)減少該環(huán)的面積來(lái)使該環(huán)上的軸向力最小化。通過(guò)減少該環(huán)延伸到該擴(kuò)散器間隙中的徑向?qū)挾?，該環(huán)上的軸向力與該環(huán)的寬度成比例地減小。雖然可以減小該環(huán)的寬度(厚度)以降低載荷，但是該環(huán)必須足夠厚以適應(yīng)來(lái)自經(jīng)過(guò)該環(huán)的流動(dòng)的增加的徑向力，否則該環(huán)將不作用以阻塞氣體有效地流動(dòng)且會(huì)遭受運(yùn)行故障。該環(huán)的厚度將取決于該壓縮器的容量在壓縮器之間變化，該環(huán)的厚度是相對(duì)的，該關(guān)系取決于幾個(gè)因素，最重要的是作用在該擴(kuò)散器環(huán)的第一內(nèi)圓柱形表面上和第二外圓柱形表面上的凈徑向流動(dòng)力，特別是在停機(jī)期間葉輪從運(yùn)行速度變慢時(shí)或在啟動(dòng)期間葉輪斜坡上升到運(yùn)行速度時(shí)。具有較大葉輪的較大壓縮機(jī)將會(huì)生成較高的流動(dòng)力并且經(jīng)受較高的載荷，要求較厚的環(huán)。但是，不管壓縮機(jī)的尺寸，減小該環(huán)上的軸向力減小了運(yùn)行該vgd機(jī)構(gòu)所必須的力。

該環(huán)上的作為結(jié)果的軸向載荷最終被傳送到致動(dòng)器機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的致動(dòng)器機(jī)構(gòu)包括的改進(jìn)允許它在無(wú)油環(huán)境中運(yùn)行，盡管其運(yùn)行并非僅受限于此。該致動(dòng)器機(jī)構(gòu)還被修改，以使得可以監(jiān)測(cè)該擴(kuò)散器環(huán)相對(duì)于殼體的對(duì)置的內(nèi)部面的位置且根據(jù)需要通過(guò)控制器調(diào)整該位置。該相關(guān)聯(lián)的凸輪軌道機(jī)構(gòu)也被修改，以使得可以在任意時(shí)間確定該環(huán)在該擴(kuò)散器間隙中的位置。

不僅該環(huán)必須足夠厚以在該壓縮機(jī)的壽命內(nèi)應(yīng)付徑向載荷，而且該環(huán)還必須與對(duì)置的殼體接界，以提供圍繞其圓周的均一的間隙且必須與殼體的內(nèi)面有效地匹配，該殼體的內(nèi)表面也必須被限定尺寸為均一。如果該間隙不充分均一，即，在可允許的容差以外，則加壓的氣體將在大于可允許的間隙位置處泄漏通過(guò)該間隙，使閉合的擴(kuò)散器環(huán)的目的失效，沒(méi)有減少與容量控制、喘振(它發(fā)生在停機(jī)和啟動(dòng)期間)以及與該改進(jìn)的vgd機(jī)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的運(yùn)行改進(jìn)相關(guān)的問(wèn)題。盡管在停機(jī)和啟動(dòng)期間消除在擴(kuò)散器環(huán)周?chē)倪@樣的泄漏不是現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的強(qiáng)制要求，為了使之有效，本發(fā)明的擴(kuò)散器環(huán)和對(duì)置的殼體的內(nèi)部面必須具有周密控制的匹配表面，以使得可以在一定范圍的狀態(tài)內(nèi)實(shí)現(xiàn)該vgd機(jī)構(gòu)的適當(dāng)運(yùn)行。

因此，在本發(fā)明中，為了影響對(duì)經(jīng)過(guò)該擴(kuò)散器間隙的氣體流動(dòng)的控制，該vgd機(jī)構(gòu)要求延伸該擴(kuò)散器環(huán)的到該擴(kuò)散器間隙中的行程的物理改變。除了延伸該擴(kuò)散器環(huán)的長(zhǎng)度到該擴(kuò)散器間隙中以允許大體充分閉合擴(kuò)散器間隙之外，響應(yīng)于壓力將該擴(kuò)散器環(huán)的徑向面積減小以減小在該環(huán)上的軸向力。另外，通過(guò)包含傳感器，控制器現(xiàn)在可以精確地監(jiān)測(cè)該擴(kuò)散器環(huán)的位置，且引導(dǎo)該致動(dòng)器機(jī)構(gòu)以響應(yīng)于壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在完全打開(kāi)的位置與完全閉合的位置之間精確地移動(dòng)該擴(kuò)散器環(huán)。較快作用機(jī)構(gòu)(fasteractingmechanism)可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該環(huán)位置的更好的控制且對(duì)深冷器系統(tǒng)瞬態(tài)(諸如，用跨過(guò)該壓縮機(jī)的壓力差啟動(dòng)，或電力故障停機(jī))作應(yīng)答。

本發(fā)明的改進(jìn)的可變幾何形狀擴(kuò)散器的附加的益處是消除了對(duì)用于容量控制和啟動(dòng)管理的預(yù)旋轉(zhuǎn)葉片的需要。預(yù)旋轉(zhuǎn)葉片和它們的機(jī)構(gòu)是復(fù)雜的、昂貴的、且要求它們自己的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制。

從下面結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的更詳細(xì)的描述中，將明了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)；所述附圖以實(shí)施例的方式例示了本發(fā)明的原理。

