DE102018108828A1

DE102018108828A1 - Radialgebläse

Info

Publication number: DE102018108828A1
Application number: DE102018108828.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lehr; Michael Bütikofer; David Muri; Markus Maier
Original assignee: Trumpf Schweiz AG
Current assignee: TEQTONIQ GMBH, CH
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2019-10-17
Also published as: US11333158B2; TWI823924B; WO2019197207A1; CN111954763A; EP3775569A1; CA3096808C; TW202004027A; US20210164483A1; CA3096808A1; CN111954763B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radialgebläse, insbesondere für eine Kältemaschine, mit einem Gehäuse (21), in welchem eine Welle (17) rotierend gelagert ist, die an einem Ende zumindest ein Laufrad (16) eines Verdichters (27) aufnimmt, der an dem Gehäuse (21) befestigt ist, mit zumindest einem Radiallager (22) und mit zumindest einem Axialgaslager (31), durch welches die Welle (17) rotierend im Gehäuse (21) gelagert ist, mit einem durch einen Rotor (18) und Stator (19) angetriebenen Motor (20), der zwischen dem ersten und dem zweiten Radiallager (22, 23) vorgesehen ist, wobei in dem Gehäuse (21) zumindest ein Kanal (41) mit einem Druckanschluss (54) für ein zuzuführendes Druckmedium vorgesehen ist, das in einen Rotorraum (46) mündet, der zwischen der Welle (17) und dem Gehäuse (21) gebildet ist, und sich von dem Laufrad (16) bis zum Radiallager (22, 23) oder Axialgaslager (31) erstreckt, welches benachbart zum Laufrad (16) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Radialgebläse für eine Kälteanlage, wobei das Radialgebläse ein Motorengehäuse umfasst, in welchem eine Welle rotierend gelagert ist, die an einem Ende zumindest ein Laufrad eines Verdichters aufnimmt, der am Motorengehäuse befestigt ist und mit zumindest einem Radiallager mit zumindest einem Axialgaslager, durch welche die Welle rotierend im Gehäuse gelagert ist.
Aus der DE 10 2010 001 538 A1 ist ein Radialgebläse für einen Gaslaser bekannt. Dieses Radialgebläse umfasst zwischen einem ersten und einem zweiten Radiallager, insbesondere Radialgaslager, einen Motor, der durch einen Rotor und einen Stator gebildet ist. An einer Welle ist dem Laufrad gegenüberliegend das Axialgaslager vorgesehen, das heißt, zwischen dem Axialgaslager und dem Laufrad sind der Motor sowie die jeweils benachbart zum Motor angeordneten Radialgaslager vorgesehen. Jedem dieser Radialgaslager und dem Axialgaslager wird unter Druck ein Gas zugeführt, sodass eine verschleißfreie und wartungsfreie Lagerung der Welle zum Gehäuse gegeben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radialgebläse für eine Kältemaschine vorzuschlagen, durch welche ein einfacher Aufbau und ein sicherer Betrieb ermöglicht sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Radialgebläse gelöst, bei dem zumindest ein Kanal mit einem Anschluss für ein Druckmedium vorgesehen ist, das in einen Rotorraum mündet, der sich zwischen dem Laufrad und dem dazu benachbarten Radiallager oder Axialgaslager erstreckt. Der Rotorraum im Motorengehäuse des Radialgebläses schließt sich an einen Gasraum des an dem Motorengehäuse angeordneten Verdichters an. Durch diese Anordnung wird eine Abdichtung zwischen dem die Welle und den Motor aufnehmende Motorengehäuse und dem Verdichter ermöglicht, ohne dass eine zusätzliche Radialwellendichtung oder Labyrinthdichtung einzusetzen ist. Zudem weist diese abdichtende Anordnung den Vorteil auf, dass ein Druckniveau im Motorengehäuse des Radialgebläses niedrig gehalten werden kann, wodurch eine Kondensation eines Kühlmittels zum Betrieb einer Kältemaschine verhindert wird und ein sicherer Betrieb des Radiallagers und/oder Axialgaslagers gewährleistet wird.
Bevorzugt ist das Axialgaslager zwischen einem dem Motor zugeordneten Radiallager und dem Laufrad positioniert. Bevorzugt ist das Radiallager als Radialgaslager ausgebildet. Dadurch wird im Besonderen die Zuführung des Druckmediums ins Motorengehäuse zum Betrieb des Axialgaslagers die Gehäuseaußenseite zum Verdichter abgedichtet. Durch ein solches Axialgaslager kann eine Art Labyrinthdichtung nachgebildet sein. Vorteilhafterweise wird ein Gasraum einer zweiten Stufe des Verdichters gegen den daran angrenzenden Rotorraum des Motorengehäuses abgedichtet.
