DE1961271C2 - Gekapselter Kompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen gekapselten Kompressor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Ein derartiger Kompressor ist aus der GB-PS 10 62 687 bekannt. Dort ist das Kurbelwellengehäuse zum Innern der Kapsel oberhalb des Ölspiegels hin offen oder im wesentlichen offen mit dem Ergebnis, daß das Innere des Kurbelwellengehäuses im wesentlichen unter dem gleichen Druck steht wie die Kapsel. Der Abflußkanai oder die Abflußkanäle in der unteren Ward des Kurbelwellengehäuses dienen nur dazu, überschüssiges Schmiermittel zu dem Sumpf zurückzuführen, und der Ölspiegel in dem Kurbclwellengehäuse ist unter allen Druckbedingungen der gleiche wie in dem Ölsumpf. Bei einem ähnlichen Kompressor, wie er in der US-PS 30 98 604 beschrieben ist und bei dem ebenfalls der Druck zwischen dem Kurbelwellengehäuse und der Kapsel durch einen Entlüftungskanal ausgeglichen ist, sind um das untere, in Öl getauchte Lager herum noch mehrere zusätzliche Ölablauföffnungen vorgesehen. Hierbei ist nachteilig, daß die gesamten, relativ heißen Leckgase aus dem Zylinder mit dem relativ kalten Ansauggas in der Kapsel vermischt werden. Dadurch erhöht sich die Temperatur des zum Kompressor strömenden Gases und dessen Dichte verringert sich, wodurch die effektive Pumpkapazität des Kompressors sinkt.

Ferner ist aus der US-PS 30 66 857 ein Kompressor bekannt, bei dem keine Verbindung zwischen dem Kurbelwellengehäuse und dem oberhalb des Ölspiegels gelegenen Teil der Kapsel besteht. Infolgedessen ist der ölspiegel in dem Kurbelwellengehäuse abhängig von den relativen Drucken in dem Kurbelwellengehäuse und der Kapsel. Während des Betriebs des Kompressors erhöht Leckgas aus dem Zylinder den Druck in dem Kiirbelwellengehäuse derart, dal) Öl aus dem Kurbelwellengehäuse in den ölsumpf gedrückt wird. Um eine allmähliche Druckerhöhung im Kurbelwellengehäuse zu verhindern, müssen die Abflußkanäle groß genug sein, um die gesamten Leckgase aus dem Zylinder in die Kapsel entweichen zu lassen. Dabei kann ein wechselnder oder pulsierender Schmiermittelstrom in beiden Richtungen zwischen dem Kurbelwellengehäuse und dem Sumpf unter der Einwirkung der schwankenden Drucke in dem Kurbelwellengehäuse auftreten, die ίο durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens verursacht werden. Dieses ständige Pumpen des Öls verursacht jedoch eine bedeutende Erhöhung der Belastung des Kompressors und somit eine Verschlechterung seines Wirkungsgrades.

is Kompressoren der hier beschriebenen Art werden häufig mit senkrechter Kurbelwelle ausgeführt. Zur Schmierung ihres oberen Lagers sind deshalb häufig besondere Maßnahmen notwendig, wie es z. B. in der US-PS 3162 360 beschrieben ist. Dort sind in der senkrechten Kurbelwelle exzentrisch angeordnete Schmiermitteikanäie vorgesehen, in denen im Betrieb Schmieröl vom unteren Lagersumpf zum oberen Lager gepumpt wird. Damit nun zu Betriebsbeginn und im Betrieb entstehende Gaseinschlüsse den Pumpvorgang nicht beeinträchtigen, sind kleine Entlüftungskanäle mit den Schmiermittelkanälen verbunden,-die diese Gaseinschlüsse in die Kapsel entweichen lassen. Jedoch haben während des Kompressorbetriebes sich im Kurbelwellengehäuse ansammelnde Leckgase aus dem Zylinder jo keine Möglichkeit, unmittelbar durch diese Schmiermittelkanäle hindurch aus der Kurbelwellenkammer auszutreten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gekapselten Kompressor der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß pulsierende oder in beiden Richtungen fließende Ölströmungen zwischen Kurbelwellengehäuse und Kapsel vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindurtgsgemäß durch die im Patentanspruch I gekennzeichnete Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß im Kurbelwellengehäuse ein gewisser Überdruck aufrechterhalten wird, so daß auch bei einem Kompressionshub des Kolbens, bei dem der Druck im Kurbelwellengehäuse sinkt, eine Rückströmung von Öl aus dem ölsumpf in das Kurbelwellengehäuse verhindert wird. Dabei kann ein begrenzter Teil des Leckgases vom Kurbelwellengehäuse direkt in die jo Kapsel strömen, und ein entsprechender Restteil strömt durch den Ölsumpf ab.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Figur zeigt eine teilweise schematische und teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Kältemittelkreises mit einem gekapselten Kompressor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der gekapselte Kompressor umfaßt eine Kapsel 1, in der eine Motor-Kompressoreinheit federnd gelagert ist. fio Diese Einheit umfaßt einen Kompressor 2, der ein im wesentlichen verschlossenes Kiirbelwellengehäuse 3 und einen zum Kurbelwellengehäuse hin offenen Zylinder 4 bildet. Der Kompressorblock 2 enthält ferner obere und untere axial ausgerichtete Lager 6 und 7, in h> denen eine vertikal verlaufende Welle 8 gehalten wird, die zwischen den Lagern 6 und 7 einen exzentrischen Lagerteil 9 aufweist. Der Kolben 11 gleitet daher in dem Zylinder 4 hin und her infolge der durch das