附圖說(shuō)明

圖1是在利用了可移動(dòng)擴(kuò)散器環(huán)的離心壓縮機(jī)中的現(xiàn)有技術(shù)的可變幾何形狀擴(kuò)散器的橫截面視圖。

圖2提供了現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)散器環(huán)的立體視圖。

圖3是本發(fā)明的可變幾何形狀擴(kuò)散器的橫截面視圖。

圖4是本發(fā)明的擴(kuò)散器環(huán)的俯視圖。

圖5是示出了在本發(fā)明的擴(kuò)散器環(huán)上的載荷分布的橫截面視圖。

圖6總體描繪了可變幾何形狀擴(kuò)散器的驅(qū)動(dòng)環(huán)運(yùn)行。

圖7描繪了本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)環(huán)的線(xiàn)性致動(dòng)器的安排。

圖8描繪了在本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)環(huán)的圓周中的凸輪軌道。

圖9描繪了在現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)環(huán)的圓周中的凸輪軌道。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明闡述了一種用于離心壓縮機(jī)的改進(jìn)的vgd機(jī)構(gòu)。圖1以橫截面圖總體描繪了現(xiàn)有技術(shù)的可變?nèi)萘康碾x心壓縮機(jī)100，其利用具有可移動(dòng)的擴(kuò)散器環(huán)130的vgd機(jī)構(gòu)來(lái)控制流體經(jīng)過(guò)擴(kuò)散器間隙134的流動(dòng)，諸如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6,872,050中公開(kāi)的，該專(zhuān)利已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人且以引用的方式整體納入本文。圖1總體表示當(dāng)前最先進(jìn)的可變?nèi)萘康碾x心壓縮機(jī)。

如圖1中例示的，壓縮機(jī)100包含：擴(kuò)散器板120，如所示，擴(kuò)散器板120與該壓縮機(jī)殼體成整體；葉輪122；以及噴嘴基板126。擴(kuò)散器環(huán)130是可變幾何形狀擴(kuò)散器110的一部分，擴(kuò)散器環(huán)130被組裝到凹槽132中且被安裝到驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)140上，凹槽132被機(jī)械加工到噴嘴基板126中。在圖1的橫截面圖中還示出了凸輪從動(dòng)件200，其插入到凸輪軌道262中，凸輪軌道262位于驅(qū)動(dòng)環(huán)250中。凸輪從動(dòng)件200連接到驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)140。如在’050專(zhuān)利中充分討論的，這些機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)環(huán)250的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成擴(kuò)散器環(huán)130的軸向運(yùn)動(dòng)。內(nèi)圓周凹槽260支持軸向軸承(未示出)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)環(huán)250旋轉(zhuǎn)時(shí)，該軸向軸承抵抗驅(qū)動(dòng)環(huán)250的軸向運(yùn)動(dòng)。

擴(kuò)散器環(huán)130可移動(dòng)遠(yuǎn)離凹槽132且進(jìn)入擴(kuò)散器間隙134中，擴(kuò)散器間隙134將擴(kuò)散器板120和噴嘴基板126分開(kāi)。制冷劑經(jīng)過(guò)擴(kuò)散器間隙134，擴(kuò)散器間隙134是在葉輪122與蝸殼(未示出)之間的中間，該蝸殼接收離開(kāi)擴(kuò)散器110的制冷劑。制冷劑可通過(guò)該蝸殼到附加的壓縮級(jí)或到冷凝器(也未示出)。在完全縮回位置，擴(kuò)散器環(huán)130被嵌套在噴嘴基板126中的凹槽132內(nèi)，且擴(kuò)散器間隙134處于允許制冷劑最大流動(dòng)的狀態(tài)下。在完全延伸位置，擴(kuò)散器環(huán)130延伸跨過(guò)擴(kuò)散器間隙134，這減小了用于制冷劑通過(guò)擴(kuò)散器間隙134的空隙。擴(kuò)散器環(huán)130可以被移動(dòng)到該縮回位置和延伸位置中間的任何位置。

葉輪122的旋轉(zhuǎn)對(duì)流體(通常是制冷劑，在葉輪入口124處進(jìn)入)做功從而增加該流體的壓力。如本領(lǐng)域公知的，當(dāng)較高速度的制冷劑被引導(dǎo)向蝸殼且最終被引導(dǎo)向壓縮機(jī)出口時(shí)，該較高速度的制冷劑退出該葉輪并且通過(guò)擴(kuò)散器間隙134。擴(kuò)散器110包括擴(kuò)散器板120、噴嘴基板126、和形成在擴(kuò)散器板120與噴嘴基板126之間的擴(kuò)散器間隙134、以及被用于調(diào)整擴(kuò)散器間隙134的擴(kuò)散器環(huán)130，擴(kuò)散器110減小了來(lái)自葉輪122的制冷劑的速度從而增加了該制冷劑在該擴(kuò)散器出口處的壓力。

如果壓縮機(jī)流動(dòng)速率減小以適應(yīng)例如對(duì)深冷器的冷卻需要的減少，且在跨過(guò)葉輪122兩側(cè)維持相同的壓力，則退出葉輪122的流體流動(dòng)可以變得不穩(wěn)定且可能交替地前后流動(dòng)，以產(chǎn)生上文所討論的失速狀態(tài)和/或喘振狀態(tài)。響應(yīng)于較低的制冷劑流動(dòng)，為防止喘振狀態(tài)形成，擴(kuò)散器間隙134被減少以減小葉輪出口處的面積并使流體流動(dòng)穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^(guò)將擴(kuò)散環(huán)130移動(dòng)到間隙134中以通過(guò)在凹槽132中移動(dòng)擴(kuò)散器環(huán)來(lái)減小間隙134的橫截面積或增加間隙134的橫截面積來(lái)改變擴(kuò)散器間隙134。然而，因?yàn)楸挥糜隍?qū)動(dòng)擴(kuò)散器環(huán)130的機(jī)構(gòu)，擴(kuò)散器環(huán)在間隙134中的確切位置未知，除了在該擴(kuò)散器環(huán)的極限位置處，即，當(dāng)完全延伸或完全縮回時(shí)。此外，因?yàn)樵凇?50專(zhuān)利的發(fā)明中擴(kuò)散器環(huán)和擴(kuò)散器板的幾何形狀未被周密地控制，即使當(dāng)擴(kuò)散器環(huán)130被完全延伸時(shí)，允許通過(guò)該擴(kuò)散器環(huán)的泄露的間隙可能仍然存在。在‘050專(zhuān)利的圖6和7中闡述了現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)散器環(huán)130?！?50專(zhuān)利的圖6被復(fù)制在此作為圖2。在‘050專(zhuān)利中充分描述了所述特征，其中150是擴(kuò)散器環(huán)130的第一面，152是擴(kuò)散器環(huán)130的另一面，154是擴(kuò)散器環(huán)130的內(nèi)圓周壁，156是擴(kuò)散器環(huán)130的外圓周壁，且158是被用于將該擴(kuò)散器環(huán)組裝到匹配零件以便于其運(yùn)動(dòng)的孔。然而，由于‘050專(zhuān)利的vgd機(jī)構(gòu)被用于控制基于相關(guān)噪聲和振動(dòng)的失速，因此出于其期望的目的，該配置是可接受的，但是其用于其他效用的用途被限制。

