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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, insbesondere einen Spiral-Kälteverdichter.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Spiralverdichter umfasst bekanntlich:
- - eine hermetische Außenschale, die mit einem Saugeinlass zur Aufnahme von Niederdruck-Kältemittelgas von einer Komponente eines Kältemittelkreislaufs und einem Auslass zur Abgabe von komprimiertem Kältemittelgas unter hohem Druck an eine andere Komponente des Kältemittelkreislaufs versehen ist,
- - eine Verdichtungseinheit, die mindestens ein erstes Spiralelement und ein zweites Spiralelement aufweist, wobei das zweite Spiralelement während des Betriebs des Spiralverdichters zum Ausführen einer umlaufenden Bewegung relativ zum ersten Spiralelement ausgebildet ist,
- - eine vertikal ausgerichtete Antriebswelle, die zum Zusammenwirken mit dem zweiten Spiralelement ausgebildet ist,
- - einen Elektromotor, der einen mit der hermetischen Außenschale verbundenen Stator und einen an der Antriebswelle befestigten Rotor umfasst, wobei der Elektromotor zum Antreiben der Antriebswelle in eine Drehung um eine Drehachse ausgebildet ist,
- - eine obere Lageranordnung und eine untere Lageranordnung, die zum drehbaren Lagern der Antriebswelle innerhalb der hermetischen Außenschale ausgebildet sind, wobei die obere und die untere Lageranordnung mit der hermetischen Außenschale verbunden sind, und
- - eine Zentrifugalölpumpe mit einem Aufnahmerohr, das an einem unteren Endabschnitt der Antriebswelle befestigt und mit einem Öleinlass versehen ist, der an einem unteren Ende des Aufnahmerohrs angeordnet ist, wobei der Öleinlass in einen Ölsumpf eingetaucht ist, der in einem Bodenabschnitt der hermetischen Außenschale angeordnet ist, wobei die Ölpumpe während des Betriebs des Spiralverdichters zum Fördern von Öl zu der Verdichtungseinheit und zu den oberen und unteren Lageranordnungen durch einen Ölzufuhrkanal ausgebildet ist, der in der Antriebswelle ausgebildet ist und der sich über mindestens einen Teil der Länge der Antriebswelle erstreckt.
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Eine solche einfache Zentrifugalölpumpe wird - aufgrund ihrer geringen Herstellungskosten - häufig für Spiralverdichter mit fester Drehzahl verwendet. Für drehzahlvariable Spiralverdichter muss eine solche Zentrifugalölpumpe modifiziert werden, um eine ausreichende Ölversorgung über den gesamten Betriebsdrehzahlbereich, z. B. bei hoher Betriebsdrehzahl, sicherzustellen.
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US 7,351 ,045 B2 offenbart einen Spiralverdichter mit einer Pumpenanordnung, die eine am unteren Ende einer Antriebswelle befestigte Zentrifugalpumpe und eine am Boden der Außenschale des Verdichters angebrachten Ölstutzen aufweist. Die Seitenwand des Ölstutzens umgibt die Zentrifugalpumpe und ist mit Durchgangslöchern versehen, die die Innenseite des Ölstutzens mit einem Ölsumpf in Verbindung bringen. Um eine übermäßige Drehung des Öls innerhalb des Ölstutzens zu vermeiden, sind an der inneren Wandfläche des Ölstutzens Schaufelelemente angebracht, die sich radial in Richtung der Zentrifugalpumpe erstrecken.
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JP 2014-118932 A offenbart einen Spiralverdichter mit einer weiteren Abschirmung für eine Zentrifugalölpumpe. Hier ist ein zylindrisches Schürzenelement an einem unteren Lagergehäuse befestigt und umgibt die Zentrifugalölpumpe in einem gewissen Abstand. Das axiale Ende des zylindrischen Schürzenelements ist unterhalb des Öleinlasses der Zentrifugalölpumpe angeordnet. Ein becherförmiger Ölfilter ist an dem zylindrischen Schürzenelement angebracht und umgibt das untere Ende und den Öleinlass der Zentrifugalölpumpe.
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Beide Lösungen, die in
US 7,351,045 B2 und
JP 2014-118932 A beschrieben sind, sind etwas kostspielig und verhindern nicht vollständig die Verwirbelung oder Rotation des Öls am Öleinlass der Zentrifugalpumpe, so dass eine stabile Ölversorgung bei sehr hohen Verdichterdrehzahlen nicht gewährleistet werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Spiralverdichter bereitzustellen, der die Nachteile herkömmlicher Spiralverdichter überwinden kann.
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Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Spiralverdichter mit einer zuverlässigen, kostengünstigen Ölpumpe bereitzustellen, die eine stabile Ölversorgung der oberen und unteren Lageranordnung und der Verdichtungseinheit ermöglicht.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Spiralverdichter bereitzustellen, der im Vergleich zu herkömmlichen Spiralverdichtern einen besseren Wirkungsgrad und eine längere Lebensdauer aufweist.
