DE2714505B2

DE2714505B2 - Zentrifugalkompressor

Info

Publication number: DE2714505B2
Application number: DE2714505A
Authority: DE
Inventors: Carl M. Syracuse N.Y. Anderson (V.St.A.)
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1976-04-16
Filing date: 1977-04-01
Publication date: 1980-03-13
Also published as: FR2348379B1; CH606945A5; NL7703317A; DE2714505A1; FR2348379A1; NL182585C; US4032312A; BR7701867A; DK165777A; MX144773A; SU772495A3; SE433525B; IT1074388B; AR211061A1; AU510867B2; SE7703322L; NL182585B; AU2228477A

Description

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalkompressor für ein Kühlsystem mit einem hermetisch gekapselten Gehäuse, in dem ein Laufradabteil und ein Getriebeabteil enthalten sind, die durch eine Wand voneinander getrennt sind, durch die sich die Laufradachse erstreckt, wobei dem Getriebeabteil ein ölabscheider sowie eine Einrichtung zum Absaugen von Kältemitteldampf zugeordnet sind, durch die der Druck des Kältemitteldampfes im Getriebeabteil wesentlich verringert wird.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß bei derartigen Zentrifugalkompressoren eine zuverlässige und vollständige Abdichtung der sich durch die Wand erstreckenden Laufradwelle nicht möglich ist. In der Erkenntnis, daß ein Lecken eintritt, steuert man daher die Richtung des Durchsickerns so, daß sichergestellt wird, daß das Kältemittel in das Getriebeabteil strömt und nicht das zum Schmieren verwendete öl in das Laufradabteil. Dies ist bei Kompressoren der eingangs beschriebenen Art der Fall, wie sie beispielsweise aus der US-PS 32 99 655 bzw. der US-PS 3163 999 bekanntgeworden sind. Hierbei wird das Kältemittel/ Öl-Gemisch aus dem Getriebeabteil über eine Leitung in einen ölspeicher und von dort in einen ölabscheider eingeführt, wo eine Trennung in öl und Kältemittel stattfindet. Das abgetrennte Kältemittel wird dann wieder der Ansaugseite des Kompressors zugeführt.

Hierdurch wird eine Druckentlastung des im Getriebeabteil befindlichen Kältemitteldampfes erreicht. Trotzdem müssen die Zahnräder des Getriebes noch in einer relativ dichten Atmosphäre von Kältemitteldampf arbeiten. Durch den Betrieb in einer derart dichten Atmosphäre treten jedoch relativ hohe Reibungsverluste im Getriebe auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei derartigen Kompressoren im Getriebe

i" auftretenden Reibungsverluste zu senken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem eingangs genannten Zentrifugalkompressor dadurch gelöst, daß die Absaugeinrichtung eine Pumpe aufweist, die den Druck des Kältemitteldampfes in dem

i^r> Getriebeabteil auf einen wesentlich unter dem Ansaugdruck des Kompressors liegenden Wert senkt.

Dadurch wird die angestrebte Verringerung der Reibungsverluste im Getriebe erreicht. Bei den Kompressoren der eingangs erwähnten US-PS

-><> 32 99 655 bzw. US-PS 3163 999 ist keine derartige Pumpe vorgesehen.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist die Pumpe in einer Kältemittelleitung zwischen dem Getriebeabteil und der Ansaugleitung des Kompressors

2> angeordnet. Bei dieser Ausführungsform hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Pumpe als Strahlpumpe auszubilden. Dabei weist die Pumpe eine über eine Leitnng mit dem Kältemittelauslaß des Laufradabteils verbundene Eintrittsöffnung auf. Das aus dem

«· Kältemittelauslaß des Kompressors austretende Kältemittel wird hierbei als Antriebsfluid für die Strahlpumpe nutzbar gemacht. Alternativ zu dieser Ausführungsform kann die Pumpe jedoch auch in einer Leitung zwischen dem Getriebeabteil und dem Ölabscheider angeordnet

i^r> sein, wobei der ölabscheider an einen Kondensator angeschlossen ist. Hierbei wird das im Ölabscheider abgetrennte Kältemittel direkt einem Kondensator zugeführt, in dem das Kältemittel verflüssigt wird. Es kann dann beispielsweise in einen Speicher eingegeben werden, von wo es zur Wiederverwendung im System eingesetzt werden kann.

