用于动态地确定和控制无油冷却器的滚动元件轴承处的制冷剂薄膜厚度的系统和方法技术方案

涉及动态地确定滚动元件轴承处的制冷剂膜厚度并且动态地控制滚动元件轴承处的制冷剂膜厚度的方法。此外，无油冷却器系统被配置为动态地确定无油冷却器系统的滚动元件轴承处的制冷剂薄膜厚度，其中无油冷却器系统还被配置为动态地控制无油冷却器系统的滚动元件轴承处的制冷剂薄膜厚度。

System and method for dynamically determining and controlling refrigerant film thickness at a rolling element bearing at an oil-free cooler

A method for dynamically determining refrigerant film thickness at a rolling element bearing and dynamically controlling a refrigerant film thickness at a rolling element bearing. In addition, no oil cooler system is configured to dynamically determine the refrigerant film thickness at the rolling element bearing oil cooler system, in which no oil cooler system is also configured to dynamically control the refrigerant film thickness of rolling element bearing oil cooler system.

【技术实现步骤摘要】
用于动态地确定和控制无油冷却器的滚动元件轴承处的制冷剂薄膜厚度的系统和方法
技术介绍
一些制冷冷却器是利用油来润滑轴承的油基润滑系统。在这种冷却器中，在冷却器及其活性油输送系统关闭之后，一部分油粘附到轴承表面并作为薄膜在轴承表面上保持相对较长时间。因此，当油被用作轴承润滑剂时，至少一些油将保留在轴承表面上，以在冷却器再次启动时提供初始轴承润滑。这种残余油至少在某种程度上可以被依赖来润滑轴承，直到冷却器的油输送系统主动向轴承位置提供油。相反，无油冷却器是一种在某些情况下可以采用离心式压缩机的制冷冷却器，其中叶轮安装在轴上借助滚动元件轴承旋转，该滚动元件轴承仅由构成冷却器系统的工作流体润滑。因此，液体制冷剂被提供给(1)滚动元件轴承(例如，在冷却器刚刚启动时、在冷却器操作期间以及在冷却器关闭之后的滑行期间)，和(2)冷却器的压缩机的驱动电机以用于电机冷却目的。可以在制冷冷却器中利用变速驱动电机来驱动压缩机。无油冷却器不需要或不用油基润滑系统。因此，当制冷剂用作轴承润滑剂，在冷却器系统关闭时，很少或没有残余制冷剂残留在轴承表面(制冷剂从轴承表面排出或者从轴承表面沸腾而离开基本上干的轴承)。因此，无油冷却器在冷却器启动时和冷却器关闭之后都具有独特的困难和挑战。
技术实现思路
无油离心式冷却器需要足够的液体制冷剂输送到轴承，以在轴承接触区域保持足够的薄膜厚度。本文描述的方法涉及用于动态地确定无油冷却器的滚动元件轴承处的制冷剂薄膜厚度的方法。术语“动态地”在本文中用于表示“实时地”。此外，本文所述的方法涉及用于动态地控制无油冷却器的滚动元件轴承处的制冷剂薄膜厚度的方法。本文所述的一些实施例涉及一种无油冷却器系统，其被配置为动态地确定无油冷却器系统的滚动元件轴承处的制冷剂薄膜厚度。此外，本文所述的一些实施例涉及无油冷却器系统，其被配置为动态地控制无油冷却器系统的滚动元件轴承处的制冷剂膜厚度。附图简要说明图1示出根据一个实施例的无油冷却器系统。图2示出根据一个实施例的用于动态地确定和控制无油冷却器的滚动元件轴承处的制冷剂薄膜厚度的方法的流程图。图3示出根据另一个实施例的无油冷却器系统。具体实施方式参考以下描述和附图可以进一步理解本专利技术，其中相同的元件用相同的附图标记表示。图1示出了无油冷却器100，其构造成用于动态地确定滚动轴承102处的制冷剂薄膜厚度。此外，无油冷却器100还构造成用于动态地控制滚动轴承102处的制冷剂薄膜厚度。无油冷却器100具有压缩机104、冷凝器106、蒸发器108和其它部件(如下所述)。来自蒸发器108的制冷剂气体被压缩机104压缩，然后被引导到冷凝器106。热交换过程发生在冷凝器106处，其中热的压缩的制冷剂气体被冷凝成较冷的液体。冷凝的制冷剂(液体)被引导以从冷凝器106流出到冷却器100的其他部件。