1.本公开涉及压缩机中的轴承。更具体地，本公开涉及在加热、通风、空气调节和制冷(“hvacr”)系统中使用的压缩机中的气体轴承。
背景技术：
2.hvacr系统通常被用于对封闭空间(例如，商业建筑或住宅建筑的内部空间、制冷运输单元的内部空间或类似物)进行加热、冷却和/或通风。hvacr系统可以包括传热回路，该传热回路利用工作流体以向一区域提供冷却的或加热的空气。传热回路包括压缩机。该压缩机包括轴和一个或多个轴承，所述轴旋转以压缩工作流体，所述一个或多个轴承用于在轴旋转时支撑该轴。
技术实现要素：
3.hvacr系统可以包括被配置成加热或冷却过程流体(例如，空气、水、和/或乙二醇或类似物)的传热回路。工作流体被循环通过该传热回路，并被用于加热或冷却该过程流体。传热回路可以包括：压缩该工作流体的压缩机、冷却该工作流体的冷凝器、使该工作流体膨胀的膨胀器、和加热该工作流体的蒸发器。压缩机可以包括壳体、轴、和用于支撑该轴的一个或多个气体轴承。压缩机通过使轴相对于壳体旋转来压缩工作流体。(一个或多个)气体轴承例如在轴旋转时相对于壳体支撑该轴。
4.在一个实施例中，气体轴承包括所述轴的外表面和所述壳体的支撑表面。所述轴的外表面包括凹槽，当所述轴旋转时所述凹槽在所述外表面与所述支撑表面之间引导气体。当所述轴旋转时，在所述壳体的支撑表面与所述轴的外表面之间形成气体层。所述气体层支撑旋转的轴。
5.在一个实施例中，所述传热回路包括管道和用于所述工作流体的主流动路径。所述传热回路中用于所述工作流体的主流动路径行进通过所述压缩机、冷凝器、膨胀器和蒸发器，并且回到所述压缩机。所述管道在所述冷凝器处、在所述蒸发器处、或在所述冷凝器与所述蒸发器之间从所述主流动路径延伸。所述管道延伸到所述压缩机，并且被配置成供应所述工作流体中的一部分以冷却所述气体轴承。
6.在一个实施例中，所述管道选择性地供应所述工作流体的所述部分。
7.在一个实施例中，所述轴的所述外表面是具有等于或大约或小于20
×
10-6
m/(m*k)的热膨胀系数的材料。在一个实施例中，所述材料具有等于或大约或小于15
×
10-6
m/(m*k)的热膨胀系数。
8.在一个实施例中，所述轴的所述外表面包含氮化硅、碳化钨、科瓦铁镍钴合金和氧化铝中的一种或多种。
9.在一个实施例中，所述工作流体的所述部分冷却所述气体轴承，同时保持与所述气体层分离。
10.在一个实施例中，所述壳体的所述支撑表面包括两个或更多个孔口。所述两个或
更多个孔口各自分别流体地连接到所述管道。所述工作流体的所述部分流动通过所述两个或更多个孔口，并且在所述壳体的所述支撑表面与所述轴的所述外表面之间流动以便冷却所述气体轴承。
11.在一个实施例中，第二管道在所述压缩机内延伸并且从所述压缩机延伸。所述压缩机包括抽吸入口和排放出口。所述主流动路径中的所述工作流体通过所述抽吸入口进入所述压缩机、并且通过所述排放出口离开所述压缩机。所述工作流体的所述部分通过所述第一管道进入所述压缩机、并且通过所述第二管道离开所述压缩机。
12.在一个实施例中，所述气体轴承是向所述轴提供径向支撑的径向气体轴承。在一个实施例中，所述径向气体轴承中的最大径向间隙小于所述轴的半径r的0.0011。
13.在一个实施例中，所述气体轴承是向所述轴提供轴向支撑的止推轴承。
14.在一个实施例中，一种操作传热回路的方法包括引导工作流体通过传热回路的主流动路径。所述主流动路径引导所述工作流体通过所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀器、所述蒸发器并且回到所述压缩机。所述方法还包括将所述主流动路径中的工作流体的一部分供应至所述压缩机。从所述主流动路径中的所述冷凝器、所述蒸发器、或所述冷凝器与所述蒸发器之间供应所述工作流体的所述部分。将所述工作流体的所述部分供应至所述压缩机，以冷却该压缩机中的气体轴承。
附图说明
15.通过以下附图将更好地理解传热回路、传热回路中的压缩机、以及操作传热回路的方法的所描述的和其他特征、方面和优点，在附图中：
16.图1是传热回路的实施例的示意图。
17.图2是压缩机的实施例的截面图。
18.图3是图2中的压缩机的径向气体轴承和止推气体轴承的部分的透视图。
19.图4是压缩机的实施例的截面图。
20.图5是根据一个实施例的图4中的压缩机由v-v所指示的截面图。
21.图6是操作传热回路的方法的框图流程图。
22.相似的附图标记指示相似的特征。
具体实施方式
23.加热、通风、空气调节和制冷(“hvacr”)系统通常被配置成加热和/或冷却封闭空间(例如，商业或住宅建筑的内部空间、冷藏运输单元的内部空间或类似物)。hvacr系统包括传热回路，该传热回路包括压缩机和循环通过传热回路的工作流体(例如，制冷剂、制冷剂混合物或类似物)。利用工作流体以加热或冷却过程流体(例如，空气、水和/或乙二醇或类似物)。
24.压缩机包括壳体、轴和一个或多个轴承，该轴相对于壳体旋转以压缩工作流体，该一个或多个轴承在轴旋转时支撑该轴。压缩机可以利用气体轴承来支撑该轴。气体轴承可以在轴旋转时形成用于支撑该轴的气体层。气体轴承可以是空气静力气体轴承、空气动力气体轴承、或混合气体轴承。空气静力气体轴承是利用外部加压气体源的轴承。空气动力气体轴承利用旋转轴的转动以将气体形成层，从而为该轴提供支撑。混合轴承是也能够利用
外部加压气体源的空气动力气体轴承。
25.由于与液体-固体接触相比，气体-固体接触具有较低的摩擦，因此相比于液体润滑的轴承，气体轴承可以实现高效率。已经发现，例如可以通过使空气动力气体轴承的轴承表面之间的距离最小化来使空气动力气体轴承的效率进一步最大化。然而，在气体与轴承表面之间仍然会发生一些摩擦。摩擦产生热，该热会导致空气静力轴承中的不同材料的热膨胀。这可以减小轴承表面之间的最小距离。
26.本文公开了涉及压缩机、包括压缩机的传热回路、以及操作传热回路的方法的实施例，该传热回路利用气体轴承来支撑压缩机轴并且具有冷却该气体轴承以防止发生明显的热膨胀的配置。
