ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА И ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОРНЫЙ АГРЕГАТ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1998 года по МПК F25B1/10 F25B31/02 F04D25/06 F04D29/58 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в холодильной технике.

Известна холодильная установка, содержащая конденсатор, испаритель, двухступенчатый центробежный компрессорный агрегат, выполненный со встроенным между ступенями центробежного компрессора электродвигателем, имеющим систему охлаждения с каналами подвода и отвода газового хладагента, сообщенными с внутренней полостью корпуса электродвигателя, при этом конденсатор своим входом подключен к выходу двухступенчатого центробежного компрессора, а выходом по одной линии сообщен через первый дросселирующий элемент со входом испарителя и по дополнительной линии через второй дросселирующий элемент с системой охлаждения электродвигателя, выход испарителя сообщен линией с входом двухступенчатого центробежного компрессора, а канал отвода газового хладагента сообщен с выходом второй ступени духступенчатого центробежного компрессора [1].

Недостатками известной холодильной установки являются низкая экономичность и низкая эксплуатационная надежность вследствие возможности попадания влажного пара на всасывание первой ступени двухступенчатого центробежного компрессора и наличие масла в системе, низкий диапазон регулирования, а также невозможность использования экологически безопасных хладагентов.

Известен центробежный компрессорный агрегат холодильной установки, содержащий две центробежные компрессорные ступени с рабочими колесами, диффузорными каналами, сборными камерами и патрубками входа и выхода второй ступени, встроенный между ступенями центробежного компрессора электродвигатель, ротор которого расположен с рабочими колесами центробежных ступеней на одном валу, установленном на подшипниках, а статор электродвигателя закреплен в его корпусе с образованием между ними охлаждающей рубашки, причем в корпусе электродвигателя выполнены канал для подвода газового хладагента и канал отвода газового хладагента, сообщенный с патрубком входа второй ступени центробежного компрессора [1].

Недостатками известного центробежного компрессорного агрегата холодильной установки являются низкая надежность из-за неудовлетворительной конструкции системы охлаждения электродвигателя, отсутствие полной компенсации осевых усилий на валу агрегата, большие габариты электродвигателя.

Изобретение в части холодильной установки направлено на увеличение экономичности, эксплуатационной надежности с одновременным обеспечением экологической безопасности за счет возможности использования экологически безопасных хладагентов, а также на расширение диапазона регулирования.

В части центробежного компрессорного агрегата холодильной установки изобретение направлено на увеличение надежности и снижение габаритов.

В заявленной холодильной установке, содержащей конденсатор, испаритель, двухступенчатый центробежный компрессорный агрегат, выполненный со встроенным между ступенями центробежного компрессора электродвигателем, имеющим систему охлаждения с каналами подвода и отвода газового хладагента, сообщенными с внутренней полостью электродвигателя, при этом конденсатор своим входом подключен к выходу двухступенчатого центробежного компрессора, а выходом по одной линии сообщен через первый дросселирующий элемент с входом испарителя и по дополнительной линии через второй дросселирующий элемент с системой охлаждения электродвигателя, выход испарителя сообщен линией с входом двухступенчатого центробежного компрессора, а канал отвода газового хладагента сообщен с выходом второй ступени двухступенчатого центробежного компрессора, предложено ее снабдить дополнительным дросселирующим элементом, сосудом-сепаратором, рекуперативным теплообменником, а систему охлаждения электродвигателя выполнить с изолированной от внутренней полости корпуса электродвигателя охлаждающей рубашкой, полость которой расположена между статором и корпусом электродвигателя и сообщена с дополнительными каналами подвода и отвода хладагента, при этом дополнительный дросселирующий элемент, выполненный в виде терморегулирующего вентиля, регулируемого по давлению и температуре хладагента на его входе, и сосуд-сепаратор последовательно установлены в линии, сообщающей выход конденсатора с испарителем, перед первым дросселирующим элементом, по газовой фазе сосуд-сепаратор подключен к каналу подвода газового хладагента, а рекуперативный теплообменник включен по охлаждающей среде в линию, сообщающую выход испарителя со входом компрессора, и по охлаждаемой среде в линию, сообщающую выход конденсатора с входом испарителя, за сосудом-сепаратором, причем дополнительная линия, идущая от конденсатора, подключена к дополнительному каналу подвода хладагента охлаждающей рубашки, дополнительный канал отвода хладагента подключен к сосуду-сепаратору, а второй дросселирующий элемент, расположенный в дополнительной линии, выполнен в виде терморегулирующего вентиля, регулируемого по давлению и температуре хладагента в дополнительном канале отвода хладагента.