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Erfindungsgemäß umfasst ein solcher Spiralverdichter:
- - eine hermetische Außenschale, die mit einem Saugeinlass versehen ist, der zum Versorgen des Spiralverdichters mit zu verdichtendem Kältemittelgas ausgebildet ist, und mit einem Auslass, der zum Ausgeben von verdichteten Kältemittelgas ausgebildet ist,
- - eine Verdichtungseinheit, die mindestens ein erstes Spiralelement und ein zweites Spiralelement aufweist, wobei das zweite Spiralelement während des Betriebs des Spiralverdichters zum Ausführen einer umlaufenden Bewegung relativ zum ersten Spiralelement ausgebildet ist,
- - eine vertikal ausgerichtete Antriebswelle, die zum Zusammenwirken mit dem zweiten Spiralelement ausgebildet ist,
- - eine obere Lageranordnung und eine untere Lageranordnung, die zum drehbaren Lagern der Antriebswelle innerhalb der hermetischen Außenschale ausgebildet sind,
- - eine Zentrifugalölpumpe mit einem Aufnahmerohr, das an einem unteren Endabschnitt der Antriebswelle befestigt und mit einem Öleinlass versehen ist, der an einem unteren Ende des Aufnahmerohrs angeordnet ist, wobei der Öleinlass in einen Ölsumpf eingetaucht ist, der in einem unteren Abschnitt der hermetischen Außenschale angeordnet ist, wobei die Zentrifugalölpumpe während des Betriebs des Spiralverdichters zum Fördern von Öl zu der Verdichtungseinheit und zu den oberen und unteren Lageranordnungen ausgebildet ist,
wobei der Spiralverdichter ferner ein statisches Verkleidungselement aufweist, das an einem nicht rotierenden Teil des Spiralverdichters befestigt ist, wobei das statische Verkleidungselement ein statisches rohrförmiges Teil umfasst, das zumindest teilweise in den Ölsumpf eingetaucht ist und welches das Aufnahmerohr in einem vorbestimmten Abstand umgibt, so dass ein Spalt zwischen der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils und der Außenfläche des Aufnahmerohrs gebildet wird, wobei der minimale radiale Abstand zwischen der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils und der Außenfläche des Aufnahmerohrs zwischen 0,5 und 5 mm, vorzugsweise bei etwa 2 mm, liegt.
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Die spezifische Konfiguration des statischen rohrförmigen Teils und insbesondere die Tatsache, dass das statische rohrförmige Teil und das Aufnahmerohr durch einen kleinen vorbestimmten Abstand getrennt sind, vermeidet - oder minimiert zumindest - im Öl am Öleinlass des Aufnahmerohrs eine Rotation, Verwirbelung oder Turbulenzen, da wesentlich weniger Oberfläche des rotierenden Aufnahmerohrs dem Ölsumpfvolumen ausgesetzt ist.
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Insbesondere ermöglicht es die spezielle Konfiguration des statischen rohrförmigen Teils, insbesondere bei hohen Verdichterdrehzahlen, die Umwälzung des Schmieröls im Ölsumpf zu minimieren und damit die Bildung von Blasen oder sogar die Schaumbildung des im Ölsumpf enthaltenen Schmieröls erheblich zu reduzieren. Daher wird die in die Zentrifugalölpumpe eintretende Ölmenge erhöht und die an die verschiedenen zu schmierenden und/oder abzudichtenden Oberflächen des Verdichters geförderte Ölmenge wird im Vergleich zu herkömmlichen Spiralverdichtern ebenfalls erhöht. Dies führt zu geringerer Reibung an den verschiedenen zu schmierenden Oberflächen des Verdichters und somit zu einem verbesserten Wirkungsgrad und einer längeren Lebensdauer des Verdichters bei gleichzeitiger Verwendung einer zuverlässigen, kostengünstigen Ölpumpe.
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Durch die Minimierung der Ölumwälzung an der oberen freien Oberfläche des Ölsumpfes, die mit dem Saugstrom des Kältemittels in Berührung kommt, kann außerdem eine unerwünschte erhöhte Ölzirkulationsrate innerhalb des Kältesystems vermieden werden.
