ES2203914T3 - Mecanismo de posicionamiento de accionamiento con ajuste de holgura para difusor de tuberia variable. - Google Patents
Mecanismo de posicionamiento de accionamiento con ajuste de holgura para difusor de tuberia variable.Info
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Abstract
MECANISMO DE POSICIONAMIENTO DE TRANSMISION (121) CON AJUSTE DEL HUELGO O CONTRARREACCION, PARA USO EN UN DIFUSOR DE TUBO VARIABLE PARA UN COMPRESOR CENTRIFUGO (10). UN MEDIO GIRATORIO DE TRANSMISION VA ACOPLADO DE MANERA FIJA AL ALOJAMIENTO DE UN COMPRESOR CENTRIFUGO CON UN ENGRANAJE DE PIÑON (124) MONTADO EN EL MISMO. UN ENGRANAJE DE CREMALLERA (123) VA MONTADO EN EL ANILLO INTERIOR (40), Y ADAPTADO PARA UNIRSE, ENGRANANDOSE, CON EL ENGRANAJE DE PIÑON (124). LOS MEDIOS ROTATIVOS DE TRANSMISION ACTUAN PARA COLOCAR EL ANILLO INTERIOR (40) ENTRE UNA POSICION TOTALMENTE ABIERTA Y UNA POSICION PARCIALMENTE CERRADA. SE PROPORCIONA UN LIMITADOR DE DESPLAZAMIENTO PARA LIMITAR EFICAZMENTE LA CARRERA DEL ANILLO INTERIOR A LAS POSICIONES TOTALMENTE ABIERTA Y PARCIALMENTE CERRADA. EL MECANISMO DE AJUSTE DEL HUELGO ESTA FORMADO POR UN ALOJAMIENTO (130), QUE TIENE UN CUERPO CILINDRICO COLOCADO CONCENTRICAMENTE, ALREDEDOR DE UNA PRIMERA LINEA CENTRAL, Y QUE TIENE UN ORIFICIO CENTRAL DISPUESTO AXIALMENTEA TRAVES DEL CUERPO, Y COLOCADOR ALREDEDOR DE UNA SEGUNDA LINEA CENTRAL. EL EJE DE LA TRANSMISION (126) VA DISPUESTO GIRATORIAMENTE, EN POSICION CONCENTRICA CON LA SEGUNDA LINEA CENTRAL DENTRO DEL ORIFICIO INTERIOR. EL ANILLO INTERIOR (40) ESTA SITUADO DE MANERA QUE ENGRANE CON EL ENGRANAJE DE PIÑON (124). EL ALOJAMIENTO (130) ESTA DISPUESTO DENTRO DE LA ENVUELTA EXTERIOR Y PUEDE ACCIONARSE GIRATORIAMENTE PARA EFECTUAR UN AJUSTE DEL HUELGO ENTRE EL ENGRANAJE DE PIÑON (124) Y EL ENGRANAJE DE CREMALLERA (123).
Description
Mecanismo de posicionamiento de accionamiento con
ajuste de holgura para difusor de tubería variable.
La presente invención se refiere a compresores
centrífugos en general y en particular a un mecanismo de
posicionamiento de accionamiento para un difusor de tubería
variable destinado a un compresor centrífugo
Uno de los problemas principales que surgen en la
utilización de compresores de vapor centrífugos para aplicaciones en
las que la carga de compresor varía en un amplio margen es el de
estabilizar la circulación a través del compresor. Los pasajes de
entrada de compresor, impulsor y difusor han de ser dimensionados
para que proporcionen el caudal volumétrico máximo deseado. Cuando
hay un caudal volumétrico bajo a través de ese tipo de compresor,
la circulación se hace inestable. A medida que el caudal
volumétrico se reduce a partir de un régimen estable, se entra en
una circulación ligeramente inestable. En este régimen, parece
producirse una circulación inversa parcial en el pasaje difusor,
creando ruidos y disminuyendo la eficiencia del compresor. Por
debajo de este régimen, el compresor entra en lo que se conoce como
inestabilidad, en la que hay inversiones de la circulación
completas en el pasaje difusor, que destruyen la eficiencia de la
máquina y comprometen la integridad de los elementos de la máquina.
Puesto que un amplio abanico de caudales volumétricos es
conveniente en muchas aplicaciones del compresor, han sido
sugeridas numerosas modificaciones para mejorar la estabilidad de la
circulación con bajos caudales volumétricos. Por ejemplo, el
documento DE-C1-3529281 describe un
dispositivo para cambiar la dirección de la circulación de una
corriente de aire que entra en la abertura del lado de aspiración
de un compresor de un turbosoplante de gas de escape de un motor de
combustión interna. La corriente de aire es desviada en la
dirección giratoria del impulsor del compresor por medio de un
dispositivo de guía situado en el conducto de inducción aguas
arriba de la abertura de entrada.
Han sido ideados muchos esquemas para mantener
altas eficiencias de máquina sobre un amplio margen de
funcionamiento. En la Patente de EE.UU. Nº 4.070.123, se modifica
la configuración de la rueda impulsora completa en respuesta a los
cambios de carga en un esfuerzo para conjugar el comportamiento de
la máquina con las demandas de carga que varían. También se
describen reductores de la circulación de difusor ajustables en la
Patente de EE.UU. Nº 3.362.625 que sirven para regular la
circulación dentro del difusor en un esfuerzo para mejorar la
estabilidad con bajos caudales volumétricos.
