RU2162967C2 - Турбокомпрессор (варианты) - Google Patents

Abstract

Турбокомпрессор включает герметично закрытый кожух, моторную камеру, сформированную в центральной части кожуха, приводной двигатель, установленный в моторной камере, приводной вал, сцепленный с приводным двигателем, имеющий один конец, вставленный в первую компрессионную камеру, и другой конец, вставленный во вторую компрессионную камеру. Первая и вторая компрессионные камеры выполнены с обеих сторон кожуха. Турбокомпрессор снабжен первым и вторым рабочими колесами, расположенными в первой и второй компрессионных камерах, обращенными вход к входу и сцепленными с возможностью вращения с обоими концами приводного вала, и трактом течения газа. Через тракт охлаждающий газ засасывается для первичного сжатия этого газа в первый компрессионной камере и выпуска его к второй компрессионной камере. Использование изобретения позволяет создать компрессор малого размера с уменьшенным количеством узлов и повышенным КПД сжатия. 2 с. и 27 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к трубокомпрессоростроению и, в частности, к усовершенствованному турбокомпрессору, который дает возможность минимизировать размер компрессора, повысить коэффициент полезного действия сжатия и минимизировать утечку охлаждающего газа путем обеспечения усовершенствованного тракта протекания охлаждающего газа, способного снизить разность давления между камерой сжатия и камерой двигателя.

В общем, компрессор является устройством для сжатия газа, например, такого как воздух, охлаждающий газ, путем операции вращения рабочего колеса или ротора и операции возвратно-поступательного движения поршня.

Вышеописанный компрессор образован из блока генерации движущего усилия для приведения в движение рабочего колеса, ротора и поршня, и механизма сжатия для всасывания и сжатия газа с помощью движущей силы, передаваемой от блока генерации движущего усилия.

Вышеописанный компрессор классифицируется как компрессор герметически закрытого типа и компрессор раздельного типа в зависимости от установки блока генератора движущего усилия и механизма сжатия. Компрессор герметично закрытого типа сформирован из герметично закрытого кожуха, в котором установлены блок генерации движущего усилия и механизм сжатия. В компрессоре раздельного типа блок генерации движущего усилия установлен снаружи герметично закрытого кожуха для передачи движущего усилия, создаваемого блоком генерации движущего усилия, к механизму сжатия, установленному в герметично закрытом кожухе.

Кроме того, обычный герметично закрытый компрессор классифицируется как компрессор ротационного типа (т.н. ротационный компрессор), компрессор возвратно-поступательного типа, компрессор спирального типа и т.д., в соответствии со структурой для сжатия газа. В каждом из вышеописанных компрессоров образуется механизм контейнерного типа для сжатия газа путем уменьшения его объема.

Среди вышеописанных компрессоров контейнерного типа в компрессоре ротационного типа установлен эксцентрический вал в цилиндре, имеющем внутри цилиндрическое пространство, и этот вал вращается для того, чтобы таким образом уменьшать объем внутреннего пространства, так что газ в этом пространстве сжимается. В компрессоре возвратно-поступательного типа поршень движется взад-вперед в цилиндре, чтобы таким образом уменьшить объем внутреннего пространства цилиндра, так что газ в этом пространстве сжимается. В спиральном компрессоре верхняя и нижняя спирали, каждая из которых имеет закрутку типа эвольвентной кривой, сцеплены друг с другом и вращаются для того, чтобы таким образом сжимать газ внутри путем уменьшения объема внутреннего пространства компрессора.

Однако, хотя обычные компрессоры ротационного и возвратно-поступательного типов недорогие, они создают при сжатии газа сильный вибрационный шум, и имеют низкий коэффициент полезного действия.

Что касается компрессора спирального типа, он имеет небольшой вибрационный шум и высокий КПД сжатия при непрерывном сжатии газа, но у него много узлов, что приводит к повышению стоимости производства.

Кроме того, обычный спиральный компрессор использует охлаждающий газ высокого давления, поэтому имеет большой размер и большой вес. Если приспосабливать компрессор такого типа для домашнего применения, то его размер возрастает, компрессор становится тяжелее, так что затрудняется его обслуживание.

Для того, чтобы преодолеть вышеописанные проблемы, предлагается турбокомпрессор, который в основном направлен на создание разности давления с использованием центробежной силы. В турбокомпрессоре рабочее колесо вращается с использованием движущей силы ротора, и газ, такой как воздух и охлаждающий газ, всасывается и затем сжимается, используя центробежную силу, создаваемую при вращении рабочего колеса.

Фиг.1 - это вид поперечного сечения, иллюстрирующий конструкцию двухступенчатого турбокомпрессора компрессионного типа, зарегистрированного в Корейском Патентном ведомстве под серийным номером 97-64567. Как показано, в обычном турбокомпрессоре первая компрессионная камера 111, связанная с аккумулятором А, и вторая компрессионная камера 112, связанная с конденсатором (не показан), установлены по обеим сторонам внутри герметично закрытого кожуха 110. Моторная камера 113, в которой установлен бесколлекторный двигатель постоянного тока 120, образована в центральной внутренней части герметичного кожуха 110. Внутренние части первой и второй компрессионных камер 111 и 112 и моторной камеры 113 связаны с каналом протекания газа 114, образованным на наружной закругленной поверхности моторной камеры 113. Кроме того, оба конца приводного вала 130, сцепленного с двигателем 120, размещены в первой и второй компрессионных камерах 111 и 112 и первое и второе рабочие колеса 140 и 150 присоединены к обоим концам приводного вала 130 для сжатия газа, засосанного их вращением.