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Der Spiralverdichter kann auch eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen, die einzeln oder in Kombination verwendet werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schirmt das statische rohrförmige Teil ein in die Ölwanne eingetauchtes Wandteil des Aufnahmerohrs, mit Ausnahme des an den Öleinlass angrenzenden Bereichs des eingetauchten Wandteils, gegen das in der Ölwanne enthaltene Öl ab.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schirmt das statische rohrförmige Teil ein in die Ölwanne eingetauchtes Wandteil des Aufnahmerohrs gegen das in der Ölwanne enthaltene Öl ab.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umgibt das statische rohrförmige Teil das untere Ende des Aufnahmerohrs und erstreckt sich somit über das untere Ende des Aufnahmerohrs.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das statische Verkleidungselement koaxial zum Aufnahmerohr angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der zwischen der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils und der Außenfläche des Aufnahmerohrs gebildete Spalt ringförmig.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Breite des Spalts so gewählt, dass zwischen der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils und der Außenfläche des Aufnahmerohrs vernachlässigbare Reibungskräfte entstehen und dass die Bildung eines ölfreien Bereichs am Öleinlass des Aufnahmerohrs vermieden wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das statische rohrförmige Teil einen unteren rohrförmigen Abschnitt, der ein unteres Rohrteil des Aufnahmerohrs, beispielsweise mit einem konstanten Spalt, umgibt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils und die Außenfläche des Aufnahmerohrs derart ausgebildet, dass die Breite des zwischen der Außenfläche des Aufnahmerohrs und der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils gebildeten Spalts im Wesentlichen gleichförmig entlang der Längsachse des Aufnahmerohrs und/oder entlang des Außenumfangs des Aufnahmerohrs ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils im Wesentlichen komplementär zur Außenfläche des Aufnahmerohrs.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragt das statische rohrförmige Teil axial aus dem unteren Ende des Aufnahmerohrs heraus. Mit anderen Worten befindet sich das untere Ende des statischen rohrförmigen Teils unterhalb des unteren Endes des Aufnahmerohrs.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der axiale Abstand zwischen dem unteren Ende des statischen rohrförmigen Teils und dem unteren Ende des Aufnahmerohrs zwischen 1 und 3 mm, vorteilhafterweise etwa 2 mm.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der axiale Abstand zwischen dem unteren Ende des statischen rohrförmigen Teils und dem unteren Ende des Aufnahmerohrs größer als der minimale radiale Abstand zwischen der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils und der Außenfläche des Aufnahmerohrs.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils direkt der Außenfläche des Aufnahmerohrs zugewandt. Mit anderen Worten befindet sich kein weiteres Bauteil des Spiralverdichters zwischen der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils und der Außenfläche des Aufnahmerohrs.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das statische rohrförmige Teil eine Einlassöffnung auf, die am unteren Ende des statischen rohrförmigen Teils angeordnet und dem Öleinlass des Aufnahmerohrs zugewandt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entspricht die Durchflussquerschnittsfläche der Einlassöffnung des statischen rohrförmigen Teils im Wesentlichen der Durchflussquerschnittsfläche des Öleinlasses des Aufnahmerohrs oder ist größer als sie.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das statische Verkleidungselement Einlassleitschaufeln, die sich radial von der Außenfläche des statischen rohrförmigen Teils erstrecken.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das statische Verkleidungselement koaxial zum Radiallagergehäuse angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Aufnahmerohr in einer axialen Ausnehmung, die am unteren axialen Ende der Antriebswelle ausgebildet ist, z.B. durch Einpressen, befestigt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das statische rohrförmige Teil zylindrisch und hat einen Innendurchmesser, der im Wesentlichen gleichförmig entlang der Längsachse des statischen rohrförmigen Teils ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das statische rohrförmige Teil einen oberen zylindrischen Abschnitt und einen unteren rohrförmigen Abschnitt, der zum unteren Ende des statischen rohrförmigen Teils hin konvergiert.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zentrifugalölpumpe während des Betriebs des Spiralverdichters zum Fördern von Öl durch einen Ölzuführungskanal an die Verdichtungseinheit und an die obere Lageranordnung ausgebildet, wobei der Ölzuführungskanal in der Antriebswelle ausgebildet ist und sich über mindestens einen Teil der Länge der Antriebswelle erstreckt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die untere Lageranordnung ein Radiallagergehäuse, das zum drehbaren Lagern des unteren Endabschnitts der Antriebswelle drehbar ausgebildet ist, wobei das Radiallagergehäuse eine innere Radiallagerfläche umfasst, die die Außenfläche des unteren Endabschnitts der Antriebswelle umgibt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das statische Verkleidungselement an dem Radiallagergehäuse befestigt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die untere Lageranordnung ferner obere und untere Axiallager, die zum Begrenzen einer axialen Bewegung der Antriebswelle während des Betriebs ausgebildet sind, und eine Druckölkammer, die mit der Zentrifugalölpumpe in Fluidverbindung steht, wobei die Druckölkammer zumindest teilweise durch die Außenfläche des unteren Endabschnitts der Antriebswelle, die innere Radiallagerfläche und die oberen und unteren Axiallager begrenzt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Druckölkammer in axialer Richtung jeweils durch das obere und untere Axiallager begrenzt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der untere Endabschnitt der Antriebswelle eine radiale Öffnung auf, die mit einem Ölauslass der Zentrifugalölpumpe in Fluidverbindung steht, wobei die radiale Öffnung dem Radiallagergehäuse zugewandt ist und in die Druckölkammer mündet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Spiralverdichter ein Spiralverdichter mit variabler Drehzahl oder ein Spiralverdichter mit fester Drehzahl.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Spiralverdichter ein Elektromotor mit einem Stator, der mit dem hermetischen Außengehäuse verbunden ist, und einem Rotor, der an der Antriebswelle befestigt ist, wobei der Elektromotor zum Antreiben Antriebswelle in eine Drehung um eine Rotationsachse ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt das Radialspielverhältnis, d. h. das Verhältnis zwischen dem radialen Mindestabstand und dem Außendurchmesser des Aufnahmerohrs, zwischen 2 und 25 %, vorzugsweise zwischen 5 und 15 %.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Breite des Spalts entlang der Längsachse des oberen Rohrteils des Aufnahmerohrs und entlang des Außenumfangs des oberen Rohrteils des Aufnahmerohrs im Wesentlichen gleichförmig und nimmt entlang der Längsachse des unteren Rohrteils des Aufnahmerohrs und zum unteren Ende des Aufnahmerohrs hin zu.
