CH384068A - Procédé de réfrigération d'un moteur électrique hermétiquement fermé et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Description

  Procédé de réfrigération d'un moteur électrique hermétiquement fermé  et dispositif pour sa mise en     #uvre       La présente invention a pour objets un procédé  de réfrigération d'un moteur électrique hermétique  ment fermé, comprenant un stator et un rotor séparés  par un espace d'air annulaire, et un dispositif pour  la mise en     #uvre    de ce procédé. Elle a notamment  pour but de permettre l'utilisation     efficace    d'une partie  d'une installation de réfrigération pour refroidir un  moteur entraînant le compresseur d'une telle installa  tion.  



  Un but de l'invention est de fournir un procédé  de réfrigération d'un moteur électrique permettant  de distribuer des quantités notables de liquide réfri  gérant dans les zones du moteur portées aux plus  hautes températures, de manière que le moteur puisse  absorber une énergie électrique d'entrée nettement plus  élevée que ce n'était possible jusqu'ici.  



  Ce procédé permet de construire une installation  de réfrigération comprenant un moteur d'entraîne  ment du compresseur dont les dimensions sont plus  faibles que celles des moteurs utilisés actuellement  pour une capacité de réfrigération donnée de l'instal  lation. Il est d'autre part possible de faire circuler  l'huile de lubrification des paliers du moteur sans  qu'elle soit gênée par le réfrigérant et sans effet défa  vorable sur le refroidissement ou sur le fonctionnement  du moteur. On peut diminuer ainsi le nombre de dis  positifs de contrôle coûteux qui sont nécessaires pour  assurer un fonctionnement correct dans diverses  conditions de service.  



  Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une  mise en     #uvre    du procédé objet de l'invention.  



  La     fig.    1 est une coupe axiale du moteur électrique  refroidi dans cette mise en     aeuvre.       La     fig.    2 est une coupe selon 2-2 de la     fig.    1.  La     fig.    3 est une coupe selon 3-3 de la     fig.    1.  La     fig.    4 est une vue schématique, partiellement  en coupe, d'une installation de réfrigération compre  nant le moteur représenté aux     fig.    1 à 3.  



  La     fig.    5 est une coupe, à plus grande échelle, d'un  organe représenté à la     fig.    1.  



  L'installation de réfrigération représentée à la       fig.    4 comprend un compresseur centrifuge de réfrigé  ration 10, un condenseur de réfrigération 12 et un  évaporateur de réfrigération 14, tous ces dispositifs  étant d'un type connu. Ces dispositifs sont     reliés    entre  eux par des conduits 16, 18 et 20 de manière à per  mettre la circulation d'un réfrigérant, par exemple un  composé organique fluoré. Le condenseur et l'évapo  rateur sont tous deux du type à enveloppe, des tubes  échangeurs de chaleur 22 et 24 étant disposés longi  tudinalement dans des enveloppes respectives de  manière à assurer un échange thermique entre un  fluide d'échange thermique (de l'eau par exemple) et  le réfrigérant.

   Le fluide d'échange thermique est évi  demment refroidi quand il passe à travers les tubes  du condenseur. Un dispositif usuel 26 d'élimination du  réfrigérant peut être monté au-dessus des tubes de  l'évaporateur.  



  Le compresseur 10 est entraîné par un moteur élec  trique à refroidir 28 qui comprend     (fig.    1) une enve  loppe hermétiquement fermée 30     reliée    directement à  une paroi 32 du compresseur. Un carter 33 porté par  une extrémité de l'enveloppe délimite une chambre 34  relativement petite dans laquelle est monté un palier  36 du type à pellicule d'huile pour l'arbre 46 du  moteur. Un autre palier 38 pour cet arbre est monté      dans une seconde chambre 40     limitée    par un carter  central creux 39 porté par un flasque 42.

   Les carters 33  et 39 sont agencés de manière à laisser de légers jeux 43  entre leurs parois et l'arbre 46 du moteur; de sorte  que le réfrigérant vaporisé provenant des chambres  intérieures 44 de l'enveloppe 30 peut s'écouler dans  les petites chambres 34 et 40.  