Радиальные подшипники 160 расположены с обеих сторон двигателя 120 для радиальной поддержки приводного вала 130, а упорные подшипники 170 расположены у наружных периферийных поверхностей приводного вала 130 для осевой поддержки движущегося вала 130 c обеих сторон радиальных подшипников 160.

В первой и второй компрессионных камерах установлены первое и второе рабочие колеса 140 и 150 для увеличения кинетической энергии путем ускорения всосанного охлаждающего газа, а также в них образованы первый и второй диффузоры 111a и 112a и первый и второй спиральные участки для преобразования кинетической энергии в постоянное давление.

Здесь первое и второе рабочие колеса 140 и 150, установленные в обычном турбокомпрессоре, имеют наружное отверстие, диаметр которого меньше, чем диаметр внутреннего отверстия, через который газ выпускается. А именно, первое и второе рабочие колеса 140 и 150 имеют коническую форму и обращены друг к другу тыльными (задними) сторонами.

Кроме того, имеются входное сквозное отверстие 113a для пропуска части газа из тракта течения газа 114 внутрь моторной камеры 113 через первую компрессионную камеру 111 для охлаждения двигателя и выходное сквозное отверстие 113b для пропуска газа, попавшего в моторную камеру 113 через входное отверстие 113a и охладившего моторную камеру 113, во вторую компрессионную камеру 112 через тракт течения газа 114.

На приведенных чертежах цифровая ссылка 110a представляет отверстие для всасывания охлаждающего газа, а 110b представляет отверстие для выпуска охлаждающего газа.

Обычный турбокомпрессор работает следующим образом.

Когда к двигателю 120 подается электроэнергия, в нем индуктируется магнитодвижущая сила. Эта генерированная сила вращает приводной вал 130 c высокой скоростью, так что вращаются первое и второе рабочие колеса 140 и 150, закрепленные на обоих концах ведущего вала 130.

Охлаждающий газ непрерывно всасывается в компрессионные камеры 111 и 112 благодаря вращению рабочих колес 140 и 150, распыляется в винтовую форму центробежной силой рабочих колес 140 и 150 и вводится в спиральные участки 111b и 112b через диффузоры 111a и 112a. Во время этого процесса охлаждающий газ сжимается путем увеличения напора давления, а затем выпускается в конденсатор (не показан) через выпускное отверстие 110b.

Охлаждающий газ всасывается из аккумулятора А в первую компрессионную камеру 111 с помощью вращения первого рабочего колеса 140 и разгоняется первым рабочим колесом 140.

Ускоренный таким образом охлаждающий газ проходит через первый диффузор 111a и втекает в первый спиральный участок 111b для осуществления таким образом первичного сжатия, и первично сжатый таким образом газ всасывается во вторую компрессионную камеру 112 через тракт течения газа 114.

Затем первично сжатый газ, всосанный во вторую компрессионную камеру 112, разгоняется вторым рабочим колесом 150, и ускоренный таким образом первично сжатый газ проходит через второй диффузор и втекает во второй спиральный участок 112b для осуществления таким образом, вторичного сжатия и затем выпускается к выпускному отверстию 110b.

Здесь уплотнение (лабиринтное уплотнение) 141 образовано на внутренних участках первого рабочего колеса 140 и второго рабочего колеса 150 для предотвращения таким образом вытекания охлаждающего газа в моторную камеру.

В обычном турбокомпрессоре часть первично сжатого охлаждающего газа, текущего через тракт течения газа 114, протекает внутрь моторной камеры 113 через входное сквозное отверстие 113a, образованное на поверхности стенки моторной камеры 113, и введенный таким образом газ охлаждает элементы в моторной камере 113, в которой установлен двигатель 120, течет к тракту течения газа 114 через выходное сквозное отверстие 113b и засасывается во вторую компрессионную камеру 112. Поскольку приводной вал 130 вращается в ненагруженном состоянии, он может перемещаться в радиальном и в осевом направлениях. Однако перемещения в радиальном и осевом направлениях предотвращаются подшипниками 170.

В турбокомпрессоре, устроенном таким образом, поскольку имеются входное и выходное сквозные отверстия, связанные с трактом протекания газа между первой и второй компрессионными камерами, и затем первично сжатый высокотемпературный газ охлаждает двигатель, эффективность охлаждения двигателя может быть снижена.

Кроме того, поскольку дополнительно установлен аккумулятор для полной генерации охлаждающего газа, введенного в первую компрессионную камеру, усложняется конструкция системы.

Поскольку первое и второе рабочие колеса выполнены конической формы и обращены одно к другому тыльными (задними) сторонами, при выпуске охлаждающего газа необходимо уплотнение для предотвращения вытекания сжатого охлаждающего газа из моторной камеры.

Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание турбокомпрессора, который преодолевает вышеупомянутые недостатки, проявляющиеся в обычной технике.

Другой задачей настоящего изобретения является создание турбокомпрессора, способного улучшить характеристики компрессора путем минимизации вытекания сжатого охлаждающего газа.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание турбокомпрессора, в котором охлаждающий газ, текущий из испарителя, непосредственно охлаждает двигатель и полностью испаряется, повышая таким образом эффективность охлаждения, а аккумулятор и другие устройства для охлаждения двигателя в настоящем изобретении не требуются. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание турбокомпрессора, который дает возможность производить компрессор малого размера, уменьшая количество узлов и повышая КПД сжатия.

Для решения вышеупомянутых задач разработан турбокомпрессор, который согласно первому примеру воплощения настоящего изобретения, включает герметично закрытый кожух, имеющий первую компрессионную камеру и вторую компрессионную камеру, имеющую выпускное отверстие, образованные на обеих сторонах кожуха, моторную камеру, образованную во внутренней центральной части, отверстие для всасывания охлаждающего газа, образованное ниже моторной камеры и связанное с испарителем и моторной камерой, первый тракт течения газа, связанный с внутренним пространством моторной камеры и первой компрессионной камерой, и второй тракт течения газа, связанный с первой компрессионной камерой и второй компрессионной камерой, приводной двигатель, расположенный в моторной камере, приводной вал, сцепленный с приводным двигателем и имеющий один конец, установленный в первой компрессионной камере, и другой конец, установленный во второй компрессионной камере, первое рабочее колесо, расположенное в первой компрессионной камере, сцепленное с возможностью вращения с одним концом приводного вала, первоначально сжимающее газ, введенный через первый тракт течения газа, выпускающее этот газ во вторую компрессионную камеру через второй тракт течения газа и имеющее входное отверстие, через которое вводится газ, причем диаметр этого отверстия меньше, чем диаметр наружного отверстия, через которое газ выпускается, и второе рабочее колесо, расположенное во второй компрессионной камере, сцепленное с возможностью вращения с другим концом приводного вала, вторично сжимающее первично сжатый газ, введенный во вторую компрессионную камеру, и выпускающее этот газ через выпускное отверстие.

Для достижения вышеупомянутых задач, разработан также турбокомпрессор согласно второму примеру воплощения настоящего изобретения, который включает герметично закрытый кожух, моторную камеру, образованную в центральной части кожуха, приводной двигатель, установленный в моторной камере, приводной вал, сцепленный с приводным двигателем, имеющий один конец, установленный в первой компрессионной камере, и второй конец, установленный во второй компрессионной камере, причем первая и вторая компрессионные камеры образованы на обоих концах кожуха, первое и второе рабочие колеса, расположенные в первой и во второй компрессионных камерах, обращенные вход к входу и сцепленные с возможностью вращения с обоими концами приводного вала, и тракт течения газа, через который охлаждающий газ всасывается для первичного сжатия этого газа в первой компрессионной камере и выпускания во вторую компрессионную камеру.

Дополнительные преимущества, задачи и особенности этого изобретения станут более понятны из последующего описания.

Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания, приведенного ниже и сопровождаемого чертежами, которые даны только для иллюстрации, и таким образом не ограничивают настоящее изобретение, и в которых:
Фиг. 1 - это вид поперечного сечения, иллюстрирующий обычный турбокомпрессор;
Фиг.2 - это вид поперечного сечения, иллюстрирующий турбокомпрессор согласно настоящему изобретению;
Фиг. 3A - это вид поперечного сечения компрессионной камеры турбокомпрессора согласно настоящему изобретению;
Фиг.3B - это вид сбоку, взятый вдоль линии A-A с фиг. 3A; и
Фиг.3C - это вид сбоку, взятый вдоль линии B-B с фиг. 3A.

Примеры воплощения настоящего изобретения будут объяснены со ссылкой на сопровождающие чертежи.

В турбокомпрессоре согласно настоящему изобретению, как показано на фиг. 2, сформирована моторная камера 5, имеющая внутреннее пространство, в котором установлен двигатель 20 внутри герметичного кожуха 10.

Отверстие для всасывания охлаждающего газа 4 образовано ниже моторной камеры 5. Выходное отверстие 8 охлаждающего газа образовано выше моторной камеры 5. В этом примере отверстие для всасывания охлаждающего газа 4 соединено с испарителем (не показан), образующим морозильный/кондиционирующий цикл, а отверстие для выпуска охлаждающего газа 2 соединено с конденсатором (не показан).

Первая компрессионная камера 1 и вторая компрессионная камера 3, имеющая отверстие для выпуска охлаждающего газа 2, образованы с обеих сторон герметично закрытого кожуха 10.

Кроме того, первый тракт течения газа образован с одной стороны моторной камеры 5 и соединяет моторную камеру 5 с первой компрессионной камерой 1, а второй тракт течения газа 7 образован выше моторной камеры 5 и соединяет первую компрессионную камеру 1 и вторую компрессионную камеру 3, и отверстие для выпуска охлаждающего газа 2 образовано с другой стороны второй компрессионной камеры 3.

