PL178317B1 - Zespół sprężający - Google Patents

Abstract

1. Zespól sprezajacy ze sprezarka i silni- kiem elektrycznym sprzezonymi za pomoca wspólnego walu i zamknietymi szczelnie w oslonie metalowej, znamienny tym, ze uz- wojenie (6) i stojan (7) silnika elektrycznego (5) sa calkowicie zanurzone w oleju, nato- miast wirnik (8) znajduje sie w wydzielonej przestrzeni wirnika ( I I), utworzonej przez górna kapsule (22) wyposazona w prze- wód dolotowy (16), która na oslonie lozysk (13, 14) ma pierscien uszczel- niajacy (21) i jest polaczona szczelnie ze stojanem (7) oraz kapsuly dolnej (24) wypo- sazonej w przewód przelotowy (23), która na obrotowym króccu doplywowym oleju (11) ma uszczelnienie (25) i jest polaczona szczelnie ze stojanem (7). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół sprężający przeznaczony zwłaszcza do małych i średnich urządzeń chłodniczych, klimatyzacyjnych i pomp ciepła z amoniakiem jako czynnikiem chłodniczym.

Znane zespoły sprężające przystosowane są do sprężania freonów i węglowodorów jako czynników chłodniczych o stosunkowo niewysokich temperaturach końcowych sprężania i obojętnych chemicznie względem materiałów stosowanych na uzwojenia i izolacje przewodów w silnikach elektrycznych. Stosowanie tego typu konstrukcji do sprężania amoniaku było niemożliwe ze względu na niezwykle dużą jego agresywność względem elementów silnika w obecności nawet śladowych ilości wilgoci, oraz wysokiej temperatury wylotowej amoniaku po sprężaniu. W powszechnie znanych rozdzielonych zespołach sprężających nie występuje problem oddziaływania chemicznego czynnika na silnik elektryczny, pozostaje jednak zagadnienie uszczelnienia wału napędowego przenoszącego moment obrotowy z silnika na sprężarkę. Problem wysokiej temperatury po sprężaniu, rozwiązany jest w różny sposób, na przykład poprzez intensywne chłodzenie głowicy sprężarki powietrzem, wodą lub przez wtrysk ciekłego czynnika chłodniczego w końcową strefę sprężania.

Znane są próby stosowania układów semihermetycznych dla amoniaku. W układach tych sprężarka wraz z wirnikiem silnika elektrycznego znajdują się w hermetycznej przestrzeni oddzielonej od stojana silnika, za pomocą cienkościennej metalowej kapsuły. Konstrukcja ta jest powszechnie stosowana w semihermetycznych pompach służących do przepompowywania wody lub cieczy chemicznie aktywnych. Stosowanie metalowej kapsuły rozdzielającej wirnik od stojana silnika elektrycznego powoduje bardzo duże straty w polu magnetycznym i w konsekwencji drastyczny spadek jego sprawności.

Znany zespół sprężający ma sprężarkę i silnik elektryczny zamknięte w hermetycznej osłonie, składającej się z dwu części połączonych spoiną. Przestrzeń wewnętrzna osłony w otoczeniu sprężarki i silnika elektrycznego jest w czasie pracy wypełniona parą czynnika chłodniczego i zawiesiną k^op«elek oleju, którego główna zawartość znajduje się w dolnej części osłony pod silnikiem elektrycznym. Olej ten zasysany jest przez zanurzony w nim króciec dopływowy wału silnika elektrycznego i pod wpływem siły odśrodkowej przez otwór w centralnym kanale doprowadzany do łożysk. Nadmiar oleju zostaje rozrzucony króćcem rozrzutowym po wewnętrznej powierzchni osłony hermetycznej, po której spływa i ochładza się. Para czynnika chłodniczego jest zasysana przez sprężarkę poprzez kanał ssawny wyposażony w oddzielacz oleju. Po sprężeniu w sprężarce para ta wyprowadzona jest na zewnątrz hermetycznej osłony do skraplacza poprzez przewód tłoczny. Para z parowacza doprowadzana jest do górnej przestrzeni osłony przewodem dolotowym. Para czynnika chłodniczego przed zassaniem przez sprężarkę ogrzewa się od uzwojenia silnika elektrycznego, korpusu stojana i wirnika od korpusu sprężarki, a także od oleju zawartego w dolnej części osłony i jego kropelkowej zawiesiny. Do pary czynnika jest również przekazywane ciepło od wewnętrznej powierzchni osłony hermetycznej zwilżonej olejem. Do osłony zewnętrznej ciepło przekazywane jest przez promieniowanie i przewodzenie przez połączenia mechaniczne i elektryczne, oraz konwekcję za pośrednictwem oleju w postaci cieczy i zawiesiny.

