ES2237678T3 - Unidad compresora de tornillo con sistema incorporado de refrigeracion de aceite. - Google Patents
Unidad compresora de tornillo con sistema incorporado de refrigeracion de aceite.Info
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Abstract
Unidad compresora de tornillo, que comprende: - un cuerpo del compresor (2) que define una cámara de compresión (2a) dentro de la cual se alojan como mínimo dos rotores helicoidales (3) acoplados uno con el otro y accionados mediante un motor (1); - medios para la separación del aceite lubricante arrastrado por el gas comprimido, dispuestos en una cámara de compresión (14) que comunica con la cámara de compresión (2a); - medios (17) para llevar acabo operaciones de filtrado del gas comprimido que sale de la cámara de separación (14); - medios intercambiadores de calor (5a, 21) para llevar a cabo la refrigeración del aceite lubricante ya separado, caracterizado porque dichos medios intercambiadores de calor están dispuestos en una carcasa (5) que delimita la cámara de separación (14) y comprende una superficie de intercambio de calor (5a) a lo largo de la cual se fuerza una circulación de un flujo de aire de refrigeración, siendo llevado además el aceite separado del gas comprimido en lacámara de separación (14) a establecer contacto con dicha superficie, proporcionándose también medios de acoplamiento para la conexión de dicho cuerpo compresor (2) con dicha carcasa (5) y medios (26) para el transporte del aire de refrigeración hacia la mencionada superficie de intercambio de calor (5a) que encierra como mínimo a dicho cuerpo de compresor (2) y la cámara de separación (14).
Description
Unidad compresora de tornillo con sistema
incorporado de refrigeración de aceite.
La presente invención se refiere a una unidad de
compresión de tornillo con un sistema incorporado de separación de
aceite e intercambio de calor en un mismo cuerpo o pieza.
En los compresores de tornillo conocidos hasta la
actualidad, dados a conocer en los documentos USA 4.780.061 o USA
5.697.763, las funciones de separación del aceite de lubricación
del gas comprimido y la refrigeración del aceite mediante un
proceso de intercambio de calor son llevadas a cabo de manera
habitual por dispositivos físicamente diferentes conectados uno con
el otro a través de un sistema de tuberías externas para formar
dicha unidad.
Esta situación resulta en un estorbo y un peso
substanciales y requiere un sistema de tuberías de interconexión
para llevar a cabo la conexión de los diferentes componentes, de
modo que las juntas utilizadas por dicho sistema además pueden
generar problemas de pérdidas de aceite y/o gas.
Es un objetivo de la presente invención eliminar
los inconvenientes mencionados dando a conocer un compresor de
tornillo en el que el elemento separador de aceite y el dispositivo
de refrigeración de aceite constituyen una única unidad incorporada
en el cuerpo del compresor.
Otro objetivo de la presente invención es dar a
conocer un compresor de tornillo del tipo antes mencionado en el
que las operaciones necesarias de mantenimiento resulten
simplificadas.
Dichos objetivos son alcanzados por medio del
compresor de tornillo de acuerdo con la presente invención, cuyas
características esenciales son descritas en la reivindicación 1.
Importantes características adicionales de la presente invención
son definidas en las reivindicaciones dependientes.
En resumen, de acuerdo con la presente invención,
los medios intercambiadores de calor para la refrigeración del
aceite están localizados dentro de una carcasa o envolvente que
delimita la cámara para separar el aceite del gas comprimido y
luego para la recolección del aceite separado. De forma más
particular, los medios intercambiadores de calor comprenden una
superficie de intercambio de calor definida por una serie de
canales axiales dispuestos en dicha carcasa y comunicados en serie
unos con otros, que dan lugar a una circulación forzada de aire
refrigerante que fluye a lo largo de dicha superficie de intercambio
de
calor.
calor.
En una realización específica de la presente
invención, la carcasa que aloja la unidad de separación de
gas-aceite está conectada al cuerpo del compresor
por medios de acoplamiento que consisten en un cuerpo de conexión y
contiene también medios de filtrado, de manera más particular un
cartucho de coalescencia para eliminación de aceite, para llevar a
cabo la eliminación de cualquier vestigio residual de aceite del
gas comprimido. En otra realización, dicho cartucho de coalescencia
para eliminación de aceite está montado en el exterior del cuerpo
de conexión y, por lo tanto, puede ser eliminado de forma sencilla y
reemplazado sin necesidad de desmontar la cubierta exterior de la
unidad separadora de gas-aceite. En particular, los
conductos de comunicación entre pares adyacentes de canales axiales
para la refrigeración del aceite están dispuestos en el extremo de
la carcasa, es decir, en el cuerpo de conexión y la cubierta
exterior o, de forma alternativa, formados de manera directa dentro
de los límites de la carcasa.
