CN101583801A - 用于冷却压缩机马达的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开文本提供了冷却用于驱动气体和空气压缩机的马达的装置和方法。具体地，密封和半密封马达的冷却是通过使用位于气体压缩回路的低压侧中的气源的气体吹扫而实现的。所述气体吹扫是通过在压缩机进气口处产生压力降而提供的，所述压力降足以抽出非压缩气体，通过马达外壳，通过所述马达，然后离开外壳返回至抽气组件。所述压力降是通过设置在位于压缩机进气口的上游的抽气组件中的装置产生的，所述装置诸如喷嘴和间隙组件，或者可替代性地为文丘里管。通过使液体或者另一冷却流体循环通过邻近于马达的马达外壳部分中的冷却套管，可提供附加的马达冷却。

Description

用于冷却压缩机马达的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2007年2月27日提交的美国专利申请11/679,220的优先权，本申请是上述专利申请的继续申请，并且要求享有于2004年6月29日提交的美国专利申请10/879,384的优先权，上述申请通过引用的方式整体纳入本说明书。本申请进一步要求享有于2006年12月22日提交的美国临时专利申请60/871,474的优先权。

技术领域

本申请涉及用于改进驱动压缩机——诸如空气压缩机以及在制冷系统中使用的压缩机——的马达的冷却的系统和方法。具体而言，本申请涉及利用流经马达外壳的非压缩气体冷却压缩机马达。抽取非压缩气体经过马达外壳所需的压力降是由减压装置产生的，诸如喷嘴和间隙(gap)，或者可选择地文丘里管，所述这些减压装置被设置在连接至压缩机的压缩装置的抽气组件中。

背景技术

气体压缩系统被广泛用在不同的应用中，包括用于电动工具的空气压缩、用于存储和传输气体的气体压缩，以及用于制冷系统的制冷剂气体的压缩。在每个系统中，都提供有马达用于驱动压缩装置以压缩气体。马达的大小和类型取决于多种因素，诸如压缩机的类型和容量，以及系统的运行环境。提供充分的马达冷却而不牺牲压缩系统的能量效率，将继续挑战气体压缩系统的设计者们。

例如，制冷系统——尤其是大容量系统——中的压缩机马达的马达冷却依然是具有挑战性的。在典型的制冷系统中，压缩机和膨胀设备通常形成制冷回路的两部分的分界线，所述两部分通常指的是回路的高压侧和低压侧。所述低压侧通常包括连接膨胀设备和蒸发器的双相管道、蒸发器、以及一抽气管道，所述抽气管道为制冷剂气体提供从蒸发器到压缩机进气口的通路。所述高压侧通常包括连接压缩机和冷凝器的排气管道、冷凝器、以及管道，所述管道在冷凝器的出口和膨胀设备之间为液体制冷剂提供通路。除了上述基本部件之外，制冷回路也可包括意在提高系统的热力学效率和性能的其他部件。

在多级压缩系统并且也针对螺杆式压缩机的情况中，可包括进一“经济器”回路以提高系统的效率并用于容量控制。一典型的用于多级压缩系统的经济器回路包括，用于从压缩循环的“中压”部分中抽气的装置，以减少在接下来的压缩阶段中被压缩的气体量，从而提高循环的效率。中压气体通常被返回至抽吸阶段或者返回至一早期压缩阶段。

离心式压缩机通常用于制冷系统，尤其是相对大容量的系统中。离心式压缩机通常在其抽气进气口处具有预旋转叶片，所述预旋转叶片用于改变进入压缩机进气口的制冷剂气体流量。离心式压缩机通常被电动马达驱动，所述电动马达通常被包含在一封装马达和压缩机的外部密封外壳中。尽管该配置减少了制冷剂泄漏的危险性，但是其不允许使用周围空气直接冷却马达。因此必须使用冷却介质——典型地是在主制冷剂回路中使用的制冷剂——冷却所述马达。

已提出并实施了许多种方式使制冷剂循环从而冷却压缩机马达。例如，制冷剂可以气相或者液相被传送至马达的活动部分，和马达外壳。在这种情况中，制冷剂必须通过设置在马达外壳中的孔口或者通道来供给。在冷却了马达之后，制冷剂气体典型地或者通过内连至压缩机的通路或者通过外部管道被送至压缩机抽吸管。

