DD245012A1

DD245012A1 - RECIPROCATING COMPRESSORS, ESPECIALLY CENTRIFUGAL PISTON COMPRESSORS

Info

Publication number: DD245012A1
Application number: DD28517285A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Adolph; Helmut Ruprecht; Klaus Ohser; Ernst Beck
Original assignee: Schkeuditz Masch & Apparate
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1987-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenverdichter, insbesondere Kaeltemittelhubkolbenverdichter in offener oder halbhermetischer Bauart und ist auch anwendbar fuer Hubkolbenverdichter die in geschlossenen Gaskreislaeufen arbeiten. Das Ziel der Erfindung besteht darin durch eine besondere Art der Lagerung und Schmierung der Welle und Pleuel die Abmessungen zu reduzieren und das Betriebsverhalten zu verbessern. Die erfindungsgemaesse Loesung besteht darin Waelzlager einzusetzen, die von einem 1- bis 2%ig oelbeladenen Gasstrom geschmiert werden. Fig. 1The invention relates to a reciprocating compressor, in particular Kaeltemittelhubkolbenverdichter in open or semi-hermetic design and is also applicable to reciprocating compressors which operate in closed gas cycles. The object of the invention is to reduce the dimensions and improve the performance by a special type of storage and lubrication of the shaft and connecting rod. The solution according to the invention consists in the use of rolling bearings, which are lubricated by a 1 to 2% oil-laden gas stream. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung ist vorzugsweise anwendbar für Kältemittelhubkolbenverdichter der offenen und halbhermetischen Bauart. Desgleichen ist die Erfindung anwendbar für alle Hubkolbenverdichter, die in geschlossenen Gaskreisläufen arbeiten und bei denen das Gas in der Lage ist, das Schmiermittel im Kreislauf zu transportieren. ·The invention is preferably applicable to refrigerant reciprocating compressors of the open and semi-hermetic type. Likewise, the invention is applicable to all reciprocating compressors that operate in closed gas circuits and in which the gas is able to transport the lubricant in the circuit. ·

Characteristic of the known technical solutions

Bekannt sind offene und halbhermetische Hubkolbenverdichter in Tauchkolbenbauweise zur Verdichtung von Kältemitteln im geschlossenen Kreislauf. Bei ihnen erfolgt die Schmierung aller Lagerstellen, die vorzugsweise als Gleitlager ausgeführt sind, der Gleitringdichtung bei offenen Verdichtern und der Kreislauffläche im Zylinder durch Öl, das durch eine Ölpumpe unterschiedlicher Bauart, vorzugsweise der Zahnradbauart, oder durch Schleuder bzw. Spritzeinrichtungen. Dabei gelangt das Öl an die zu schmierenden Bauteile. Der größte Teil des geförderten Öles fließt von der Schmierstelle in das Ölreservoir, vorzugsweise das Kurbelgehäuse, zurück, während ein anderer, weitaus kleinerer Teil, vom Kältemittel aufgenommen wird und auf dem Weg über den Kältekreislauf mit dem Kältemittel zur Saugseite des Verdichters zurückgelangt. Damit ist die einmal eingefüllte Ölmenge für beliebige BetriebszeJlexLausr.eichend. Lediglich bei offenen Verdichtern mit einer Wellendichtung vorzugsweise als Gleitringdichtung an der Durchführung der Antriebswelle aus dem Gehäuse tritt ein geringer Leckverlust auf, der aber bei intakter Dichtung ebenfalls im Rhythmus der alterungsbedingten Ölwechselfristen keiner zusätzlichen Wartung zur Ölergänzung bedarf.Open and semi-hermetic reciprocating compressors are known in plunger construction for the compression of refrigerants in a closed circuit. In them, the lubrication of all bearings, which are preferably designed as plain bearings, the mechanical seal with open compressors and the circuit surface in the cylinder by oil, by an oil pump of different design, preferably the gear design, or by slingshot or spraying. The oil gets to the components to be lubricated. Most of the oil delivered flows back from the lubrication point into the oil reservoir, preferably the crankcase, while another, much smaller, part is taken up by the refrigerant and returns to the suction side of the compressor on the way through the refrigeration cycle with the refrigerant. Thus, the once filled oil quantity for any BetriebszeJlexLausr. Only in open compressors with a shaft seal preferably as a mechanical seal on the implementation of the drive shaft from the housing occurs a small leakage, but with intact seal also in the rhythm of age-related oil change periods requires no additional maintenance for oil supplementation.

