ХОЛОДИЛЬНЫЙ КОМПРЕССОР
REFRIGERATING COMPRESSOR

Изобретение относится к холодильному компрессору с закрытым корпусом, в котором расположен компрессорный агрегат, включающий в себя компрессорный блок и электродвигатель, содержащий статор и ротор, выполненный с возможностью вращения вокруг оси вращения.
Такие холодильные компрессоры называют также герметично закрытыми холодильными компрессорами. Они используются, например, в холодильных устройствах, таких как холодильники и морозильники. В этой связи требуется, чтобы холодильный компрессор характеризовался небольшой конструктивной высотой. Кроме того, он должен потреблять как можно меньше энергии.
Снижение энергопотребления достигается за счет использования в холодильных устройствах материалов с улучшенными изоляционными свойствами, а также за счет эксплуатации холодильных компрессоров на пониженных скоростях или с переменной скоростью. Снижение вибрации достигается, как известно, за счет подпружиненного крепления компрессорного агрегата в корпусе. В целях предотвращения резонанса, а также в связи с низкой скоростью, опорные пружины должны иметь относительно небольшую жесткость, что, однако, может привести к тому, что холодильный компрессор будет ударяться о корпус во время вращательного колебательного перемещения компрессорного агрегата вокруг оси ротора.
Согласно патентному документу DE 102007052580, в верхней части компрессорного агрегата, удерживаемого в корпусе в направлении силы тяжести пружинными элементами, предложено выполнить углубление, в которое вставляется цилиндрической болт, идущий от верхней внутренней стороны корпуса. Между периферической стенкой болта и краем углубления предусмотрен воздушный зазор. Когда в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, возникают большие колебания или когда случаются вращательные колебания, край гнезда упирается в болт. Это предотвращает чрезмерное смещение компрессорного агрегата внутри корпуса.
В патенте US 4427349 предложено аналогичное техническое решение, согласно которому вокруг болта проходит винтовая пружина, оказывающая дополнительное давление на компрессорный агрегат в осевом нисходящем направлении. Эта пружина выполняет также функцию демпфирования колебаний, параллельных оси вращения ротора.
К сожалению, возникновение в известных холодильных компрессорах вращательных колебаний, а также смещений в плоскости, перпендикулярной оси вращения, приводят к относительно жесткой остановке компрессорного агрегата. Данное обстоятельство является причиной, во-первых, акустических помех и, во-вторых, повышенного износа, а следовательно, снижения продолжительности срока службы холодильного компрессора.
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в разработке холодильного компрессора небольшой высоты, компрессорный агрегат которого не ударяется о корпус во время пуска и остановки.
Согласно настоящему изобретению поставленная задача решена за счет того, что между корпусом и компрессорным агрегатом предусмотрены по меньшей мере два защитных приспособления, действующие в плоскости, перпендикулярной указанной оси вращения, причем эти защитные приспособления расположены на расстоянии от оси вращения.
Таким образом, защитные приспособления выполняют функцию ограничения движения компрессорного блока относительно корпуса в плоскости, проходящей перпендикулярно оси вращения ротора. Такое движение представляет собой, например, вращательное колебание вокруг указанной оси вращения. В собранном рабочем холодильном компрессоре эта плоскость ориентирована горизонтально. В этой связи, использование двух защитных приспособлений обеспечивает достаточно расширенные поверхности соприкосновения. Поскольку защитные приспособления расположены на расстоянии от оси вращения, они также могут ограничивать движения наклона компрессорного агрегата. Защитные приспособления не запускаются в действие до возникновения определенной амплитуды движений компрессорного агрегата. Поэтому они не будут реагировать на малые движения, в частности малые колебания.
В предпочтительном случае защитные приспособления расположены симметрично по отношению к оси вращения. Например, защитные приспособления могут располагаться диаметрально противоположно друг другу. Симметричное расположение особенно выигрышно при поворотных колебаниях, поскольку в этом случае оба защитных приспособления загружаются в равной степени.
