КОМПРЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО
COMPRESSOR DEVICE

Настоящее изобретение относится к компрессорному устройству, содержащему двигатель с магнитами, например, двигатель с постоянными магнитами, чтобы приводить в действие компрессорное устройство.
Более конкретно, изобретение предназначается, чтобы обеспечивать оптимальное охлаждение двигателя с магнитами.
Известно, что максимальная мощность двигателя с магнитами ограничивается максимальной температурой двигателя с магнитами, в частности, максимальной температурой обмоток статора.
Чтобы обеспечивать правильную работу двигателя с магнитами, температура в этих обмотках не должна расти слишком высоко.
Посредством охлаждения двигателя с магнитами, например, с помощью охлаждающей среды, такой как масло, максимальная мощность двигателя с магнитами может быть увеличена.
Типично, двигатель с магнитами оснащается каналами охлаждения в корпусе двигателя с магнитами или рубашке, через которые охлаждающая среда может протекать.
Это означает, что сформировавшееся тепло должно достигать охлаждающей среды через конвекцию воздухом в статоре и затем посредством проведения через корпус двигателя с магнитами.
Другими словами, существует термическое сопротивление между теплом в обмотках и в охлаждающей среде.
Это означает, что охлаждение обмоток статора далеко от оптимального, таким образом, на практике, максимальная мощность двигателя с магнитами может увеличиваться лишь до ограниченной степени.
В документе предшествующего уровня техники WO 2018/083579 A1, являющимся прототипом заявленному изобретению, описывается приводной механизм для компрессорного элемента, упомянутый приводной механизм содержит электрический двигатель с корпусом двигателя, который образует камеру двигателя, в которой расположен ротор двигателя, выполненный с возможностью поворота относительно статора двигателя при помощи одного или более подшипников двигателя. Статор двигателя состоит из пластин, вокруг которых крепятся обмотки, а ротор двигателя состоит из вала с пластинами. Приводной механизм дополнительно оснащен охлаждающим ротором для воды. Указанный вал на роторе двигателя выполнен из нержавеющей стали. Вышеупомянутые обмотки залиты эпоксидной смолой, а вокруг каждой из пластин на роторе и статоре двигателя наложен композитный кожух. Однако в вышеуказанном документе предшествующего уровня техники не описывается и не раскрывается целенаправленное охлаждение головок или осевых концов обмоток.
В документе предшествующего уровня техники US 2004/109771 A1 описывается электрический компрессор закрытой конфигурации, имеющий электрический двигатель с обмоткой статора сегментного типа, которая охлаждается непосредственно охлаждается при помощи потока хладагента из впускного отверстия в корпусе, направленного на одну или обе концевые части катушки обмотки статора.
В документе предшествующего уровня техники WO 2005/080814 A1 описывается установка с улучшенной смазкой подшипников. Указанная установка состоит в основном из корпуса и ротора, который установлен на валу, причем указанный ротор обеспечен с возможностью поворота в вышеуказанном корпусе посредством смазанных маслом подшипников. Внутри корпуса, смазочные каналы предусмотрены с целью подачи масла на подшипники и слива масла из них. Для подвода и отвода хладагента предусмотрены охлаждающие каналы, которые открываются напротив вала, в месте между ротором и вышеуказанным подшипником.
Технической задачей заявленного изобретения является обеспечения оптимального охлаждения двигателя с магнитами.
С этой целью, предложено изобретение, относящееся к компрессорному устройству, оборудованному:
- компрессорным элементом с впускным отверстием для подачи газа и выпускным отверстием для выпуска сжатого газа;
- двигателем с магнитами, снабженным корпусом двигателя, включающим в себя статор двигателя и ротор двигателя, который установлен с возможностью вращения в статор двигателя, при этом статор двигателя включает в себя обмотки, и при этом корпус двигателя снабжен или действует в качестве охлаждающей рубашки,
- линией подачи масла, чтобы предоставлять возможность впрыска масла в двигатель с магнитами,
отличающемуся тем, что линия подачи масла соединена с одним или более соплами, которые направлены на головки или осевые концы обмоток статора двигателя, и с охлаждающей рубашкой двигателя с магнитами, причем головки или осевые концы обмоток снабжены защитным слоем.
