BRPI1010923B1

BRPI1010923B1 - compressor de parafuso

Info

Publication number: BRPI1010923B1
Application number: BRPI1010923-4A
Authority: BR
Inventors: Paolo Cavatorta; Umberto Tomei
Original assignee: Robuschi S.P.A.
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2020-08-25
Also published as: PL2326844T3; CN102197224B; ES2391941T3; US20110189044A1; JP5639157B2; KR20120011836A; KR101300826B1; JP2012527571A; US8702409B2; CN102197224A; BRPI1010923A2; RU2526128C2; ITPR20090042A1; AU2010250849B2; WO2010133981A1; EP2326844B1; EP2326844A1; AU2010250849A1; RU2011152118A; IT1394590B1

Abstract

COMPRESSOR DE PARAFUSO. Trata-se de um compressor de parafuso (1) que compreende: um rotor macho (2) e um rotor fêmeo (3) que giram, respectivamente, em torno de um primeiro eixo de rotação (01) e um segundo eixo de rotação (02), os referidos rotores (2, 3) apresentando, em seção transversal, ressaltos (7, 4) e vales (5, 6) de engate e tendo perfis gerados envolvendo-se um perfil de cremalheira (p) que inclui uma primeira curva (z1), que se estende entre um primeiro ponto (H) e um segundo ponto (Q) em um sistema de referência cartesiano (X, Y) e que possui uma convexidade no sentido positivo do eixo das abscissas (X), o referido ponto (H) ficando sobre o eixo das abscissas (X) a uma distancia de uma origem (0) do sistema de referência cartesiano (X, Y) igual ao adendo (h1) do rotor macho (2).

Description

COMPRESSOR DE PARAFUSO

CAMPO TÉCNICO E ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um compressor de parafuso para ar ou gás, em especial, para uso em aplicações sob pressão (por exemplo, no deslocamento de grânulos ou pós ou no tratamento de água) e em aplicações a vácuo (por exemplo, em sistemas de escapamento de gás, fumos ou vapor).

Como bem se sabe, um compressor de parafuso compreende ao menos um rotor macho e ao menos um rotor fêmeo que se engrenam durante a rotação em torno de respectivos eixos e são dispostos dentro de um corpo de alojamento. Cada um dos dois rotores possui nervuras em forma de parafuso que se engatam a ranhuras em forma de parafuso do outro rotor. Ambos os rotores macho e fêmeo apresentam, em seção transversal, um número predeterminados de ressaltos (ou dentes) correspondente às suas nervuras e um número de vales correspondente às suas ranhuras. O número de ressaltos do rotor macho pode ser diferente do número de ressaltos do rotor fêmeo. Já nos anos 1970, os perfis simétricos dos ressaltos e vales dos rotores foram substituídos por perfis assimétricos a fim de aumentar a eficiência volumétrica dos compressores de parafuso.

Como em todos os compressores volumétricos, a eficiência do compressor de parafuso depende do vão entre os dois rotores e entre os rotores e o corpo que os aloja (composto por dois cilindros conectados um ao outro). Ademais, a eficiência volumétrica do compressor de parafuso é influenciada pela abertura presente entre o vértice do corpo de alojamento e a cabeça dos dois rotores quando eles começam a se engrenar. Através dela, o gás contido entre os vales dos rotores comunica-se com a área de admissão do compressor, o que faz com que o gás flua de volta, diminuindo assim a eficiência volumétrica. Em seção transversal, há uma área de cavidade de sopro correspondente à referida abertura, a qual tem a forma de um triângulo com lados curvilíneos formados pelas pontas dos ressaltos dos dois rotores. A área da cavidade de sopro deve ser minimizada por meio de um design preciso dos perfis do rotor a fim de maximizar a eficiência volumétrica.

Partindo da definição do perfil de um dos dois rotores (por exemplo, do rotor fêmeo) e aplicando o princípio dos “perfis conjugados”, tirado da teoria das alavancas e engrenagens, é possível obter o perfil do outro rotor (neste caso, o rotor macho). Deve-se observar, para fins de integridade, que os dois perfis se conjugam se, e somente se, um perfil envolver as várias posições que o outro perfil assume no movimento relativo definido pelos dois polos (no caso específico dos rotores, os polos são circunferências). A aplicação do princípio dos perfis conjugados para gerar os rotores de um compressor de parafuso é descrita, por exemplo, no documento US5454701.