現(xiàn)在將進(jìn)一步參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的改進(jìn)的可變幾何形狀擴(kuò)散器(vgd)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的vgd機(jī)構(gòu)還執(zhí)行除了控制旋轉(zhuǎn)失速以外的效用，且因此要求不同的配置以及不同的控制機(jī)構(gòu)。

在圖3中闡述了本發(fā)明的vgd機(jī)構(gòu)810。它具有許多與先前的vgd相似之處；然而，它還具有顯著的不同，這些不同可以影響壓縮機(jī)的運(yùn)行。本發(fā)明的擴(kuò)散器環(huán)830具有與現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)散器環(huán)130不同的橫截面輪廓。擴(kuò)散器環(huán)130在圖2中的立體視圖中示出，且具有矩形橫截面。相比之下，本發(fā)明的擴(kuò)散器環(huán)830具有l(wèi)形橫截面，如圖3和圖4的橫截面圖中示出的。擴(kuò)散器環(huán)830包含一對(duì)大體正交的凸緣：可延伸到擴(kuò)散器間隙134內(nèi)的第一凸緣833；以及大體垂直于第一凸緣的第二凸緣835，第二凸緣835大體平行于該擴(kuò)散器間隙和氣體流動(dòng)的方向延伸。大體正交的凸緣意味著凸緣彼此在包含90°±15°的范圍內(nèi)延伸，其中正交的凸緣彼此成90°延伸。第二凸緣大體平行于該擴(kuò)散器間隙和氣體流動(dòng)的方向延伸，意味著正交的凸緣在包含0°±15°的范圍內(nèi)延伸，其中0°是平行。當(dāng)擴(kuò)散器環(huán)830被組裝到該壓縮機(jī)中作為vgd機(jī)構(gòu)810的一個(gè)元件時(shí)，第一凸緣833朝向擴(kuò)散器板120的對(duì)置的面延伸。注意，與現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)散器環(huán)130相比，第一凸緣833提供擴(kuò)散器環(huán)830有更遠(yuǎn)地延伸到擴(kuò)散器間隙134內(nèi)能力，因?yàn)橥咕?33在軸向方向上提供了延伸尺度，即，延伸到擴(kuò)散器間隙134中。擴(kuò)散器環(huán)830上的軸向力是在第一凸緣833兩側(cè)的壓力差導(dǎo)致的。當(dāng)擴(kuò)散器環(huán)833被完全縮回時(shí)，該軸向力在其最小值，由于沒(méi)有壓力差存在。然而，當(dāng)?shù)谝煌咕?33被延伸到擴(kuò)散器間隙134中時(shí)，高速度氣體經(jīng)過(guò)該環(huán)的第一凸緣833的面，創(chuàng)建了低壓力區(qū)域。噴嘴極板126的凹槽中的較高壓力氣體向第二凸緣835施加壓力。環(huán)830上的以及該機(jī)構(gòu)上的力(該力導(dǎo)致該環(huán)移動(dòng)到擴(kuò)散器間隙134和移動(dòng)離開(kāi)擴(kuò)散器間隙134)是氣體壓力的差乘以擴(kuò)散器凸緣833的面面積，如先前所討論的。

通過(guò)減小第一凸緣833的總體徑向厚度來(lái)減小環(huán)830上的軸向力，當(dāng)?shù)谝煌咕?33被延伸時(shí)，第一凸緣833是延伸到擴(kuò)散器間隙134中的擴(kuò)散器環(huán)830的一部分，第一凸緣的徑向厚度垂直于擴(kuò)散器間隙134中氣體流動(dòng)的方向。參照?qǐng)D3和擴(kuò)散器環(huán)830，與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的擴(kuò)散器環(huán)130相比較，第一凸緣833突出到擴(kuò)散器間隙134中的面積被減小。第一凸緣833的徑向厚度已經(jīng)被減小大約2/3，從而成比例地減小了擴(kuò)散器上的載荷，即，減小大約2/3，由于載荷與第一凸緣833在擴(kuò)散器間隙內(nèi)的面面積成比例。

