BRPI0614952A2 - compressor de parafuso de baixa pressão melhorado - Google Patents
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Abstract
COMPRESSOR DE PARAFUSO DE BAIXA PRESSãO MELHORADO. Compressor de parafuso de baixa pressão melhorado equipado com uma carcaça de rotor (2), com um lado de admissão e um lado de descarqa, nesta carcaça (2) sendo colocados dois rotores (3 e 4), cada um consistindo em um eixo (5, 7 respectivamente) e um parafuso (6, 8 respectivamente), que é instalado em volta do eixo supra mencionado (5 ou 7), sendo que os rotores (3 e 4) são montados com seus eixos (5 ou 7) em rolamentos na dita carcaça de rotor (2) , e onde cada rotor (3 e 4) é montado em rolamentos no lado de admissão da carcaça de rotor (2) através de um único rolamento livre e, no lado de descarga da carcaça de rotor através de um único rolamento cilíndrico fixo (15).
Description
COMPRESSOR DE PARAFUSO DE BAIXA PRESSÃO MELHORADO
A presente invenção se refere a um compressor deparafuso de baixa pressão melhorado, ou o que é chamado deum soprador de parafuso.
Em particular, a presente invenção se refere a umcompressor de parafuso de baixa pressão melhorado que éequipado com uma carcaça de rotor na qual estão instaladosdois rotores que consistem em um eixo e um parafusocolocado à volta do eixo supracitado, sendo que os rotoressupracitados estão colocados na carcaça de rotor de umaforma rotativa, uma vez que estão com seus respectivoseixos montados em rolamentos, de cada um dos lados nointerior da carcaça de rotor.
Compressores de parafuso de baixa pressão ousopradores de parafuso, como são chamados, são compressoresparticularmente projetados para fornecer um grande fluxo degás comprimido a pressões relativamente reduzidas, emoutras palavras, pressões usualmente na casa de um a trêsbar de pressão relativa, no máximo, em relação à pressãoambiente.
Compressores de parafuso de alta pressão já sãoconhecidos, por exemplo, onde os rotores mencionados acimasão montados em rolamentos, em seu lado de admissão atravésde um rolamento cilíndrico de fileira única e um rolamentode contato de quatro pontos, enquanto que em seu lado dedescarga eles são montados em rolamentos através de umrolamento cilíndrico de fileira única e de um rolamento deencosto.
A presença do rolamento de encosto, mencionado acima,é requerida em tais conhecidos compressores de parafuso, emvirtude de que consideráveis forças axiais são exercidasnos rotores quando tais compressores de alta pressão sãooperados, tais como forças de gases e forças provenientesde rodas de engrenagens de acionamento e/ou rodas deengrenagens de sincronização.
Uma desvantagem de tais conhecidos compressores deparafuso de alta pressão é que eles são relativamente carosdevido ao citado arranjo de rolamentos, e que a suamontagem demanda um tempo considerável, devido ao númerorelativamente grande de rolamentos, e do seu alinhamento.
Uma outra desvantagem de tais conhecidos compressoresde parafuso é que o arranjo dos rolamentos é altamentesuperdimensionado para as aplicações de baixa pressão.
Os chamados sopradores Roots já são conhecidos,equipados com dois rotores que interagem, montados emrolamentos em uma carcaça de rotor através de, por exemplo,um rolamento de contato esférico, angular, de fileiradupla, em um lado da carcaça de rotor, e da combinação deum rolamento esférico com, ou um rolamento esférico desulco profundo, ou um rolamento cilíndrico.
Uma vez que os sopradores Roots conhecidos têmvelocidades de rotação limitadas de apenas três milrotações por minuto, em média, a, no máximo, cinco milrotações por minuto, e que os rolamentos não estão sobcarga de forças axiais, um tal arranjo de rolamentos épossível, mas no caso de compressores de parafuso de baixapressão que normalmente trabalham a velocidades de rotaçãode seis mil ou mais rotações por minuto, o uso do padrãoacima mencionado de rolamentos esféricos angulares de duasfileiras é excluído, devido a restrições técnicas impostaspelos fabricantes de rolamentos.