exzentrische Lager 9 bei der Drehung der Welle 8 ausgeübten Kräfte.

Der Kompressor wird durch einen Elektromotor 14 angetrieben, der im oberen Teil der Kapsel 1 oberhalb des Kompressorblocks 2 angeordnet ist und einen mit der Welle 8 verbundenen Roior 15 aufweist.

Der untere Teil der Kapsel 1 bildet einen ölsumpf 17, der Öl zur Schmierung der verschiedenen Lager verwendet. Dieser ölsumpf 17 hat vorzugsweise eine genügend große Tiefe, so daß das untere Ende des Kurbelwellengehäuses mit dem Lager 7 im wesentlichen in das öl eingetaucht ist und dadurch geschmiert wird. Zur Schmierung des oberen Hauptlagers 6 und des Exzenterlagers 9 ist eine Zentrifugalpumpenanordnung vorgesehen (nicht gezeigt), welche ölkanäie enthält, die sich durch die Welle 8 hindurch nach oben zu diesen Lagern erstrecken. Das aus den Lagern austretende öl fließt in das Kurbelwellengehäuse 3 zurück.

Der Kompressor bildet einen Teil eines geschlossenen Kältemittelsystems, das, wie schematisch dargesteiit, einen Kondensator 21, eine Ausdehnungsvorrichtung, die entweder ein Ausdehnungsventil oder, wie gezeigt, eine Kapillarrohre 22 sein kann, und einen Verdampfer 23, der in Reihe in den geschlossenen Strömungsweg eingefügt ist. enthält. Während des Betriebs des Kompressors wird Gas mit niedrigem Druck aus dem Verdampfer 23 durch einen Einlaß 24 im oberen Teil der Kapsel 1 abgezogen. Dieses relativ kalte Gas geht nach unten durch den Motor 14 und durch eine Vielzahl von Bohrungen 25 in einem ringförmigen Saugdämpfer 26, der im oberen Teil des Kompressorblocks 2 ausgebildet ist. Das Sauggas strömt aus dem Dämpfer 26 durch eine oder mehrere horizontale Durchlaßkanäle 27 in einen ringförmigen Hohlraum 28, der das vordere Ende des Zylinders 4 umschließt, und aus diesem Hohlraum 28 durch eine Vielzahl von Ansaugöffnungen 29 und ein Ansaugventil in die Zylinderkammer 30. Das durch den Hubkolben 11 komprimierte Kältemittel strömt durch einen Auslaßdämpfer 31 in eine Auslaßleitung 32, die eine Vielzahl von in den Ölsumpf 17 eingebetteten Kühlschlangen 34 enthält, und wird anschließend aus der Kompressoreinheit durch einen Auslaß 35 in den Kondensator 21 abgelassen.