第一凸緣833的徑向厚度的減小，減小了可用于附接致動(dòng)裝置的空間，該致動(dòng)裝置將擴(kuò)散器環(huán)830從其縮回位置移動(dòng)到其延伸位置。第二凸緣835被設(shè)置以允許這樣的附接，如圖3中所示出的。第二凸緣835駐留在噴嘴基板中的凹槽837中，在凹槽837中移動(dòng)的第二凸緣835允許擴(kuò)散器環(huán)凸緣833移動(dòng)進(jìn)入擴(kuò)散器間隙134中或移動(dòng)離開(kāi)擴(kuò)散器間隙134。噴嘴基板126中的凹槽837還被要求以允許將擴(kuò)散器環(huán)830組裝到該vgd機(jī)構(gòu)。第二凸緣835周?chē)拇髲较蜷g隙允許高壓力氣體，該高壓力氣體進(jìn)入凹槽837，以使第二凸緣835的每側(cè)上相等，從而不貢獻(xiàn)與擴(kuò)散器環(huán)830上的氣體壓力關(guān)聯(lián)的載荷。因此，當(dāng)?shù)谝煌咕?33延伸到擴(kuò)散器間隙134中時(shí)，擴(kuò)散器環(huán)830上的總體壓力載荷是作用在第一凸緣833的暴露的位置的面積上的制冷器的壓力?？梢苿?dòng)的覆蓋板839被組裝到噴嘴基板126且被提供以利于該擴(kuò)散器環(huán)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的組裝。當(dāng)制冷劑氣體流動(dòng)到壓縮機(jī)排放口時(shí)，覆蓋板839為制冷劑氣體的流動(dòng)提供平滑的、流線(xiàn)型的表面，減小了此區(qū)域中的湍流的可能性。

在形成凸緣833期間，必須周密地提供具有預(yù)選的徑向厚度的凸緣833。如圖5中所描繪的，圖5示出了組裝到噴嘴基板126的擴(kuò)散器環(huán)830的橫截面，當(dāng)擴(kuò)散器環(huán)830被延伸到擴(kuò)散器間隙134中時(shí)，高壓力制冷劑沖擊第一凸緣833，如由制冷劑流動(dòng)863所指示的。圖5指示第一凸緣833上的徑向壓力。確定凸緣833的徑向厚度時(shí)將考慮的另一個(gè)因素是被暴露到相當(dāng)大壓力波動(dòng)的擴(kuò)散器環(huán)833的疲勞壽命。此外，在本發(fā)明中，為了vgd機(jī)構(gòu)增加其容量控制能力、改進(jìn)下調(diào)能力、喘振控制、以及啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)壓縮機(jī)瞬態(tài)載荷最小化的能力，擴(kuò)散器環(huán)830必須盡可能緊密地延伸到擴(kuò)散器板120。為了盡可能的減小該間隙，擴(kuò)散器板120具有周密地受控的尺度，從而在凸緣833的面以及匹配擴(kuò)散器板120的面的平整度方面，凸緣833必須具有周密地受控的容差設(shè)定(tolerancing)。如果凸緣太薄，則它可能不能夠?qū)⑦@些幾何形狀特征維持在期望的容差(tolerance)內(nèi)，如機(jī)構(gòu)(諸如，回彈)可能發(fā)生，其可以不利地影響容差。從容差偏離將增加凸緣周?chē)医?jīng)過(guò)該擴(kuò)散器間隙的泄漏，從而防止該vgd機(jī)構(gòu)被有效的用于容量控制、下調(diào)、在啟動(dòng)和停機(jī)以及喘振期間的瞬態(tài)控制，盡管該vgd機(jī)構(gòu)可以保持在失速減輕中使用的能力。如可以看到的，擴(kuò)散器環(huán)830且尤其擴(kuò)散器環(huán)凸緣833理想地必須具有盡可能小凸緣厚度，以使作用在它上的力最小，但必須具有足夠的厚度以避免在制造期間的回彈且滿(mǎn)足運(yùn)行期間的疲勞同時(shí)抵抗向它施加的力。

對(duì)于該可移動(dòng)的擴(kuò)散環(huán)的運(yùn)行的一個(gè)重要方面在于維持幾何形狀容差，以便當(dāng)擴(kuò)散器環(huán)830被完全縮回時(shí)，使擴(kuò)散器環(huán)830周?chē)医?jīng)過(guò)擴(kuò)散器間隙134的泄漏最小。具有較高制冷劑容量的壓縮機(jī)可以要求對(duì)凸緣厚度的另外的增加，以適應(yīng)在較寬的擴(kuò)散器寬度內(nèi)的較高的壓力，以滿(mǎn)足上文引用的相互矛盾的設(shè)計(jì)要求。

其他考慮也影響本發(fā)明的可變幾何形狀擴(kuò)散器機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)。近期壓縮機(jī)設(shè)計(jì)利用電磁軸承而不是先前設(shè)計(jì)中通常使用的機(jī)械軸承。利用電磁軸承的壓縮機(jī)避免了油的使用。然而，利用機(jī)械軸承的壓縮機(jī)中的某些油有助于潤(rùn)滑致動(dòng)器機(jī)構(gòu)，該致動(dòng)器機(jī)構(gòu)被用于將現(xiàn)有設(shè)計(jì)中的擴(kuò)散器環(huán)130在擴(kuò)散器間隙134中從縮回位置移動(dòng)到延伸位置。