Una técnica común para mantener alta eficiencia
de funcionamiento con un amplio margen de caudales en una máquina
centrífuga consiste en utilizar un difusor de anchura variable en
combinación con paletas de guía de difusor fijas.
Las Patentes de EE.UU. Núms. 2.996.996 y
4.378.194, expedidas a un cesionario común, describen difusores de
paletas anchura variable en los que las paletas de difusor están
fijadas firmemente, mediante pernos, por ejemplo, a una de las
paredes difusoras. Las paletas están destinadas a pasar a través de
aberturas formadas en la otra pared permitiendo así que la
geometría del difusor cambie en respuesta al cambio de las
condiciones de carga.
El montaje de modo fijo de las paletas del
difusor en una de las paredes de difusor presenta un cierto número
de problemas particularmente con respecto a la fabricación, el
mantenimiento y el funcionamiento de la máquina. Se dispone de poco
espacio para asegurar las paletas en el montaje. Cualquier
desalineación de las paletas originará que la paleta se trabe o
roce contra la pared opuesta al ser esta recolocada. De modo
similar, si una o más paletas en la serie ha de ser sustituida en el
montaje, la máquina completa, generalmente, ha de ser desmontada
para efectuar la sustitución.
La eficiencia de un compresor podría ser mejorada
grandemente variando la geometría de salida del difusor. En la
Patente de EE.UU. Nº 5.807.071, cedida en común, se describe un
difusor de tubería de geometría variable. Un difusor de tubería de
geometría variable (que puede ser denominado también un difusor de
tubería de anillo dividido) divide el difusor en un primer anillo
interior y un segundo anillo exterior. Los anillos interior y
exterior tienen secciones de canal de circulación de entrada
complementarias formadas en los mismos. Es decir, cada sección de
canal de circulación de entrada del anillo interior tiene una
sección de canal de circulación de entrada complementaria formada
en el anillo exterior. El anillo interior y el anillo exterior
pueden ser hechos girar uno con respecto a otro. Los anillos se
hacen girar para mejorar la eficiencia para niveles de presión que
varíen entre una posición completamente abierta y una posición
parcialmente cerrada. En la posición parcialmente cerrada la
desalineación de las tuberías de salida del difusor origina un
incremento en el ruido. La rotación de los anillos más allá de un
punto de diseño óptimo da como resultado ruido excesivo y
degradación de la eficiencia.
Las tolerancias geométricas dentro de un
compresor centrífugo son pequeñas. Al mismo tiempo las cargas dentro
del compresor son grandes y de naturaleza dinámica. En un difusor
de tubería de anillo dividido el problema de mantener tolerancias
frente a la carga dinámica es bastante oneroso. Existen a la vez
cargas axiales (empuje) y cargas tangenciales sobre el par de
anillos que han de ser atendidas. Los anillos difusores han de ser
capaces de girar uno con respecto a otro y ha de ser mantenido al
mismo tiempo un control estricto sobre sus posiciones relativas
para garantizar la alineación correcta de los canales de
circulación y la eficiencia final del compresor. El coste de
mantener las tolerancias necesarias en un difusor de anillo
dividido es generalmente muy alto.
Otro problema con los difusores de anillo
dividido es el prematuro desgaste de las partes. Generalmente no se
usan lubricantes dentro de las regiones de circulación de gases de
los compresores centrífugos para evitar la contaminación de los
gases. Las cargas dinámicas impuestas sobre el difusor de anillo
dividido por la circulación de los gases que salen del impulsor
originan un desgaste en los componentes del difusor que es
acelerado por la ausencia de aceite lubricante.
El sistema de accionamiento para posicionar
exactamente los anillos uno con relación a otro, ha de ser, entre
otras cosas, rígido para evitar cualquier desgaste por rozamiento
de los componentes. Debido a la carga tangencial en los anillos
existe una propensión en el anillo interior a oscilar con relación
al anillo exterior que puede causar inestabilidad de compresor,
desgaste de partes y podría afectar adversamente a la eficiencia.
Esto origina varios problemas que han de ser superados. Es necesario
un sistema de accionamiento que sea capaz de impedir el movimiento
relativo entre los anillos interior y exterior. Asimismo es
necesario un concepto de cojinete que permita la rotación relativa
de los dos anillos y sea también capaz de resistir las cargas
tangenciales y de empuje manteniendo al mismo tiempo las
tolerancias geométricas entre los anillos. Existe también una
necesidad de proporcionar un sistema de posicionamiento que incluya
detenciones mínima y máxima positivas para evitar el ruido
innecesario y la degradación de la eficiencia así como una simple
retroadaptación de campo. Además, existe la necesidad de que los
sistemas de accionamiento y soporte tengan una larga vida útil y
sean fáciles de instalar y ajustar correctamente.
De acuerdo con la invención se proporciona un
compresor centrifugo según la reivindicación 1. En una realización
preferida de la invención, un engranaje de cremallera está fijado
al anillo interior del difusor de tubería variable. Un piñón
diferencial está fijado a unos medios de accionamiento de rotación
montados en la caja de un compresor centrífugo en una disposición de
engrane con el engranaje de cremallera. Los medios de accionamiento
giratorio se hacen funcionar para hacer girar el anillo interior
con relación al anillo exterior entre una posición en la que las
tuberías del difusor están completamente abiertas y una posición en
la que las tuberías del difusor están parcialmente cerradas. En
adición, los medios de accionamiento son capaces de alinear las
tuberías del difusor en una pluralidad de posiciones entre las
posiciones de completamente abiertas y parcialmente cerradas.