La circulación de aire forzada es generada por
medio de un convector de aire de refrigeración accionado
directamente por el motor del compresor o, de forma preferente,
dotado de un motor autónomo y controlado por un sensor de
temperatura de aceite, estando situado dicho convector más allá del
cuerpo de compresor y la carcasa.
Otras características y ventajas del compresor de
tornillo de acuerdo con la presente invención serán dadas a conocer
de forma más clara mediante la descripción de algunas realizaciones
particulares de la misma, que deben ser consideradas como ejemplos
no limitativos en ningún aspecto, haciendo referencia dicha
descripción a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra una sección longitudinal de
una primera realización de la unidad de compresor de tornillo de
acuerdo con la presente invención;
la figura 2 muestra otra sección longitudinal de
la unidad de compresor de tornillo de acuerdo con la invención
mostrada en la figura 1 tomada a lo largo de la línea
II-II;
las figuras 3, 4 y 5 muestran tres secciones
transversales de la unidad de compresor de tornillo de acuerdo con
la presente invención tomada a lo largo de las líneas
III-III, IV-IV y V-V
de la figura 1;
la figura 6 muestra una sección longitudinal de
otra realización de la unidad de compresor de tornillo de acuerdo
con la presente invención;
las figuras 7, 8 y 9 muestran varias secciones
transversales del compresor de tornillo de la figura 6 tomadas a lo
largo de las líneas VII-VII,
VIII-VIII y IX-IX.
Haciendo referencia a las figuras 1 a 5, el
número de referencia (1) indica un motor, por ejemplo, un motor de
tipo eléctrico, conectado a un cuerpo compresor (2) que delimita
una cámara de compresión (2a) dentro de la que se disponen dos
rotores helicoidales (3) que succionan el gas que será comprimido,
por ejemplo, aire del ambiente, a través de una válvula (8) y un
filtro (9), y luego lo comprime mediante su rotación, expulsando
dicho gas comprimido que acarrea aceite lubricante en una cámara de
descarga (10).
En el lado opuesto al motor (1), el cuerpo del
compresor (2) está fijado a una primera cara de un cuerpo de
conexión (4) que está dotado de un pasaje (4a) que permite que la
cámara de descarga (10) del cuerpo del compresor (2) se comunique
con un conducto (11) dispuesto en dirección axial a lo largo de la
carcasa cilíndrica (5) que delimita una cámara de separación (14) y
en su extremo libre es cerrado por una cubierta externa (6). Dicho
conducto (11) comunica con otro conducto (12) que se extiende
diametralmente dentro de la cubierta externa (6), desde la que, a
la vez, se extiende en dirección axial, pero en una posición
excéntrica, otro conducto (12a) que conduce a un elemento separador
(13a) substancialmente con forma de campana, dispuesto de manera
axial y en una posición excéntrica dentro de la carcasa cilíndrica
(5) y dentro de la cámara de separación (14). Dada la velocidad a
la que el gas fluye del conducto y la diferencia entre los
diámetros del conducto (12a) y el elemento separador (13a), se
generará una turbulencia dentro de dicho elemento separador (13a), y
este hecho separará de forma efectiva las partículas de aceite en
suspensión en el gas haciéndolas chocar con las paredes del
mencionado elemento separador, desde las cuales caerán hacia
adentro de la cámara de separación (14), donde formarán un baño de
aceite cubriendo la parte inferior. El gas comprimido, aunque aún
conteniendo cantidades mínimas de aceite en suspensión en forma de
partículas muy finas, se acumula en la parte superior de la cámara
de separación (14), desde donde es conducido a través de un
conducto (15) hasta un cartucho de coalescencia para eliminación de
aceite dispuesto en una cámara (16) adyacente a la mencionada
cámara de separación (14) y dentro de la carcasa cilíndrica (5).
Desde dicha cámara (16), el gas comprimido libre de aceite es puesto
a disposición para su utilización a través de un conducto (18) que
se extiende dentro de la cámara (14) y una válvula de presión
mínima (19) (mostrada en la figura 2).