Приводной вал 30 сцеплен с приводным двигателем 20 для передачи движущей силы приводного двигателя 20. Один конец приводного вала 30 установлен в первой компрессионной камере 1, а его другой конец установлен во второй компрессионной камере 3.

Первое рабочее колесо 40 сцеплено с возможностью вращения с одним концом приводного вала 30 в первой компрессионной камере 1 для первичного сжатия с его помощью охлаждающего газа, введенного через всасывающее отверстие охлаждающего газа 4 и первый тракт течения газа 6 после охлаждения моторной камеры 5, и выпуска первично сжатого охлаждающего газа во вторую компрессионную камеру 3 через второй тракт течения газа 7.

Второе рабочее колесо 50 сцеплено с возможностью вращения с другим концом приводного вала 30 во второй компрессионной камере 3 для вторичного сжатия с его помощью газа, который первично сжат и введен во вторую компрессионную камеру 3, и для выпуска его к выпускному отверстию охлаждающего газа 2.

Структура турбокомпрессора согласно настоящему изобретению будет объяснена подробно со ссылкой на первую и вторую компрессионные камеры 1 и 2.

Как показано на фиг. 2-3C первая компрессионная камера 1 включает индуктор (устройство для подачи газа под давлением) 1a, связанный с первым трактом течения газа 6 для индуцирования всасываемого газа, камеру первого рабочего колеса 1b, в которую вставлено первое рабочее колесо 40, связанную с индуктором 1a, для увеличения кинетической энергии газа, и лопаточный диффузор 1c и спиральный участок 2d, связывающий камеру первого рабочего колеса 1b со вторым трактом течения газа 7 и преобразующий кинетическую энергию газа в постоянное давление и втягивающий этот газ ко второму тракту течения газа 7.

Подробнее, как показано на фиг.3a, камера 1b первого рабочего колеса имеет коническую форму, чтобы иметь предопределенный объем. Таким образом, диаметр входного отверстия, через которое вводится газ, меньше, чем диаметр наружного отверстия, через которое выпускается сжатый газ. Первое рабочее колесо 40, вращающееся в камере 1b первого рабочего колеса, выполнено конической формы, чтобы соответствовать по форме камере 1b первого рабочего колеса. Таким образом, диаметр наружного отверстия больше, чем диаметр входного отверстия. Участок с меньшим диаметром первого рабочего колеса 40 сцеплен с приводным валом 30.

Один конец лопаточного диффузора 1c сообщен с участком большего диаметра камеры 1b первого рабочего колеса, и его ширина выполнена меньше диаметра первого тракта 6 течения газа и ширины камеры 1b первого рабочего колеса.

Спиральный участок 1d выполнен кольцевой формы, сообщенным с другим концом лопаточного диффузора 1c и имеющим диаметр, постепенно увеличивающийся в направлении выпуска газа.

Вторая компрессионная камера 3 включает индуктор 3a, связанный со вторым трактом течения газа 7 и индуцирующий первично сжатый газ, камеру второго рабочего колеса 3b, в которую вставлено второе рабочее колесо 50, связанное с индуктором 3a, для увеличения кинетической энергии газа, и крыльчатый диффузор 3c, соединяющий камеру второго рабочего колеса 3b с отверстием для выпуска охлаждающего газа 2 для преобразования кинетической энергии газа в предопределенное состояние газа и для выпуска газа к отверстию для выпуска охлаждающего газа 2.

Камера 3b второго рабочего колеса имеет входное отверстие для ввода газа, диаметр которого меньше, чем диаметр наружного отверстия, через которое этот газ выпускается. Второе рабочее колесо 50, вращающееся в камере 3b второго рабочего колеса, выполнено конической формы, чтобы соответствовать по форме камере 3b второго рабочего колеса. Таким образом, внутренний диаметр второго рабочего колеса 50 меньше, чем его наружный диаметр. Входное отверстие второго рабочего колеса 50 расположено со стороны концевого участка приводного вала 30.

Один конец лопаточного диффузора 3c сообщен с краем участка большего диаметра камеры 3b второго рабочего колеса, а ширина диффузора 3c меньше ширины камеры 3b второго рабочего колеса.

Спиральный участок 3d выполнен кольцевой формы и сообщен с другим концом лопаточного диффузора 3c, а его диаметр постепенно увеличивается в направлении выпуска газа, и его концевая часть сообщена с отверстием для выпуска охлаждающего газа 2.

Моторная камера 5 выполнена цилиндрической формы, имеющей предопределенный диаметр и длину, и по обеим ее сторонам выполнены отверстия 9 для установки вала 30. Отверстия для установки вала 9 сообщены с камерой 1b первого рабочего колеса и камеры 3b второго рабочего колеса соответственно.

Приводной двигатель 20 выполнен как бесколлекторный двигатель постоянного тока осевого типа, в котором статор 21 и ротор 22 выполнены в форме круглых пластин.

Подробнее, приводной двигатель 20 включает ротор, выполненный из множества круглых пластин, прикрепленных к приводному валу 30 в виде множества структур, и статор 21, выполненный из множества круглых пластин, прикрепленных к моторной камере 5 в попеременном зацеплении с круглыми пластинами ротора 22.