Преимуществом является то, что посредством распыления масла непосредственно на головки или осевые концы обмоток, также называемые 'головками обмоток', головки обмоток могут охлаждаться гораздо более эффективно.
Масло будет способно рассеивать тепло гораздо более эффективно вследствие отсутствия теплового сопротивления между головками обмотки и маслом.
Поскольку головки обмоток снабжены защитным слоем, они защищаются от масла, распыляемого на них и, более важно, от какого-либо конденсата в масле.
Это будет предотвращать любые электрические проблемы, вызванные конденсатом.
Вследствие принудительного охлаждения головок обмоток температура будет расти менее быстро, таким образом, максимальная мощность электродвигателя может быть увеличена.
В практическом варианте осуществления линия подачи масла разветвляется на две линии ответвления, при этом первая линия ответвления соединяет линию подачи масла с упомянутыми соплами, а вторая линия ответвления соединяет линию подачи масла с охлаждающей рубашкой.
Посредством предоставления двух линий ответвления часть масла может быть направлена к охлаждающей рубашке, чтобы обеспечивать известное традиционное охлаждение двигателя, а другая часть к соплу или соплам, чтобы обеспечивать дополнительное, принудительное охлаждение головок обмотки.
Например, общее охлаждение двигателя может быть обеспечено таким способом, в котором масло будет охлаждать корпус двигателя, чтобы рассеивать тепло от двигателя, тогда как специальное охлаждение направлено на головки обмоток, которые типично являются горячими точками двигателя.
Кроме того, разветвленная подача масла предлагает возможность регулировать расход и/или температуру каждой подачи согласно требованиям или необходимости.
В альтернативном варианте осуществления линия подачи масла непосредственно соединяется с охлаждающей рубашкой, при этом все масло сначала идет к охлаждающей рубашке, а затем к соплам.
Когда масло прошло через охлаждающую рубашку, масло будет затем направлено к соплам и распылено на головки обмоток в двигателе.
Например, это может быть реализовано посредством предоставления внутренних каналов в двигателе и/или корпусе двигателя.
В отличие от случая упомянутого параллельного протекания масла с двумя линиями ответвления, такое последовательное протекание предлагает преимущество в том, что принудительное объединение может быть реализовано.
Конечно, не исключено, что масло сначала направляется к соплам, чтобы впрыскиваться на головки обмоток, и только затем идет охлаждающей рубашке.
В альтернативном варианте осуществления статор двигателя снабжен ориентированными в осевом направлении канавками или каналами, и/или ориентированные канавки или каналы предусматрены в корпусе в местоположении статора двигателя.
Эти канавки будут предоставлять возможность впрыснутому маслу протекать по статору двигателя и/или корпусу, в то же время обеспечивая дополнительное охлаждение.
Впрыснутое масло может также утекать между ротором двигателя и статором двигателя или через листы сердечника статора двигателя.
Чтобы лучше продемонстрировать характеристики изобретения, последующее раскрытие описывает, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, некоторые предпочтительные варианты осуществления компрессорного устройства согласно изобретению, со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых этом:
фиг.1 схематично показывает поперечное сечение части компрессорного устройства, как заявлено в изобретении;
фиг.2 показывает двигатель с магнитами на фиг.1 более подробно;
фиг.3 схематично показывает часть компрессорного устройства, показанного на фиг.1, вместе со связанным масляным контуром.
Фиг.1 является схематичным представлением компрессорного устройства 1 согласно изобретению.
Компрессорное устройство 1 содержит, главным образом, компрессорный элемент 2 и двигатель 3 с магнитами.
В этом случае, но не обязательно для изобретения, компрессорный элемент 2 снабжается винтовым компрессорным элементом.
Он содержит корпус 4 компрессора с впускным отверстием 5 для подачи газа, который должен быть сжат, и выпускным отверстием 6 для подачи сжатого газа.
Упомянутый газ может, например, но не обязательно для изобретения, быть воздухом.
Два работающих совместно винтовых ротора 7 устанавливаются в компрессорном корпусе 4, которые могут сжимать всасываемый газ посредством вращения.
Для этого винтовые роторы 7 со своими валами 8 устанавливаются с возможностью вращения в корпус 4 компрессора посредством подшипников 9.