A presente invenção visa remediar um ou vários dosproblemas mencionados acima e outras desvantagens.
Para este fim, a presente invenção se refere a umcompressor de parafuso de baixa pressão que é equipado comuma carcaça de rotor na qual estão colocados dois rotoresque interagem, cada um consistindo em um eixo com umparafuso instalado à volta do dito eixo, onde os rotoresmencionados acima são instalados de uma forma girante, umavez que são montados com seus respectivos eixos emrolamentos, a cada lado da carcaça de rotor, sendo que cadaum dos rotores mencionados acima está montado emrolamentos, no lado de admissão da carcaça de rotor atravésde um único rolamento esférico de sulco profundo solto, edo lado de descarga da carcaça de rotor através de umarolamento cilíndrico fixo; e sendo que é equipado com umatuador que empurra um ou ambos os rotores na direção dadescarga da carcaça de rotor, atuador este construído naforma de ao menos uma mola que se estende entre a carcaça eo rotor, resultando que a folga na ponta, entre os rotorese a carcaça de rotor no lado de descarga, é minimizada.
Por "rolamentos cilíndricos" quer-se falar derolamentos que têm anéis externo e interno concêntricos,entre os quais são colocados elementos rotativoscilíndricos que são feitos na forma de roletes cilíndricos.
Pelo termo "rolamento esférico de sulco profundo"significa-se um rolamento que é equipado com anéis externoe interno concêntricos, nos quais estão feitos sulcosopostos uns ao outros, onde são colocados elementosrotativos na forma de esferas redondas.Na prática, tais rolamentos esféricos de sulcoprofundo também são chamados de rolamentos esféricos desulco ou mesmo, abreviadamente, rolamentos de esferas.
Uma vantagem de um compressor de parafuso melhoradosegundo a invenção é que, devido ao uso de rolamentoscilíndricos, ele pode ser feito de forma compacta, pois queestes rolamentos têm apenas uma largura axial limitada.
Outra vantagem de um compressor de parafuso melhoradosegundo a invenção é que ele é capaz de absorver grandesesforços radiais, e também que as forças radiais podem serabsorvidas via os flanges de tais rolamentos cilíndricos.
Desde que o rolamento solto mencionado acima é feitona forma de um rolamento esférico de sulco profundo, e quemeios adicionais são fornecidos de forma a empurrar um ouambos os rotores na direção de descarga da carcaça derotor, o compressor de parafuso melhorado de acordo com ainvenção apresenta a vantagem de que, no lado de descarga,a folga na ponta entre os parafusos e a carcaça de rotor éminimizada, de forma que qualquer perda de eficiência podeser limitada.
Uma vez que o atuador para empurrar um ou ambos osrotores na direção de descarga da carcaça de rotor éconstruído na forma de uma mola que se estende entre acarcaça e os parafusos deste rotor, o compressor deparafuso melhorado de acordo com a invenção é vantajoso,uma vez que ele é de construção simples e que a força damola pode ser selecionada em função das dimensões e dascondições características de operação do compressor deparafuso.
De forma a melhor explicar as características dapresente invenção, as seguintes concepções preferidas de umcompressor de parafuso melhorado de acordo com a invençãosão oferecidas apenas como exemplo, com referências aosdesenhos em anexo, nos quais:
a figura 1 representa, esquematicamente, um compressorde parafuso de baixa pressão melhorado, de acordo com ainvenção, em perspectiva;
a figura 2 é uma seção de acordo com a linha II-II nafigura 1;
as figuras 3 e 4 representam as partes indicadas nafigura 2 por F3 e F4, respectivamente, em uma escalamaior.