27.图1是传热回路1的实施例的示意图。在一个实施例中，传热回路1被利用在hvacr系统中。传热回路1包括压缩机10、冷凝器30、膨胀装置40和蒸发器50。在一个实施例中，可以修改该传热回路1以包括附加部件，诸如节能器热交换器、一个或多个阀、(一个或多个)传感器(例如，流量传感器、温度传感器和类似物)、接纳器(receiver tank)或类似物。
28.传热回路1的部件是流体地连接的。传热回路1可以被配置为可以以冷却模式操作的冷却系统(例如，hvacr系统的流体冷却器、空气调节系统或类似物)，或者该传热回路1可以被配置为可以以冷却模式或加热模式运行的热泵系统。
29.工作流体流动通过传热回路1。通过该传热回路1的工作流体的主流动路径5延伸通过压缩机10、冷凝器30、膨胀装置40、蒸发器50，并且返回到压缩机10。在一个实施例中，主流动路径5从压缩机10的排放出口14延伸回到该压缩机10的抽吸入口12，并且从该抽吸入口12通过该压缩机10到排放出口14。主流动路径5中的工作流体通过抽吸入口12进入该压缩机10，并且通过排放出口14离开该压缩机10。工作流体包括一种或多种制冷剂。
30.为了清楚起见，在附图中提供虚线以指示流体流动通过一些部件(例如，冷凝器30、蒸发器50)，并且该虚线应被理解为在每个部件中没有指定特定路线。在图1中提供点划线以图示出不同特征之间的电子通信。例如，当控制器90从流量传感器92接收到测量结果(例如，流量测量结果)时，点划线从控制器90延伸到流量传感器92。例如，当控制器10控制压缩机10时，点划线从控制器90延伸到压缩机10。在一个实施例中，控制器90包括处理器(未示出)和用于存储信息的存储器(未示出)。在图1中和在下文所描述的控制器90被描述/显示为单个部件。然而，应当理解，如图1所示和本文所描述的“控制器”在一个实施例中可以包括多个分立或互连的部件，所述多个分立或互连的部件包括存储器(未示出)和处理器(未示出)。
31.处于较低压力的气态的或大部分气态的工作流体被吸入到压缩机10的抽吸入口12中。工作流体在从抽吸入口12流动通过压缩机10到该压缩机10的排放出口14时被压缩。工作流体从压缩机10的排放出口14通过主流动路径5流动到冷凝器30。
32.第一过程流体pf1与工作流体分离地流动通过冷凝器30。冷凝器30是允许工作流体和第一过程流体pf1在它们各自流动通过冷凝器30时处于传热关系且没有物理混合的热交换器。随着工作流体流动通过冷凝器30，该工作流体被第一过程流体pf1冷却。相应地，第一过程流体pf1被工作流体加热，并且以相对于该第一过程流体pf1进入冷凝器30的温度更高的温度离开该冷凝器30。在一个实施例中，第一过程流体pf1可以是空气、水和/或乙二醇、或类似物，其适合于从工作流体和传热回路1吸收和传递热。例如，第一过程流体pf1可
以是从外部大气循环的环境空气、待被加热作为热水的水、或用于从传热回路1传递热的任何合适的流体。工作流体被冷凝器20冷却，并且随着该工作流体在冷凝器30中被冷却而变成液态或大部分变成液态。
33.液态/气态的工作流体从冷凝器30流动至膨胀装置40。该膨胀装置40允许工作流体膨胀。膨胀使得工作流体的温度显著地降低。如本文所描述的“膨胀装置”也可以被称为膨胀器。在一个实施例中，膨胀器可以是膨胀阀、膨胀板、膨胀容器、孔口或类似物、或其他这种类型的膨胀器构。应当理解，膨胀器可以是在本领域中所使用的用于膨胀工作流体以使工作流体的温度降低的任何类型的膨胀器。气态/液态的工作流体通过膨胀装置40膨胀之后具有较低的温度。
34.较低温度的气态/液态的工作流体然后从膨胀装置40流动到并通过蒸发器50。第二过程流体pf2也与工作流体分离地流动通过蒸发器50。蒸发器50是允许工作流体和第二过程流体pf2在蒸发器50内处于传热关系且没有物理混合的热交换器。随着工作流体和第二过程流体pf2流动通过蒸发器50，该工作流体从第二过程流体pf2吸收热，从而冷却第二过程流体pf2。相应地，第二过程流体pf2以比该第二过程流体进入蒸发器50的温度更低的温度离开蒸发器50。工作流体在离开蒸发器50时是气态的或大部分是气态的。工作流体从蒸发器50流动到压缩机10的抽吸入口12。
35.在一个实施例中，第二过程流体pf2被hvacr系统进行空气冷却，并且被通风到待调节的封闭空间。在一个实施例中，第二过程流体pf2是中间流体(例如，水、传热流体或类似物)，并且被冷却的第二过程流体pf2可以被hvacr系统利用以冷却待调节的封闭空间中的空气或被通风到待调节的封闭空间。
36.压缩机10包括一个或多个气体轴承20。下面更详细地讨论压缩机10的气体轴承。传热回路还包括管道60，该管道60供应用于冷却该压缩机10的气体轴承20的工作流体。管道60包括出口62和至少一个入口64a、64b、64c。管道60的出口62延伸到压缩机10，并且供应工作流体以冷却该轴承20。管道60从冷凝器30处、蒸发器50处、或冷凝器30与蒸发器50之间的主流动路径5延伸。
37.在一个实施例中，工作流体从冷凝器30通过入口64a进入管道60。入口64a连接到冷凝器30，并且冷凝器30中的工作流体的一部分经由入口64a流动到管道60中。其余的工作流体从冷凝器30通过主流动路径5流动到膨胀器40。在一个实施例中，所述工作流体的大部分通过主流动路径5流动到膨胀器40，而不是转向到入口64a中。在一个实施例中，流动通过管道60到气体轴承20的工作流体可以是气态的、液态的、或气体/液体的混合物。
38.在一个实施例中，工作流体从蒸发器50通过入口64b进入管道60。入口64b连接到蒸发器50，并且蒸发器50中的工作流体的一部分经由入口64b流动到管道60中。其余的工作流体从蒸发器50通过主流动路径5流动到压缩机10的抽吸入口12。在一个实施例中，所述工作流体的大部分通过主流动路径5流动到压缩机10的抽吸入口12，而不是转向到入口64b中。在一个实施例中，流动通过管道60的工作流体是液体。
