ES2225802T3 - 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
Un compresor centrífugo que comprende un mecanismo de ajuste del juego de dientes que tiene un difusor de anillo partido dispuesto radialmente anular, incluyendo el difusor un anillo exterior (42), un anillo interior (40) montado de modo giratorio dentro del anillo exterior, un engranaje (123) de cremallera montado de modo fijo en dicho anillo interior y un piñón diferencial (124) que se aplica funcionalmente con el engranaje de cremallera y que está unido a un árbol (126) de accionamiento para hacer girar el mecanismo de ajuste del juego entre dientes que comprende: un alojamiento (130) que tiene un cuerpo cilíndrico posicionado concéntricamente alrededor de una primera línea central (127) y que tiene un ánima (129) dispuesta axialmente a través del cuerpo posicionada alrededor de una segunda línea central (131) desplazada de dicha primera línea central; el árbol (126) de accionamiento dispuesto de modo giratorio dentro del ánima del alojamiento; y el alojamiento (130) montado de modo quepuede ser hecho girar selectivamente sobre dicha primera línea central (127) para efectuar así un ajuste del juego de dientes entre el piñón diferencial (124) y el engranaje (123) de cremallera.
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 ajuste del
juego entre los dientes de engranajes para un difusor de tubería
variable destinado a un compreso 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 periódicas 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.
Han sido ideados muchos esquemas para mantener
altas eficiencias de máquina sobre un amplio margen de
funcionamiento. El documento
DE-A-3529281 describe un dispositivo
para cambiar la dirección de la circulación de una corriente de aire
que entra en la abertura lateral de aspiración de un compresor. La
Patente de EE.UU. Nº 2.382.913 describe un compresor que tiene un
difusor con una pluralidad de paletas de difusor con una porción
fija y una porción movible. 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 de 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 que comprende un mecanismo de ajuste del juego entre
dientes para ser usado en un difusor de tubería de geometría
variable para un compresor centrífugo, según la reivindicación
1.
En una realización preferida de la presente
invención, un engranaje de cremallera está fijado al anillo
interior de un difusor de tubería variable. En una realización
preferida, 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. En una realización preferida, los medios de
accionamiento giratorios funcionan 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, en una realización preferida, 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. En una realización preferida, se
proporciona también un limitador de recorrido para limitar
positivamente el recorrido del anillo interior en las posiciones de
apertura completa y cierre parcial. El mecanismo de ajuste del juego
entre dientes 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 caja. El
alojamiento de la presente invención 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 de un compresor que incorpora un mecanismo de juego
entre dientes según la invención que tiene un difusor de tubería
variable;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un
difusor de tubería variable que incorpora un mecanismo de juego
entre dientes según la invención;
las figuras 3 y 4 son vistas delanteras en
sección transversal de un difusor de tubería variable que incorpora
un mecanismo de juego entre dientes de acuerdo con la invención en
una primera posición completamente abierto y en una segunda
posición parcialmente cerrado, respectivamente;
la figura 5 es una vista desde arriba de un
compresor que tiene un difusor variable que incorpora un mecanismo
de juego entre dientes de la presente invención;
la figura 6 es una vista en sección transversal
de un mecanismo de soporte de anillo que incorpora un mecanismo de
juego entre dientes 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 que incorpora un mecanismo de
juego entre dientes de la presente invención tomada sustancialmente
a lo largo de la línea 7-7 en la figura 6;
la figura 8 es una sección transversal de un
montaje de rodillo que incorpora un mecanismo de juego entre dientes
de la presente invención;
la figura 9 es una vista en sección transversal
de un eje que incorpora un mecanismo de juego entre dientes de la
presente invención;
la figura 10 es una vista en sección transversal
de un mecanismo de accionamiento de posicionamiento que incorpora
un mecanismo de juego entre dientes 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 que incorpora un
mecanismo de juego entre dientes de la presente invención;
la figura 12 es una vista en perspectiva de un
engranaje de cremallera que incorpora un mecanismo de juego entre
dientes de la presente invención;
la figura 13 es un diagrama de comportamiento
para un difusor de tubería variable que incorpora un mecanismo de
juego entre dientes 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 que incorpora un mecanismo de juego entre dientes
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 axial y que
incorpora un mecanismo de juego entre dientes según la presente
invención.
Haciendo referencia ahora a la figura 1, en ella
se muestra un compresor centrífugo 10 como parte de un sistema (no
mostrado) de HVAC (compresor de alto vacío) que tiene un impulsor
12 para acelerar 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 para el 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
que puede incorporar un mecanismo de ajuste de juego entre dientes
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 los
canales complementarios están desalineados y la circulación a
través de las secciones 44 y 46 de los canales está restringida.
En la figura 5 se muestra un mecanismo 35 de
soporte de anillo. El mecanismo mostrado ilustra la 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 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 como se
muestra 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 exagonal y un
cuerpo axial 47, 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 piezas. Generalmente no se usan
lubricantes dentro de las regiones por 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 por la circulación de gases que salen del impulsor hacen
que el desgaste en los componentes del difusor sea acelerado 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 como se describe en esta memoria más adelante,
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 e instalando entonces el perno del eje a través
del eje y atornillado flojamente el perno 39 del eje en los
orificios roscados 59 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 haciendo girar entonces 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 exagonal 38. La
línea central 48 de cuerpo de eje, en la que está montado el
rodillo 55 está desplazada de la línea central 50 de ánima de eje,
que es concéntrica con los resaltes 73, 74, 0,5 mm. La rotación de
la cabeza exagonal 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
exagonal 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 exterior 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 posicionando 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.