Outra possibilidade para gerar os perfis dos dois rotores envolve o uso da mesma cremalheira de geração, confçrme demonstram, por exemplo, os documentos WO97/43550, US4643654 E GB2418455. Rolando-se, sem deslizamento, o polo do perfil da cremalheira de geração, respectivamente, sobre o polo do rotor macho e sobre o polo do rotor fêmeo, os perfis dos dois rotores são determinados como o contorno das posições assumidas pelo perfil da cremalheira em si.

Um dos problemas enfrentados ao projetar os perfis dos rotores de compressores de parafuso refere-se à definição de seus perfis por meio de ferramentas de corte que tendem a se desgastar com facilidade. Em especial, a construção do rotor fêmeo é particularmente complicada, visto que a espessura reduzida de seus ressaltos limita as tensões permissíveis durante o corte dos ressaltos em si.

Neste contexto, a finalidade técnica principal da presente invenção é a de proporcionar um compressor de parafuso que supere as limitações da técnica anterior supramencionada.

REVELAÇÃO DA INVENÇÃO

Em particular, um dos objetivos da presente invenção é o de proporcionar um compressor de parafuso que seja fácil e econômico de se construir usando ferramentas de corte fáceis de se fabricar e cujo desgaste seja menor em comparação às soluções da técnica anterior.

Outro objetivo da presente invenção é o de proporcionar um compressor de parafuso que permita otimizar a eficiência volumétrica, isto é, maximizar o volume deslocado durante a rotação completa dos dois rotores.

A finalidade técnica e os objetivos específicos mencionados são substancialmente atingidos por meio de um compressor de parafuso com as características técnicas descritas em uma ou mais das reivindicações anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Outras características e vantagens da presente invenção transparecerão melhor pela leitura a seguir da descrição aproximada e, portanto, não-limitante de uma concretização preferida, mas não exclusiva, de um compressor de parafuso conforme ilustram os desenhos anexos, dentre os quais:

- a Figura 1 ilustra a seção transversal de um compressor de parafuso de acordo com a presente invenção;
- a Figura 2 ilustra a seção transversal de uma parte (ressalto do rotor macho) do compressor de parafuso da Figura 1;
- a Figura 3 ilustra a seção transversal de outra parte (vale do rotor fêmeo) do compressor de parafuso da Figura 1;
- a Figura 4a ilustra uma primeira concretização de um perfil de cremalheira usado para construir o compressor da Figura 1;
- a Figura 4b ilustra uma vista ampliada de uma parte do perfil de cremalheira da Figura 4a;
- a Figura 5a ilustra uma segunda concretização de um perfil de cremalheira usado para construir o compressor da Figura 1;
- a Figura 5b ilustra uma vista ampliada de uma parte do perfil de cremalheira da Figura 5a;
- a Figura 6 ilustra uma parte (primeira curva) do perfil de cremalheira das Figuras 4 e 5, bem como seu método de construção;
- a Figura 7 ilustra, em seção transversal, a área da cavidade de sopro do compressor de parafuso da Figura 1 em uma configuração mais próxima.

MELHOR MODO PARA REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

Com referência às Figuras, o número 1 indica um compressor de parafuso com ao menos um rotor macho 2 e ao menor um rotor fêmeo 3 conjugados um com o outro. Na concretização descrita e ilustrada no presente documento, há um único rotor macho 2 e um único rotor fêmeo 3, dispostos dentro de um corpo de alojamento 8 (ilustrado em parte na Figura 7). Em particular, o referido corpo de alojamento 8 é obtido unindo-se dois cilindros que se comunicam entre si a fim de formar uma única cavidade de alojamento para os rotores 2 e 3. Em uma concretização alternativa (não-ilustrada), há vários pares conjugados de rotores machos 2 e fêmeos 3. Conforme ilustra a Figura 1, o rotor macho 2 gira em torno de um primeiro eixo de rotação 01, ao passo que o rotor fêmeo 3 gira em torno de um segundo eixo de rotação 02. Em particular, o primeiro eixo 01 encontra-se a uma distância I (conhecida pelo termo “distância do centro”) do segundo eixo de rotação O2. O primeiro eixo 01 e o segundo eixo 02 são paralelos um ao outro. Cada um dos referidos rotores 2, 3 possui nervuras em forma de parafuso que se engatam a ranhuras geradas entre as nervuras em forma de parafuso correspondentes do outro rotor 2, 3. Sendo assim, em seção transversal, o rotor macho 2 apresenta ressaltos 4 (ou dentes) e vales 6 que se engatam a vales 5 e ressaltos 7 (dentes) correspondentes no rotor fêmeo 3.