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Figurenliste
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Die folgende detaillierte Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ist besser zu verstehen, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die offengelegten spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist.
- [1] 1 ist eine perspektivische, teilweise abgeschnittene Ansicht eines Spiralverdichters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
- [2] 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Details aus 1.
- [3] 3 ist eine Teilansicht eines Längsschnittes des Spiralverdichters aus 1.
- [4] 4 ist eine Teilansicht eines Längsschnittes eines Spiralverdichters gemäß einer zweiten ersten Ausführungsform der Erfindung.
- [5] 5 ist eine Teilansicht eines Längsschnittes eines Spiralverdichters gemäß einer dritten ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 beschreibt einen Spiralverdichter 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Der Spiralverdichter 1 umfasst eine hermetischen Außenschale 2, die mit einem Saugeinlass 3, der zum Versorgen des Spiralverdichters 1 mit zu verdichtendem Kältemittelgas ausgebildet ist, und mit einem Auslass 4, der zum Abgeben von verdichtetem Kältemittelgas ausgebildet ist, versehen ist. Insbesondere ist der Saugeinlass 3 dazu bestimmt, Niederdruck-Kältemittelgas von einer Komponente eines Kältemittelkreislaufs aufzunehmen, und der Auslass 4 ist dazu bestimmt, komprimiertes Kältemittelgas unter hohem Druck an eine andere Komponente des Kältemittelkreislaufs abzugeben.
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Der Spiralverdichter 1 umfasst ferner eine an der hermetischen Außenschale 2 befestigte Trägeranordnung 5 und eine im Inneren der hermetischen Außenschale 2 angeordnete und von der Trägeranordnung 5 getragene Verdichtungseinheit 6. Die Verdichtungseinheit 6 ist zum Verdichten des durch den Saugeinlass 3 zugeführten Kältemittelgases ausgebildet.
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Gemäß der in den Figuren gezeigten Ausführungsform umfasst die Verdichtungseinheit 6 ein erstes Spiralelement 7, das in Bezug auf die hermetische Außenschale 2 befestigt ist, und ein zweites Spiralelement 8, das von einer oberen Axiallagerfläche 9, die an der Trägeranordnung 5 vorgesehen ist, getragen wird und in gleitendem Kontakt mit dieser steht. Das zweite Spiralelement 8 ist während des Betriebs des Spiralverdichters 1 zum Ausführen einer umlaufenden Bewegung relativ zum ersten Spiralelement 7 ausgebildet.
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Das erste Spiralelement 7 umfasst eine feststehende Grundplatte 11 mit einer Unterseite, die auf das zweite Spiralelement 8 ausgerichtet ist, und einer Oberseite, die der Unterseite der feststehenden Grundplatte 11 gegenüberliegt. Das erste Spiralelement 7 umfasst auch eine feste Spiralwicklung 12, die von der Unterseite der festen Grundplatte 11 in Richtung des zweiten Spiralelements 8 vorsteht.
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Das zweite Spiralelement 8 umfasst eine umlaufend bewegte Grundplatte 13, die eine zum ersten Spiralelement 7 hin orientierte Oberseite und eine der Oberseite der umlaufend bewegten Grundplatte 13 gegenüberliegende Unterseite aufweist und gleitend auf der oberen Axiallagerfläche 9 angebracht ist. Das zweite Spiralelement 8 umfasst auch eine umlaufend bewegte Spiralwicklung 14, die von der Oberseite der umlaufend bewegten Grundplatte 13 in Richtung des ersten Spiralelements 7 vorsteht. Die umlaufend bewegte Spiralwindung 14 des zweiten Spiralelements 8 greift in die feste Spiralwindung 12 des ersten Spiralelements 7 ein, um zwischen ihnen eine Vielzahl von Verdichtungskammern 15 zu bilden. Jede der Verdichtungskammern 15 hat ein variables Volumen, das von außen nach innen abnimmt, wenn das zweite Spiralelement 8 relativ zum ersten Spiralelement 7 in eine Umlaufbewegung gebracht wird.
