Компрессорный агрегат

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к устройству спиральных компрессорных агрегатов.
Из уровня техники известен компрессорный агрегат, содержащий герметичный цилиндрический корпус с полостями низкого и высокого давления с магистралями соответственно всасывания и нагнетания, размещенные соосно корпусу электродвигатель с закрепленным на стенке корпуса статором и ротором с установленным в подшипниковых опорах валом, выполненным со сквозным осевым каналом и с торцевым цилиндрическим и с эксцентриситетом относительно оси вала углублением с размещенной в нем подшипниковой опорой, в которой установлен хвостовик подвижной спирали с возможностью ее плоскопараллельного перемещения, образующую с подвижной спиралью рабочую полость и связанную с корпусом соосно последнему неподвижную спираль, маслосборник, патрубок подачи масла из маслосборника в каналы подачи масла к трущимся деталям и маслоотделитель (Патент РФ №2434161 С1, опубл. 20.11.2011).
К недостаткам известного технического решения следует отнести его невысокую энергоэффективность, обусловленную:
- необходимостью использования вспомогательных (относительно энергоемких) средств для подачи смазки к трущимся деталям;
- размещением электродвигателя в полости высокого давления с повышенной (по сравнению с полостью низкого давления) температурой.
Наиболее близким к заявленному - прототипом - является компрессорный агрегат, содержащий герметичный цилиндрический корпус с полостями низкого и высокого давления с магистралями соответственно всасывания и нагнетания, размещенные соосно корпусу в полости низкого давления электродвигатель с закрепленным на стенке корпуса статором и ротором с установленным в крайней и срединной подшипниковых опорах валом, выполненным со сквозным осевым каналом, гидравлически соединенным с подшипником крайней опоры и с торцевым со стороны полости высокого давления, цилиндрическим и с эксцентриситетом e относительно оси вала углублением с размещенным в нем опорным подшипником, в котором с торцевым зазором относительно вала установлен хвостовик подвижной спирали с возможностью ее плоскопараллельного перемещения, и неподвижную спираль, образующую с подвижной спиралью рабочую полость и герметично связанную с корпусом соосно последнему, и размещенные в полости высокого давления маслосборник, патрубок подачи масла из маслосборника в размещенный в полости низкого давления охладитель масла, связанный осевым каналом вала с системой каналов подачи масла к трущимся деталям, и маслоотделитель (Патент РФ №2215190 С1, опубл. 27.10.2003).
Прототип свободен от недостатков, присущих аналогу, а именно:
- масло к трущимся деталям подается с использованием разности давлений в полостях компрессора, что исключает необходимость использования вспомогательных (относительно энергоемких) средств;
- электродвигатель размещен в полости низкого давления с «комфортной» пониженной (по сравнению с полостью высокого давления) температурой,
что способствует повышению энергоэффективности компрессорного агрегата в целом.
К недостаткам прототипа следует отнести сложность конструкции, обусловленную:
- наличием одновременно протяженного патрубка подачи масла к охладителю и разветвленной системы каналов подачи масла от охладителя к трущимся деталям;
- наличием встроенного охладителя, целесообразность использования которого зачастую сомнительна.
Задача полезной модели - исключение из конструкции встроенного охладителя вместе с протяженным патрубком подачи масла к нему.
Технический результат - упрощение конструкции.
