JP2010506087A - 大容量冷蔵コンプレッサ - Google Patents
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Abstract
Description
多くの大容量冷却器システムは一定の動作回転速度にて動作するモータを特徴とする。動作速度は全負荷において、或いは全負荷に近い状態における最適な性能に基づき選択される。しかしながら、より進化した制御方法は通常全負荷未満にて冷却器を頻繁に操作する。全負荷に満たない固定速度のコンプレッサの操作は非効率である。
空力部
特に図7乃至9に示すように、実施例において単段コンプレッサ43の空力部42は、渦巻インサート56及びインペラハウジング57内のインペラ80を備える遠心コンプレッサ段部52を含む。遠心コンプレッサ段部52は排出ハウジング54内に収容され、入口ハウジング58と連通する。
インペラ
図7,8に示すように様々な実施例においてインペラ80はインペラハウジング57内の入口62及びディフューザ66の間に設けられる。インペラ80はインペラ80がモータシャフト82等のドライブシャフトに取り付けられるように貫通孔81を備える。モータシャフト82は回転軸89を備えることを特徴とする。締め付けボルト84はインペラ80をモータシャフト82に連結させることに使用される。図9に示すように締め付けボルト84はネジタップ83と、前方カウンタボア85内にてインペラ80の鼻部に着座する締め付けボルト84のキャップに係合される。ネジタップ83及び締め付けボルト84は左ネジ又は右ネジのいずれであってもよい。インペラ80はモータシャフト82の肩部87から延びる突起部86と連結するように形成されてもよい。平坦なワッシャ90、及び1つ又は複数のスプリングワッシャ92が前方カウンタボア85内にて締め付けボルト84及びインペラ80の間に組み込まれる。鼻部円錐部88は締め付けボルト84及び前方カウンタボア85の上方に設けられる。
多段構造体
図10に本発明の実施例における多段コンプレッサにおいて使用される多段空力部42aを示す。多段コンプレッサは図10に第1のインペラ80a及び第2のインペラ80bとして示すように、1つ以上のインペラを有することを特徴とする。図示の実施例において、第1のインペラ80aはスペーサインサート98によって支持される第1のインペラハウジング57a内に収容され、これら全体により第1の段52aを形成する。図10に示す第2の段52bは図示の実施例において、第2のインペラ80b、第2のインペラハウジング57b、及び渦巻インサート56によって形成される。第1の段52a及び第2の段52bは交差チャネル99によって分離される。交差チャネル100には巻きほどき用のベーン(図示しない)が設けられる。
入口ガイドベーン
図12に本発明の実施例における入口ガイドベーンアセンブリ64及び入口ガイドベーンアセンブリ64を駆動するための駆動システム101を示す。入口ガイドベーンアセンブリ64は複数のガイドベーンサブアセンブリ102を備え、それぞれ入口遷移部60に取り付けられる(構成を明瞭に示すために図12において入口遷移部60は図示しない)。各ガイドベーンサブアセンブリ102はベーン102aと、入口遷移部60と操作自在に連結される台座部102bと、ギヤ部104とを備える。ギヤ部104及びベーン102bはキースロット103構造体を介して連結される。ガイドベーンサブアセンブリ102は中心軸44と略直交する回転軸106を中心にして回動するように構成される。実施例においてベーン102bはクリップリング105を備えたギヤ部104に対して所定の角度をなした位置に保持される。
駆動系
図15に実施例において固定子アセンブリ154を有する永久磁石モータ152を備える駆動系150と、モータシャフト82に取り付けられる回転子アセンブリ156と、稼働中にモータシャフト82を一時停止するオイルフリーの磁気軸受け158,160とを収容するモータハウジング46を示す。永久磁石モータ152はターミナルバスプレートアセンブリ163を介して固定子アセンブリ154に連結される6本のリード線を通じて駆動される。シャフトの位置を検知するエンコーダや電位差計等の回転位置フィードバック装置はモータシャフト82に連結されてもよい。