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Ferner umfasst der Spiralverdichter 1 eine vertikal ausgerichtete Antriebswelle 16, die zum Antrieb des zweiten Spiralelements 8 in einer Umlaufbewegung ausgebildet ist, und einen Elektromotor 17, bei dem es sich beispielsweise um einen drehzahlvariablen Elektromotor handeln kann, der mit der Antriebswelle 16 gekoppelt und zum Antreiben der Antriebswelle 16 in eine Drehung um eine Drehachse A ausgebildet ist. Der Elektromotor 17 umfasst insbesondere einen mit der hermetischen Außenschale 2 verbundenen Stator 18 und einen an der Antriebswelle 16 befestigten Rotor 19.
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Die Antriebswelle 16 umfasst einen länglichen Hauptteil 21 mit einem oberen Endabschnitt 22 und einem unteren Endabschnitt 23. Die Antriebswelle 16 umfasst ferner einen Antriebsabschnitt 24, der an einem oberen Ende des länglichen Hauptteils 21 vorgesehen ist und der von der Längsachse der Antriebswelle 16 versetzt ist. Der Antriebsabschnitt 24 ist teilweise in einem Nabenabschnitt 25 montiert, der an dem zweiten Spiralelement 8 vorgesehen ist, und zum Zusammenwirken mit dem Nabenabschnitt 25 ausgebildet, um das zweite Spiralelement 8 in Umlaufbewegungen relativ zu dem ersten Spiralelement 7 anzutreiben, wenn der Elektromotor 17 betrieben wird.
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Die Antriebswelle 16 umfasst auch einen Ölzufuhrkanal 26, der in der Antriebswelle 16 ausgebildet ist und sich zumindest über einen Teil der Länge der Antriebswelle 16 erstreckt. Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Ölzufuhrkanal 26 über die gesamte Länge der Antriebswelle 16 und mündet in einer oberen axialen Endfläche der Antriebswelle 16.
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Der Spiralverdichter 1 umfasst ferner eine obere Lageranordnung 27 und eine untere Lageranordnung 28, die mit der hermetischen Außenschale 2 verbunden sind und zum drehbaren Lagern des oberen Endabschnitts 22 des länglichen Hauptteils 21 bzw. des unteren Endabschnitts 23 des länglichen Hauptteils 21 ausgebildet sind.
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Der Spiralverdichter 1 umfasst auch eine Zentrifugalölpumpe 29, die an einem unteren Ende der Antriebswelle 16 angeordnet und teilweise in einen Ölsumpf 31 eingetaucht ist, der in einem unteren Abschnitt der hermetischen Außenschale 2 angeordnet ist. Die Zentrifugalölpumpe 29 ist während des Betriebs des Spiralverdichters 1 zum Fördern von Öl aus dem Ölsumpf 31 zur Verdichtungseinheit 6 und zu den oberen und unteren Lageranordnungen 27, 28 ausgebildet. Die Zentrifugalölpumpe 29 ist während des Betriebs des Spiralverdichters 1 insbesondere zum Fördern von Öl durch den in der Antriebswelle 16 ausgebildeten Ölzuführungskanal 26 zur Verdichtungseinheit 6 und zur oberen Lageranordnung 27 ausgebildet.
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Die Zentrifugalölpumpe 29 enthält ein Aufnahmerohr 32, das in einer axialen Ausnehmung 33 am unteren axialen Ende der Antriebswelle 16, z. B. durch Presspassung, befestigt ist. Das Aufnahmerohr 32 umfasst einen Öleinlass 34, der an einem unteren Ende des Aufnahmerohrs 32 angeordnet ist und in den Ölsumpf 31 eintaucht. Gemäß der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform umfasst das Aufnahmerohr 32 ein oberes Rohrteil 32.1, das zylindrisch ist, und ein unteres Rohrteil 32.2, das sich koaxial zum oberen Rohrteil 32.1 erstreckt und zum unteren Ende des Aufnahmerohrs 32 hin konvergiert.
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Der Spiralverdichter 1 umfasst außerdem ein statisches Verkleidungselement 35, das an einem nicht rotierenden Teil des Spiralverdichters 1 befestigt und koaxial zum Aufnahmerohr 32 angeordnet ist. Das statische Verkleidungselement 35 umfasst ein statisches rohrförmiges Teil 36, der teilweise in den Ölsumpf 31 eingetaucht ist. Gemäß der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist das statische rohrförmige Teil 36 zylindrisch und hat einen Innendurchmesser, der im Wesentlichen gleichförmig entlang der Längsachse des statischen rohrförmigen Teils 36 ist.
