КОМПРЕССОР, ПАРОВАЯ КОМПРЕССИОННАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБЫ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ И СБОРКИ
COMPRESSOR, STEAM COMPRESSION PLANT AND METHODS OF THEIR OPERATION AND ASSEMBLY

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Испрашивается приоритет по патентной заявке США №62/342,666, поданной 27 мая 2016 года и озаглавленной «Штуцеры холодильного компрессора», патентной заявке США №62/236,206, поданной 2 октября 2015 года, озаглавленной «Комплекты резонаторов винтового компрессора» и патентной заявке США 62/203,858, поданной 11 августа, 2015 года, озаглавленной «полость экономайзера винтового компрессора для уменьшения пульсации», полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки, как если бы она была изложена подробно.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Изобретение относится к компрессорам. Более конкретно, данное изобретение относится к конструкции корпуса винтовых компрессоров.
[0003] Винтовые компрессоры часто используются в холодильных системах. В обычной конфигурации компрессора двигатель непосредственно приводит в действие один из винтов, в свою очередь, приводящий в действие один или два других винта. Двигатель содержится в моторном отсеке корпуса или оболочки компрессора. В типовом полугерметичном компрессоре впуск компрессора открыт в моторном отсеке так, что поступающий хладагент может охлаждать двигатель.
[0004] В типичной холодильной установке полный сборочный узел содержит один или два винтовых компрессора, смонтированных сверху конденсатора с водяным охлаждением. Холодильный или испарительный блок может также быть частью этого узла.
[0005] Как правило, компрессор будет содержать впускную крышку со штуцером, который в свою очередь может быть соединен со штуцером линии всасывания хладагента. В одной ситуации штуцер компрессора представляет собой штуцер с внутренней резьбой, с которым соединяется нарезной переходник штуцера.
Из DE 102013106344 известен холодильный компрессор, содержащий корпус компрессора, компрессорный элемент, расположенный в корпусе и приводимый в действие посредством привода, и по меньшей мере один несущий блок. Кроме того, из WO 2002053917 известен холодильный компрессор, который содержит цельный корпус, электрический мотор, расположенный в корпусе и содержащий статор и ротор, установленные на приводном валу, и винтовой компрессор.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Один аспект данного изобретения относится к компрессору, содержащему узел корпуса, имеющий множество каналов, в том числе канал всасывания и канал выпуска. Ведущий ротор установлен с возможностью вращения вокруг оси. Ведомый ротор зацеплен с ведущим ротором и установлен в корпусе с возможностью вращения вокруг оси для вытягивания потока из канала всасывания, сжатия этого потока и выпуска сжатого потока через канал выпуска. Узел корпуса содержит: оболочку двигателя и крышку, содержащую канал всасывания. Крышка содержит единый блок, образующий: установочную часть, закрепленную на смежном торце оболочки двигателя, достаточно большом для прохода двигателя; и часть штуцера, входящую в обод в канале всасывания, и имеющую внешний паз.
[0007] В одном или более любых из предшествующих вариантов реализации изобретения отношение внешнего диаметра D части штуцера к длине L крышки составляет от 0,9:1 до 1,7:1.
[0008] В одном или более любых из предшествующих вариантов реализации изобретения отношение внешнего диаметра части штуцера к максимальному поперечному размеру крышки составляет от 1:3 до 1:6.
[0009] В одном или более любых из предшествующих вариантов реализации изобретения крышка представляет собой литую деталь.
[0010] В одном или более любых из предшествующих вариантов реализации изобретения крышка по существу состоит из серого чугуна.
[0011] В одном или более любых из предшествующих вариантов реализации изобретения крышка прикреплена к оболочке двигателя комплектом из по меньшей мере 8 крепежных элементов.
[0012] Другой аспект данного изобретения относится к паровой компрессионной установке, содержащей компрессор, и дополнительно содержащей: теплообменник отвода тепла; теплообменник поглощения тепла; и проток, из канала выпуска последовательно проходящий через теплообменник отвода тепла и теплообменник поглощения тепла, и возвращающийся в канал всасывания.