39.在一个实施例中，工作流体从冷凝器30与蒸发器50之间的主流动路径5通过入口64d、64c进入管道60。在行进通过冷凝器30之后流动通过主流动路径5的工作流体的一部分经由入口64c、64d流动到管道60中。在一个实施例中，所述工作流体的大部分通过主流动路径5流动到蒸发器50，而不是转向到管道60中。
40.在一个实施例中，入口64c在冷凝器30与膨胀器40之间连接到主流动路径5。离开冷凝器30的工作流体的一部分经由入口64c流动到管道60中。其余的工作流体通过主流动路径5流动到膨胀器40。
41.在一个实施例中，入口64d在膨胀器40与蒸发器50之间连接到主流动路径5。从膨胀器40排放的工作流体的一部分经由入口64d流动到管道60中。其余的工作流体流动通过主流动路径5并进入蒸发器50中。
42.在一个实施例中，管道60在蒸发器50处或在膨胀器40与蒸发器50之间连接到主流动路径5。管道60可以具有入口64b、64d，该入口64b、64d在蒸发器64b处连接到主流动路径5，或者在膨胀器40与蒸发器50之间连接。如以上所讨论的，主流动路径5中的工作流体在行进通过膨胀器时膨胀并被冷却。从膨胀器40排放的较冷的工作流体的一部分经由入口64b、64d流动到管道60中。
43.管道60包括流量控制器。该流量控制器控制通过管道60流动到压缩机10的工作流体的量。在一个实施例中，流量控制器可以包括阀68和/或泵70。在一个实施例中，控制器90可以控制该阀68和/或泵70以控制流动通过管道60的工作流体的量。
44.图2是根据一个实施例的压缩机10的纵向截面图。在一个实施例中，压缩机10包括壳体11、轴22、定子24和转子26。轴22包括叶轮28。转子26固定到轴22。定子24使转子26旋转，该转子26使轴22旋转。轴22及其叶轮28相对于压缩机10的壳体11旋转。当轴22旋转时，旋转的叶轮28通过抽吸入口12抽吸工作流体。然后，轴22的旋转压缩该工作流体。被压缩的工作流体然后通过排放出口14而被排放。
45.图2中的压缩机10是离心式压缩机。然而，应当理解，在一个实施例中的压缩机10可以是不同类型的压缩机。在一个实施例中，压缩机10可以是涡旋压缩机，该涡旋压缩机包括固定于轴22的涡旋件(未示出)替代叶轮28。在一个实施例中，压缩机可以是螺杆式压缩机，该螺杆式压缩机包括固定至轴22的螺杆(未示出)替代叶轮28。
46.在一个实施例中，压缩机10包括径向气体轴承110。径向气体轴承110被配置成例如在轴22正在旋转时沿径向支撑该轴22。径向气体轴承110沿其径向方向(例如方向d1、方向d2或类似方向)支撑旋转的轴22。径向气体轴承110包括壳体11的径向支撑表面112和轴22的径向外表面114。径向支撑表面112面向轴22的径向外表面114。在一个实施例中，壳体11的径向支撑表面112可以由固定地附接(例如，压力配合、焊接或类似连接方式)到壳体11的其余部分的套筒或盖形成。
47.在轴22的径向外表面114中形成凹槽120。当轴22旋转时，凹槽120在轴22的径向外表面114与壳体11的径向支撑表面112之间引导气体。被引导的气体在轴22的径向外表面114与壳体11的径向支撑表面112之间形成气体层122(例如，工作流体层)。气体层122在其径向方向上支撑旋转的轴22。在一个实施例中，径向外表面114中的凹槽28具有大约100μm或小于100μm的深度。在一个实施例中，凹槽28具有从等于或大约2μm至等于或大约100μm的深度。
48.轴22的径向外表面114与壳体11的径向支撑表面112之间的径向间隙c1被最小化，以便使由径向气体轴承110所提供的支撑最大化。在一个实施例中，径向间隙c1是径向气体轴承110中的径向外表面114与径向支撑表面112之间的最小距离。例如，因为凹槽120不是轴22的沿径向气体轴承110的最外表面，因此不在凹槽120的任何位置处确定该轴22的径向
间隙c1。在一个实施例中，径向间隙c1的尺寸基于轴22的半径r。径向间隙c1和轴22的半径r在沿轴22的相同轴向位置处。在一个实施例中，压缩机10被配置成使得径向间隙c1是轴22的半径r的等于0.0011或大约0.0011或小于0.0011(c1≤～0.0011r)。在一个实施例中，压缩机10被配置成使得径向间隙c1等于或大约或小于轴22的半径r的0.0010(c1≤～0.0010r)。
49.在一个实施例中，轴22的形成径向气体轴承110的径向外表面114由以下中的一种或多种制成：碳化钨、铝、铬镍铁合金625、aisi 1045碳钢、aisi 304不锈钢、aisi 304不锈钢、铝青铜、碳化硼陶瓷、赛隆(syalon)101陶瓷、赛隆101陶瓷、赛隆501陶瓷、赛隆050陶瓷、赛隆110陶瓷、赛隆201陶瓷、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化镁强化的氧化锆、vittria强化的氧化锆、因瓦合金(invar)-36、因瓦合金-42、和/或科瓦铁镍钴合金(kovar)。在一个实施例中，轴22的径向外表面114由一种或多种陶瓷制成。例如，在一个实施例中，轴22的径向外表面114由以下中的一种或多种制成：碳化钨、碳化硼陶瓷、赛隆101/501/050/110/201陶瓷、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化镁强化的氧化锆、vittria强化的氧化锆、因瓦合金-36、因瓦合金-42和/或科瓦铁镍钴合金。在一个实施例中，轴22的径向外表面114由以下中的一种或多种制成：氮化硅、碳化钨、科瓦铁镍钴合金和/或氧化铝。应当理解，轴22的径向外表面114不限于上述材料，并且在一个实施例中可以由具有用于轴22的径向外表面114的下文所描述的期望性质的一种或多种期望性质的(一种或多种)其他材料制成。
50.在一个实施例中，轴22的形成径向气体轴承110的径向外表面114是热膨胀系数等于20
×
10-6
m/(m*k)或大约20
×
10-6
m/(m*k)或小于20
×
10-6
m/(m*k)的材料。在一个实施例中，径向外表面114的材料具有等于15
×
10-6
