DE69006453T2 - Schmierölrückgewinnungssystem. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Ölejektorsystem eines Kreiselverdichters und auf ein Verfahren zum Antreiben eines solchen Ölejektorsystems. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rückgewinnen von Öl, das sich in dem unteren Teil eines Kreiselverdichtereinlaßgehäuses ansaminelt
• In Kreiselverdichtern des Typs, wie sie in großen Klimaanlagen mit Kälteverdichter benutzt werden, gibt es von Haus aus die Tendenz, daß das Öl aus dem Getriebe zu anderen Teilen der Maschine wandert. Es ist deshalb in solchen Anlagen notwendig, die Möglichkeit vorzusehen, dieses verlorene Öl zurückzugewinnen und es in das Getriebe zurückzuleiten, um so einen ununterbrochenen Betrieb der Maschine zu gestatten und eine Verschlechterung der Wärmetauscherleistung, die durch Ölverunreinigung verursacht würde, zu vermeiden.
• Es ist übliche Praxis, zum Zurückgewinnen dieses verlorenen Öls ein Ölejektorsystem des Systemtyps zu benutzen, mit dem Öl aus einem unteren Teil des Kreiselverdichtereinlaßgehäuses abgesaugt und in einen Ölsumpf gefördert werden kann. Ein Ölejektorsystem dieses Typs ist aus der US-A-4 671 081 bekannt.
• In der DE-A-1 426 938 ist ein Ölejektorsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. Insbesondere beschreibt die DE-A-1 426 938 ein Ölejektorsystem mit einer Ejektorpumpe, die eine Niederdruckleitung hat, welche in Fluidverbindung mit dem unteren Einlaßgehäuseteil steht, und eine Auslaßdüse, die in Fluidverbindung mit dem Ölsumpf steht, wobei die Ejektorpumpe einen Hochdruckeinlaß hat, der mit Hochdruckkältemittel aus dem Verdichter versorgt wird. Ein Verfahren zum Antreiben eines Ölejektorsystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 ist ebenfalls aus der DE-A-1 426 938 bekannt.
• Üblicherweise ist es notwendig, Öl aus einem Stagnationsbereich nahe dem Kompressoreinlaß zu entfernen. Ein Ejektor wird üblicherweise für diesen Zweck benutzt, wobei der Ejektor durch Hochdruckauslaßgas angetrieben wird, welches dem Verdichterauslaßflansch in dem oberen Teil der Schnecke entnommen wird. Es wird kein Versuch gemacht, das Öl zurückzugewinnen, welches in den aerodynamischen Teil des Verdichters entweicht, bevor es in die Wärmetauscher gelangt.
• Bei einem neuen Kreiselverdichterentwurf hat die Anmelderin herausgefunden, daß es attraktiv ist, einen Sammler statt einer Schnecke in dem das Verdichterrad umgebenden Bereich zu benutzen. In einem solchen System gibt es zusätzlich zu dem Problem, daß Öl dazu tendiert, sich nahe dem Einlaßhohlraum anzusammeln, wie oben erläutert, auch ein Problem in bezug auf das Ansammeln von Öl in dem Sammler. Das heißt, während es in der Schnecke Umfangsdruckgradienten gibt, die Gas veranlassen, mit Geschwindigkeiten zu strömen, die ausreichend sind, um das Öl aus der Schnecke hinauszutreiben, weist ein Sammler Umfangsdruckgradienten in einem viel geringeren Ausmaß auf, und infolgedessen tendiert Öl dazu, sich am Boden des Sammlers anzusammeln. Wenn diese Ölansammlung übermäßig groß wird, wird sie die richtige Strömung von Gas aus dem Verdichter verhindern.
• Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Ölrückgewinnungssystem in einem Kreiselverdichter zu schaffen.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, in einem Kreiselverdichter einen Teil des Öls zurückzugewinnen, das in den aeorodynamischen Teil des Verdichters entweicht, bevor es in die Wärmetauscher gelangt.
• Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kreiselverdichters für die Verwendung eines Sammlergebildes statt einer Schnecke.
• Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kreiselverdichters, der einen Sammler hat, um das Problem des Ansammelns von Öl im unteren Teil des Sammlers zu vermeiden.
• Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Ölrückgewinnungssystems in einem Kreiselverdichter, das wirtschaftlich herstellbar und im Gebrauch effektiv ist.
