DE69304251T2

DE69304251T2 - Kühlung einer hermetischen Motor-Verdichter-Einheit

Info

Publication number: DE69304251T2
Application number: DE69304251T
Authority: DE
Inventors: Rudy Shau-Tak Chou; Rengasamy Ramshankar
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2013-05-19
Also published as: EP0571315A1; EP0571315B1; DE69304251D1; US5240391A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bei hermetisch abgeschlossenen Unterdruckseite-Kompressoren ist der ganze oder der grösste Teil des Gehäuses mit Gas, beim Saugdruck gefüllt. Das Sauggas kehrt mit einer relativ tiefen Temperatur zum Kompressor zurück, und es wird üblicherweise verwendet, um den Motor zu kühlen. Das Kühlen des Motors mit dem Sauggas wärmt das Sauggas auf und vermindert seine Dichte, was zur Folge hat, dass bei derselben Kompressorverdrängung eine kleinere Masse komprimiert wird.
Das U.S. Patent 5 055 010 betrifft eine Saug-Ablenkplatte für einen hermetisch abgeschlossenen Unterdruckseite-Spiralkompressor. Die Saug-Ablenkplatte ist am Gehäuse befestigt und umfasst eine "grosszügig bemessene Kuppel", welche "im wesentlichen vertikal und dem Umfang entlang am Einlassanschluss zentriert" ist. Das Sauggas, das in den Kompressor eintritt, wird dazu neigen, auf die Saug- Ablenkplatte zu prallen, so dass mitgerissenes Öl und flüssiges Kühlmittel dazu neigen werden, sich an der Oberfläche anzusammeln und nach unten abzutropfen. Dieses in den Kompressor eintretende Gas wird in zwei Strömungspfade unterteilt. Der erste Pfad ist nach unten gerichtet und ist auch der Pfad der abgeschiedenen Flüssigkeiten. Die Strömung aus dem ersten Pfad wird dann über den Motor strömen und ihn kühlen. Der zweite Pfad ist axial nach oben gerichtet entlang einem viel längeren, eingeschlossenen Strömungspfad, der sich in das Innere des Gehäuses eröffnet. Die Referenz sagt nichts aus bezüglich der prozentualen Unterteilung der Strömungen und bezüglich ihren exakten Pfaden und ihrer Wiedervereinigung. Mit der symmetrisch angeordneten Kuppel gegenüber dem Einlass ist es gleich wahrscheinlich, die Strömung nach oben und nach unten umzulenken. Mit einem relativ kurzen Pfad in das Gehäuse im Bereich des Motors hinein ist es wahrscheinlich, dass mindestens die Hälfte der Strömung nach unten abgelenkt werden wird und über den Motor strömen und diesen kühlen wird. Weil Motoren konstruiert sind, um bei einer erhöhten Temperatur zu laufen, ist es nur nötig, sie auf ihre gewünschte Betriebstemperatur hinunter zu kühlen. Die Verluste beim Wirkungsgrad aufgrund des Heizens des Sauggases haben mehr Gewicht als jegliche Vorteile beim Motor durch eine zusätzliche Kühlung des Motors.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Saugströmung in das Gehäuse eines hermetisch abgeschlossenen Spiralkompressors hinein prallt auf eine Saugeinlassführung und wird durch diese in zwei Strömungen unterteilt. Der grössere Teil der Strömung wird über einen eingeschlossenen Strömungspfad direkt zum Einlass der Spiralhüllen geleitet. Ein kleiner Prozentsatz der Strömung, üblicherweise weniger als 25%, wird in das Innere des Gehäuses hinein geleitet, um den Motor zu kühlen. Weil das Innere des Gehäuses nominell denselben Druck hat wie die Saugeinlassführung und der Einlass zu den Spiralen, ist es nötig, eine Zirkulationsvorrichtung für die Kühlströmung bereit zu stellen. Das Saugen, das am Einlass der Spiralhüllen erzeugt wird, ist die Vorrichtung, um Gas in das Gehäuse des Kompressors hinein zu ziehen, aber dies erzeugt nicht von sich aus die gewünschte Kühlströmung. Gemäss den Lehren der vorliegenden Erfindung führt die Saugeinlassführung direkt zum Einlass der Spiralhüllen, so dass in der Saugeinlassführung ein kleinerer Druck vorhanden ist als im Inneren des Gehäuses.