El aceite recogido en la cámara (14) fluye por un
conducto (20), que puede ser visto únicamente en la figura 5, hacia
un conjunto de canales longitudinales (21) dispuestos en la pared
de la carcasa (5) que comunican entre sí en serie a través de
conductos de unión con forma de "U" (22) colocados en el cuerpo
de conexión (4) y la cubierta externa (6). A medida que pasa a
través de dichos conductos, el aceite intercambia calor con una
corriente de aire forzada a circular en contacto con la superficie
exterior de la carcasa (5) en la que están dispuestos los canales
(21). La corriente de aire es generada por un elemento convector
(23), que está dispuesto de forma coaxial con el motor (1) y
accionado por el mismo dentro de un cuerpo tubular (26) que es
coaxial con el compresor y también contiene al motor (1), el cuerpo
del compresor (2) y la carcasa cilíndrica (5).
Después de haber completado su recorrido a través
de los canales (21), el aceite refrigerado pasa a través de un
filtro (24) y desde allí retorna a los rotores helicoidales
(3).
En la etapa de arranque del compresor, cuando la
temperatura del aceite aún no se ha estabilizado en el valor de
funcionamiento, una válvula termostática (25) asegura una conexión
directa entre la cámara (14) y el filtro (24), permitiendo que el
aceite evite el recorrido a través de los canales (21) y acelerar de
este modo su proceso de encendido.
La unidad completa está montada en un soporte (7)
como el mostrado en la figura 1.
Las figuras 6 a 9 muestran una segunda
realización del compresor de tornillo de acuerdo con la presente
invención y hace uso de los mismos números de referencia para
indicar los componentes del compresor que también están presentes en
la realización mostrada en las figuras 1 a 5. En esta segunda
realización, el lado del cuerpo del compresor (2) opuesto al motor
(1) está acoplado a una primera cara del cuerpo de conexión (4), en
la que ha sido dispuesto un pasaje (4a) que permite que la cámara
de descarga (10) comunique con un conducto (11) de una unidad
separadora de gas-aceite indicada de forma genérica
con el número de referencia (13). Dicha unidad de separación (13)
está dispuesta dentro de la carcasa cilíndrica (5) que está
acoplada a una segunda cara del cuerpo de conexión (4) posicionado
en el lado opuesto del cuerpo del compresor (2) y substancialmente
paralelo a la primera cara.
La unidad separadora de
gas-aceite (13) comprende un conducto (11) que se
extiende dentro de la cámara de separación (14) delimitado por la
carcasa cilíndrica (5) y conduce hacia un elemento separador (13a)
con forma sustancialmente de campana posicionado en la parte
superior de la cámara de separación (14) y alineado en paralelo con
el eje de la mencionada carcasa (5). El orifico del conducto de
entrada de descarga (15) para el gas libre de aceite está
posicionado en la parte superior de la cámara de separación (14) y
está en comunicación con el cartucho de coalescencia para
eliminación de aceite (17), montado en una cara lateral del cuerpo
de conexión (4), por medio de un pasaje (4b) dispuesto en dicho
cuerpo de conexión.
En la presente realización, una serie de canales
longitudinales se dispone nuevamente dentro de la carcasa cilíndrica
(5), cuya superficie exterior (5a) está cubierta de manera uniforme
con aletas radiales para asegurar un intercambio de calor
eficiente.
El canal (21) situado en el nivel más inferior en
la cámara de separación (14) tiene una abertura (21a) que sirve
como el aceite que ha sido separado, que circulará entonces en los
canales (21) pasando a través de los pasajes de comunicación (22)
entre pares de canales adyacentes dispuestos en los extremos de la
carcasa (5), uno de los cuales puede ser visto en la figura 8.
El cartucho de coalescencia para eliminación de
aceite (17) está montado en una boquilla acopladora (17a) que
sobresale desde la pared lateral del cuerpo (4) y comunica con un
pasaje (18) dentro del cuerpo de conexión (4) que pone a
disposición el gas para que pueda ser utilizado a través de una
válvula de presión mínima (19) y un conducto de descarga (27).
Un filtro dispuesto en la parte inferior del
cuerpo compresor (2) asegura el tratamiento final del aceite
refrigerado antes de que sea recirculado.