As figuras 1 e 2 representam um compressor de parafusode baixa pressão 1, melhorado de acordo com a invenção, queé equipado com uma carcaça de rotor 2, com um lado deadmissão e um lado de descarga, e onde são colocados doisrotores 3 e 4 que interagem, e um rotor motor ativo 3 e umrotor passivo 4, respectivamente.
O rotor motor ativo 3 é construído da forma usual, naforma de um eixo em volta do qual se estende um parafusomacho 6, ao passo que o rotor passivo 4 também é feito damaneira usual, com um eixo 7 em torno do qual está colocadoum parafuso fêmea 8, com qual o parafuso macho mencionadoacima interage.
Os rotores 3 e 4 acima mencionados podem rodar dentro 'da carcaça de rotor 2, mencionada acima, uma vez que cadaum deles está montado com seus respectivos eixos 5 e 7 emrolamentos, a cada lado interno da dita carcaça de rotor 2.
De acordo com a invenção, os rotores 3 e 4,mencionados acima, soa montados em rolamentos, do lado deadmissão da carcaça de rotor 2 através de um únicorolamento solto 9, que é, preferencialmente mas nãoobrigatoriamente, feito na forma de um rolamento de esferasde fileira única, de sulco profundo, engraxado.
Por rolamento de fileira única entende-se, neste caso,um rolamento que apresenta uma única fileira de elementosrolantes, se olhado numa direção axial.
Neste caso, cada um dos rolamentos de esferas de sulcoprofundo 9 estará solto, uma vez que eles são equipados comum anel exterior 10 que é colocado na carcaça de rotor 2,mencionada acima, de uma tal forma que ele possa se moverna direção axial de um respectivo rotor 3 ou 4.
Os respectivos anéis internos 11, de cada um dosrolamentos de esferas de sulco profundo mencionados acima,são, neste caso, fixados a um eixo 5, 7, respectivamente,de um rotor 3, 4, respectivamente.
Entre os anéis externo e interno 10 e 11, mencionadosacima, estão colocados elementos rolantes 12 na forma deesferas redondas, que são mantidas no lugar através degaiolas, na forma usualmente conhecida, as quais não sãorepresentadas nas figuras.
Se os rolamentos de esfera de sulco profundo 9,mencionados acima, são engraxados, estes rolamentos 9preferencialmente serão selados dos dois lados.
Naturalmente, de acordo com a invenção, não se preclui queos rolamentos de esferas de sulco profundo 9 sejamlubrifiçados a óleo.
Como representado em detalhe na figura 3, o compressorde parafuso 1 possui neste caso, mas não necessariamente,
um atuador 13 que empurra ao menos um e, neste caso, ambosos rotores 3 e 4 para o lado de descarga da carcaça derotor 2.
O atuador 13, mencionado acima, é preferencialmentefeito na forma de ao menos uma mola 14 que se estende entrea carcaça de rotor 2 e os respectivos rotores 3 e 4, molas14 essas que, neste caso, empurram os rotores 3 e 4indiretamente, via anéis externos 10 dos respectivosrolamentos de esferas de sulco profundo 9.
No lado de descarga da carcaça de rotor 2, cada um dosrespectivos eixos 5 e 7 dos rotores 3 e 4, de acordo com ainvenção, são montados em rolamentos por meio de um únicorolamento cilíndrico fixo, preferencialmente mas nãoobrigatoriamente, na forma de um rolamento cilíndrico defileira única 15, lubrifiçado a óleo.
De acordo com a invenção, não se proíbe que osrolamentos 9 e/ou 15, mencionados acima, sejam rolamento deduas ou múltiplas fileiras.
Conforme detalhadamente representado na figura 4, orolamento cilíndrico 15, mencionado acima, neste caso é naforma do que é chamado de rolamento NUP que, em outraspalavras, é equipado com um anel externo fixo 16, instaladodentro da carcaça de rotor 2 com dois flanges fixos 17, queconfinam a superfície de rolamento dos elementos rolantes18 .