駆動系150はモータシャフト82の非駆動端166から組み立てられる。組立において非駆動端166(駆動端164ではない)を伝って回転子アセンブリ156を摺動させることにより、径方向吸引通路202に損傷を付与することを防止する。
磁気軸受け
本発明の様々な実施例において回転子アセンブリ156は通常の稼動下において摩擦のない磁気軸受け158,160によって支持される。軸受け158,160はコンプレッサ本体に設けられた、又は離間して設けられた電子機器格納装置217内に含まれるマイクロプロセッサ制御装置及び電力増幅器によって制御され、且つ浮上される。
可変周波数ドライブ
図21は本発明の実施例において永久磁石モータ153を六相構造体において駆動する可変周波数ドライブシステム(VFDシステム)248を示す。本実施例において、全6本の電力線250が一対の三相コイル252a,252bに電力を伝達する。三相コイル252a,252bの各組は、幹線224に接続される単巻変圧器256を通じて供給を受ける別体の独立した可変周波数ドライブ(VFD)電力部254a,254bによって駆動される。
機能的にVFDシステム248は、遠心インペラ80やインペラ80a,80bが冷却器の稼働要件を満たすために十分なトルク及び速度を得られるように整合される。VFDシステム248は従来技術による設計に対して電源高調波を減少させ、駆動系の能率を高める。モータ内の別体のコイルに電力を供給するために2つのVFD電力部254a,254bを使用することにより、従来技術による十二相VFDと組み合わせてインターフェイス変圧器を使用してDCバス電圧や電流を調整することが不要になる。構造体により、更にモータの加熱及びエネルギーの損失が減少する。
中間部の電源
図22は本発明の実施例において、磁気軸受け158,160と、磁気軸受け制御装置270と、VFD制御装置272とを駆動する中間部の電源222を備える電源及びVFDシステム221を示す。通常の稼動下において中間部の電源222は各VFD電力部254a,254bのDCバス266から対応するDC電圧274a,274bによって給電される。中間部の電源222への付加的なDC入力276が整流器278を通じて入力幹線224から得られてもよい。
組立工程
以下の工程がコンプレッサアセンブリの様々な要素の組立に使用可能である。工程は任意であり、所望のアセンブリを得るために必要不可欠なものではない。また、工程の順序は変更可能であり、従って非限定的である。
−モータハウジング46の温度を上昇させる。
−固定子アセンブリ154をモータハウジング46内に挿入する。
−ハウジングを冷却し、固定子をモータハウジングに固定する。
−トルク保持のためにモータハウジング46及び固定子アセンブリ154の間に付加的な剪断抵抗を設ける回転防止ピンを設置する。
−モータターミナルブロック50をモータハウジング46に取り付ける。
−ボルト及びナットを使用してモータのリード線を端子に固定する。
−前方径方向磁気軸受け158及びバックアップ用軸受け220を前方軸受けキャリヤに挿入する。
−軸受け電源及びセンサのリード線を電気端子に接続する。
−キャリヤアセンブリをハウジング内に挿入し、ネジを使用して固定する。
−必要な固定具を使用して、モータ回転子/シャフトアセンブリ150,156を前方軸受けカートリッジ内に挿入する。
−引き裂き(tear)径方向磁気軸受け160と、前方スラスト軸受けアクチュエータ151bと、バックアップ用軸受け218,220とを後方軸受けキャリヤ149b内に挿入する。
−軸受け電源及びセンサのリード線を電気端子に接続する。
−キャリヤアセンブリをモータハウジング46内に挿入し、固定する。
−スラストランナ151aをモータシャフトに挿入する。
−スラスト軸受けアクチュエータ151cを後方軸受けキャリヤ内に挿入し、固定する。
−Oリングをモータハウジング端部カバー161内に挿入する。
−モータハウジング端部カバーをハウジングに取り付ける。
−インペラ80の設置に先立って、シャフトシール76が設置されていることを確認する。
−モータシャフト82をインペラ80に並べ、インペラをモータシャフト82上に押圧する。インペラは肩部87に対して載置される必要がある。
−平坦なワッシャ90及び2つのスプリングワッシャ92をインペラ80の前方カウンタボア85内に設置する。