Кроме того, первый дросселирующий элемент, установленный в линии, идущей от конденсатора к испарителю, выполнен в виде терморегулирующего вентиля, регулируемого по давлению и температуре хладагента на выходе испарителя.

Холодильная установка снабжена блоком управления частотой вращения электродвигателя по температуре воздуха, выходящего из испарителя.

В заявленном центробежном компрессорном агрегате холодильной установки, содержащем две центробежные ступени с рабочими колесами, диффузорными каналами, сборными камерами и патрубком входа и выхода, при этом патрубок выхода первой ступени сообщен напорным каналом с патрубком входа второй ступени, встроенный между степенями центробежного компрессора электродвигатель, ротор которого расположен с рабочими колесами центробежных компрессорных ступеней на одном валу, установленном на подшипниках, а статор электродвигателя закреплен в его корпусе с образованием между ними охлаждающей рубашки, причем в корпусе электродвигателя выполнены канал подвода газового хладагента и канал отвода газового хладагента, сообщенный с патрубком входа второй ступени центробежного компрессора, предлагается охлаждающую рубашку статора образовать выполненными на поверхности статора, обращенной к корпусу, продольными пазами, концевые участки которых сообщены с кольцевыми канавками, выполненными на внутренней поверхности корпуса электродвигателя, при этом каждая из кольцевых канавок сообщена соответственно с дополнительными каналами подвода или отвода газового хладагента, а каналы подвода и отвода газового хладагента подключены к внутренней полости корпуса электродвигателя с разных сторон его статора.

Кроме того, на поверхности статора, обращенной к ротору, выполнены продольные пазы.

У центробежного компрессорного агрегата вал может быть установлен как на радиальных газодинамических подшипниках, так и на подшипниках качения.

Центробежный компрессорный агрегат может быть снабжен двусторонним осевым подшипником, установленным на валу во внутренней полости корпуса электродвигателя между статором и одним из каналов подвода или отвода газового хладагента.

На фиг.1 представлена схема холодильной установки; на фиг.2 - продольный разрез центробежного компрессорного агрегата холодильной установки.

Холодильная установка (фиг.1) содержит конденсатор 1, испаритель 2, двухступенчатый центробежный компрессорный агрегат, выполненный со встроенным между ступенями 3 и 4 центробежного компрессора 5, электродвигателем 6, имеющем систему охлаждения с каналами 7 и 8 подвода и отвода газового хладагента, сообщенными с внутренней полостью 9 корпуса 10 электродвигателя 6, при этом конденсатор 1 своим входом 11 подключен к выходу 12 двухступенчатого центробежного компрессора 5, а выходом 13 по одной линии 14 сообщен через первый дросселирующий элемент 15 с входом 16 испарителя 2 и по дополнительной линии 17 через второй дросселирующий элемент 18 с системой охлаждения электродвигателя 6, выход 19 испарителя 2 сообщен линией 20 с входом 21 двухступенчатого центробежного компрессора 5, а канал 8 отвода газового хладагента сообщен с входом 22 второй ступени 4 двухступенчатого центробежного компрессора 5, причем установка снабжена дополнительным дросселирующим элементом 23, сосудом-сепаратором 24, рекуперативным теплообменником 25, а система охлаждения электродвигателя 6 выполнена с изолированной от внутренней полости 9 корпуса 10 электродвигателя 6 охлаждающей рубашкой 26, полость 27 которой расположена между статором 28 и корпусом 10 и сообщена с дополнительными каналами 29 и 30 подвода и отвода хладагента, при этом дополнительный дросселирующий элемент 23, выполненный в виде терморегулирующего вентиля, регулируемого по давлению и температуре хладагента на его входе, и сосуд-сепаратор 24 установлены в линии 14, сообщающей выход 13 конденсатора 1 с испарителем 2, перед первым дросселирующим элементом 15, по газовой фазе сосуд-сепаратор 14 подключен к каналу 7 подвода газового хладагента, а рекуперативный теплообменник 25 включен по охлаждающей среде в линию 20, сообщающую выход 19 испарителя со входом 21 двухступенчатого компрессора 5, и по охлаждаемой среде в линию 14, сообщающую выход 13 конденсатора 1 с выходом 16 испарителя 2, за сосудом-сепаратором 24, причем дополнительная линия 17, идущая от конденсатора 1, подключена к дополнительному каналу 29 подвода хладагента охлаждающей рубашки 26, дополнительный канал 30 отвода хладагента подключен к сосуду-сепаратору 24, а второй дросселирующий элемент 18, расположенный в дополнительной линии 17, выполнен в виде терморегулируемого вентиля, регулируемого по давлению и температуре хладагента в дополнительном канале 30 отвода хладагента.

