PL178375B1 - 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 uzwo- jenie (6) i stojan (7) silnika elektrycznego (5) sa calkowicie zanurzone w oleju, natomiast wirnik (8) znajduje sie w wydzielonej prze- strzeni wirnika (II), utworzonej przez górna kapsule (22), która na oslonie lozysk (1 3 , 14) ma pierscien uszczelniajacy (21) i jest polaczona szczelnie ze stojanem (7) oraz kapsuly dolnej (24), która na obrotowym króccu doplywowym oleju (11) ma uszczelnienie (25) i polaczona jest szczelnie ze stojanem (7) oraz wyposazona jest w przewód dolotowy (16) i przewód prze- lotowy (23). 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 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 elektrycznego w obecności nawet śladowych ilości wilgoci, oraz wysokiej temperatury amoniaku po sprężeniu. 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 elektrycznego na sprężarkę. Problem wysokiej temperatury po sprężaniu, rozwiązywanyjest w różny sposób, na przykład poprzez intensywne chłodzenie głowicy zespołu sprężającego 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 elektrycznego, 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 posiada 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 kropelek 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.

178 375

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 oraz 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 ¹ czasie sprężania, trące się elementy mechaniczne sprężarki, uzwojenie silnika elektrycznego wskutekjego oporu elektrycznego, elementy żelazne stojana i wirnik silnika elektrycznego wskutek ich oporów magnetycznych.

Wzrost temperatury pary dolotowej do zespołu sprężającego powoduje wzrost temperatury na wylocie oraz wzrost mocy napędowej obiegu chłodniczego przy zadanej mocy chłodniczej chłodziarki. Wzrost mocy napędowej wymaga wzrostu natężenia prądu elektrycznego w uzwojeniu stojana silnika elektrycznego 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 termicznąjego 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 chłodniczej czyli chłodzenia sprężarki i silnika elektrycznego, za pomocą pary czynnika chłodniczego, co nie ma miejsca w układach rozdzielonych. Drugą istotną niedogodnością 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 sącałkowicie zanurzone w oleju, natomiast wirnik znajduje się w wydzielonej przestrzeni wirnika, utworzonej przez górną kapsułę, która na osłonie łożysk ma pierścień uszczelniający i jest połączona szczelnie ze stojanem oraz kapsuły dolnej, która na obrotowym króćcu dopływowym oleju ma uszczelnienie i połączona szczelnie ze stojanem, wyposażonej w przewód dolotowy i przewód przelotowy. Korzystnie na wylocie przewodu przelotowego znajduje się przewód dolotowy i przewód przelotowy. Korzystnie 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 sprężarki chłodniczej.

Przykład. Zespół sprężający według wynalazku składa się ze sprężarki 2 zamkniętej szczelnie w osłonie metalowej 1, której mechanizm korbowy 17 spreężonyjest z napędowym silnikiem elektrycznym 5 za pomocą wspólnego wału (9). Uzwojenie 6 stojana 7 silnika elektrycznego 5 jest 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 spoiną27 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 sztucznego ze stojanem 7. Przestrzeń wirnika (II) z wirnikiem 8 oddzielonym od stojana 7 szczeliną 12 jest wyposażona w przewód dolotowy 16, który jest połączony z dolną kapsułą 24 oleju oraz w przewód przelotowy 23, który umożliwia przepływ pary czynnika chłodniczego wraz z porywanym olejem z przestrzeni wirnika II do przestrzeni sprężarki I, skąd zostaj e zassana poprzez kanał ssawny 20 przez sprężarkę 2 i po sprężeniu wytłaczany poprzez kanał tłoczny 19 i przewód tłoczny 3 do obiegu chłodniczego. Na wylocie przewodu 23 znajduje się zawór zwrotny 29 umożli4

178 375 wiający przepływ czynnika chłodniczego z przestrzeni wirnika II do przestrzeni sprężarki I ale blokujący przepływ w kierunku przeciwnym.

Konstrukcja zespołu sprężaj ącego według wynalazku ma na celu znaczne ograniczenie termicznego sprzężenia zwrotnego oraz zabezpieczenie uzwojenia elektrycznego, przed wpływem temperatury i 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 4 sprężarki 2 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 przez 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 i silnika elektrycznego. Część oleju poprzez otwór smarujący 15 i łożysko 13 przecieka i spływa grawitacyjnie do dolnej kapsuły 24 w przestrzeni wirnika II. Główny strumień oleju pod .wpływem siły odśrodkowej zostaję rozrzucony króćcem rozrzutowym 18 nad sprężarką 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 uzwojenie 6 silnika elektrycznego 5. Dla uniknięcia nadmiernych przecieków oleju do przestrzeni wirnika II i dolnej kapsuły 24, rowki uzwojenia 6 w stojanie 7 sązamknięte spoiną28 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 wspomagająprądy 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 zewnętrznąpowierzchnię 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, silnikiem elektrycznym a otaczającą atmosferą. Wynika z tego, że temperatura najbardziej wrażliwego elementu na przegrzanie czyli uzwojenia 6 silnika elektrycznego 5 jest bliska temperatury osłony hermetycznej 1, co jest niezwykle istotne z punktu widzenia - niezawodności pracy urządzenia.

Inną zaletą 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 hermetycznych.

Podstawową zaletą konstrukcji jest poprawa zabezpieczenia uzwojenia elektrycznego przed chemicznym działaniem czynnika chłodniczego -w podwyższonej temperaturze, 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 skuteczniej 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.

178 375

178 375

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół sprężający ze sprężarką i silnikiem elektrycznym sprzężonymi za pomocą wspólnego wału 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), która na osłonie łożysk (13,14) ma pierścień uszczelniający (21) i jest połączona szczelnie ze stojanem (7) oraz kapsuły' dolnej (24), która na obrotowym króćcu dopływowym oleju (11) ma uszczelnienie (25) i połączona jest szczelnie ze stojanem (7) oraz wyposażona jest w przewód dolotowy (16) i przewód przelotowy (23).
2. 2. Zespół, według zastrz. 1, znamienny tym, że na wylocie przewodu przelotowego (23) ma zawór zwrotny (29).
3. 3. 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).