ТРАНСПОРТНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) И ОХЛАДИТЕЛЬ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ (ВАРИАНТЫ)
TRANSPORT REFRIGERATING SYSTEM (VERSIONS) AND REFRIGERATOR FOR TRANSPORT REFRIGERATING SYSTEM (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к транспортным холодильным установкам и, в частности, к охлаждению используемого в них генератора с приводом от двигателя.
Уровень техники
Обычно в транспортных холодильных установках, например, используемых в грузовых автоприцепах, применяются компрессорные агрегаты с ременным приводом и (или) с механической связью, с приводом от вала и (или) ременные, либо механически соединенные приводы вентилятора. Другими словами, двигатель, например дизельный двигатель, механически соединен как с компрессорным агрегатом(-ами), так и с вентиляторами холодильной установки и другими компонентами, приводя их в действие.
Существенным усовершенствованием такой установки стала так называемая "полностью электрическая" транспортная холодильная установка, описанная в патенте США 6233546, переданном уполномоченному настоящего изобретения. В такой установке генератор механически соединен с двигателем системы и применяется, чтобы вырабатывать электрическую энергию, необходимую для работы компрессора и различных вентиляторов холодильной установки и иных компонентов.
Прежде подобный генератор с приводом от двигателя охлаждался вентилятором, расположенным на одном его конце, и был приспособлен для циркуляции воздуха вокруг статора и деталей ротора для их охлаждения. Значительное охлаждающее действие также достигается путем обдува генератора воздухом от вентиляторов конденсатора.
Заявители установили, что для достижения требуемого охлаждения необходимо большое количество воздуха при весьма высоком давлении, особенно для получения достаточной циркуляции сквозь небольшие отверстия в роторе для получения нужного охлаждения.
Другая вскрытая проблема состоит в том, что в таких установках с воздушным охлаждением случаются короткие замыкания в генераторе из-за внешних загрязнений. Окружающая среда на транспорте отличается весьма жесткими внешними условиями и при циркуляции через генератор окружающего воздуха загрязняющие примеси могут попасть в установку и вызвать короткое замыкание обмоток. Это приводит к повреждению компонентов установки и росту расходов из-за простоя.
Требуется разработка усовершенствованного способа охлаждения генератора транспортной холодильной установки с электрическим питанием и соответствующего устройства. Особый интерес представляет уменьшение размеров и веса.
Раскрытие изобретения
Изобретение ставит своей целью создание установки вышеупомянутого типа и охладителя для транспортной холодильной установки с устранением недостатков, описанных в уровне техники.
Эта цель достигается конструкцией транспортной холодильной установки, закрепленной на передней стенке транспортного трейлера и ее вариантами исполнения, согласно настоящему изобретению состоящей из несущего силового каркаса, закрепленного на передней стенке транспортного трейлера, наружного кожуха, закрепленного на упомянутом каркасе, и группы компонентов, закрепленных на упомянутом каркасе и расположенных внутри упомянутого наружного кожуха. Указанная группа в такой конструкции содержит компрессор, снабженный выпускным отверстием, всасывающим отверстием и герметично закрытым электрическим двигателем привода компрессора, установленным внутри компрессора, теплообменник конденсатора, связанный с упомянутым выпускным отверстием компрессора, блок теплообменника испарителя, связанный с упомянутым всасывающим отверстием компрессора, по меньшей мере, один узел вентилятора с, по меньшей мере, одним электродвигателем вентилятора создания воздушного потока над, по меньшей мере, одним из упомянутых теплообменников, узел генератора, установленный с объединенным с ним приводным двигателем и содержащий статор и ротор, выполненные с возможностью вырабатывания электроэнергии и связанные с возможностью привода в действие с, по меньшей мере, одним компонентом из упомянутой группы компонентов, и резервуар с запасом моторного смазочного масла в количестве, достаточном для охлаждения и продолжительной работы, связанного с упомянутыми статором и ротором генератора и объединенного с системой смазки двигателя, содержащей, по меньшей мере, один смазочный канал, связанный с частью статора генератора.
Масло может разбрызгиваться на статор генератора.
Масло может охлаждаться только посредством излучения кожуха статора.
Установка может дополнительно содержать линию отвода масла для отведения потока масла от места сбора масла в генераторе к двигателю.
Вариант исполнения транспортной холодильной установки может включать резервуар с запасом моторного смазочного масла в количестве, достаточном для охлаждения и продолжительной работы, связанный с упомянутыми статором и ротором генератора и расположенный полностью внутри генератора.
Установка согласно варианту исполнения изобретения может дополнительно содержать масляный насос для нагнетания масла из места сбора внутри генератора к критическим зонам, требующим охлаждения. Насос может быть связан с валом ротора с возможностью приведения его в действие.