本發(fā)明的可變幾何形狀的擴(kuò)散器810還利用改進(jìn)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，該改進(jìn)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在采用具有標(biāo)準(zhǔn)潤(rùn)滑的機(jī)械軸承的常規(guī)離心壓縮機(jī)中，或在大體無(wú)潤(rùn)滑的環(huán)境中利用電磁軸承的離心壓縮機(jī)是可操作的。通常，在圖6中描繪了移動(dòng)擴(kuò)散器環(huán)830的機(jī)構(gòu)且該機(jī)構(gòu)包含驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)140，該驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)在凸輪軌道862中行進(jìn)。驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)140將第二凸緣835連接到驅(qū)動(dòng)環(huán)850，以便驅(qū)動(dòng)環(huán)850的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致擴(kuò)散器環(huán)830從擴(kuò)散器間隙134中的可逆的縮回位置到可逆的延伸位置的平移運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)環(huán)850對(duì)應(yīng)于圖1中的驅(qū)動(dòng)環(huán)250。驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)140到本發(fā)明的可變幾何形狀擴(kuò)散器810的凸輪從動(dòng)件200的安排也與現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)散器110的安排完全相同，如圖1中示出的。當(dāng)驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)140在凸輪軌道862中移動(dòng)時(shí)，被附接到驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)140的凸輪從動(dòng)件220遵循驅(qū)動(dòng)環(huán)850中的凸輪軌道862。除了在圖9中最佳地示出的驅(qū)動(dòng)環(huán)250的凸輪軌道幾何形狀262與在圖6和8中示出的驅(qū)動(dòng)環(huán)850的凸輪軌道幾何形狀862的重要差異之外，本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)環(huán)850與圖1的驅(qū)動(dòng)環(huán)250完全相同。驅(qū)動(dòng)環(huán)850到擴(kuò)散器環(huán)830的附接與驅(qū)動(dòng)環(huán)250到驅(qū)動(dòng)器環(huán)230的附接完全相同，除了驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)140到各個(gè)擴(kuò)散器環(huán)130和830的連接點(diǎn)之外。本發(fā)明的擴(kuò)散器環(huán)830具有凸緣形狀配置且驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)140連接到擴(kuò)散器環(huán)830的第二凸緣835。當(dāng)然，驅(qū)動(dòng)器環(huán)130中不存在第二凸緣830，因?yàn)樗且粋€(gè)簡(jiǎn)單的圓柱形環(huán)，如圖1中的橫截面中所示出的。

現(xiàn)在參照?qǐng)D7，本發(fā)明的致動(dòng)器811與控制器結(jié)合運(yùn)行，以使得其運(yùn)行可以被編程。致動(dòng)器811是線(xiàn)性致動(dòng)器且包含驅(qū)動(dòng)桿896，驅(qū)動(dòng)桿896被附接到驅(qū)動(dòng)馬達(dá)898。驅(qū)動(dòng)桿896被直接附接到操縱桿901，操縱桿901被附接到驅(qū)動(dòng)環(huán)850。驅(qū)動(dòng)桿896的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)環(huán)850。

現(xiàn)在參照?qǐng)D8,位于驅(qū)動(dòng)環(huán)850的外圓周表面252上的凸輪軌道862具有預(yù)選的寬度和深度，以接受凸輪從動(dòng)件200。通常，有三個(gè)凸輪軌道862，它們位于驅(qū)動(dòng)環(huán)850的圓周表面252中，盡管圖8中僅示出了一個(gè)。凸輪軌道862從驅(qū)動(dòng)環(huán)250的底部表面258朝向驅(qū)動(dòng)環(huán)850的頂部表面256延伸，在這些表面之間以一個(gè)角度延伸，且優(yōu)選地沿著一條大體直線(xiàn)。凸輪軌道862的形狀現(xiàn)在是具有預(yù)選的大體線(xiàn)性斜率的斜坡，如與圖9中示出的在該斜坡的每端處具有扁平部267和269的現(xiàn)有技術(shù)的凸輪軌道262的區(qū)別?，F(xiàn)有技術(shù)的扁平部導(dǎo)致原始阻尼馬達(dá)的不精確的定位和行進(jìn)能力且以適應(yīng)該機(jī)構(gòu)在完全縮回位置處的調(diào)整。所述扁平部防止對(duì)該機(jī)構(gòu)的損害，因?yàn)樗鐾咕壪嗽诿總€(gè)行進(jìn)極限處卡住的可能性，從而不精確定位不是現(xiàn)有技術(shù)的凸輪軌道的運(yùn)行和能力中的因素。

與之相反，致動(dòng)器811(一個(gè)實(shí)施方案中的線(xiàn)性致動(dòng)器)與線(xiàn)性凸輪軌道862結(jié)合運(yùn)行，以控制驅(qū)動(dòng)環(huán)850，它進(jìn)而將擴(kuò)散器環(huán)830定位在擴(kuò)散器間隙134中，致動(dòng)器811提供了較快的動(dòng)作、可變的速度、定位精確度和第一凸緣833在擴(kuò)散器間隙134中的位置定位的準(zhǔn)確的反饋。本發(fā)明的系統(tǒng)允許擴(kuò)散器環(huán)830相對(duì)于擴(kuò)散器間隙134在擴(kuò)散器環(huán)830的極限處的預(yù)備修正，允許擴(kuò)散器環(huán)830不僅僅是被用于失速減輕。當(dāng)然，致動(dòng)器的桿(lever)和聯(lián)動(dòng)裝置(linkage)與附接到驅(qū)動(dòng)環(huán)250的操縱桿901之間的連接的簡(jiǎn)化提供另一些優(yōu)點(diǎn)。