Согласно предпочтительному варианту изобретения в осевом направлении компрессорный агрегат удерживается в корпусе пружинными элементами, в частности четырьмя пружинными элементами. В данном случае, осевое направление означает направление, параллельное указанной оси вращения, которая ориентирована вертикально в собранном рабочем холодильном компрессоре. Компрессорный агрегат опирается на пружинные элементы, т.е. он удерживается пружинными элементами, принимающими на себя вес компрессорного агрегата. Использование четырех пружинных элементов обеспечивает стабильную опору, распределяющую силу тяжести достаточно равномерно. С целью демпфирования вибрации, эти опорные пружины должны быть довольно мягкими. Это означает, что во время пуска и остановки компрессора они могут все же недостаточно эффективно демпфировать происходящие вращательные колебания. В результате, эту задачу берут на себя защитные приспособления.
В предпочтительном случае каждое защитное приспособление содержит первый элемент и второй элемент, причем первый элемент является упругодеформируемым в направлении указанной плоскости, а второй элемент является жестким в направлении указанной плоскости. Данная плоскость представляет собой плоскость, перпендикулярную указанной оси вращения и проходящую горизонтально, когда холодильный компрессор находится в рабочем состоянии. В состоянии покоя указанные элементы расположены на расстоянии друг от друга, т.е. не находятся в соприкосновении. Элементы входят в контакт друг с другом, только когда смещение компрессора относительно корпуса превышает определенную амплитуду. При этом упругое или пружинистое исполнение первого элемента приводит к его упругой деформации под действием второго элемента. Это означает, что жесткого соударения не будет - вместо него произойдет так называемое "мягкое" взаимодействие, т.е. затухающее торможение. Таким образом, не следует опасаться возникновения шумов при соприкосновении первого элемента со вторым элементом. Кроме того, уменьшатся пики нагрузок.
В соответствии с особо предпочтительным вариантом изобретения первый элемент и второй элемент выполнены смещаемыми относительно друг друга в осевом направлении. Можно предусмотреть свободное перемещение первого элемента по отношению ко второму элементу. Согласно данному варианту изобретения защитные приспособления не будут оказывать влияния на процесс балансировки пружинных элементов.
В предпочтительном случае первый элемент представлен винтовой пружиной, ориентированной в осевом направлении, а второй элемент представлен стержнем, расположенным, по меньшей мере частично, внутри указанной винтовой пружины. Это означает, что стержень, или второй элемент, является осесимметрично окруженным винтовой пружиной, или первым элементом. В состоянии покоя холодильного компрессора стержень находится на расстоянии от внутренней поверхности этой винтовой пружины. Соответственно, в плоскости, перпендикулярной указанной оси вращения, возможно небольшое смещение компрессорного агрегата относительно корпуса или, говоря другими словами, смещение второго элемента относительно первого элемента, не приводящее к контакту стержня с винтовой пружиной. При этом стержень может перемещаться в аксиальном направлении, не входя в соприкосновение с винтовой пружиной. Стержень подвергает винтовую пружину действию боковых нагрузок, а не обычных осевых нагрузок.
Согласно особо предпочтительному варианту изобретения концы винтовой пружины имеют больший диаметр витков, чем ее середина. Говоря другими словами, винтовая пружина имеет форму песочных часов. Это обеспечивает прогрессивную характеристику. С увеличением амплитуды колебаний увеличивается сила, необходимая для деформации винтовой пружины. В результате, компрессорный агрегат может быть заторможен в пределах относительно короткого расстояния без опасности соударения с корпусом.
В предпочтительном случае первый конец второго элемента прикреплен к компрессорному агрегату, при этом второй его конец находится на расстоянии от компрессорного агрегата, измеряемом вдоль оси. Это значит, что второй элемент, особенно выполненный в виде стержня, выступает на заданную длину над компрессорным агрегатом. Соответственно, между вторым концом и внутренней стороной корпуса предусмотрено расстояние. В результате, второй элемент, помимо своей основной функции, может действовать в осевом направлении в качестве упорного элемента.