Объема масла в генераторе достаточно для охлаждения генератора.
Генератор может содержать маслоотражатель распределения масла по критическим зонам внутри генератора, требующим охлаждения. Упомянутый маслоотражатель может быть связан с валом ротора с возможностью приведения его в действие.
Маховик распределения масла в генераторе может быть установлен частично погруженным в масло. Маховик перемешивания масла внутри генератора может быть расположен внутри генератора.
Согласно варианту исполнения транспортной холодильной установки она включает генератор, который может быть выполнен с возможностью заполнения его маслом и погружения в него ротора полностью.
Настоящее изобретение предлагает также конструкцию охладителя для транспортной холодильной установки, включающую связанные с электрическим приводом компрессор и вентиляторы, и генератор, установленный с объединенным с ним приводным двигателем, имеющим статор и ротор вырабатывания электроэнергии и связанный с возможностью привода в действие с упомянутыми компрессором и вентиляторами, и содержащий резервуар с запасом масла в количестве, достаточном для охлаждения и продолжительной работы генератора, расположенный во внутренних полостях генератора в непосредственном контакте с упомянутыми ротором и статором, и объединенного с резервуаром масла, расположенного в двигателе и имеющего, по меньшей мере, один смазочный канал, расположенный в верхней части двигателя и связанный со статором генератора в верхней его части.
Согласно настоящему изобретению масло может разбрызгиваться на статор генератора и может охлаждаться посредством излучения кожуха статора.
Охладитель согласно изобретению может дополнительно содержать линию отвода масла от места сбора внутри генератора к двигателю.
В варианте выполнения изобретения охладитель может содержать резервуар с запасом масла в количестве, достаточном для охлаждения и продолжительной работы генератора, расположенный во внутренних полостях генератора в непосредственном контакте с упомянутыми ротором и статором, может полностью содержаться внутри генератора.
Генератор может быть выполнен с возможностью заполнения маслом и погружения в него ротора полностью, а также может включать в себя маслоотражатель распределения масла внутри генератора. При этом маслоотражатель может быть связан с валом ротора с возможностью приведения его в действие.
Согласно варианту выполнения изобретения охладитель может дополнительно содержать маховик перемешивания масла внутри генератора, расположенный внутри генератора или частично погруженный в масло.
Охладитель может дополнительно содержать масляный насос для нагнетания масла от места сбора в генераторе к верхней его части. Указанный масляный насос может быть связан с валом ротора с возможностью приведения его в действие. Масло может охлаждаться только посредством излучения кожуха статора.
В соответствии с одной особенностью изобретения масло циркулирует сквозь критические зоны и вокруг критических зон как ротора, так и статора генератора для их охлаждения.
Согласно другой особенности изобретения генератор имеет консольное крепление к двигателю, приводящему его в действие, благодаря чему масло в генераторе используется только для охлаждения и не используется для смазки.
Согласно еще одной особенности изобретения масляная система приводного двигателя интегрирована с генератором так, что смазочное масло двигателя используется для охлаждения генератора.
Согласно еще одной особенности изобретения циркулирующее масло направляется к критическим зонам внутри генератора посредством управляемой масляной струи.
Согласно еще одной особенности изобретения масло находится внутри генератора таким образом, что компоненты ротора и (или) статора частично или полностью погружены в масло.
Этими признаками обеспечивается существенно улучшенная эффективность охлаждения, благодаря чему, в свою очередь, можно снизить вес за счет уменьшения размеров компонентов. Кроме того, преодолеваются проблемы, связанные с загрязнением узлов при воздушном охлаждении.
В описанных ниже чертежах представлен предпочтительный вариант выполнения и альтернативные варианты, однако в пределах области притязаний изобретения и без отступления от его существа могут быть предложены различные другие модификации изобретения и его конструктивные решения.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлен перспективный вид транспортной холодильной установки, установленной на грузовом автоприцепе, в соответствии с уровнем техники.
На Фиг.2 представлен в перспективе вид разобранного генератора с приводом от двигателя в соответствии с уровнем техники.
На Фиг.3 схематически изображена система охлаждения генератора в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения.
На Фиг.4 представлен альтернативный вариант выполнения системы охлаждения, предложенной в изобретении.
На Фиг.5 представлен другой альтернативный вариант выполнения предложенной системы охлаждения.
На Фиг.6 представлен еще один альтернативный вариант выполнения.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 представлено изображение обычной холодильной установки 11 трейлера, которая закрыта наружным кожухом 12 и прикреплена к грузовому автоприцепу 13, который прицеплен к грузовому автомобилю 14. Все компоненты холодильной установки 11 трейлера и наружный кожух 12 конструктивно закреплены на несущем каркасе 16. Как правило, в транспортных холодильных установках различные панели наружного кожуха откидываются и снимаются для обеспечения доступа к холодильной установке для проведения ее текущего обслуживания.