A Figura 2 ilustra os principais parâmetros que caracterizam o rotor macho 2. Em particular, é possível identificar uma circunferência de passo Cp1 do rotor macho 2, que também corresponde ao polo do rotor macho 2. A medida do raio Rp1 da circunferência de passo Cp1 do rotor macho 2 é proporcional ao número de ressaltos 4 do rotor macho 2. Cada ressalto 4 do rotor macho 2 estende-se prevalentemente para fora da circunferência de passo Cp1 correspondente até chegar a uma circunferência externa Ce1 do rotor macho 2. O restante do ressalto 4 do rotor macho 2 estende-se para dentro da circunferência de passo Cp1 correspondente até chegar a uma circunferência de raiz Cf1 do rotor macho 2. O raio Rf1 da circunferência de raiz Cf 1 é menor do que o raio Rp1 da circunferência de passo Cp1, que, por sua vez, é menor do que o raio Re1 da circunferência externa Ce1 do rotor macho 2.

A distância entre a circunferência de passo Cp1 e a circunferência externa Ce1 do rotor macho 2 é definida como o adendo h1 do rotor macho 2. O referido adendo h1 do rotor macho 2 corresponde à diferença entre o valor do raio Re1 da circunferência externa Ce1 e o valor do raio Rp1 da circunferência de passo Cp1 do rotor macho 2.

A Figura 3 ilustra os principais parâmetros que caracterizam o rotor fêmeo 3. Em particular, é possível identificar uma circunferência de passo Cp2 do rotor fêmeo 3, que também corresponde ao polo do rotor fêmeo 3. A medida do raio Rp2 da circunferência de passo Cp2 do rotor fêmeo 3 é proporcional ao número de ressaltos 7 do rotor fêmeo 3. De preferência, o número de ressaltos 7 do rotor fêmeo 3 é diferente do número de ressaltos 4 do rotor macho 2. Na concretização descrita e ilustrada no presente documento, o número de ressaltos 4 do rotor macho 2 é igual a três, ao passo que o número de ressaltos 7 do rotor fêmeo 3 é igual a 5.

Cada vale 5 do rotor fêmeo 3 estende-se prevalentemente para dentro da circunferência de passo Cp2 correspondente até chegar a uma circunferência de raiz Cf2 do rotor fêmeo 3. O restante do vale 5 do rotor fêmeo 3 estende-se para fora da circunferência de passo Cp2 correspondente até chegar a uma circunferência externa Ce2 do rotor fêmeo 3. O raio Rf2 da circunferência de raiz Cf2 é menor do que o raio Rp2 da circunferência de passo Cp2, que, por sua vez, é menor do que o raio Re2 da circunferência externa Ce2 do rotor fêmeo 3.

A distância entre a circunferência de passo Cp2 e a circunferência externa Ce2 do rotor fêmeo 3 é definida como o adendo h2 do rotor fêmeo 3. O referido adendo h2 do rotor fêmeo 3 corresponde à diferença entre o valor do raio Re2 da circunferência externa Ce2 e o valor do raio Rp2 da circunferência de passo Cp2 do rotor fêmeo 3. Como podemos observar na Figura 1, cada ressalto 4 do rotor macho 2 possui uma primeira espessura T01 medida na respectiva circunferência de passo Cp1, ao passo que cada ressalto 7 do rotor fêmep 3 possui uma segunda espessura T02 medida na respectiva circunferência de passo Cp2.

Cada vale 5 do rotor fêmeo 3 possui ao menos um lado FS2 ligado ao ressalto 7 consecutivo do rotor fêmeo 3 (isto é, à circunferência externa Ce2 do rotor fêmeo 3) por meio de um primeiro arco ‘a’ com um raio de comprimento predefinido RT2. De preferência, o comprimento RT2 do raio do primeiro arco ‘a’ varia entre um valor mínimo igual ao adendo h2 do rotor fêmeo 3 multiplicado por 1,1 e um valor máximo igual ao adendo h2 do rotor fêmeo 3 multiplicado por 1,5.

