RU2745598C2

RU2745598C2 - Полугерметичный компрессор холодильного агента

Info

Publication number: RU2745598C2
Application number: RU2019112862A
Authority: RU
Inventors: Райнер ГРОССЕ-КРАХТ; Херманн РЕНЦ; Эдуардо МАРТИН; Йенс МАННЕВИТЦ
Original assignee: Битцер Кюльмашиненбау Гмбх
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2021-03-29
Also published as: AU2016425930B2; WO2018065071A1; RU2019112862A3; CN109715945A; EP3523537B1; AU2016425930A1; EP3523537A1; RU2019112862A; CN113294311A; CN109715945B; CN113294311B; EP4276311A3; BR112019006964A2; US20190234392A1; EP4276311A2

Abstract

Изобретение относится к полугерметичному компрессору холодильного агрегата. Полугерметичный компрессор холодильного агента содержит поршневой компрессор и электродвигатель. Общий корпус имеет двигательный участок корпуса для электродвигателя и компрессорный участок корпуса для поршневого компрессора. Чтобы ведущий от всасывающего патрубка в общем корпусе к впускной камере поршневого компрессора находящийся со стороны всасывания тракт холодильного агента и ведущий от выпускной камеры поршневого компрессора к напорному патрубку на общем корпусе, находящийся с напорной стороны тракт холодильного агента, работал более эффективно, предлагается, что электродвигатель выполнен в виде синхронного двигателя, в роторе которого расположены постоянные магниты для синхронного режима работы электродвигателя и короткозамкнутая клетка для запуска электродвигателя в асинхронном режиме работы. Постоянные магниты простираются параллельно оси ротора и выполнены в виде пластинчатых тел, плоские стороны которых простираются в продольном направлении и в проходящем поперек продольного направления поперечном направлении, и имеют на своих противоположных плоских сторонах, одна х обращена к оси ротора, а другая - в сторону от оси ротора, разную магнитную полярность. Постоянные магниты выполнены так, что следующие друг за другом в направлении циркуляции вокруг оси ротора постоянные магниты имеют на своих обращенных к оси ротора сторонах чередующуюся полярность, так что за счет постоянных магнитов ротор в целом имеет чередующиеся в направлении циркуляции магнитные полюса. Достигается более эффективная энергетическая эксплуатация. 38 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Изобретение относится к полугерметичному компрессору холодильного агента, содержащему поршневой компрессор и электродвигатель, общий корпус, который имеет двигательный участок корпуса для электродвигателя и компрессорный участок корпуса для поршневого компрессора, ведущий от всасывающего патрубка в общем корпусе к впускной камере поршневого компрессора, находящийся со стороны всасывания тракт холодильного агента и ведущий от выпускной камеры поршневого компрессора к напорному патрубку на общем корпусе, находящийся с напорной стороны тракт холодильного агента, причем на компрессорном участке корпуса предусмотрен по меньшей мере один цилиндр поршневого компрессора, который имеет выполненный с возможностью перемещения в образованном на компрессорном участке корпуса отверстии цилиндра поршень, замыкающую отверстие цилиндра клапанную плиту и охватывающую клапанную плиту и образующую часть компрессорного участка корпуса головку блока цилиндров.

Подобные полугерметичные компрессоры холодильного агента известны из уровня техники.

Полугерметичный компрессор холодильного агента имеет в качестве внешнего корпуса общий корпус, причем электродвигатель расположен, прежде всего, в атмосфере холодильного агента. Полугерметичный компрессор холодильного агента не снабжен полностью окружающим поршневой компрессор и электродвигатель вместе, внешним сплошным кожухом, а образующий по меньшей мере один корпус цилиндра корпус компрессора сам представляет собой внешний корпус.

В них имеется проблема их более эффективной энергетической эксплуатации.

Согласно изобретению в полугерметичном компрессоре холодильного агента описанного в начале типа данная задача решена за счет того, что электродвигатель выполнен в виде синхронного двигателя, в роторе которого расположены постоянные магниты для синхронного режима работы электродвигателя и короткозамкнутая клетка для запуска электродвигателя в асинхронном режиме работы, причем постоянные магниты простираются параллельно оси ротора, выполнены в виде пластинчатых тел, плоские стороны которых простираются в продольном направлении и в проходящем поперек продольного направления поперечном направлении, и имеют на своих противоположных плоских сторонах, одна из которых обращена к оси ротора, а другая в сторону от оси ротора, разную магнитную полярность, причем постоянные магниты выполнены так, что следующие друг за другом в направлении циркуляции вокруг оси ротора постоянные магниты имеют на своих обращенных к оси ротора сторонах чередующуюся полярность, так что за счет постоянных магнитов ротор в целом имеет чередующиеся в направлении циркуляции магнитные полюса.

Преимущество решения согласно изобретению можно видеть в том, что при приведении в действии полугерметичного компрессора холодильного агента подобный электродвигатель имеет более высокую энергоэффективность, прежде всего при полной нагрузке, а также при частичной нагрузке. Помимо этого, преимущество подобного электродвигателя можно видеть в том, что за счет синхронного режима работы объем подачи даже в диапазоне большой нагрузки является постоянным. При этом электродвигатель простым образом снабжен расположенными в роторе плоскими магнитными полюсами для синхронного режима работы электродвигателя.

Постоянные магниты предпочтительно расположены в роторе так, что своими поперечными направлениями они простираются вдоль внешних кромок симметричного относительно оси ротора геометрического многоугольника.

Электродвигатель принципиально может охлаждаться различными способами.

Предпочтительное решение предусматривает, что находящийся со стороны всасывания тракт холодильного агента пронизывает корпус двигателя для охлаждения электродвигателя.

Кроме того, альтернативно или дополнительно к описанным до сих пор признакам полугерметичного компрессора холодильного агента, другое решение согласно изобретению предусматривает, что компрессор холодильного агента снабжен запускаемым извне или управляемым механическим блоком управления производительностью.

Подобный, управляемый извне блок управления производительностью создает возможность без частотного преобразователя для электродвигателя управлять производительностью подачи компрессора полугерметичного компрессора холодильного агента с помощью механического блока управления производительностью, который является недорогим и эффективным, и, кроме того, он, прежде всего, открывает возможность снижения механических нагрузок на поршневой компрессор.