Głównymi źródłami ciepła są: para czynnika chłodniczego w czasie sprężania, trące się elementy mechaniczne sprężarki, uzwojenie silnika elektrycznego wskutek jego oporu elektrycznego, elementy żelazne stojana i wirnik silnika wskutek ich oporów magnetycznych.

Wzrost temperatury pary dolotowej do zespołu sprężającego powoduje wzrost temperatury na wylocie z zespołu sprężającego oraz wzrost mocy napędowej obiegu chłodniczego przy zadanej mocy chłodniczej chłodziarki. Wzrost mocy napędowej wymaga wzrostu natężenia prądu elektrycznego w uzwojeniu stojana silnika a to z kolei powoduje wzrost jego temperatury i w konsekwencji wzrost oporu elektrycznego. Utrzymanie temperatury uzwojenia na pożądanym niskim poziomie, ze względu na wytrzymałość termiczna jego izolacji elektrycznej wymaga intensywniejszego chłodzenia za pomocą pary czynnika chłodniczego, którego temperatura w wyniku tego wzrasta na dolocie do sprężarki.

Przyczyną główną tak niekorzystnego termicznego sprzężenia zwrotnego jest konieczność, wynikająca ze struktury konstrukcyjnej zespołu sprężającego czyli chłodzenia sprężarki i silnika elektrycznego za pomocą pary czynnika chłodniczego, co nie ma miejsca w układach niehermetycznych. Drugą istotną nieogodnością dotychczasowych rozwiązań zespołu sprężającego jest niemożliwość użycia go, do sprężania czynników chemicznie agresywnych względem materiałów konstrukcyjnych silnika elektrycznego w podwyższonej temperaturze. Do takich czynników chłodniczych należy amoniak NH₃, który ma natomiast najlepsze własności termodynamiczne i jest ekologicznie nieszkodliwy/.

Przedmiotem wynalazku jest zespół sprężający ze sprężarką i silnikiem elektrycznym sprzężonymi za pomocą wspólnego wału i zamkniętymi szczelnie w osłonie metalowej.

Istota wynalazku polega na tym, że uzwojenie i stojan silnika elektrycznego są całkowicie zanurzone w oleju, natomiast wirnik znajduje się w wydzielonej przestrzeni wirnika, utworzonej przez górną kapsułę wyposażoną w przewód dolotowy, która w osłonie łożysk ma pierścień uszczelniający i jest połączona szczelnie ze stojanem, oraz kapsuły dolnej wyposażonej w przewód przelotowy, która na obrotowym króćcu dopływowym oleju na uszczelnienie i jest połączona szczelnie ze stojanem. Korzystnie wirnik silnika elektrycznego ma co najmniej dwa kanały. Na wylocie przewodu przelotowego znajduje się zawór zwrotny. Kapsuła górna i dolna są połączone ze stojanem spoiną.

Przedmiot wynalazku przedstawiono na rysunku, który przedstawia przekrój zespołu sprężającego.