Como podemos observar na Figura 3, cada vale 5 do rotor fêmeo 3 possui dois lados FA2, FS2 de extensões diferentes que se conjugam com dois respectivos lados FA1, FS1 (também de extensões diferentes) do ressalto 4 do rotor macho 2. Na concretização descrita e ilustrada aqui, o lado de maior extensão FA1 do ressalto 4 do rotor macho 2 lidera o sentido de rotação do referido rotor macho 2, ao passo que o lado de menor extensão FS1 do ressalto 4 do rotor macho 2 segue o sentido de rotação do rotor macho 2 em si. O lado de maior extensão FA2 do vale 5 do rotor fêmeo 3 lidera o sentido de rotação do referido rotor fêmeo 3, ao passo que o lado de menor extensão FS2 do vale 5 do rotor fêmeo 3 segue o sentido de rotação do rotor fêmeo 3 em si. De preferência, os dois lados FA1, FS1 de cada ressalto 4 do rotor macho 2 são conectados por um segundo arco ‘b’ com um raio de comprimento predefinido RT1. De preferência, o comprimento RT1 do raio do segundo arco ‘b’ varia entre um valor mínimo igual ao dobro do comprimento predefinido RT2 do raio do referido primeiro arco ‘a’ e um valor máximo igual ao comprimento predefinido RT2 do raio do referido primeiro arco ‘a’ multiplicado por 2,5.

Conforme ilustra a Figura 3, o referido arco ‘a’ liga o lado de menor extensão FS2 de cada vale 5 do rotor fêmeo 3 ao ressalto 7 consecutivo do rotor fêmeo 3. O lado de maior extensão FA2 do vale 5 do rotor fêmeo 3 liga-se ao ressalto 7 consecutivo do rotor fêmeo 3 (isto é, à circunferência externa Ce2 do rotor fêmeo 3) por meio de uma curva de ligação c2.

Os ressaltos 4 do rotor macho 2 e os vales 5 do rotor fêmeo 3 têm perfis gerados, ao menos em parte, ao envolver um perfil de cremalheira ‘p’ identificado em um sistema de referência cartesiano (X, Y) e formando um polo que coincide com o eixo das ordenadas Y. Neste contexto, o sintagma “ao menos em parte” indica que as partes de perfil dos ressaltos 4 do rotor macho 2 que se estendem para fora da respectiva circunferência de passo Cp1 e as partes de perfil dos vales 5 do rotor fêmeo 3 que se estendem para dentro da respectiva circunferência de passo Cp2 são geradas envolvendo o referido perfil de cremalheira ‘p’. De preferência, os ressaltos 4 do rotor macho 2 e os vales 5 do rotor fêmeo 3 têm perfis gerados totalmente envolvendo o referido perfil de cremalheira ‘p’. Em outras palavras, até mesmo as partes de perfil dos ressaltos 4 do rotor macho 2 que se estendem para dentro da respectiva circunferência de passo Cp1 e as partes de perfil dos vaies 5 do rotor fêmeo 3 que se estendem para fora da respectiva circunferência de passo Cp2 são geradas envolvendo o referido perfil de cremalheira ‘p’.

O perfil do rotor macho 2 é gerado envolvendo as posições assumidas pelo perfil de cremalheira ‘p’ quando o polo (isto é, o eixo das ordenadas Y) do perfil de cremalheira ‘p’ gira sem deslizar sobre o polo (isto é, sobre a circunferência de passo Cp1) do rotor macho 2. O perfil do rotor fêmeo 3 é gerado envolvendo as posições assumidas pelo perfil de cremalheira ‘p’ quando o polo (isto é, o eixo das ordenadas Y) do perfil de cremalheira ‘p’ gira sem deslizar sobre o polo (isto é, sobre a circunferência de passo Cp2) do rotor fêmeo 3.

Em particular, os perfis dos ressaltos 4 do rotor macho 2 e dos vales 5 do rotor fêmeo 3 têm partes geradas contornando uma primeira curva z1 do perfil de cremalheira ‘p’ (vide as Figuras 4a, 4b, 5a e 5b). A referida primeira curva z1 estende-se, no sistema de referência cartesiano (X, Y), entre um primeiro ponto H e um segundo ponto Q. O referido primeiro ponto H fica no eixo das abscissas X a uma distância de uma origem 0 do sistema de referência cartesiano (X, Y) igual ao adendo h1 do rotor macho 2. Para maior vantagem, a referida primeira curva z1 apresenta uma convexidade no sentido positivo do eixo das abscissas X.