Um den Druck im Getriebeabteil immer etwa auf einer bestimmten Höhe zu halten, ist der Kompressor zweckmäßigerweise mit einem Drucksensor zur Be-

■i^r> Stimmung des Druckes im Getriebeabteil und einer mit dem Drucksensor geschalteten Steuervorrichtung zur Regulierung des Pumpenbetriebs ausgestattet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeich-

>(· nung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Zentrifugalkompressors, teilweise im Schnitt; und

F i g. 2 eine schematische Teilansicht einer anderen Ausführungsform eines Zentrifugalkompressors, teil-

V) weise im Schnitt.

Der in Fig. I dargestellte Kompressor 10 ist von üblichem Aufbau und besitzt ein hermetisch gekapseltes Gehäuse 11, welches zwei Abteile aufweist, ein Laufradableil 12 und ein Getriebeabteil 13. Beide

W) Abteile sind durch eine übliche geteilte Wand 15 voneinander abgetrennt. In der Wand 15 ist eine Öffnung 16 vorgesehen, durch die sich die Laufradwelle 17 erstreckt und durch Lager 18 in der Öffnung drehbar fixiert ist. Des weiteren sind Wellendichtungen (nicht

b^r> dargestellt) vorgesehen, um den Durchfluß von gasformigen oder flüssigen Medien durch die Wellenöffnung in der Wand 15 zu begrenzen oder gering zu halten.
Der dargestellte Kompressor besitzt zwei Kompres-

sionsstufen. die durch ein erstes Stufenrad 19 und ein zweites Stufenrad 20 erzeugt werden, von denen beide auf der Laufradwelle !7 in dem Abtei! 12 des Gehäuses 11 fixiert sind. Das Kältemittel tritt in den Kompressor über die Einlasse 22 ein, läuft durch die beiden Räder und wird in eine Ausgangsspirale 23 abgegeben, von der es in den nicht gezeigten Kondensator des Kühlsystems eintritt. Eine Reihe steuerbarer Leitschaufeln 25 ist in dem Einlaß zum Kompressor angeordnet, die zur Strömungsregulierung des Kältemittels vom Vercampfersysterr, iar ersten Kompressionsstufe dienen.

Im Getriebeabteil 13 ist eine Antriebswelle 26 drehbar zwischen den Lagern 27 und 28 angeordnet, die horizontal mit der Laufradwelle 17 fluchtet. Ein Ende der Antriebswelle, in F i g. 1 das rechte, erstreckt sich nach außen aus dem Kompressorgehäuse und endet in einer Kupplung 29, die geeignet ist, die Welle mit einer Antriebsvorrichtung, wie z. B. einem Elektromotor o. ä., zu verbinden. Zwei Antriebsräder 30 und 31 sind an der Antriebswelle auf beiden Seiten des Lagerblocks 33 befestigt. Die Antriebsräder sind so angeordnet, daß sie mit einem Paar nicht dargestellter Ritzeln, die an der Laufradwelle im Getriebeabteil befestigt sind, kämmen. Ein Ölvorrat ist in einem Speicher enthalten, der am Boden des Getriebeabteils angeordnet ist. Das öl wird zu den Lagern und Zahnrädern gepumpt, um das System zu schmieren.

Wie es weiter unten im einzelnen beschrie L>en wird, wird die Hauptkammer 35 des Getriebeabteils, die dem Laufradabteil gegenüberliegt, auf einem beträchtlich niedrigeren Druck gehalten als das Laufradabteil. Folglich *vird das Kältemittel, das sich im wesentlichen im damplförmigen Zustand befindet, durch die Wellenabdichtur'gen von dem Laufradabteil in das Getriebeabteil gedruckt. Obwohl die Leckrate möglichst minimal gehalten wird, wird schließlich genügend Dampf ausgetauscht, so daß im Getriebeabteil eine extrem dichte Atmosphäre entsteht, in der die Zahnräder arbeiten ihüsitn.