Bekannt sind des weiteren Hubkolbenverdichter in Kreuzkopfbauweise, bei denen das Triebwerk wie oben beschrieben mit Öl versorgt wird, der Verdichterteil jedoch im Bereich der Kolbenstange völlig vom Öl getrennt wird. Dadurch ist das zu verdichtende und fördernde Gas absolut ölfrei. Eine Schmierung der Gleitfläche des Kolbens im Zylinder erfolgt nicht, da sogenannte Trockenlaufwerkstoffe wie Kunstkohle oder Polytetraflurethylen verschiedenster Varianten für die Gleitelemente eingesetzt werden.Reciprocating compressors are also known in cross-head design, in which the engine is supplied with oil as described above, but the compressor part is completely separated from the oil in the region of the piston rod. As a result, the gas to be compressed and conveying is absolutely oil-free. A lubrication of the sliding surface of the piston in the cylinder does not take place because so-called dry-running materials such as charcoal or polytetrafluoroethylene of various variants are used for the sliding elements.

Bekannt ist auch die Ausführung eines Tauchkolbentrockenlaufverdichters mit fettgeschmierten gekapselten Kurbelwellen-und Pleuellagern und trockenlaufenden Kolben zur Verdichtung von Kältemitteln.Also known is the execution of a plunger-type rotary compressor with grease-lubricated, sealed crankshaft and connecting rod bearings and dry-running piston for the compression of refrigerants.

Die Hubkolbenverdichter aller beschriebenen Bauarten haben den Vorteil eindeutig definierter Schmierverhältnisse beim Einsatz als Kältemittelverdichter für den jeweils vorgesehenen Anwendungsbereich.The reciprocating compressors of all types described have the advantage of clearly defined lubrication conditions when used as a refrigerant compressor for each intended application.

Der Nachteil der öigeschmierten Tauchkolbenverdichter besteht darin, daß nach längeren Standzeiten das Öl durch das Kältemittel verdünnt wird und bei Wiederinbetriebnahme sowohl die Schmierung der Lager durch zu niedrige Gemischviskosität nicht mehr gewährleistet ist und die Gefahr von Flüssigkeitsschlägen mit der Folge von Zerstörungen der Ventil-, Kolben- und Triebwerksbauteile besteht.The disadvantage of öigeschmierten piston reciprocating compressors is that after prolonged service life, the oil is diluted by the refrigerant and when restarting both the lubrication of the bearing is no longer guaranteed by low viscosity and the risk of liquid shock resulting in destruction of the valve, piston and engine components.

Trockenlaufende Kreuzkopfverdichter wären für solche Einsatzfälle geeignet, da das Schmieröl des Triebwerkes nicht in den Kältekreislauf transportiert wird und damit keine Ölverdünnungs- und Flüssigkeitsschlagprobleme bestehen. Diese Verdichter haben jedoch den entscheidenden Nachteil, der um ein Vielfaches größeren äußeren Abmessungen gegenüber Tauchkolbenverdichtern und damit wesentlich erhöhtem Herstellungsaufwand. Ihr wirtschaftlicher Einsatz ist deshalb erst bei sehr großen Kälteanlagen gegeben, wogegen z. B. Transportkälteanlagen, bei denen diese Probleme bestehen, nur geringe Kälteleistungen erfordern. Ein weiterer Nachteil der Kreuzkopfverdichter ist die unvermeidliche Leckstelle an der Kolbenstange, die nur mit außerordentlich hohem Aufwand den Anforderungen eines Kältekreislaufes entsprechend ausgeführt werden kann.Dry-running crosshead compressors would be suitable for such applications because the lubricating oil of the engine is not transported in the refrigeration cycle and thus there are no Ölverdünnungs- and liquid hammer problems. However, these compressors have the decisive disadvantage of many times greater external dimensions compared to piston compressors and thus significantly increased manufacturing costs. Their economic use is therefore given only in very large refrigeration systems, whereas z. B. transport refrigeration systems, where these problems exist, require only low cooling capacities. Another disadvantage of the crosshead compressors is the inevitable leak on the piston rod, which can be performed according to the requirements of a refrigeration circuit only with extremely high effort.