在一些公知的使用液体制冷剂的马达冷却方法中，制冷剂来源于在冷凝器和膨胀设备之间的高压液体管线。所述液体被喷射进马达外壳中，在马达外壳中液体吸收马达热量并快速蒸发或者“闪蒸”为气体形式，从而冷却马达。通过设置在马达外壳和/或马达自身中的通道，所形成的制冷剂气体接下来典型地被传送至压缩机抽吸管。液体喷射冷却的益处在于，在一典型的马达组件中存在许多种潜在的喷射点。直接液体冷却的其他优点包括，液体制冷剂流切实地达到诸如转子和定子组件的区域之上和周围，从而形成直接接触的热交换。这种直接接触的热交换已被发现是一种非常合意的总体冷却马达——尤其是马达的转子组件和马达间隙区域——的方法。不幸的是，已知的直接液体制冷剂喷射技术所产生的高速流体制冷剂喷雾，意味着是一种对于暴露的马达部件——诸如定子绕组的暴露末端线圈——的潜在危险的腐蚀源。为了避免该问题，一些制造者加入封闭的定子腔室，以通过间接热交换提供马达冷却。在这些组件中，密封腔室或者套管被设置在定子的外圆周周围，低速液体制冷剂循环通过腔室以为定子组件提供间接热交换。这种系统避免了直接液体制冷剂喷射的潜在腐蚀问题，但是在冷却其他马达区域——诸如空气间隙、转子区域和马达绕组——不是非常有效。

为了避免用于马达冷却的液体制冷剂喷射的危险，也可使用制冷剂气体。对于具有小排量压缩机的小容量制冷系统，最常见的气体马达冷却方法是使将被压缩机处理的气体制冷剂的全部或者大部分循环通过马达外壳。一些气体制冷剂也可以高压接收，或者在多级压缩机的情况中以中压接收。制冷剂气体可在不同位置被引导进马达和马达外壳，并且可使用多种方式进行循环。例如，一技术致力于这样一种方法，该方法使蒸发器中的一些冷气循环横穿至马达轴线以冷却绕组区域。相反，另一种技术致力于这样一种方法，该方法使从第二级推进器内部中的一些高压气体在被释放进排放管道之前循环进入马达外壳。马达中形成的气体循环在所设置的空气间隙、定子凹槽和绕定子的通道中是轴向的。

上述气相马达冷却系统和方法的一个显著缺点在于，通常，实际上整个制冷剂气流都循环通过马达和马达外壳。流经马达的制冷剂气体远远多于需要用于冷却的气体，并且流经马达的气体产生了降低系统效率的显著压力降。尽管这种压力降和导致的低效率对于小容量制冷剂系统可能是可接受的，但是对于大容量压缩机则是不能接受或者不合适的。因此，这些系统被用于往复式压缩机和小的螺杆式或涡旋式压缩机中，而是不适于大的离心式压缩机。对于大容量制冷系统，诸如那些用于冷却办公楼、大型运输车辆和船只诸如此类的制冷系统，希望的是仅传输有限量的制冷剂从而冷却马达和马达外壳的特定点。

另一问题是可获得的通过马达外壳的最冷的制冷剂气体源，以确保充分冷却。例如，可以从制冷回路的高压侧抽取气体用于冷却，然后将其返回至压缩机抽吸管。然而，需要获得相对高的气体流量，因为相对高的气体温度不能提供马达的有效冷却。此外，源气体必须被重新压缩，而不在循环中提供任何冷却效果。因此，由于其对于系统效率的严重影响，所以高压侧是差的马达冷却剂源。

可替代性地，可以使用经济器循环中的中压气体冷却马达。在提供经济器的地方，中压气体可来源于马达的压缩阶段中，然后返回至较低压缩阶段或者可能地返回至压缩机抽吸管。由于分别在经济器和低压侧中的中压和低压之间可提供的显著压力差，这种中压气体的来源和循环是简单的。虽然仍然遇到了由于升高的气体温度导致的马达边缘冷却问题，但是由于较低的相对气体温度，所需的气流量较小。已以有限的成功实现了中压冷却系统。在中压气体冷却系统中，循环通过马达外壳的气体处于中压，导致比如果以低压接收气体更高的气体摩擦，这进一步限制了针对马达的冷却效果。

据上所述，仍然需要一种利用循环流体在气体压缩系统中用于马达冷却的有效系统和方法，而不会不利地影响系统容量或者显著降低系统效率。

发明内容

本申请通过提供一种在气体压缩之前，将非压缩气流中的一部分导向进入马达外壳中，用于冷却驱动气体压缩机的马达的系统和方法，克服了现有技术中的多种问题。在一制冷回路的特定情况中，从制冷回路的低压侧接收非压缩的制冷剂气体。本申请还使用液体冷却装置和方法结合非压缩的制冷剂气体吹扫装置和方法提供了附加的马达冷却。

在一实施方案中，一种气体压缩系统包括：一具有压缩装置的压缩机；一抽气组件，其用于从气源中接收非压缩气体并将所述非压缩气体传输至压缩机；所述抽气组件包括：一抽气管道，其与气源流体相通；用于在来自气源的非压缩气体中产生压力降的装置，所述用于产生压力降的装置与抽气管道流体相通；以及一压缩机进气口，其被布置为邻近于用于产生压力降的装置，所述压缩机进气口被配置为从用于产生压力降的装置中接收非压缩气体并将所述非压缩气体提供至压缩装置；一马达，其连接至压缩机从而驱动所述压缩装置；以及，一外壳，所述外壳封装压缩机和马达，所述外壳包括至少一个与气源流体相通的进气口开口和至少一个与用于产生压力降的装置流体相通的排气口开口，其中所述用于产生压力降的装置从气源中抽出非压缩气体通过外壳从而冷却马达，然后将所述非压缩气体返回至抽气组件。