Первый дросселирующий элемент 15, установленный в линии, идущей от конденсатора 1 к испарителю 2, выполнен в виде терморегулирующего вентиля, регулируемого по давлению к температуре хладагента на выходе 19 испарителя 2.

Холодильная установка снабжена блоком 31 управления частотой вращения электродвигателя 6 по температуре воздуха, выходящего из испарителя 2, от датчика 32 температуры.

Центробежный компрессорный агрегат холодильной установки содержит (фиг. 2) две центробежные компрессорные ступени 3 и 4 с рабочими колесами 33 и 34, диффузорными каналами 35 и 36, сборными камерами 37 и 38 и патрубками 39 и 40 входа и выхода, при этом патрубок 40 выхода первой ступени 3 сообщен напорным каналом 41 с патрубком 39 входа второй ступени 4, встроенный между ступенями 3 и 4 центробежного компрессора 5 электродвигателя 6, ротор 42 которого расположен с рабочими колесами 33 и 34 центробежных компрессорных ступеней 3 и 4 на одном валу 43, установленном на подшипниках 44, а статор 28 электродвигателя 6 закреплен в его корпусе 10 с образованием между ними охлаждающей рубашки 26, причем в корпусе 10 электродвигателя 6 выполнены канал 7 подвода газового хладагента и канал 8 отвода газового хладагента, сообщенный с патрубком 39 входа второй ступени 4 центробежного компрессора 5, причем охлаждающая рубашка 26 статора 28 образована выполненными на поверхности 45, обращенной к корпусу 10, продольными пазами 46, концевые участки которых сообщены с кольцевыми канавками 47 и 48, выполненными на внутренней поверхности 49 корпуса 10 электродвигателя 6, при этом каждая из кольцевых канавок 47 и 48 сообщена соответственно с дополнительными каналами 29, 30 подвода и отвода газового хладагента подключены к внутренней полости 9 корпуса 10 электродвигателя 6 с разных сторон его статора 28.

На поверхности 50 статора 28, обращенной к ротору 42, выполнены продольные пазы 51. Вал 43 установлен на радиальных газодинамических подшипниках или подшипниках качения.

Центробежный компрессорный агрегат снабжен двухсторонним осевым подшипником 52 на карданном подвесе 53, установленным на валу во внутренней полости 9 корпуса 10 электродвигателя 6 между статором 28 и одним из каналов 7 или 8 подвода или отвода газового хладагента.

Холодильная установка и центробежный компрессорный агрегат работают следующим образом. Подают электрическое напряжение на электродвигатель 6. Электродвигатель 6 приводит в работу центробежный компрессор 5. Пары хладагента отсасываются из испарителя 2 и, пройдя рекуперативный теплообменник 25, нагреваются. В первой ступени 3 центробежного компрессора 5 пары хладагента сжимаются и направляются на вход 22 второй ступени 4, где смешиваются с парами хладагента, поступающими по каналу 8 отвода газового хладагента из внутренней полости 9 корпуса 10 электродвигателя 6.

Во внутреннюю полость 9 пары хладагента поступают из сосуда-сепаратора 24 через канал 7 подвода газового хладагента. Пары хладагента, проходя по зазору между статором 28 и ротором 42 и по пазам 51, выполненными на поверхности 50 статора 28, к каналу 8 отвода газового хладагента охлаждают ротор 42 и статор 28 электродвигателя 6. После смешивания пары хладагента сжимаются во второй ступени 4 центробежного компрессора 5 и с его выхода 12 направляются на вход 11 конденсатора 1. В конденсаторе пары хладагента конденсируются вследствие отвода тепла охлаждающим воздухом.