Während des Betriebes des Kompressors wird der augenblickliche Druck im Innern des Kurbelwellengehäuses 3 hauptsächlich von zwei verschiedenen Bedingungen bestimmt. Die erste besteht darin, daß die Passung zwischen dem Kolben 11, dem Kolbenring und den Wänden des Zylinders 4 es gestattet, daß komprimiertes Gas aus der Kompressionskammer 30 bei jeder Kompressionsbewegung des Kolbens 11 an diesem vorbeigeht und dadurch beständig Leckgas mit hohem Druck in das Kurbelwellengehäuse 3 eingebracht wird. Die zweite Bedingung besteht darin, daß als Ergebnis der Hin- und Herbewegung des Kolbens 11 im Zylinder 4 sich eine pulsierende Änderung des Drucks im Kurbelwellengehäuse 3 ergibt. Damit hierdurch keine ständige Hin- und Herströmung des Öls zwischen Kurbelkammer und Kapsel hervorgerufen wird, ist gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung eine besondere Anpassung von Entlüftung und Ölabfluß vorgesehen. Zu diesem Zwecke ist ein als Drossel ausgebildeter Entlüftungskanal 37 im oberen Teil des KurbelwelLngehäuses 3 vorgesehen, der das Innere des KurbelwelhnRehäuses mit dem Inneren der Kapsel 1 oberhalb des ölsumpfspiegels verbindet. Ebenso ist im unteren Teil des Kurbelwellengehäuses

ein eingeengter AbfluHkanuI 38 vorgesehen, der sich unterhalb des normalen ölsumpfspiegels in die Kapsel hinein öffnet. Der Entlüftungskanal 37 wird vorzugsweise so hoch wie möglich in einer Seitenwand des Kompressorgehäuses 3 oberhalb des Zylinders 4 angeordnet und öffnet sich zum Innern der Kapsel 1 außerhalb der Buchse 39, welche den Stator 15 des Motors oberhalb des Kurbelwellengehäuses trägt. Die Bohrung sollte außerdem vorzugsweise in der Seitenwand sein, so daß das öl in dem Kurbelwellengehäuse 3, das infolge der Drehung der Kurbelwelle an der Innenseite des Kurbelwellengehäuses herum in eine Drehbewegung geführt wird, infolge der Zentrifugalkraft ebenfalls aus dem Entlüftungskanal 37 ausgestoßen wird. Der Abflußkanal 38 wird so tief wie möglich angeordnet, so daß eine maximale Ölmenge aus dem Kurbelwellengehäuse 3 herausgebracht werden kann. Das untere Ende 40 besitzt eine öffnung unterhalb des normalen Ölspiegels in dem Sumpf, so daß das Austrittsgeräusch des Öls und cWs Gases aui dem Abflußkanal 38 durch das öl des Sunpfes gedämpft wird und außerdem eine Bewegung des Sumpföls zur Erzeugung von Schaum verursacht wird.

Allgemein gesprochen sind die Strömungshemmiingen df-:· Entlüftungskanals 37 und der Abflußkanäle 38 oder mit anderen Worten ihre Strömungskapazitäten so, daß im Daue-betrieb des Kompressors der Entlüftungskanal 37 eine nicht ausreichende Durchflußkapazität hat, um das gesamte Leckgas aus dem Kurbelwellengehäuse 3 in die Kapsel 1 austreten zu lassen. Gleichzeitig hat der Abflußkanal 38 eine Durchflußkapazität, die ausreichend ist, um das verbleibende Gas in die Kapsel 1 abzulassen, aber nicht groß genug ist. um eine wesentliche Strömung von Schmiermittel in beiden Richtungen zwischen dem ölsumpf und dem Kurbelwellengehäuse 3 als Ergebnis der normalen Druckschwankungen im Kurbelwellengehäuse zu gestatten.

Die Arbeitsweise des gekapselten Kompressors mit den angepaßten Entlüftungs- und Abflußkanälen zur Di osselung der Strömungen ist wie folgt.

Während des Stillstandes neigen die Drucke in dem Kältemiitelsystem einschließlich des Kondensators 21, des Verdampfers 23 und des gekapselten Kompressors dazu, sich auf einen Druck auszugleichen, der zwischen den Betriebsdrucken oder dem normalen Saugdruck und dem normalen Kondensatordruck liegt. Dieser Druckausgleich findet ebenfalls in allen Volumina im Innern der Kapsel 1 statt. Daher sind sowohl die Kapsel 1 als auch das Kurbelwellengehäuse 3 auf dem gleichen Zwischendruck, und der Ölspiegel in dem Kurbelwellengehäuse ist der gleiche wie der Ölspiegel im ölsumpf, ■vie .'S in der Abbildung dargestellt ist. Gewöhnlich ist die in dem Sumpf und in dem Kurbelwellengehäuse enthaltene Flüssigkeit ein Gemisch von öl uod flüssigem Kältemittel, wobei das Öl etwas gelöstes Kältemittel enthält, während die Kapsel 1 und das Kurbelwellengehäuse oberhalb des Ölspiegels Kältemittelgas enthalten.