Um den Di'ick des Kältemittels in der Hauptkammer 35 zu redu/'eren, wird Kältemitteldampf von der Hauptkamme'· 35 abgezogen und vorübergehend in einer zweiteil Kammer 36 daneben mit Hilfe einer Vorrichtung gespeichert, die allgemein als Abscheider oder Demister bezeichnet wird. Der Demister besteht aus zwei radähnlichen Elementen, die Speichen 37 und 38 umfassen, die sich von der Welle 26 in radialer Richtung nach außen erstrecken, wobei die Speichen 37 des ersten Rades in der Hauptkammer 35 angeordnet sind und die Speichen 38 in der zweiten Kammer 36.

Durchlässe 39 und 40 erstrecken sich radial durch die Speichen 37 bzw. 38 hindurch in die Welle hinein, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Durchlässe stehen über einen axial ausgerichteten Kanal 41, der in der Welle ausgebildet ist, miteinander in Verbindung. Die radiale Länge der Speichen 37 und somit die der Durchlässe ist in der Hauptkammer 35 geringer als in der zweiten Kammer 36. Wenn die Welle rotiert, werden in jedem Rad unterschiedliche Zentrifugalkräfte erzeugt, die einen Druckunterschied hervorrufen, der ausreicht, um die Dämpfe von der Hauptkammer in die zweite Kammer abzuziehen. Schwerere öltröpfchen, die in den in der Hauptkammer enthaltenen Dämpfen suspendiert sein können, werden durch das schnell rotierende Rad weggeschleudert und somit daran gehindert, in die zweite Kammer einzudringen. Demzufolge arbeilet der Demister derart, daß er den Kältemitteldampf von dem öl im Getriebeabteil trennt und die abgetrennten Dämpfe in einer Auffangkammer isoliert

Erfindungsgemäß ist ein Leitungssystem 50 mit Pumpe 51 vorgesehen, um das Getriebeabteil des Kompressors zu evakuieren. Durch ein Abpumpen des Kältemitteldampfes und somit durch ein Reduzieren des Drucks im Getriebeabteil kann die Dichte der Atmosphäre, in der das Zahnradgetriebe arbeitet, beträchtlich vermindert werden. Als Ergebnis werden gleichermaßen die Pump- und Luftwiderstandsverluste

ic im Getriebeabteil verringert Bei einem Test der mit einem Kompressor des hier beschriebenen Typs durchgeführt wurde, wurde das Getriebeabteil von einem normalen Betriebsdruck von etwa 0,414 MPa auf etwa 0,11 MPa heruntergepumpt, was eine Verminde-ί rung der für den Kompressorantrieb benötigten Energie von 119 kW auf 70 kW bedeutete.

Wie man F i g. 1 entnehmen kann, ist die Pumpe 51 als Strahlpumpe ausgebildet und mit der Ausgangsspirale 23 des Kompressors über die Einlaßleitung 52

2(i verbunden. Im Betrieb des Kompressors wird ein kleiner Anteil des Hochdruckkältemittels von der Ausgangsspirale abgezweigt und über die Leitung 52 einer Düse 53 zugeführt, die in der Strahlpumpe angeordnet ist und dazu dient, die Geschwindigkeit des

:■> antreibenden Fluids zu erhöhen. Das antreibende Fluid, das aus der Düse ausströmt, wird in eine Austrittsleitung 54 gerichtet, wodurch ein Unterdruck am Saugeinlaß 55 der Pumpe erzeugt wird.

Die Austrittsleitung 54 der Pumpe steht mit dem

tti Einlaß des Kompressors bzw. der Ansaugleitung 56 und der Öffnung 57 in Verbindung, die direkt hinter den Leitschaufeln 25 ausgebildet ist.

Der Saugeinlaß 55 der Strahlpumpe steht über die Leitung 58 mit der zweiten Kammer 36 des Getriebeab-

i"> teils, in der die abgetrennten Kältemitteldämpfe gespeichert sind, in Verbindung. Folglich wird der ölfreie Kältemitteldampf von der Kammer 36 abgezogen und mit dem antreibenden Kältemittel mitgeführt, das schließlich zum Kompressoreinlaß zurückgeführt

w wird. Da die Haupikammer des Getriebeabteils über das Demistersystem mit der Pumpe verbunden ist, wird, wenn der Druck in der zweiten Kammer reduziert wird, der Druck in der Hauptkammer gleichermaßen reduziert.

J^r> Ein Rückschlagventil 64 ist innerhalb der Leitung 58 angeordnet, so daß das Kältemittel in Richtung der Strahlpumpe fließen kann, jedoch der Durchfluß in entgegengesetzter Richtung verhindert wird.