  En pratique, l'arbre 46 du moteur est relié à un  rotor à aubes non représenté disposé dans l'enveloppe  du compresseur. L'arbre 46 s'étend en travers d'un  rotor 54 du moteur, de type connu, logé dans un  stator 56. Le rotor comprend des barres 58 espacées  à sa circonférence et qui s'étendent     axialement        au-          delà    des deux extrémités du noyau du rotor pour per  mettre le montage de deux canaux annulaires 60 de       répartition    du     réfrigérant.    L'arrangement est tel qu'au  cours de la rotation du rotor 54,

   les canaux 60 reçoi  vent le réfrigérant liquide depuis des tuyères 62 et le  dirigent     dans        l'espace    d'air annulaire compris entre le  rotor et le stator afin de refroidir les surfaces de ces  derniers qui sont     portées    à une température élevée.  



  Le dispositif assurant l'amenée du réfrigérant  liquide aux tuyères 62 est représenté à la     fig.    4. Il  comprend deux conduites 64 et 66 pour le réfrigérant       liquide    qui partent d'une conduite de liquide com  mune 68 reliée à une chambre 70 située au-dessous du  condenseur 12. Grâce à cette construction, une petite       partie    du réfrigérant     liquide        sortant    du condenseur  (1 à 2     %    par exemple) est déviée dans les deux  tuyères 62.  



  Chaque tuyère 62     (fig.    2) décharge le réfrigérant  liquide directement dans le canal 60 correspondant,  d'où le liquide est projeté vers l'extérieur par la force  centrifuge sur les barres 58. Les canaux 60 présentent  l'avantage de     répartir    également le réfrigérant liquide  tout autour de la périphérie du rotor, de     sorte    que tous  les points périphériques du rotor reçoivent le réfrigé  rant nécessaire.

   Une joue extérieure 72     (fig.    5) de  chaque canal 60 s'étend     radialement    plus loin vers  l'intérieur à     partir    de la jante 76 qu'une joue inté  rieure 74, de     sorte    que le liquide est projeté en direc  tion des barres 58 plutôt qu'en direction des extrémités  de l'enveloppe du moteur. Les barres 58 agissent à la  manière d'une pompe centrifuge sur le liquide de       sorte    que     ce    dernier prend une énergie cinétique rela  tivement élevée, même quand le rotor tourne à une  vitesse relativement faible.

   Cette forte énergie ciné  tique est avantageuse parce qu'elle permet un déplace  ment rapide du réfrigérant liquide dans l'espace     rotor-          stator    après avoir heurté les     parties    extrêmes des  enroulements 78 du stator, de     sorte    que le liquide peut  pénétrer dans ledit espace avant d'être entièrement  vaporisé. Les chambres 44 aux extrémités de l'enve  loppe du moteur sont isolées des entrées de l'évapora  teur et du compresseur au moyen d'un siphon liquide  80. Par conséquent, l'aspiration produite par l'évapo  rateur et le compresseur n'agit pas sur les chambres 44.  Toutefois, comme on le verra plus loin, l'aspiration de  l'évaporateur agit sur l'espace rotor-stator de manière    à en aspirer le réfrigérant.

   La limitation de cette aspi  ration audit espace est avantageuse en ce sens que les  surfaces délimitant cet espace reçoivent     certainement     les quantités voulues de réfrigérant.  



  Pour établir une communication entre l'évaporateur  et l'espace rotor-stator, le stator présente des passages  radiaux 81 qui s'étendent depuis cet espace jusqu'à  la surface extérieure périphérique 82 du stator     (fig.    3).  On voit à la     fig.    1 que la surface     périphérique    82 est  espacée intérieurement de la surface intérieure de  l'enveloppe 30 par des pièces d'espacement 84 de  manière à délimiter un passage annulaire 86     (fig.    3).  Un     raccord    88 constituant un prolongement de l'en  veloppe 30 sert à amener le réfrigérant pratiquement  vaporisé dans un conduit 90 qui débouche dans l'éva  porateur 14     (fig.    4).

   En ce qui     concerne    le poids, le  débit du réfrigérant à travers le conduit 90 est rela  tivement faible et l'effet du conduit 90 sur     l'efficacité     de l'évaporateur est négligeable. Le conduit 90 pour  rait déboucher dans le conduit 20 et non dans l'éva  porateur.  



  Le conduit 90 comprend un plateau 92 percé d'un  trou     (fig.    4). La dimension du trou dans le plateau 92  est choisie de manière que la pression du réfrigérant  dans les chambres 44 soit légèrement supérieure à     la     pression du lubrifiant dans les chambres 34 et 40. De  cette manière, une petite quantité du réfrigérant s'écoule  des chambres 44 vers les chambres 34 et 40 et empêche  ainsi une perte et une accumulation du lubrifiant dans  le moteur.  