Один из двух винтовых роторов 7 приводится в действие посредством упомянутого двигателя.
Фиг.2 показывает двигатель 3 подробно.
В этом случае, но не обязательно для изобретения, двигатель 3 с магнитами является двигателем 3 с постоянными магнитами.
Двигатель 3 содержит корпус 10 двигателя, который объединяет статор 11 двигателя и ротор 12 двигателя, который выполнен с возможностью вращения в статоре 11 двигателя.
Статор 11 двигателя снабжается обмотками 13, которые типично размещаются вокруг слоистого сердечника 14, также называемого листами сердечника.
Согласно изобретению, осевые концы 15 этих обмоток 13, также называемые 'головками' обмоток 12, снабжаются защитным слоем 16.
Это означает, что эти головки снабжаются слоем, который наносится на, поверх и вокруг обмоток 13.
Этот защитный слой 16 предпочтительно является теплопроводящим, электроизолирующим и водо- и маслостойким.
Защитный слой 16 может включать в себя эпоксидную смолу, например, но полимерный материал может являться другим вариантом.
Не исключено, что вместо лишь осевых концов 15 полные обмотки 13 или даже весь статор 11 двигателя имеют защитный слой 16.
С этой целью, защитный слой 16 будет проходить поверх всей обмотки 13 или поверх всего статора 11 двигателя.
Защитный слой 16 будет типично тонким слоем, например, от 0,1 миллиметра толщиной до 1 миллиметра толщиной. Конечно, не исключено, что, например, защитный слой 16 может находиться между одним и пятью миллиметрами толщиной.
Альтернативно, защитный слой 16 может быть гораздо толще, при этом осевые концы 15 обмоток 13 инкапсулированы в защитный материал. Очевидно, полные обмотки 13 или весь статор 11 двигателя могут также быть инкапсулированы в защитный материал.
В этом случае, корпус 10 двигателя также действует в качестве охлаждающей рубашки 17. Не исключено, что корпус 10 двигателя может снабжаться отдельной охлаждающей рубашкой 17.
Как показано на фиг.1, компрессорное устройство 1 является вертикальным компрессорным устройством 1, при этом ротор 12 двигателя для двигателя 3 с магнитами проходит в осевом направлении X-X', которое является вертикально размещенным при обычной работе компрессорного устройства 1, в то время как двигатель 3 с магнитами формирует головную или верхнюю часть компрессорного устройства 1, а компрессорный элемент 2 формирует основание или нижнюю часть компрессорного устройства 1.
Кроме того, согласно изобретению, линия 18 подачи масла также имеется, чтобы впрыскивать масло в двигатель 3 с магнитами.
Фиг.3 показывает эту линию 18 подачи масла. Как может быть видно, в этом примере, но не обязательно для изобретения, что она является частью масляного контура 19.
В этом случае, масляный контур 19 выполняется с возможностью направлять все масло сначала к двигателю 3, а затем к компрессорному элементу 2.
Из компрессорного элемента 2 масляный контур 19 осуществляет протекание обратно к двигателю 3 через масляный резервуар 20 и маслоохладитель 21, чтобы формировать замкнутый контур для масла.
Упомянутая линия 18 подачи масла соединяется с одним или более соплами 22, которые направлены на головки 15 или осевые концы 15 обмоток 13 статора 11 двигателя и охлаждающую рубашку 17 двигателя 3.
Эти сопла 22 будут распылять масло непосредственно на головки 15 обмоток 13 в форме потока масла или 'струи'.
Не исключено, что сопла 22 будут измельчать масло, т.е., распылять масло на головки 15 обмоток 13 в форме небольших капель.
В показанном примере вышеупомянутые сопла 22 располагаются на осевых концах 23 статора 11 двигателя и ротора 12 двигателя, при этом сопла 22 направлены в осевом направлении.
Множество сопел 22 может быть предусмотрено, например, от двух до восьми, и предпочтительно симметрично расположенных относительно оси X-X' ротора 12 двигателя.
В этом случае, сопла 22 располагаются на верхней стороне, т.е., на осевом торце 23 двигателя 3, обращенном от компрессорного элемента 2, но не исключено, что дополнительные или альтернативные сопла 22 располагаются на нижней стороне, т.е., на осевом торце 23 двигателя 3, направленном на компрессорный элемент 2.