Der einzige Grund dafür, dass Gas eher in das Gehäuse hinein als durch die Saugeinlassführung hindurch geht, besteht darin, dass es durch Aufprallen umgeleitet wird. Weil der Einlass der Spiralen einen reduzierten Druck in der Saugeinlassführung erzeugt, ist die Saugeinlassführung mit einem Ansaugeinlass versehen. Insbesondere ist die Saugeinlassführung mit einer 90º Biegung versehen und der Ansaugeinlass im Bereich der inneren Krümmung der 90º Biegung angeordnet. Weil sich der Ansaugeinlass auf einem tieferen Druck befindet als derjenige im Gehäuse, wird Gas im Gehäuse via den Ansaugeinlass über den Motor und in die Saugeinlassführung hinein gezogen, wobei eine Kühlströmung über den Motor geliefert wird. Es kann ein zweiter Ansaugeinlass im Bereich der äusseren Krümmung bereit gestellt werden. Der Ort des zweiten Ansaugeinlasses ist so, dass er dazu neigen würde, Gas durch die obere Spirale hindurch zu ziehen und sie zu kühlen.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, den Druckabfall in der Saugeinlassführung zu minimieren.
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, die eintretende Strömung in eine primäre Strömung, die direkt in die Spiralen eintritt, und eine sekundäre Strömung, welche über den Motor geht und ihn kühlt, zu unterteilen.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die unterteilten eintretenden Strömungen auf eine solche Art wieder zu vereinigen, dass es keinen zusätzlichen Nachteil in Form eines Druckverlustes gibt. Diese Aufgaben und andere, wie nachfolgend ersichtlich werden wird, werden durch die vorliegende Erfindung gelöst.
Grundsätzlich wird ein kleiner Anteil der Einlassströmung eines hermetisch abgeschlossenen Kompressors in das Innere des Gehäuses umgeleitet, während der Rest der Strömung direkt zu den Spiralen geleitet wird. Die umgeleitete Strömung wird in den Rest der Strömung hinein angesaugt, wobei verursacht wird, dass sie über den Motor strömt und ihn kühlt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein vollständigeres Verstehen der vorliegenden Erfindung sollte nun auf die folgende detaillierte Beschreibung von ihr in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen werden, bei denen:
Figur 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines vertikalen hermetisch abgeschlossenen Unterdruckseite-Spiralkompressors ist, der die Saugeinlassführung der vorliegenden Erfindung verwendet;
Figur 2 eine Ansicht der Saugeinlassführung von Figur 1 ist, wie er vom Inneren des Kompressors aus gesehen wird; und
Figur 3 eine vereinfachte Seitenansicht einer modifizierten Saugeinlassführung ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In der Figur 1 bezeichnet die Zahl 10 im allgemeinen einen vertikalen hermetisch abgeschlossenen Unterdruckseite- Spiralkompressor. Der Kompressor 10 umfasst ein Gehäuse 12, das eine Abdeckung 13 hat. die Unterteilerplatte 14 wirkt mit der Abdeckung 13 zusammen, um eine Austrittskammer 16 zu definieren und um die Austrittskammer 16 vom Inneren des Gehäuses 12 zu isolieren, welches sich unter dem Saugdruck befindet. Das Kurbelgehäuse 20 ist am Gehäuse 12 angeschweisst oder auf eine andere geeignete Art an ihm befestigt. Die Kurbelwelle 22 treibt die umlaufende Spirale 24 an, welche durch die Oldhamkupplung 26 in einer umlaufenden Bewegung gehalten wird. Die umlaufende Spirale 24 wirkt mit der fixierten Spirale 28 zusammen, um Gas in den Kompressor 10 hinein zu ziehen, das Gas zu komprimieren und das komprimierte Gas über den Austrittsanschluss 30 und das Austrittsrohr 37 in die Austrittskammer 16 hinein austreten zu lassen, von welcher das komprimierte Gas über den Austrittsauslass (nicht dargestellt) zum Kühlsystem geht. Das Gas wird über den Saugeinlass 34 vom Kühlsystem zum Kompressor 10 zurück geführt und an ihn geliefert. Die bisher beschriebene Struktur des Kompressors ist allgemein üblich. Die vorliegende Erfindung fügt eine Saugeinlassführungs-Struktur zu der Struktur des Kompressors hinzu. Insbesondere ist die Saugeinlassführung 40 aus zwei Elementen hergestellt, einer Metallabsperrung 42 und einer Plastikführung 44. Die Absperrung 42 ist an der Innenseite des