• Zum Erreichen dieser Ziele ist das Ölejektorsystem nach der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
• Diese Ziele werden auch durch ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 und durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils desselben erreicht. Gemäß der Erfindung ist eine Hochdruckleitung zwischen einem unteren Teil eines Sammlers und dem Hochdruckeinlaß des Ejektors vorgesehen.
• Kurz gesagt, gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Ejektor, welcher benutzt wird, um das Öl aus dem Verdichtereinlaß abzusaugen, durch das Hochdruckgas angetrieben, das an einer Stelle im unteren Teil des Sammlers entnommen wird. Auf diese Weise erfüllt das Hochdruckgas dieselbe Funktion, die das Hochdruckgas aus dem oberen Teil der Schnecke erfüllte, es dient aber auch zum automatischen Absaugen von Öl, das dazu tendiert hat, sich im unteren Teil des Sammlers anzusammeln. Er gestattet deshalb das Rückgewinnen von Öl, welches aus dem Getriebe entweicht, bevor es die Wärmetauscher erreicht, und reduziert dadurch die Ölverunreinigung in den Wärmetauschern.
• In den Zeichnungen ist, wie im folgenden beschrieben, eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt; verschiedene andere Modifikationen und alternative Konstruktionen sind jedoch im Rahmen der Erfindung möglich.
• Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht eines Kreiselverdichters, in welchem die vorliegende Erfindung vorgesehen ist.
• In Fig. 1, auf die nun Bezug genommen wird, ist die Erfindung allgemein mit 10 bezeichnet und in einem Kreiselverdichter 11 installiert, der ein Verdichterrad 12 zum Beschleunigen von Kältemitteldampf auf eine hohe Geschwindigkeit, einen Diffusor 13 zum Abbremsen des Kältemittels auf eine niedrige Geschwindigkeit unter gleichzeitiger Umwandlung von kinetischer Energie in Druckenergie und einen Sammler 14 zum Sammeln des Auslaßdampfes zum anschließenden Einleiten in den Kondensator hat. Der Antrieb des Verdichterrades 12 erfolgt durch einen Elektromotor (nicht gezeigt), der in dem anderen Ende des Verdichters hermetisch abgedichtet ist und bewirkt, daß die Niedergeschwindigkeitswelle 16 in Drehung versetzt wird, die ihrerseits in Antriebsverbindung mit einem Antriebszahnrad 17, einem angetriebenen Zahnrad 18 und einer Hochgeschwindigkeitswelle 19 ist.
• Die Hochgeschwindigkeitswelle 19 ist durch die Lager 21 und 22 an ihren beiden Enden gelagert, wobei das Lager 22 sowohl als Radiallager zum Aufrechterhalten der Radialposition der Welle 19 als auch als Axiallager zum Aufrechterhalten der Axialposition derselben dient.
• Die Schmierung dieser Lager erfolgt folgendermaßen. Nach der Schmierung des Niedergeschwindigkeitslagers 23 strömt das Öl abwärts durch einen Durchlaß 24, um das Lager 21 zu schmieren. Das Öl läuft dann von der linken Seite des Lagers 21 durch die öffnung 26, um in den Sumpf 27 einzutreten. Ebenso strömt es von der rechten Seite des Lagers aus durch die Öffnung 28 in den Sumpf 27. Die Öffnung 26 nimmt auch den Strom von Öl aus dem Durchlaß 29 auf, welcher seinerseits das Öl aus dem anderen Niedergeschwindigkeitswellenlager (nicht gezeigt) empfängt.
• Bei dem Lager 22 an dem anderen Ende der Hochgeschwindigkeitswelle 19 auf das nun Bezug genommen wird, ist ein Ölversorgungsdurchlaß 31 als ein Kanal für Öl vorgesehen, das radial einwärts zu den Lageroberflächen strömt, und ein Ölschleuderring 32 ist vorgesehen, um das Öl von der Welle 19 radial nach außen zu schleudern. Ein ringförmiger Hohlraum 33 dient dann zum Empfangen des Öls, das von dem Lager 22 weggeschleudert wird und zum Erleichtern des Wegförderns des Öls durch einen Durchlaß 34 zurück zu dem Sumpf 27.