Beim Anlassen des Kompressors erzeugt die Hin- und Herbewegung des Kolbens 11 in dem Zylinder 4 eine Fluktuation in dem Kurbelwellerigehäusedruck, deren Größe abhängig ist vom Hub des Kolbens, verglichen mit dem Gesamtvolumen des Kurbelwellengehäuses. Während eines Kompressionshiibes des Kolbens 4 besteht eine effektive Erhöhung des Volumens des Kurbelwellengehäuses und damit eine Druckverminderung, so daß etwas von dem flüssigen oder in dem Öl im Kurbelwellengehäuse gelösten Kältemittel verdampft.

Wahrend des Dekompressionshubes arbeitet der Kolben gegen diese erhöhte (iasmenge und es erfolgt eine proportionale Krhohungdes Drucks im Kurbelwellcngehäuse 1. Kin Teil des Dampfes in dem Kurbel»ellengehiiiise wird durch den Kntlüftungskanal 37 abgelassen und ein Teil der flüssigkeit im unteren Teil des Kurbel» ellengehäuses »ird durch den Ahflußkanal 38 ausgestoßen. Dieser Vorgang wiederholt sich s > lange, bis langsam die ganze llüssigkeit am Hoden des Kurbel« ellengehiuises ausgestoßen ist. u·

Danach »ird während des Dauerbetriebes des Kompressors das I.eckgas ,ins der Konipressinnsk.im HkT 30 in d.is Kiirbelwelleiigehause 3 sounhl durch den Kntliifiungskanal 37 als auch den Ahfliißkanal 38 in die Kapsel I abgelassen. Der verengte, eine Drossel bildende Ahflußkanal 38 sorgt dafür, daß nach Aufbau einer positiven mittleren Druckdifferenz /wischen dem Kurbelwellengehause 3 und der Kapsel I kein nennenswerter Rückstrom '.on Schmiermittel in d.is Kurbel» elleiigehanse wahrend einer Drucksenkung im Km bei» ellengehause auftritt.

I alls aus irgendeinem Grund ein Kapseldruckansticg •iiiflreten sollte, gestattet der Kntlüftungskanal 37 einen entgegengesetzt gerichteten Strom von Kältemitteld.impf indas Kurhclvvcllengehause. wodurch die Drucke ' im Kurbel»ellengehause und in der K.ipsel schnell ausgeglichen werden. Danach wird erneut ein Druckverhällni"· / wischen dem Kurbel» ellengehause und der Kapsel aufgebaut, das nur einen Strom von Öl oder Gas tr. einer Rich;.;ng .:·.[■ de·" \!-.^r!,ii!k.,i:,ii }8 hei.ii.·> : bewirkt Der Kntluftungskan.il 37 dient auch da/u, wahrend der Absehahperioden die Drucke und die Olsp'egel in dem Kurbel·.», ellengehause utul der Kapsel au'./UL'leichen. < Jhtie ιΙ·.·π Kntlultungskiin.il 37 » urde der w h erhohenile K.ipselilruck wahrend des Ausgleich¹- i'· ν ι ·π Ans.iiiL'· und AiisstoHdruck ()! in d.is Kurbel« elleniTi-hausf i i.'iirch den AhHuKk,in,il 38 hindurchdrucken. his der |)-i|il, in- Innern des Kurbelwellengehaiises i g!e-;h ■:.;■·;■■ Druck ■! der Kapsel 1 im. J, d.ii.l der K!i;>ML'te!isspiegei im Innern des Kurbel» eilengehauses m ,:,ι·-·η !',· i'ier is! .ils in der Kapsel 1.

\\e'!erh"i !ließt infoige der Slromimgsbehmderung JiT'.i' de" I niliiimnt'skan.ii 37 nur e:n Tel! des relativ "C¹IV'" l.cv-.gase¹· direkt in den oberer: Teil der Kapsel I. «ι .',■!( mi'" ein Tel! des l.eckgases die Teriperatiir des ■*'> ohne'¹¹:- '-"P de' Motorabwarme beeil¹· belasteten •\n>.:;i.Y.n^ H'ith weiter erhöht. Der andere Teil des ( i.ises wird dir.η den Abflußkanal 38 in den ÖNumpf aiist'estoüen .;nd erwärmt dabei diese O'nienge und ve-ritiirert dadurch die Losl-thkeit des K,i-emn'e!s im v· Öl.