2
1
2
1
1
1
2
2
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в компрессорном агрегате, содержащем герметичный цилиндрический корпус с полостями низкого и высокого давления с магистралями соответственно всасывания и нагнетания, размещенные соосно корпусу в полости низкого давления электродвигатель с закрепленным на стенке корпуса статором и ротором с установленным в крайней и срединной подшипниковых опорах валом, выполненным со сквозным осевым каналом, гидравлически соединенным с подшипником крайней опоры и с торцевым со стороны полости высокого давления, цилиндрическим с эксцентриситетом е относительно оси вала углублением с размещенным в нем опорным подшипником, в котором с торцевым зазором относительно вала установлен хвостовик подвижной спирали с возможностью ее плоскопараллельного перемещения под действием вращающегося вала, и неподвижную спираль, образующую с подвижной спиралью рабочую полость и герметично связанную с корпусом соосно последнему, и размещенные в полости высокого давления маслосборник, патрубок подачи масла из маслосборника в каналы подачи масла к трущимся деталям и маслоотделитель, каналы подачи масла к трущимся деталям выполнены последовательно сообщающимися согласно следующему: в неподвижной спирали - с входом от подведенного к ней патрубка подачи масла и с выходом к срединной подшипниковой опоре, в срединной подшипниковой опоре - с входом от канала в неподвижной спирали и с выходом к тыльной поверхности подвижной спирали с ответвлением к подшипнику срединной опоры, в подвижной спирали - с входом от канала в срединной подшипниковой опоре через хвостовик к сквозному осевому каналу вала, сообщающемуся с полостью низкого давления, причем в месте стыка канала срединой подшипниковой опоры с каналом подвижной спирали в последней концентрично входу канала выполнено углубление круглой формы диаметром d>2e-r, где r - радиус канала срединой подшипниковой опоры, а центр входа канала подвижной спирали смещен относительно центра выхода канала срединой подшипниковой опоры так, что Х=X+e×cosϕ; Y=Υ+е×sinϕ, где Х, Y, Х, Y - координаты центров соответственно входа канала подвижной спирали и выхода канала срединой подшипниковой опоры; φ - угол поворота оси подвижной спирали относительно оси вала, оптимально углубление в подвижной спирали выполнять так, что d=2e+r.
Полезная модель поясняется изображениями, на которых представлены: на Фиг.1 - осевое сечение компрессорного агрегата в вертикальном исполнении; на Фиг.2 - план углубления на входе канала подвижной спирали.
Согласно полезной модели компрессорный агрегат включает в себя:
- четыре опоры 1 для установки на амортизаторы (не показаны);
- магистрали всасывания 2 и нагнетания 3, выполнять которые оптимально парными для равномерного распределения нагрузки на амортизаторы и снижения вибрации компрессорного агрегата;
- клеммник 4 для подачи напряжения питающей сети к электродвигателю;
- герметичный корпус 5 (выполнен, как и в прототипе разъемным);
- капиллярную трубку 6 подачи жидкого холодильного агента для снижения температуры нагнетания;
- встроенный асинхронный электродвигатель, состоящий из статора 7, запрессованного в алюминиевый корпус 8, и ротора 9 с валом 10, опирающимся на шариковые подшипники качения 11 и 12 соответственно срединной 13 и концевой 14 подшипниковых опор, выполненным заодно с диском 15, обеспечивающим точную балансировку и снижение вибрации компрессорного агрегата посредством балансировочных винтов 16 (показаны пунктиром);
- подвижную спираль 17, хвостовик 18 которой опирается на два (как правило, но может быть и другое количество, например, один) опорных радиальных роликовых подшипника 19, размещенных в цилиндрическом углублении 20 вала 10, выполненном с эксцентриситетом е относительно оси вала;
- неподвижную спираль 21, через регулировочное кольцо 22 (не обязательно, можно и напрямую, но без возможности регулировки) позволяющую устанавливать торцевой зазор в соединении спиралей, и прифланцованную к срединной подшипниковой опоре 13 проставке 23 с разделением внутреннего объема корпуса компрессорного агрегата на полости всасывания 24 и нагнетания 25;
- клапан обратный 26, предотвращающий подачу масла из маслосборника 27 при остановке компрессорного агрегата;
- маслоотделитель сетчатый 28 для снижения уноса масла из компрессорного агрегата в магистраль нагнетания 3;
- обратный клапан 29, предотвращающий обратную раскрутку компрессора при остановке.
Для обеспечения надежной смазки трущихся поверхностей и подшипников качения подача масла осуществляется под действием перепада давления между полостями нагнетания и всасывания компрессорного агрегата через патрубок 30 подачи масла (через открывающий/запирающий встроенный клапан обратный 26, открывающий патрубок 30 при открытом положении под действием сжатого хладагента, и запирающий патрубок 30 в закрытом положении при выключенном электродвигателе, когда хладагент не нагнетается и не проходит через клапан обратный в полость нагнетания 25), вход которого опущен в маслосборник 27, а выход вмонтирован во вход канала 31 в неподвижной спирали 21. Канал 31 неподвижной спирали 21 имеет вход от подведенного к ней патрубка 30 подачи масла и выход к срединной подшипниковой опоре 13. В срединной подшипниковой опоре 13 выполнен канал 32 с входом от канала 31 и с выходом к тыльной поверхности подвижной спирали 17 с ответвлением 33 к подшипнику 11 срединной опоры 13. В подвижной спирали 17 выполнен канал 34 с входом от канала 32 и выходом через хвостовик 18 к сквозному осевому каналу 35 вала 10.