Устройство поддержки в осевом направлении 60 сцеплено с одним концом приводного вала 30 для осевой поддержки приводного вала 30.

Устройство поддержки в осевом направлении 60 включает фиксирующую пластину 61, прикрепленную к внутренней стороне герметически закрытого кожуха 10 для поддержки веса, пластину поддержки внутренней стороны 62 и пластину поддержки наружной стороны 63, сцепленные с приводным валом 30 в скользящем соприкосновении с обеими поверхностями фиксирующей пластины 61.

Устройство поддержки в осевом направлении 60 согласно настоящему изобретению расположено в боковой части второй компрессионной камеры 3 и сцеплено с приводным валом 30.

Отдельно расположенные поддерживающие устройства 70 сцеплены с приводным валом 30 для радиальной поддержки приводного вала 30.

Устройство поддержки в радиальном направлении 70 включает втулку 71, контактирующую с помощью подшипника с наружной круглой поверхностью приводного вала 30 и вставляемую в приводной вал 30, обойму подшипника 72 с внутренним диаметром, имеющим предопределенную разницу относительно наружного диаметра втулки 71, и поддерживающий элемент 73, прикрепленный к внутренней стороне герметически закрытого контейнера 10 и поддерживающий обойму подшипника 72.

В данном случае наружная круглая поверхность втулки 71 и внутренняя круглая поверхность обоймы подшипника 72 точно обработаны и предопределенное расстояние между наружной круглой поверхностью втулки 71 и наружной круглой поверхностью обоймы подшипника 72, в которую втулка 71 вставлена, выполнено таким образом, что охлаждающий газ образует газовый подшипник, когда приводной вал 30 вращается с большой скоростью.

Кроме того, поддерживающий элемент 73, поддерживающий обойму подшипника 72, выполнен из предопределенного гибкого материала для поглощения вибрации, возникающей при вращении приводного вала 30, вставленного во втулку 71. В настоящем изобретении устройства поддержки в радиальном направлении 70 поддерживаются обеими сторонами приводного двигателя 20.

Далее будут объяснены работа и полезные эффекты турбокомпрессора согласно настоящему изобретению.

В турбокомпрессоре согласно изобретению, когда ток подается на приводной двигатель 20, приводной двигатель 20 приводится в движение, и его движущая сила передается к приводному валу 30 для его вращения. После этого первое рабочее колесо 40 и второе рабочее колесо 50, сцепленные с обоими концами приводного вала 30, вращаются при вращении приводного вала 30. В этом случае, когда вращается двигатель 20, вырабатывается тепло. Поэтому внутренность моторной камеры 5 нагревается. В этом состоянии охлаждающий газ с более низкой температурой и низким давлением из испарителя непосредственно поступает в моторную камеру 5 через отверстие всасывания охлаждающего газа 4 с помощью силы вращения первого рабочего колеса 40 и второго рабочего колеса 50 и затем охлаждает приводной двигатель 20 для более полного охлаждения таким образом моторной камеры 5.

В конструкции согласно изобретению охлаждающий газ с более низкой температурой и более низким давлением из испарителя втекает в моторную камеру 5 для охлаждения таким образом приводного двигателя 20, так что эффективность охлаждения является отличной, и не требуется дополнительной аппаратуры охлаждения, потому что всасываемый охлаждающий газ из испарителя непосредственно охлаждает двигатель.

После того, как приводной двигатель 20 охлажден вышеописанным образом, охлаждающий газ течет в первый тракт течения газа 6 через выпускное отверстие охлаждающего газа 8, образованное на верхней части моторной камеры 5.

Охлаждающий газ, текущий в первом тракте течения газа 6, втекает в первую компрессионную камеру 1 для первичного сжатия в ней этого газа, сжатый таким образом газ втекает во вторую компрессионную камеру 3 через второй тракт течения газа 7, первично сжатый охлаждающий газ, втекающий во вторую компрессионную камеру 3, вторично сжимается во второй компрессионной камере 3 и затем охлаждающий газ высокого давления выпускается через отверстие выпуска охлаждающего газа 2.

Выпущенный таким образом охлаждающий газ высокого давления втекает в конденсатор.

Этап первичного сжатия охлаждающего газа во второй компрессионной камере 2 будет объяснен подробнее. Охлаждающий газ, втекающий в первый тракт течения газа 6, втекает в камеру 1b первого рабочего колеса через индуктор, и энергия охлаждающего газа, втекающего в камеру 1b первого рабочего колеса, увеличивается с помощью силы вращения первого рабочего колеса 40, и постоянное давление также слегка возрастает. Когда охлаждающий газ проходит через лопаточный диффузор 1c и спиральный участок 1d, кинетическая энергия охлаждающего газа изменяется на постоянное давление, так что это давление повышается.

Кроме того, этап вторичного сжатия охлаждающего газа, первично сжатого во второй компрессионной камере 3, такой же, как этап для сжатия охлаждающего газа в первой компрессионной камере.

Охлаждающий газ, прошедший через первый и второй этапы сжатия, приобретает состояние высокого давления. А именно, степень, до которой охлаждающий газ сжат в первой и второй компрессионных камерах 1 и 3, пропорциональна кинетической энергии, вырабатываемой при вращении первого и второго рабочих колес 40 и 50. Генерируемая таким образом кинетическая энергия пропорциональна линейной скорости на краевых участках первого и второго рабочих колес 40 и 50 при их вращении.