De preferência, a referida primeira curva z1 é uma ramificação de hipérbole em que um ponto genérico S possui coordenadas (XS, YS) definidas pelas equações a seguir:
XS = (h1 + RA) - RA / cos Φ
YS = -HB tg Φ

As referidas equações são paramétricas, isto é, expressas em função de um primeiro parâmetro RA, um segundo parâmetro HB e um terceiro parâmetro Φ. Para maior vantagem, a referida primeira curva z1 é feita a partir de uma circunferência auxiliar ‘u’ e uma linha auxiliar ‘r’, conforme ilustra a Figura 6. Em particular, a circunferência auxiliar ‘u’ possui um centro C no eixo das abscissas X e é tangente ao perfil de cremalheira ‘p’ no referido primeiro ponto H. A linha auxiliar ‘r’ é paralela ao eixo das ordenadas Y e cruza o eixo das abscissas X entre o referido primeiro ponto H e o centro C da circunferência auxiliar ‘u’. O primeiro parâmetro RA representa a medida do raio da circunferência auxiliar ‘u’. Portanto, o centro C da circunferência auxiliar ‘u’ encontra-se a uma distância da origem 0 do sistema de referência cartesiano (X, Y) igual à soma do adendo h1 do rotor macho 2 com a medida RA do raio da circunferência auxiliar ‘u’. De preferência, o primeiro parâmetro RA varia entre um valor mínimo igual à distância do centro I e um valor máximo igual a 50 vezes a distância do centro I.

O segundo parâmetro HB representa a distância da linha auxiliar ‘r’ ao centro C da circunferência auxiliar ‘u’. T indica um ponto auxiliar sobre a linha auxiliar ‘r’ e possui uma ordenada YT igual à ordenada YS do ponto genérico S da ramificação de hipérbole.

O terceiro parâmetro Φ indica um ângulo agudo auxiliar delimitado pelo eixo das abscissas X e por um raio da circunferência auxiliar ‘u’ que atravessa o ponto auxiliar T. Em particular, o terceiro parâmetro Φ varia dentro do intervalo entre 0° e 90°.

Em uma primeira concretização, ilustrada na Figura 4a, o perfil de cremalheira ‘p’ compreende, além da primeira curva z1, uma segunda curva z2, uma terceira curva z3, uma quarta curva z4, uma quinta curva z5 e uma sexta curva z6.

A segunda curva z2 do perfil de cremalheira ‘p’ consiste em um segmento retilíneo que se estende entre o segundo ponto Q e um terceiro ponto P. Em particular, a referida segunda curva z2 é tangente à primeira curva z1 no segundo ponto Q. A projeção da segunda curva z2 (isto é, do segmento retilíneo) cruza o eixo das ordenadas Y em um quarto ponto J (vide a Figura 4b) de modo a formar um ângulo agudo principal α com o eixo das ordenadas Y. De preferência, o ângulo agudo principal α tem um valor entre 10° e 50°.

A terceira curva z3 do perfil de cremalheira ‘p’ consiste em um arco que se estende entre o referido terceiro ponto P e um quinto ponto N. Em particular, a referida terceira curva z3 é tangente à segunda curva z2 no terceiro ponto P. A medida do raio da terceira curva z3 é tal que a tangente à referida terceira curva z3 no quinto ponto N seja paralela ao eixo das ordenadas Y.

A quarta curva z4 do perfil de cremalheira ‘p’ consiste em uma trocoide que se estende entre o referido primeiro ponto H e um sexto ponto G. Em particular, a referida quarta curva z4 é tangente à primeira curva z1 no primeiro ponto H. Ao envolver o rotor macho 2, a quarta curva z4 gera o segundo arco ‘b’ que une os lados FA1 e FS1 do rotor macho 2.

A quinta curva z5 do perfil de cremalheira ‘p’ estende-se entre o referido sexto ponto G e um sétimo ponto Μ, o qual apresenta uma distância ao eixo das ordenadas Y igual ao adendo h2 do rotor fêmeo 3. Em particular, a referida quinta curva z5 é tangente à quarta curva z4 no sexto ponto G. Ao envolver o rotor fêmeo 3, a referida quinta curva z5 gera o referido primeiro arco ‘a’.

A sexta curva z6 do perfil de cremalheira ‘p’ consiste em um segmento retilíneo paralelo ao eixo das ordenadas Y e estende-se entre o referido sétimo ponto M e um oitavo ponto L. Em particular, a distância entre o referido oitavo ponto Leo quinto ponto N é igual à soma da primeira espessura T01 do ressalto 4 do rotor macho 2 com a segunda espessura T02 do ressalto 7 do rotor fêmeo 3 (a soma é indicada por T0 na Figura 4a). As seis curvas descritas acima definem uma curva composta, que, reproduzida infinitas vezes (fazendo com que o quinto ponto N de uma curva composta coincida com o oitavo ponto L da curva composta posterior), dá origem ao perfil de cremalheira ‘p’.