无油冷却器100的一个实施例是离心式冷却器。压缩机104的一个实施例是变速离心式压缩机。压缩机104具有连接到转子112的驱动电机110。驱动电机110安装成在轴114上旋转。轴114安装成在至少一个轴承102中旋转。在一些实施例中，包括具有多个轴承的轴承套件116。轴承102具有滚动元件118和座圈120、122。轴承套件116的每个轴承可以与轴承102相同或相似。因此，在一些实施例中，轴承套件116中的每个轴承都具有滚动元件和座圈，其与轴承102的滚动元件118和座圈120、122相同或相似。轴承102(也是轴承套件116中的轴承)可以是混合轴承，其中滚动元件118由陶瓷材料制成，而座圈120、122由钢制成。在本实施例中，作为冷却器的工作流体的制冷剂作为润滑剂提供给轴承102(也是轴承套件116中的轴承)。油不作为润滑剂提供或存在于轴承102处。因此，轴承102(也是轴承套件116中的轴承)是“无油的”。在轴承102处(也是轴承套件116中的轴承)形成制冷剂的薄膜，并且该薄膜用作滚动元件118和座圈120、122之间的弹性流体动力薄膜。在图1所示的冷却器100的示例中，制冷剂(液体)被引导成从冷凝器106和蒸发器108之间的位置流动到轴承102和/或轴承套件116。然而，应当理解，冷却器100的不同构造也是可能的，其中制冷剂(液体)被引导成从冷凝器106和蒸发器108之间的位置以外的位置流出。例如，虽然未示出，但是另一个实施例包括从冷凝器106到轴承102和/或轴承套件116的流路，其与从冷凝器106到蒸发器108(如图1所示)的流动路径分离。例如，虽然未示出，但是另一实施例包括容器，其从冷凝器106接收制冷剂(液体)，然后引导该制冷剂(液体)流向轴承102和/或轴承套件116。无油冷却器100包括与传感器装置125a、125b、125c、125d和制冷剂液体温度影响装置126通信(例如，从其接收数据)的计算机化控制装置124。传感器装置125a是测量从冷凝器106到滚动元件轴承102的用于润滑的液体制冷剂温度的温度(T)传感器。传感器装置125b测量冷凝器106的冷凝器压力(Pc)。传感器装置125c测量蒸发器108的蒸发器压力(Pe)。传感器装置125d测量(直接或间接)压缩机104的转速RPM。计算机化控制装置124从传感器装置125a接收T并从传感器装置125b接收Pc，并且如下所述确定制冷剂流体的动态粘度(N)(通过使用与轴承几何形状(Rr)和负载(F)相关的常数，以及与E、H、I和J相关的其它常数；常数可以根据压缩机排量或其他因素而变化)。在一些实施例中，制冷剂液体温度影响装置126是热交换器，优选地是铜焊板式热交换器。在这些实施例中，制冷剂液体进入热交换器的一侧，而较低温度的流体进入热交换器的另一侧，以及该较低温度的流体从制冷剂液体带走热量。较低温度的流体可以来自节热器或蒸发器。较低温度的流体可以但不是必须是液体制冷剂。在一些实施例中，冷却器的一个或多个部件可以用作制冷剂源，并且制冷剂在源处可以处于任何相和/或温度，然后通过改性剂修改为所需的相和/或温度。例如，制冷剂源可以是在获得实质上为液体的制冷剂的情况下在冷凝器的流体下游的冷却器的任何位置。在其他示例中，制冷剂源可以来自具有制冷剂蒸气和液体的混合物或单独的蒸汽的位置，例如当可以采用相或温度影响装置(例如126)时的情况。可以用作源的这种冷却器部件包括但不限于热交换器、接收器、储存器、制冷剂管线、泵等。计算机化控制装置124被配置成用于控制冷却器100的各部件。也就是说，例如，计算机化控制装置124被配置成用于控制驱动电机110(例如，轴的旋转速度)和/或制冷剂液体温度影响装置126(例如，提供给轴承102的液体制冷剂的温度)。通过控制这些部件(和液体制冷剂的相关特性)，计算机化控制装置124可以控制轴承102处的液体制冷剂的薄膜厚度。因此，计算机化控制装置124可以控制冷却器100的各部件，从而为轴承102提供足够的(其在本文中用于包括特定体积、特定温度、特定相或其组合等)液体制冷剂，用于在轴承102的接触区域(即在滚动元件118和座圈120、122之间)保持足够的薄膜厚度。因为计算机化控制装置124被配置成动态控制冷却器100的各部件(例如，驱动电机110、制冷剂液体温度影响装置126等)，因此可以动态控制轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无油冷却器的计算机化控制装置，其特征在于，所述计算机化控制装置动态地确定无油冷却器运行期间的无油冷却器的轴承处的实际制冷剂薄膜厚度，以及当所述实际制冷剂薄膜厚度与阈值制冷剂薄膜厚度不同时，控制无油冷却器的其它部件从而改变轴承处的制冷剂薄膜厚度或无油冷却器的运行。