Die optimalen (irollen des l.ntliiflungskanals 37 und des Abflulikanals 38 hangen selbstverständlich von einer Reihe von Kaktoren ab. llier/u gehört die l.eckgasmenge utul das Verhältnis /wischen dem gesamten Volumen des Kurbel» ellengeluiuses und dem Volumen des Kolbenhubes. Die angepallten Drosseln sollten eine geringe aber positive Druckdifferenz (beispielsweise 0.007 bis 0.3") bar) /wischen dem mittleren Kurbelwellengehausediuck und dem Kapsel druck unter normalen Hetriebsbedingiingen aufrechter halten. Vorzugsweise ist diese Druckdifferenz geringer als ο. 14 bar. In and'-rc η \S ο ilen sollten die Drosseln ei η c ausreichende Strömung sowohl von D.impl .ils .inch (Jl aus dem Kurbel» ellengehause heran·- gestatten, um den Aulbau einer zu hohen mittleren I )i tu kdiffei en/ zu ν erhindern; gleichzeitig ist ledoch lede pulsierende oder in beulen Richtungen erfolgende Strömung von <">l und Kältemittel zu unterbinden.

Somit sollte also the Drossel» irkuiit; des Knlluftiings kan.ils 37 so groß sein, dal.t wahrend der ersten Sekunden des Betriebes eine gelingend grnHe Druckdifferenz zwischen dem Kurbel»ellenuehause und der Kapsel aufgebaut wird, um die gesamte I liissigkeit aus dein Kurbelwellengehause durch die Abflußöffnung 38 herauszudrücken. Gleichzeitig sollte die Abflußöffnung 38 eine genügend große Drosselwirkung aufweisen, um einen wesentlichen (')lstrom in beulen Richtungen wahreni¹ des normalen Kompress<"beinebes /u verhindern. I'm diese Ziele zu erreichen, wird fur die meisten ki.mpresiiii kolljLiiliiibi. /ui /til aU besonders w n ksam ein Verhältnis der Strömungsbehinderung von Kntluftungskanal zu Abflußkanal von etvia I : 2 betrachtet. Hei einem solchen Verhältnis wird etwa . ties l.eckgases durch den Kntliiftungskan.il abgeblasen, während die übrigen -'ί durch den .Abflußkanal entlüftet werden, liei einem Kompressor, der mit 3b00 Umdrehungen Minute betrieben »urde und ein Volumen des Kurbelwellengehäuses von etwa 330 cm^! und zusätzlich ein Kolbenhubvolumen von etwa 50cm¹ hatte, wurden diese Krgebnisse unter Verwendung von Kntlüftungs- und A\bflußkanälen erzielt, die beide eine Länge von etwa 2.5 cm hatten, wobei der Durchmesser des Kntliiitungskanals etwa 2.Ii mm und der Durchmesser des Abflußkanals etwa 2.8 mm betrug. Bei Verwendung anderer Abmessungen sollte die Länge des .Abflußkanals und damit das Verhältnis von Lange zu Durchmesser jedoch so beschaffen sein, daß während der Drucksenkung im Kurbel»ellengehause bei dem normalen Kompressorbetrieb die Grenzschicht zwischen Gas und Öl im Inneren des Abflußkanals verbleibt, so daß das Öl nicht aus dem Ölsumpf in das Kurbel» ellengehäuse flieP

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Gekapselter Kompressor, dessen Kapsel am Boden eine Schmiermittelmenge sowie einen Kolbenkompressor enthält, von dem ein Teil in die Schmiermiuelmenge eintaucht und der ein im wesentlichen geschlossenes Kurbelwellengehäuse, eine sich in das Kurbelwellengehäuse hinein öffnenden Zylinder und einen Hubkolben in dem Zylinder besitzt, wobei die Passung zwischen dem Zylinder und dem Kolben einem Teil des komprimierten Gases als Leckgas einen Eintritt in das Kurbelwellengehäuse, das mit einem Belüftungskanal, der einen oberen Teil des Kurbelwellengehäuses oberhalb der Oberfläche der Schmiermittelmenge mit dem Innern der Kapsel verbindet, und mit einem Abflußkanal versehen ist, der den unteren Teil des Kurbelwellengehäuses mit der Schmiermittelmenge unterhalb der Oberfläche derselben verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungskanai (37) und der Abflußkanai (38) als Drosseln ausgebildet sind und der Querschnitt des Entlüftungskanals (37) kleiner als der Querschnitt des Abflußkanals (38) ist.
2. 2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte des Entlüftungskanals (37) und des Abflußkanals (38) sich etwa wie 1 :2 verhalten.