También se proporciona un limitador de recorrido para limitar
positivamente el recorrido del anillo interior en las posiciones de
apertura completa y cierre parcial. También se proporciona un
mecanismo de ajuste del juego entre dientes que tiene un
alojamiento concéntrico alrededor de una primera línea central y un
ánima concéntrica a través del mismo alrededor de una segunda línea
central. El piñón diferencial está montado en un árbol de
accionamiento que pasa a través del ánima. El alojamiento está
montado de modo giratorio en la envuelta. El alojamiento puede ser
accionado de modo giratorio alrededor de la segunda línea central
para ajustar el juego entre los dientes del engranaje de cremallera
y el piñón diferencial.
En los dibujos, se usan números similares para
indicar los mismos elementos en todas las vistas:
la figura 1 es una vista lateral en sección
transversal del compresor según la invención que tiene un difusor de
tubería variable según la presente invención;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un
difusor de tubería variable según la invención;
las figuras 3 y 4 son vistas delanteras en
sección transversal de un difusor de tubería variable de acuerdo
con la invención en una primera posición completamente abierto y
en una segunda posición parcialmente cerrado;
la figura 5 es una vista desde arriba de un
compresor que tiene un difusor variable de la presente
invención;
la figura 6 es una vista en sección transversal
de un mecanismo de soporte de anillo de la presente invención
tomada sustancialmente a lo largo de la línea 6-6 en
la figura 5;
la figura 7 es una vista en sección transversal
de un mecanismo de soporte de anillo de la presente invención
tomada sustancialmente a lo largo de la línea 7-7 de
la figura 6;
la figura 8 es una vista en sección transversal
de un montaje de rodillo de la presente invención;
la figura 9 es una vista en sección transversal
de un eje de la presente invención;
la figura 10 es una vista en sección transversal
de un mecanismo de accionamiento de posicionamiento de la presente
invención del área 10 de detalle en la figura 1;
la figura 11 es una vista desde arriba de un
mecanismo de accionamiento de posicionamiento de la presente
invención;
la figura 12 es una vista en perspectiva de un
engranaje de cremallera de la presente invención;
la figura 13 es un diagrama de comportamiento
para un difusor de tubería variable según la presente
invención;
la figura 14 es un diagrama de comportamiento
para un compresor que tiene solamente paletas de guía de
entrada;
la figura 15 es un diagrama de comportamiento
para un compresor según la presente invención que tiene un difusor
de tubería variable y paletas de guía de entrada; y
la figura 16 es una vista en sección transversal
de un compresor que tiene un mecanismo de protección según la
presente invención.
Haciendo referencia ahora a la figura 1, en ella
se muestra la invención instalada en un compresor 10 centrífugo
como parte de un sistema (no mostrado) de HVAC (compresor de alto
vacío) que tiene un impulsor 12 para acelera vapor refrigerante a
una alta velocidad, un difusor 14 para desacelerar el refrigerante
a una baja velocidad al mismo tiempo que convierte energía cinética
en energía de presión, y una cámara de presión de descarga en la
forma de un colector 16 para recoger el vapor de descarga para
posterior envío a un condensador. La potencia del impulsor 12 es
proporcionada por un motor eléctrico (no mostrado) que está
obturado herméticamente en el otro extremo del compresor y que
funciona haciendo girar un árbol 19 de alta velocidad.
Haciendo referencia ahora a la manera en que se
produce la circulación de refrigerante en el compresor 10, el
refrigerante entra en la abertura 29 de entrada del alojamiento 31
de aspiración, pasa a través del montaje 32 de anillo de hojas y
las paletas 33 de guía, y entra entonces en el área 23 de aspiración
de compresión que conduce al área de compresión definida en su lado
interior por el impulsor 12 y en su lado exterior por el
alojamiento 34. Después de la compresión, el refrigerante entra
entonces en el difusor 14, el colector 16 y la tubería (no
mostrada) de descarga.
Un difusor 14 de tubería de geometría variable
según la presente invención incluye un primer anillo interior 40 y
un segundo anillo exterior 42, un mecanismo 35 de soporte de
anillos, y un mecanismo 121 de accionamiento de posicionamiento.
Haciendo referencia a las figuras 3 y 4, los anillos interior y
exterior tienen secciones 44 y 46 de canal de circulación
complementarias formadas en los mismos. Es decir, cada sección 44 de
canal del anillo interior 40 tiene una sección 46 de canal
complementaria formada en el anillo exterior 42. El anillo interior
40 y el anillo exterior 42 pueden hacerse girar uno con respecto a
otro. En una realización preferida, el anillo interior 40 gira
circunferencialmente dentro de un anillo exterior 42
estacionario.
Cuando un anillo se hace girar con respecto al
otro, la alineación entre cada par de canales de circulación de
entrada complementarios de los anillos de entrada y salida cambia
como se ve con referencia a las figuras 3 y 4. Los anillos 40 y 42
pueden ser ajustados entre una primera posición completamente
abierta, como se ilustra en la figura 3, en la que las secciones de
canal complementarias están alineadas y pasa una cantidad máxima de
fluido a través de los anillos 40 y 42, y una segunda posición
parcialmente cerrada, como se ilustra en la figura 4, en la que
canales complementarios están desalineados y la circulación a
través de las secciones 44 y 46 de canal está restringida.