Un mecanismo 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 exagonal 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 se fija de modo liberable apretando la
tuerca 94 de fijación. En un mecanismo preferido la almohadilla de
apoyo se fabrica de un material plástico de peso molecular ultra
alto. Un compresor puede incluir seis de tales mecanismos de
protección axiales 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 exterior 42 tiene unido de modo fijo al mismo el engranaje
123 de cremallera que se extiende radialmente hacia fuera desde el
anillo exterior 42. En relación de engrane con el engranaje 123 de
cremallera está el piñón diferencial 124 que es accionado por medio
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. La
presente invención 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 contención
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 el juego mínimo entre los dientes el mecanismo de
accionamiento de posicionamiento se fija 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 de cierre parcial en relación con el caudal
de la posición de completa abertura es determinada 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 14 esté en una posición
completamente abierta, 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 81 mm^{2} en una segunda posición de parcialmente
cerrado, y un área mínima (área de garganta) de 161 mm^{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 las secciones 44, 46 de los
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 exterior, 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 un difusor 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 están 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 pueden estar
dimensionados de modo que la diferencia entre la anchura angular del
engranaje de cremallera y la cavidad proporcionen una posición de
abertura de un 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 del compresor
como se ha descrito anteriormente 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 los anillos 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 intermedia cerrada parcialmente 2 grados, la curva 64
puede corresponder a una posición intermedia cerrada parcialmente 4
grados, y la curva 68 puede corresponder a una posición cerrada
parcialmente 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.
Para la comprensión resulta útil 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) en 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 cierto 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 (8)
1. Un compresor centrífugo que comprende un
mecanismo de ajuste del juego de dientes que tiene un difusor de
anillo partido dispuesto radialmente anular, incluyendo el difusor
un anillo exterior (42), un anillo interior (40) montado de modo
giratorio dentro del anillo exterior, un engranaje (123) de
cremallera montado de modo fijo en dicho anillo interior y un piñón
diferencial (124) que se aplica funcionalmente con el engranaje de
cremallera y que está unido a un árbol (126) de accionamiento para
hacer girar el mecanismo de ajuste del juego entre dientes que
comprende:
un alojamiento (130) que tiene un cuerpo
cilíndrico posicionado concéntricamente alrededor de una primera
línea central (127) y que tiene un ánima (129) dispuesta axialmente
a través del cuerpo posicionada alrededor de una segunda línea
central (131) desplazada de dicha primera línea central;
el árbol (126) de accionamiento dispuesto de modo
giratorio dentro del ánima del alojamiento; y
el alojamiento (130) montado de modo que puede
ser hecho girar selectivamente sobre dicha primera línea central
(127) para efectuar así un ajuste del juego de dientes entre el
piñón diferencial (124) y el engranaje (123) de cremallera.
2. Un compresor que comprende un mecanismo de
ajuste del juego entre dientes según la reivindicación 1, en el que
el anillo exterior es un miembro estacionario (42), el anillo
interior es un miembro movible (40),
y el árbol de accionamiento está dispuesto de
modo giratorio concéntrico con la segunda línea central (131).
3. El compresor que comprende un mecanismo de
ajuste del juego entre dientes según las reivindicaciones 1 ó 2, en
el que el alojamiento incluye un área destinada a aplicar una llave
para hacer girar la misma.
4. El compresor que comprende un mecanismo de
ajuste del juego entre dientes según las reivindicaciones 1 a 3, en
el que el alojamiento incluye unos medios de fijación para asegurar
de modo liberable el alojamiento en una posición de ajuste
seleccionada.
5. El compresor que comprende un mecanismo de
ajuste del juego entre dientes según la reivindicación 4, en el que
los medios de fijación comprenden un collar anular dispuesto sobre
dicho alojamiento y que tiene ranuras anulares formadas en el mismo
para acomodar sujetadores que pasan a través de dichas ranuras y
entran en la estructura de soporte adyacente.
6. El compresor que comprende un mecanismo de
ajuste del juego entre dientes según las reivindicaciones 4 ó 5, en
el que el alojamiento puede ser hecho girar sobre un margen
continuo de posiciones para que proporcione ajustes de posición
precisos.
7. Un compresor que comprende un mecanismo de
ajuste del juego entre dientes según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 6, en el que
el miembro estacionario (42) tiene un orificio de
montaje dispuesto en el mismo; y
el alojamiento (130) está montado dentro del
orificio de montaje y puede ser hecho girar para efectuar el ajuste
del juego de dientes entre el piñón diferencial (124) y el
engranaje (123) de cremallera.
8. Un compresor que comprende un mecanismo de
ajuste del juego entre dientes según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que tiene además una caja (34), en el
que
el difusor de anillo partido dispuesto
radialmente anular está dispuesto dentro de la caja (34), el anillo
exterior (42) está unido de modo fijo a la caja (34);
la caja (34) tiene un orificio de montaje
dispuesto en la misma;
el anillo interior (40) está conectado de modo
movible a la caja (34) de modo que el piñón diferencial (124)
engrana con el engranaje (123) de cremallera para conectarlos de
modo que puedan ser accionados; y
el alojamiento (130) está montado dentro del
orificio de montaje y puede ser accionado de modo giratorio para
efectuar el ajuste del juego de dientes entre el piñón diferencial
(124) y el engranaje (123) de cremallera.
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