在用于离心式压缩机的一实施方案中，一种用于产生压力降的装置包括：一渐缩喷嘴部分，其被配置为使非压缩的制冷剂气体加速流动通过喷嘴部分；一间隙，其被布置为邻近于渐缩喷嘴部分的排气口；以及一邻近于所述间隙的压缩机推进器进气口。在该实施方案中，所述系统进一步包括一用于驱动压缩装置的马达，所述马达和压缩装置被封装在一外壳内，所述外壳包括至少一个可相通连接至压缩机的制冷剂气源上游的进气口开口。所述外壳进一步包括至少一个气体回流开口，所述气体回流开口可相通连接至抽气连接中的间隙，其中所述渐缩喷嘴部分在所述间隙处产生一压力差，所述压力差足以将制冷剂气体从压缩机的制冷剂气源上游中抽出进入所述至少一开口，通过外壳，流出气体回流开口并进入所述间隙，从而冷却所述马达。

在另一不专用于离心式压缩机的实施方案中，用于产生压力降的装置是文丘里管。

然而另一实施方案致力于这样一种制冷系统，该制冷系统具有连接在一闭合的制冷剂回路中的压缩机、冷凝器和蒸发器，并且具有上述实施方案的特征。

本申请进一步提供了一种在具有马达驱动压缩机的气体压缩系统中冷却马达的方法。所述方法包括以下步骤：提供一气体压缩系统，该系统具有一包含用于在非压缩气流中产生压力差的装置的抽气组件；提供一压缩机，所述压缩机包括一压缩机进气口，所述压缩机进气口用于从抽气组件中接收非压缩气体，然后将所述气体传输至压缩装置；提供一用于驱动所述压缩装置的马达，所述马达和压缩机装置被布置在一外壳内，所述外壳包括至少一个与压缩机的气源上游相通连接的进气口开口，所述外壳进一步包括至少一个相通连接至用于在抽气组件中产生压力降的装置的排气口开口；操作所述压缩机，从而抽取并加速非压缩气体流，通过用于产生压力差的设备并进入压缩机进气口；在非压缩气体流中产生一压力差，所述压力差足以从气源中抽出非压缩气体通过进气口开口并进入外壳中；使所述非压缩气体在马达外壳中循环从而冷却马达；然后通过所述至少一个排气口开口从外壳中抽出循环的非压缩气体，使其返回至抽气组件。

一个优点包括提高大容量制冷系统中的马达冷却，而对系统效率没有无法接受的损害。另一优点是通过使可被进一步提高的通过马达外壳的制冷剂气体循环，结合以通过邻近于马达的目标区域而布置的套管或者腔室的液体冷却剂循环，实现了卓越的马达冷却。

结合通过实施例方式示出本发明原理的附图，本发明的其他特征和优点将从下面更加详细的说明书中显而易见。

附图说明

图1图解示出了应用于一使用单级离心式压缩机的制冷系统的马达冷却系统的一实施方案；

图2图解示出了应用于一使用单级离心式压缩机的制冷系统的马达冷却系统的另一实施方案；

图3图解示出了应用于一使用两级离心式压缩机的制冷系统的马达冷却系统的一实施方案；

图4图解示出了应用于一使用两级离心式压缩机的制冷系统的马达冷却系统的另一实施方案，所述系统包括一经济器回路；

图5示出了关于图1～4的马达冷却系统的渐缩喷嘴和环形间隙的特写图；

图6图解示出了可被实施用于一非离心式压缩机的马达冷却系统的一实施方案；

图7是一个关于图6的马达冷却系统中的文丘里管的特写图，示出了添加的一环形间隙和围绕所述环形间隙的气体分配室；

图8图解示出了用一离心式压缩机实施的马达冷却系统的一实施方案；

图9图解示出了用一离心式压缩机实施的马达冷却系统的另一实施方案。

在尽可能的情况下，所有附图中相同的参考数字将被用于指称相同或者相类似的部分。

具体实施方式

本申请提供了使用低压气体——诸如非压缩气体——对于密封式马达的优化冷却。本申请通过气体吹扫提供马达冷却，同时气源位于压缩回路的低压侧。在一制冷回路应用中，例如，非压缩的制冷剂气体来源于蒸发器，然后通过在连接至压缩机的抽气进气口处形成的压力降，所述气体被吸入马达外壳中，穿过或者围绕马达(或者两者)。可替代性地，所述制冷剂气源是抽气管道或者抽气液体捕集器。