Der Tauchkolbentrockenlaufverdichter vermeidet die Nachteile des Kreuzkopftrockenlaufverdichters hinsichtlich der Abmessungen und der äußeren Dichtheit, ist aber wegen der Seitenkräfte auf den trocken laufenden Kolben, resultierend aus der Normalkraft des Pleuels, auf den Einsatz bei kleinen Differenzdrücken begrenzt. Als nachteilig erweist sich weiterhin der kurze Wartungszyklus für die gekapselten Wälzlager des Triebwerks, da eine hermetische Abschirmung des Schmiermitteis gegen das Kältemittel nicht möglich ist und dadurch das Schmiermittel nach und nach verdünnt wird. Auch die Baugruppe Kolben/ Kolbenring/Zylinderlaufbuchse verschleißt schneller als bei geschmierten Verdichtern, eine intensive Zusatzkühlung der Zylinder zur Abführung der Reibungswärme ist erforderlich.The plunger-type rotary compressor eliminates the disadvantages of the cross-head dry compactor in terms of dimensions and external tightness, but is limited to use with small differential pressures because of the lateral forces on the dry-running piston resulting from the normal force of the connecting rod. Another disadvantage is the short maintenance cycle for the encapsulated bearings of the engine, since a hermetic shielding of the lubricant is not possible against the refrigerant and thereby the lubricant is gradually diluted. The assembly piston / piston ring / cylinder liner wears faster than lubricated compressors, an intensive additional cooling of the cylinder to dissipate the frictional heat is required.

Wegen der genannten Gründe scheidet diese Bauart für Kältemittelverdichter aus.Because of the reasons mentioned, this design eliminates refrigerant compressors.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus dem begrenzten Drehzahlbereich der Gleitlager, besonders zu niederen Drehzahlen hin, wodurch der Leistungsanpassung der offenen Kältemittelverdichter durch frei wählbare Antriebsdrehzahlen Grenzen gesetztAnother disadvantage arises from the limited speed range of the bearings, especially at low speeds, whereby the power adjustment of the open refrigerant compressor set by freely selectable drive speeds limits

Als einzige bisher bekannte Lösung zur Vermeidung von Schmierungsproblemen erweist sich die Wälzlagerung der gefährdeten Lagerstellen mit einer vollständigen Ölversorgung wie bei den beschriebenen gleitgelagerten Tauchkolbenverdichter.As the only hitherto known solution for avoiding lubrication problems, the rolling bearing of the endangered bearing points with a complete oil supply proves as in the described slide-mounted piston reciprocating compressor.

Unvermeidlich ist dabei jedoch die Berücksichtigung des Aufwandes für den gesamten Ölhaushalt, wie Ölreservoir im Kurbelgehäuse und Ölschleuder-, -spritz- oder -pumpeneinrichtung mit den dafür erforderlichen Abmessungen.Inevitably, however, is the consideration of the cost of the entire oil budget, such as oil reservoir in the crankcase and Ölschleuder-, -spritz- or pump device with the required dimensions.

Die Flüssigkeitsschlagfragen bleiben dabei ungelöst.The liquid strike questions remain unresolved.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Kolbenverdichter zu schaffen, der zuverlässig einsetzbar ist, und durch eine geeignete Kombination der Art der Lagerung der beweglichen Bauteile mit der gewählten Art der Schmierölversorgung der Lagerstellen geringe Abmessungen besitzt.The object of the invention is to provide a reciprocating compressor which can be used reliably, and by a suitable combination of the type of storage of the movable components with the selected type of lubricating oil supply of the bearings has small dimensions.

Essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kältemittelverdichter so zu gestalten, daß die Vereinigung der Vorzüge der erläuterten Verdichtervarianten ermöglicht wird, wobei deren Nachteile vermieden werden und der gleichzeitig ein materialökonomisches und betriebstechnisches Optimum darstellt.The invention is based on the object to make a refrigerant compressor so that the combination of the advantages of the illustrated compressor versions is made possible, the disadvantages are avoided and at the same time represents a material-economical and operational optimum.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß das ölbeladene Kältemittel auf seinem Weg im Verdichter vom Saugstutzen bis zum Eintritt in den Zylinder an allen Lagerstellen, an der Gleitringdichtung und an der Zylinderlauffläche vorbeiströmt und dadurch mit dem mitgeführten Öl diese Stellen schmiert.According to the invention, this object is achieved in that the oil-laden refrigerant flows past on its way in the compressor from the suction nozzle to the entry into the cylinder at all bearings, on the mechanical seal and on the cylinder surface and thereby lubricates these places with the entrained oil.

Die für die Aufrechterhaltung des verschleißarmen Betriebes erforderliche Ölmenge von ca. 1 bis 2% des umlaufenden Kältemitteis wird bei der Füllung der Anlage mit Kältemittel diesem im Sammler, Verflüssiger oder Verdampfer zugesetzt. Bei halbhermetischen Verdichteraeotfällt die Gleitringdichtung. Das Gas tritt aus einem saugseitig angeordneten Flüssigkeitsabscheider in derTGIeitringdichtungsraum undvondaaus durch das eine Wälzlager der Kurbelwellen lagerung bzw. eine Verbindungsbohrung in das Triebwerksgehäuse ein. Das Gehäuse ist so klein ausgeführt, daß nur ein geringfügiger Abstand für die umlaufenden Triebwerksbauteiie zur Wand vorhanden ist. Dadurch wird das Gas sehr intensiv verwirbelt und gelangt so an die zweite Kurbelwellenlagerstelle, an das kurbelwellenseitige Pleuellager und an das kolbenbolzenseitige Pleuellager sowie an die Zy linde rl auffläche. Der Übertritt des Gases vom Kurbelgehäuse in den Zylinder kann auf verschied en en Wegen erfolgen."Bei der üblichen Gestaltung der Zylinder mit Saug- und Druckarbeitsventil im Zylinderkopf kann das Gas in einem Überströmkanal, angeordnet im Gußteil oder als äußere Rohrleitung, in die Saugkammer des Zylinderkopfes gelangen. Es besteht auch die Möglichkeit, das Saugventil im Kolbenboden anzuordnen, wodurch ein sogenannter Gleichstromverdichter entsteht und gleichzeitig der Vorteil wirksam wird, größere Strömungsquerschnitte für Saug- und Druckventil anordnen zu können und damit einen besseren Verdichterwirkungsgrad zu erreichen. Schließlich besteht die Möglichkeit zur Ausführung eines saugschlitzgesteuerten Verdichters, indem der Kolben kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes einen oder mehrere Einströmschlitze in der Zylinderlaufbuchse freigibt, die über einen Überströmkanal mit dem Kurbelgehäuse verbunden sind.The required for the maintenance of low-wear operation amount of oil from about 1 to 2% of the circulating refrigerant is added to the filling of the system with refrigerant this in the collector, condenser or evaporator. For semi-hermetic compressors, the mechanical seal will fail. The gas enters from a suction side disposed liquid separator in the Tyrieitringdichtungsraum and vondaausnehmung by the one bearing of the crankshaft bearing or a connecting bore in the engine housing. The housing is designed so small that there is only a slight distance for the rotating engine to the wall construction. As a result, the gas is very intensively swirled and thus reaches the second crankshaft bearing point, on the crankshaft-side connecting rod bearing and on the piston pin-side connecting rod bearing and on the Zy linde rl surface. The passage of the gas from the crankcase into the cylinder can take place in various ways. "In the usual design of the cylinder with suction and pressure working valve in the cylinder head, the gas in an overflow, arranged in the casting or as an outer pipe, in the suction chamber of It is also possible to arrange the suction valve in the piston crown, which creates a so-called DC compressor and at the same time has the advantage of being able to arrange larger flow cross sections for the suction and pressure valves and thus achieving a better compressor efficiency Execution of a suction slot-controlled compressor by the piston releases one or more inflow slots in the cylinder liner just before reaching the bottom dead center, which are connected via an overflow to the crankcase.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigtThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows

Fig. 1: Einen offenen Einzylinder-Käitemittelverdichter mit Gleitringdichtung und Saugventil im Kolbenboden im Längsschnitt. Fig.2: Wie Fig. 1, jedoch anstelle des Saugventils im Kolben mit Überströmkanal vom Kurbelgehäuse zum Saugschlitz in derFig. 1: An open single-cylinder Käitemittelverdichter with mechanical seal and suction valve in the piston crown in longitudinal section. 1, but instead of the suction valve in the piston with overflow from the crankcase to the suction slot in the

ZylinderlaufbuchseCylinder liner

Fig. 3: Wie Fig. 1, jedoch anstelle des Saugventils im Kolben mit Saugventil in der Ventilsitzplatte und mit Überströmkanal vom Kurbelgehäuse zum Zylinderkopf. 1, but instead of the suction valve in the piston with suction valve in the valve seat plate and with overflow from the crankcase to the cylinder head.

Die Ansicht gemäß Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kältemittelverdichter mit einem saugseitigen Flüssigkeitsabscheider 1, einem Saugstutzen 2, der in den Gleitringdichtungsraum 3 mündet, durch den die mit der Gleitringdichtung 4 nach außen abgedichtete Welle 5 führt. Die Welle 5 ist in den Wälzlagern 6 und 7 im Gehäuse 8 gelagert. Die Welle 5 und das Gehäuse 8 sind aus Teilen so zusammengefügt, daß ihre Montage stufenweise möglich wird. Das Pleuel 9 ist auf der Welle 5 im Wälzlager 10 und am Kolbenbolzen 11 im Wälzlager 12 gelagert. Der Kolben 13 läuft in der Zylinderlaufbuchse 14 und in seinem Kolbenboden ist das Saugventil 15 angeordnet. Das Druckventil 16 sitzt in üblicherweise zwischen Zylinderlaufbuchse 14 und Zylinderkopf 17. Die Verdichtung des Gases erfolgt im Zylinder 18.The view according to FIG. 1 shows a refrigerant compressor according to the invention with a suction-side liquid separator 1, a suction nozzle 2 which opens into the mechanical seal chamber 3, through which the shaft 5 sealed to the outside with the mechanical seal 4 leads. The shaft 5 is mounted in the roller bearings 6 and 7 in the housing 8. The shaft 5 and the housing 8 are assembled from parts so that their assembly is gradually possible. The connecting rod 9 is mounted on the shaft 5 in the rolling bearing 10 and the piston pin 11 in the rolling bearing 12. The piston 13 runs in the cylinder liner 14 and in its piston crown, the suction valve 15 is arranged. The pressure valve 16 is usually located between the cylinder liner 14 and the cylinder head 17. The compression of the gas takes place in the cylinder 18th

Claims

1. reciprocating compressor, in particular Kältemittelhubkolbenverdichter in semi-hermetic or open design, with one or more cylinders, characterized characterized ', that the bearing points of the shaft (5) and the connecting rod (9) with rolling bearings (6,7,10 and 12) are executed and by a, before its entry into the cylinder (18) by the suction valve (15) in the housing (8) forcibly guided, at the bearing points (6,7,10 and 12) passing oil-loaded gas stream lubrication is effected. "

2. Reciprocating compressor according to item 1, characterized in that instead of the suction valve (15) in the piston (13) overflow slots (19) in the wall of the cylinder liner (14) are arranged.

3. Reciprocating compressor according to Pkt. 1 and 2, characterized in that the suction valve (15) below the cylinder head (17) and parallel to the cylinder liner (14) between the housing (8) and the cylinder head (17) arranged an overflow channel (20) is.

4. Reciprocating compressor according to Pkt. 1 to 3, characterized in that the housing (8) in the longitudinal direction consists of two or more parts and is tightly screwed together.

5. reciprocating compressor according Pkt. 1 to 4, characterized in that the mechanical seal (4) is arranged in the suction gas flow.

6. Reciprocating compressor according Pkt. 1 to 5, characterized in that the amount of oil in the circulating refrigerant does not exceed about 1 to 2%.