При этом, прежде всего, предусмотрено, что для снижения производительности по меньшей мере при одном цилиндре механический блок управления производительностью соединяет находящийся со стороны выпуска тракт холодильного агента с находящимся со стороны впуска трактом холодильного агента.

За счет этого создана возможность того, чтобы приводить в действие по меньшей мере один цилиндр так, чтобы он не вносил свой вклад в производительность подачи компрессора.

Это решение обладает преимуществом, состоящим в том, что тогда, когда осуществляется снижение производительности, механическая нагрузка на компоненты поршневого компрессора мала, так как холодильный агент течет назад, от стороны выпуска к стороне впуска, на уровне давления, который находится близко к таковому на стороне впуска, и при этом в поршневом компрессоре не возникает больших колебаний давления или даже пиков давления и пиков температуры, которые при снижении производительности, прежде всего, снижают также коэффициент полезного действия.

Относительно расположения механического блока управления производительностью являются мыслимыми самые разные возможности решения.

Так, предпочтительное решение предусматривает, что механический блок управления производительностью расположен на головке блока цилиндров, за счет чего возникает преимущество, состоящее в том, что вместе с тем механический блок управления производительностью может простым образом взаимодействовать по меньшей мере с одним цилиндром.

Является особо выгодным, если механический блок управления производительностью, по меньшей мере, частично интегрирован по меньшей мере в одну головку блока цилиндров.

Для наличия возможности наиболее оптимального взаимодействия по меньшей мере с одним цилиндром, преимущественным образом, предусмотрено, что для снижения производительности механический блок управления производительностью посредством соединительного канала соединяет выпускную камеру в головке блока цилиндров с впускной камерой в головке блока цилиндров.

За счет этого возможно непосредственное взаимодействие блока управления производительностью по меньшей мере с одним соотнесенным с головкой блока цилиндров цилиндром, так что при встроенном подобным образом блоке управления производительностью за счет этого является реализуемой компактная конструкция компрессора холодильного агента.

Является особо целесообразным, если соединительный канал расположен интегрированным в головку блока цилиндров, так что за счет этого может быть также оптимизирована потребность в пространстве для взаимодействия блока управления производительностью с впускной камерой и выпускной камерой.

Прежде всего, предусмотрено, что выпускная камера расположена в головке блока цилиндров, непосредственно гранича по меньшей мере с одним выпускным отверстием для соответствующего цилиндра в клапанной плите, и, таким образом, прежде всего, выпускная камера также непосредственно граничит с клапанной плитой и выпускным отверстием, прежде всего с выпускным клапаном.

Помимо этого, преимущественным образом, предусмотрено, что впускная камера расположена в головке блока цилиндров, непосредственно гранича с впускным отверстием для соответствующего цилиндра в клапанной плите, так что впускная камера также непосредственно граничит с клапанной плитой и впускным отверстием.

Относительно способа, каким механический блок управления производительностью открывает или закрывает соединительный канал между выпускной камерой и впускной камерой, являются мыслимыми самые разные возможности.

Например, было бы мыслимым применять обычные шиберные конструкции.

Особо предпочтительное решение предусматривает, что для закрытия соединительного канала механический блок управления производительностью имеет запорный поршень.

Подобный запорный поршень создает возможность того, чтобы открывать или закрывать соединительный канал, прежде всего, с наиболее коротким временем реакции.

Для надежного уплотнения запорный поршень направляется в направляющем отверстии, прежде всего в головке блока цилиндров, преимущественным образом, будучи уплотненным поршневым кольцом.

Прежде всего, предусмотрено, что для закрытия соединительного канала запорный поршень выполнен с возможностью посадки на уплотнительное седло, которое проходит с охватом соединительного канала, так что при установке запорного поршня на уплотнительное седло соединительный канал является прерванным, в то время как при снятии запорного поршня с уплотнительного седла соединительный канал снова открыт.

Для достижения долговременного и надежного закрытия, преимущественным образом, предусмотрено, что устанавливаемая на уплотнительное седло уплотнительная область запорного поршня изготовлена из металла, который имеет меньшую твердость, чем металл, из которого изготовлено уплотнительное седло, или наоборот.

При этом уплотнительное седло может быть расположено самым различным образом.

Особо предпочтительное и компактное решение предусматривает, что уплотнительное седло расположено на стенном участке головки блока цилиндров, который отделяет впускную камеру от выпускной камеры.

При этом уплотнительное седло или может быть выполнено как часть стенного участка, или уплотнительное седло образуется вставленным в стенной участок головки блока цилиндров конструктивным элементом.

При этом уплотнительное седло, преимущественным образом, расположено так, что оно расположено на проходящем над клапанной плитой и над впускной камерой стенном участке и, таким образом, прежде всего уплотнительное седло одновременно представляет собой находящееся напротив клапанной плиты устьевое отверстие для впускной камеры.

Помимо этого, преимущественным образом, также предусмотрено, что уплотнительное седло одновременно представляет собой устьевое отверстие для выпускной камеры, так что за счет уплотнительного седла реализован непосредственный переход от выпускной камеры во впускную камеру.

Для компактного пространственного расположения оказалось особо выгодным, если уплотнительное седло расположено на находящейся напротив клапанной плиты стороне впускной камеры.

Быстрое чередование запорного поршня между положением закрытия и положением открытия возможно, преимущественным образом, в том случае, если, исходя от уплотнительного седла, ход запорного поршня находится в диапазоне от четверти до половины среднего диаметра соединительного канала.

В связи с предыдущим разъяснением отдельных форм выполнения не было приведено никаких более подробных данных относительно соотнесения механического блока управления производительностью с отдельными цилиндрами.

Так, одно решение предусматривает, что механический блок управления производительностью соотнесен с одним цилиндром, и что при имеющихся в случае необходимости нескольких цилиндрах предусмотрено несколько механических блоков управления производительностью, причем не обязательно с каждым цилиндром должен быть соотнесен механический блок управления производительностью.