本申请可通过使液体冷却剂循环流经马达冷却套管或者流经设置在马达外壳中的腔室，提供附加的马达制冷。在制冷系统实施方案中，循环液体可以是液体制冷剂、可被直接喷射进马达外壳的液体制冷剂，并且这些特征的任意组合可以补充利用制冷回路的低压侧的气体的马达的冷气吹扫。

本申请可适合于所有类型的气体压缩系统。为了便于说明和解释，图1～6示出了一制冷系统的环境。然而，该环境是示例性的，并非限制性的。

在图1～4中，通过实施例的方式，示出了包括本发明的装置的普通制冷系统。正如所示出的，制冷系统100包括压缩机102、马达104、其中封装有该压缩机102和马达104的一共同的外壳106、蒸发器108以及冷凝器116。马达外壳106包括一马达外壳部分106a和一压缩机外壳部分106b。传统的制冷系统100包括许多其他在图1～4中未示出的特征。这些特征已被故意省略，从而简化附图以便于说明。

压缩机102压缩制冷剂蒸汽，然后通过排气管线117将所述蒸汽传输至冷凝器116。在一实施例中，压缩机102是一离心式压缩机。为了驱动压缩机102，系统100包括用于压缩机102的马达或者驱动装置104。尽管术语“马达”是相关于用于压缩机102的驱动装置使用的，应理解的是，术语“马达”不限于马达，而是意在包含可结合马达104的驱动使用的任何部件，诸如变速驱动器和马达起动器，或者例如，高速同步永磁马达。在一示例性实施方案中，马达104是电动马达及其相关部件。

所述由压缩机108经过排气管线117传输至冷凝器116的制冷剂蒸汽，进入与流体——例如空气或水——的热交换关系，然后作为与流体热交换关系的结果，经历相变至制冷剂液体。冷凝器116中的凝析液制冷剂流经膨胀设备119流至蒸发器108。在一实施方案中，冷凝器116中的制冷剂蒸汽进入与流经热交换线圈(未示出)的流体的热交换关系中。无论如何，作为与流体热交换关系的结果，冷凝器116中的制冷剂蒸汽经历相变至制冷剂液体。

蒸发器108可以是任何公知的类型。例如，蒸发器108可包括一热交换机线圈，所述热交换机线圈包括一供给管线和一连接至冷却负荷的返回管线。所述热交换机线圈可包括蒸发器108内的诸多管束。二级液体，其可以是水，但也可以是任何其他合适的二级液体，诸如，乙烯、氯化钙盐溶液或者氯化钠盐溶液，在热交换机线圈中传送，经由返回管线进入蒸发器108，然后经由供给管线流出蒸发器。蒸发器108内的制冷剂液体进入与热交换机线圈中的二级液体的热交换关系中，从而使热交换机线圈中的二级液体的温度变冷。作为与热交换机线圈中的二级液体热交换关系的结果，蒸发器108中的制冷剂液体经历相变为制冷剂蒸汽。蒸发器108内的低压气体制冷剂流出蒸发器108并通过抽气管道112返回至压缩机102完成该循环。可替代性地，正如在图1和图3中所示，通过在马达外壳106和蒸发器108之间的专用连接，蒸发器108内的至少一部分制冷作用返回至马达外壳106。

尽管已根据用于冷凝器116和蒸发器108的具体实施方案描述了系统100，应理解的是，任何关于冷凝器116和蒸发器108的合适配置都可用在系统100中，只要获得了冷凝器116和蒸发器108中的制冷剂的合适相变。

图1图解示出了关于具有一离心式压缩机102的制冷回路100的一实施方案。然而，无论安装在一包括空气压缩机的制冷回路或者其他气体压缩系统中，所述马达冷却装置和方法都可使用。

正如在图1～6中所示，根据本发明的马达冷却是通过在例如基本邻近于压缩机102的压缩机进气口502处形成一压力降提供的，所述压力降足以在将非压缩气体返回到抽吸气流之前，穿过马达104和马达外壳106从压缩回路的低压侧抽出该非压缩气体。

在图1的包括驱动一离心式压缩机102的马达104的具体实施方案中，从低压气源——在此被示为蒸发器108——中抽出制冷剂气体所必需的压力降，是利用在压缩机进气口502——在此为推进器110的进气孔——处产生的低静压形成的。所述将被压缩的气体的抽吸气流流经抽气管道112到达渐缩喷嘴114，在所述喷嘴中气体的流速极大地增加。至少一个环形通道或者间隙118被提供在喷嘴114的排气口500和推进器110的进气孔之间。附加地，可包括预旋转叶片(pre-rotation vane)从而控制非压缩气体进入压缩机102的压缩装置的流量。作为高速吸入气流的结果，提供在喷嘴114和进气孔之间的环形间隙118处的静压，远远小于回路低压侧的其他部分——包括蒸发器108和上游抽气管道112。根据本发明的装置利用在推进器110的进气孔处产生的低压，将气体从蒸发器108中抽出，然后经过马达104和/或马达外壳部分106a。