Um tal rolamento cilíndrico NUP também é equipado comum anel interno 19, que é equipado com apenas um flangefixo 20, contra o qual os elementos rolantes 18,mencionados acima, são equipados com uma borda.
Em oposição ao lado da outra borda dos elementosrolantes 18 do rolamento cilíndrico 15, mencionado acima,está presente um flange removível 21, no caso de um talrolamento NUP.
Neste caso, os rolamentos cilíndricos 15 são colocadosde tal forma que seus respectivos flanges fixos 20 estejamsituados nos lados dos rolamentos cilíndricos 15 opostosaos parafusos 6 e 8.
Entretanto, de acordo com a invenção, também épossível que os rolamentos cilíndricos 15, mencionadosacima, tenham a forma do que é chamado um rolamento NJ, quenão é representada nas figuras, onde o anel externo 16 éequipado com dois flanges fixos 17 e o anel interno 19 éequipado com apenas um flange fixo, mas onde nenhum segundoflange solto está presente.
Uma vantagem de tais rolamentos NJ é que eles são maisbaratos do que os supra-citados rolamentos NUP, e que amontagem de tais rolamentos NJ leva pouco tempo, uma vezque estes rolamentos são compostos de diversas partes, oque grandemente simplifica a desmontagem e a montagem doscompressores, de forma que uma menor quantidade de homens-hora é necessária para a fabricação, manutenção, reparo e omais.
Neste caso, em torno de cada eixo 5 e 7, entre orespectivo parafuso 5, 8 e o rolamento cilíndrico 15, écolocado um selo mecânico 22.
No outro lado dos rolamentos cilíndricos 15, ambos oseixos 5 e 7 dos rotores 3 e 4 se estendem para formar duasextremidades de eixo livres, que se estendem até uma câmaraselada 23 em uma caixa de transmissão 24 que é instaladajunto à carcaça de rotor 2 mencionada acima, ou que é umaparte dela.Neste caso, uma engrenagem de sincronização 25 estácolocada na caixa de transmissão 24 mencionada acima, emtorno de cada uma das extremidades de eixo livres,mencionadas acima.
Na extremidade livre do eixo 5 do rotor motor 3, nestecaso também está instalado um anel de engrenagem 26 queinterage com uma roda de engrenagem 27, trabalhandoconjuntamente a ela, e que é montada em um eixo 28 que estáacoplado a um motor de acionamento, que não estárepresentado nas figuras.
O funcionamento de um compressor de parafuso de baixapressão melhorado, de acordo com a invenção, é muitosimples, e é como se segue:
Ativando-se o motor de acionamento, o rotor 3 éacionado através das engrenagens de acionamento 26 e 27, oque, por seu lado, aciona o rotor passivo 4 através dasengrenagens de sincronização 25.
Conforme os parafusos 6 e 8 interagem, uma quantidadede gás é comprimida entre estes parafusos 6 e 8, na formaconhecida, gás este que é succionado no lado de admissão dacarcaça de rotor 2, e que deixa a carcaça de rotor 2, deforma comprimida através da descarga, o que não estárepresentado.
Desta forma, o gás fresco de entrada que é succionadotem um efeito refrigerante sobre o rolamento de esferas desulco profundo 9, mencionado acima, no lado de admissão dacarcaça de rotor 2, de forma que lubrificação porengraxamento pode ser aplicada.
Forças axiais que são exercidas sobre os rotores 3 e 4são absorvidas pelo rolamento de esferas de sulco profundo9, mencionado acima, assim como pelo rolamento cilíndrico15 .
Devido ao arranjo especifico dos rolamentos de acordocom a invenção, um compressor de parafuso de baixa pressãomelhorado 1 é muito mais apropriado para altas velocidadesde rotação do que sopradores Roots convencionais, que fazemuso de rolamentos de esferas de contato angular.