Выгодное решение предусматривает, что головка блока цилиндров имеет впускную камеру и выпускную камеру для содержащего по меньшей мере два цилиндра ряда цилиндров.

Таким образом, в этом случае несколько цилиндров объединено в ряд цилиндров.

В подобном решении предпочтительно предусмотрено, что соответствующий механический блок управления производительностью соотнесен с рядом цилиндров, прежде всего по меньшей мере с двумя цилиндрами.

В компрессоре холодильного агента с несколькими рядами цилиндров, например с N рядами цилиндров, преимущественным образом, предусмотрено, что механический блок управления производительностью соотнесен по меньшей мере с N-1 рядами цилиндров.

Тем не менее, для того, чтобы производительность компрессора холодильного агента можно было снизить оптимально, преимущественным образом, предусмотрено, что с каждым рядом цилиндров соотнесен один механический блок управления производительностью.

Для того чтобы при снижении производительности избежать обратного течения находящегося под высоким давлением холодильного агента и вместе с тем падения давления в выпускном присоединительном элементе, на компрессорном участке корпуса после подвергаемого воздействию механического блока управления производительностью тракта холодильного агента предусмотрен обратный клапан.

Помимо этого, преимущественным образом, предусмотрено, что обратный клапан имеет предусмотренное в клапанной плите выпускное отверстие и взаимодействующий с клапанной плитой клапанный элемент, так что клапанная плита может быть использована также для размещения и образования обратного клапана.

Прежде всего, предусмотрено, что клапанный элемент удерживается на клапанной плите, так что клапанная плита используется не только для образования впускного и выпускного клапанов, но и для удержания клапанного элемента обратного клапана.

В связи с предыдущим разъяснением отдельных примеров выполнения не было приведено никаких более подробных данных относительно приведения в действие запорного поршня.

Так, предпочтительное решение предусматривает, что запорный поршень в направлении его положения взаимодействия с уплотнительным седлом является нагружаемым пружиной сжатия, так что пружина сжатия способствует тому, что, например, в неработающем состоянии компрессора холодильного агента запорный поршень под действием пружины сжатия закрывает соединительный канал.

Помимо этого, преимущественным образом, предусмотрено, что запорный поршень выполнен с возможностью приведения в действие с помощью напорной камеры, которая в зависимости от внешнего управления блоком управления производительностью является нагружаемой или давлением всасывания, или высоким давлением, причем при подаче в напорную камеру давления всасывания запорный поршень переходит в свое положение открытия, а при подаче в напорную камеру высокого давления запорный поршень является нагруженным в направлении его положения закрытия дополнительно к действию пружины сжатия.

Объем напорной камеры, прежде всего, настолько мал, что в положении открытия запорного поршня он меньше, чем треть, лучше меньше, чем четверть, еще лучше меньше, чем пятая часть, предпочтительнее меньше, чем шестая часть, особо предпочтительно меньше, чем седьмая часть и еще предпочтительнее меньше, чем восьмая часть, максимального объема напорной камеры в положении закрытия запорного поршня.

Такой выбор размера напорной камеры позволяет осуществлять быстрое чередование между положением закрытия и положением открытия, так как давление должно изменяться между давлением всасывания и высоким давлением лишь в небольшом объеме.

Для соответствующей подачи высокого давления или давления всасывания в напорную камеру, преимущественным образом, предусмотрен содержащийся в блоке управления производительностью управляющий блок, с помощью которого является управляемой подача давления на запорный поршень.

Для осуществления управления производительностью компрессора холодильного агента, преимущественным образом, предусмотрена система управления производительностью, которая управляет по меньшей мере одним блоком управления производительностью соответственно требуемой производительности подачи компрессора.

При этом система управления производительностью, прежде всего, состоит в соединении с главной системой управления установкой и получает от системы управления установкой информацию о требуемой производительности подачи компрессора.

Затем соответственно этой информации о требуемой производительности подачи компрессора система управления производительностью управляет по меньшей мере одним или несколькими блоками управления производительностью так, что компрессор холодильного агента дает требуемую производительность подачи компрессора, но не дает излишне высокой производительности подачи компрессора.

Для этого компрессор холодильного агента рассчитан так, что его максимальная производительность подачи компрессора достаточна для максимально требуемой системой управления установкой производительности подачи компрессора и меньшие производительности подачи компрессора достигаются за счет снижения производительности с помощью по меньшей мере одного блока управления производительностью.

Кроме того, для компрессора холодильного агента, преимущественным образом, предусмотрен блок управления запуском, прежде всего компрессор холодильного агента снабжен блоком управления запуском, который управляет запуском электродвигателя, который при решении согласно изобретению запускается как асинхронный двигатель до тех пор, пока он не достигнет синхронной скорости вращения, а затем вращается далее как синхронный двигатель.

При этом блок управления запуском может различным образом управлять режимом работы компрессора холодильного агента, чтобы подходящим способом запускать в работу электродвигатель.

Блок управления запуском работает, прежде всего, так, что для запуска он приводит в движение электродвигатель со снижающей пусковой ток коммутацией обмоток.

Это могло бы быть реализовано, например, за счет переключения с соединения в звезду для запуска на соединение в треугольник после запуска.

Так, предпочтительное решение предусматривает, что для запуска электродвигателя блок управления запуском подает ток в статор электродвигателя сначала на первую частичную обмотку, а после этого - на вторую частичную обмотку.

Запуск электродвигателя первой частичной обмоткой обладает преимуществом, состоящим в том, что за счет этого предусмотрена возможность снизить пусковой ток и таким образом, например, предотвратить большую нагрузку на сеть электропитания из-за слишком высокого пускового тока.

Альтернативно или дополнительно, блок управления запуском выполнен так, что при запуске электродвигателя он управляет системой управления производительностью так, что при запуске электродвигателя поршневой компрессор работает лишь со сниженной производительностью подачи компрессора.

При запуске электродвигателя является особо выгодным, если блок управления запуском управляет системой управления производительностью таким образом, что при запуске электродвигателя поршневой компрессор работает с наименее возможной производительностью подачи компрессора.

При этом наименее возможной производительностью подачи компрессора может быть производительность подачи компрессора, при которой работают еще один и еще несколько цилиндров.