[0013] В одном или более любых из предшествующих вариантов реализации изобретения паровая компрессионная установка представляет собой холодильник.
[0014] В одном или более любых из предшествующих вариантов реализации изобретения паровая компрессионная установка дополнительно содержит хомут, имеющий один фланец, расположенный в пазу, и другой фланец, расположенный в пазу линии всасывания.
[0015] В одном или более любых из предшествующих вариантов реализации изобретения хомут содержит первый и второй сегменты, каждый из которых содержит изогнутую центральную часть, а также первую и вторую концевую проушину.
[0016] В одном или более любых из предшествующих вариантов реализации изобретения: первый крепежный элемент соединяет первую концевую проушину первого сегмента со второй концевой проушиной второго сегмента; а второй крепежный элемент соединяет вторую концевую проушину первого сегмента с первой концевой проушиной второго сегмента.
[0017] В одном или более любых из предшествующих вариантов реализации изобретения способ эксплуатации компрессора или паровой компрессионной установки включает: приведение во вращение ведущего ротора и ведомого ротора для вытягивания потока из канала всасывания, сжатие потока, и выпуск сжатого потока через канал выпуска.
[0018] В одном или более любых из предшествующих вариантов реализации изобретения способ сборки или разборки компрессора или паровой компрессионной установки включает пропускание двигателя через указанный смежный торец.
[0019] Подробности одного или более вариантов реализации изложены в прилагаемых графических материалах и в следующем описании. Другие признаки, цели и преимущества изобретения станут очевидными из описания и графических материалов, а также из формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0020] Фиг. 1 представляет собой вид сбоку винтового компрессора.
[0021] Фиг. 2 представляет собой вид в центральном горизонтальном разрезе компрессора вдоль линии 2-2 по Фиг. 1.
[0022] Фиг. 2А представляет собой увеличенный вид впускного конца компрессора по Фиг. 2.
[0023] Фиг. 3 представляет собой вид в продольном вертикальном разрезе компрессора вдоль линии 3-3 по Фиг. 2.
[0024] Фиг. 4 представляет собой схематический вид паровой компрессионной установки, содержащей компрессор.
[0025] Фиг. 5 представляет собой вид в разрезе впускного соединения.
[0026] Фиг. 6 представляет собой вид впускного соединения.
[0027] Фиг. 7 представляет собой частичный внутренний вид системы холодильника с воздушным охлаждением.
[0028] На различных чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными символами и обозначениями.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0029] На Фиг. 1 изображен винтовой компрессор 20, имеющий корпус или оболочку (узел оболочки) 22, содержащий канал впуска или всасывания 24 и канал выпуска или выхода 26. Типовой канал всасывания 24 и канал выпуска 26 представляют собой осевые каналы (направленные в противоположных направлениях параллельно осям роторов). Узел оболочки содержит несколько главных частей, которые могут быть выполнены из литого или обработанного на станке сплава.
[0030] На Фиг. 2 изображен типовой компрессор, представляющий собой винтовой компрессор, конкретнее, двухроторный полугерметичный винтовой компрессор с прямым приводом. Типовые винты представляют собой соответственно ведущий ротор 30 и ведомый ротор 32. Ведущий ротор имеет рабочую часть 34 с лопастями. Ведомый ротор имеет рабочую часть 36 с лопастями, зацепленную с рабочей частью 34 ведущего ротора. В типовых вариантах реализации изобретения вращение ведущего ротора вокруг оси 500 обеспечивает двигатель 40, имеющий статор 42 и ротор 44. Типовой привод представляет собой непосредственный привод с расположенным вверх по потоку валом 46 ведущего ротора, закрепленным в роторе 44. Привод ведущего ротора вызывает взаимодействие между лопастями, заставляющими, в свою очередь, ведомый ротор вращаться вокруг своей оси 502.