As forças motoras axiais, que são transmitidas pelasengrenagens motoras 26 e 27, e as forças do gás que sãocriadas pela compressão do gás entre os parafusos 6 e 8,mencionados acima, garantem que os rotores 3 e 4 sãoempurrados na direção da descarga da carcaça de rotor 2,durante a operação do compressor de parafuso 1.
Entretanto, no caso onde se usa um rolamento NUP deacordo com qualquer uma das possibilidades da invenção,essas forças axiais podem ser absorvidas pelos flanges 17 e20 dos rolamentos cilíndricos 15, que impedem os seuselementos rolantes 18 de se moverem em direção à carcaça derotor 2, e que são preferencialmente lubrifiçados a óleo,para este fim.
Na medida em que os anéis externos 10 dos rolamentosde esferas de sulco profundo 9 são instalados na carcaça derotor 2, de uma forma tal que eles podem se mover nadireção axial do respectivo rotor 5 e 7, as forçasexercidas nos ditos anéis externos 10 pelo atuador 13,mencionado acima, são transferidas, via as esferas, para osanéis internos 11, que empurram contra um colar 29 doseixos 5 e 7, mencionados acima, respectivamente.
Graças às forças do atuador 13 que empurram, osrotores 3 e 4 são sempre forçados para o lado de descargada carcaça de rotor 2, também durante a operação docompressor de parafuso 1, de forma que as forças axiaismencionadas acima são compensadas, como resultado dacompressão do gás e, possivelmente, das rodas de engrenagemde transmissão, e os flanges fixos 20 e 17 dos rolamentoscilíndricos 15 sofrem menor carga.
Naturalmente, isto é vantajoso para a vida destesrolamentos cilíndricos 15 e, conseqüentemente, o períodoentre duas manutenções de tais compressores melhorados deacordo com a invenção é estendido.
Uma outra vantagem da presença do atuador 13,mencionado acima, é que a folga na ponta, entre osparafusos 6 e 8 e a carcaça de rotor 2 no lado de descargada carcaça de rotor 2, é sempre mantida em um mínimo, detal forma que perdas são evitadas e a produção docompressor 1 aumenta e, em resultado disto, o compressor 1trabalhará de uma forma estável também a pressões de saídabaixas.
Outra vantagem do atuador 13 mencionado acima é que orolamento 9 não pode sair do eixo 5; caso contrário, umatrava adicional seria necessária no anel interno ouexterno.
Outra vantagem do atuador 13 mencionado acima é que orolamento 9 é pré-tencionado, de forma que sempre há acarga mínima necessária no rolamento 9, garantindo umaoperação estável.
Está claro que a presença das engrenagens desincronização 2 5 não é de forma alguma necessária, deacordo com a invenção, uma vez que os parafusos 6 e 8também podem acionar um ao outro diretamente.Também não é necessário mencionar que a presenteinvenção não está restrita a compressores de parafuso debaixa pressão sem óleo, mas que ela também pode seraplicada a compressores de parafuso de baixa pressão, cominjeção de óleo.
Não é necessário mencionar que o atuador 13 mencionadoacima, que empurra um ou ambos os rotores 3 e/ou 4 contra olado de descarga da carcaça de rotor 2 de acordo com ainvenção, pode ser implementado de várias formas, porexemplo, na forma de uma ou mais molas de compressão, umaou mais molas helicoidais, um ou mais feixes de mola, ouqualquer outro tipo de mola que seja apropriado.
Além do mais, o atuador 13 mencionado acima, de acordocom a invenção, pode ser feito, por exemplo, na forma de umfluido sob pressão, que transfere forças, diretamente ouatravés de um elemento de transmissão, para os rotores 3 e4 mencionados acima.