• Um eine Gegenwirkung gegen den aerodynamischen Schub zu schaffen, der durch das Verdichterrad 12 entwickelt wird, ist ein Ausgleichskolben mittels eines Niederdruckhohlraums 36 hinter dem Verdichterrad 12 gebildet. Ein Durchlaß 37 ist in dem Verdichterrad 12 vorgesehen, um den Druck in dem Hohlraum 36 auf demselben niedrigen Druck wie dem in dem Verdichtersaugbereich zu halten, der insgesamt mit der Zahl 38 bezeichnet ist. Da der Druck in dem Getriebegehäuse 41 höher ist als der in dem Hohlraum 36, und insbesondere bei Teillastbetrieb, ist eine Labyrinthdichtung zwischen dem Lager 22 und dem Verdichterrad 12 vorgesehen, um diesen Bereich gegen das Einströmen von Öl aus dem Getriebe in den Ausgleichskolben 36 abzudichten. Dieses Prinzip ist ebenso wie das weitere Prinzip, die Labyrinthdichtung unter Druck zu setzen, indem sie mit Hochdruckgas beaufschlagt wird, bekannt. Der Hochdruckdampf zur Druckbeaufschlagung der Labyrinthdichtung wird über die Leitung 42 und deren zugeordnete Durchlässe, die mit 43 bezeichnet sind, eingeleitet.
• Es wird nun darauf Bezug genommen, auf welche Weise die Kältemittelströmung in dem Verdichter 11 vor sich geht. Das Kältemittel tritt in die Einlaßöffnung 44 des Sauggehäuses 46 durch die Schaufelringbaugruppe 47 und die Leitschaufeln 39 ein und gelangt dann in den Verdichtungssaugbereich 38, der auf seiner äußeren Seite durch den Mantel 48 gebildet ist. Das Kältemittel strömt dann in das Verdichterrad 12, wo es verdichtet wird.
• Wenn das Kältemittel aus dem Verdichter in den Verdampfer eintritt, ist es hauptsächlich im gasförmigen Zustand; es sind jedoch Flüssigkeitströpfchen darin suspendiert, die aus einer Kombination von flüssigem Kältemittel und Öl gebildet sind. Wenn sie in das Sauggehäuse 46 eintreten und durch die Schaufelringbaugruppe 47 hindurchgehen, tendieren die Tröpfchen dazu, auf die Seitenwände dieser Gebilde aufzuprallen. Bei ihrer axialen Bewegung längs dieser Seitenwände gelangen die Tröpfchen später in einen Spalt 49 zwischen der Schaufelringbaugruppe 47 und dem Mantel 48. Das Öl tendiert dazu, an der Oberfläche, mit der es in Kontakt ist, zu haften und ist daher nicht in der Lage, den Spalt zwischen den Teilen zu überbrücken. Schließlich sammelt sich Öl bis zu dem Punkt an, wo es beginnt, in dem Spalt nach unten und in den Hohlraum 51 in dem unteren Teil des Sauggehäuses 46 zu laufen. Da jede Ansammlung von Öl in dem Hohlraum 51 die Folge davon ist, daß Öl aus dem aktiven Schmiersystem entfernt worden ist, ist es wichtig, daß das Öl aus dem Hohlraum 51 entfernt und in das Schmiersystem zurückgeleitet wird. Für diesen Zweck wird üblicherweise ein Ejektor benutzt. Das Ejektorsystem nach der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich jedoch von dem von vorhandenen Systemen und erfüllt eine weitere wichtige Funktion, wie die folgende Beschreibung zeigen wird.
• Ähnlich wie bei existierenden Systemen ist das offene Ende 53 der Saug- oder Niederdruckleitung 52 im unteren Teil des Hohlraums 51 angeordnet, so daß eine Fluidverbindung zwischen diesem Punkt und der Saugöffnung 54 des Ejektors 56 besteht. Anders als bei existierenden Systemen ist das Einlaßende 58 der Hochdruckleitung 57 im unteren Teil des Sammlers 14 angeordnet, wie gezeigt, und stellt eine Fluidverbindung mit der Hochdrucksaugöffnung 59 des Ejektors 56 her.
• Im Betrieb strömt der Hochdruckkältemitteldampf in dem Sammler 14 in die Hochdruckleitung 57, um den Ejektor 56 anzutreiben, der seinerseits eine Sogwirkung in der Unterdruckleitung 52 erzeugt, um das angesammelte Öl aus dem unteren Teil des Hohlraums 51 zu pumpen, das dann über die Auslaßleitung 61 in den Sumpf 27 abgegeben wird. Wegen des Aufbaus und der Betriebseigenschaften des Sammlers eines arbeitenden Kreiselverdichters wird das Öl dazu tendieren, sich in dem unteren Teil des Sammlers anzusammeln. Wenn das Hochdruckkältemittel in das Einlaßende 58 der Hochdruckleitung eintritt, wird es jedem derartigen angesammelten Öl gestatten, ebenfalls in die Hochdruckleitung 57 und durch den Ejektor 56 zu strömen, um zusammen mit dem Pumpöl aus dem Hohlraum 51 über die Auslaßleitung 61 in den Sumpf 27 abgegeben zu werden. Auf diese Weise pumpt der Ejektor 56 sowohl das Öl aus dem Hohlraum 51 als auch aus dem unteren Teil des Sammlers 14.