Особо выгодная форма выполнения предусматривает, что поршневой компрессор является регулируемым по производительности таким образом, что при наименее возможной производительности подачи компрессора дело обстоит так, что ни один из цилиндров больше не сжимает холодильный агент, так что за счет этого необходимый для запуска поршневого компрессора момент вращения является минимальным.

Кроме того, предпочтительное решение предусматривает, что блок управления запуском управляет системой управления производительностью таким образом, что после достижения синхронного режима работы электродвигателя производительность подачи компрессора повышается ступенчато, например с подключением другого цилиндра или другого ряда цилиндров или при необходимости с последовательным подключением других цилиндров или других рядов цилиндров.

В связи с решением согласно изобретению не было приведено никаких более подробных данных относительно рабочих состояний поршневого компрессора.

Поршневой компрессор согласно изобретению принципиально может работать со всеми, обычными для полугерметичных компрессоров холодильного агента холодильными агентами.

Тем не менее, решение согласно изобретению создает особые преимущества для эксплуатации поршневого компрессора, прежде всего для эксплуатации поршневого компрессора без повреждений, если поршневой компрессор работает с давлением всасывания в диапазоне от 10 бар до 50 бар.

Помимо этого, решение согласно изобретению является особо предпочтительным также в отношении механической нагрузки на поршневой компрессор в том случае, если поршневой компрессор работает с высоким давлением в диапазоне от 40 бар до 160 бар.

Компрессор холодильного агента согласно изобретению, прежде всего, является применимым особо предпочтительно в том случае, если поршневой компрессор работает с двуокисью углерода в качестве холодильного агента и, прежде всего, выполнен для эксплуатации с двуокисью углерода в качестве холодильного агента.

Другие признаки и преимущества изобретения являются предметом последующего описания, а также чертежного представления некоторых примеров выполнения.

На чертежах показано:

Фиг. 1 - вид сбоку на пример выполнения компрессора холодильного агента согласно изобретению,

Фиг. 2 - вид сверху на компрессор холодильного агента согласно изобретению в направлении стрелки А на фиг. 1,

Фиг. 3 - вид спереди на пример выполнения компрессора холодильного агента согласно изобретению,

Фиг. 4 - разрез со смещением по половине стороны вдоль линии 4-4 на фиг. 2,

Фиг. 5 - продольный разрез компрессора холодильного агента согласно изобретению,

Фиг. 6 - разрез вдоль линии 6-6 на фиг. 7,

Фиг. 7 - разрез вдоль линии 7-7 на фиг. 6 при закрытом соединительном канале между впускной камерой и выпускной камерой,

Фиг. 8 - разрез аналогично фиг. 7 при открытом соединительном канале между выпускной камерой и впускной камерой,

Фиг. 9 - разрез ротора электродвигателя вдоль линии 9-9 на фиг. 5,

Фиг. 10 - схематическое изображение запуска электродвигателя, и

Фиг. 11 - разрез второго примера выполнения аналогично фиг. 7.

Представленный на фиг. 1-5 пример выполнения полугерметичного компрессора холодильного агента согласно изобретению содержит общий корпус 10, в котором расположены поршневой компрессор 12 и электродвигатель 14.

Преимущественным образом, общий корпус 10 содержит компрессорный участок 22 корпуса, который представляет собой внешний корпус поршневого компрессора 12, и двигательный участок 24 корпуса, который представляет собой внешний корпус электродвигателя 14.

Преимущественным образом, общий корпус 10 образуется монолитным остовом 26 корпуса, который простирается в направлении, параллельном еще разъясненной в подробностях в последующем средней оси 28, и со стороны компрессорного участка 22 корпуса закрыт на конце с помощью крышки 32 подшипника, а в области двигательного участка 24 закрыт на конце задней крышкой 34.

На компрессорном участке 22 корпуса простирается обозначенный в целом ссылочным обозначением 42 вал компрессора, коаксиальный средней оси 28 от расположенного в крышке 32 подшипника первого подшипника 44 вала до расположенного между поршневым компрессором 12 и электродвигателем 14 второго подшипника 46 вала, причем второй подшипник 46 вала удерживается на отформованной в остове 26 корпуса средней стенке 48, которая ограничивает находящуюся между крышкой 32 подшипника и средней стенкой 48 приводную камеру 52, сквозь которую простирается вал 42 компрессора и в которой расположены эксцентрики 54 и 56 вала 42 компрессора, причем на каждом из эксцентриков 54 и 56 расположено по два шатуна 62₁ и 62₂ или же 64₁ и 64₂, причем шатуны 62₁ и 64₁ приводят в движение поршни 66₁ и 68₁, а шатуны 62₂ и 64₂ приводят в движение поршни 66₂ и 68₂.

При этом поршни 66 и 68 направляются в отверстиях 72 и 74 цилиндра, которые образуются отформованными на компрессорном участке 22 корпуса, прежде всего отформованными монолитно, корпусами 76, 78 цилиндра.

Каждый корпус 76, 78 цилиндра с отверстием 72, 74 цилиндра и направляемым в нем поршнем 66, 68 образует соответственно цилиндр 82, 84.

Оба, отформованных на компрессорном участке 22 корпуса первых цилиндра 82₁ и 84₁ образуют первый ряд 86₁ цилиндров, в то время как оба, отформованных на компрессорном участке 22 корпуса цилиндра 82₂ и 84₂ образуют второй ряд 86₂ цилиндров.

В каждом из рядов 86₁ и 86₂ цилиндров соответствующие отверстия 72₁ и 74₁ или же 72₂ и 74₂ цилиндра закрываются общей клапанной плитой 88₁ или же 88₂, которая, плотно замыкая, прилегает к соответствующим корпусам 76₁ и 78₁ или же 76₂ и 78₂ цилиндра и таким образом ограничивает окруженную соответствующей клапанной плитой 88₁ или же 88₂ и соответствующими поршнями 66₁ и 68₁ или же 66₂ и 68₂, а также отверстиями 72₁ и 74₁ или же 72₂ и 74₂ цилиндра камеру сжатия.