【技术特征摘要】
2015.12.17 US 62/268,7611.一种无油冷却器的计算机化控制装置，其特征在于，所述计算机化控制装置动态地确定无油冷却器运行期间的无油冷却器的轴承处的实际制冷剂薄膜厚度，以及当所述实际制冷剂薄膜厚度与阈值制冷剂薄膜厚度不同时，控制无油冷却器的其它部件从而改变轴承处的制冷剂薄膜厚度或无油冷却器的运行。2.根据权利要求1所述的计算机化控制装置，其特征在于，所述计算机化控制装置控制所述无油冷却器的其它部件，从而当所述实际制冷剂薄膜厚度低于阈值制冷剂薄膜厚度时，所述改变轴承处的制冷剂薄膜厚度是增加所述制冷剂薄膜厚度。3.根据权利要求1所述的计算机化控制装置，其特征在于，所述阈值薄膜厚度是预定的最小制冷剂薄膜厚度。4.根据权利要求1所述的计算机化控制装置，其特征在于，所述计算机化控制装置仅仅根据所述轴承的温度和转速来确定所述无油冷却器运行期间的所述无油冷却器的轴承处的实际制冷剂薄膜厚度。5.根据权利要求1所述的计算机化控制装置，其特征在于，所述计算机化控制装置利用转化为计算机化指令集的公式1来执行确定实际制冷剂薄膜厚度(h实际)的专门功能：公式1：其中：A、B、C、D和G是常数；e是欧拉常数；Rr是内轴承座圈的曲率半径；R是旋转速度；k是波尔兹曼常数；E是杨氏模量；F是负载参数；N是动态粘度；v是滚珠和内座圈的平均滚动速度；以及α是压力粘度。6.根据权利要求1所述的计算机化控制装置，其特征在于，所述计算机化控制装置利用转化为计算机化指令集的公式2来执行确定实际制冷剂薄膜厚度(h实际)的专门功能：公式2：其中：H、I和J是常数；e是欧拉常数；Rr是内轴承座圈的曲率半径；R是旋转速度；E是杨氏模量；F是负载参数；N是液体制冷剂的动态粘度；以及v是滚珠和内座圈的平均滚动速度。7.一种无油冷却器系统，其特征在于，包括权利要求1所述的计算机化控制装置，其中所述计算机化控制装置控制所述无油冷却器系统的电机的运行和/或控制液体制冷剂温度影响装置的运行。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·约翰逊，
申请(专利权)人：特灵国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US