m/(m*k)或大约15
×
10-6
m/(m*k)或小于15
×
10-6
m/(m*k)的热膨胀系数。在一个实施例中，径向外表面114的材料具有大于碳钢的杨氏模量(e)。在一个实施例中，径向外表面114的材料具有低于碳钢的密度(ρ)。
51.在一个实施例中，壳体11的形成径向气体轴承110的径向支撑表面112由以下中的一种或多种制成：碳化钨、铝、铬镍铁合金625、aisi1045碳钢、aisi 304不锈钢、aisi 304不锈钢、铝青铜、碳化硼陶瓷、赛隆101陶瓷、赛隆101陶瓷、赛隆501陶瓷、赛隆050陶瓷、赛隆110陶瓷、赛隆201陶瓷、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化镁强化氧化锆、vittria强化的氧化锆、因瓦合金-36、因瓦合金-42、和/或科瓦铁镍钴合金。在一个实施例中，壳体11的径向支撑表面112由一种或多种陶瓷制成。例如，在一个实施例中，壳体11的径向支撑表面112是由但不限于以下中的一种或多种制成：碳化钨、碳化硼陶瓷、赛隆101/501/050/110/201陶瓷、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化镁强化的氧化锆、vittria强化的氧化锆、因瓦合金-36、因瓦合金-42、和/或科瓦铁镍钴合金。在一个实施例中，壳体11的径向支撑表面112由氮化硅、碳化钨、科瓦铁镍钴合金和/或氧化铝中的一种或多种制成。应当理解，壳体11的径向支撑表面112不限于上述材料，并且在一个实施例中可以由具有用于壳体11的径向支撑表面112的下文所描述的期望性质的一种或多种期望性质的(一种或多种)其他材料制成。
52.在一个实施例中，壳体11的形成径向气体轴承110的径向支撑表面112是热膨胀系数等于20
×
10-6
m/(m*k)或大约20
×
10-6
m/(m*k)或小于20
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10-6
m/(m*k)的材料。在一个实施例中，径向支撑表面112的材料具有等于15
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10-6
m/(m*k)或大约15
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10-6
m/(m*k)或小于15
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10-6
m/(m*k)的热膨胀系数。在一个实施例中，径向支撑表面112的材料具有大于碳钢的杨氏模量(e)。在一个实施例中，径向支撑表面112的材料具有低于碳钢的密度(ρ)。
53.在一个实施例中，管道60的出口62包括通路63a。通路63a延伸穿过壳体11到径向气体轴承110。下面更详细地讨论孔口130的结构。管道60通过该孔口130向径向气体轴承110供应工作流体f。工作流体f从孔口130流动并且在径向气体轴承110的径向支撑表面112与径向外表面114之间流动。工作流体f与气体层122混合。然后，工作流体f流动到压缩机10的内部容积132。在一个实施例中，内部容积132中的工作流体f最终流动到叶轮28并被压缩，并且通过排放出口14而被排放。
54.如以上所讨论的，由以较高速度旋转的轴22所引起的摩擦可以在径向气体轴承110中产生热，并且可以显著地增加径向支撑表面112和径向外表面114的温度。工作流体f流动出孔口130，并且经过该径向支撑表面112和径向外表面114。工作流体f冷却该径向支撑表面112和径向外表面114。这种冷却可以限制径向支撑表面112和/或径向外表面114的热膨胀。因此，即使当轴22被配置成以高速度旋转时，从孔口30流动的工作流体f也可以有利地允许该径向间隙c1是小的。在一个实施例中，径向外表面114的速度在操作期间可以等于25m/s或大约25m/s或大于25m/s。在一个实施例中，当轴22以高速度旋转时，径向外表面114的速度可以等于125m/s或大约125m/s或大于125m/s。
55.在一个实施例中，可以基于该轴22的速度来控制到径向气体轴承110的工作流体f的流量。在一个实施例中，管道60可以被配置成将工作流体f选择性地供应到径向气体轴承110。在一个实施例中，管道60可以被配置成一旦轴22达到预定速度就供应工作流体f。在一个实施例中，压缩机10可以被配置成具有最大操作速度，并且管道60可以被配置成当压缩机10被控制为以所述最大操作速度操作时供应工作流体f。
56.在一个实施例中，压缩机10可以包括用于径向气体轴承110的温度传感器135。该温度传感器135被配置成检测该径向气体轴承110的温度。在图2中，温度传感器135在该壳体11的为径向气体轴承110提供径向支撑表面112的一部分中。然而，应当理解，在一个实施例中，温度传感器135在压缩机10内可以具有不同的位置。在一个实施例中，温度传感器135可以被配置成：基于从径向气体轴承110流动的气体的温度来检测该径向气体轴承110的温度。在这样的实施例中，温度传感器135可以例如检测气体离开该径向气体轴承110时的温度、或检测在接收从径向气体轴承110排放的气体的内部容积132中的气体的温度。
57.在一个实施例中，可以基于径向气体轴承135的温度，来控制到径向气体轴承110的工作流体f的流量。在一个实施例中，控制器90可以基于径向气体轴承110的温度，来控制通过管道60的用于冷却径向气体轴承110的工作流体f的流量。在这样的实施例中，控制器90可以利用温度传感器135来检测径向气体轴承110的温度。