  En fonctionnement, le réfrigérant, en quantité  légèrement supérieure à la quantité théorique néces  saire pour refroidir le moteur, est amené à travers les  conduits 64 et 66, ce qui assure une quantité     suffisante     de réfrigérant pour empêcher     l'établissement    de zones  locales chaudes. Il existe donc une petite quantité de  réfrigérant liquide non vaporisé,     particulièrement    dans  les chambres extrêmes 44 du moteur où les tempéra  tures sont relativement basses. Le réfrigérant non vapo  risé est drainé depuis les chambres     44    à travers des       ouvertures    94 dans le siphon 80 où il est recueilli à  l'aide d'une soupape à flotteur usuelle 96.

   Le réfrigé  rant liquide est renvoyé dans l'installation par un  conduit 98 connecté au conduit 90     (fig.    4), dans l'exem  ple représenté, ou à tout autre point, par exemple  directement à l'évaporateur.  



  Le dispositif de lubrification du moteur comprend  une cuve 100 contenant un lubrifiant dans lequel est  immergé un moteur électrique 102 entraînant une  pompe de     lubrification    104. La sortie de     cette    pompe  est reliée à deux conduits 106 et<B>108</B> qui débouchent  dans des canaux de distribution 111 ménagés dans les  deux carters 33 et 39 de l'enveloppe 30     (fig.    1). Ces  canaux sont reliés à leur tour à des fentes de lubrifi  cation 113 formées dans les surfaces de palier des  paliers 36 et 38. Pendant le fonctionnement du dispo  sitif de lubrification, le lubrifiant est amené auxdites  surfaces de     paliers    par les fentes 113 et passe dans les  chambres 34 et 40.

   Des conduits de retour 107 et 109      du lubrifiant relient les chambres 34 et 40 à la cuve 100.  De petits passages 115 permettent aux parties des  chambres 34 et 40 éloignées des conduits 107 et 109  de communiquer avec ces derniers, de sorte que tout  le lubrifiant drainé peut atteindre la cuve 100 sans  produire une forte contre-pression indésirable au  voisinage d'une extrémité de chaque palier.  



  Comme indiqué précédemment, la pression du  réfrigérant dans les chambres 44 est maintenue  légèrement au-dessus de la pression d'huile dans les  chambres 34 et 40 (grâce au plateau- 92). Par consé  quent, les conduits de retour 107 et 109 contiennent  un mélange lubrifiant-réfrigérant. Le lubrifiant sur son  trajet de retour est     chauffé    par suite du frottement  produit par l'arbre du moteur et le réfrigérant entraîné  par le lubrifiant est dans la plupart des cas à l'état de  vapeur quand il entre dans la cuve 100. S'il n'est pas  complètement vaporisé, un petit corps de     chauffe    non  représenté peut être utilisé pour le vaporiser afin qu'il  puisse être séparé du lubrifiant et renvoyé dans le  circuit de circulation du réfrigérant.  



  Le réfrigérant vaporisé revient dans le circuit  depuis la cuve     100    par un conduit de ventilation 110.  Ce conduit 110     (fig.    4) se divise en deux dérivations  <B>1<I>1</I></B>4 et 116. La dérivation 116 contient une soupape 118  à solénoïde qui est normalement fermée pendant le  fonctionnement de l'installation. La dérivation 114  contient un plateau 112 percé d'un orifice de la dimen  sion voulue pour limiter     suffisamment    l'écoulement du  réfrigérant afin que la pression soit     suffisamment     élevée pour empêcher le désamorçage de la pompe 104.  



  La soupape<B>118</B> est reliée à un réseau électrique  de manière que lorsque le fonctionnement de l'instal  lation est coupé, la soupape 118 soit ouverte pour  laisser passer de grandes quantités de réfrigérant de la  cuve 100 au conduit 20. Cette action est nécessaire  parce qu'au cours de la coupure, la pression dans les  chambres 44 tombe plus rapidement que la pression  dans la cuve 100. A moins que le débit de ventilation  soit augmenté pendant cette période, il se produirait une  inversion de pression et l'huile jaillirait à travers les  jeux 43 dans les chambres 44. L'emploi de la dériva  tion<B>116</B> et de la soupape<B>118</B> permet d'assurer les  caractéristiques de ventilation voulues. On pourrait  évidemment utiliser d'autres moyens pour obtenir  l'augmentation nécessaire de la section transversale  de la conduite de ventilation à la coupure.