Большая часть жидкого хладагента из конденсатора 1 по линии 14 направляется в сосуд-сепаратор 24 через первый дросселирующий элемент 23, выполненный в виде терморегулирующего вентиля, работающего по принципу переохлаждения жидкого хладагента, при этом жидкий хладагент дросселируется до промежуточного давления в сосуде-сепараторе 24, в котором происходит гидродинамическое разделение парожидкостной смеси хладагента на пар и жидкость.

Небольшая часть жидкого хладагента из конденсатора 1 по дополнительной линии 17 через второй дросселирующий элемент 18 направляется к дополнительному каналу 29 подвода хладагента и далее в полость 27 охлаждающей рубашки 26 электродвигателя 6, где происходит выпаривание части жидкого хладагента за счет отвода тепла от статора 28. Из полости охлаждающей рубашки 26 пар хладагента отводится по дополнительному каналу 30 отвода хладагента и направляется в сосуд-сепаратор 24.

Жидкий хладагент из сосуда-сепаратора 24, проходя через рекуперативный теплообменник 25, переохлаждается парами хладагента, выходящими из испарителя 2 по линии 20 и идущих далее на вход 21 первой ступени 3 центробежного компрессора 5. После рекуперативного теплообменника 25 жидкий хладагент дросселируется на первом дросселирующем элементе 15 и поступает на вход 16 испарителя 2. Таким образом, осуществляется циркуляция хладагента в холодильной установке.

Плавное регулирование холодопроизводительности холодильной установки осуществляют изменением числа оборотов ротора 42 с помощью блока 31 управления частотой вращения ротора электродвигателя по сигналу с датчика температуры 32.

С помощью блока 31 управления частотой вращения ротора 42 электродвигателя 6 обеспечивается постепенный разгон ротора 42 до оборотов, при которых вал 43 с ротором 42 и рабочими колесами 33 отрывается от поверхности радиальных газодинамических подшипников 44.

В предложенном центробежном компрессорном агрегате эффективное охлаждение статора 28 электродвигателя 5 со стороны охлаждающей рубашки 26 обусловлено образованием ее внутренней полости 27 продольными пазами 46, выполненными на поверхности 45 статора 28, что обеспечивает большую поверхность охлаждения статора, и кольцевыми канавками 47 и 48, выполненными на внутренней поверхности 49 корпуса 10 электродвигателя 5, по одной из которых поток хладагента, поступающий по дополнительному каналу 29 подвода хладагента, распределяется по продольным пазам 46, а по другой кольцевой канавке осуществляется сбор хладагента и его подача в дополнительный канал 30 отвода хладагента.

Расположением двустороннего осевого подшипника 52 с карданным подвесом 53 на валу 43 в корпусе 10 электродвигателя 5 между статором 25 и одним из каналов 7, 8 подвода и отвода газового хладагента обеспечивается его охлаждение проходящим через него хладагентом.

Предложенная холодильная установка за счет особенности ее схемы решения, а также за счет конструктивного выполнения центробежного компрессорного агрегата, входящего в состав холодильной установки, имеет возможность работать на озонобезопасных хладагентах с высокой молекулярной массой, например, хладагентах RC318, R218 и их смесях.