[0031] Типовые роторы при вращении вокруг своих соответствующих осей опираются на один или более подшипников (например, на роликовые подшипники) вдоль частей вала, выступающих из противоположных концов каждой такой рабочей части ротора. В типовых вариантах реализации изобретения концевые подшипники, расположенные вверх по потоку, 50 и 52, соответственно, установлены в соединенных отсеках в главной оболочке (в главном элементе оболочки) 54 узла оболочки, образующего оболочку ротора и корпус оболочки двигателя. Часть оболочки ротора образует соответствующие каналы 56 и 58, вмещающие рабочие части с лопастями. На торце части оболочки двигателя, расположенном вверх по потоку, крышка или торцевая пластина 60 оболочки двигателя охватывает оболочку двигателя и создает впускной канал, например, через встроенный штуцер 62. Типовая крышка 60 (Фиг. 2А) прикреплена к торцу главного элемента 54 оболочки, расположенному вверх по потоку, с помощью кольца резьбовых крепежных элементов (винтов / болтов) 64 (например, по меньшей мере 8 крепежных элементов, конкретнее, от 15 до 40, или от 20 до 35), проходящих сквозь фланец крышки в резьбовые отверстия главного элемента оболочки. На Фиг. 2А изображена установочная поверхность 61 установочной части 63 крышки, сопряженная с торцом 55 впуска / всасывания элемента 54 оболочки. Перегородка 65 выходит внутрь и наружу / вверх по потоку из установочной части 63 в штуцер 62. На Фиг. 2А также изображена сопряженная плоскость 520 между крышкой и элементом 54 оболочки. Вдоль сопряженной плоскости может быть расположена прокладка (не показана). Отверстие оболочки на торце 55 достаточно велико, чтобы через него прошел двигатель.
[0032] На Фиг. 2А также изображен впускной фильтр 69, закрепленный (например, винтами) на внутренней поверхности крышки.
[0033] На Фиг. 2А также изображена плоскость 522 поверхности обода или торца 66 штуцера. Как обсуждается ниже, штуцер представляет собой штуцер с пазом, принимающий соответствующую муфту, соединяющую штуцер с торцевой частью линии всасывания, имеющей аналогичный паз.
[0034] На расположенном вниз по потоку торце главного элемента 54 оболочки узел оболочки содержит отдельный элемент оболочки с подшипниками (оболочку выпускного торца с подшипниками) 70, имеющий отсеки для подшипников, в которых установлены соответствующие подшипники 72 и 74 выпускного торца ведущего ротора и ведомого ротора. Выпускная оболочка (крышка или торцевая пластина) 80 может покрывать оболочку 70 с подшипниками и может образовывать канал выпуска, например, через штуцер 82 (Фиг. 3). Выпускная крышка 80 может быть закреплена, например, кольцом резьбовых крепежных элементов. В одном типовом варианте реализации изобретения крепежные элементы проходят сквозь оболочку с подшипниками в расположенный вниз по потоку торец главного элемента 54 оболочки.
[0035] При работе типовой проток 510 через компрессор проходит от канала 24 всасывания через оболочку двигателя (вокруг двигателя и/или через него) в камеру 100 всасывания (Фиг. 3) оболочки ротора, и затем через зацепленные роторы, в которых поток сжимается. Проток проходит в часть оболочки ротора с камерой 102 выпуска, и затем через перепускной канал 104 выпуска оболочки с подшипниками, образующий продолжение камеры выпуска. Выпускной клапан 106 (например, подпружиненный откидной клапан) может управлять потоком через камеру выпуска, препятствуя обратному потоку. В типовых вариантах реализации изобретения перепускной канал 104 отходит радиально от впускного конца 108 к выпускному концу 110 так, что выпускной конец находится в относительно внешнем положении в оболочке 70 подшипников. Это положение по существу смещено от канала 26 выпуска (например, приблизительно диаметрально смещено с типовой номинальной кольцевой формой в проекции оболочки с подшипниками и выпускной крышки). В типовых вариантах реализации изобретения конец 110 расположен в положении на двенадцать часов, если смотреть вверх по потоку, а канал 26 выпуска расположен в положении на шесть часов. Это смещение вызывает необходимость поперечного прохождения протока вниз от конца 110 и наличия клапана 106, чтобы достичь канала выпуска. Это смещение создает разрыв линии прямой видимости между камерой выпуска и каналом выпуска, способствуя гашению пульсаций, создаваемых открыванием полостей сжатия в камере выпуска. На Фиг. 3 также изображен поршень Vi 190.
