CN104823360B - 电动机转子和气隙冷却 - Google Patents

Abstract

一种用于简单支撑式压缩机的电动机冷却系统包括具有第一末端26和第二末端28的转子轴件24。所述转子轴件24包括轴向钻孔60以及从所述轴向钻孔60的第一末端延伸的多个轴件径向孔洞64，其中冷却介质供应到所述轴向钻孔60。所述冷却系统还包括转子22，所述转子22连接到所述转子轴件24并且具有多个转子轴向孔洞25和多个转子径向孔洞27。所述多个转子径向孔洞27从所述多个转子轴向孔洞25延伸。制冷剂坝件70邻近于所述转子22的第一末端而布置，并且包括流体连接到内部空腔72的多个坝件轴向孔洞74。所述坝件轴向孔洞74与所述转子轴向孔洞25对齐，并且所述内部空腔72与所述轴件径向孔洞64对齐，从而在所述转子轴件24和所述转子22之间形成流动路径。

Description

电动机转子和气隙冷却

发明背景

本发明一般涉及压缩制冷系统，并且更详细而言，涉及具有改进电动机冷却的压缩制冷系统。

在压缩系统中，提供电动机以驱动压缩机机构。所需电动机的尺寸和类型取决于若干因素，包括压缩机的容量和压缩系统的操作环境。在不牺牲压缩系统能量效率的情况下提供充分的电动机冷却仍然具有挑战性，特别是在大容量系统中。离心式压缩机常常用于制冷系统中。离心式压缩机通常由电动电动机驱动，所述电动电动机通常包括在装纳电动机和压缩机的外壳中。因此，必须使用冷却介质(例如像来自主要制冷剂循环的制冷剂)来冷却电动机。

在已知的电动机冷却方法中，液态制冷剂源自冷凝器和膨胀装置之间的高压线路。制冷剂注入到电动机外壳中，在所述外壳中制冷剂吸收电动机热量并且迅速蒸发或散发成气体形式，从而冷却电动机。传统的电动机总成包括悬吊式电动机布置，其中转子的无支撑末端在外壳内容易触及。在这类系统中，液态制冷剂喷洒到电动机的无支撑末端中。制冷剂穿行通过轴向和径向孔洞来冷却转子，直至到达转子和定子之间的气隙。然而，新式的压缩机电动机总成可以包括简单支撑在两个末端上的转子轴件。因为转子在一个末端上不再容易触及，所以液态制冷剂无法喷洒到转子的核心中。

发明简述

根据本发明的方面，提供一种用于简单支撑式压缩机的电动机冷却系统，其包括具有第一末端和第二末端的转子轴件。所述转子轴件包括轴向钻孔以及从所述轴向钻孔的第一末端延伸的多个轴件径向孔洞。冷却介质供应到所述轴向钻孔。所述冷却系统也包括具有多个转子轴向孔洞和多个转子径向孔洞的转子。所述多个转子径向孔洞从所述多个转子轴向孔洞延伸。所述转子连接到所述转子轴件。制冷剂坝件邻近于所述转子的第一末端而布置。所述制冷剂坝件包括流体连接到内部空腔的多个坝件轴向孔洞。所述多个坝件轴向孔洞与所述多个转子轴向孔洞对齐，并且所述内部空腔与所述多个轴件径向孔洞对齐，从而在所述转子轴件和所述转子之间形成流动路径。

根据本发明的又一方面，提供一种用于简单支撑式压缩机系统的电动机冷却系统，其包括具有多个转子轴向孔洞和多个转子径向孔洞的转子。所述多个转子径向孔洞从所述多个转子轴向孔洞延伸，并且所述转子安装到转子轴件。制冷剂坝件邻近于所述转子的第一末端而布置。所述制冷剂坝件包括流体连接到内部空腔的多个坝件轴向孔洞。所述多个坝件轴向孔洞与所述多个转子轴向孔洞对齐。所述电动机冷却系统也包括喷杆，其具有邻近于电动机壳体而安装的细长斜槽。冷却介质供应到所述喷杆。所述细长斜槽布置成一定角度，从而使得所述细长斜槽的自由末端邻近于所述制冷剂坝件和所述转子轴件之间的接面。