58.在一个实施例中，工作流体f也可以在启动时被供应到径向气体轴承110。在一个实施例中，工作流体f被供应到径向气体轴承110直到轴22达到如下一速度，在该速度时凹槽120引导足够气体以形成支撑该轴22的气体层122。在这样的实施例中，管道60可以被配置成：当轴22处于启动速度并且处于在径向气体轴承110中产生显著热的高速度时，将工作流体f供应到径向气体轴承110。在一个实施例中，径向气体轴承110能够在启动期间在达到最小速度之后，在没有工作流体f的流的情况下沿径向支撑该轴22。在一个实施例中，管道60可以被配置成：当轴130的速度处于预定范围内时(例如，在启动之后并且低于导致显著热积聚的较高速度)，不向径向气体轴承110供应任何工作流体f。
59.在一个实施例中，压缩机10还包括止推气体轴承150。止推气体轴承150被配置成
在轴22正在旋转时沿轴向支撑该轴22。止推气体轴承150沿轴向方向d3支撑该轴22。轴22包括止推转轮(thrust runner)29。在一个实施例中，止推转轮29是轴22的从该轴22沿径向向外延伸的一部分。止推转轮29包括止推表面154。
60.在一个实施例中，壳体11包括面向该轴22的止推表面154的轴向支撑表面152。在一个实施例中，壳体11的轴向支撑表面152可以由固定地附接(例如，压力配合、焊接或类似连接方式)到壳体1l的其余部分的套筒或盖形成。止推气体轴承150包括壳体11的轴向支撑表面152和轴22的止推表面154。
61.在轴22的止推表面154中形成凹槽160。当轴22旋转时，凹槽160在壳体11的轴向支撑表面152与轴22的止推表面154之间引导气体。被引导的气体形成气体层162(例如，被引导的工作流体层)，该气体层162形成在壳体11的轴向支撑表面152与轴22的止推表面154之间。气体层162在轴向方向d3上为轴22提供支撑。在一个实施例中，止推表面154中的凹槽160具有大约100μm或小于100μm的深度。在一个实施例中，凹槽160具有从等于或大约2μm到等于或大约100μm的深度。
62.止推轴承150具有轴向间隙c2。在一个实施例中，用于止推气体轴承150的间隙c2类似于如以上所描述的用于径向气体轴承110的间隙c1，除了该间隙c2是在轴向方向d3上之外。轴向间隙c2被最小化，以便使由止推气体轴承150所提供的支撑最大化。在一个实施例中，轴向间隙c2是止推气体轴承150的止推表面154与轴向支撑表面152之间的最小距离。例如，因为凹槽160不是止推表面154的最外表面，因此不在凹槽160的任何位置处确定该止推气体轴承150的轴向间隙c2。在一个实施例中，轴向间隙c2等于100μm或大约100μm或小于100μm。
63.在一个实施例中，轴22的止推表面154由以下中的一种或多种制成：碳化钨、铝、铬镍铁合金625、aisi 1045碳钢、aisi 304不锈钢、aisi 304不锈钢、铝青铜、碳化硼陶瓷、赛隆101陶瓷、赛隆101陶瓷、赛隆501陶瓷、赛隆050陶瓷、赛隆110陶瓷、赛隆201陶瓷、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化镁强化的氧化锆、vittria强化的氧化锆、因瓦合金-36、因瓦合金-42和/或科瓦铁镍钴合金。在一个实施例中，轴22的止推表面154由一种或多种陶瓷制成。例如，在一个实施例中的止推表面154是由以下一种或多种制成：碳化钨、碳化硼陶瓷、赛隆101/501/050/110/201陶瓷、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化镁强化的氧化锆、vittria强化的氧化锆、因瓦合金-36、因瓦合金-42、和/或科瓦铁镍钴合金。在一个实施例中，轴的径向外表面114由氮化硅、碳化钨、科瓦铁镍钴合金和/或氧化铝中的一种或多种制成。应当理解，轴22的止推表面154不限于上述材料，并且在一个实施例中可以由具有用于轴22的止推表面154的下文所描述的期望性质的一种或多种期望性质的(一种或多种)其他材料制成。
64.在一个实施例中，轴22的止推表面154是热膨胀系数等于20
×
10-6
m/(m*k)或大约20
×
10-6
m/(m*k)或小于20
×
10-6
m/(m*k)的材料。在一个实施例中，止推表面154的材料具有等于15
×
10-6
m/(m*k)或大约15
×
10-6
m/(m*k)或小于15
×
10-6
m/(m*k)的热膨胀系数。在一个实施例中，止推表面154的材料具有大于碳钢的杨氏模量(e)。在一个实施例中，止推表面154的材料具有低于碳钢的密度(ρ)。
65.在一个实施例中，壳体11的轴向支撑表面152由以下中的一种或多种制成：碳化钨、铝、铬镍铁合金625、aisi 1045碳钢、aisi 304不锈钢、aisi 304不锈钢、铝青铜、碳化硼陶瓷、赛隆101陶瓷、赛隆101陶瓷、赛隆501陶瓷、赛隆050陶瓷、赛隆110陶瓷、赛隆201陶瓷、
上支撑该轴22之外。例如，第二止推轴承180包括在第二止推表面184中的凹槽190、在第二支撑表面182中的(一个或多个)孔口195，并且管道60包括延伸通过壳体11的通路63c，以将工作流体f供应到第二止推轴承180并且通过(一个或多个)孔口195。在一个实施例中，两个止推轴承150、180的轴向间隙当被组合时等于100μm或大约100μm或小于100μm。
72.图2中的压缩机10是单级压缩机。然而，应当理解，在一个实施例中的压缩机10可以具有两级或更多级。在这样的实施例中，压缩机10可以具有用于每一级的相应的可旋转压缩机构(例如，叶轮28、涡旋件或类似物)。
73.在一个实施例中，轴22可以不利用止推转轮29来为(一个或多个)轴向止推气体轴承150、180提供(一个或多个)止推表面154、184。在一个实施例中，轴22的(一个或多个)可旋转压缩结构(例如，叶轮28、涡旋件或类似物)的后部23可以替代性地提供止推表面184以形成轴向止推轴承180。在这样的实施例中，壳体11可以具有沿叶轮28的后部23的表面，该表面提供轴向支撑表面184以形成轴向止推轴承180。
74.沿着径向气体轴承110的轴22被示出为单件。然而，应当理解，在一个实施例中的轴22可以由多个部件形成。例如，在一个实施例中的轴22可以包括外轴颈(未示出)，该外轴颈被压力配合到较细的部分上以形成该轴22。在这样的实施例中，外轴颈可以提供径向气体轴承110的径向外表面114。