Przykład. Zespół sprężający według wynalazku składa się ze sprężarki 2 zamkniętej szczelnie w osłonie metalowej 1, której mechanizm korbowy 17 jest sprzężony z silnikiem elektrycznym 5 za pomocą wspólnego wału (9). Uzwojenie 6 stojan i 7 silnika elektrycznego 5 są chłodzone i częściowo chronione przed chemicznym działaniem czynnika chłodniczego, przez całkowite zanurzenie w oleju. Pod poziomem oleju znajduje się wydzielona przestrzeń wirnika II z wirnikiem 8 wewnątrz, utworzona za pomocą, górnej kapsuły 22 uszczelnionej na osłonie łożysk 13 i 14 pierścieniem uszczelniającym 21 i połączona spoiną 27 z tworzywa sztucznego w kontakcie ze stojanem 7 oraz dolnej kapsuły 24 uszczelnionej na obrotowym króćcu dopływowym oleju 11 za pomocą uszczelnienia 25 i połączonej spoiną 26 z tworzywa

178 317 sztucznego ze stojanem 7. Przestrzeń wirnika (II) jest wyposażona w przewód dolotowy 16, który połączony jest z górną kapsułą. 22. Czynnik chłodniczy wraz z olejem przepływa z kapsuły górnej 22 do kapsuły dolnej 24 przez szczelinę 12 pomiędzy wewnętrzną powierzchnią stojana 7 a zewnętrzną powierzchnią wirnika 8 oraz dwoma kanałami 29 w wirniku 8. Przewód przelotowy 23, umożliwia przepływ pary czynnika chłodniczego wraz z porywanym olejem z przestrzeni wirnika II do przestrzeni sprężarki I skąd zostaje zassana poprzez kanał ssawny 20 przez sprężarkę 2 i po sprężeniu wytłoczona poprzez kanał tłoczny 19 i przewód tłoczny 3 do obiegu chłodniczego. Na wylocie przewodu 23 znajduje się zawór zwrotny 30 umożliwiający przepływ czynnika chłodniczego z przestrzeni wirnika II do przestrzeni sprężarki I ale blokujący przepływ w kierunku przeciwnym.

Konstrukcja zespołu sprężającego będącego przedmiotem wynalazku ma na celu znaczne ograniczenie termicznego sprzężenia zwrotnego oraz zabezpieczenie uzwojenia elektrycznego silnika, przed wpływem temperatury oraz chemicznej aktywności czynnika chłodniczego.

Zanurzenie stojana 7 silnika elektrycznego 5 w oleju zapewnia intensywne i równomierne chłodzenie uzwojenia 6 oraz stojana 7 nie dopuszczające do lokalnego przegrzania izolacji, prowadzącego często do awarii w przypadku chwilowego przeciążenia. Sztywne metaliczne połączenie stojana 7 silnika elektrycznego 5 z korpusem sprężarki 4 i zbliżenie do niego poziomu oleju zapewnia również zdecydowaną poprawę chłodzenia sprężarki 2 i w konsekwencji obniżenie temperatury pary czynnika chłodniczego po sprężeniu. Obniżenie temperatury pary sprężonej poprzez intensywne chłodzenie w czasie procesu sprężania, ma istotny wpływ na wzrost sprawności wolumetrycznej sprężarki 2 poprzez poprawę warunków termodynamicznych napełniania cylindra. Dopływający do centralnego kanału 10 pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego olej poprzez otwór smarujący 15 smaruje i chłodzi łożyska 13 i 14 sprężarki 2 i silnika elektrycznego 5. Część oleju poprzez otwór smarujący 15 i preez łożysko 13 przecieka i spływa grawitacyjnie do dolnej kapsuły 24 w przestrzeni wirnika II. Główny strumień oleju pod wpływem siły odśrodkowej zostaje rozrucony króćcem rozrzutowym 18 nad sprężarkę 2 po wewnętrznej powierzchni hermetycznej kapsuły 1 w przestrzeni sprężarki I.

Dopływająca do przestrzeni wirnika II para ma niską temperaturę, dzięki czemu dostając się do szczeliny 12 intensywnie chłodzi wirnik 8, wewnętrzną stronę stojana 7 i uzwojenia 6 silnika elektrycznego 5. Dla uniknięcia nadmiernych przecieków oleju do przestrzeni wirnika II i dolnej kapsuły 24, rowki uzwojenia 6 w stojanie 7 są zamknięte spoiną 28 z tworzywa sztucznego.