这些和其它的优点和特征将从结合附图的以下描述中变得更加明显。

附图简述

在本说明书开始处的权利要求书中具体地指出并且明确地要求保护被视为本发明的主题。本发明的前述和其它特征以及优点根据结合附图所做的以下详述变得明显，在附图中：

图1为例示性冷冻机制冷系统的横截面视图；

图2为图1中所示出的冷冻机制冷系统的蒸气压缩循环的示意图；

图3为根据本发明实施方案的离心式压缩机的纵向横截面；

图4为根据本发明实施方案的制冷剂流动路径的详细视图；以及

图5为根据本发明实施方案的另一制冷剂流动路径的详细视图。

发明详述

现在参看图1，所示出的冷冻机制冷系统2包括流体连接而形成电路的压缩机10、冷凝器4和冷却器或蒸发器8。第一导管3从冷却器8的出口附近延伸到压缩机10的入口。压缩机10的出口通过导管5而连接到冷凝器4的入口。在一个实施方案中，冷凝器4可以包括第一腔室7以及只可从第一腔室7的内部触及的第二腔室9。第二腔室9内的浮阀6通过另一导管11连接到冷却器的入口。取决于冷冻机系统的尺寸，压缩机10可以是用于小型系统的旋转式、螺杆式或往复式压缩机，或者是用于大型系统的螺杆式压缩机或离心式压缩机。典型的离心式压缩机10包括：叶轮52，其用来将制冷剂蒸气加速到较高速度；扩散器53，其用来在动能转化成压力能时将制冷剂减速到较低速度；以及，呈蜗壳或收集器(未示出)形式的排气室，其用来将针对后续流动的排放蒸气收集到冷凝器4。

图2表示图1所示出的冷冻机2的典型蒸气压缩循环。在这个循环内，制冷剂R在如箭头所指示的逆时针方向上流动。压缩机10从蒸发器或冷却器8接收制冷剂蒸气，并且将其压缩到更高温度和压力，其中相对较热的蒸气随后传送到冷凝器4，在所述冷凝器4中，所述蒸气通过与冷却介质(如空气或水)的热量交换关系，而受到冷却并凝聚成液态。然后，液态制冷剂R从冷凝器4传送到节流阀(例如像浮阀6)，其中，随着制冷剂R传送到蒸发器/冷却器8，所述制冷剂R膨胀成低温两相液态/气态。然后，低压蒸汽传送到压缩机10，在所述压缩机10中循环再次开始。

现在参看图3，更为详细地提供冷冻机2的例示性离心式压缩机系统10。离心式压缩机系统10在一个末端上包括电动机12并且在第二相反末端上包括离心式压缩机14，其中电动机12和离心式压缩机14通过变速器总成16而进行互连。电动机12包括电动机壳体18，所述电动机壳体18具有围绕其内圆周而安置的定子线圈20。然后，转子22借助转子轴件24而可旋转地安置在定子绕组20内，其中转子轴件24在第一末端26上由第一轴承30支撑，并且在第二末端28上由第二轴承32支撑。连接到转子轴件24的第二末端28的变速器总成16包括变速器壳体34，其具有通过多个螺栓(未示出)而固定于电动机壳体18和压缩机壳体38之间的径向延伸环形凸缘36，其中变速器壳体34和压缩机壳体38部分地限定变速器腔室40。

部分地由齿轮42形成的止推套环(未示出)可以提供而用来将推力从转子轴件24的第二末端28传输到第二轴承32的止推轴承部分。转子轴件24的第二末端28延伸超过变速器壳体34，其中驱动齿轮42借助固持板46和螺栓48而附接至所述变速器壳体34。驱动齿轮42啮合于从动齿轮44，所述从动齿轮44又驱动叶轮轴件50，从而直接驱动压缩机叶轮52。叶轮轴件50由叶轮轴承54、56支撑。

为了防止电动机12过热，液态制冷剂R从冷凝器4转移，并且用来冷却电动机12的转子22。在图4所示出的一个实施方案中，转子轴件24的一部分包括轴向钻孔60，从而使得液态制冷剂R流过轴向钻孔60。轴向钻孔60可以从转子轴件24的第一末端26延伸到轴件24靠近转子22的第一末端23的部分。邻近于转子22的第一末端23的是制冷剂坝件70，其具有邻近于转子轴件24的内部空腔72以及多个轴向孔洞74(最佳地展示于图5中)。在一个实施方案中，制冷剂坝件70可以与转子22的第一末端23连接。类似地，转子22包括邻近于转子轴件24而安置的多个轴向孔洞25，以及从那些轴向孔洞25延伸的多个径向孔洞27。轴向孔洞25跨越转子22的长度的至少一部分。在一个实施方案中，轴向孔洞25沿着转子22的全长延伸，从而使冷却最大化。制冷剂坝件70的内部空腔72与从轴向钻孔60的内侧末端62朝外延伸的至少一个径向孔洞64对齐，并且制冷剂坝件70的轴向孔洞74与转子22的轴向孔洞25对齐。通过使邻近部件的孔洞对齐，便会创建用于液态制冷剂的路径，从而使得制冷剂R流入到转子轴件24中的轴向钻孔60中、流过制冷剂坝件70并流入到转子22中。一旦处于转子22内，制冷剂R便会横向和径向同时穿行来冷却转子22的核心。