在本發(fā)明的vgd機(jī)構(gòu)810最初設(shè)定期間，或每當(dāng)期望后續(xù)校準(zhǔn)時(shí)，該致動(dòng)器僅運(yùn)行以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)環(huán)250，將凸輪從動(dòng)件200從凸輪軌道862中的行程的一端朝向凸輪軌道862中的軌道的相對(duì)端移動(dòng)。可以使用能夠完成該任務(wù)的任何致動(dòng)器或馬達(dá)，盡管優(yōu)選地是使凸輪從動(dòng)件200在凸輪軌道862中快速移動(dòng)的設(shè)備。雖然旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器是可以使用的一個(gè)變體，但是線(xiàn)性致動(dòng)器是優(yōu)選的。在凸輪軌道862的每端處的行程端對(duì)應(yīng)于第一凸緣833的完全延伸位置和第一凸緣833的完全縮回位置。擴(kuò)散器間隙134在第一凸緣833處的最大尺度(它是擴(kuò)散器板120到覆蓋板839的外表面之間的距離)是已知的距離，可以基于制造和組裝來(lái)確定或測(cè)量該距離?？刂破鞯木幊坦δ馨缦履芰Γ簝?chǔ)存和保存擴(kuò)散器環(huán)830的極限位置、擴(kuò)散器間隙134在第一凸緣833處的最大尺度且具體地第一凸緣833相對(duì)于擴(kuò)散器板120、覆蓋板839和致動(dòng)器811的最大尺度，因此不僅所述極限位置是已知的，而且擴(kuò)散器間隙134在任何時(shí)間的開(kāi)口大小也是已知的(基于第一凸緣833的位置)，因此可以基于壓縮機(jī)100的運(yùn)行狀態(tài)的改變快速地調(diào)整擴(kuò)散器間隙134處的開(kāi)口大小?？梢孕?zhǔn)擴(kuò)散器環(huán)830在行程的極限處的位置，且在不使用附加的傳感器的前提下，可以確定擴(kuò)散器環(huán)在這些極限內(nèi)的任意處的位置。來(lái)自該致動(dòng)器的信號(hào)用作校準(zhǔn)程序的一部分，以及在校準(zhǔn)之后確定擴(kuò)散器環(huán)830的位置。此外，如果作為擴(kuò)散器環(huán)830的位置的精確度的問(wèn)題在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)，可以根據(jù)期望完成重新校準(zhǔn)。該編程功能允許致動(dòng)器811以正常方式運(yùn)行和移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器環(huán)830，該運(yùn)動(dòng)基于壓縮機(jī)100的正常瞬態(tài)。然而，致動(dòng)器811還可以以快速模式運(yùn)行，這允許擴(kuò)散器環(huán)830移動(dòng)到完全延伸位置，如果檢測(cè)到即將發(fā)生的喘振和失速，則擴(kuò)散器間隙134在該完全延伸位置中根據(jù)要求被完全縮回。如在此所使用的，充分限制的擴(kuò)散器間隙134是這樣的，其中擴(kuò)散環(huán)830被完全延伸，從而使得擴(kuò)散器間隙134的開(kāi)口大小在最小處。雖然當(dāng)擴(kuò)散器環(huán)830處于完全延伸位置時(shí)，vgd機(jī)構(gòu)810的設(shè)計(jì)不提供100％的氣體密封，但是它確實(shí)提供超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的vgd機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)改進(jìn)，當(dāng)擴(kuò)散器環(huán)130處于完全延伸位置時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的vgd機(jī)構(gòu)僅提供擴(kuò)散器間隙134的75％的減小。本發(fā)明的改進(jìn)允許使泄漏最小化到這樣的程度——它不再影響深冷器控制下調(diào)或啟動(dòng)以及停機(jī)喘振。因此，完全限制的擴(kuò)散器間隙134和/或完全延伸的擴(kuò)散器環(huán)130在效用上是一種不影響深冷器控制下調(diào)或啟動(dòng)以及停機(jī)喘振的。

通過(guò)致動(dòng)器811快速定位擴(kuò)散器環(huán)830的能力還允許在正常運(yùn)行期間對(duì)離心壓縮機(jī)的容量控制。此外，控制擴(kuò)散器環(huán)830的定位以使得限制制冷劑通過(guò)擴(kuò)散器間隙134的流動(dòng)的能力，允許在需要使用熱制冷劑氣體旁路之前的較大的深冷下調(diào)。深冷器下調(diào)被定義為當(dāng)仍允許連續(xù)運(yùn)行而不必將壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)能夠通過(guò)壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)的最小容量。這是有利的，因?yàn)闊釟怏w旁路或其他類(lèi)似的方式對(duì)于實(shí)現(xiàn)低壓縮機(jī)容量是相當(dāng)?shù)托实姆绞?，因?yàn)樗笥弥评鋭┝魅藶榈丶虞d該壓縮機(jī)。

通過(guò)致動(dòng)器811對(duì)擴(kuò)散器環(huán)830的快速定位還允許在停機(jī)期間對(duì)氣體流經(jīng)擴(kuò)散器間隙134的迅速控制。深冷器的制冷劑循環(huán)要求機(jī)械功(壓縮器/馬達(dá))產(chǎn)生制冷劑壓力上升且將制冷劑從蒸發(fā)狀態(tài)移動(dòng)到冷凝狀態(tài)。在正常“軟”停機(jī)期間，壓縮機(jī)速度被以受控的方式減小，以允許使蒸發(fā)器和冷凝器殼中的壓力相等，從而在停機(jī)期間消除大瞬態(tài)或翻轉(zhuǎn)(upset)狀態(tài)。然而，當(dāng)該系統(tǒng)要求立即停機(jī)時(shí)，諸如，由于馬達(dá)失去電力(電力中斷、故障、安全性等)，沒(méi)有維持冷凝器殼中的高壓力的方式。用于使系統(tǒng)壓力平衡的唯一機(jī)構(gòu)是通過(guò)制冷劑從高壓冷凝器通過(guò)壓縮機(jī)到低壓蒸發(fā)器的回流。當(dāng)壓縮機(jī)沒(méi)有電力時(shí)，葉輪不期望地表現(xiàn)為渦輪，其中能量從冷凝器中的高壓力流體傳遞到壓縮機(jī)，此時(shí)制冷劑壓力均等化、流動(dòng)到低壓力(蒸發(fā)器)側(cè)、使壓縮機(jī)葉輪向后(與設(shè)計(jì)意圖相反)旋轉(zhuǎn)。在失去電力的情況下，可以提供備用電池給致動(dòng)器811供電，以確保vgd在停機(jī)下維持運(yùn)行。此外，在停機(jī)期間，軸承載荷可能在它們的最高水平，如果逆轉(zhuǎn)，則喘振或失速發(fā)生。擴(kuò)散器間隙134通過(guò)vgd機(jī)構(gòu)810的快速反應(yīng)閉合，避免了在停機(jī)時(shí)軸承穩(wěn)定性問(wèn)題。它還釋放這些較高載荷中的一部分，因此可以使用較低載荷軸承，這也轉(zhuǎn)變成成本節(jié)省，因?yàn)檫@樣的軸承是較便宜的。閉合擴(kuò)散器間隙134創(chuàng)建了對(duì)制冷劑通過(guò)壓縮機(jī)100回流的阻力。