En la figura 5 se muestra un mecanismo 35 de
soporte de anillo según una realización de la presente invención. La
realización mostrada ilustra le utilización de tres de tales
mecanismos espaciados circunferencialmente equidistantes alrededor
del difusor. Haciendo referencia ahora a las figuras
6-7, el mecanismo de soporte de los anillos de la
presente invención incluye una ranura 41 de soporte interior y un
rebaje 43 dispuesto en el anillo interior 40, un montaje 54 de
rodillo, un montaje 36 de eje de rodillo, y una ranura 45 de apoyo
exterior dispuesta en el anillo exterior. El montaje de rodillo
mostrado en le figura 8 incluye un rodillo 55 que tiene una
superficie 56 de apoyo exterior. y un par de superficies 57 de
apoyo de empuje. El montaje del eje como se muestra en las figuras
6-7 incluye un eje 37 y un perno 39 de eje. Como se
ve en la figura 9, el eje 37 incluye una cabeza 38 hexagonal y un
cuerpo 47 de eje, una línea central 48 de cuerpo de eje, un ánima
axial 49 y una línea central 50 de ánima axial. En adición el eje 39
incluye un par de resaltes 73, 74 concéntricos con la línea central
50 de ánima axial.
Otro problema con los difusores de anillo
dividido es el prematuro desgaste de la pieza. Generalmente no se
usan lubricantes dentro de las regiones en las que circulan gases
de los compresores centrífugos para evitar la contaminación de los
gases. Las cargas dinámicas impuestas en el difusor de anillo
dividido para la circulación del gas que sale del impulsor hacen
que el desgaste en los componentes del difusor se acelere por la
ausencia de aceite lubricante. Debido a la no disponibilidad de
aceites lubricantes en la mayoría de los compresores es usualmente
necesario adoptar medidas para minimizar el desgaste de rozamiento
e interfacial. Consecuentemente, en ciertas realizaciones de la
presente invención y como se ha descrito en esta memoria
anteriormente, las interfaces de componentes son revestidas de
materiales duros, las piezas son fabricadas de materiales plásticos
de peso molecular ultra elevado, los montajes de anillo son
precargados y el juego entre los dientes es eliminado de los
engranajes del sistema de accionamiento de posicionamiento.
Haciendo referencia ahora a la manera en la que
el anillo interior está ensamblado y a su movimiento. El anillo
exterior 42 es estacionario con respecto al alojamiento de
aspiración y se instalan tres conjuntos de mecanismos 35 de soporte
de anillo en el anillo exterior posicionando el montaje 54 de
rodillo dentro de la ranura 45 de apoyo del anillo exterior,
haciendo pasar el eje a través del orificio 58 de montaje y el
montaje de rodillo y entonces instalando el perno del eje a través
del eje y atornillado flojamente el perno 39 del eje en los
orificios roscados 39 en el anillo exterior. El anillo interior 40
se instala dentro del anillo exterior con los recortes 43 de anillo
interior alineados circunferencialmente con la ranura 45 de apoyo y
los montajes 35 de rodillo y entonces haciendo girar el anillo en
el sentido del reloj como se muestra en la figura 7 para posicionar
los montajes de rodillo dentro de la ranura 41 de apoyo. Con el
anillo interior instalado dentro del anillo exterior los mecanismos
de soporte de anillo se emplean para centrar y posicionar
correctamente el anillo interior haciendo girar el eje mediante la
utilización de una llave colocada en la cabeza hexagonal 38. La
línea central 48 del cuerpo de eje, en el que está montado el
rodillo 55 está desplazada 0,53 mm de la línea central 50 del ánima
de eje, que es concéntrica con los resaltes 73, 74. La rotación de
la cabeza hexagonal 38 origina que el montaje de rodillo gire
alrededor de los resaltes dentro del anillo exterior y hace que el
montaje de rodillo sea desplazado radialmente con relación al
anillo exterior. Una vez que el anillo interior está centrado
correctamente dentro del anillo exterior se hace girar más la cabeza
hexagonal para precargar la superficie 56 de apoyo exterior de los
montajes de rodillo contra el anillo interior. El perno axial 39 se
aprieta entonces. La precarga condicionada se prefiere porque
impide que el anillo interior se mueva a causa de las cargas
circunferenciales y tangenciales. En una realización de la presente
invención el rodillo 55 y el anillo interior 40 son de aluminio y
tanto la superficie 56 de apoyo como la ranura 41 de apoyo interior
están endurecidas para evitar el desgaste. Los montajes de rodillo
protegen el movimiento de los anillos en la dirección axial debido
a las cargas de empuje que posicionan las superficie 57 de soporte
de empuje dentro de la ranura 41 de apoyo interior endurecida y la
ranura 45 de apoyo exterior relativamente blanda. La superficie 57
de soporte de empuje del montaje de rodillo debe permitir la
rotación de los anillos interior y exterior y al mismo tiempo
resistir las cargas de empuje producidas por el compresor. En una
realización preferida la superficie 57 de soporte de empuje es
fabricada de un plástico de peso molecular ultra alto que tiene un
bajo coeficiente de rozamiento de 0,16 y una dureza Shore D 64. Las
superficies de soporte de empuje de plástico impiden el contacto
entre el rodillo endurecido y la ranura de apoyo exterior blanda y
son utilizadas para soportar las cargas de empuje del compresor y
para ajustar las tolerancias axiales del anillo interior. Una
característica adicional de los mecanismos de soporte de los anillos
es que con los anillos ensamblados como se ha descrito
anteriormente es posible preensamblar los anillos interior y
exterior y transportarlos al compresor para montarlos
finalmente.