Des Weiteren führt bevorzugt der Kanal im Motorengehäuse direkt in den Rotorraum und steht mit dem zum Laufrad weisenden Gasraum des Verdichters in Verbindung, wobei der Rotorraum auch in Richtung auf das Axialgaslager weisend mit einem Arbeitsspalt zwischen einem Axialstator und einer Scheibe des Axialgaslagers in Verbindung steht. Dies ermöglicht eine einfache, jedoch kompakt bauende Anordnung, wodurch einerseits eine dichtende Anordnung und andererseits ein verschleißfreier, berührungsfreier und wartungsfreier Betrieb des Axialgaslagers gegeben sind.
Des Weiteren stehen bevorzugt das zumindest eine Axialgaslager und das benachbart dazu angeordnete Radiallager durch einen gemeinsamen Rotorraum in Verbindung. Dadurch kann ein Druckausgleich im Motorengehäuse über das Radiallager ermöglicht sein.
Des Weiteren ist bevorzugt an das Axialgaslager angrenzend oder benachbart zum Axialgaslager eine Heizeinrichtung vorgesehen. Dadurch kann einer Kondensation von einem Gas oder einem Kältemittel an einer Wirkoberfläche des Axial- und/oder Radialgaslagers entgegengewirkt werden. Bevorzugt wird eine solche Heizeinrichtung mit einer Temperatur betrieben, bei der das Axial- und/oder Radialgaslager auf eine Temperatur aufgeheizt ist, die über einem Taupunkt des Gases oder des Kältemittels beim vorherrschenden Druck liegt.
Des Weiteren wird bevorzugt das Motorengehäuse des Radialgebläses mit dem daran angeordneten Verdichter in einem Betriebszustand vertikal ausgerichtet. Es ist bevorzugt ein sogenannter Vertikalbetrieb vorgesehen. Dabei ist insbesondere der Verdichter nach unten weisend und das Motorengehäuse nach oben weisend ausgerichtet. Diese Ausrichtung des Motorengehäuses in einem Vertikalbetrieb weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass eine Kondensatbildung verringert oder verhindert werden kann, bzw. bei Kondensatbildung bei einem Anlagenstillstand fließt das Kondensat nach unten aus.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Kältemaschine,
2 ein erfindungsgemäßes Radialgebläse für eine Kältemaschine gemäß 1, und
3 eine schematisch vergrößerte Ansicht des Axialgaslagers und der Anbindung des Verdichters an das Motorengehäuse des Radialgebläses.

In 1 ist eine Kältemaschine 1 dargestellt. Ein Kühlmedium wird darin in einem geschlossenen Kreislauf bewegt und dabei nacheinander in verschiedene Aggregatzustände überführt. Das gasförmige Kühlmedium wird zunächst durch ein Radialgebläse 11 komprimiert und mit einer Gasdruckleitung 6 in eine Kompressionsseite 8 der Kältemaschine 1 geleitet. In einem Verflüssiger 3 kondensiert das Kühlmedium unter Abgabe von Wärme. Das flüssige Kühlmedium wird mittels einer Flüssigdruckleitung 7 zu einer Drossel 5 geführt und dort entspannt. Im angeschlossenen Verdampfer 4 expandiert (verdampft) das Kühlmedium unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur. Der Verdampfer 4 kann dabei vorteilhaft als überfluteter Verdampfer 4 ausgeführt sein.
In 2 ist das Radialgebläse 11 in einem Längsschnitt dargestellt. Durch dieses Radialgebläse 11 wird das Kühlmedium von zumindest einem Laufrad 16, 26 eines Verdichters 27, insbesondere Turboradialverdichters, radial beschleunigt und komprimiert in die Gasdruckleitung 6 der Kompressionsseite 8 der Kältemaschine 1 geführt. Das Laufrad 16, 26 sitzt auf einer Welle 17, welche im mittleren Bereich des Motorengehäuses 21 von einem Motor 20 angetrieben wird. Dieser Motor besteht aus einem mit der Welle 17 verbundenen Rotor 18 und einem am Motorengehäuse 21 befestigten Stator 19. Der Bereich, der von der Welle 17 her gesehen außerhalb des Laufrades 16, 26 angeordnet ist, bildet die Druckseite des Gebläses. Im oberen und unteren Bereich der Welle 17 sind jeweils ein Radiallager, insbesondere ein unteres Radialgaslager 22 und ein oberes Radialgaslager 23, angeordnet. Diese Radialgaslager 22 umfassen stationäre Lagerflächen, die als Radialstator 24 bezeichnet werden. Des Weiteren umfasst die Welle im Bereich der Radialgaslager 22, 23 rotierende Lagerflächen 25. Das Druckmedium für die Gaslager ist vorteilhaft das Kühlmedium.