Тогда клапанные плиты 88₁ и 88₂, со своей стороны, снова перекрывают головки 92₁ или же 92₂ блока цилиндров.

Как изображено на фиг. 6-8, в каждой из головок 92₁ и 92₂ блока цилиндров расположено по впускной камере 94 и выпускной камере 96, которые соотнесены с обоими цилиндрами 82 и 84 соответствующего ряда 86 цилиндров.

Впускная камера 94 находится, прежде всего, над впускными отверстиями 102 и 104 цилиндра 82 и над впускными отверстиями 106 и 108 цилиндра 84.

Помимо этого, выпускная камера 96 находится над расположенными в клапанной плите 88 выпускными отверстиями 112 и 114 цилиндра 82, а также над выпускными отверстиями 116 и 118 цилиндра 84, которые снабжены сидящими в клапанной плите 88 выпускными клапанами 113, 115, 117, 119, и, прежде всего, непосредственно граничит с ними.

Как изображено на фиг. 6-8, каждая головка 92 блока цилиндров содержит внешний остов 122, который охватывает соответствующую клапанную плиту 88 и окружает впускную камеру 94 и выпускную камеру 96, которые, со своей стороны, снова отделены друг от друга проходящим внутри внешнего остова 122 разделительным остовом 124, причем разделительный остов 124 поднимается, начинаясь от соответствующей клапанной плиты 88, и простирается над впускной камерой 94, охватывая ее.

Таким образом, выпускная камера 96 находится в области клапанной плиты 88 сбоку от впускной камеры 94 и простирается, однако, между внешним остовом 122 и разделительным остовом 124, по меньшей мере, местами над впускной камерой 94.

Для управления производительностью, то есть для управления производительностью подачи компрессора, компрессора холодильного агента с каждой головкой 92 блока цилиндров соотнесен активно управляемый с помощью системы 138 управления производительностью механический блок 142 управления производительностью, с помощью которого может быть закрыт или открыт соединительный канал 144 между выпускной камерой 96 и впускной камерой 94, причем при закрытом соединительном канале 144 (фиг. 7) соотнесенные с головкой 92 блока цилиндров цилиндры 82, 84 сжимают холодильный агент с полной производительностью, а при открытом соединительном канале не сжимают холодильный агент, так как холодильный агент течет обратно из выпускной камеры 96 во впускную камеру 94.

При этом соединительный канал 144 проходит через вставленную в разделительный остов 124 вставку 146, которая образует уплотнительное седло 148, которое расположено как обращенное к выпускной камере 96 и которое граничит с окружающей уплотнительное седло 148 и к примыкающей к нему частью выпускной камеры 96.

Помимо этого, уплотнительное седло 148 обращено к запорному поршню 152, который выполнен с возможностью посадки, например выполненной из металла уплотнительной областью 154, на уплотнительное седло 148, чтобы закрыть, плотно запирая, соединительный канал 144, и который выполнен с возможностью отвода от уплотнительного седла 148 настолько далеко, что уплотнительная область 154 находится на расстоянии от уплотнительного седла 148 и, таким образом, холодильный агент может перетекать из выпускной камеры 96 во впускную камеру 94.

При этом запорный поршень 152 направляется, преимущественным образом, коаксиально вставке 146 с уплотнительным седлом 148 и уплотняясь с помощью поршневого кольца 153 в направляющем отверстии 156, которое образовано отформованным во внешнем остове 122 остовом 158 направляющей гильзы головки 92 блока цилиндров.

Сам запорный поршень 152 или, по меньшей мере, уплотнительная область 154 изготовлены из металла, например из цветного металла, который имеет меньшую твердость, чем металл уплотнительного седла 148, которое изготовлено, например, из стали, прежде всего из закаленной стали.

Для обеспечения возможности быстрого движения запорного поршня 152, ход запорного поршня 152 между положением закрытия и положением открытия находится, прежде всего, в диапазоне между четвертью и половиной среднего диаметра соединительного канала 144.

При этом запорный поршень 152 ограничивает напорную камеру 162, которая расположена с обращенной от уплотнительной области 154 стороны запорного поршня 152 и с находящейся напротив запорного поршня 152 стороны замкнута замыкающим остовом 164.

Объем напорной камеры 162, прежде всего, настолько мал, что в положении открытия запорного поршня он меньше, чем треть, лучше меньше, чем четверть, еще лучше меньше, чем пятая часть, предпочтительно меньше, чем шестая часть и еще предпочтительнее меньше, чем восьмая часть, максимального объема напорной камеры 162 в положении закрытия запорного поршня 152.

Помимо этого, в напорной камере 162 расположена еще пружина 166 сжатия, которая с одной стороны опирается на замыкающий остов 164 и с другой стороны нагружает запорный поршень 152 в направлении его, находящегося на уплотнительной седле 148 положения закрытия.

В зависимости от подачи давления в напорную камеру 162 запорный поршень 152 является передвигаемым в его изображенное на фиг. 8 положение открытия или в его изображенное на фиг. 7 положение закрытия.

Для этого запорный поршень 152 пронизан дросселирующим каналом 172, который простирается от напорной камеры 162 сквозь запорный поршень 152 вплоть до устьевого отверстия, которое расположено радиально вне уплотнительной области 154 на обращенной к уплотнительному седлу 148 стороне, однако за счет того, что оно находится радиально вне уплотнительной области 154, в положении закрытия запорного поршня 152 позволяет впускать находящийся под давлением в выпускной камере 96 и обтекающий уплотнительное седло холодильный агент и подает его с дросселированием в напорную камеру 162.

Кроме того, в напорную камеру 162, а именно, например, сквозь замыкающий остов 164, ведет разгрузочный канал 176, который через обозначенный в целом ссылочным обозначением 182 магнитный клапан является соединяемым с каналом 184 снижения давления, который состоит в соединении с впускной камерой 94.

Магнитный клапан 182 выполнен, например, так, что он имеет клапанный элемент 186, с помощью которого может быть разорвано или создано соединение между каналом 184 снижения давления и разгрузочным каналом 176.