Поэтому, чтобы поддерживать равномерное состояние давления охлаждающего газа, если диаметры первого и второго рабочих колес 40 и 50 малы, первое и второе рабочие колеса 40 и 50 должны вращаться с высокой скоростью по сравнению с другими рабочими колесами, имеющими сравнительно большие диаметры.

Поскольку первое и второе рабочие колеса 40 и 50 первой и второй компрессионных камер 1 и 3 обращены вход к входу, задние поверхности первого и второго рабочих колес 40 и 50 герметизированы герметично закрытым кожухом 10, и давление в первом индукторе 1a первой компрессионной камеры 1, в котором течет газ, подобно давлению в моторной камере 5. Даже если существует разница в давлении между вторым индуктором 3a второй компрессионной камеры 3 и моторной камерой 5, поскольку они герметизированы с помощью устройства поддержки в осевом направлении 60, возможно минимизировать утечку сжатого охлаждающего газа без использования лабиринтного уплотнения.

Поэтому в турбокомпрессоре согласно изобретению охлаждающий газ более низкой температуры и низкого давления из испарителя непосредственно охлаждает двигатель и, поскольку охлаждающий газ втекает внутрь компрессора в состоянии полного газа, испарением скрытого тепла. Поэтому в настоящем изобретении не требуется аккумулятор для ввода охлаждающего газа в состоянии полного газа.

Кроме того, приводной вал 30, имеющий оба свои конца сцепленными с первым и вторым рабочими колесами 40 и 50, вращающимися и сжимающими охлаждающий газ в первой и второй компрессионных камерах 1 и 3, принимает нагрузку в одном осевом направлении или в двух направлениях по оси из-за разности давлений между первой компрессионной камерой 1 и второй компрессионной камерой 3. Поскольку эта нагрузка поддерживается устройством осевой поддержки 60, сцепленным с концевым участком приводного вала 30, приводной вал 30 вращается устойчиво.

А именно, поверхности фиксирующей пластины 61 устройства поддержки в осевом направлении 60 созданы из поверхности подшипника и соприкасаются с внутренней стороной поддерживающей пластины 62 и наружной поддерживающей пластиной 63, сцепленной с приводным валом 30, так что приводной вал 30 вращается устойчиво без перемещения в осевом направлении.

Приводной вал 30 радиально поддерживается устройством поддержки в радиальном направлении 70, сцепленным с приводным валом 30, так что приводной вал 30 устойчиво вращается без перемещения в радиальном направлении.

Втулка 71 и обойма подшипника 72 устройства поддержки в радиальном направлении 70 образует газовый подшипник для осуществления высокоскоростного вращения приводного вала 30, и вибрация, которая может происходить во время высокоскоростного вращения приводного вала, эффективно поглощается поддерживающим элементом 73 для устойчивой поддержки таким образом приводного вала 30.

В качестве приводного двигателя 20 для приведения в движение приводного вала 30 используется бесколлекторный двигатель радиального типа, способный развивать вращение на высокой скорости.

Бесколлекторный двигатель радиального типа, используемый в настоящем изобретении, сделан из катушек, намотанных на статор 21, сделанный из смолы, и множества магнитов, прикрепленных к цилиндрическому ротору. Статоры 21 и роторы 22 расположены вперемежку.

Поэтому, поскольку бесколлекторный двигатель радиального типа не имеет сборного сердечника, в нем нет вихревых потерь, и таким образом обеспечивается высокий КПД. Кроме того, выходная мощность приводного двигателя 20 может быть повышена увеличением количества круглых пластин статора 21 и ротора 22.

Поскольку статоры 21 и роторы 22 изготовлены из попеременно расположенных пластин, легко создать канал для протекания охлаждающего масла для охлаждения двигателя.

Как описано выше, в турбокомпрессоре согласно настоящему изобретению, поскольку охлаждающий газ, всасываемый внутрь компрессора, непосредственно охлаждает двигатель и полностью испаряется, не требуется аккумулятор и дополнительная аппаратура для охлаждения двигателя, что уменьшает количество элементов и снижает стоимость производства.

Кроме того, два противоположных рабочих колеса обращены вход к входу, а тракт протекания охладителя выполнен таким образом, что разность давления на обоих концах каждого из рабочих колес минимизирована для того, чтобы таким образом минимизировать утечку сжатого охлаждающего газа и улучшить характеристики компрессора.

Первое и второе рабочие колеса спроектированы так, чтобы иметь малый диаметр и вращаться с высокой скоростью, так что охлаждающий газ сжимается до высокого давления, используя рабочие колеса, имеющие малый диаметр, и сжатый таким образом охлаждающий газ выпускается.

В обычном герметично закрытом компрессоре охлаждающий газ высокого давления используется на основе объемно-базового типа. Однако в настоящем изобретении количество протекающего газа велико для применения охлаждающего газа низкого давления, так что внутренняя часть герметично закрытого кожуха 10 поддерживает состояние низкого давления во всех частях системы. Поэтому для теплообменника и других частей трубопроводов могут быть использованы пластические материалы, снижая таким образом вес компрессора.