75.在图2中所示的压缩机10包括三个气体轴承110、150、180以用于支撑该轴22。然而，应当理解，在一个实施例中的压缩机10可以包括所述气体轴承110、150、180中的一个或多个以支撑该轴22。在一个实施例中，压缩机10可以包括一个或多个径向气体轴承110和一个或多个止推气体轴承150、180。
76.图3是径向气体轴承110和止推气体轴承150的部分的透视图。在图3中，切去壳体11的一部分以图示出凹槽120和凹槽160。在一个实施例中，止推表面154围绕轴22的周向延伸。
77.在一个实施例中，壳体11的径向支撑表面112包括八个孔口130(在图3中，四个孔口130被遮蔽)。孔口130沿着轴22在周向方向d5上间隔开。较大数量和间距的孔口130可以对径向气体轴承110提供更均匀分布的冷却。管道60分别流体地连接到所述孔口130中的每个孔口。在一个实施例中，管道60的通路64a分别流体地连接到所述孔口130中的每个孔口。管道60被配置成将工作流体供应到并通过所述孔口130中的每个孔口，以冷却该径向气体轴承110，如以上所讨论的。应当理解，在一个实施例中的径向气体轴承110可以具有与八个不同数量的孔口130。在一个实施例中，径向支撑表面112可以包括所述孔口130中的一个或多个孔口。在一个实施例中，径向支撑表面112可以包括所述孔口130中的两个或更多个孔口。
78.在一个实施例中，径向气体轴承110的凹槽120呈人字形或鱼脊形图案，如图3所示。人字形的凹槽120包括以相交的角度延伸的至少两组凹槽120。在一个实施例中，沿着轴22的整个周向设置凹槽120。每个凹槽120沿着轴22以与第一轴向方向d3成小于90度的角度(即，不垂直)延伸。在一个实施例中，凹槽120可以具有曲率，而不是笔直地延伸。
79.在一个实施例中，壳体11的轴向支撑表面152包括八个孔口165(在图3中，两个孔口165被遮蔽)。孔口165围绕轴22在周向方向d5上间隔开。孔口165的间距可以对止推气体轴承150提供更均匀分布的冷却。管道60分别流体地连接到所述孔口165中的每个孔口。在
一个实施例中，管道60的通路64b分别流体地连接到所述孔口165中的每个孔口。管道60被配置成将工作流体供应到并通过所述孔口165中的每个孔口，以冷却该止推气体轴承150，如以上所讨论的。
80.应当理解，在一个实施例中的止推气体轴承150可以具有与八个不同数量的孔口165。在一个实施例中，第一止推表面152可以包括所述孔口165中的一个或多个孔口。在一个实施例中，第一止推表面152可以包括所述孔口165中的两个或更多个孔口。
81.在一个实施例中，凹槽120沿着轴22的整个周向设置在第一止推表面154上。凹槽120各自沿第一止推表面154沿径向向外延伸。随着凹槽120向外延伸，该凹槽120在周向方向d5上弯曲。在一个实施例中，凹槽120可以被配置成(例如，被定向成、被定位成以及类似的)在第一止推表面154与轴向支撑表面152之间沿径向向内、沿径向向外、或以人字形图案引导气体。在一个实施例中，凹槽120可以沿径向向内地定位在第一止推表面154上，并且被配置成沿径向向外地引导气体。在一个实施例中，凹槽120可以沿径向向外地定位在第一止推表面154上，并且被配置成沿径向向内地引导气体。在一个实施例中，可以以人字形图案设置凹槽120，其中第一组凹槽在第二组凹槽的径向内侧。在这样的实施例中，第一组凹槽可以被配置成沿径向向外地引导气体，同时第二组凹槽被配置成沿径向向内地引导气体。
82.图4是用于传热回路的压缩机200的纵向截面图。在一个实施例中，除了压缩机200具有单个止推气体轴承350和用于冷却气体轴承310、350的工作流体f的流之外，该压缩机200相当于图1至图2中的压缩机10。例如，该压缩机200包括：具有抽吸入口212和排放出口214的壳体211、具有叶轮228的轴222、定子224、转子226、径向气体轴承310、止推气体轴承350、凹槽320和凹槽360。
83.除非下文另有说明，否则在一个实施例中的压缩机200可以具有与上文对于压缩机10类似地描述的特征。例如，压缩机10可以包括多级、作为该压缩机的可旋转压缩机构的涡旋件、具有外轴颈的轴222，等。在一个实施例中，凹槽320可以具有人字形图案，气体轴承310、350可以由(一种或多种)材料制成，和/或具有如上文对于气体轴承110、150所讨论的期望的特性，等。
84.在一个实施例中，径向气体轴承310包括壳体211的径向支撑表面312和轴222的径向外表面314，具有凹槽320，类似于图2和图3中的压缩机10中的径向气体轴承110。凹槽320引导气体，以在轴222的径向外表面314与壳体211的径向支撑表面212之间形成气体层322。具有气体层322的径向气体轴承310被配置成在轴222旋转时沿径向支撑该轴222。径向气体轴承310在其径向方向(例如，方向d1、方向d2或类似方向)上支撑旋转的轴222。
85.在一个实施例中，止推气体轴承310包括壳体11的轴向支撑表面352和轴222的止推表面354，具有类似于图2和图3中的止推气体轴承160的凹槽160的凹槽360。轴向支撑表面352面向止推表面354。当轴222旋转时，凹槽360引导气体以在轴222的止推表面354与壳体211的轴向支撑表面352之间形成气体层362。止推气体轴承310被配置成用气体层362沿轴向支撑该轴222。止推气体轴承310在轴向方向d3上支撑旋转的轴222。
86.在一个实施例中，第一腔室330和第二腔室332各自沿着径向气体轴承310延伸。在图4中，第一腔室330和第二腔室332各自沿周向延伸。在一个实施例中，第一腔室330和第二腔室332中的至少一个腔室直接接触该径向支撑表面312的材料。在一个实施例中，第一腔室330和第二腔室332中的至少一个腔室可以直接接触与该径向支撑表面312的材料直接接