Em uma segunda concretização, ilustrada na Figura 5a, o perfil de cremalheira ‘p’ compreende, além da primeira curva z1, uma terceira curva z3, uma quarta curva z4, uma quinta curva z5 e uma sexta curva z6.

Nesta segunda concretização, a terceira curva z3 consiste em um arco que se estende entre o referido segundo ponto Q e o quinto ponto N. A medida do raio da terceira curva z3 é tal que a tangente à referida terceira curva z3 no quinto ponto N seja paralela ao eixo das ordenadas Y.

A terceira curva z3 e a primeira curva z1 apresentam, no segundo ponto Q, uma mesma linha de tangente w (vide a Figura 5b) que incide no eixo das ordenadas Y no quarto ponto J de modo a formar um ângulo agudo principal α com o eixo das ordenadas Y. De preferência, o ângulo agudo principal α tem um valor entre 10° e 50°.

A quarta curva z4, a quinta curva z5 e a sexta curva z6 da segunda concretização do perfil de cremalheira ‘p’ são idênticas, respectivamente, à quarta curva z4, à quinta curva z5 e à sexta curva z6 da primeira concretização do perfil de cremalheira ‘p’.

No sistema de referência cartesiano (X, Y) escolhido, a primeira curva z1 e a segunda curva z2 ficam no quarto quadrante do sistema de referência cartesiano (X, Y). A terceira curva z3, em ambas as concretizações (Figuras 4 e 5), fica, em parte, no terceiro e, em parte, no quarto quadrante do sistema de referência cartesiano (X, Y). A quarta curva z4 fica no primeiro quadrante do sistema de referência cartesiano (X, Y). A quinta curva z5 fica, em parte, no primeiro e, em parte, no segundo quadrante do sistema de referência cartesiano (X, Y). A sexta curva z6 fica no segundo quadrante do sistema de referência cartesiano (X, Y). Em particular, a projeção do perfil de cremalheira ‘p’ no eixo das abscissas X tem uma dimensão dada pela soma do adendo h1 do rotor macho 2 com o adendo h2 do rotor fêmeo 3. A projeção do perfil de cremalheira ‘p’ no eixo das ordenadas Y tem uma dimensão dada pela soma da primeira espessura T01 do ressalto 4 do rotor macho 2 com a segunda espessura T02 do ressalto 7 do rotor fêmeo 3 (a soma é indicada por T0 na Figura 5a).

Abaixo, descreveremos o funcionamento do compressor de parafuso de acordo com a presente invenção.

Os perfis dos dois rotores 2, 3 são gerados pelo método de contorno do perfil de cremalheira ‘p’.

Após a construção dos rotores 2, 3, fazemos com que eles girem em torno de seus respectivos eixos. Mais especificameníe, o rotor macho 2 gira em torno do primeiro eixo de rotação O1, ao passo que o rotor fêmeo 3 gira em torno do segundo eixo de rotação 02. Durante a rotação, as nervuras em forma de parafuso do rotor macho 2 engatam-se às ranhuras em forma de parafuso do rotor fêmeo 3 e vice-versa.

A Figura 7 ilustra a posição dos rotores 2, 3 quando começam a se engrenar, na qual o corpo de alojamento 8, o rotor fêmeo 3 e o rotor macho 2 estão em uma configuração de maior proximidade entre si. A letra A indica um primeiro ponto do rotor fêmeo 3 à menor distância do corpo de alojamento 8. Em particular, o referido primeiro ponto A encontra-se à menor distância de um primeiro lado 1 do corpo de alojamento 8 (considerando-se o compressor 1 em seção transversal). A projeção do referido primeiro lado 1 do corpo de alojamento 8 é chamada de ‘q’ e cruza o rotor macho 2 em um segundo ponto B. A letra C indica um terceiro ponto do rotor fêmeo 3 à menor distância do rotor macho 2 (no mínimo, o referido terceiro ponto C é o ponto de contato entre os rotores 2, 3). A letra D indica um quarto ponto D obtido projetando-se o primeiro ponto A rumo ao primeiro lado 1 do corpo de alojamento 8. A área da cavidade de sopro AP é definida como a área delimitada pelo primeiro ponto A, quarto ponto D, segundo ponto B e terceiro ponto C e disposta entre o rotor fêmeo 3, o rotor macho 2, o primeiro lado 1 do corpo de alojamento 8 e a referida projeção ‘q’ que atravessa o segundo ponto B. Vale frisar que o terceiro ponto C é, de fato, o ponto de contato entre os dois rotores 2, 3 no caso de um compressor de parafuso com óleo 1. No caso de um compressor de parafuso seco 1, não há contato entre os dois rotores 2, 3 no terceiro ponto C.