Gehäuses 12 befestigt. Die Absperrung 42 wirkt mit der Innenseite des Gehäuses 12 zusammen, um zwei Strömungspfade, oder präziser einen Strömungspfad mit zwei Auslässen, zu definieren. Der untere Auslass 42-1 ist der am stärksten eingeschränkte Teil des Strömungspfades, der durch die Absperrung 42 definiert wird, und der Auslass 42-1 tritt in das Innere des Gehäuses 12 hinein aus, um eine Kühlströmung zum Motor 18 bereit zu stellen. Der auseinanderlaufende Teil 42-2 der Absperrung 42 geht vom Auslass 42-1 zu einem Punkt über dem Saugeinlass 34, so dass der Saugeinlass 34 einer auseinanderlaufenden Oberfläche gegenüber steht, die durch den Teil 42-2 definiert wird, welcher nach oben zu einem axialen Teil 42-3 auseinander geht, der einen Bereich mit einem gleichförmigen Querschnitt definiert. Der axiale Teil 42-3 geht in einen zusammenlaufenden Teil 42-4 über, der seinerseits in einen axialen Teil 42-5 übergeht, der einen Auslass 42-6 hat. Der Auslass 42-6 tritt in das vertikale Bein 44-1 der Führung 44 aus. Es gibt einen Zwischenraum zwischen dem vertikalen Bein 44-1 und dem axialen Teil 42-5, der den Ansaugeinlass 46 definiert. Das horizontale Bein 44-3 ist über den gekrümmten Teil 44-2 an das vertikale Bein 44-1 angeschlossen und tritt direkt in den Einlass der Spiralen 24 und 28 hinein aus. Wie am besten in der Figur 2 gezeigt wird, erstreckt sich das horizontale Bein 44-3 in einer im allgemeinen tangentialen Richtung, weil die Einlässe der Spiralen 24 und 28 sich an den äusseren Umfängen ihrer Hüllen befinden. Es ist zu bemerken, dass im äusseren gekrümmten Teil des Teils 44-2 ein zweiter Ansaugeinlass 48 gebildet wird.
Im Betrieb treibt der Motor 18 die Kurbelwelle 22 an, welche bewirkt, dass sich die umlaufende Spirale 24 bewegt, wobei jedoch die Bewegung der umlaufenden Spirale 24 durch die Oldhamkupplung 26 auf einer umlaufenden Bahn gehalten wird, wie es üblich ist. Die umlaufende Spirale 24 wirkt in ihrer umlaufenden Bewegung mit der fixierten Spirale 28 zusammen, um Gasvolumina einzuschliessen welche komprimiert und durch den Austrittsanschluss 30 und das Austrittsrohr 32 hindurch in die Austrittskammer 16 hinein ausgelassen werden, welche in fluidleitender Verbindung mit einem Kühlsystem (nicht dargestellt) steht. Indem sie Gasvolumina einschliessen, erzeugen die Spiralen 24 und 28 ein Teilvakuum, welches Gas in den Kompressor 10 hinein zieht. Insbesondere gibt es einen im allgemeinen eingeschlossenen Fluidpfad, der in serieller Anordnung den Einlass 34, die Metallabsperrung 42 und die Führung 44 umfasst, welche direkt an die Einlässe der Spiralen 24 und 28 angeschlossen ist, welche die Saugquelle definieren. Gas, das über den Saugeinlass 34 in den Kompressor 10 eintritt, prallt auf die Oberfläche der Metallabsperrung 42, welche relativ zur Achse des Saugeinlasses 34 in eine Richtung nach oben auseinandergeht und in eine Richtung nach unten zusammenläuft. Das Teilvakuum bei den Spiralen und der auseinanderlaufende Pfad nach oben gegen die Spiralen hin unterstützt die Strömung von Gas nach oben, zu den Spiralen. Das Aufprallen neigt jedoch dazu, eine omnidirektionale, aber ungleichmässig verteilte Strömung zu erzeugen. Als Folge davon wird ein kleiner Betrag der Strömung, wie 15%, um die kurze Distanz zum Auslass 42-1 nach unten abgelenkt werden und wird in das Innere des Gehäuses 12 hinein und über den Motor 18 strömen. Es ist nicht wesentlich, eine gleichförmige Strömung zu haben, weil eine lokale Kühlung des Motors 18 durch Konvektion aufgrund der Wärmeleitung eine Kühlung in anderen Bereichen erzeugen wird.