马达外壳106a具有一外罩壳，所述外罩壳具有至少一个进气口开口124和至少一个排气口开口126，所述至少一个进气口开口124适于与蒸发器108或者其他非压缩气源相通连接或者流体相通，所述至少一个排气口开口126被设置在压缩机外壳106中，适于与用于在抽气组件中产生压力降的设备相通连接或者流体相通。这里，产生压力降的装置被示出为邻近于推进器110的进气孔的渐缩喷嘴114，并且包括一设置在渐缩喷嘴和推进器进气口之间的环形间隙。所述环形间隙与马达外壳排气口开口126流体相通。例如，开口124、126位于并被布置在马达外壳部分106a的外罩壳中，使得通过蒸发器连接抽入的气体流经每个进气口开口124，穿过马达104的至少一部分，然后在返回至抽气管道112之前，通过至少一个排气口开口126流出马达外壳部分106a。在图1的实施方案中，由于通过抽气管道112中的渐缩喷嘴114形成的高速抽气流，在环形间隙118处形成压力降，蒸发器108中的气体被抽出通过进气口开口124，通过马达外壳部分106b，通过排气口126，然后进入环形间隙118，在该环形间隙处，在所述气体被抽入压缩机进气口502并到达压缩机102的压缩装置之前，所述气体与主抽气流相混合。虽然在排气口126和用于产生压力降的装置之间的连接在图1～4和5中被示出为外部管道，但是在不偏离本申请的情况下，所述连接可以是压缩机外壳106内部的相通连接。

在图2的实施方案中，所述制冷系统与图1的实施方案的不同之处在于，低压制冷剂气体来源于抽气管道112，而非来源于蒸发器108。在图3的实施方案中，非压缩气体来源于蒸发器108。在图4的实施方案中，冷却气体来源于抽气管道112。附加地，在图3和图4中，压缩机102被示为具有第二级302的两级压缩机。在这些实施方案中，正如在图4中所示，可包括进一经济器回路150以增加效率并增加压缩机冷却能力。可通过任意上述组合，或者通过关于所公开的气体吹扫和液体冷却方法的任何其他组合去除空气间隙内的摩擦热量，以及转子热量。

为了通过如上所述从压缩回路的低压侧中吹扫非压缩气体以补充对马达104的至少一些部件的冷却，可通过其他方法提供马达104的附加冷却。例如，在制冷系统中，可利用将液体制冷剂喷射进设置在围绕马达定子的马达外壳106中的环形腔室中，来提供定子冷却。附加的腔室可被设置在马达外壳部分106a中，从而冷却马达104的其他目标区域。可替代性地，可围绕(或者邻近于)马达104设置一封装套管120。通过套管120或者马达外壳部分106b的内部的腔室，循环的液体制冷剂或者其他冷却液体，诸如水、丙二醇和其他公知的冷却剂液体，冷却马达104的目标部分。例如，马达的定子的外部可被套管120围绕，诸如在图3～4中示出的。在这些实施方案中，套管120被提供用于从定子中去除热量，并且循环制冷剂气体被用于冷却轴承和马达绕组。马达和/或轴承可选择性地包括磁性轴承和相关的磁性技术。附加地或者可替代性地，如果使用了其他的冷却液，冷却液可被包含在与制冷剂回路分隔的冷却管道循环中。

正如在图3～4中所示，在此处液体制冷剂被用作冷却液，而非调整液体制冷剂通过套管120的流量以确保完全蒸发，希望的是将冷凝器122中的过量液体制冷剂喷射进入马达外壳106。在冷却了马达104之后，所形成的蒸发气体和过量液体制冷剂的两级混合物接下来被送至蒸发器108，而非进入压缩机抽气管道112。如果蒸发器108是满溢式类型，那么将过量液体送至蒸发器是尤其适合的，在此处蒸发器108的壳提供了液体分隔的功能。对于一些其他的蒸发器类型，可能需要将液体送至抽吸捕集器。

正如在图5中所示，喷嘴114、喷嘴排气口500、环形间隙118以及压缩机进气口502的形状和相应尺寸，允许马达冷却气体穿过间隙118平稳融入主抽气流。因此，环形间隙118允许冷却气体的干净流体从喷嘴114流至压缩机进气口502。在图5的具体实施方案中，喷嘴114具有导向邻近于间隙118的喷嘴排气口500的渐缩轮廓。例如，喷嘴排气口500的直径Dn可以小于导向压缩装置——诸如推进器110——的压缩机进气口502的直径D_i。取决于需要用于冷却马达的非压缩气体的数量，直径D_i可以为大于Dn的大约1％到15％之间，或者在其他的实施例中为大于Dn的大约2％到大约5％之间。可选择地，喷嘴排气口500的壁可以是正如图5中所示的圆锥形，并且压缩机进气口502到达压缩机102的壁可包括一凸缘或者其他的加宽结构，从而有效地引导接收穿过该间隙并进入压缩机进气口502的抽气，从而产生用于穿过外壳106从蒸发器108中抽出冷却气体所需的压力差。