−インペラ孔81を通じて締め付けボルト84を挿入し、締め付けボルト84をモータシャフト82の突起部86に設けられたネジ山と係合させる。所定のトルク力により締め付けボルトを締め付ける。
−鼻部円錐部88を前方カウンタボア85内に挿入し、所定のトルク力により締め付ける。鼻部円錐部は径方向開口部を通じてピンを設けることによりネジにより固定可能である。鼻部円錐部は左ネジを使用することに留意する必要がある。
遠心コンプレッサアセンブリ36の組立は以下の工程により可能である。
−波形バネ78及び保持リング79を使用してシャフトシール76を排出ハウジング54内に挿入する。
−排出ハウジング54をモータハウジング46に固定する。
−インペラ80をモータシャフト82に取り付ける(上記インペラ設置工程参照)。
−渦巻インサート56を排出ハウジング54内に挿入し、固定具を使用して所定の位置に固定する。
−インペラ中央部シール77及び波形バネ78をインペラハウジング57の入口端部の上方に挿入する。
−入口ガイドベーンアセンブリ64を入口ハウジング58内に挿入する。
−入口ハウジング58を排出ハウジング54に並べ、挿入し、固定する。
−インペラ80を回動することによりインペラ中央部シール77の適合を確認する。
ウォームアセンブリ126の組立工程は以下の通りである(図13を参照すること)。
−ウォーム118をウォーム支持ブラケット133の切り欠き内に配置する。
−図13に示すようにシャフト128をウォーム支持ブラケット133のポート134,135を通じてハウジング内に挿入し、ウォームギヤを係合させる。ウォームギヤキー部をシャフトキー部に並べ、ウォームギヤキー139を挿入し、ウォームギヤをシャフトに係止させる。
−長尺状スペーサ129と、軸受け131と、スプリングワッシャ136とをウォーム支持ブラケット133の第1のポート134内に挿入する。スプリングワッシャ136を第1のポート134内に固定する。
−軸受け132をシャフト128を伝わらせ、第2のポート135内に摺動させ、保持クリップ137を第2のポート135内に設置する。
−短いスペーサ130をシャフト128に配置する。
−減速ギヤ123をシャフト128に配置する。ギヤキー部をシャフトキー部に並べ、ギヤキー139を取り付けて、減速ギヤ123をシャフト128に対して回動自在に固定する。
−保持クリップ127をシャフト128に取り付ける。
−フェースギヤ110を入口ハウジング58に載置する。入口ハウジング58はハウジングから見て外方に配向された歯を備える。
−ガイドベーンサブアセンブリ102をガイドベーンサブアセンブリ102の好適な配向にて入口ハウジング58内に挿入する。ガイドベーンサブアセンブリ102を挿入した後にベーンを閉鎖位置まで回動する。
−ギヤ部104を各ガイドベーンサブアセンブリ102に載置し、キ―スロット103をギヤ部104及びガイドベーンサブアセンブリ102内に並べる。
−キー(図示しない)を各ベーン/平歯車アセンブリのスロット内に位置させる。
−クリップリング105を各ガイドベーンサブアセンブリ102に取り付ける。
−平歯車104に面する扇形の面113を使用してガイドベーン係止リング112を入口ハウジング58に取り付ける。
−ウォームアセンブリ126を入口ハウジング58に固定し、ウォーム118とフェースギヤ110のウォームギヤ116が適切に係合しているか確認する。
−駆動ギヤ121を駆動モータ120に取り付ける。
−駆動モータ120をウォームアセンブリ126に固定し、ドライブモータギヤ121を減速ギヤ123と係合させる。
Claims (33)
- 永久磁石モータを含み、冷媒気体を圧縮する遠心コンプレッサアセンブリと、同永久磁石モータはモータハウジング内に収容されることと、同モータハウジングは内側チャンバを形成することと、該永久磁石モータは、
回転軸を中心として回転自在なモータシャフトと、
モータシャフトの一部に操作自在に連結された回転子アセンブリと、
該モータシャフトに操作自在に連結された2つの磁気軸受けとを含み、
該モータシャフトは少なくとも1つの長尺状通路と、少なくとも1つの吸引通路とを含むことと、該少なくとも1つの長尺状通路はモータシャフトの少なくとも一部を通じて回転軸に略平行に延びることと、該少なくとも1つの吸引通路は内側チャンバ及び少なくとも1つの長尺状通路と連通することと、