Если соединение между разгрузочным каналом 176 и каналом 184 снижения давления создано, то в напорной камере 162 преобладает давление всасывания, в то время как на запорный поршень 152 с его, обращенной к выпускной камере 96 стороны подается давление выпускной камеры 96 и таким образом он движется в свое положение открытия.

Если же соединение между каналом 184 снижения давления и разгрузочным каналом 176 прервано клапанным элементом 186, то пружина 166 сжатия прижимает запорный поршень 152 к уплотнительному седлу 148 и дополнительно высокое давление течет через дросселирующий канал 172 в напорную камеру 162, так что в напорной камере 162 создается высокое давление, которое дополнительно к действию пружины 166 сжатия прижимает запорный поршень 152 с уплотнительным элементом 154 к уплотнительному седлу 148.

Запорный поршень 152 выполнен, прежде всего, так, что он простирается радиально за пределы уплотнительного седла 148, так что даже при находящемся в положении закрытия запорном поршне 152 находящаяся радиально снаружи от уплотнительного седла 148 и нагруженная высоким давлением поверхность поршня приводит к тому, что запорный поршень 152 против действия силы пружины 166 сжатия движется в положение открытия, изображенное на фиг. 5, если клапанный элемент 186 магнитного клапана 182 создает соединение между разгрузочным каналом 176 и каналом 184 снижения давления, что приводит к тому, что в напорной камере 162 устанавливается давление всасывания.

Подвод находящегося под давлением всасывания холодильного агента осуществляется через отформованный на компрессорном участке 22 корпуса подводящий канал 202, который ведет к ведущему к клапанной плите 88 впускному отверстию 204, через которое находящийся под давлением всасывания холодильный агент течет к проходному отверстию 206 в клапанной плите 88 и через него поступает во впускную камеру 94.

Кроме того, как изображено на фиг. 7 и 8, выпускная камера 96 ведет к расположенному в клапанной плите 88 выпускному отверстию 212, через которое находящийся под давлением в выпускной камере 96 холодильный агент поступает в предусмотренный на компрессорном участке 22 корпуса выпускной канал 214 и может течь к выпускному присоединительному элементу 216.

Прежде всего, с выпускным отверстием 212 клапанной плиты 88 соотнесен обратный клапан 222, который удерживается на клапанной плите 88, а клапанный элемент 224 расположен на обращенной к выпускному каналу 214 стороне клапанной плиты 88 и способствует тому, что в случае положения открытия запорного поршня 152 и, таким образом, в случае перетекания холодильного агента из выпускной камеры 96 во впускную камеру 94 давление в выпускном канале 214 не падает, а поддерживается за счет закрывающегося обратного клапана 222.

Обратный клапан 222 вместе с соотнесенным с ним улавливающим элементом 226, преимущественным образом, удерживается на клапанной плите 88 посредством фиксирующего элемента 228 и уплотняет относительно клапанной плиты 88.

Компрессор холодильного агента согласно изобретению выполнен в виде полугерметичного компрессора, так что находящийся под давлением всасывания холодильный агент с помощью расположенного в задней крышке 34 впускного присоединительного элемента 232 подается в двигательный отсек 234, протекает через электродвигатель 14 в направлении средней стенки 48 и поступает из двигательного отсека 234 в подводящий канал 202, так что за счет подведенного со стороны всасывания холодильного агента в двигательном отсеке 234 происходит охлаждение электродвигателя 14.

Электродвигатель 14 содержит, со своей стороны, прочно удерживаемый на двигательном участке 24 корпуса статор 252 со статорной обмоткой 254, которая имеет, например, две частичные обмотки 256 и 258, которые служат для намагничивания стального пакета 262 статора.

Статор 252 охватывает обозначенный в целом ссылочным обозначением 272 ротор, в стальном пакете 274 ротора которого, как изображено на фиг. 9, с одной стороны, расположена короткозамкнутая клетка 276, которая содержит короткозамкнутые стержни 278, которые проходят параллельно оси 282 ротора и которые для электропроводности в окружном направлении с концевых сторон соединены между собой.

Помимо этого, в стальной пакет 274 вставлены пластинчатые постоянные магниты 292, плоские стороны 294 которых, с одной стороны, продольным направлением 296 простираются параллельно оси 282 ротора, а поперечным направлением 298 простираются поперек оси 282 ротора, а именно таким образом, что поперечные направления 298 образуют проходящий вокруг оси 282 ротора, как оси симметрии, геометрический многоугольник.

Кроме того, постоянные магниты 292 выполнены так, что следующие друг за другом в направлении 302 циркуляции вокруг оси 282 ротора постоянные магниты 292 имеют на своих обращенных к оси 282 ротора сторонах чередующуюся полярность, так что за счет постоянных магнитов 292 ротор 272 в целом имеет чередующиеся в направлении циркуляции магнитные полюса.

За счет предусмотренных в роторе 272 постоянных магнитов 292 снабженный таким ротором 272 электродвигатель 14 работает в нормальном режиме работы как синхронный двигатель, причем благодаря постоянным магнитам 292 подобный синхронный двигатель имеет предпочтительную энергоэффективность и более высокую производительность подачи холодильного агента.

Образованное статором 252 вращающееся магнитное поле вращается за счет питания статорной обмотки 254 с определенной частотой, которая обусловлена, например, тем, что статорная обмотка 254 запитана от сети переменного тока.

Для обеспечения возможности запуска при циркулирующем с постоянной частотой вращающемся магнитном поле статора 252, ротор 272 снабжен короткозамкнутой клеткой 276, которая создает возможность того, что электродвигатель 14 сначала запускается как асинхронный двигатель, пока он не достигнет соответствующей циркулирующему вращающемуся магнитному полю статорной обмотки скорости вращения, и после этого за счет обусловленных постоянными магнитами 292 магнитных полюсов вращается как синхронный двигатель.

Таким образом, компрессор холодильного агента с подобным электродвигателем может эксплуатироваться с питанием от обычной сети переменного тока, так как он запускается как асинхронный двигатель.

Однако имеется также возможность эксплуатировать подобный компрессор холодильного агента с частотным преобразователем.