Согласно предпочтительному варианту изобретения первый конец второго элемента удерживается в отверстии в компрессорном агрегате, в частности, за счет прессовой посадки, причем указанное отверстие при необходимости выполнено в виде сквозного отверстия. Второй элемент может иметь упор, например, в виде расширения диаметра, однозначно определяющий, на какую длину этот второй элемент можно ввести в компрессорный агрегат. Когда упор второго элемента входит в соприкосновение с компрессорным агрегатом, второй конец второго элемента выступает на определенное расстояние над компрессорным агрегатом. Таким образом, определяется максимально возможное осевое смещение компрессорного агрегата относительно корпуса.
В предпочтительном случае первый элемент закреплен на корпусе в держателе, имеющем, например, форму чаши, причем первый элемент удерживается в этом держателе посредством геометрического замыкания и, в частности, с предварительным натягом. Держатель расположен на внутренней стороне корпуса. Это делает производство относительно простым. Держатель, например, может быть приварен к корпусу в виде чашеобразного элемента. Первый элемент может быть закреплен за счет загиба стенки держателя в зоне открытого конца. Установить винтовую пружину в держатель с предварительным натягом достаточно просто. Радиальная периферическая стенка держателя ограничивает собой пространство, в пределах которого движущийся компрессорный агрегат может привести в движение второй элемент, а именно в плоскости, перпендикулярной указанной оси вращения.
Согласно особо предпочтительному варианту изобретения защитные приспособления расположены вблизи радиального внешнего края компрессорного агрегата. В этом случае защитные приспособления оказываются разнесенными на максимальное расстояние друг от друга. Такое техническое исполнение позволяет особо эффективно поглощать вращательные колебания, в особенности вокруг оси вращения ротора.
В предпочтительном случае защитные средства совмещены по оси с одним из пружинных элементов. Такой вариант исполнения упрощает производство, поскольку в этом случае отверстие, действующее в качестве гнезда для второго элемента, может одновременно использоваться для размещения держателей пружины. При использовании второго элемента как упора в осевом направлении, особенно удобно, если осевые нагрузки пружинных элементов и второго элемента принимаются или передаются по одной линии. В этих областях может быть предусмотрено соответствующее укрепление компрессорного агрегата.
Согласно предпочтительному варианту изобретения каждый пружинный элемент имеет первый конец, удерживаемый в первом держателе пружины, и второй конец, удерживаемый во втором держателе пружины, причем первый держатель пружины связан с корпусом, а второй держатель пружины связан с компрессорным агрегатом, при этом указанные держатели пружин находятся на расстоянии друг от друга. Такое техническое решение обеспечивает относительно простое крепление пружинных элементов на корпусе и на компрессорном агрегате. Расстояние между держателями пружин также влияет на величину возможного осевого перемещения.
В особо предпочтительном случае расстояние между держателями пружин в состоянии покоя, по существу, соответствует расстоянию между корпусом и вторым концом второго элемента. Соответственно, компрессорный агрегат может перемещаться до достижения упора примерно на одинаковое расстояние вверх и вниз. Также одинаково во всех направлениях ограничены наклонные движения. В этом случае обеспечивается возможность оптимально задавать расстояние между корпусом и компрессорным агрегатом, что приводит к оптимизации высоты холодильного компрессора.
Далее изобретение описано на примере предпочтительного варианта его выполнения, раскрытого со ссылкой на приложенные чертежи, из которых:
фиг.1 изображает поперечное сечение холодильного компрессора;
фиг.2 изображает фрагмент, относящийся к защитному приспособлению;
фиг.3 изображает фрагмент, относящийся к держателю.