В настоящем изобретении, поскольку количество элементов, используемых для сжатия охлаждающего газа, мало, количество элементов компрессора значительно снижено.

Хотя предпочтительные примеры воплощения настоящего изобретения были описаны для иллюстративных целей, для специалистов ясно, что возможны различные модификации, дополнения и замены, без отклонения от объема и сущности этого изобретения, как изложено в сопровождающей формуле изобретения.

Claims (29)

1. Турбокомпрессор, содержащий герметично закрытый кожух, имеющий первую компрессионную камеру и вторую компрессионную камеру, имеющую выпускные отверстия, образованные на обеих сторонах кожуха, моторную камеру, образованную во внутренней центральной части, отверстие для всасывания охлаждающего газа, образованное ниже моторной камеры и связанное с испарителем и моторной камерой, первый тракт течения газа, связанный с внутренним пространством моторной камеры и первой компрессионной камерой, и второй тракт течения газа, связанный с первой и второй компрессионными камерами, приводной двигатель, расположенный в моторной камере, приводной вал, сцепленный с приводным двигателем и имеющий один конец, установленный в первой компрессионной камере, и другой конец, установленный во второй компрессионной камере, первое рабочее колесо, расположенное в первой компрессионной камере, сцепленное с возможностью вращения с одним концом приводного вала, первично сжимающее газ, введенный через первый тракт течения газа, выпускающее этот газ во вторую компрессионную камеру через второй тракт течения газа, и имеющее входное отверстие, через которое вводится газ, диаметр которого меньше, чем диаметр наружного отверстия, через который газ выпускается, и второе рабочее колесо, расположенное во второй компрессионной камере, сцепленное с возможностью вращения с другим концом приводного вала, вторично сжимающее первично сжатый газ, введенный во вторую компрессионную камеру, и выпускающее этот газ через выпускное отверстие.

2. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что охлаждающий газ из испарителя непосредственно вводится в моторную камеру через отверстие для всасывания охлаждающего газа для охлаждения таким образом моторной камеры и полностью испаряется, а затем втекает в первый тракт течения газа через выходное отверстие для газа.

3. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что первая компрессионная камера включает индуктор (устройство для подачи газа под давлением), связанный с первым трактом течения газа и индуцирующий всасываемый газ, камеру первого рабочего колеса, в которой расположено первое рабочее колесо, связанное с индуктором и увеличивающее кинетическую энергию всасываемого газа, и лопаточный диффузор и спиральный участок, связанные с камерой первого рабочего колеса с помощью второго тракта течения газа, преобразующие кинетическую энергию газа в постоянное давление и индуцирующие этот газ к второму тракту течения газа.

4. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что вторая компрессионная камера включает индуктор, связанный с вторым трактом течения газа и индуцирующий первично сжатый газ, камеру второго рабочего колеса, в которой расположено второе рабочее колесо, связанное с индуктором и увеличивающее кинетическую энергию всасываемого газа, и лопаточный диффузор и спиральный участок, связанные с камерой второго рабочего колеса с помощью выпускного отверстия охлаждающего газа, преобразующее кинетическую энергию газа в постоянное давление и индуцирующие этот газ к выпускному отверстию охлаждающего газа.

5. Турбокомпрессор по п.3, отличающийся тем, что камера первого рабочего колеса имеет входное отверстие, через которое газ вводится, диаметр которого меньше диаметра наружного отверстия, через которое газ выпускается.

6. Турбокомпрессор по п.4, отличающийся тем, что камера второго рабочего колеса имеет входное отверстие, через которое газ вводится, диаметр которого меньше диаметра наружного отверстия, через которое газ выпускается, и второе рабочее колесо, вращающееся в камере второго рабочего колеса, имеет входное отверстие, диаметр которого меньше, чем диаметр наружного отверстия для того, чтобы соответствовать форме камеры второго рабочего колеса.

7. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что участок меньшего диаметра первого рабочего колеса сцеплен с приводным валом.

8. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что участок меньшего диаметра второго рабочего колеса сцеплен с концевым участком приводного вала.

9. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что средство поддержки в осевом направлении, поддерживающее приводной вал в осевом направлении, сцеплено с приводным валом.

10. Турбокомпрессор по п.9, отличающийся тем, что средство поддержки в осевом направлении включает фиксирующую пластину, прикрепленную к внутренней части герметично закрытого кожуха для поддержания его веса, пластину поддержки внутренней стороны и пластину поддержки наружной стороны, сцепленные с приводным валом соответственно, и скользяще контактирующие с обеими боковыми поверхностями фиксирующей пластины.

11. Турбокомпрессор по п.9, отличающийся тем, что средство поддержки в осевом направлении расположено на боковой стороне второй компрессионной камеры и сцеплено с приводным валом.

12. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что множество средств поддержки в радиальном направлении расположено на приводном валу на предопределенном интервале для радиальной поддержки приводного вала.