Otra realización de la presente invención para
limitar y prevenir el movimiento axial del anillo interior con
relación al anillo exterior se muestra en la figura 16. En ella se
muestra un sistema 90 de protección axial que comprende un árbol 91
roscado, un orificio 92 de montura roscado, una almohadilla 93 de
apoyo, una tuerca 94 de fijación, una cabeza hexagonal 95 y un
rebaje 96. Durante el montaje del difusor el mecanismo 90 de
protección axial se instala de modo que la almohadilla 93 de apoyo
es posicionada en el rebaje 96. La almohadilla de apoyo posicionada
dentro del rebaje permite juego para que el recubrimiento 34 sea
montado en el anillo exterior 42 sin contacto accidental de las
almohadillas de apoyo con el anillo interior. Una vez instalado el
alojamiento 34 el árbol 91 roscado se hace girar para poner la
almohadilla de apoyo en contacto con el anillo interior. Con la
almohadilla de apoyo posicionada correctamente el mecanismo es
fijado de modo liberable apretando la tuerca 94 de fijación. En una
realización preferida la almohadilla de apoyo se fabrica de un
material plástico de peso molecular ultra alto. Una realización de
la presente invención incluye seis de tales mecanismos de
protección posicionados circunferencialmente, igualmente espaciados
alrededor del anillo interior.
Un mecanismo 121 de accionamiento de
posicionamiento para hacer girar el anillo interior 40 dentro del
anillo exterior 42 se describe con referencia a la figura 10. El
anillo interior 40 tiene unido de modo fijo al mismo el engranaje
123 de cremallera que se extiende radialmente hacia fuera desde el
anillo interior 40. En relación de engrane con el engranaje 123 de
cremallera está el piñón diferencial 124 que es accionado por el
eje 126 de piñón mediante el accionador 128. El accionador 128 es
seleccionado y controlado para que efectúe el movimiento del anillo
interior 40 en relación con el anillo exterior 42 entre una primera
posición de completa apertura y una segunda posición de cierre
parcial y cualquier número de posiciones intermedias entre ambas. El
eje 126 está alojado en un alojamiento 130 de contención que obtura
herméticamente el eje 126 del interior 132 del compresor y que
impide fugas de fluido fuera del compresor 10 a través del
alojamiento 130 de contención. La carga tangencial y circunferencial
en los anillos efectuada por la circulación de refrigerante dentro
del difusor origina que el anillo interior tenga la propensión a
vibrar hacia atrás y hacia delante dentro del anillo exterior. El
exceso de movimiento o vibración del anillo interior originará que
el engranaje 123 de cremallera y el piñón diferencial 124 se
desgasten y originará también el desgaste de otras partes.
Precargando el anillo interior por medio de los montajes de rodillo
como se ha expuesto en esta memoria anteriormente se impide el
movimiento del anillo interior así como la vibración en condiciones
de funcionamiento normales. En casos de condiciones anormales,
tales como funcionando de modo inestable, es necesario un mecanismo
secundario para impedir el movimiento del anillo interior. Se
proporciona un sistema de montura de accionamiento para impedir el
movimiento adverso y la vibración del anillo interior evitando el
juego entre los dientes entre el segmento dentado y el piñón
diferencial por medio del ajuste de las posiciones relativas de los
centros del piñón diferencial y del engranaje de cremallera
utilizando el alojamiento 130 de alojamiento del eje. La superficie
125 exterior del alojamiento del eje es concéntrica alrededor de la
línea central 127 de alojamiento y el ánima 129 de alojamiento es
concéntrica alrededor de la línea central 131 de ánima de
alojamiento. En una realización de la presente invención la línea
central 127 de alojamiento y la línea central 129 de ánima de
alojamiento están desplazadas 1,5 mm. Haciendo referencia a la
figura 11, en ella se muestra una meseta plana 135 para tuerca y
ranuras 134 de ajuste del mecanismo de accionamiento de
posicionamiento. Después de la instalación del mecanismo de
accionamiento de posicionamiento en el alojamiento 31 de aspiración
el juego entre el engranaje 123 de cremallera y el piñón diferencial
124 se elimina haciendo girar el mecanismo de posicionamiento de
accionamiento mediante la aplicación de una llave (no mostrada) a
través de las mesetas planas 135. Una vez conseguido un juego
mínimo entre los dientes se fija el mecanismo de accionamiento de
posicionamiento en su lugar apretando los tornillos 133 de
sombrerete. Una vez eliminado el juego de los dientes la tendencia
del anillo interior a moverse es descargada directamente por el
accionador a través del sistema de engranajes.