Das System, in das eine Strahlpumpe der hier

V) beschriebenen Art eingearbeitet ist, bildet eine kompakte Einheit, die den Druck im Getriebeabteil kontinuierlich auf einem relativ niedrigen Wert hält, d. h. der Druck wird beträchtlich niedriger gehalten als bei den bekannten Systemen.

Vi Es wird bevorzugt, den Betrieb des Systems derart zu regulieren, daß der Druck im Getriebeabteil etwas über Atmosphärendruck liegt. Durch die Verwendung von Kältemitteldämpfen als antreibendes Fluid fällt an der Druckseite der Pumpe nur Kältemittel an, das in das

w) Kühlsystem zurückgeführt werden kann, wodurch die Notwendigkeit für eine Spezialausrüstung entfällt.

Gleichermaßen kann das vorliegende System das Kühlsystem nicht von Kältemittel entleeren.

In F i g. 2 ist eine zweite Ausführungsform eines

μ Zentrifugalkompressors gezeigt, bei dem eine konventionelle mechanische Pumpe anstatt der oben beschriebenen Strahlpumpe Verwendung findet. Wie dargestellt, ist die Saugseite der Pumpe 60 mit der zweiten Kammer

36 des Getriebeabteils des Kompressors 10 über die Saugleitung 61 verbunden. Unter dem Einfluß der Pumpe wird das Getriebeabteil evakuiert. Wie festgestellt, wird es bevorzugt, den Druck im Getriebeabteil auf einer bestimmten Höhe etwas über Atmosphärendruck zu halten. Dafür ist ein Drucksensor 62 in der Saugleitung angeordnet und dazu ausgelegt, ein Signal zur Druckanzeige an die Steuervorrichtung 63 zu liefern. Die Steuervorrichtung reguliert den Betrieb der Pumpe derart, daß der Saugdruck auf dem gewünschten vorbestimmten Niveau gehalten wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Druckseite der Pumpe über die Leitung 65 an einen ölabscheider 66 angeschlossen. Der ölabscheider, der bekannter Bauart sein kann, trennt den Kältemiueldampf von dem eingeführten öl und gibt den Dampf

·'> durch die Leitung 67 direkt an einen Kondensator 68 weiter, wo der Dampf in den flüssigen Zustand kondensiert. Schließlich wird das flüssige Kältemittel vom Kondensator über die Leitung 70 in einen Speichertank 69 gegeben, von wo es wieder zur

κι Verwendung in dem Kühlsystem abgerufen werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Zentrifugalkompressor für ein Kühlsystem mit einem hermetisch gekapselten Gehäuse, in dem ein Laufradabteil und ein Getriebeabteil enthalten sind, die durch eine Wand voneinander getrennt sind, durch die sich die Laufradachse erstreckt, wobei dem Getriebeabteil ein ölabscheider sowie eine Einrichtung zum Absaugen von Kältemitteldampf zugeordnet sind, durch die der Druck des Kältemitteldampfes im Getriebeabteil wesentlich verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugeinrichtung eine Pumpe (51, 60) aufweist, die den Druck des Kältemitteldampfes in dem Getriebeabteil (13) auf einen wesentlich unter dem Ansaugdruck des Kompressors liegenden Wert senkt.

2. Zentrifugalkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (51) in einer iCältemittelleitung (58) zwischen dem Getriebeabteil (13) und der Ansaugleitung (56) des Kompressors angeordnet ist.

3. Zentrifugalkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (51) eine Strahlpumpe ist, die eine über eine Leitung (52) mit dem Kältemittelauslaß (23) des Laufradabteils (12) verbundene Eintrittsöffnung (53) aufweist.

4. Zentrifugalkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (60) in einer Leitung (61, 65) zwischen dem Getriebeabteil (13) und dem Ölabscheider (66) angeordnet ist und daß der ölabscheider (66) an einen Kondensator (68) angeschlossen ist.

5. Zentrifugalkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Drucksensor (62) zur Bestimmung des Druckes im Getriebeabteil (13) und eine mit dem Drucksensor (62) geschaltete Steuervorrichtung (63) zur Regulierung des Pumpenbetriebs aufweist.