As características do compressor de parafuso de acordo com a presente invenção, bem como suas vantagens, transparecem com clareza pela leitura da descrição acima.

Em particular, graças ao fato de a primeira curva ter a morfologia descrita acima, é possível obter maiores valores para o adendo do rotor macho e para a espessura do ressalto do rotor macho. De fato, como bem se sabe, a fim de maximizar o volume gerado pelos perfis dos rotores, é necessário maximizar a área entre o perfil de cremalheira e seu polo. O adendo e a espessura do ressalto do rotor macho são os parâmetros que têm a maior influência no cálculo da referida área e, portanto, são maximizados de maneira compatível com a escolha de uma primeira curva (hipérbole) a fim de evitar problemas na construção e conjugação dos perfis de rotor.

A maximização do adendo e da espessura do ressalto do rotor macho é possível pela escolha de intervalos de variabilidade para o primeiro parâmetro que define a hipérbole e para o ângulo agudo principal. Essas escolhas também permitem otimizar a relação entre as espessuras dos ressaltos dos rotores, reduzindo assim o desgaste nas ferramentas usadas para cortar os perfis de rotor. Sendo assim, tanto o intervalo de tempo entre um corte e outro quanto a vida útil das referidas ferramentas são prolongados, contribuindo significativamente para uma redução nos custos gerais.

Ademais, graças aos fatores pré-selecionados de proporcionalidade entre o comprimento do raio do primeiro arco e o comprimento do raio do segundo arco, a redução na área da cavidade de sopro é otimizada, maximizando assim a eficiência volumétrica do compressor.

Além disso, graças à configuração das curvas quarta e quinta, minimizamos a dimensão das bolsas de gás formadas entre os lados de menor extensão do rotor macho e do rotor fêmeo durante a engrenagem. Esta escolha contribui para maximizar a eficiência volumétrica do compressor de parafuso proposto.