De acordo com a invenção, o rolamento solto mencionadoacima não está restrito a um rolamento de esferas de sulcoprofundo 9, mas em uma outra concepção ele pode serincorporado por um outro tipo de rolamento, tal como, porexemplo, um rolamento cilíndrico do tipo NU, onde o anelinterno 11 não tem flanges e o anel externo 10 é equipadocom dois flanges fixos, entre os quais são colocadoselementos rolantes 12 na forma de roletes, ou do tipo NJ,onde o anel interno 11 tem um único flange.
A presente invenção não é de qualquer forma restritaàs concepções dadas como exemplo e representadas nosdesenhos; ao contrário, um tal compressor de parafuso 1 debaixa pressão melhorado de acordo com a invenção pode serfeito de todas as formas e dimensões, ainda permanecendodentro do escopo da invenção.
Claims (11)
1. Compressor de parafuso de baixa pressãomelhorado, equipado com uma carcaça de rotor (2) com umlado de admissão e um lado de descarga, onde nesta carcaçade rotor (2) estão colocados dois rotores (3 e 4) queconsistem em um eixo (5, 7 respectivamente) e um parafuso(6, 8 respectivamente), instalados em volta do eixo (5 ou-7) mencionado acima, sendo que os rotores (3 e 4)mencionados acima são instalados na carcaça de rotor (2),mencionada acima, de uma forma girante, uma vez que elessão montados em rolamentos com seus respectivos eixos (5 ou-7) de cada lado interior da carcaça de rotor (2) ,caracterizado pelo fato de que cada um dos rotores (3 e 4) ,mencionados acima, está montado em rolamentos, no lado deadmissão da carcaça de rotor (2) por meio de um únicorolamento de esferas (9), de sulco profundo, solto e, nolado de descarga da carcaça de rotor (2) , através de umrolamento cilíndrico fixo (15); e sendo que é equipado comum atuador (13) que empurra um ou ambos os rotores (3 e/ou-4) , em direção à descarga da carcaça de rotor (2) , talatuador (13) sendo feito na forma de ao menos uma mola (14)que se estende entre a carcaça de rotor (2) e os rotores (3ou 4) , com o resultado que a folga na ponta, entre osrotores (3 e 4) e o lado de descarga da carcaça de rotor(2) seja minimizada.
2. Compressor de parafuso de baixa pressãomelhorado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o rolamento solto mencionado acima éequipado com um anel externo (10) que é instalado de talforma que ele possa movimentar-se, dentro da carcaça derotor (2) mencionada acima, na direção axial de um dosrotores (3 ou 4) mencionados acima.
3. Compressor de parafuso de baixa pressãomelhorado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1ou 2, caracterizado pelo fato de que o rolamento cilíndrico(15) , mencionado acima, é feito na forma de um rolamentocilíndrico de fileira única.
4. Compressor de parafuso de baixa pressãomelhorado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,-2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o rolamentocilíndrico (15), mencionado acima, é lubrificado a óleo.
5. Compressor de parafuso de baixa pressãomelhorado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,-2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o rolamentocilíndrico (15) , mencionado acima, é feito na forma de umrolamento do tipo NUP.
6. Compressor de parafuso de baixa pressãomelhorado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,-2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o rolamentocilíndrico (15) , mencionado acima, é feito na forma de umrolamento do tipo NJ.
7. Compressor de parafuso de baixa pressãomelhorado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,-2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o rolamentode esferas de sulco profundo (9), mencionado acima, é defileira única.
8. Compressor de parafuso de baixa pressãomelhorado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,-2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que oO rolamento de esferas de sulco profundo (9) , mencionadoacima, é engraxado.
9. Compressor de parafuso de baixa pressãomelhorado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,-2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que um oumais dos rolamentos de esferas de sulco profundo (9) ,mencionados acima, são selados em ambos os lados.
10.
Compressor de parafuso de baixa pressãomelhorado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a mola (14) , mencionada acima, empurracontra o anel externo (11) do rolamento de esferas de sulcoprofundo (9) mencionado acima.
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