BRPI1000598A2

BRPI1000598A2 - compressor alternativo e cilindro de compressão

Info

Publication number: BRPI1000598A2
Application number: BRPI1000598-6A
Authority: BR
Inventors: Adilson Luiz Manke; Luiz Alberto Miers Reddin
Original assignee: Whirlpool Sa
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2011-10-25
Also published as: BRPI1000598B1; CN102192127B; CN102192127A

Abstract

COMPRESSOR ALTERNATIVO E CILINDRO DE COMPRESSãO A presente invenção refere-se a um compressor do tipo alternativo, e, mais especificamente, a um compressor alternativo que apresenta uma redução das perdas mecânicas associadas ao atrito e ao movimento relativo entre o pistão (10) e o cilindro de compressao (3). Assim, a presente invenção compreende um cilindro de compressão para um compressor alternativo que compreende uma extremidade aberta para recepção de um pistão reciprocante e uma superfície interna com pelo menos duas áreas rebaixadas espaçadas (4)formadas próximas à extremidade aberta.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPRESSOR ALTERNATIVO E CILINDRO DE COMPRESSÃO".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um compressor do tipo alternativo, e, mais especi- ficamente, a um compressor alternativo que apresenta uma redução das perdas mecânicas associadas ao atrito e ao movimento relativo entre o pistão e o cilindro de compressão.

Fundamentos da Invenção

Um compressor tem como função elevar a pressão de determinado volume de flui- do a uma pressão necessária à realização de um ciclo de refrigeração. Para a indústria de refrigeração, é comum o uso de compressores herméticos que compreendem geralmente uma carcaça selada onde são montadas as peças do compressor: um conjunto motor- compressor compreendendo um bloco de cilindro com um extremo fechado por um cabeço- te que define uma câmara de descarga em comunicação com uma câmara de compressão definida no interior do cilindro, a câmara de compressão sendo fechada por uma placa de válvulas provida entre o extremo do cilindro e o cabeçote.

A indústria de refrigeração tem grande preocupação com a performance dos com- pressores de refrigeração. De fato, diversos trabalhos e estudos foram realizados com vis- tas a melhorar tal performance, destacando-se aqueles visando a redução das perdas me- cânicas dos componentes móveis, entre elas aquela gerada entre o pistão e o cilindro do compressor.

A perda mecânica entre pistão e cilindro é gerada pelo contato entre as superfícies das peças e pelo atrito viscoso resultante da presença do óleo de lubrificação.

As perdas por contato das superfícies do pistão e cilindro seguem a seguinte equa- ção:

Pot = Fa x U, onde Fa = μ x N

sendo

Pot = potência gerada pelo atrito;

Fa = força de atrito;

U = velocidade relativa entre as superfícies;

μ = coeficiente de atrito dinâmico; e

N = força normal.

As perdas por atrito viscoso (decorrentes da movimentação relativa entre o pistão e o cilindro na presença de um filme espesso de óleo lubrificante) seguem a seguinte equa- ção:

Pot = cte x f (ε) x (η x U2 x Α) / c

sendo

Pot = potência gerada pelo atrito; U = velocidade relativa entre as superfícies;

η = viscosidade absoluta do óleo;

A = área de contato;

c = folga radial entre as superfícies; e

□ = relação de excentricidade entre pistão e cilindro.

Para reduzir essas perdas mecânicas, são conhecidas da técnica soluções que en- volvem manufaturar os componentes ou recobrir as superfícies do pistão ou cilindro com materiais de baixo coeficiente de atrito.

Embora tais soluções possam resultar em melhoria na redução das perdas mecâni- cas, seu impacto no processo de fabricação, no custo do produto final e no desempenho operacional podem tornar tais soluções pouco atrativas.

Outras soluções já desenvolvidas envolvem a alteração da geometria das peças componentes para alcançar a diminuição do atrito.

Esse tipo de solução é conhecido, por exemplo, dos documentos US 6,928,921 e Pl 0503019-6.

O documento US 6,928,921 descreve um pistão com duas guias laterais axiais que substituem o mancai da saia do pistão, reduzindo, assim, a área lateral do pistão. A redução da área lateral, por sua vez, reduz a perda mecânica decorrente do atrito viscoso.

A solução do documento US 6,928,921 possui, entretanto, um inconveniente asso- ciado com sua fabricação, onde existe a necessidade de usinagem do pistão em operação de "mergulho" da ferramenta com giro parcial do pistão (ou seja, para formar as guias axiais é necessário usinar o rebaixo enquanto promove-se um giro parcial do pistão), por exemplo. Essa operação, que pode ser realizada com uma retifica cilíndrica, além de onerar o custo do pistão, acaba tornando mais complexa e, consequentemente, menos produtiva, sua fa- bricação.

O documento Pl 0503019-6 descreve uma solução baseada no aumento gradativo da folga radial entre pistão e cilindro, através da introdução de uma região cônica em parte do comprimento total do cilindro. Com esse aumento gradativo da folga radial entre pistão e cilindro, a perda mecânica viscosa é reduzida.