[0036] На Фиг. 4 изображена паровая компрессионная установка 300, содержащая компрессор 20. Типовая паровая компрессионная установка 300 представляет собой основной холодильник, в котором проток 510 хладагента из компрессора проходит последовательно через конденсатор и охладитель перед тем, как вернуться в компрессор. Типовые охладители могут служить в качестве испарителей, поглощающих тепло из потока 322 воды или другого жидкого теплоносителя, и охлаждающие его для различных целей отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ). Аналогичным образом, конденсатор отводит тепло к потоку 320 воздуха или воды. На Фиг. 4 также изображено расширительное устройство 306, например, электронный расширительный клапан. Могут быть реализованы более сложные паровые компрессионные установки. Кроме того, могут быть использованы компрессоры различных конфигураций, в том числе компрессоры с каналами экономайзера, трехроторные компрессоры и тому подобное. Хотя показан типовой компрессор, имеющий поршень Vi 190 (Фиг. 3), могут присутствовать другие устройства выпуска или их может не быть вообще.
[0037] На Фиг. 4 изображена линия 330 выпуска и линия 332 всасывания. На Фиг. 5 и 6 изображена линия 332 всасывания, соединенная со штуцером 62 муфтой 340.
[0038] Типовая муфта 340 представляет собой систему соединения с пазом, например, производства компании Victaulic, Истон, Пенсильвания. Одна конкретная муфта представляет собой гибкую муфту Style 177 QuickVic™ компании Victaulic. Система соединения с пазом характеризуется пазами 200, 336 (Фиг. 5) на впускном штуцере и линии всасывания, вырезанными в соответствующих ободьях 66, 334 на концевых частях 204, 338, имеющих внешние поверхности 205, 339. На Фиг. 1 изображена часть 202 штуцера на противоположной стороне паза с таким же диаметром, как и концевая часть.
[0039] Такие муфты содержат хомут 350, имеющий металлический корпус, имеющий пару элементов 352, каждый из которых расположен вокруг приблизительно половины окружности трубы. Эти элементы имеют пару концевых проушин 354, 355 (Фиг. 6) на концах центральной изогнутой части 356, принимающих соответствующий винт, болт или другой крепежный элемент 358, устанавливаемый в соответствующую проушину другого элемента. Крепежные элементы могут быть затянуты, зацепляя хомут с соединяемыми элементами.
[0040] Каждый из элементов имеет поперечное сечение П-образного профиля с кольцевой частью полотна / полосы 364 и пару концевых фланцев 366, 368, расположенных радиально по направлению внутрь для захвата в соответствующих пазах. Уплотнение 380 зажато внутри профиля и имеет соответствующие кромки 382, 383, радиально прижатые для зацепления с соответствующей концевой частью внешней поверхности 205, 339 штуцера и трубы, соответственно.
G
G
R
[0041] При сборке прокладка может скользить по одному из: штуцера и линии всасывания, а затем приводиться в тесное соприкосновение с другим. Затем прокладку можно сдвинуть в осевом направлении (если необходимо) так, чтобы ее кромки вошли в зацепление с соответствующими концевыми частями вдоль внешнего диаметра их поверхности. Элементы 352 корпуса хомута затем можно собрать над соединением так, чтобы их фланцы вошли в соответствующие пазы. Крепежные элементы 358 можно установить и затянуть, чтобы затянуть хомут для его зацепления с соединяемыми элементами. На Фиг. 2А изображен характерный диаметр D штуцера в виде диаметра внешней поверхности 205. На Фиг. 5 изображена глубина паза D ниже этого диаметра и длина паза L. Паз вырезан в ободе 66 с длиной выреза L. Длина крышки L (Фиг. 2А) представляет собой расстояние между поверхностью 61 и ободом 66.