擴(kuò)散器環(huán)830通過(guò)致動(dòng)器811的快速定位還允許在啟動(dòng)期間對(duì)氣體流經(jīng)擴(kuò)散器間隙134的控制。在啟動(dòng)期間，如果水泵已經(jīng)以冷水流經(jīng)蒸發(fā)器而熱水流經(jīng)冷凝器的方式運(yùn)行，則在壓縮機(jī)上可能已經(jīng)有相當(dāng)大的載荷。在該情況下，壓縮機(jī)可以經(jīng)過(guò)失速和喘振，直到它達(dá)到足夠的速度以克服該系統(tǒng)的壓力差。以閉合的vgd作為開(kāi)始，能夠避免在這些狀態(tài)下的瞬態(tài)喘振。因此，在啟動(dòng)之前，控制器可以自動(dòng)地命令致動(dòng)器811以將擴(kuò)散器環(huán)830移動(dòng)到完全延伸位置，閉合擴(kuò)散器間隙134。該控制器然后可以命令致動(dòng)器811基于感測(cè)的狀態(tài)(諸如，感測(cè)的壓力或壓縮機(jī)速度)將擴(kuò)散器環(huán)830(如果期望的根據(jù)編程的算法)從其完全延伸位置縮回。

與先前設(shè)計(jì)相比，該可變幾何形狀擴(kuò)散器的組裝的大部分可以維持未改變。然而，在本發(fā)明中，設(shè)計(jì)被修改以至于在正常壓縮機(jī)運(yùn)行期間在任意時(shí)間擴(kuò)散器環(huán)830相對(duì)于擴(kuò)散器板120的精確位置是已知的，這允許擴(kuò)散器間隙134的精確開(kāi)口大小在任意時(shí)間是已知的。這是用不要求或利用附加工藝潤(rùn)滑的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的vgd機(jī)構(gòu)810(不像現(xiàn)有技術(shù)的vgd機(jī)構(gòu))優(yōu)選地可以被用在無(wú)油壓縮機(jī)(諸如，利用電磁軸承的那些壓縮機(jī))中。然而，它也可以被用在利用油潤(rùn)滑的壓縮機(jī)中。

精確地定位擴(kuò)散器環(huán)830的能力允許在壓縮機(jī)運(yùn)行期間基于壓縮機(jī)需求和/或輸出(例如，深冷器冷卻載荷，以及冷凝器與蒸發(fā)器之間的壓力差)對(duì)擴(kuò)散器間隙進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，且在校準(zhǔn)程序期間這些精細(xì)調(diào)整可以被編程到控制器中且被儲(chǔ)存在該控制器中。例如，當(dāng)受制約的空間中的溫度變化時(shí)，擴(kuò)散器間隙134可以被修改以對(duì)應(yīng)于對(duì)深冷器的冷卻需求，該溫度變化對(duì)應(yīng)于壓縮機(jī)需求。可以將對(duì)壓縮機(jī)的需求與實(shí)際壓縮機(jī)輸出進(jìn)行比較。因此，如果需求稍微增加，諸如，以稍微冷卻該空間或以將該空間維持在一定溫度下(當(dāng)外部溫度增加時(shí))，以及如果需求要求壓縮機(jī)輸出稍微增加，則擴(kuò)散器間隙134可以被稍微增加。如果需求急劇增加，諸如，通過(guò)顯著降低該空間中的溫度的需求，以及壓縮機(jī)輸出要求有相應(yīng)的大的增加時(shí)，則擴(kuò)散器間隙134可以被完全打開(kāi)，以適應(yīng)增加的制冷劑流動(dòng)。擴(kuò)散器環(huán)830的位置，且因此擴(kuò)散器間隙134的開(kāi)口大小，可以被校準(zhǔn)且校準(zhǔn)結(jié)果可以被儲(chǔ)存在控制器中。因此，當(dāng)壓縮機(jī)需求是100％時(shí)，當(dāng)擴(kuò)散器環(huán)830被完全縮回時(shí)，擴(kuò)散器間隙可以被完全打開(kāi)。當(dāng)擴(kuò)散器環(huán)凸緣833完全縮回在凹槽832內(nèi)時(shí)，完全縮回的擴(kuò)散器環(huán)830出現(xiàn)。當(dāng)擴(kuò)散器凸緣833完全延伸進(jìn)入擴(kuò)散器間隙134時(shí)，諸如在壓縮器停機(jī)時(shí)，完全延伸的擴(kuò)散器環(huán)830出現(xiàn)。這兩個(gè)狀態(tài)表示壓縮機(jī)運(yùn)行的極限。

如所提及，可以使用擴(kuò)散器環(huán)830在這些極限位置處的位置和來(lái)自致動(dòng)器的確定擴(kuò)散器環(huán)830的在這些極限位置之間的位置的信號(hào)來(lái)編程該控制器。此外，運(yùn)行狀態(tài)可以被關(guān)聯(lián)到擴(kuò)散器環(huán)的位置。因此，該控制器可以被編程，以在例如離開(kāi)蒸發(fā)器的水溫度(冷卻載荷)下“獲悉”擴(kuò)散器環(huán)的位置。該系統(tǒng)的其他正常地監(jiān)測(cè)和感測(cè)的狀態(tài)也可以被關(guān)聯(lián)到擴(kuò)散器環(huán)830的位置以及致動(dòng)器。此外，優(yōu)選地可以使用聲學(xué)傳感器來(lái)感測(cè)失速和喘振，盡管感測(cè)喘振和失速不限制于這樣的聲學(xué)傳感器的使用，且其他方法可以被利用，以用于確定何時(shí)喘振和失速即將來(lái)臨。當(dāng)然，在本發(fā)明中，由于控制器可以確定擴(kuò)散器環(huán)830在任意時(shí)間的位置，該位置可以由控制器使用，以基于制冷器流動(dòng)行為、壓縮機(jī)效率和對(duì)喘振或失速的檢測(cè)來(lái)移動(dòng)擴(kuò)散器環(huán)830，對(duì)于任何這些狀態(tài)的影響并非與擴(kuò)散器環(huán)830的位置線(xiàn)性相關(guān)。