На фиг.1 герметично закрытый холодильный компрессор 1 показан в разрезе. Холодильный компрессор 1 содержит закрытый корпус 2 и компрессорный агрегат 3. Компрессорный агрегат 3 включает в себя компрессорный блок 4 и электродвигатель 5, оснащенный статором 6 и расположенным снаружи его ротором 7. Ротор 7 соединен с валом 8, который удерживается в компрессорном блоке 4 с помощью радиального подшипника 9. Вал 8 приводит в движение эксцентрично установленный палец 10 кривошипа, который подсоединен к узлу 12 поршень-цилиндр посредством шатуна 11.
Компрессорный агрегат 3 соединяется с корпусом 2 в осевом направлении с помощью пружинных элементов 13, 14, в дальнейшем называемых опорными пружинами. Опорные пружины 13, 14 принимают на себя силу веса компрессорного агрегата 3. На данном виде в разрезе показаны только две опорные пружины 13, 14, однако в общей сложности имеются четыре опорные пружины 13, 14.
Каждая опорная пружина 13, 14 крепится одним держателем 15 пружины к корпусу и вторым держателем 16 пружины к компрессорному агрегату 3.
Кроме того, между компрессорным агрегатом 3 и корпусом 2 предусмотрены два защитных приспособления, действующие в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора 7 или вала 8, причем эти защитные приспособления 17, 18 расположены симметрично относительно указанной оси вращения. Защитные приспособления 17, 18 расположены диаметрально противоположно друг другу. Каждое защитное приспособление 17, 18 содержит первый элемент 19 и второй элемент 20, причем первый элемент 19 представлен винтовой пружиной, а второй элемент 20 - цилиндрическим стержнем. Первый конец 21 второго элемента 20 удерживается в отверстии 22 в компрессорном агрегате 3 за счет прессовой посадки. Второй конец 23 выступает на заранее определенное расстояние над компрессорным агрегатом 3. Расстояние от второго конца 23 до внутренней стороны корпуса 2 точно такое же, как расстояние между держателями 15, 16 пружин.
Корпус включает в себя верхнюю часть 24 и нижнюю часть 25, соединенные между собой герметичным образом. Компрессорный агрегат 3 соединен с нижней частью 25 посредством опорных пружин 13, 14. Защитные приспособления 17, 18 расположены между компрессорным агрегатом 3 и верхней частью 24. Первый элемент зафиксирован по отношению к верхней части 24, а второй элемент 20 зафиксирован по отношению к компрессорному агрегату.
Фиг.2 изображает фрагмент, относящийся к защитному приспособлению 18. Фиксацию первого элемента 19 в виде винтовой пружины обеспечивает чашеобразный держатель 26. Данный держатель 26 приварен к верхней части 24 корпуса 2, к нижней его стороне 27. Первый элемент 19 окружен радиальной периферической стенкой 28. На своем крае вблизи открытого конца эта периферическая стенка 28 по меньшей мере частично загнута внутрь, вследствие чего первый элемент 19, или винтовая пружина, удерживается внутри держателя 26 за счет геометрического замыкания. Периферическая стенка 28 может иметь выступы 29, которые можно относительно легко вогнуть внутрь.
Первый элемент 19 представлен винтовой пружиной в форме песочных часов, т.е. имеющей на своих осевых концах больший диаметр, чем в середине. Таким образом, при смещении компрессорного агрегата 3 относительно корпуса в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, второй стержнеобразный элемент 20 сначала будет упираться в витки в срединной зоне винтовой пружины. Соответственно, первоначально деформируется только небольшая часть винтовой пружины. Во время более амплитудного смещения стержень 20 соприкасается и с другими витками, вследствие чего деформация винтовой пружины 19 увеличивается. При этом указанная пружина будет противодействовать деформации с нарастающей силой. Это означает, что первый элемент обладает прогрессивной характеристикой пружинистости.