Помимо этого, для облегчения запуска электродвигателя 14 предусмотрена возможность с помощью соотнесенной с компрессором холодильного агента системы 312 управления запуском, как изображено на фиг. 10, сначала подавать ток только на одну из частичных обмоток 256 или 258, чтобы снизить пусковой ток, и затем после короткой фазы запуска электродвигателя 14 как асинхронного двигателя подключать к этому другие из частичных обмоток 258 или 256.

В случае применения компрессора холодильного агента согласно изобретению для больших разностей давлений, например в качестве компрессора для СО₂, система 312 управления запуском воздействует на предусмотренную систему 138 управления производительностью для активного управления блоками 142 управления производительностью и вызывает деактивацию по меньшей мере одного ряда 86 цилиндров, преимущественным образом обоих рядов 86₁ и 86₂ цилиндров, так что при деактивации по меньшей мере одного ряда 86 цилиндров момент вращения, который необходим поршневому компрессору 12, снижен, а при деактивации обоих рядов 86₁ и 86₂ цилиндров момент вращения, который необходим поршневому компрессору 12, мал, так как сжатие холодильного агента не осуществляется, так что, с одной стороны, пусковой ток электродвигателя 14 поддерживается низким и, с другой стороны, потом он за счет того, что в распоряжение имеется полный момент вращения, очень быстро переходит из своего режима работы в качестве асинхронного двигателя в режим работы в качестве синхронного двигателя, так что ряды 86₁ и 86₂ цилиндров могут быть активированы или одновременно, или последовательно (фиг. 10).

Во втором примере выполнения, представленном на фиг. 11, те конструктивные элементы, которые идентичны таковым первого примера выполнения, снабжены теми же самыми ссылочными обозначениями, так что можно полностью ссылаться на выводы в отношении первого примера выполнения.

В отличие от первого примера выполнения, улавливающий элемент 226' обратного клапана 222' выполнен на компрессорном участке 22 корпуса, например за счет выемки сбоку от выпускного канала 214, которая ограничивает возможный тракт клапанного элемента 224' между его закрытым, прилегающим к клапанной плите 88 положением и максимально открытым положением.

Подобный улавливающий элемент 226' может быть предусмотрен вообще на всех компрессорных участках 22 корпуса всех компрессоров холодильного агента этой же конструктивной группы независимо от того, снабжены ли они обратным клапаном 222' или нет, так что возможно простое дооснащение компрессоров холодильного агента обратным клапаном 222' и, прежде всего, также по меньшей мере одним механическим блоком 142 управления производительностью согласно изобретению вместе с подобным обратным клапаном 222'.

Claims

1. Полугерметичный компрессор холодильного агента, содержащий поршневой компрессор (12) и электродвигатель (14), общий корпус (10), который имеет двигательный участок (24) корпуса для электродвигателя и компрессорный участок (22) корпуса для поршневого компрессора (12), ведущий от всасывающего патрубка (232) в общем корпусе (10) к впускной камере (94) поршневого компрессора (12), находящийся со стороны всасывания тракт холодильного агента и ведущий от выпускной камеры (96) поршневого компрессора (12) к напорному патрубку (216) на общем корпусе (10), находящийся с напорной стороны тракт холодильного агента, причем на компрессорном участке (22) корпуса предусмотрен по меньшей мере один цилиндр (82, 84) поршневого компрессора (12), который имеет выполненный с возможностью перемещения в выполненном на компрессорном участке (22) корпуса отверстии (72, 74) цилиндра поршень (66, 68), замыкающую отверстие (72, 74) цилиндра клапанную плиту (88) и охватывающую клапанную плиту (88) и образующую часть компрессорного участка (22) корпуса головку (92) блока цилиндров, отличающийся тем, что электродвигатель (14) выполнен в виде синхронного двигателя, в роторе (272) которого расположены постоянные магниты (292) для синхронного режима работы электродвигателя (14) и короткозамкнутая клетка (276) для запуска электродвигателя (14) в асинхронном режиме работы, причем постоянные магниты (292) простираются параллельно оси (282) ротора (272), выполнены в виде пластинчатых тел, плоские стороны (294) которых простираются в продольном направлении (296) и в проходящем поперек продольного направления поперечном направлении (298), и имеют на своих противоположных плоских сторонах (294), одна из которых обращена к оси (282) ротора, а другая - в сторону от оси (282) ротора, разную магнитную полярность (N, S), причем постоянные магниты (292) выполнены так, что следующие друг за другом в направлении (302) циркуляции вокруг оси (282) ротора постоянные магниты (292) имеют на своих обращенных к оси (282) ротора сторонах чередующуюся полярность, так что за счет постоянных магнитов (292) ротор (272) в целом имеет чередующиеся в направлении циркуляции магнитные полюса.

2. Компрессор холодильного агента по п. 1, отличающийся тем, что каждый из постоянных магнитов (292) простирается его продольным направлением (296) параллельно оси (282) ротора.

3. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что постоянные магниты (292) их поперечными направлениями (298) простираются вдоль внешних кромок симметричного относительно оси (282) ротора геометрического многоугольника.

4. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что находящийся со стороны всасывания тракт холодильного агента пронизывает корпус (24) двигателя для охлаждения электродвигателя (14).

5. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он снабжен управляемым извне механическим блоком (142) управления производительностью.

6. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что для снижения производительности по меньшей мере при одном цилиндре (82, 84) механический блок (142) управления производительностью соединяет находящийся со стороны выпуска тракт холодильного агента с находящимся со стороны впуска трактом холодильного агента.

7. Компрессор холодильного агента по п. 5 или 6, отличающийся тем, что механический блок (142) управления производительностью расположен по меньшей мере на одной головке (92) блока цилиндров.

8. Компрессор холодильного агента по п. 7, отличающийся тем, что механический блок (142) управления производительностью, по меньшей мере, частично интегрирован по меньшей мере в одну головку (92) блока цилиндров.

9. Компрессор холодильного агента по одному из пп. 5-8, отличающийся тем, что для снижения производительности механический блок (142) управления производительностью посредством соединительного канала (144) соединяет выпускную камеру (96) в головке (92) блока цилиндров с впускной камерой (94) в головке (92) блока цилиндров.