Der grössere Anteil der Strömung bewegt sich nach oben, in serieller Anordnung durch den auseinanderlaufenden Bereich, der dem Teil 42-2 entspricht, einen konstanten Bereich, der dem Teil 42-3 entspricht, einen zusammenlaufenden Bereich, der dem Teil 42-4 entspricht und einen konstanten Bereich hindurch, der dem Teil 42-5 entspricht. Der Auslass 42-6 des Teils 42-5 tritt in das vertikale Bein 44-1 der Führung 44 aus. Ein Zwischenraum zwischen dem Teil 42-5 und dem Bein 44-1 definiert den Ansaugeinlass 46, welcher Gas hinein zieht, das über den Auslass 42-1 an das Innere des Gehäuses 12 geliefert wird, wobei die Motor-Kühlströmung mit der Hauptströmung wiedervereinigt wird. Die Strömung durch das Bein 44-1 hindurch geht durch den gekrümmten Teil 44-2 und das Bein 44-3 hindurch in die Spiralen hinein. Im gekrümmten Teil 44-2 kann, falls nötig oder gewünscht, ein Ansaugeinlass 48 angeordnet werden. Der Ort des Ansaugeinlasses 48 bezüglich demjenigen des Ansaugeinlasses 46 ist so, dass der Ansaugeinlass 48 dazu neigen wird, Gas hinein zu ziehen, das zusätzlich zum Motor 18 über die fixierte Spirale 28 ging, weil die Quelle der Gasströmung zu beiden Ansaugeinlässen der Auslass 42-1 ist. Somit kann der Ansaugeinlass 48 verwendet werden, um sowohl eine Kühlung von zusätzlichen Elementen zu erreichen als auch eine zusätzliche Gasströmung bereit zu stellen, welche jenseits des gewünschten Betriebs des Ansaugeinlasses 46 liegen kann. Um eine geeignete Ansaugströmung zu erreichen ist es am besten, wenn die Querschnittflächen der Beine 44-1 und 44-3 identisch sind.
In Bezug nun auf die Figur 3 weich die Saugeinlassführung 140 in drei Punkten von der Saugeinlassführung 40 ab. Erstens wurde die Struktur, die der Absperrung 42 und der Führung 44 entspricht, aus einem einzigen Stück hergestellt. Zweitens wurde der Ansaug-Einlass 140-6, welcher dem Ansaug-Einlass 46 entspricht, an den inneren Bogen des gekrümmten Teils 140-7 verschoben. Drittens wurde die Struktur, die dem Ansaugeinlass 48 entspricht, eliminiert, wobei sie jedoch bereit gestellt werden könnte, falls nötig oder gewünscht. Der Betrieb der Saugeinlassführung 140 ist demjenigen der Saugeinlassführung 40 sehr ähnlich.
Im Betrieb prallt Gas, das über den Saugeinlass 134 in den Kompressor 110 eintritt, auf die Oberfläche 140-2 der Saugeinlassführung 140. Die Oberfläche 140-2 geht relativ zur Achse des Saugeinlasses 134 in eine Richtung nach oben auseinander und läuft in eine Richtung nach unten zusammen. Das Teilvakuum bei den Spiralen und der auseinanderlaufende Pfad nach oben, gegen die Spiralen hin, unterstützt die Strömung von Gas nach oben, zu den Spiralen, über den geschlossenen Pfad, der durch die Saugeinlassführung 140 und einen Teil des Gehäuses 112 definiert wird. Das Aufprallen neigt jedoch dazu, eine omnidirektionale, aber ungleichmässig verteilte Strömung zu erzeugen. Somit wird ein kleiner Betrag der Strömung, z.B. 15%, zum Auslass 140-1 nach unten abgelenkt werden und wird in das Innere des Gehäuses 112 hinein und über den Motor strömen. Der grössere Anteil der Strömung bewegt sich nach oben, in serieller Anordnung durch den auseinanderlaufenden Bereich, der dem Teil 140-2 entspricht, einen konstanten Bereich, der dem Teil 140-3 entspricht, einen zusammenlaufenden Bereich, der dem Teil 140-4 entspricht, einen konstanten Bereich, der dem Teil 140-5 entspricht, einen gekrümmten Teil 140-7, der den Ansaugeinlass 140-6 enthält, welcher die umgeleitete Strömung aus dem Inneren des Gehäuses zurückführt, und einen konstanten Bereich hindurch, der dem Teil 140-8 entspricht. Die Teile 140-5 und 140-8 haben die selbe nominelle Querschnittfläche, und der Teil 140-8 tritt über den Auslass 140-9 direkt in die Spiralen hinein aus.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit einem vertikalen Spiralkompressor dargestellt und beschrieben wurden, werden sich für den Fachmann andere Änderungen ergeben. So kann zum Beispiel der Betrag der Kühlströmung, ihre Richtung und ihr Strömungspfad aufgrund von Konstruktionserfordernissen geändert werden. Die vorliegende Erfindung kann auch für andere hermetisch abgeschlossene Unterdruckseitekompressoren angepasst werden. Es ist deshalb beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nur durch den Rahmen der beiliegenden Patentansprüche begrenzt werden soll.