Zwischen dem Laufrad 16 des Verdichters 27 und dem unteren Radialgaslager 22 ist ein Axialgaslager 31 vorgesehen. Dieses Axialgaslager 31 umfasst eine rotierende Scheibe 32 sowie benachbart zur Scheibe 32 beziehungsweise an deren Oberseite und Unterseite Axialstatoren 34, welche jeweils stationäre Lagerflächen 35 aufweisen. Die Scheibe 32 umfasst rotierende Lagerflächen 36, die der stationären Lagerfläche 35 gegenüberliegen. Zwischen Axialgaslager 31 und Laufrad 16 führt ein Kanal 41, der mit der Kompressionsseite 8 der Kältemaschine 1 verbunden ist, unter das Laufrad 16. Durch diesen Kanal 41 wird das unter Druck stehende Kühlmedium in gasförmigem Zustand unter das Laufrad 16 geführt, um das Axialgaslager 31 gegen den Eintritt von Partikeln zu schützen.
Bevorzugt weisen die rotierenden Lagerflächen 25 des Radialgaslagers 22 und/oder die rotierenden Lagerflächen 36 des Axialgaslagers 31 Oberflächen auf, die Nuten umfassen. Bevorzugt sind Fischgrätenmuster vorgesehen. Solche Nuten oder Oberflächenvertiefungen werden bevorzugt mit einem Ultrakurzpuls-Laser, insbesondere Pikosekunden-Laser, eingebracht. Dies ermöglicht eine Bearbeitung mit sehr kurzen Bearbeitungszeiten. Darüber hinaus ist dieser Bearbeitungsschritt nacharbeitungsfrei und erfüllt die hohen Anforderungen an die präzise Ausgestaltung. Durch die sehr kurzen Laserimpulse im Mikrosekundenbereich kommt es zu einer direkten Sublimierung des Materials. Dadurch kann eine nacharbeitungsfreie, insbesondere gratfreie, Herstellung dieser Nuten vorgesehen sein. Insbesondere wird ein Ionenstrahlverfahren eingesetzt. Alternativ kann auch eine Mikrozerspanung vorgesehen sein.
Das Radialgebläse 11 ist in einer Einbausituation in der Kältemaschine vertikal ausgerichtet. Dabei sind der Verdichter 27 nach unten ausgerichtet und das Motorengehäuse 21 vertikal nach oben ausgerichtet. Das Radialgebläse 11 kann vorteilhaft direkt über einem überfluteten Verdampfer 4 angeordnet sein, sodass ggf. im Stillstand der Kältemaschine 1 entstehendes Kondensat nach unten in den Verdampfer 4 zurückfließt.
In 3 ist eine schematisch vergrößerte Ansicht des Axialgaslagers 31 sowie eine Anbindung des Verdichters 27 an das Motorengehäuse 21 des Radialgebläses 11 dargestellt. Die Anbindung des Verdichters 27 mit dessen Gehäuse 52 an das Motorengehäuse 21 des Radialgebläses 11 erfolgt ohne die Verwendung einer Labyrinthdichtung oder dergleichen. Die Zuführung des unter Druck stehenden Kühlmediums über den Kanal 41 wird dafür eingesetzt, einen Eintritt von Partikeln in das Axialgaslager 31 zu verhindern. Das Axialgaslager 31 selbst verfügt über einen so schmalen Spalt zwischen den Lagerflächen 35 des Stators 34 und den Lagerflächen 36 der rotierenden Scheibe 32, dass durch das Axialgaslager 31 selbst eine Abdichtung zwischen einem Rotorraum 46 im Gehäuse 21 und einem Gasraum 49 im Verdichter 27 gebildet wird. Der Rotorraum 46 ist in radialer Richtung gesehen zwischen einer Durchgangsbohrung 47 im Motorengehäuse 21 und der darin gelagerten Welle 17 gebildet. Der Gasraum 49 ist zwischen einem Gehäuseabschnitt 51 des Motorengehäuses 21 beziehungsweise Gehäuse 52 des Verdichters 27 und dem Laufrad 16 gebildet. Bevorzugt umgreift ein Gehäuse 52 des Verdichters 27 den Gehäuseabschnitt 51 und ist außerhalb dieses Gehäuseabschnitts 51 fest mit dem Motorengehäuse 21 verbunden.