Claims (3)

1. Ölejektorsystem des Typs, mittels welchem Öl aus dem unteren Teil eines Kreiselverdichtereinlaßgehäuses (51) absaugbar und in einen Ölsumpf (27) beförderbar ist, wobei das Ölejektorsystem aufweist:

eine Ejektorpumpe (56) mit einer Niederdruckleitung (52), die in Fluidverbindung mit dem unteren Teil des Einlaßgehäuses (51) steht, und eine Auslaßdüse (61), die in Fluidverbindung mit dem Ölsumpf (27) steht, wobei die Ejektorpumpe (56) einen Hochdruckeinlaß (58) hat, der mit Hochdruckkältemittel aus dem Verdichter (11) versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter eine Hochdruckleitung (57) aufweist, die eine Fluidverbindung zwischen einem unteren Teil eines Sammlers (14) und dem Hochdruckeinlaß (58) der Ejektorpumpe (56) herstellt,

wobei der Hochdruckeinlaß (58) mit einer Hochdruckströmung von Fluid aus dem unteren Teil des Sammlers (14) versorgt wird, der Hochdruckkältemittel sowie eine Ansammlung von Schmieröl enthält.

2. Ölejektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (14) das verdichtete Kältemittel sammelt, nachdem es einen Diffusorteil des Verdichters (11) verlassen hat, wobei der Sammler (14) einen im wesentlichen symmetrischen Umfangsquerschnitt hat und wobei sich eine Ansammlung von Öl in seinem unteren Teil ergeben kann, so daß die Hochdruckejektorleitung (57) gleichzeitig den Ejektor antreibt und das angesammelte Öl aus dem unteren Teil des Sammlers (14) absaugt.

3. Verfahren zum Antreiben eines Ölejektionssystems des Typs, mittels welchem Öl aus dem Einlaßgehäuse (51) eines Kreiselverdichters (11) absaugbar und einem Ölsumpf (27) zuführbar ist, beinhaltend die Schritte:

Vorsehen einer Niederdruckleitung (52) eines Ejektors (56) zwischen dem Einlaßgehäuse (51) und einer Auslaßdüse (61), die mit dem Ölsumpf (27) verbunden ist und ein Hindurchströmen von Niederdruckfluid gestattet, Versorgen eines Hochdruckeinlasses (58) des Ejektors (56) mit einer Hochdruckströmung von Fluid aus dem Verdichter (11) gekennzeichnet durch die Schritte: Vorsehen einer Hochdruckejektorleitung (57) zwischen dem unteren Teil eines Sammlers (14), in welchem sich Öl im unteren Teil ansammeln kann, und dem Hochdruckeinlaß (58) des Ejektors (56) und Gestatten des Strämens von Hochdruckfluid darin,

wodurch die Hochdruckströmung gleichzeitig benutzt wird, um den Ejektor (56) anzutreiben und das angesammelte Öl aus dem unteren Teil des Sammlers (14) abzusaugen.