La circulación de fluido a través del difusor 14
en una segunda posición parcialmente cerrado en relación con el
caudal de la posición de completa abertura es determinado por la
relación del área de la sección transversal mínima de un canal de
circulación de un difusor en una posición de cierre parcial al área
de la sección transversal mínima de un canal de circulación
(definido por las secciones 44 y 46 de canal complementarias) en una
posición de completa apertura. Esta área de canal de circulación
mínima, conocida como "área de garganta" será generalmente
determinada por el diámetro más pequeño del pasaje 52 de
circulación del canal 44 de anillo interior cuando el difusor esté
en una posición de total apertura, y estará controlada por la
anchura 53 en la interfaz entre los anillos 40 y 42 interior y
exterior cuando el difusor 14 esté en una segunda posición de
cierre parcial. Por ejemplo, si un canal difusor tiene un área
mínima (área de garganta) de 0,8 cm^{2} en una segunda posición de
parcialmente cerrado, y un área mínima (área de garganta) de 1,6
cm^{2} en una posición de completamente abierto entonces el
caudal volumétrico de fluido a través de un difusor en la posición
de parcialmente cerrado será de alrededor del 50% del caudal de la
posición de completamente abierto. El caudal de fluido a través del
compresor 10 cuando el difusor 14 esté en una segunda posición de
parcialmente cerrado estará generalmente comprendido entre alrededor
del 10% y el 100% del caudal de fluido a través del compresor 10
cuando el difusor esté en la posición de completamente abierto.
En una segunda posición de parcialmente cerrado
(figura 4), al menos alrededor del 10% del volumen que circula en
la posición de completamente abierto deberá circular a través del
difusor 14 para impedir un excesivo calentamiento termodinámico,
excesivo ruido y una degradación en la eficiencia del compresor. Con
esta finalidad, la cantidad de giro relativo entre las dos
secciones de anillo deberá ser limitada al giro necesario para
pasar a una segunda posición de parcialmente cerrado. En otras
palabras, los anillos no deben poderse ajustar de modo que
interrumpan completamente la circulación de fluido entre ambos. El
grado de giro permisible entre los dos anillos está determinado por
la circulación deseada entre los anillos en una posición de cierre
completo, y el número y el volumen de secciones 44, 46 de canales
de circulación de entrada en las secciones 40 y 42 de anillo en
relación con el volumen de las secciones 40 y 42 de anillo.
Continuando con referencia a la figura 4, R_{2}
define el radio de la punta de impulsor, R_{3} define el radio
exterior del anillo interior 40, y R_{4} define el radio exterior
del anillo exterior. Haciendo el espesor, definido por la cantidad T
= R_{3} - R_{2} del anillo interior 40 no mayor que lo
necesario para bloquear una porción deseada (por ejemplo el 50% del
caudal) a través de los canales 46 de anillo exteriores, la
circulación de fluido a través del difusor 4 puede ser controlada
eficientemente. El giro del anillo interior con respecto al anillo
exterior reducirá el área de garganta del difusor antes de que tenga
lugar cualquier difusión, impidiendo por tanto la aceleración de la
circulación después de la difusión. También, cuanto menor sea el
espesor, T, de anillo interior, menores serán los ángulos de giro
de la circulación a través del difusor en la posición de
parcialmente cerrado. Ambos efectos descritos anteriormente tienden
a mejorar la eficiencia del compresor en condiciones de
funcionamiento de carga parcial.
Haciendo referencia ahora a las figuras 5 y 12,
en ellas se muestra una realización de la presente invención que
tiene un mecanismo para proporcionar el posicionamiento positivo
del anillo interior correspondiente a una primera posición de
completamente abierto y a una segunda posición de parcialmente
cerrado. La cavidad 137 es mecanizada en el anillo exterior 42 para
acomodar el engranaje 123 de cremallera. El engranaje 123 de
cremallera se monta con precisión en el anillo interior 40 en modo
de lengüeta y ranura en el que el engranaje de cremallera está
provisto de una ranura 143 circunferencial adaptada para recibir la
sección 139 de lengüeta del anillo interior 40. Para determinar la
posición de completamente abierto el anillo interior es posicionado
dentro del anillo exterior y los anillos se hacen girar uno con
relación a otro hasta que los pasajes 52 de circulación estén
completamente alineados con los canales 46 de circulación
exteriores. Con los anillos en esta posición, y el mecanismo de
soporte de los anillos ajustado como se ha descrito anteriormente,
el engranaje de cremallera está montado en el anillo anterior con
la cara 145 de engranaje en contacto con la detención 140 de
completamente abierto de la cavidad 137. Pernos (no mostrados) se
instalan entonces a través de los orificios 142 de montaje de
engranaje y se atornillan de modo firme y apretado en orificios 138
roscados en el anillo interior. El engranaje de cremallera y la
cavidad están dimensionados para proporcionar una cantidad
predeterminada de cierre del difusor de tubería. Por ejemplo en una
realización de la presente invención la cavidad 137 está
dimensionada de modo que la diferencia entre la anchura angular del
engranaje de cremallera y la cavidad proporcionan una posición de
abertura del 10%. En este ejemplo el desplazamiento requerido del
engranaje de cremallera es de 10 grados, la anchura angular del
engranaje de cremallera es de 35 grados y la anchura angular de la
correspondiente cavidad es de 45 grados. Con el engranaje de
cremallera así posicionado se crea una detención positiva entre el
engranaje de cremallera y la cavidad para posicionar firmemente y
de modo repetible los anillos en puntos correspondientes a una
posición de completa apertura y una posición de cierre parcial. Las
detenciones positivas permiten también la modificación en el campo
del accionador 128 sin necesidad de ajustar la posición de los
anillos interior y exterior.