An dem Motorengehäuse 21 ist ein Druckanschluss 54 für das unter Druck stehende Kühlmedium vorgesehen, welches dem Kanal 41 zugeführt wird. In einem Bereich, in dem der Rotorraum 46 und der Gasraum 49 aneinandergrenzen strömt das Kühlmedium hauptsächlich in Richtung des Gasraumes 49, in der Gegenrichtung wird der Gasstrom durch das Axiallager 31 abgehalten, welches den Rotorraum 46 abdichtet.
Durch diese Anordnung kann somit eine Abdichtung zwischen einer Druckseite des Verdichters 27 und dem Motorengehäuse 21 erfolgen. Der Verdichter 27 ist bevorzugt als ein mehrstufiger Verdichter oder Turboverdichter ausgebildet. Eine erste Stufe bildet das Laufrad 26, und die zweite Stufe bildet das Laufrad 16. Insbesondere kann die Abdichtung zwischen der Druckseite der zweiten Stufe beziehungsweise des Laufrades 16 des Verdichters 27 und dem Motorengehäuse 21 des Radialgebläses 11 erfolgen. Im Motorengehäuse kann so ein niedrigerer Druck als an der Druckseite des Verdichters 27 eingestellt werden, wodurch eine Kondensation des Kühlmediums in den Radiallagern 22, 23 verhindert wird.
Des Weiteren kann bevorzugt der Druckanschluss 54 ein Filterelement aufweisen. Dieses dient dazu, dass keine Partikel in den Verdichter 27 und/oder das Axialgaslager 31 gelangen.
Dieses Radialgebläse 11 kann des Weiteren im Bereich des Axialgaslagers 31 oder an einen Axialstator 34 angrenzend oder zwischen den beiden Axialstatoren 34 eine Heizeinrichtung 56 aufweisen. Eine solche Heizeinrichtung 56 dient der Erwärmung des Axialgaslagers 31 auf eine Temperatur, die über dem Taupunkt des Kühlmediums bei einem anliegenden Druck liegt. Dadurch kann eine Kondensation des Kühlmediums verhindert werden. Eine solche Heizeinrichtung 56 kann als eine elektrisch angetriebene Heizung, wie beispielsweise durch ein Widerstands-Heizelement oder ein PTC-Element, ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010001538 A1 [0002]

Claims

Radialgebläse, insbesondere für eine Kältemaschine, - mit einem Gehäuse (21), in welchem eine Welle (17) rotierend gelagert ist, die an einem Ende zumindest ein Laufrad (16) eines Verdichters (27) aufnimmt, der an dem Gehäuse (21) befestigt ist, - mit zumindest einem Radiallager (22) und mit zumindest einem Axialgaslager (31), durch welches die Welle (17) rotierend im Gehäuse (21) gelagert ist, - mit einem durch einen Rotor (18) und Stator (19) angetriebenen Motor (20), der zwischen dem ersten und dem zweiten Radiallager (22, 23) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, - dass in dem Gehäuse (21) zumindest ein Kanal (41) mit einem Druckanschluss (54) für ein zuzuführendes Druckmedium vorgesehen ist, das in einen Rotorraum (46) mündet, der zwischen der Welle (17) und dem Gehäuse (21) gebildet ist, und sich von dem Laufrad (16) bis zum Radiallager (22, 23) oder Axialgaslager (31) erstreckt, welches benachbart zum Laufrad (16) vorgesehen ist.
Radialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialgaslager (31) zwischen einem dem Motor (20) zugeordneten Radiallager (22, 23) und dem Laufrad (16) positioniert ist.
Radialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen dem Laufrad (16) und dem Axialgaslager (31) vorgesehene Kanal (41) in dem Gehäuse (21) in den Rotorraum (46) im Gehäuse (21) und einen Gasraum (49) des Verdichters (27) führt, wobei der Rotorraum (46) mit einem Arbeitsspalt zwischen einem Axialstator (34) und einer Scheibe (32) des Axialgaslagers (31) in Verbindung steht und das Axiallager (31) den Rotorraum (46) abdichtend begrenzt.
Radialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Radiallager (22, 23) als Radialgaslager ausgebildet ist und das zumindest eine Radialgaslager mit dem benachbarten Axialgaslager (31) durch den gemeinsamen Rotorraum (46) in Verbindung steht.
Radialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an das Axialgaslager (31) angrenzend oder benachbart zum Axialgaslager (31) eine Heizeinrichtung (56) vorgesehen ist.
Radialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (21) mit dem daran angeordneten Verdichter (27) in einem Betriebszustand vertikal ausgerichtet ist, wobei der Verdichter (27) nach unten und das Gehäuse (21) nach oben ausgerichtet ist.