13. Турбокомпрессор по п.12, отличающийся тем, что средство поддержки в радиальном направлении включает втулку, соприкасающуюся в качестве подшипника с наружной кольцевой поверхностью приводного вала и вставленную (запрессованную) в приводной вал, обойму подшипника, имеющую внутренний диаметр, имеющий предопределенную разницу с наружным диаметром этой втулки, и поддерживающий элемент, прикрепленный к внутренней стороне герметично закрытого кожуха и поддерживающий обойму подшипника.

14. Турбокомпрессор по п.13, отличающийся тем, что поддерживающий элемент, поддерживающий обойму подшипника, выполнен из гибкого материала, способного поглощать вибрацию, возникающую при вращении приводного вала, вставленного во втулку.

15. Турбокомпрессор по п.12, отличающийся тем, что средство поддержки в радиальном направлении расположено с обеих сторон приводного двигателя.

16. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что давление в первой компрессионной камере, в которую вводится газ, подобно давлению в моторной камере, а участок между второй компрессионной камерой и моторной камерой герметично закрыт средством поддержки в осевом направлении.

17. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что приводной двигатель имеет множество статоров в форме круглых пластин и роторов, которые вперемежку прикреплены к приводному двигателю.

18. Турбокомпрессор, содержащий герметично закрытый кожух, моторную камеру, сформированную в центральной части кожуха, приводной двигатель, установленный в моторной камере, приводной вал, сцепленный с приводным двигателем, имеющий один конец, установленный в первой компрессионной камере, и другой конец, установленный во второй компрессионной камере, причем первая и вторая компрессионные камеры выполнены на обеих сторонах оболочки, первое и второе рабочие колеса, расположенные в первой и второй компрессионных камерах, обращенные вход к входу и сцепленные с возможностью вращения с обоими концами приводного вала, и тракт течения газа, через который охлаждающий газ засасывается для первичного сжатия газа в первую компрессионную камеру и выпускается к второй компрессионной камере.

19. Турбокомпрессор по п.18, отличающийся тем, что приводной двигатель имеет множество статоров в форме круглых пластин и роторов, которые вперемежку прикреплены к приводному двигателю.

20. Турбокомпрессор по п.18, отличающийся тем, что охлаждающий газ втекает в первую компрессионную камеру через моторную камеру.

21. Турбокомпрессор по п.18, отличающийся тем, что первая компрессионная камера включает индуктор, связанный с первым трактом течения газа и индуцирующий всасываемый газ, камеру первого рабочего колеса, в которой расположено первое рабочее колесо, связанное с индуктором и увеличивающее кинетическую энергию всасываемого газа, и лопаточный диффузор и спиральный участок, связанные с камерой первого рабочего колеса с помощью второго тракта течения газа, преобразующие кинетическую энергию газа в постоянное давление и индуцирующие этот газ к второму тракту течения газа.

22. Турбокомпрессор по п.18, отличающийся тем, что вторая компрессионная камера включает индуктор, связанный с вторым трактом течения газа и индуцирующий первично сжатый газ, камеру второго рабочего колеса, в которой расположено второе рабочее колесо, связанное с индуктором и увеличивающее кинетическую энергию всасываемого газа, и крыльчатый диффузор и спиральный участок, связанные с камерой второго рабочего колеса с помощью выпускного отверстия охлаждающего газа, преобразующие кинетическую энергию газа в постоянное давление и индуцирующие этот газ к выпускному отверстию охлаждающего газа.

23. Турбокомпрессор по п.18, отличающийся тем, что средство поддержки в осевом направлении, поддерживающее приводной вал в осевом направлении, сцеплено с приводным валом.

24. Турбокомпрессор по п.23, отличающийся тем, что средство поддержки в осевом направлении включает фиксирующую пластину, прикрепленную к внутренней части герметично закрытого кожуха для поддержания его веса, пластину поддержки внутренней стороны и пластину поддержки наружной стороны, сцепленные с приводным валом соответственно и скользяще контактирующие с обеими боковыми поверхностями фиксирующей пластины.

25. Турбокомпрессор по п.23, отличающийся тем, что средство поддержки в осевом направлении расположено на боковой стороне второй компрессионной камеры и сцеплено с приводным валом.

26. Турбокомпрессор по п. 18, отличающийся тем, что множество средств поддержки в радиальном направлении расположено на приводном валу на предопределенном интервале для радиальной поддержки приводного вала.

27. Турбокомпрессор по п.26, отличающийся тем, что средство поддержки в радиальном направлении включает втулку, соприкасающуюся в качестве подшипника с наружной кольцевой поверхностью приводного вала и вставленную (запрессованную) в приводной вал, обойму подшипника, имеющую внутренний диаметр, имеющий предопределенную разницу с наружным диаметром этой втулки, и поддерживающий элемент, прикрепленный к внутренней стороне герметично закрытого кожуха и поддерживающий обойму подшипника.

28. Турбокомпрессор по п.27, отличающийся тем, что поддерживающий элемент, поддерживающий обойму подшипника, выполнен из гибкого материала, способного поглощать вибрацию, возникающую при вращении приводного вала, вставленного во втулку.

29. Турбокомпрессор по п.18, отличающийся тем, что давление в первой компрессионной камере, в которую вводится газ, подобно давлению в моторной камере, а участок между второй компрессионной камерой и моторной камерой герметично закрыт средством поддержки в радиальном направлении.

Images