該モータシャフトと回転子アセンブリとを冷却する冷媒気体を供給するために少なくとも1つの長尺状通路と連通するエバポレータとを備えることを特徴とする冷却器システム。 - モータシャフトに操作自在に連結される空力部を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の冷却器システム。
- 前記空力部及びモータシャフトは直接連結されていることを特徴とする請求項2に記載の冷却器システム。
- 前記永久磁石モータは出力が140キロワットを越えることを特徴とする請求項1に記載の冷却器システム。
- 前記永久磁石モータの回転速度は11000rpmを越えることを特徴とする請求項4に記載の冷却器システム。
- 前記冷却器システムは200標準冷蔵トンを越える冷却性能を有することを特徴とする請求項1に記載の冷却器システム。
- 永久磁石モータを備え、標準産業評価要件にて200冷蔵トンを越える冷却性能を有することを特徴とする冷却器システム。
- 前記永久磁石モータは、磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを備え、同モータシャフトは11000rpmを越える回転速度を有することを特徴とする請求項7に記載の冷却器システム。
- 高性能且つ高能率な冷却器システムであって、
低摩擦損失のために磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを有する永久磁石モータと、
中間部のギヤと同中間部のギヤに伴う機械的移動による損失とを取り除くためにモータシャフトに直接連結される少なくとも1つのインペラを備える空力部と、
該冷却器システムの冷蔵負荷に応じてインペラの所定の回転速度に適合するように永久磁石モータに操作自在に連結された可変周波数ドライブとを備え、
標準産業評価要件にて200冷蔵トンを越える冷却性能を有することを特徴とする冷却器システム。 - オイルフリーな磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを有する永久磁石モータと、
中間部のギヤを取り除くためにモータシャフトに直接連結される少なくとも1つのインペラを備える空力部と、
自己潤滑材料からなるギヤ部を含む入口ガイドベーンアセンブリとを備えることを特徴とする高性能にして、且つオイルフリーな冷却器システム。 - 永久磁石モータ及び空力部を含むコンプレッサアセンブリと、同永久磁石モータはモータシャフト、回転子アセンブリ、及び固定子アセンブリを含み、同モータシャフトは少なくとも2つの磁気軸受けに操作自在に連結されていることと、
該コンプレッサアセンブリと連通するコンデンサと、
該コンデンサ及びコンプレッサアセンブリと連通するエバポレータとを備え、
該コンプレッサアセンブリは気体冷媒を有する回転子アセンブリから熱を取り除くための回転子冷却回路を含むことと、同回転子冷却回路はエバポレータと操作自在に連結される気体冷却入口、及びエバポレータと操作自在に連結される気体冷却出口を有することと、
該コンプレッサアセンブリはコンデンサと操作自在に連結される液体冷却入口ポート、及びエバポレータと操作自在に連結される液体冷却出口ポートを有する液体冷却回路を含み、同液体冷却回路は液体冷媒を使用して固定子アセンブリを冷却するように構成されることとを特徴とする冷却器システム。 - 前記モータシャフト及び空力部は空力部が直接駆動するように構成されることを特徴とする請求項11に記載の冷却器システム。
- 前記気体冷却回路を通じて冷媒気体の流動速度を規制する回転子冷却回路に操作自在に連結された整流子装置を更に備えることを特徴とする請求項11に記載の冷却器システム。
- 前記冷媒気体の流動速度を制御するためのフィードバック要素を更に備えることを特徴とする請求項13に記載の冷却器システム。
- 前記フィードバック要素は温度探知プローブであることを特徴とする請求項12に記載の冷却器システム。