Даже если во время вращательного колебания компрессорного агрегата 3 стержень 20 целиком прижмет винтовую пружину 19 в радиальном направлении к периферической стенке 28 держателя 26, компрессорный агрегат 3 не ударится о корпус 2, поскольку прогрессирующая характеристика пружинистости первого элемента 19 обеспечит интенсивное торможение компрессорного агрегата 3 перед тем как первый элемент 19 упрется в периферическую стенку 28. Соответственно, не следует опасаться возникновения больших пиков силы и того, что они смогут вызвать повреждение компрессорного агрегата 3.
Второй элемент 20 представлен стержнем, имеющим участок 30 первого диаметра и участок 31 второго диаметра, причем участок 31 второго диаметра оканчивается указанным вторым концом 23 и имеет больший диаметр, чем участок 30 первого диаметра. Участки 30, 31 разделены ступенькой 32, действующей в качестве упора, определяющего, как далеко стержень 20 может войти в компрессорный агрегат 3 или отверстие 22, выполненное как сквозное отверстие. В результате, расстояние от второго конца 23 до компрессорного агрегата 3 или до верхней части 24 корпуса не будет зависеть от производственных допусков, соблюдаемых при изготовлении компрессорного блока 4.
Фиг.3 изображает фрагмент, относящийся к держателю 26, в котором размещен первый элемент 19 в виде пружины посредством посадки с натягом и с геометрическим замыканием. В этой связи периферическая стенка 28 включает в себя, в общей сложности, четыре выступа 29a, 29b, 29c, 29d, которые загнуты радиально внутрь с целью удержания первого элемента 19 в держателе 26. Такой держатель может быть изготовлен сравнительно малозатратным способом.
Предложенное изобретение позволяет создавать холодильный компрессор небольшой высоты. В то же время, оно гарантирует, что компрессорный агрегат не будет ударяться о корпус во время пуска и остановки. Удар предотвращается указанными защитными приспособлениями, действие которых ограничено плоскостью, проходящей перпендикулярно оси вращения ротора. Пружинные элементы, или опорные пружины, принимающие на себя силу веса компрессорного агрегата, не должны быть чрезмерно длинными, что способствует снижению высоты. Кроме того, защитные приспособления могут ограничивать наклон компрессорного агрегата. В результате, холодильный агрегат может работать с различной скоростью, в том числе при очень низких скоростях, не вызывая резонанса. В случае размещения защитных приспособлений и опорных пружин выступающими радиально наружу на большое расстояние, в компрессорном агрегате можно предусмотреть углубления, которые позволят дополнительно уменьшить высоту холодильного компрессора. Поскольку в состоянии покоя оба элемента защитного приспособления находятся на расстоянии друг от друга, при нормальной работе компрессора колебания не будут передаваться между компрессорным агрегатом и корпусом. Защитные приспособления задействуются только при чрезмерных смещениях, в частности вращательных колебаниях во время пуска и остановки компрессорного агрегата. В этом случае сразу начинается торможение движения, вследствие чего жесткого соударения не происходит. Прогрессивная характеристика пружинистости защитных приспособлений обеспечивает возможность демпфирования достаточно высоких усилий. В случае использования в качестве первого элемента винтовой пружины, ее можно разместить в держателе с предварительным натягом, что позволит избежать шумов, вызываемых движением свободной пружины в держателе. Защитные приспособления также обеспечивают защиту при транспортировке, поскольку ограничивают осевое смещение компрессорного агрегата относительно корпуса. При этом элементы защитного приспособления не соприкасаются друг с другом. Только второй элемент входит в контакт с корпусом. За счет этого предотвращается повреждение компрессорного агрегата. Благодаря установке защитных приспособлений в виде осевого продолжения опорных пружин появляется возможность выполнять отверстия или гнезда для второго элемента одновременно с углублениями, используемыми в качестве гнезд для опорных пружин на нижней стороне компрессорного блока.