Также является возможным, что сопла 22 располагаются на стороне корпуса 10 двигателя, которая находится в местоположении рубашки 24 корпуса 10 двигателя, при этом сопла 22 направлены в этом случае радиально, так что они направлены на головки 15 обмоток 13.
В этой ситуации также сопла 22 могут быть расположены на верхней стороне, также как и на нижней.
Точное местоположение сопел 22 будет зависеть от конструкции двигателя 3 в общем и от корпуса 10 двигателя, в частности.
Если корпус 10 двигателя не предоставляет возможность маслопроводу проходить через корпус 10 двигателя, альтернативным решением является проектирование ротора 12 двигателя, по меньшей мере, частично полым и объединение сопла 22 в этот полый ротор 12 двигателя.
Очевидно, тогда сопло 22 направляется радиально наружу, в то время как радиальный канал в роторе 12 двигателя предусматривается, чтобы предоставлять маслу возможность проходить через него.
Как изложено выше, линия 18 подачи масла соединяется с соплами 22 и с охлаждающей рубашкой 17.
Это означает, что масло, которое направляется через линию 18 подачи масла к двигателю 3, будет поступать и в сопла 22, и в охлаждающую рубашку 17.
В показанном примере это выполняется параллельно, поскольку линия 18 подачи масла разветвляется на две линии 25a, 25b ответвления, как показано на фиг.3.
Первая линия 25a ответвления соединяет линию 18 подачи масла с упомянутыми соплами 22, а вторая линия 25b ответвления соединяет линию 18 подачи масла с охлаждающей рубашкой 17.
В этом случае, компрессорное устройство 1 дополнительно оборудуется средством 26 для регулирования количества масла, протекающего в первую и вторую линии 25a, 25b ответвления, и к контроллеру 27, чтобы управлять упомянутым средством 26 управления.
Это предоставляет возможность регулирования количества масла, протекающего к соплам 22, между отсутствием масла и всем или почти всем маслом.
Если регулирующее средство 26 не предусматривается, масло будет впрыскиваться постоянно через сопла 22.
В этом случае, упомянутое регулирующее средство 26 проектируется как трехходовой клапан 28, но может также быть спроектировано как один обычный клапан, установленный в одной из двух линий 25a, 25b ответвления.
Кроме того, в этом примере, компрессорное устройство 1 имеет измерительное средство 29 для определения температуры головок 15 или осевых концов 15 обмоток 13 статора 11 двигателя, и контроллер 27 снабжается алгоритмом для управления регулирующим средством 26 на основе температуры головок или осевых концов 15 обмоток 13 статора 11 двигателя.
Это измерительное средство 29 включает в себя, например, температурный датчик.
Кроме того, в показанном примере, существует также ориентированные в осевом направлении канавки 30 или каналы, установленные в корпусе 10 двигателя в местоположении статора 11 двигателя.
Точно так же, как и сопла 22, эти канавки 30 могут находиться симметрично относительно оси X-X' ротора 12 двигателя.
Альтернативно или дополнительно, также является возможным предоставлять ориентированные в осевом направлении канавки 30 или каналы в самом статоре 11 двигателя.
Масло, которое впрыскивается через сопла 22, может вытекать по этим каналам или канавкам 30.
Масло может также вытекать через пространство между ротором 12 двигателя и статором 11 двигателя или через листы 14 сердечника статора 11 двигателя.
Работа компрессорного устройства 1 является очень простой и следующей.
Во время работы компрессорного элемента 1 компрессорный элемент 2 будет приводиться в действие двигателем 3 с магнитами.
Винтовые роторы 7 будут сжимать газ, который втягивается, посредством их совместного действия.
Во время работы масло будет впрыскиваться в компрессорный элемент 2, также как в двигатель 3.
Линия 18 подачи масла будет сначала направлять все масло к двигателю 3.
Вторая линия 25b ответвления будет направлять масло к охлаждающей рубашке 17.
Это масло будет способно вытягивать тепло из корпуса 10 двигателя известным способом, чтобы охлаждать двигателя 3.
Масло также направляется к соплам 22 через линию 18 подачи масла и первую линию 25a ответвления.