    



  En résumé, le fonctionnement de l'installation  implique la circulation d'une quantité importante de  réfrigérant entre le compresseur 10, le     condenseur    12  et l'évaporateur 14. Une petite quantité de réfrigérant  liquide, par exemple 1 ou 2     %,    est prélevée du conden  sateur dans les conduits 64 et 66, d'où le réfrigérant  est envoyé à travers le moteur. Une petite partie de  ce réfrigérant s'échappe à l'état de vapeur dans le  conduit 90, à travers le raccord 88, et une fraction est  drainée dans le siphon 80 sous forme liquide. Une très  petite partie de la vapeur du réfrigérant traversant le  moteur s'infiltre dans les chambres 34 et 40 et est    éventuellement renvoyée dans le courant principal du  réfrigérant par la conduite de ventilation 110.

   Le  lubrifiant est transporté continuellement de la cuve  100 et vers cette cuve par la pompe 104.

Claims (1)

1. REVENDICATION I Procédé de réfrigération d'un moteur électrique hermétiquement fermé comprenant un stator et un rotor séparés par un espace d'air annulaire, caracté risé en ce qu'on fait circuler un réfrigérant liquide radialement vers l'extérieur par centrifugation, à par tir d'une zone située à l'extérieur et à proximité de l'extrémité du rotor, de manière à l'envoyer dans ledit espace d'air. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on fait circuler le réfrigérant de manière qu'il heurte l'extrémité du stator adjacente à l'extrémité de l'espace d'air et qu'il soit réparti également tout autour de cette extrémité du stator. 2.

   Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on donne au réfrigérant liquide la forme d'un anneau en rotation d'un diamètre inférieur à celui de l'espace d'air. 3. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on fait circuler le réfrigérant vers un point médian de l'espace d'air, en le vaporisant au moins en partie. 4. Procédé selon la revendication 1, pour réfrigérer un moteur comprenant des paliers à travers lesquels passe un lubrifiant sous pression, caractérisé en ce qu'on maintient la pression du réfrigérant dans le moteur légèrement supérieure à la pression dans les paliers, afin d'assurer un écoulement du réfrigérant dans les paliers et d'empêcher le lubrifiant de pénétrer à l'intérieur du moteur et de s'y mélanger avec le réfrigérant. 5.

   Procédé selon la revendication I, pour réfrigérer le moteur d'une installation comprenant un compres seur entraîné par ce moteur et relié au côté haute pres sion d'un condenseur et au côté basse pression d'un évaporateur, caractérisé en ce qu'on fait circuler du réfrigérant liquide à partir du côté haute pression de l'installation dans le moteur jusqu'en une zone exté rieure au rotor et adjacente à une extrémité de ce dernier, on fait circuler le réfrigérant radialement vers l'extérieur par centrifugation afin qu'il entre dans l'espace d'air entre le rotor et le stator, puis axialement jusqu'en un point médian dudit espace d'air, on fait passer le réfrigérant radialement jusqu'à l'extérieur du stator,

   on retire le réfrigérant hors du moteur et on le conduit au côté basse pression de l'installation. 6. Procédé selon la sous-revendication 5, caractérisé en ce qu'on donne au réfrigérant la forme d'un anneau d'un diamètre inférieur à celui de l'espace d'air.. 7. Procédé selon la sous-revendication 6, caracté risé en ce qu'on décharge le réfrigérant liquide à partir dudit anneau du côté de ce dernier qui est adjacent au rotor.

   REVENDICATION II Dispositif pour la mise en aeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend un anneau monté à l'extérieur et à l'une des extrémités du rotor du moteur de manière à laisser un espace entre cet anneau et ladite extrémité, cet anneau pré sentant une rainure située à sa périphérie intérieure et agencée de manière à projeter le réfrigérant liquide dans ledit espace anneau-rotor et dans l'extrémité dudit espace d'air annulaire, et en ce qu'il comprend des moyens pour amener le réfrigérant liquide dans ladite rainure. SOUS-REVENDICATION 8.

   Dispositif selon la revendication II, caractérisé en ce que ladite rainure est limitée par une joue inté rieure et une joue extérieure, la joue intérieure étant située à proximité du rotor et étant plus courte que la joue extérieure.