- 永久磁石モータ及び空力部を含むコンプレッサと、同永久磁石モータはモータシャフトを回転させるべくモータシャフトに操作自在に連結された回転子アセンブリ及び固定子アセンブリを含むことと、該モータシャフトは少なくとも2つの磁気軸受けに操作自在に連結され、回転軸を中心として回転自在であることと、該モータシャフト及び空力部は空力部を直接駆動するように構成されていることと、
コンデンサ及びエバポレータと、同コンデンサ及びエバポレータはそれぞれ空力部に操作自在に連結されていることと、該コンデンサはエバポレータと比較してより高い動作圧力を有することと、
液体冷媒を含む固定子アセンブリを冷却する液体バイパス回路と、該液体冷媒はコンデンサによって供給され、エバポレータに帰還することと、該液体冷媒はエバポレータに対するコンデンサのより高い動作圧力によって液体バイパス回路を通じて誘導されることと、
気体冷媒を使用して回転子アセンブリを冷却する気体バイパス回路とを備え、該気体冷媒はモータシャフトの回転により生じる差圧によってエバポレータから吸引され、同エバポレータに帰還することを特徴とする冷却器システム。 - 前記モータシャフトは少なくとも1つの長尺状通路及び少なくとも1つの吸引通路を更に備え、同少なくとも1つの長尺状通路はモータシャフトの少なくとも一部を通じてモータシャフトの回転軸に略平行に延びることと、同少なくとも1つの吸引通路は少なくとも1つの長尺状通路と連通することと、該少なくとも1つの長尺状通路及び少なくとも1つの吸引通路は気体バイパス回路の一部をなすこととを特徴とする請求項16に記載の冷却器システム。
- 前記気体冷媒の流動速度を規制する気体冷却回路に操作自在に連結された整流子装置を更に備えることを特徴とする請求項16に記載の冷却器システム。
- 冷却器システム用の空力部であって、
回転軸を中心として回転自在なドライブシャフトと、
渦巻きをなすべく渦巻きインサートと協動する排出ハウジングと、
該渦巻きに操作自在に連結された少なくとも1つのインペラと、同少なくとも1つのインペラは該ドライブシャフトと操作自在に連結されていることと、
該排出ハウジングに操作自在に連結され、該渦巻きと連通する排出ノズルとを備え、同排出ノズルは回転軸に対して選択的に配置され、下流導管に操作自在に連結されていることと、
該少なくとも1つのインペラ及び渦巻インサートは空力部から取り外し可能であることと、該排出ハウジングは排出ノズルに操作自在に連結された状態を保持することと、同排出ノズルは下流導管に操作自在に連結された状態を保持することとを特徴とする冷却器システム用の空力部。 - 前記ドライブシャフトはモータシャフトであることを特徴とする請求項19に記載の空力部。
- 前記排出ハウジングはモータハウジングに操作自在に連結されていることを特徴とする請求項19に記載の空力部。
- 前記ドライブシャフトはモータシャフトであることを特徴とする請求項21に記載の空力部。
- 前記排出ハウジング、少なくとも1つのインペラ、及び渦巻インサートはアルミニウム材料やアルミニウム合金材料からなることを特徴とする請求項19に記載の空力部。
- モータを含むモータハウジングと、
回転軸を中心として回転自在であり、該モータに操作自在に連結されたモータシャフトと、
該モータハウジング及びモータシャフトに操作自在に連結された空力部と、同空力部は入口導管に取り外し可能に連結される入口遷移部を含むことと、空力部はモータシャフトの回転軸と略並ぶ中心軸を形成することと、空力部は、
排出ハウジングと、
渦巻きをなすべく排出ハウジングと協動する渦巻インサートと、
該渦巻き及びモータシャフトと操作自在に連結される少なくとも1つのインペラとを含むことと、
該排出ハウジングと取り外し可能に連結され、渦巻きと連通する排出ノズルとを備え、同排出ノズルは下流導管と操作自在に連結されることと、
該少なくとも1つのインペラ、入口遷移部、及び渦巻インサートは空力部から取り外し可能であるが、該排出ハウジング、入口導管、モータハウジング、及び排出ノズルは固定された状態を保持することと、
該空力部はコンプレッサアセンブリから取り外し可能であるが、入口導管、モータハウジング、及び排出ノズルは固定された状態を保持することとを特徴とする冷却器システム用のコンプレッサアセンブリ。 - 前記排出ノズルは前記中心軸に対して選択的に位置されることを特徴とする請求項24に記載のコンプレッサアセンブリ。