图6图解示出了一用于非离心式压缩机的气体压缩系统的实施方案。在该实施方案中，文丘里管130被设置在抽气管道112中作为用于产生压力降的装置，所产生的压力降足以从抽气管道112中抽出非压缩气体通过马达外壳部分106b从而冷却马达104。文丘里管是一种公知的用于以有限的压力降在流体流动中形成低压区域的装置。所述流动首先通过一渐缩喷嘴被加速从而产生一压力降，然后所述速度通过一扩张喷嘴被减小，从而恢复流体在缩颈段中的动能，从而最小化所述组件的压力降。

在图6的实施方案中，随着气体从抽气管道112中流出，然后进入文丘里管130的窄部132，所述气体压力降至一小于上游抽气管道112压力的压力。正如在图6中所示，气体进气口124可相通连接至上游抽气管道112，并且在窄部132中设置的气体回路134相通连接至马达外壳部分106b的气体排气口126。作为随着气体流经抽气管112然后进入文丘里管130，而在文丘里管130的窄部132中形成压力降的结果，高压气体被从抽气管道112中抽出进入马达外壳进气口124中，流经马达外壳部分106b，流出马达外壳排气口126，然后进入文丘里管气体回路134。在一实施方案中，文丘里管气体回路134可包括在文丘里管的窄部132的壁内的孔。因为该具体实施方案利用抽气管道112中的文丘里管130，其使得不需要在离心式压缩机的进气口处提供的特定几何特征，因此可被轻易用于具有各种压缩机类型的系统中，诸如往复式压缩机、涡旋式压缩机和螺杆式压缩机。

图7示出了一文丘里管组件的具体实施方案。在该具体实施方案中，一环形间隙被设置在文丘里管130的渐缩喷嘴部分702和扩张喷嘴部分704之间，允许气体进入到缩颈段的周围，然后与主气体流更加平稳地融合在一起。正如所示出的，环形间隙118可被腔室700围绕，所述腔室作用于从马达外壳排气口126中收集气体，然后将所述气体引导进环形间隙118。腔室700可基本上是环形的。更希望的是，邻近于扩张喷嘴部分704的间隙118的直径稍大于邻近于渐缩喷嘴部分702的间隙118的直径，从而有效地将气体通过间隙118抽入到扩张部分，从而更好地适应较大的气流下游。

本申请进一步提供一种用于气体压缩系统的马达外壳。马达外壳106包括一用于密封封装马达104和马达驱动压缩机102的外罩壳。外壳106的外罩壳具有一进气口开口124和一排气口开口126，所述进气口开口124适于可相通连接至压缩机102的低压气源上游，所述排气口开口126适于可相通连接至设置在导向压缩机进气口502的抽气组件中的用于产生压力降的装置。所述用于产生压力降的装置可以是布置在抽气管道中的渐缩喷嘴，或者文丘里管，正如之前在本文中所描述的。在使用渐缩喷嘴组件的实施方案中，所述喷嘴具有一邻近于设置在抽气管道112和压缩机进气口502之间的至少一间隙处的喷嘴排气口500，所述喷嘴部分被配置为加速非压缩气流穿过间隙，然后进入压缩机进气口502，从而在所述间隙处产生一压力降，所述压力降足以从压缩机102的低压制冷剂气源上游中抽出制冷剂气体，该气体穿过进气口开口124，贯穿外壳106的内部马达腔，然后进入设置在抽气管道112和压缩机进气口502之间的间隙中。可替代性地，所述用于产生压力降的装置可以是设置在抽气组件中的文丘里管130，所述文丘里管130具有设置在该文丘里管130的窄部132中的气体回路134，所述气体回路可相通地将马达外壳106的排气口开口126连接至文丘里管130的窄部132。

在另一实施方案中，在此所描述的气体吹扫马达冷却装置被提供用于一离心式压缩机，所述离心式压缩机被一诸如高速同步永磁马达的高速马达驱动(即，一个在马达和压缩机之间不需要任何齿轮传动的直接驱动组件)直接驱动。该实施方案是尤其有利的，因为，在一定速度(大约15000RPM)之上，同步永磁马达会变得比传统的感应马达更加节约成本。另一优点在于，同步永磁马达在转子中具有非常低的热量损耗，使得马达冷却系统和方法尤其合适。