触的第二材料(未示出)。在这样的实施例中，第二材料可以具有对于其传热能力而具体选择的高导热率。在这样的实施例中，第二材料可以具有大于碳钢的导热率。在一个实施例中，径向支撑表面320定位在轴222的径向外表面314与所述第一腔室330和第二腔室332中的至少一个腔室之间。通道334将第一腔室330连接到第二腔室332。下文更详细地讨论第一腔室330、第二腔室332和通道334的结构。
87.在一个实施例中，管道260供应工作流体f以用于冷却该压缩机210的气体轴承310、350，类似于图1和图2中的管道60的配置。然而，以不同的方式使用工作流体f来冷却气体轴承310、350。在一个实施例中，管道260包括在壳体211中的用于径向气体轴承310的通路263a。通路263a流体地连接到第一腔室330。在一个实施例中，工作流体f从管道260流动到第一腔室330，从第一腔室330通过通道334流动到第二腔室332，以及从第二腔室332流动到第二管道265。第二管道265包括通路268a，该通路268a延伸穿过壳体11并且流体地连接到腔室332。工作流体f在流动通过所述腔室330、332中的每个腔室时冷却该径向支撑表面312的材料。工作流体f从第一管道260流动通过腔室330、332且通过第二管道265，并且不与气体层322混合。工作流体f冷却该止推气体轴承310，同时保持与气体层322分离。在一个实施例中，被冷却的径向支撑表面312可以降低气体层322的温度，然后间接地冷却该轴222的径向外表面314。
88.在一个实施例中，第一腔室370和第二腔室372各自沿着止推气体轴承350延伸。在图4中，第一腔室370和第二腔室372各自沿周向延伸。在一个实施例中，第一腔室370和第二腔室370中的至少一个腔室直接接触轴向支撑表面352的材料。在一个实施例中，轴向支撑表面352定位在轴222的止推表面354与所述第一腔室370和第二腔室372中的至少一个腔室之间。通道374将第一腔室370连接到第二腔室372。
89.在一个实施例中，管道260包括在壳体211中的用于止推气体轴承350的通路263b。通路263b流体地连接到第一腔室330。在一个实施例中，工作流体f从管道260流动到第一腔室370中，从第一腔室370通过通道374流动到第二腔室372，以及从第二腔室374流动到第二管道265。第二管道265包括通路268b，该通路268b延伸穿过壳体11并且流体地连接到第二腔室374。工作流体f在流动通过所述腔室370、372中的每个腔室时冷却该径向支撑表面312的材料。工作流体f从第一管道260流动通过腔室370、372并且通过第二管道265，并且不与气体层362混合。工作流体f冷却止推气体轴承350，同时保持与气体层362分离。被冷却的轴向支撑表面352可以降低气体层362的温度，然后间接地冷却该轴222的止推表面354。
90.在一个实施例中，第二管道265延伸穿过壳体211并且从压缩机210延伸。工作流体f通过第一管道260进入压缩机200，并且通过第二管道265离开该压缩机200。在传热回路(例如，图1中的传热回路1或类似的)的实施例中，第二管道265可以在冷凝器之后且在叶轮228之前流体地连接到工作流体的主流动路径。压缩机200在抽吸入口212与叶轮228之间包括抽吸空间213。在一个实施例中，第二管道265可以流体地连接到压缩机200的抽吸空间213，使得工作流体f通过第二管道265流动到抽吸空间213中，并且然后被叶轮228压缩。在一个实施例中，可以在蒸发器处或在膨胀器之后且在蒸发器之前，从主流动路径经由第一管道260来供应工作流体f。在这样的实施例中，第二管道265可以流体地连接到抽吸空间213，使得工作流体f通过第二管道265流动到抽吸空间213中，并且然后被叶轮228压缩。
91.出于图示说明目的，图4中的压缩机200是具有单个止推气体轴承350的实施例。如
上文关于压缩机10类似讨论的，应当理解，在一个实施例中的压缩机200可以具有一个或多个气体轴承310、350。在一个实施例中，压缩机200可以具有两个或更多个所述径向气体轴承310和/或两个或更多个所述止推气体轴承350。
92.图5是压缩机200的如图4中的v-v所指示的径向截面。如图5所示，第一腔室330沿径向气体轴承310延伸。在一个实施例中，第一腔室330环绕该径向气体轴承310。在一个实施例中，第一腔室330可以仅部分地环绕该径向气体轴承310。在一个实施例中，第二腔室332(如图4所示)可以具有与第一腔室330类似的配置。
93.在一个实施例中，八个通道334各自流体地连接第一腔室330和第二腔室332。然而，应该理解，在一个实施例中，可以通过不同数量的通道334流体地连接该第一腔室330和第二腔室332。在一个实施例中，一个或多个通道334可以各自连接第一腔室330和第二腔室332。在一个实施例中，两个或更多个通道334可以各自连接第一腔室330和第二腔室332。在一个实施例中，所述通道334中的每个通道具有小于通路263a的截面积，使得工作流体f被迫流动通过所述通道334中的多个通道。
94.在一个实施例中，第一腔室370和/或第二腔室372可以具有与图5所示的第一腔室330相似的形状，除了腔室370、372与止推气体轴承350沿轴向相邻之外。在一个实施例中，腔室370、372中的一个腔室可以至少部分地环绕另一个腔室370、372。在一个实施例中，八个通道374可以连接用于止推轴承350的第一腔室370和第二腔室372，类似于图5中的通道334。在一个实施例中，一个或多个通道374可以连接第一腔室370和第二腔室372。在一个实施例中，两个或更多个通道374可以连接第一腔室370和第二腔室372。
95.图6是操作传热回路的方法400的框图流程图。例如，方法400可以用于操作图1中的传热回路100或操作包括图4中的压缩机200的传热回路。在一个实施例中，传热回路可以用在hvacr系统中。方法400开始于410。