Работа компрессора происходит следующим образом.
При включенном электродвигателе и вращении вала 10, подвижная спираль 17 посредством муфты Ольдгейма 36 осуществляет плоскопараллельное (планетарное) движение с образованием на периферии подвижной и неподвижной спиралей растущих в объеме двух всасывающих полостей, в которых создается разрежение (аналогично прототипу и/или аналогу). Под действием этого разрежения через всасывающие патрубки 2 засасывается холодильный агент, который при своем движении сверху вниз охлаждает лобовые обмотки статора двигателя и, пройдя через зазор между корпусом 8 статора 7 и герметичным корпусом 5, охлаждает собственно статор 7, а также ротор 9 и статор 7, проходя в зазоре между статором и ротором. Далее через имеющиеся зазоры и/или каналы 37 (аналогично прототипу и/или аналогу) холодильный агент поступает на всасывание в спирали 17 и 21. Сжатый спиралями холодильный агент через центральное отверстие 38 в неподвижной спирали 21 и клапан обратный 26 поступает в нижнюю часть герметичного корпуса 5 и затем, пройдя через маслоотделитель сетчатый 28 и через прорези 39, патрубки 40 и обратный клапан 29, поступает в нагнетательные патрубки 3.
При этом в процессе работы компрессорного агрегата, за счет создаваемой разности давлений в полостях всасывания 24 и нагнетания 25, масло из маслосборника 27 поступает в патрубок 30 подачи масла и далее по каналам 31, 32, 34 и 35 до концевой подшипниковой опоры 14 и «сочится через край» вала 10 на подшипник 12, имеющий с каналом 35 гидравлическую связь, например, в виде зазора 41 крышки 42. Фактически, через подшипник 12 осуществляется гидравлическая связь осевого канала вала с полостью низкого давления. На опорные подшипники 19 масло поступает через торцевой зазор между валом 10 и хвостовиком 18 из канала 34. К подшипнику 11 масло поступает через ответвление 33, на трущиеся поверхности срединной подшипниковой опоры 13 и подвижной спирали 17 масло стекает из подшипников 11, 12 и 19.
2
1
2
1
1
1
2
2
Особым образом организована подача масла от неподвижного канала 32 к каналу 34, вход которого вместе с подвижной спиралью 17 совершает плоскопараллельное круговое (планетарное) движение с радиусом, равным эксцентриситету е. Чтобы подача масла была непрерывной, необходимо обеспечить непрерывность перекрытия выхода канала 32 и входа канала 34, что достигается тем, что на тыльной поверхности подвижной спирали 17 на входе канала 34 концентрично ему выполнено углубление круглой формы диаметром d>2e-r, а центр входа канала 34 смещен относительно центра выхода канала 32 так, что Х=X+e×cosϕ; Y=Υ+e×sinϕ, где Х, Y, X, Y - координаты центров соответственно входа канала подвижной спирали и выхода канала срединой подшипниковой опоры; (- угол поворота оси подвижной спирали относительно оси вала, совпадающий с углом взаимного положения входа и выхода вышеупомянутых каналов. В этом случае (см. Фиг.2) траектория 43 относительного перемещения каналов 32 и 34 будет лежать в пределах их перекрытия углублением 44, что позволяет существенно упростить конструкцию, организовав подачу масла кратчайшим путем. При d=2е+r упомянутое перекрытие будет полным, а на периферии углубления не будет образовываться застойной зоны.
Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача полезной модели - исключение из конструкции встроенного охладителя вместе с протяженным патрубком подачи масла к нему - решена, а заявленный технический результат - упрощение конструкции - достигнут.
Таким образом, при использовании заявленного технического решения выполняется следующая совокупность условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области машиностроения, в частности к устройству спиральных компрессорных агрегатов;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.