图8示出了进气组件的另一具体实施方案。在该具体实施方案中，环形间隙118被环形壁118b至少部分阻隔或者封闭，从而妨碍或者防止了气体通过环形间隙118返回。在该实施方案中，从马达外壳106中返回的气体中的一些或者全部，通过设置在喷嘴114的渐缩部分的环形壁中的至少一个孔118a返回到推进器110。孔118a在喷嘴114的壁中这样确定尺寸和定位，使得受益于由气体流经进气歧管而产生的压力差并通过喷嘴114被加速至推进器110。相应地，配置并布置一个或多个孔118b，从而允许从马达外壳106中返回的气体进入喷嘴114，然后与进气歧管中流出的主气流平稳地融合。正如在其他实施方案中，喷嘴114所产生的压力差用于从蒸发器108中抽出气体，该气体通过马达外壳进气口124，通过马达外壳，离开马达外壳排气口126，然后最终穿过所述至少一个孔118a进入喷嘴114。由于该实施方案在图8中被示出为用一离心式压缩机实施，其也可以用一非离心式压缩机实施。

图9示出了进气组件的另一具体实施方案。在该具体实施方案中，气体回路134被设置为与马达外壳排气口126流体相通的导管135的延伸。在该实施方案中，从马达外壳106中返回的气体通过气体回路134的导管135返回。在所示的实施例中，导管135延伸进喷嘴114至接近于径向中心中央纵轴的一个排放点，使得气体回路134位于喷嘴114的轴向流程内的一个排放点。在所示的实施方案中，气体回路134大约位于喷嘴114的轴向中心，延伸经过流体控制导向叶片113，然后进入喷嘴114的渐缩部分。然而，正如可理解的，可选择气体回路的位置从而产生从马达外壳排气口126中抽出气体的预期压力差，因此气体回路的位置可偏离喷嘴114的轴向中心，和/或可被布置在喷嘴114内的上游、下游或者任何地方以产生一预期的压力差以及产生从马达外壳排气口126中流出的相应气体回流。尽管该实施方案在图9中被示出为用一离心式压缩机实施，其也可用非离心式压缩机实施。

而且，关于图6～9中所示出和所描述的特征和实施方案全部适合于任何压缩机技术(离心式的或者其他的)。这是事实，即使它们恰巧在图6～7表示为非离心式，以及在图8～9表示为离心式。通过进一步解释的方式，相同原理适合于全部这些实施例，即图6～7的文丘里管以类似于将渐缩喷嘴114和推进器110的进气口推进器相结合的方式运行。而且，虽然文丘里喉管处的压力是最低的，但是在喉管的甚至小距离上游或者下游，还存在一些显著的低气压。因此，根据图7的实施例，提供用于气体回路的环形槽或者其他特征不需要准确位于喉管处，而是可被调整到任一侧(上游或下游)。在图8中，所述槽口被向上游调整。通过进一步解释的方式，图9的气体回流管道134，尽管被示出为插入到渐缩-扩张的喷嘴组件内，其也可被类似地插入到与图6中的文丘里管类似的一文丘里管内。再者，尽管所述管道134可被定位在文丘里喉管处，其也可被向上游或者向下游调整一点。例如，在图9中，管道134的终端被向上游调整了一点，从而不妨碍推进器进气口。

尽管已参考具体实施方案描述了本发明，本领域中普通技术人员应理解的是，在不偏离本发明范围的情况下，可进行各种变化，并且可用等同物替代其元件。另外，在不偏离本发明的实质范围的情况下，对于本发明的教导，可做出许多修改以适于具体情况或材料。因此，意图是，本发明不被为实施本发明而作为最佳实施方案公开的具体实施方案所限制，但是本发明将包括所有落在所附权利要求的范围内的实施方案。

Claims (20)

1.一种气体压缩系统，包括：

一压缩机，其包含一压缩装置；

一马达，其连接至压缩机以驱动所述压缩装置；

一外壳，其封装所述压缩机和马达；以及

一抽气组件，其用于从气源中接收非压缩气体，然后将所述非压缩气体传送至压缩机，所述抽气组件包括：

一抽气管道，其与所述气源流体相通；

用于在来自气源的非压缩气体中产生压力降的装置，所述用于产生压力降的装置与抽气管道流体相通；

一压缩机进气口，其被配置为从所述用于产生压力降的装置中接收非压缩气体，然后将所述非压缩气体提供至压缩机；以及

其中，所述外壳包括一进气口开口和一排气口开口，所述进气口开口与气源流体相通，所述排气口开口与用于产生压力降的装置流体相通，并且用于产生压力降的装置从气源中抽出非压缩气体通过外壳从而冷却马达，然后经由一具有延伸进抽气组件的排放点的气体回流导管将所述非压缩气体返回至所述抽气组件。