96.在410处，将工作流体引导通过传热回路的主流动路径(例如，主流动路径5)。在一个实施例中，传热回路包括压缩机(例如，压缩机10、压缩机200)、冷凝器(例如，冷凝器30)、膨胀器(例如，膨胀器40)和蒸发器(例如，蒸发器50)。压缩机包括至少一个气体轴承(例如，径向气体轴承110、310，止推气体轴承150、180、350)。主流动路径行径通过压缩机、冷凝器、膨胀器和蒸发器，并且回到压缩机。主流动路径引导工作流体通过压缩机、冷凝器、膨胀器和蒸发器，并且回到压缩机。然后方法400前进到420。
97.在420处，将主流动路径中的工作流体(例如，工作流体f)的在冷凝器处、在蒸发器处或在冷凝器与蒸发器之间的一部分供应至压缩机。该部分的工作流体被用于冷却气体轴承。在一个实施例中，被供应到压缩机的工作流体的流量是基于在气体轴承中所产生的热。在一个实施例中，流量是基于防止热积聚高于预定量(例如，防止气体轴承达到预定温度)。在一个实施例中，预定温度可以基于防止会损坏气体轴承的热膨胀的量。用工作流体冷却该气体轴承防止了显著的热量积聚并且限制热膨胀。
98.在一个实施例中，工作流体的流量可以基于热生成，通过提供足够的工作流体来抵消在气体轴承中的当前的热生成。在这样的实施例中，当前产生的热的量可以基于压缩机中的轴(例如，轴22、222)的速度，并且可以使用压缩机的先前测试来确定提供冷却以抵消在轴的当前速度下所产生的热。
99.在一个实施例中，可以基于图1中的传热回路1、图1至图3中的压缩机10、和/或图4
和图5中的压缩机200、和/或如上所描述的来修改方法400。例如，可以供应工作流体，使得该工作流体与由气体轴承形成的气体层(例如，气体层122、162、322、362)混合。
100.方面：
101.方面1至11中的任一方面都可以与方面12组合。
102.方面1.一种传热回路，包括：
103.压缩机，所述压缩机包括：
104.壳体，
105.轴，所述轴相对于所述壳体能够旋转以压缩工作流体，
106.气体轴承，所述气体轴承包括所述轴的外表面和所述壳体的支撑表面，所述外表面具有凹槽，当所述轴旋转时所述凹槽在所述外表面与所述支撑表面之间引导气体，以便在所述支撑表面与所述外表面之间形成气体层，所述气体层被配置成支撑所述轴；
107.冷凝器，所述冷凝器用于冷却所述工作流体；
108.膨胀器，所述膨胀器用于膨胀所述工作流体；
109.蒸发器，所述蒸发器用于以过程流体加热所述工作流体；
110.主流动路径，所述主流动路径行进通过所述压缩机、所述膨胀器和所述蒸发器，并且回到所述压缩机；和
111.管道，所述管道从所述主流动路径中的所述冷凝器、所述蒸发器、或所述冷凝器与所述蒸发器之间延伸并且延伸到所述压缩机，所述管道被配置成将所述工作流体中的一部分供应到所述压缩机以冷却所述气体轴承。
112.方面2.根据方面1所述的传热回路，其中，所述管道选择性地供应所述工作流体的所述部分。
113.方面3.根据方面1或2中任一方面所述的传热回路，其中，所述轴的所述外表面是具有等于或大约或小于20
×
10-6
m/(m*k)的热膨胀系数的材料。
114.方面4.根据方面1至3中任一方面所述的传热回路，其中，所述轴的所述外表面是具有等于或大约或小于15
×
10-6
m/(m*k)的热膨胀系数的材料。
115.方面5.根据方面1至4中任一方面所述的传热回路，其中，所述轴的所述外表面包含氮化硅、碳化钨、科瓦铁镍钴合金和氧化铝中的一种或多种。
116.方面6.根据方面1至5中任一方面所述的传热回路，其中，所述工作流体的所述部分冷却所述气体轴承，同时保持与所述气体层分离。
117.方面7.根据方面1至5中任一方面所述的传热回路，其中，所述支撑表面包括两个或更多个孔口，每个孔口分别流体地连接到所述管道，所述工作流体的所述部分流动通过所述两个或更多个孔口，并且在所述支撑表面与所述轴的所述外表面之间流动以便冷却所述气体轴承。
118.方面8.根据方面1至6中任一方面所述的传热回路，还包括：
119.第二管道，所述第二管道在所述压缩机内并且从所述压缩机延伸，其中
120.所述压缩机包括抽吸入口和排放出口，所述主流动路径中的所述工作流体通过所述抽吸入口进入所述压缩机、并且通过所述排放出口离开所述压缩机；以及
121.所述工作流体的所述部分通过所述第一管道进入所述压缩机、并且通过所述第二管道离开所述压缩机。
122.方面9.根据方面1至8中任一方面所述的传热回路，其中，所述气体轴承是用于沿径向支撑所述轴的径向气体轴承，所述外表面是所述轴的径向外表面，并且所述支撑表面是所述壳体的径向支撑表面。
123.方面10.根据方面1至9中任一方面所述的传热回路，其中，所述轴在所述径向气体轴承处具有半径r，并且所述径向气体轴承中在所述径向外表面与所述径向支撑表面之间的径向间隙等于或大约或小于所述轴的所述半径r的0.0011。
124.方面11.根据方面1至8中任一方面所述的传热回路，其中，所述气体轴承是用于沿轴向支撑所述轴的止推轴承，所述外表面是所述轴的止推表面，并且所述支撑表面是所述壳体的轴向支撑表面。
125.方面12.一种操作传热回路的方法，所述传热回路包括具有气体轴承和轴的压缩机、冷凝器、膨胀器和蒸发器，所述方法包括：
126.引导工作流体通过所述传热回路的主流动路径，所述主流动路径引导所述工作流体通过所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀器、所述蒸发器并且回到所述压缩机；和
127.将所述主流动路径中的在所述冷凝器处、在所述蒸发器处、或在所述冷凝器与所述蒸发器之间的所述工作流体的一部分供应至所述压缩机以冷却所述气体轴承，在所述轴旋转以压缩所述工作流体时所述气体轴承支撑所述轴，所述工作流体的被供应至所述压缩机的所述部分的流量是基于在所述气体轴承中产生的热。
128.在本技术中公开的示例和实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。由所附权利要求而不是由前述描述指示本发明的范围；并且旨在本文中涵盖在权利要求的等效含义和范围内的所有变化。