Использование: в холодильной технике. Сущность: холодильная установка содержит конденсатор, испаритель, двухступенчатый центробежный компрессорный агрегат с электродвигателем, имеющим систему охлаждения. Конденсатор входом подключен к выходу компрессора, а выходом сообщен - по одной линии через дополнительный дросселирующий элемент, сосуд-сепаратор и первый дросселирующий элемент - с входом испарителя, а по дополнительной линии через второй дросселирующий элемент - с системой охлаждения. Выход испарителя сообщен с входом компрессора. Особенностью установки является то, что она снабжена дополнительными дросселирующим элементом, сосудом-сепаратором, рекуперативным теплообменником, а система охлаждения выполнена с изолированной от внутренней полости корпуса электродвигателя охлаждающей рубашкой, полость которой расположена между статором и ротором и сообщена дополнительным каналом подвода хладагента с выходом второго дросселирующего элемента и дополнительным каналом отвода хладагента с сосудом-сепаратором, установленным последовательно с дополнительным дросселирующим элементом линии, идущей от конденсатора к испарителю. По газовой фазе сосуд-сепаратор подключен каналом подвода газового хладагента к внутренней полости корпуса электродвигателя, при этом канал отвода газового хладагента подключен к входу второй ступени компрессора. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Холодильная установка, содержащая конденсатор, испаритель, двухступенчатый центробежный компрессорный агрегат, выполненный со встроенным между ступенями центробежного компрессора электродвигателем, имеющим систему охлаждения с каналами подвода и отвода газового хладагента, сообщенными с внутренней полостью корпуса электродвигателя, при этом конденсатор своим входом подключен к выходу двухступенчатого центробежного компрессора, а выходом по одной линии сообщен через первый дросселирующий элемент с входом испарителя и по дополнительной линии через второй дросселирующий элемент с системой охлаждения электродвигателя, выход испарителя сообщен линией с входом двухступенчатого центробежного компрессора, а канал отвода газового хладагента сообщен с входом второй ступени двухступенчатого центробежного компрессора, отличающаяся тем, что установка снабжена дополнительными дросселирующим элементом, сосудом-сепаратором, рекуперативным теплообменником, а система охлаждения электродвигателя выполнена с изолированной от внутренней полости корпуса электродвигателя охлаждающей рубашкой, полость которой расположена между статором и корпусом и сообщена с дополнительными каналами подвода и отвода хладагента, при этом дополнительный дросселирующий элемент, выполненный в виде терморегулирующего вентиля, регулируемого по давлению и температуре хладагента на его входе, и сосуд-сепаратор последовательно установлены в линии, сообщающей выход конденсатора с испарителем, перед первым дросселирующим элементом, по газовой фазе сосуд-сепаратор подключен к каналу подвода газового хладагента, а рекуперативный теплообменник включен по охлаждающей среде в линию, сообщающую выход испарителя с входом компрессора и по охлаждаемой среде в линию, сообщающую выход конденсатора с входом испарителя, за сосудом-сепаратором, причем дополнительная линия, идущая от конденсатора, подключена к сосуду-сепаратору, а второй дросселирующий элемент, расположенный в дополнительной линии, выполнен в виде терморегулируемого вентиля, регулируемого по давлению и температуре хладагента в дополнительном канале отвода хладагента. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что первый дросселирующий элемент, установленный в линии, идущей от конденсатора к испарителю, выполнен в виде терморегулирующего вентиля, регулируемого по давлению и температуре хладагента на выходе испарителя. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена блоком управления частотой вращения ротора электродвигателя по температуре воздуха, выходящего из испарителя. 4. Центробежный компрессорный агрегат холодильной установки, содержащий две центробежные компрессорные ступени с рабочими колесами, диффузорными каналами, сборными камерами и патрубками входа и выхода, при этом патрубок выхода первой ступени сообщен напорным каналом с патрубком входа второй ступени, встроенный между ступенями центробежного компрессора электродвигатель, ротор которого расположен с рабочими колесами компрессорных ступеней на одном валу, установленном на подшипниках, а статор электродвигателя закреплен в его корпусе с образованием между ними охлаждающей рубашки, причем в корпусе электродвигателя выполнены канал подвода газового хладагента и канал отвода газового хладагента, сообщающийся с патрубком входа второй ступени центробежного компрессора, отличающийся тем, что охлаждающая рубашка статора образована выполненными на поверхности статора, обращенной к корпусу, продольными пазами, концевые участки которых сообщены с кольцевыми канавками, выполненными на внутренней поверхности корпуса электродвигателя, при этом каждая из кольцевых канавок сообщена соответственно с дополнительными каналами подвода или отвода хладагента, а каналы подвода и отвода газового хладагента подключены к внутренней полости корпуса электродвигателя с разных сторон его статора. 5. Агрегат по п. 4, отличающийся тем, что на поверхности статора, обращенной к ротору, выполнены продольные пазы. 6. Агрегат по п. 4, отличающийся тем, что вал агрегата установлен на радиальных газодинамических подшипниках или подшипниках качения. 7. Агрегат по п. 4, отличающийся тем, что он снабжен двусторонним осевым подшипником на карданном подвесе, установленном на валу во внутренней полости корпуса электродвигателя между статором и одним из каналов подвода или отвода газового хладагента.