- 前記入口遷移部は複数のガイドベーンサブアセンブリに操作自在に連結されていることと、同複数のガイドベーンサブアセンブリはそれぞれベーンを備えることを特徴とする請求項24に記載のコンプレッサアセンブリ。
- 前記ガイドベーンサブアセンブリはそれぞれ台座部及びギヤ部を備えることを特徴とする請求項26に記載のコンプレッサアセンブリ。
- 前記モータシャフトは一対の磁気軸受けに操作自在に連結されていることを特徴とする請求項24に記載のコンプレッサアセンブリ。
- 冷媒気体を含む雰囲気中にて操作される複数のガイドベーンサブアセンブリと、同複数のガイドベーンサブアセンブリは入口遷移部に操作自在に連結されていることと、各ガイドベーンサブアセンブリはそれぞれの回転軸を形成し、同ガイドベーンサブアセンブリをそれぞれの回転軸を中心として回転させるためのギヤ部を含むことと、
該複数のガイドベーンサブアセンブリの各ギヤ部と操作自在に連結されたリング状フェースギヤと、
各ガイドベーンサブアセンブリをそれぞれの回転軸を中心として回動させるためにリング状フェースギヤを回動させるべく操作自在に連結された駆動モータとを備えることを特徴とする冷却器コンプレッサアセンブリ用の入口ガイドベーンアセンブリ。 - 冷媒気体を含む雰囲気中にて操作される複数の入口ガイドベーンを備え、同複数の入口ガイドベーンは入口遷移部に操作自在に連結されていることと、各入口ガイドベーンはギヤ部によって回動自在に駆動されることと、該ギヤ部は冷媒気体に抵抗する自己潤滑材料からなることとを特徴とする冷却器コンプレッサアセンブリ用の入口ガイドベーンアセンブリ。
- モータシャフト、六相永久磁石モータ、及び少なくとも2つの磁気軸受けを有する駆動系と、該磁気軸受けは磁気軸受け制御装置によって制御され、磁気軸受けに閾値の電圧より大きな供給電圧が作用された場合にモータシャフトを浮揚させるべく操作自在に連結されることと、該六相永久磁石モータは該駆動系が回動される場合に後方への起電力を出力する第1の組の三相コイル及び第2の組の三相コイルを含むことと、
該供給電圧が閾値の電圧より小さかった場合にモータシャフトを係合させるように配置される少なくとも2つのバックアップ用回転要素軸受けと、
該第1の組の三相コイルと操作自在に連結される第1の可変周波数ドライブと、
該第2の組の三相コイルと操作自在に連結される第2の可変周波数ドライブと、
第1の可変周波数ドライブ及び第2の可変周波数ドライブに操作自在に連結され、同第1の可変周波数ドライブ及び第2の可変周波数ドライブの間にて30°位相シフトを生じる単巻変圧器と、該30°位相シフトにより第1の可変周波数ドライブ及び第2の可変周波数ドライブに対して12パルス入力が可能となることと、該単巻変圧器は幹線に操作自在に連結されることと、
該磁気軸受け及び磁気軸受け制御装置に供給電圧を供給する中間部の電源とを備え、同中間部の電源は幹線から電力が供給可能な場合に幹線から電力の供給を受けることと、中間部の電源は六相永久磁石モータが回転し、幹線が遮断された場合に後方への起電力によって電力の供給を受けることとを特徴とする冷却器システム用のコンプレッサアセンブリ。 - 前記第1の可変周波数ドライブ及び第2の可変周波数ドライブは電流源タイプの可変周波数ドライブであることを特徴とする請求項31に記載のコンプレッサアセンブリ。
- モータに操作自在に連結されるドライブシャフトを備え、モータはモータハウジング内に収容され、ドライブシャフトはモータハウジングの外側に延びる駆動端を有するコンプレッサアセンブリを組み立てる方法であって、
モータシャフトの駆動端が排出ハウジング内に延び、モータ排出ハウジングが入口遷移部及び出口遷移部を有し、モータハウジングが固定された状態を保持するように、モータハウジングに排出ハウジングを取り付ける工程と、
該モータシャフトの駆動端にインペラを取り付ける工程と、
渦巻きを形成すべく、インペラに操作自在に連結される渦巻インサートを排出ハウジングに設置する工程と、
入口ハウジングを入口遷移部に連結させる工程と、
該出口遷移部を、固定された状態を保持する下流拡散システムに連結させる工程とを含むことを特徴とするコンプレッサアセンブリの組立方法。
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