Embora a solução do Pl 0503019-6 tenha se mostrado eficiente em reduzir a perda mecânica viscosa, ainda permanece a necessidade por uma solução que permita uma me- lhoria dessa redução, e uma conseqüente melhora da performance do compressor.

Objetivos da Invenção

Assim, é um dos objetivos da presente invenção prover uma solução capaz de re- duzir as perdas mecânicas associadas aos componentes móveis de um compressor, e, es- pecialmente, uma solução capaz de reduzir as perdas mecânicas geradas pelo atrito e mo- vimento relativo entre o pistão e o cilindro do compressor. Sumário da Invenção

A presente invenção atinge os objetivos acima por meio de um cilindro de com- pressão para um compressor alternativo que compreende uma extremidade aberta para recepção de um pistão reciprocante e uma superfície interna com pelo menos duas áreas rebaixadas espaçadas formadas próximas à extremidade aberta.

Preferencialmente, as áreas rebaixadas espaçadas são diametralmente opostas, de modo a formar guias axiais para o pistão.

Em uma concretização alternativa da presente invenção, a parede lateral do cilindro possui um rasgo que se estende a partir da extremidade aberta, e a superfície interna do cilindro compreende ainda pelo menos uma área rebaixada espaçada do rasgo e formada próxima à extremidade aberta do cilindro.

Preferencialmente, o rasgo e a área rebaixada espaçada são diametralmente opos- tos, de modo a formar guias axiais para o pistão.

Descrição Resumida dos Desenhos

As figuras mostram:

Figura 1 - A figura 1 ilustra uma vista esquemática em corte mostrando um com- pressor de refrigeração alternativo convencional;

Figura 2 - A figura 2 ilustra uma vista frontal de uma concretização preferencial do cilindro de compressão de acordo com a presente invenção;

Figura 3 - A figura 3 ilustra uma vista do corte transversal A-A ilustrado na figura 2;

Figura 4 - A figura 4 ilustra uma vista esquemática de regiões de alivio formadas em um cilindro de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção;

Figura 5 - A figura 5 ilustra uma vista em corte de uma concretização alternati- va de cilindro de compressão de acordo com a presente invenção;

Figura 6 - A figura 6 ilustra uma vista do corte transversal T-T ilustrado na figura 5;

Figura 7 - A figura 7 ilustra uma vista em corte de uma outra concretização al- ternativa de cilindro de compressão de acordo com a presente invenção;

Figura 8 - A figura 8 ilustra uma vista do corte transversal C-C ilustrado na figura 7.

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base nos exemplos de execução representados nos desenhos. Embora a descrição detalhada utilize como exemplo um compressor alternativo para a refrigeração, deve se entendido que os princípios da presente invenção podem ser aplicados a qualquer tipo, tamanho ou configu- ração de compressor alternativo.

A figura 1 mostra um compressor de refrigeração alternativo convencional. Esse compressor compreende uma carcaça hermética 1, um conjunto motor-compressor tendo um bloco de cilindro 2 onde é definido um cilindro 3 tendo um pistão 10 reciprocante no inte- rior do cilindro 3. O cilindro 3 apresenta uma extremidade 3a fechada por um cabeçote de cilindro 20. Conforme sabido por aqueles versados na técnica, nos compressores alternati- vos dos tipos usados em refrigeradores, condicionadores de ar e demais sistemas de refri- geração, o pistão 10 realiza um movimento alternativo dentro do cilindro 3 gerando uma câmara de compressão 3b definida pela superfície interna do cilindro de compressão 3, pela face superior 11 do pistão 10 e pela face inferior 3a da placa de válvulas 8.

Os demais componentes e funcionamento do compressor ilustrado na figura 1 são bem conhecidos daqueles versados da técnica e, portanto, não serão aqui detalhados.

De modo a diminuir as perdas mecânicas associadas com o atrito entre o cilindro 3 e o pistão 10, a presente invenção propõe a criação de áreas de alívio na superfície interna do cilindro 3.

Assim, as figuras 2 e 3 mostram uma primeira concretização do cilindro 3 da pre- sente invenção, onde áreas de alívio 4 são proporcionadas na superfície interna do cilindro 3, próximo a extremidade aberta desse cilindro.

As áreas de alivio 4 compreendem, preferencialmente rebaixos 4 usinados na su- perfície interna do cilindro 3. Conforme pode ser melhor observado na figura 3, os rebaixos 4 acabam formando guias axiais 7 para o pistão, sendo tais guias resultantes das porções "não rebaixadas" da superfície interna do cilindro.

Preferencialmente, os rebaixos 4 podem ser usinados pelo deslocamento de uma ferramenta de usinagem (por exemplo, uma fresa, alargador ou brunidor) em uma direção transversal ao eixo geométrico do cilindro, preferencialmente em uma etapa anterior ao a - cabamento final do cilindro. A ferramenta pode ter, por exemplo, um formato cilíndrico ou cônico, e um diâmetro levemente inferior ao diâmetro do cilindro, bastando um pequeno deslocamento transversal ao eixo para realizar a usinagem.