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Das statische rohrförmige Teil 36 umgibt das Aufnahmerohr 32 in einem vorgegebenen Abstand, so dass zwischen der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils 36 und der Außenfläche des Aufnahmerohrs 32 ein ringförmiger Spalt 37 gebildet wird. Das statische rohrförmige Teil 36 umgibt insbesondere das untere Ende des Aufnahmerohrs 32 und damit den Öleinlass 34.
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Die Breite des Spalts 37 ist so gewählt, dass vernachlässigbare Reibungskräfte zwischen der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils 36 und der Außenfläche des Aufnahmerohrs 32 entstehen, und dass die Bildung eines ölfreien Bereichs am Öleinlass 34 des Aufnahmerohrs 32 vermieden wird. Insbesondere beträgt der minimale radiale Abstand Dr zwischen der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils 36 und der Außenfläche des Aufnahmerohrs 32 zwischen 0,5 und 5 mm, vorteilhafterweise etwa 2 mm.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt das Radialspielverhältnis, d. h. das Verhältnis zwischen dem minimalen radialen Abstand Dr und dem Außendurchmesser des Aufnahmerohrs 32, zwischen 2 und 25 %, vorzugsweise zwischen 5 und 15 %.
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Gemäß der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform ist die Breite des Spalts 37 entlang der Längsachse des oberen Rohrteils 32.1 des Aufnahmerohrs 32 und entlang des Außenumfangs des oberen Rohrteils 32.1 des Aufnahmerohrs 32 im Wesentlichen gleichförmig und nimmt entlang der Längsachse des unteren Rohrteils 32.2 des Aufnahmerohrs 32 und zum unteren Ende des Aufnahmerohrs 32 hin zu.
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Das statische rohrförmige Teil 36 weist eine Einlassöffnung 38 auf, die am unteren Ende des statischen rohrförmigen Teils 36 angeordnet ist und die dem Öleinlass 34 des Aufnahmerohrs 32 zugewandt ist. Gemäß der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform haben die Einlassöffnung 38 und der Öleinlass 34 jeweils eine kreisförmige Form, und die Durchflussquerschnittsfläche der Einlassöffnung 38 des statischen rohrförmigen Teils 36 ist größer als die Durchflussquerschnittsfläche des Öleinlasses 34 des Aufnahmerohrs 32.
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Wie in 3 besser zu erkennen ist, ragt der statische rohrförmige Teil 36 axial aus dem unteren Ende des Aufnahmerohrs 32 heraus. Mit anderen Worten befindet sich das untere Ende des statischen rohrförmigen Teils 36 unterhalb des unteren Endes des Aufnahmerohrs 32. Der axiale Abstand Da zwischen dem unteren Ende des statischen rohrförmigen Teils 36 und dem unteren Ende des Aufnahmerohrs 32 beträgt zwischen 1 und 3 mm, vorteilhafterweise etwa 2 mm. Insbesondere ist der axiale Abstand Da zwischen dem unteren Ende des statischen rohrförmigen Teils 36 und dem unteren Ende des Aufnahmerohrs 32 größer als der minimale radiale Abstand Dr zwischen der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils 36 und der Außenfläche des Aufnahmerohrs 32.
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Durch das statische Verkleidungselement 35 und insbesondere durch die Gestaltung des statischen rohrförmigen Teils 36 werden Drehungen, Verwirbelungen oder Turbulenzen des Öls am Öleinlass 34 des Aufnahmerohrs 32 vermieden oder zumindest minimiert, da die dem Ölsumpfvolumen ausgesetzte Oberfläche des rotierenden Aufnahmerohrs 12 erheblich verkleinert ist.
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Darüber hinaus ermöglicht die Gestaltung des statischen rohrförmigen Teils 36, insbesondere bei hoher Verdichterdrehzahl, eine Minimierung der Umwälzung des Schmieröls im Ölsumpf, wodurch die Bildung von Blasen oder sogar die Schaumbildung des im Ölsumpf 31 enthaltenen Schmieröls erheblich reduziert wird. Dies führt zu geringerer Reibung an den verschiedenen Axial- und Radiallagerflächen, die von der Zentrifugalölpumpe 29 mit Öl versorgt werden, sowie zu einem verbesserten Wirkungsgrad und einer längeren Lebensdauer des Verdichters.
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Durch die Minimierung der Ölumwälzung an der oberen freien Oberfläche des Ölsumpfes, die mit dem Saugstrom des Kältemittels in Berührung kommt, kann außerdem eine unerwünschte erhöhte Ölzirkulationsrate innerhalb des Kältesystems vermieden werden.