El funcionamiento y la utilización de la presente
invención pueden ser comprendidos con referencia a la figura 13 que
muestra un diagrama de comportamiento para un compresor que tiene
un difusor de tubería variable según la invención integrado en el
mismo. El diagrama de comportamiento de la figura 13, incluye una
pluralidad de curvas 60, 62, 64, 66 y 68 de comportamiento que
corresponden cada una a un posicionamiento discreto entre las
secciones 40 y 42 de anillo interior y exterior. Cada curva de
comportamiento, por ejemplo la 60, está caracterizada por un punto
máximo, por ejemplo 70, que es el punto de presión disponible
máxima. Haciendo funcionar el compresor con un caudal
correspondiente a un punto máximo o inferior resultará probablemente
una condición de máximo, como se ha expuesto en la sección de
Antecedentes de la Invención en esta memoria.
Para los propósitos de ilustrar la invención, la
curva 60 puede corresponder, por ejemplo, a una primera posición
completamente abierta, la curva 62 puede corresponder a una
posición parcialmente cerrada 2 grados intermedia, la curva 64 puede
corresponder a una posición parcialmente cerrada 4 grados
intermedia, y la curva 68 puede corresponder a una posición
parcialmente cerrada de 8 grados máxima.
Se ve que el ajuste de las secciones 40 y 42 de
anillo hacia una posición cerrada tiene el efecto de ajustar el
punto máximo, por ejemplo 70, 72 en un diagrama de comportamiento
para un compresor hacia un caudal inferior. Por tanto, una
condición de máximo puede ser evitada durante periodos de demanda de
circulación baja ajustando los anillos 40 y 42 de difusor hacia una
posición cerrada.
Es útil para comprender la invención comparar el
diagrama de comportamiento de la figura 13, para un compresor que
tiene un difusor variable, con el diagrama de comportamiento
mostrado en la figura 14 que corresponde a un compresor que tiene
solamente paletas de guía de entrada ajustables. En la figura 14 las
curvas 80, 82, 84, 86 y 88 corresponden al posicionamiento discreto
de paletas 33 de guía en posiciones de cierre crecientes. Se ve que
las paletas 33 de guía de cierre, como las secciones 40 y 42 de
anillo difusor tienen el efecto de reducir el caudal de punto
máximo. Por tanto una condición de máximo puede ser a menudo
evitada ajustando las paletas 33 de guía de entrada hacia una
posición de cierre.
No obstante, en el diagrama de comportamiento de
la figura 14 se ve que el ajuste de las paletas 33 de guía hacia
una posición cerrada tiene el efecto adicional de reducir la
presión de cabeza disponible del compresor 10 en el punto máximo.
Por consiguiente, una condición de funcionamiento de caudal bajo
que requiera una presión relativamente alta no puede ser satisfecha
ajustando solamente las paletas 33 de guía.
En contraste, en el diagrama de comportamiento de
la figura 13 se ve que la presión de punto máxima disponible del
compresor 10 permanece esencialmente estable cuando los anillos 40
y 42 del difusor se ajustan hacia una posición cerrada. Por
consiguiente, una condición de funcionamiento que requiera un bajo
caudal y una alta presión de compresor puede ser satisfecha
ajustando los anillos 40 y 42 de difusor hacia una posición
cerrada.
Una condición de funcionamiento que requiera un
bajo caudal y una alta relación de presiones con respecto a la
relación de presiones de funcionamiento de plena carga (por ejemplo
90% de la plena carga) es corriente cuando existe una gran
diferencia (por ejemplo 28ºC o más) entre la temperatura del aire
ambiente y la temperatura interior, pero una carga ligera ocasional
en un edifico que se refrigera. En esa situación, se requiere una
relación de presiones de compresor relativamente alta (por ejemplo
superior a alrededor de 2,5) por las presiones de saturación del
refrigerante que corresponden al condensador, y a las temperaturas
de evaporación, pero solamente se necesita un caudal reducido,
por ejemplo del 25% de la plena carga, para eliminar el calor
generado dentro del edificio.
La figura 15 muestra un diagrama de
comportamiento para un compresor que tiene paletas de guía
ajustables y un difusor de tubería variable de acuerdo con la
invención. Se ve que la eficiencia de un compresor puede ser a
menudo optimizada combinando un ajuste de las paletas 33 de guía
con un ajuste de los anillos 40 y 42 de difusor. Con referencia a
la figura 15 las curvas 111, 112, 113, 114, 115, y 116, en líneas de
trazos, muestran los comportamientos para un compresor que tiene un
difusor variable en una posición completamente abierta para diversas
posiciones de las paletas 33 de guía de entrada (IGV), en tanto que
las curvas 101, 102, 103, 104 y 105, en línea continua, muestran
comportamientos para un compresor que tiene anillos de difusor
parcialmente cerrados (aquí, hay alrededor del 40% del caudal
original en la posición cerrada) con varios posicionamientos de las
paletas de guía. Como conocen bien los expertos en la técnica, un
compresor funciona con una eficiencia óptima cuando funciona en el
"codo" (por ejemplo punto 81 en la figura 14) de la curva de
comportamiento que caracteriza el comportamiento del compresor. Con
referencia al diagrama 15, la condición de funcionamiento que
requiere, por ejemplo, una presión de alrededor de 0,7 de la máxima,
y un caudal de alrededor de 0,3 del máximo sería satisfecha con la
máxima eficiencia por un compresor que funcionase de acuerdo con la
curva 104, obtenida ajustando los anillo 40 y 42 del difusor en
una posición cerrada y ajustando las paletas 33 de guía en una
posición de 10 grados.