Как упомянуто выше, сопла 22 размещаются в подходящем местоположении, которое будет предоставлять возможность им распылять масло на фактические концы 15 обмоток 13 статора 11 двигателя.
Небольшие масляные капли будут способны вытягивать тепло из этих осевых концов 15 обмоток 13, которые будут тогда охлаждаться более эффективно по сравнению с маслом, протекающим через охлаждающую рубашку 17.
Защитный слой 16 на осевых концах 15 обмоток 13 защищает их от масла, распыляемого на них.
Контроллер 27 будет управлять тем, сколько масла направляется к соплам 22 через первую линию 25a ответвления.
С этой целью, у контроллера 27 имеется алгоритмом в этом случае для управления регулирующим средством 26 на основе температуры обмоток 13 статора 11 двигателя.
max
В этом случае, вышеупомянутый алгоритм является таким, что контроллер 27 будет управлять вышеупомянутым регулирующим средством 26 таким образом, что масло не будет протекать в первую линию 25a ответвления, когда температура осевых концов 15 обмоток 13, которая измеряется измерительным средством 29, ниже предварительно определенной максимальной температуры T.
Другими словами, только если температура головок 15 обмоток 13 повышается слишком высоко, так что охлаждение требуется, масло будет распыляться на них.
Также не исключено, что количество масла, которое направляется к соплам 22 через первую линию 25a ответвления, регулируется на основе измерений измерительного средства 29.
Распыленное масло может затем стекать тремя путями, по направлению к другим головкам или осевым концам 15 обмоток 13 для того, чтобы охлаждать эти осевые концы 15 обмоток 13 также.
Эти три пути существуют в форме:
- между корпусом 10 двигателя и статором 11 двигателя, через вышеупомянутые ориентированные в осевом направлении канавки 30 или каналы, предусмотренные в статоре 11 двигателя;
- между ротором 12 двигателя и статором 11 двигателя;
- через листы 14 сердечника статора 11 двигателя.
Масло будет также охлаждать статор 11 двигателя и возможно ротор 12 двигателя.
В этом случае, масло будет также протекать под действием силы тяжести через двигатель 3 в направлении компрессорного элемента 2.
Однако даже если это не будет касаться вертикального компрессорного элемента 1, масло будет все еще протекать по направлению к компрессорному элементу 2, под действием силы давления масла и/или вакуума, созданного посредством компрессорного элемента 2.
Когда масло достигло дна двигателя 3, оно будет направлено через масляный контур 19 к компрессорному элементу 2, чтобы впрыскиваться, например, в корпус 4 компрессора или подшипники 9.
Масло покинет компрессорное устройство 1 через выпускное отверстие 6 вместе со сжатым газом.
Маслоотделитель будет отделять его, и оно будет проходить через масляный контур 19 по масляному резервуару 20 и затем поступать в маслоохладитель 21, чтобы впрыскиваться обратно в двигатель 3 из него.
Хотя вышеописанный пример показывает и описывает подачу масла к соплам 22 и охлаждающей рубашке 17 параллельно, не исключено, что это выполняется последовательно.
Это означает, что маслопровод к соплам 22 и охлаждающей рубашке 17 может также быть скомпонован последовательно, при этом линия 18 подачи масла непосредственно соединяется с вышеупомянутой охлаждающей рубашкой 17, так что все масло сначала идет к охлаждающей рубашке 17, а затем к соплам 22.
Другими словами, линии 25a, 25b ответвления здесь не предусматриваются.
В этом случае, в корпусе 10 двигателя предусматриваются каналы, которые предоставляют возможность маслу, после направления через охлаждающую рубашку 17, направляться к соплам 22 для впрыска в двигатель 3.
Отметим, что также в этом случае, линия 18 подачи масла соединяется с соплами 22, хоть и не напрямую, а через охлаждающую рубашку 17 и любые дополнительные каналы в корпусе 10 двигателя.
Такой подход имеет преимущество отсутствия требования каких-либо дополнительных мер для регулирования подачи масла.
Настоящее изобретение никоим образом не ограничивается вариантами осуществления, описанными здесь только в качестве примеров и показанными на чертежах, а компрессорное устройство согласно изобретению может быть реализовано во всех формах и размерах без выхода за рамки изобретения.