例如，在啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)壓縮機(jī)需求被節(jié)流到10％時(shí)，可以通過(guò)將擴(kuò)散器環(huán)830從完全延伸(閉合)位置移動(dòng)到第一預(yù)定位置來(lái)打開(kāi)擴(kuò)散器間隙134。應(yīng)注意，對(duì)于10％的壓縮機(jī)需求的變化，由于擴(kuò)散器環(huán)運(yùn)動(dòng)的非線(xiàn)性影響，擴(kuò)散器環(huán)830的運(yùn)動(dòng)將不會(huì)總是相同的。運(yùn)動(dòng)還取決于擴(kuò)散器環(huán)830的初始位置和最終位置。類(lèi)似地，當(dāng)壓縮機(jī)需求被要求在50％(從10％的上述需求增加了40％)時(shí)，可以通過(guò)將擴(kuò)散器環(huán)830從第一預(yù)定位置定位到第二預(yù)定位置來(lái)進(jìn)一步打開(kāi)擴(kuò)散器間隙134。以該方式，整個(gè)值的范圍可以被儲(chǔ)存在該控制器中，根據(jù)要求，以提供壓縮機(jī)的有效運(yùn)行，且當(dāng)壓縮機(jī)負(fù)荷(duty)變化時(shí)，這些值可以被再調(diào)用(或被進(jìn)一步估計(jì))，且可以通過(guò)該控制器快速地定位擴(kuò)散器環(huán)830，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。

一旦檢測(cè)到有害事件的發(fā)生，例如，由聲學(xué)傳感器檢測(cè)到喘振或失速，或系統(tǒng)失去電力，控制器可以推翻(override)已編程的設(shè)置且快速地將擴(kuò)散器環(huán)830延伸到擴(kuò)散器間隙134中，以抑制(choke)制冷劑經(jīng)過(guò)擴(kuò)散器間隙134的流動(dòng)，直到失速或喘振被減輕。盡管還可以通過(guò)用傳感器監(jiān)測(cè)經(jīng)過(guò)擴(kuò)散器810的制冷劑流動(dòng)，來(lái)檢測(cè)喘振或失速，但是監(jiān)測(cè)喘振或失速的優(yōu)選的方式是通過(guò)聲學(xué)傳感器的使用，因?yàn)榇窕蚴偕娠@著的且不期望的噪聲，該聲學(xué)傳感器與該控制器通信。其他用于檢測(cè)喘振和失速的方法可以利用檢測(cè)喘振或失速的算法，諸如，2008年4月15日提交的、標(biāo)題為“systemandmethodforstabilitycontrolinacentrifugalcompressor”的美國(guó)專(zhuān)利no.7,356,999，2011年3月15日提交的、標(biāo)題為“controlsystem”美國(guó)專(zhuān)利no.7，905，102，2011年3月5日提交的、標(biāo)題為“methodfordetectingrotatingstallinacompressor”美國(guó)專(zhuān)利no.7，905，702所闡述的，利用在擴(kuò)散器環(huán)下游的壓力換能器，以檢測(cè)和修正旋轉(zhuǎn)失速。這些專(zhuān)利已經(jīng)全部轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人且以引用的方式整體納入本文。在已經(jīng)修正喘振或失速之后，擴(kuò)散器環(huán)830基于壓縮機(jī)需求的定位的已編程的運(yùn)行可以通過(guò)控制器被儲(chǔ)存，如上文所討論的。

本發(fā)明的改進(jìn)的可變幾何形狀的擴(kuò)散器機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)包括可移動(dòng)的l形凸緣833的使用，其減小了作用在該機(jī)構(gòu)上的力。該l形凸緣的重量可以比現(xiàn)有技術(shù)的可變幾何形狀的擴(kuò)散器機(jī)構(gòu)中利用的可移動(dòng)凸緣輕。見(jiàn)效的力和減小的重量提供了能夠較快反應(yīng)的vgd。它還允許較輕重量和較便宜的致動(dòng)器的使用。此外，該改進(jìn)的可變幾何形狀擴(kuò)散器不僅完全閉合而且將被校準(zhǔn)以基于感測(cè)的系統(tǒng)狀態(tài)控制壓縮機(jī)運(yùn)行的能力，允許該可變幾何形狀擴(kuò)散器被用于容量控制以及用于喘振和失速減輕。該容量控制特征允許免除過(guò)去使用的預(yù)旋葉片(prv)。因此，盡管該改進(jìn)的可變幾何形狀擴(kuò)散器將被更多地使用，但是壓力較低，它將經(jīng)受較低的力和其較輕的重量，將導(dǎo)致減少磨損同時(shí)具有更長(zhǎng)壽命，這進(jìn)而將提供增加的可靠性。

盡管本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，可以做出多種變化，并且等價(jià)物可代替其元件。此外，在不偏離本發(fā)明的基本范圍的前提下，可以進(jìn)行許多改型，以使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，希望本發(fā)明不限制于公開(kāi)的作為實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的特定實(shí)施方案，而是本發(fā)明將包含落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施方案。