Konstrukcję charakteryzuje intensywny przepływ oleju przez łożyska 13 i 14, co zapewnia doskonałe ich smarowanie i chłodzenie. Poprzez podniesienie poziomu oleju uzyskano dużą intensywność wypływu oleju króćcem rozrzutowym 18, przesuniętym względem osi obrotu wału 9. Cyrkulację oleju pomiędzy górną i dolną strefą hermetycznej osłony 1, pożytecznie wspomagają prądy konwekcyjne w procesie przekazywania ciepła, od stojana 7 do osłony zewnętrznej 1.

W sąsiedztwie powierzchni stojana 7, prądy konwekcyjne są wznoszące, natomiast w sąsiedztwie wewnętrznej powierzchni hermetycznej osłony 1 opadające. Opadające prądy w oleju są w przeciwprądzie do wznoszących się prądów powietrza, omywającego zewnętrzną powierzchnię osłony 1. Przekazywanie ciepła od jego głównych źródeł czyli stojana 7 i jego uzwojenia 6 oraz sprężarki 2 za pośrednictwem prądów konwekcyjnych oleju zachodzi przy możliwie najmniejszej różnicy temperatur pomiędzy sprężarką 2 i silnikiem elektrycznym 5 a otaczającą atmosferą. Wynika z tego, że temperatura najbardziej wrażliwego elementu ma przegrzanie czyli uzwojenia 6 silnika elektrycznego 5 jest bliska temperatury osłony hermetycznej 1, co jest niezwykle istotne z punktu widzenia niezawodności pracy urządzenia.

Inną zaleta zanurzenia uzwojenia 6 i stojana 7 silnika elektrycznego 5 w oleju jest również skuteczne tłumienie drgań, które mają szczególny wpływ na hałaśliwość pracy a tym samym na ocenę jakości sprężarek chłodniczych.

Podstawową zaleta konstrukcji jest poprawa zabezpieczenia uzwojenia silnika elektrycznego przed chemicznym działaniem czynnika chłodniczego w podwyższonej temperaturze,

178 317 zwłaszcza jeśli zastosowany olej nie rozpuszcza lub słabo rozpuszcza czynnik chłodniczy. Ma to duże znaczenie przy zastosowaniu amoniaku. Rozpuszczalność czynnika w oleju, będzie tym słabsza im wyższa jest temperatura oleju. Ta sprzyjająca właściwość będzie się objawiać tym, że w czasie pracy urządzenia, kiedy temperatura jest podwyższona, uzwojenie będzie skutecznej chronione olejem, natomiast w czasie postoju po obniżeniu się temperatury, większe stężenie rozpuszczonego czynnika będzie w warstwie powierzchniowej oleju, z którą uzwojenie nie ma kontaktu. Rozruch i spadek ciśnienia w przestrzeni sprężarki I oraz podgrzanie się oleju zawsze spowodują desorpcję czynnika z oleju i to szczególnie z tych obszarów, gdzie temperatura jest najwyższa to znaczy z sąsiedztwa uzwojenia.

178 317

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół sprężający ze sprężarką i silnikiem elektrycznym sprzężonymi za pomocą wspólnego walu i zamkniętymi szczelnie w osłonie metalowej, znamienny tym, że uzwojenie (6) i stojan (7) silnika elektrycznego (5) są całkowicie zanurzone w oleju, natomiast wirnik (8) znajduje się w wydzielonej przestrzeni wirnika (II), utworzonej przez górną kapsułę (22) wyposażoną w przewód dolotowy (16), która na osłonie łożysk (13, 14) ma pierścień uszczelniający (21) i jest połączona szczelnie ze stojanem (7) oraz kapsuły dolnej (24) wyposażonej w przewód przelotowy (23), która na obrotowym króćcu dopływowym oleju (11) ma uszczelnienie (25) i jest połączona szczelnie ze stojanem (7).
2. 2. Zespół, według zastrz. 1, znamienny tym, że wirnik (8) silnika elektrycznego (5) ma co najmniej dwa kanały (29).
3. 3. Zespół, według zastrz. 1, znamienny tym, że na wylocie przewodu przelotowego (23) ma zawór zwrotny (30).
4. 4. Zespół, według zastrz. 1, znamienny tym, że kapsuła górna (22) jest połączona szczelnie ze stojanem (7) spoiną (27) a kapsuła dolna (24) jest połączona szczelnie ze stojanem (7) spoiną (26).