Claims

Compressor de parafuso (1) com ao menos um rotor macho (2) e ao menos um rotor fêmeo (3) que giram, respectivamente, em torno de um primeiro eixo de rotação (01) e um segundo eixo de rotação (02), o referido rotor macho (2) apresentando, em seção transversal, ressaltos (4) e vales (6) que se acoplam a vales (5) e ressaltos (7) correspondentes no rotor fêmeo (3), os referidos ressaltos (4) do rotor macho (2) e os referidos vales (5) do rotor fêmeo (3) tendo perfis gerados, ao menos em parte, ao envolver um perfil de cremalheira (p),
o compressor de parafuso sendo caracterizado pelo fato de que os perfis dos ressaltos (4) do rotor macho (2) e dos vales (5) do rotor fêmeo (3) têm partes geradas envolvendo uma primeira curva (z1) do perfil de cremalheira (p), a referida primeira curva (z1) estendendo-se, em um sistema de referência cartesiano (X, Y), entre um primeiro ponto (H) e um segundo ponto (Q) e com uma convexidade no sentido positivo do eixo das abscissas (X); e o referido ponto (H) sendo disposto no eixo das abscissas (X) a uma distância de uma origem (0) do sistema de referência cartesiano (X, Y) igual ao adendo (h1) do rotor macho (2).
Compressor (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida curva (z1) é uma ramificação de uma hipérbole em que um ponto genérico (S) tem suas coordenadas (XS, YS) definidas pelas equações a seguir:
XS = (h1 + RA) - RA / cos Φ
YS = -HB tg Φ,
as referidas equações sendo paramétricas e dependentes de um primeiro parâmetro (RA), um segundo parâmetro (HB) e um terceiro parâmetro (Φ), o referido primeiro parâmetro (RA) sendo a medida do raio de uma circunferência auxiliar (u) tangente ao perfil de cremalheira (p) no referido primeiro ponto (H) e com seu centro (C) no eixo das abscissas (X); o referido segundo parâmetro (HB) sendo a distância do centro (C) da circunferência auxiliar (u) a uma linha auxiliar (r) paralela ao eixo das ordenadas (Y) e que atravessa o eixo das abscissas (X) entre o referido primeiro ponto (H) e o referido centro (C) da circunferência auxiliar (u); o referido terceiro parâmetro (Φ) indicando um ângulo agudo auxiliar delimitado pelo eixo das abscissas (X) e por um raio da referida circunferência auxiliar (u) que cruza um ponto auxiliar (T) na referida linha auxiliar (r) com uma ordenada (YT) igual à ordenada (YS) do referido ponto genérico (S) na referida ramificação de hipérbole.
Compressor (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o referido primeiro parâmetro (RA) varia entre um primeiro valor igual à distância (I) entre o referido primeiro eixo de rotação (O1) e o referido segundo eixo de rotação (O2) dos rotores (2, 3) e um valor máximo igual a cinquenta vezes a distância (I) entre os referidos eixos de rotação (O1, O2) dos rotores (2, 3).
Compressor (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os referidos vales (5) do rotor fêmeo (3) têm ao menos um lado (FS2) ligado ao ressalto (7) consecutivo do rotor fêmeo (3) por meio de um primeiro arco (a) com um raio de comprimento predefinido (RT2) que varia entre um valor mínimo igual ao adendo (h2) do rotor fêmeo (3) multiplicado por 1,1 e um valor máximo igual ao adendo (h2) do rotor fêmeo (3) multiplicado por 1,5.
Compressor (1), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que cada um dos referidos ressaltos (4) do rotor macho (2) possui dois lados (FA1, FS1) unidos por meio de um segundo arco (b) com um raio de comprimento predefinido (RT1) que varia entre um valor mínimo igual ao dobro do comprimento predefinido (RT2) do raio do referido primeiro arço (a) e um valor máximo igual ao comprimento predefinido (RT2) do raio do referido primeiro arco (a) multiplicado por 2,5.
Compressor (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido perfil de cremalheira (p) compreende ainda uma segunda curva (z2) composta por um segmento retilíneo que se estende entre o referido segundo ponto (Q) e um terceiro ponto (P), a referida segunda curva (z2) sendo tangente à primeira curva (z1) no referido segundo ponto (Q) e com uma projeção que incide no eixo das ordenadas (Y) em um quarto ponto (J) a fim de formar um ângulo agudo principal (a) com o referido eixo das ordenadas (Y).
Compressor (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido perfil de cremalheira (p) compreende ainda uma terceira curva (z3) composta por um arco que se estende entre o referido segundo ponto (Q) e um quinto ponto (N), a referida terceira curva (z3) e a referida primeira curva (z1) tendo, no referido segundo ponto (Q), uma mesma linha de tangente (w) que incide no eixo das ordenadas (Y) em um quarto ponto (J) de modo a formar um ângulo agudo principal (a) com o referido eixo das ordenadas (Y).
Compressor (1), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o referido perfil de cremalheira (p) compreende ainda uma terceira curva (z3) que consiste em um arco que se estende entre o referido terceiro ponto (P) e um quinto ponto (N), a referida terceira curva (z3) sendo tangente à segunda curva (z2) no referido terceiro ponto (P).
Compressor (1), de acordo com as reivindicações de 6 a 8, caracterizado pelo fato de que o referido perfil de cremalheira (p) compreende ainda uma quarta curva (z4) que consiste em uma trocoide que se estende entre o referido primeiro ponto (H) e um sexto ponto (G), a referida quarta curva (z4) sendo tangente à primeira curva (z1) no referido primeiro ponto (H) e gerando, ao envolver o rotor macho (2), um segundo arco (b) que liga os dois lados (FA1, FS1) do referido motor macho (2).
Compressor (1), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o referido perfil de cremalheira (p) compreende ainda uma quinta curva (z5) que se estende entre o referido sexto ponto (G) e um sétimo ponto (M) com uma distância do eixo das ordenadas (Y) igual ao adendo (h2) do rotor fêmeo (3), a referida quinta curva (z5) sendo tangente à quarta curva (z4) no referido sexto ponto (G) e gerando, ao envolver o rotor fêmeo (3), um primeiro arco (a).
Compressor (1), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o referido perfil de cremalheira (p) compreende ainda uma sexta curva (z6) que consiste em um segmento retilíneo paralelo ao eixo das ordenadas (Y) e que se estende entre o referido sétimo ponto (M) e um oitavo ponto (L) situado a uma distância do quinto ponto (N) igual à soma de uma primeira espessura (T01) dos ressaltos (4) do rotor macho (2) com uma segunda espessura (T02) dos ressaltos (7) do rotor fêmeo (3).
Compressor (1), de acordo com as reivindicações de 6 a 11, caracterizado pelo fato de que o referido ângulo agudo principal (a) possui um valor entre 10° e 50°.