Nesse sentido, para evitar a formação de degraus e ou cantos vivos na região de transição entre a superfície do cilindro e as áreas de alivio 4, o deslocamento transversal da ferramenta de usinagem pode ser realizado em combinação com um movimento angular, gerando áreas de alivio como aquelas mostradas na figura 4, onde as regiões tracejadas mostradas na figura representam áreas removidas da superfície interna do cilindro 3 para a formação das áreas de alivio.

Deve ser ressaltado que as áreas de alívio 4 podem ser geradas já no processo primário de obtenção do bloco de cilindro (normalmente referenciado com bloco bruto), co- mo o processo de fundição, podendo ser executados por usinagem apenas os processos de acabamento superficial.

Conforme sabido por aqueles versados na técnica, algumas soluções de constru- ção de compressores envolvem a montagem de bielas inteiriças sobre a porção excêntrica do eixo de manivela. Para essas construções, é conhecida da técnica a provisão de um ras- go axial em parte da superfície lateral do cilindro destinado a viabilizar a montagem desta biela inteiriça. Esse tipo de solução é descrita, por exemplo, no documento US 4,406,590.

Assim, em uma concretização alternativa da presente invenção, mostrada nas figu- ras 5 e 6, uma área de alivio 6 é formada em uma região diametralmente oposta ao rasgo 5 de montagem da biela. A área de alivio 6 compreende preferencialmente um rebaixo com as mesmas características dos rebaixos que formam as áreas de alivio 4 da concretização mostrada nas figuras 2 e 3.

As figuras 7 e 8 mostram ainda outra concretização da presente invenção, onde o rasgo 5 da concretização das figuras 5 e 6 foi combinado com um rebaixo usinado na super- fície interna do cilindro, formando uma guia axial de menor largura na superfície interna do cilindro (vide figura 8).

O alívio 6, mostrado nas concretizações das figuras 6, 7 e 8, também possui a fun- ção de aumentar a estabilidade no processo de usinagem. Assim, mesmo que a solução de montagem do compressor não envolva uma biela inteiriça, a concretização da presente in- venção que compreende um rasgo e um rebaixo pode ser utilizada com a intenção de facili- tar o processo de usinagem, principalmente naqueles processos envolvendo operações de acabamento superficial.

Finalmente deve ser ressaltado que a solução proporcionada pela presente inven- ção pode ser combinada com as demais soluções conhecidas da técnica, obtendo uma re- dução ótima de perdas mecânicas. Nesse sentido, as áreas de alivio previstas pela presente invenção poderiam ser aplicadas em um cilindro com conicidade como aquele descrito no documento Pl 0503019-6.

Deve ser entendido que a descrição fornecida com base nas figuras acima se refe- re apenas a concretizações possíveis para o cilindro compressor e compressor hermético da presente invenção, sendo que o real escopo do objeto da invenção encontra-se definido nas reivindicações apensas.

Claims

1. Compressor alternativo compreendendo um conjunto motor-compressor tendo um bloco de cilindro (2) onde é definido um cilindro (3) tendo um pistão (10) reciprocante em seu interior e uma extremidade aberta para recepção do pistão, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos duas áreas rebaixadas espaçadas (4) são formadas na superfície interior do cilindro, próximo à extremidade aberta do cilindro (3).

2. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as duas áreas rebaixadas espaçadas(4) são diametralmente opostas.

3. Compressor compreendendo um conjunto motor-compressor tendo um bloco de cilindro (2) onde é definido um cilindro (3) tendo um pistão (10) reciprocante em seu interior, o cilindro (3) compreendendo uma extremidade aberta para recepção do pistão e um rasgo (5) que se estende pela parede lateral do cilindro a partir da extremidade aberta, CARAC- TERIZADO pelo fato de que o cilindro (3) compreende ainda pelo menos uma área rebaixa- da (6) espaçada do rasgo (5) e formada na superfície interior do cilindro, próximo à extremi- dade aberta do cilindro (3)

4. Compressor, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o rasgo (5) e a área rebaixada espaçada (6) são diametralmente opostos.

5. Cilindro de compressão para um conjunto motor-compressor do tipo que com- preende uma extremidade aberta para recepção de um pistão reciprocante (10) CARACTE- RIZADO pelo fato de que a superfície interna do cilindro (3) compreende pelo menos duas áreas rebaixadas espaçadas (4) formadas próximas a sua extremidade aberta.

6. Cilindro de compressão, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que as duas áreas rebaixadas espaçadas(4) são diametralmente opostas.

7. Cilindro de compressão para um conjunto motor-compressor do tipo que com- preende uma extremidade aberta para recepção de um pistão reciprocante (10), a parede lateral do cilindro possuindo um rasgo (5) que se estende a partir da extremidade aberta, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície interna do cilindro (3) compreende ainda pelo menos uma área rebaixada (6) espaçada do rasgo (5) e formada próxima à extremida- de aberta do cilindro (3).

8. Cilindro de compressão, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o rasgo (5) e a área rebaixada espaçada (6) são diametralmente opostos.