На Фиг.2 изображен генератор, объединенный с приводным двигателем, который охлаждается за счет циркуляции воздуха известным в уровне техники образом. Генератор 17 включает узел 18 статора в сборе, который неподвижно прикреплен к картеру 19 маховика подходящего первичного двигателя, например, дизельного двигателя 21. Узел 22 ротора прикреплен непосредственно к маховику 23 двигателя для обеспечения безразрывного приводного соединения между ведущим валом двигателя, маховиком двигателя и узлом 22 ротора генератора 17. Крышка 24 и вентилятор 26 охлаждения генератора были сняты, чтобы были лучше видны детали узла 22 ротора.
Наружный узел 18 статора включает участок сердечника, который может быть выполнен из ферромагнитных пластин или порошкового металла. Основная обмотка, генерирующая основную мощность для холодильной установки, и вспомогательная обмотка, электрически соединенная с устройством зарядки аккумулятора, расположены в пазах сердечника статора стандартным образом. Прикрепление узла 18 статора к картеру 19 маховика осуществляется посредством ряда удлиненных резьбовых крепежных элементов 27, проходящих сквозь сопряженные отверстия 28 в сердечнике статора. Крепежные элементы 27, в свою очередь, проходят сквозь соосные с ними отверстия 29 в переходном диске 31 и далее в соосные резьбовые отверстия в картере 19 маховика.
Узел 22 ротора включает стальную ступицу 33 ротора, имеющую несколько проходящих параллельно оси сквозных отверстий, приспособленных для введения в них удлиненных крепежных резьбовых элементов 34. Резьбовые элементы 34 могут быть введены в расположенные параллельно оси резьбовые отверстия 36 в маховике 23 двигателя для осуществления прямой связи между узлом ротора 22, маховиком 23 двигателя и ведущим валом.
В процессе работы дизельный двигатель 21 вращает маховик 23 и узел 22 ротора вместе со связанными с ним магнитами, в результате чего в статорных обмотках синхронно индуцируются напряжения, как это хорошо известно специалистам по конструкции синхронных генераторов. Другие особенности известных систем показаны и описаны в патенте США 6223564, переданном уполномоченному по настоящему изобретению и включенному в настоящее описание посредством ссылки.
Следует отметить, что хотя охлаждение генератора 17 частично происходит за счет излучения с наружного узла 18 статора, функция основного охлаждения выполняется вентилятором 26, который прикреплен к узлу 22 ротора и приводится им во вращение для доставки воздуха сквозь крышку 24 и его циркуляцию сквозь обмотки статора и ротора. В то время как в обмотках статора выделяется значительное количество тепла и требуется охлаждающий воздух для предотвращения чрезмерного роста их температуры, также необходимо охлаждать и ротор с тем, чтобы предотвратить размагничивание постоянных магнитов. Заявители установили, что сложно обеспечить циркуляцию воздуха сквозь ротор, поскольку размер предназначенных для этого отверстий слишком мал. Поэтому необходимо создавать большое давление вентилятором 26 с тем, чтобы пропустить воздух сквозь эти отверстия.
На Фиг.3 представлен блок 37 двигателя, прикрепленный к картеру 38 маховика и удерживающий узел 39 статора по аналогии с тем, как было описано выше. Здесь следует понимать, что статор может быть прикреплен к картеру маховика самыми разными способами, препятствующими его вращению и обеспечивающими его надежное прикрепление.
Ведущий вал двигателя 37 аналогичным образом присоединен с возможностью передачи приводного усилия к маховику 41 и ротору 42, причем ротор 42 консольно закреплен посредством подшипников коленчатого вала двигателя 37. К кожуху маховика механически прикреплен стартер 35 так, что ведущая шестерня 40 входит во временное соединение для пуска двигателя. Между шестерней 40 и картером 38 маховика имеется уплотнение. Однако вместо охлаждения циркулирующим воздухом генератор 43 охлаждается циркулирующим через него маслом. Преимущество использования масла состоит в том, что удельная теплоемкость масла больше, чем у воздуха, и благодаря этому достигается большая эффективность охлаждения.
В варианте выполнения, показанном на Фиг.3, функция охлаждения генератора 43 совмещена с системой смазки двигателя 37, при этом охлаждающей средой является моторное масло.
В качестве стандартных элементов двигателя имеется в нижней части двигателя поддон 44 картера и насос, осуществляющий циркуляцию охлаждающего масла в несколько смазочных каналов, один из которых показан с обозначением 47. Пройдя через части двигателя, требующие смазки, например, подшипники и др., масло снова возвращается в поддон 44 картера, замыкая цикл.