Claims

1. Hermetisch abgeschlossener Unterdruckseitekompressor, der eine Gehäuseeinrichtung (12, 13), ein Laufwerk (22, 24, 26, 28) innerhalb der Gehäuseeinrichtung, das einen Einlass hat, eine Motoreinrichtung (18) für den Antrieb des Laufwerkes, einen Saugeinlass (34), der sich durch die Gehäuseeinrichtung hindurch erstreckt und eine Achse hat, eine Saugeinlass-Führungseinrichtung (40) innerhalb der Gehäuseeinrichtung hat und einen Teil (42-2) umfasst, der dem Saugeinlass (34) gegenüber steht, damit das Gas auf ihn prallt, das über den Saugeinlass (34) in die Gehäuseeinrichtung (12) eintritt, gekennzeichnet:

dadurch, dass der Teil (42-2), der dem Saugeinlass (34) gegenüber steht, bezüglich der Achse des Saugeinlasses (34) geneigt ist, wodurch Gas, das über den Saugeinlass (34) in die Gehäuseeinrichtung (12, 13) eintritt und auf den Teil (42-2) aufprallt, der dem Saugeinlass (34) gegenüber steht, in einen kleineren, zusammenlaufenden Strömungspfad, welcher für die Kühlung der Motoreinrichtung (18) in das Innere der Gehäuseeinrichtung (12) gerichtet ist, und einen grösseren, anfänglichen auseinandergehenden Strömungspfad unterteilt wird;

dadurch, dass der grössere Strömungspfad anschliessend in serieller Anordnung einen zusammenlaufenden Teil (42-4), einen ersten Teil (44-1) mit fixierter Fläche, einen gekrümmten Teil (44- 2) und einen zweiten Teil (44-3) mit fixierter Fläche umfasst, die zum Einlass des Laufwerkes führen; und

durch eine Ansaugeinrichtung (46) im grösseren Strömungspfad zwischen dem zusammenlaufenden Teil und der zweiten fixierter Fläche (44-1) zum Ansaugen von Gas aus dem kleiner Strömungspfad in den grösseren Strömungspfad hinein, um es damit zu vereinigen.

2. Kompressoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ansaugeinrichtung im gekrümmten Teil des grösseren Strömungspfades angeordnet ist.

3. Kompressoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ansaugeinrichtung in einem äusseren Teil des gekrümmten Teils des grösseren Strömungspfades angeordnet ist.

4. Kompressoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ansaugeinrichtung sowohl in der Nähe eines inneren Teils als auch in der Nähe eines äusseren Teils des gekrümmten Teils des grösseren Strömungspfades angeordnet ist.

5. Kompressoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste und der zweite Teil mit fixierter Fläche im wesentlichen identische Querschnittflächen haben.

6. Kompressoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der der grössere Strömungspfad mindestens 75% des Gases, das durch den Saugeinlass hindurch geht, transportiert.

7. Kompressoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Saugeinlasseinrichtung aus zwei Teilen hergestellt ist, wobei ein erster (42) der zwei Teile einen dritten Teil (42-5) mit fixierter Fläche hat, der im ersten Teil mit fixierter Fläche aufgenommen ist, welcher sich in einem zweiten (44) der zwei Teile befindet, wobei ein Zwischenraum dazwischen liegt, welcher die Ansaugeinrichtung definiert.

8. Kompressoreinrichtung nach Anspruch 7, bei der die Ansaugeinrichtung zusätzlich in einem äusseren Teil des gekrümmten Teils des grösseren Strömungspfades angeordnet ist.