10. Компрессор холодильного агента по п. 9, отличающийся тем, что соединительный канал (144) расположен интегрированным в головку (92) блока цилиндров.

11. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выпускная камера (96) расположена в головке (92) блока цилиндров, непосредственно гранича по меньшей мере с одним выпускным отверстием (112, 114, 116, 118) для соответствующего цилиндра (82, 84) в клапанной плите (88).

12. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что впускная камера (94) расположена в головке блока цилиндров, непосредственно гранича с впускным отверстием (102, 104, 106, 108) для соответствующего цилиндра (82, 84) в клапанной плите (88).

13. Компрессор холодильного агента по одному из пп. 5-12, отличающийся тем, что для закрытия соединительного канала (144) механический блок (142) управления производительностью имеет запорный поршень (152).

14. Компрессор холодильного агента по п. 13, отличающийся тем, что для закрытия соединительного канала (144) запорный поршень (152) выполнен с возможностью посадки на уплотнительное седло (148), которое проходит с охватом соединительного канала (144).

15. Компрессор холодильного агента по п. 13 или 14, отличающийся тем, что уплотнительная область (154) запорного поршня (152) изготовлена из металла, который имеет меньшую твердость, чем металл, из которого изготовлено уплотнительное седло (148).

16. Компрессор холодильного агента по п. 14 или 15, отличающийся тем, что уплотнительное седло (148) расположено на стенном участке (124) головки (92) блока цилиндров, который отделяет впускную камеру (94) от выпускной камеры (96).

17. Компрессор холодильного агента по одному из пп. 14-16, отличающийся тем, что уплотнительное седло (148) расположено на проходящем над клапанной плитой (88) и над впускной камерой (94) стенном участке (124).

18. Компрессор холодильного агента по одному из пп. 14-17, отличающийся тем, что уплотнительное седло (148) расположено на находящейся напротив клапанной плиты (88) стороне впускной камеры (94).

19. Компрессор холодильного агента по одному из пп. 14-18, отличающийся тем, что, исходя от уплотнительного седла (148), ход запорного поршня (152) находится в диапазоне от четверти до половины среднего диаметра соединительного канала (144).

20. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что головка (92) блока цилиндров имеет впускную камеру (94) и выпускную камеру (96) для содержащего по меньшей мере два цилиндра (82, 84) ряда (86) цилиндров.

21. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что соответствующий механический блок (142) управления производительностью соотнесен с рядом (86) цилиндров.

22. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что при N рядах (86) цилиндров в компрессоре холодильного агента механический блок (142) управления производительностью соотнесен по меньшей мере с N-1 рядами (86) цилиндров.

23. Компрессор холодильного агента по одному из пп. 20-22, отличающийся тем, что с каждым рядом (86) цилиндров соотнесен один механический блок (142) управления производительностью.

24. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что на компрессорном участке (22) корпуса после подвергаемого воздействию механического блока (142) управления производительностью тракта холодильного агента предусмотрен обратный клапан (222).

25. Компрессор холодильного агента по п. 24, отличающийся тем, что обратный клапан (222) имеет предусмотренное в клапанной плите (88) выпускное отверстие (212) и взаимодействующий с клапанной плитой (88) клапанный элемент (224).

26. Компрессор холодильного агента по п. 25, отличающийся тем, что клапанный элемент (224) удерживается на клапанной плите (88).

27. Компрессор холодильного агента по одному из пп. 13-26, отличающийся тем, что запорный поршень (152) в направлении его положения взаимодействия с уплотнительным седлом (148) является нагруженным пружиной (166) сжатия.

28. Компрессор холодильного агента по одному из пп. 13-27, отличающийся тем, что запорный поршень (152) выполнен с возможностью приведения в действие с помощью напорной камеры (162), которая в зависимости от внешнего управления блоком (142) управления производительностью является нагружаемой или давлением всасывания, или высоким давлением.

29. Компрессор холодильного агента по п. 28, отличающийся тем, что в положении открытия запорного поршня (152) напорная камера (162) имеет объем, который меньше чем треть, лучше меньше чем четверть, максимального объема напорной камеры (162) в положении закрытия.

30. Компрессор холодильного агента по одному из пп. 5-29, отличающийся тем, что предусмотрен содержащийся в блоке (142) управления производительностью управляющий блок (182), с помощью которого является управляемой подача давления на запорный поршень (152).

31. Компрессор холодильного агента по одному из пп. 5-30, отличающийся тем, что предусмотрена система (138) управления производительностью, которая управляет по меньшей мере одним механическим блоком (142) управления производительностью соответственно требуемой производительности подачи компрессора.

32. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что предусмотрен блок (312) управления запуском, который управляет запуском электродвигателя (14).

33. Компрессор холодильного агента по п. 32, отличающийся тем, что для запуска блок (312) управления запуском приводит в движение электродвигатель (14) со снижающей пусковой ток коммутацией обмоток.

34. Компрессор холодильного агента по п. 32 или 33, отличающийся тем, что для запуска электродвигателя (14) блок (312) управления запуском подает ток в статор (252) электродвигателя (14) сначала на первую частичную обмотку (256), а после этого - на вторую частичную обмотку (258).

35. Компрессор холодильного агента по одному из пп. 32-34, отличающийся тем, что при запуске электродвигателя (14) блок (312) управления запуском управляет системой (138) управления производительностью так, что при запуске электродвигателя (14) поршневой компрессор (12) работает лишь со сниженной производительностью подачи компрессора.

36. Компрессор холодильного агента по п. 35, отличающийся тем, что блок (312) управления запуском управляет системой (138) управления производительностью таким образом, что при запуске электродвигателя (14) поршневой компрессор (12) работает с наименее возможной производительностью подачи компрессора.

37. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поршневой компрессор (12) работает с давлением всасывания в диапазоне от 10 бар до 50 бар.

38. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поршневой компрессор (12) работает с высоким давлением в диапазоне от 40 бар до 160 бар.

39. Компрессор холодильного агента по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поршневой компрессор (12) работает с двуокисью углерода в качестве холодильного агента и, прежде всего, выполнен для эксплуатации с двуокисью углерода в качестве холодильного агента.