Согласно одной особенности изобретения линия 48 подвода масла соединена со смазочным каналом 47, из которого поступает масло, при этом линия 48 герметично проходит сквозь картер 38 маховика в генератор 43 для распределения по компонентам, требующим охлаждения. Одним из способов распределения может быть использование разбрызгивающего устройства 49, которое распыляет масло управляемым путем на обмотки 51 статора. Далее масло стекает вниз по ротору 42 и далее на статорные обмотки в нижней части генератора 43. Затем масло собирается на дне генератора 43 или ином удобном месте сбора и под действием силы тяжести и давления поступает по линии 52 отвода масла в поддон 44 картера двигателя.
Следует отметить, что линия 48 подвода масла может быть введена в генератор 43 в других местах, а не только сквозь картер маховика, как показано. Кроме того, разбрызгивающее устройство 49 может быть расположено в других местах или с наружной стороны генератора, вместо того чтобы быть внутри него. В показанной конструкции требуется герметизация линии 48 подвода масла с картером маховика.
Как уже говорилось, обычно используемое в двигателе 37 масло находится под давлением и подвергается очистке с применением обычных устройств и процедур в двигателе. Тепло, переданное маслу от генератора 43, в некоторой степени будет охлаждаться за счет излучения от кожуха генератора. Однако основное охлаждение при использовании масла достигается излучением от поддона 44 картера и благодаря хладагенту радиатора, циркулирующему через двигатель 37.
В такой системе генератор 43 может охлаждаться существующей масляной системой двигателя с использованием имеющихся в двигателе насоса и системы фильтрации. Кроме того, благодаря высокой эффективности охлаждения размер компонентов ротора и статора может быть уменьшен, что приведет к дальнейшему снижению веса и стоимости изготовления системы.
Варианты выполнения, показанные на Фиг.4, 5 и 6, аналогичны варианту выполнения, показанному на Фиг.3, в том, что в них используется масло в качестве хладагента, который подвергается циркуляции внутри генератора в целях охлаждения. Однако вместо объединения с масляной системой двигателя в этих вариантах используется своя собственная отдельная система подачи и циркуляции масла, автономно расположенная внутри генератора.
Как показано на Фиг.4, охлаждение обеспечивается разбрызгиванием масла на компоненты, требующие охлаждения, посредством разбрызгивающего устройства 49. Вместо использования масла двигателя, в генераторе, напротив, имеется специальная масляная система. По оценке для генератора 53 потребуется примерно кварта (~0,95 л) масла. Для нагнетания масла вверх к разбрызгивающему устройству 49 используется передающая трубка масла и специальный масляный насос 56. Масло не требует замены, поскольку оно изолировано от загрязнения, и не используется ни для каких других целей кроме охлаждения. При этом ротор 42 консольно выступает от двигателя, и опорные подшипники смазываются моторным маслом. Таким образом, масло в генераторе не используется для смазки, и не требует фильтрации или замены, поскольку изолировано и не подвержено загрязнениям, как в двигателе.
В этой системе масло охлаждается посредством излучения от корпуса 57 статора. Для усиления этого процесса на передней крышке может быть расположен ряд ребер 58.
В варианте выполнения, показанном на Фиг.5, в генераторе 59 имеется специальный резервуар с запасом масла в его нижней части. Здесь также предполагается, что кварты масла будет достаточно для целей охлаждения. Однако вместо разбрызгивающего устройства распределение масла обеспечивается посредством маслоотражателя 61, который прикреплен к ротору 42 и приводится им во вращение так, что его края заходят в поддон картера и забрасывают масло вверх в критические зоны статора и ротора для их охлаждения. Маслоотражатель может иметь рифленую или аналогичную поверхности для улучшения захвата масла. Следует также отметить, что маховик 41 вместе со своей кольцевой шестерней проходящей вниз ниже уровня масла, также может быть использован для заброса масла наверх. Для этой цели по окружности маховика 41 могут быть размещены ребра или что-то аналогичное. Следует, однако, иметь в виду, что для осуществления этой функции может быть вполне достаточно одной кольцевой шестерни.
В показанном на Фиг.6 варианте выполнения все внутреннее пространство генератора 62, по существу, заполнено маслом так, что ротор 42 и обмотки 51 статора погружены в масло. По оценкам для этого будет достаточно примерно галлона (~3,8 л) масла. Преимуществом такого решения является то, что нет необходимости в использовании какого-либо устройства для циркуляции масла, например, разбрызгивающего устройства или маслоотражателя. Кроме того, поскольку компоненты всегда полностью погружены в масло, в масло отводится больше тепла. Охлаждение масла осуществляется посредством излучения от корпуса статора и ребер 58.