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Wie in 2 besser dargestellt, umfasst die untere Lageranordnung 28 ein Radiallagergehäuse 39, das zum drehbaren Lagern des unteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16 ausgebildet ist. Das Radiallagergehäuse 39 umgibt den unteren Endabschnitt 23 der Antriebswelle 16 und ist koaxial zur Antriebswelle 16 angeordnet. Vorteilhafterweise ist das Radiallagergehäuse 39 insgesamt rohrförmig ausgebildet und wird durch eine Radiallagerhülse gebildet.
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Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform umfasst das Radiallagergehäuse 39 eine innere Radiallagerfläche 40, die zylindrisch ist und die Außenfläche des unteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16 umgibt. Die innere Radiallagerfläche 40 hat einen ersten Innendurchmesser. Das Radiallagergehäuse 39 weist auch eine innere Umfangsfläche 41 mit einem zweiten Innendurchmesser auf, der größer als der erste Innendurchmesser ist. Vorteilhafterweise weist das Radiallagergehäuse 39 ferner eine innere kegelstumpfförmige Fläche 42 auf, die zwischen der inneren Radiallagerfläche 40 und der inneren Umfangsfläche 41 abgeordnet ist und in Richtung der inneren Umfangsfläche 41 divergiert.
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Die untere Lageranordnung 28 umfasst ferner ein an einer Innenfläche der hermetischen Außenschale 2 befestigtes Halterelement 43, und das Radiallagergehäuse 39 umfasst ein ringförmiges Befestigungsteil 44, das beispielsweise mittels Schrauben oder Bolzen an dem Halterelement 43 befestigt ist. Vorteilhafterweise ist das statische Verkleidungselement 35 koaxial zum Radiallagergehäuse 39 und unterhalb des Radiallagergehäuses 39 angeordnet und an dem Befestigungsteil 44 des Radiallagergehäuses 39 befestigt.
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Das statische Verkleidungselement 35 kann eine ringförmige Zentrierrippe 45 aufweisen, die zum Zusammenwirken mit dem Radiallagergehäuse 39 ausgebildet ist, um das statische Verkleidungselement 35 in Bezug auf die Längsachse des Radiallagergehäuses 39 zu zentrieren.
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Außerdem weist die untere Lageranordnung 28 ein oberes und ein unteres Axiallager 46, 47 auf, die während des Betriebs zum Begrenzen einer axialen Bewegung der Antriebswelle 16 ausgebildet sind. Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform wird das obere Axiallager 46 durch eine obere axiale Endfläche 48 des Radiallagergehäuses 39 und durch eine an der Antriebswelle 16 befestigte Schulterfläche 49 gebildet. Die Schulterfläche 49 kann einstückig mit der Antriebswelle 16 ausgebildet sein oder durch ein separates ringförmiges Teil 50 gebildet werden, das an der Antriebswelle 16 befestigt ist. Vorteilhafterweise sind die obere axiale Endfläche 48 und die Schulterfläche 49 jeweils ringförmig.
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Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform wird das untere Axiallager 47 durch eine untere axiale Endfläche 51 der Antriebswelle 16 und durch eine innere Bodenfläche 52 des Radiallagergehäuses 39 gebildet. Vorteilhafterweise sind die untere axiale Endfläche 51 und die innere Bodenfläche 52 jeweils ringförmig, und das Radiallagergehäuse 39 weist einen radial nach innen ragenden Ringflansch 53 auf, der die innere Bodenfläche 52 enthält.
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Die untere Lageranordnung 28 umfasst auch eine Druckölkammer 54, die mit der Zentrifugalölpumpe 29 in Fluidverbindung steht. Die Druckölkammer 54 wird von der Außenfläche des unteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16, der inneren Radiallagerfläche 40, der inneren Umfangsfläche 41 und dem oberen und unteren Axiallager 46, 47 begrenzt. Vorteilhafterweise ist die Druckölkammer 54 in axialer Richtung jeweils durch das obere und das untere Axiallager 46, 47 begrenzt.
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Wie in 2 besser zu erkennen ist, umfasst die Druckölkammer 54 ein ringförmiges Druckölvolumen 55, das den unteren Endabschnitt 23 der Antriebswelle 16 umgibt und nach außen durch das Radiallagergehäuse 39, insbesondere durch die innere Umfangsfläche 41 und die innere Kegelstumpffläche 42, begrenzt ist. Vorteilhafterweise befindet sich das ringförmige Druckölvolumen 55 unterhalb der inneren Radiallagerfläche 40 und grenzt an die innere Bodenfläche 52 an.