Aunque la presente invención ha sido explicada
con referencia a un número de realizaciones concretas, se ha de
entender que el alcance de la presente invención ha de ser
determinado con referencia a las reivindicaciones adjuntas.
Claims (9)
1. Un compresor centrífugo (10) que tiene una
envuelta y un impulsor (12) montado de modo giratorio en la misma
para llevar un fluido de trabajo desde una entrada (29) a la
entrada de un difusor (14) de anillos divididos dispuestos
radialmente anulares, incluyendo el difusor un anillo interior
(40), teniendo el anillo interior una pluralidad de primeras
secciones (44) de canales de guía de la circulación formada en el
mismo, un anillo exterior (42), teniendo el anillo exterior una
pluralidad de segundos canales (46) de guía de la circulación
formada en el mismo, teniendo cada una de las segundas secciones
(46) de canales de guía de la circulación una primera sección (44)
de canales de guía de la circulación complementaria; incluyendo el
compresor un mecanismo (121) de posicionamiento de accionamiento
para hacer girar el anillo interior (40) circunferencialmente dentro
del anillo exterior (42) entre una primera posición de apertura
completa en la que las secciones de los canales de circulación
primera (44) y segunda (46) complementarias están alineadas para
permitir una circulación máxima de fluido a través de las secciones
(44, 46) de canal complementarias, y una segunda posición,
parcialmente cerrada en la que los primeros (44) y los segundos (46)
canales de guía de circulación complementarios están desalineados
para restringir la circulación de fluido a través de las secciones
(44, 46) de canal complementarias, caracterizado porque el
mecanismo (121) de posicionamiento de accionamiento comprende:
unos medios de accionamiento giratorio montados
de modo fijo en la envuelta que tienen un extremo de accionamiento y
un piñón diferencial (124) montados en la misma;
un engranaje (123) de cremallera montado de modo
fijo en el anillo interior (40) que se extiende radialmente hacia
fuera desde el anillo interior (40) y destinado a aplicarse en la
disposición de engrane con el piñón diferencial (124); y
un limitador de desplazamiento para limitar el
desplazamiento del anillo interior (40) entre una primera posición
correspondiente a la posición de apertura completa y una segunda
posición correspondiente a la posición parcialmente cerrada,
comprendiendo dicho limitador de desplazamiento un par de
detenciones (140, 141) dispuestas en el anillo exterior (42) para
aplicarse rígidamente con el engranaje (123) de cremallera en una
primera posición correspondiente a la posición de completa abertura
y para aplicarse rígidamente con el engranaje (123) de cremallera
en una segunda posición correspondiente a la posición parcialmente
cerrada.
2. El compresor centrífugo (10) según la
reivindicación 1, en el que los medios de accionamiento giratorio
son un motor eléctrico.
3. El compresor centrífugo (10) según la
reivindicación 1, en el que los medios de accionamiento giratorio
son un accionador (128).
4. El compresor centrífugo (10) según las
reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que el anillo interior (40) es
ajustable circunferencialmente de modo giratorio en una pluralidad
de posiciones comprendidas entre la completamente abierta y las
parcialmente cerradas.
5. El compresor centrífugo (10) según cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en el que el limitador de
desplazamiento comprende además una cavidad (137) dispuesta dentro
del anillo exterior (42) y destinada a recibir el engranaje (123)
de cremallera, comprendiendo la cavidad (137):
un primer extremo que proporciona la primera
detención (140) dispuesta en el anillo exterior (42); y
un segundo extremo que proporciona la segunda
detención (141) dispuesta en el anillo exterior (42).
6. El compresor centrífugo (10) según cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en el que el engranaje (123) de
cremallera que tiene una superficie inferior incluye una ranura
circunferencial (143) dispuesta en la superficie inferior y el
anillo interior (40) incluye una porción (139) elevada
circunferencial concéntrica con el anillo interior (40) y destinada
a aplicarse a la ranura (143) del engranaje (123) de cremallera y a
posicionar el engranaje (123) de cremallera en alineación
circunferencial con el anillo interior (40).
7. El compresor centrífugo (10) según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho
piñón diferencial (124) está fijado en un extremo de un árbol (126)
de accionamiento y comprende además un mecanismo de ajuste del juego
entre dientes, comprendiendo dicho mecanismo de ajuste del juego
entre los dientes:
teniendo la envuelta un orificio de montaje
dispuesto en la misma;
teniendo un alojamiento (130) un cuerpo
cilíndrico posicionado concéntricamente alrededor de una primera
línea central (127) y teniendo un ánima (129) dispuesta axialmente a
través del cuerpo posicionada alrededor de una segunda línea
central (131);
estando dispuesto el árbol (126) de accionamiento
de modo giratorio concéntrico con la segunda línea central (131)
dentro del ánima (129) del alojamiento (130);
estando el alojamiento (130) montado dentro del
orificio de montaje y siendo accionable de modo giratorio para
efectuar un ajuste del juego entre dientes entre el piñón
diferencial (124) y el engranaje (123) de cremallera.
8. El compresor centrífugo (10) según la
reivindicación 7, en el que el alojamiento (130) incluye un área
(135) a la que está destinada a ser aplicada una llave.
9. El compresor centrífugo (10) según las
reivindicaciones 7 u 8, en el que el alojamiento (130) incluye unos
medios de fijación para asegurar de modo liberable el alojamiento
en una posición de ajuste seleccionada.
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