2.根据权利要求1的气体压缩系统，其中所述用于产生压力降的装置包括：

一喷嘴进气口和一个喷嘴排气口，喷嘴进气口用于从抽气管道中接收非压缩气体，喷嘴排气口用于提供所述非压缩气体至压缩机进气口；

一喷嘴部分，其被配置为从喷嘴进气口中接收非压缩气体，然后使非压缩气体流动加速穿过喷嘴排气口；以及

至少一个间隙，其被布置在喷嘴排气口和压缩机进气口之间，所述至少一个间隙与外壳中的排气口开口流体相通。

3.根据权利要求2所述的气体压缩系统，其中所述喷嘴部分包括一渐缩部分和一扩张部分，并且其中所述排放点大约定位于喷嘴的轴向流程的径向中心。

4.根据权利要求3的气体压缩系统，其中所述喷嘴排气口具有一小于压缩机进气口的直径的直径。

5.根据权利要求2的气体压缩系统，其中在喷嘴排气口和压缩机进气口之间的所述至少一个间隙包括一环形间隙。

6.根据权利要求2的气体压缩系统，其中所述压缩机是离心式压缩机，并且所述压缩机进气口包括一连接到推进器的进气孔。

7.根据权利要求2的气体压缩系统，其中所述压缩机选自：往复式压缩机、涡旋式压缩机和螺杆式压缩机。

8.根据权利要求2的气体压缩系统，进一步包括与压缩机一起连接在闭合制冷剂回路中的冷凝器、膨胀设备和蒸发器，其中所述非压缩气体是非压缩的制冷剂气体，并且其中所述气源是设置在闭合制冷剂回路中的蒸发器或者液体制冷剂捕集器中的至少一个。

9.根据权利要求2的气体压缩系统，其中所述马达是同步永磁马达。

10.根据权利要求8的气体压缩系统，进一步包括邻近于所述马达布置的冷却套管，所述冷却套管被配置为接收液体冷却剂，然后将马达中的热量传输至所述液体制冷剂。

11.根据权利要求10的气体压缩系统，其中所述冷却套管被配置为从冷凝器中接收液体制冷剂，然后将制冷剂气体和液体制冷剂的混合物提供至所述蒸发器或者液体制冷剂捕集器中的至少一个。

12.根据权利要求11的气体压缩系统，其中所述马达包括转子、定子、马达绕组以及轴承，并且所述冷却套管的至少一部分被布置为邻近于定子，并且其中所述马达绕组和轴承被来自于蒸发器或液体制冷剂捕集器的至少一个中的非压缩的制冷剂气体冷却。

13.一种气体压缩系统，包括：

一压缩机，其具有一压缩装置；

一马达，其被连接至压缩机从而驱动所述压缩装置；

一外壳，其封装所述压缩机和马达；以及

一抽气组件，其用于从气源中接收非压缩气体，然后将所述非压缩气体传输至压缩机，所述抽气组件包括：

一抽气管道，其与气源流体相通；

用于在来自气源的非压缩气体中产生压力降的装置，所述用于产生压力降的装置与抽气管道流体相通；

一压缩机进气口，其被配置为从用于产生压力降的装置中接收非压缩气体，然后将所述非压缩气体提供至压缩机；

所述外壳包括一与气源流体相通的进气口开口，以及一与用于产生压力降的装置流体相通的排气口开口；

其中所述用于产生压力降的装置，从气源中抽出非压缩气体通过外壳从而冷却所述马达，然后将所述非压缩气体返回至抽气组件；并且

其中所述用于产生压力降的装置包括一包含侧壁的喷嘴，所述侧壁包括一渐缩部分和一扩张部分，所述喷嘴进一步包括与外壳的排气口开口流体相通的气体回路，所述扩张部分与压缩机进气口流体相通。

14.根据权利要求13的气体压缩系统，其中所述气体回路包含布置在喷嘴的侧壁内的至少一个孔，所述至少一个孔与外壳的排气口开口流体相通。

15.根据权利要求14的气体压缩系统，其中所述至少一个孔被设置在喷嘴侧壁的渐缩部分中。

16.根据权利要求14的气体压缩系统，其中所述至少一个孔被设置在喷嘴侧壁的扩张部分中。

17.根据权利要求14的气体压缩系统，其中所述压缩机是离心式压缩机，并且所述压缩机进气口包括一连接至推进器的进气孔。

18.根据权利要求14的气体压缩系统，其中所述压缩机选自：往复式压缩机、涡旋式压缩机和螺杆式压缩机。

19.根据权利要求14的气体压缩系统，进一步包括与压缩机一起连接在闭合制冷剂回路中的冷凝器、膨胀设备和蒸发器，其中所述非压缩气体是非压缩的制冷剂气体，并且其中所述气源是设置在闭合的制冷剂回路中的蒸发器或者液体制冷剂捕集器中的至少一个。

20.根据权利要求14的气体压缩系统，其中所述马达是同步永磁马达。

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