在图5所示出的另一实施方案中，包括细长斜槽84的喷杆80定位于电动机壳体18的附近，从而形成液态制冷剂R的流动路径。电动机壳体18包括开口(未示出)，所述开口经设定尺寸，从而允许足量的制冷剂R从冷凝器4流动到喷杆80。喷杆80可以直接安装到电动机壳体18，或者可以在第一末端82上连接到间隔件90。在包括间隔件90的实施方案中，密封件92(例如像迷宫式密封件)安置于间隔件90和转子轴件24的一部分之间，从而使液态制冷剂R与压缩机系统10的机油的混合最小化。喷杆80的细长斜槽84在远离间隔件90或电动机壳体18且朝向转子22的方向上，成一定角度地延伸。在一个实施方案中，斜槽84的未附接末端86位于转子轴件24和坝件70之间的接面附近。使斜槽朝向开口成一定角度地进入到制冷剂坝件70的内部空腔72中，会促进液态制冷剂流入到坝件70中。内部空腔72内的制冷剂R流过制冷剂坝件70的至少一个轴向孔洞74，而进入到转子22的对齐轴向孔洞25中。一旦处于转子22内，制冷剂R便会横向和径向同时穿行来冷却转子22的核心。

本文所描述的实施方案在不影响转子尺寸或重量的情况下，提供充足的液态制冷剂来冷却电动机。这个液态制冷剂流可以触及难以到达的区域，进而建立直接接触式热量交换。已经发现这类直接接触式热量交换一般是高度需要的冷却电动机、特别是冷却电动机的转子总成和电动机间隙区域的方法。

虽然仅结合有限数量的实施方案对本发明进行了详细描述，但是应易于理解，本发明不限于这些已公开的实施方案。相反，本发明可进行修改来合并之前并未描述但与本发明的精神和范围相符的任何数量的变化、改变、替代或等效布置。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但是应理解本发明的各方面可仅包括所描述实施方案中的一些。因此，本发明不应被视为受前文描述的限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (14)

1.一种用于简单支撑式压缩机系统的电动机冷却系统，所述电动机冷却系统包括：

转子轴件，其具有第一末端和第二末端，所述转子轴件包括轴向钻孔以及从所述轴向钻孔的第一末端延伸的多个轴件径向孔洞，其中冷却介质供应到所述轴向钻孔；

转子，其包括多个转子轴向孔洞以及从所述多个转子轴向孔洞延伸的多个转子径向孔洞，其中所述转子连接到所述转子轴件；以及

制冷剂坝件，其邻近于所述转子的第一末端而布置，所述制冷剂坝件包括流体连接到内部空腔的多个坝件轴向孔洞，其中所述多个坝件轴向孔洞与所述多个转子轴向孔洞对齐，并且所述内部空腔与所述多个轴件径向孔洞对齐，从而使得在所述转子轴件和所述转子之间形成流动路径。

2.根据权利要求1所述的电动机冷却系统，其中所述转子轴件的所述第一末端由第一轴承支撑，并且所述转子轴件的所述第二末端由第二轴承支撑。

3.根据权利要求1所述的电动机冷却系统，其中所述冷却介质是从连接冷凝器和冷却器的导管而供应到所述轴向钻孔。

4.根据权利要求1所述的电动机冷却系统，其中所述轴向钻孔从所述转子轴件的第一末端延伸到所述转子的所述第一末端的邻近处。

5.根据权利要求1所述的电动机冷却系统，其中所述多个转子轴向孔洞延伸过所述转子的长度的一部分。

6.根据权利要求1所述的电动机冷却系统，其中所述多个转子轴向孔洞延伸过所述转子的整个长度。

7.一种用于简单支撑式压缩机系统的电动机冷却系统，所述电动机冷却系统包括：

转子，其包括多个转子轴向孔洞以及从所述多个转子轴向孔洞延伸的多个转子径向孔洞，所述转子安装到具有第一末端和第二末端的转子轴件；

制冷剂坝件，其邻近于所述转子的第一末端而布置，所述制冷剂坝件包括流体连接到内部空腔的多个坝件轴向孔洞，其中所述多个坝件轴向孔洞与所述多个转子轴向孔洞对齐；以及

喷杆，其包括邻近于电动机壳体而安装的细长斜槽，其中，冷却介质供应到所述喷杆，并且所述细长斜槽布置成一定角度，从而使得所述细长斜槽的自由末端邻近于所述制冷剂坝件和所述转子轴件之间的接面。

8.根据权利要求7所述的电动机冷却系统，其中所述转子轴件的所述第一末端由第一轴承支撑，并且所述转子轴件的所述第二末端由第二轴承支撑。

9.根据权利要求7所述的电动机冷却系统，其还包括间隔件，其中所述间隔件安置于所述喷杆和所述电动机壳体之间。

10.根据权利要求9所述的电动机冷却系统，其中迷宫式密封件定位于所述间隔件和所述转子轴件的所述第一末端之间。

11.根据权利要求7所述的电动机冷却系统，其中所述制冷剂坝件和所述转子轴件之间的所述接面包括所述内部空腔的开口。

12.根据权利要求7所述的电动机冷却系统，其中所述制冷剂坝件与所述转子的所述第一末端整体形成。

13.根据权利要求7所述的电动机冷却系统，其中所述多个转子轴向孔洞延伸过所述转子的长度的一部分。

14.根据权利要求7所述的电动机冷却系统，其中所述多个转子轴向孔洞延伸过所述转子的整个长度。