[0042] Отношение внешнего диаметра D части штуцера к длине L крышки составляет от 0,9:1 до 1,7:1, конкретнее, от 0,9:1 до 1,5:1. В качестве дополнительной характеристики большого поперечного размера, позволяющего провести двигатель через соответствующую часть оболочки, отношение D к максимальному поперечному размеру крышки составляет 1:3 или более, конкретнее, от 1:3 до 1:6, или от 1:3,5 до 1:5.
[0043] В типовой модификации базового компрессора базовый компрессор может иметь впускную крышку без штуцера с пазом, но имеющую маленький штуцер (например, на противоположных сторонах впускного отверстия могут быть отверстия с внутренней резьбой для крепления дополнительного соединителя). В некоторых вариантах реализации изобретения этот дополнительный соединитель может представлять собой соединитель с пазом, добавляющий дополнительную длину. Использование встроенного штуцера с пазом может сократить общую длину компрессора в такой ситуации. Крышка может быть изготовлена путем литья (например, из серого чугуна) с последующей обработкой на станке. Типовая обработка на станке включает фрезерование соответствующей поверхности, сверление / растачивание крепежных отверстий и чистовую обработку вокруг канала всасывания. В другом случае детали и технологии конструкции могут быть аналогичными с базовым компрессором.
[0044] Компрессор и холодильная система могут быть изготовлены с помощью других известных или разрабатываемых материалов и технологий.
[0045] В различных вариантах реализации изобретения использование встроенного штуцера может способствовать эффективности упаковки. Также можно уменьшить усилия по установке компрессора в соответствующий холодильник по сравнению с компрессорами, поставляемыми без соединительного штуцера с пазом. В качестве примера эффективности упаковки часто важна общая длина компрессора. В примере холодильной системы с водяным охлаждением компрессор установлен сверху корпуса испарителя, установленного сверху или частично сбоку корпуса конденсатора. Соображения эффективной работы испарителя диктуют оптимальное продольное положение канала выпуска хладагента из испарителя. Если этот канал выпуска (расположенный радиально на корпусе) соединен с компрессором простейшим способом (линией всасывания с коленом 90°), один конец диапазона возможных продольных положений компрессора строго определен. Сократив общую длину компрессора (начиная от муфты), можно уменьшить любой выступ выпускного торца (или других компонентов, расположенных вниз по потоку) за пределы соответствующего торца испарителя. Это может также иметь особенное значение в системах, имеющих два компрессора, расположенных в ряд сверху испарителя.
[0046] На Фиг. 7 проиллюстрирован пример холодильной системы 301 с воздушным охлаждением. Испаритель и пара компрессоров 20-1 и 20-2 установлены на основании 310 (показан внутренний вид справа). Конденсатор (не показан) представляет собой змеевик с воздушным охлаждением (например, V-образный блок с электрическим вентилятором), установленный в раме над испарителем и компрессорами. Выпуск каждого компрессора соединен с сепаратором 312 (показан только сепаратор, соединенный с компрессором 20-2). Видно, что выпускной торец компрессора 20-1 и соединенный с ним сепаратор (не показан) будет сильно выступать за пределы смежного торца испарителя. Таким образом, длина компрессора может потенциально определять общую длину, большую, чем диктует один только испаритель.
[0047] Термины «первый», «второй» и т.п. в описании и последующей формуле изобретения используются исключительно для различия в пределах пункта формулы изобретения, и не указывают на относительную или абсолютную значимость или последовательность во времени. Аналогично, в пункте формулы изобретения идентификация одного элемента как «первого» (и т.п.) не исключает использование «первого» элемента для обозначения элемента, обозначенного как «второй» (и т.д.) в другом пункте формулы изобретения, или описании.
[0048] Был описан один или более вариантов реализации изобретения. Тем не менее, следует понимать, что возможно внесение различных изменений. Например, при применении к существующей базовой системе, детали такой конфигурации или ее соответствующее применение могут влиять на детали конкретных вариантов реализации. Соответственно, другие варианты реализации изобретения входят в объем прилагаемой формулы изобретения.