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Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform weist der untere Endabschnitt 23 der Antriebswelle 16 mindestens eine radiale Öffnung 56 auf, die mit einem Ölauslass der Zentrifugalölpumpe 29 fluidverbunden ist. Vorteilhafterweise ist die radiale Öffnung 56 der Innenfläche des Radiallagergehäuses 39 zugewandt und mündet in den Druckölraum 54 und insbesondere in das ringförmige Druckölvolumen 55. Vorteilhafterweise erstreckt sich der mit der radialen Öffnung 56 fluidverbundene Ölauslass der Zentrifugalölpumpe 29 radial und ist an einer Seitenwand des Aufnahmerohrs 32 vorgesehen.
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Die Druckölkammer 54 weist ferner einen Öldurchgang 57 auf, der zwischen der Außenfläche des unteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16 und der Innenfläche des Radiallagergehäuses 39 ausgebildet ist. Vorteilhafterweise erstreckt sich der Öldurchgang 57 entlang einer Erstreckungsrichtung, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Antriebswelle 16 ist. Der Öldurchgang 57 ist insbesondere dazu ausgebildet, das obere Axiallager 46 mit dem ringförmigen Druckölvolumen 55 der Druckölkammer 54 in Fluidverbindung zu bringen. Der Öldurchlass 57 kann als ein am Außenumfang des unteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16 vorgesehener ebener Flächenabschnitt ausgebildet sein.
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Bei hoher Drehzahl des Rotors 19 und der Antriebswelle 16 ist das vom Ölauslass der Zentrifugalölpumpe 29 geförderte Öl hoch, so dass an der radialen Öffnung 56 der Antriebswelle 16 eine hohe Ölzentrifugalgeschwindigkeit auftritt, die zu einem erheblichen hydrodynamischen Druck in der Druckölkammer 54 führt. Da die Druckölkammer 54 durch die oberen und unteren Axiallager 46, 47 geschlossen wird, entsteht eine hydrostatische Kraft, die in der gleichen Größenordnung liegen kann wie die Schwerkraft, die von der Masse der Antriebswelle 16 ausgeht. Dadurch wird die Schmierung der oberen und unteren Axiallager 46, 47 verbessert und somit der Wirkungsgrad des Verdichters aufgrund geringerer Reibungsverluste weiter erhöht. Außerdem wird der Verschleiß der Axiallagerflächen der oberen und unteren Axiallager 46, 47 und insbesondere des unteren Axiallagers 47 verringert, was die Lebensdauer des Spiralverdichters 1 weiter erhöht.
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Die 4 stellt einen Spiralverdichter 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dar, die sich von der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils 36 im Wesentlichen komplementär zur Außenfläche des Aufnahmerohrs 32 ist, so dass die Breite des zwischen der Außenfläche des Aufnahmerohrs 32 und der Innenfläche des statischen rohrförmigen Teils 36 gebildeten Spalts 37 entlang der Längsachse des Aufnahmerohrs 32 und entlang des Außenumfangs des Aufnahmerohrs 32 im Wesentlichen gleichförmig ist. Insbesondere umfasst der statische rohrförmige Teil 36 einen oberen rohrförmigen Abschnitt 36.1, der zylindrisch ist, und einen unteren rohrförmigen Abschnitt 36.2, der sich koaxial zu dem oberen rohrförmigen Abschnitt 36.1 erstreckt und zum unteren Ende des statischen rohrförmigen Teils 36 hin konvergiert. Der obere rohrförmige Abschnitt 36.1 umgibt das obere Rohrteil 32.1, während der untere rohrförmige Abschnitt 36.2 das untere Rohrteil 32.2 umgibt.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung entspricht die Durchflussquerschnittsfläche der Einlassöffnung 38 des statischen rohrförmigen Teils 36 im Wesentlichen der Durchflussquerschnittsfläche des Öleinlasses 34 des Aufnahmerohrs 32.
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Die 5 stellt einen Spiralverdichter 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dar, die sich von der in der 4 gezeigten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass das statische Verkleidungselement 35 Einlassleitschaufeln 58 aufweist, die sich radial von der Außenfläche des statischen rohrförmigen Teils 36 erstrecken. Vorteilhafterweise sind die Einlassleitschaufeln 58 regelmäßig um die Längsachse des statischen Verkleidungsteils 35 verteilt.
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Die Einlassleitschaufeln 58 können beispielsweise einen ersten Satz von Einlassleitschaufeln 58 mit einer ersten axialen Länge und einen zweiten Satz von Einlassleitschaufeln 58 mit einer zweiten axialen Länge umfassen, so dass sich die unteren Enden der Einlassleitschaufeln 58 des zweiten Satzes unterhalb der unteren Enden der Einlassleitschaufeln 58 des ersten Satzes erstrecken. Die unteren Enden aller Einlassleitschaufeln 58 können sich jedoch in derselben Ebene erstrecken.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend anhand von nicht einschränkenden Beispielen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst im Gegenteil alle Ausführungsformen davon.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7351045 B2 [0004, 0006]
- JP 2014118932 A [0005, 0006]