El motor (1), el cuerpo compresor (2), el cuerpo
de conexión (4) y la carcasa cilíndrica (5) que delimita la cámara
de separación (14) están todos dispuestos dentro de un cuerpo
tubular (26). Dicho cuerpo tubular presenta un extremo de mayor
tamaño (26a) en el lado opuesto al motor (1) que aloja un
dispositivo de convección (23) equipado con un motor autónomo (23a)
y que succiona aire fresco dentro del cuerpo tubular (26) para
refrigerar el aceite que circula en los canales (21) a través de la
superficie de intercambio de calor provista con aletas (5a)
dispuesta en la carcasa cilíndrica (5).
El gas comprimido por los rotores helicoidales
(3) es mezclado con el aceite cuando es inyectado en la cámara de
descarga (10), desde donde se dirige hasta el conducto (11) a
través del pasaje (4a) dispuesto en el cuerpo de conexión (4). A
partir de dicho conducto (11), el gas fluye hacia el elemento
separador (13a), en el que la reducción sustancial de velocidad
produce un desplazamiento turbulento y esto, a la vez, produce la
separación efectiva de las partículas de aceite suspendidas en
dicho gas haciéndolas colisionar con las paredes del mencionado
elemento de separación, desde las cuales caerán hacia adentro de la
cámara de separación (14) y formarán un baño de aceite en su parte
inferior, mientras que el gas permanece en la parte superior de la
cámara (14). El gas, que aún contiene una cantidad mínima de
aceite, alcanza el cartucho de coalescencia para eliminación de
aceite (17) a través del conducto (15) y el pasaje (4b) dispuestos
en el cuerpo de conexión (4) y a partir de allí, atravesando la
boquilla acopladora (17a) y el pasaje (19), es conducido hacia la
válvula de presión mínima (19) y eventualmente se pone a disposición
para su utilización a través del conducto de descarga
(27).
(27).
A partir de la cámara de separación (14), el
aceite entra en los canales longitudinales (21) a través del pasaje
(21a) e intercambia calor con una corriente de aire desplazada por
un dispositivo de convección (23). A continuación de su paso a
través de los canales (21), el aceite refrigerado llega al filtro
(24) y a partir de allí retorna a los rotores helicoidales (3) a
través de un conducto (28) - que sólo puede verse en la figura 7 -
dispuesto en el cuerpo de conexión (4). El dispositivo de
convección (23) es controlado por un termostato, no mostrado en los
dibujos, como una función de la temperatura del aceite refrigerado,
de modo que entra en funcionamiento únicamente cuando resulta
necesario y permanecerá desactivado, especialmente durante la etapa
de arranque del compresor, hasta que el aceite alcance su
temperatura de funcionamiento en estado estacionario.
La unidad completa está montada sobre un soporte
(7) como el ilustrado en la figura 6.
En esta realización de la presente invención, la
operación de sustitución del cartucho para eliminación de aceite
puede ser llevada a cabo con extrema simplicidad, debido a que se
encuentra instalado fuera de la carcasa cilíndrica (5) y el cuerpo
tubular (26), y por lo tanto no requiere operaciones de desmontaje
de la unidad separadora de aceite (13). De manera adicional, dado
que dicho desmontaje no debe ser llevado a cabo, el dispositivo de
convección que produce la circulación del aire de refrigeración de
aceite puede ser dispuesto de un modo más racional.
De acuerdo con una variante de las realizaciones
de la presente invención, el compresor de tornillo podría ser
suministrado sin el motor (1), pero dotado de los medios mecánicos
de conexión necesarios para el funcionamiento del mismo, por
ejemplo, un eje del motor capaz de ser conectado a medios de
operación apropiados a elección del usuario. Dicha variante, obvia
para las personas especializadas en la técnica, no será descrita en
mayor detalle en el presente documento.
El compresor de tornillo de acuerdo con las
realizaciones de la invención que han sido dadas a conocer presenta
una estructura extremadamente compacta y resulta particularmente
apropiada para unidades de baja potencia.
Podrían llevarse a cabo modificaciones y/o
variantes al compresor de tornillo con refrigeración de aceite
incorporada de acuerdo con la presente invención, sin salir del
alcance de la presente invención, como queda definido en las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (16)
1. Unidad compresora de tornillo, que
comprende:
- un cuerpo del compresor (2) que define una
cámara de compresión (2a) dentro de la cual se alojan como mínimo
dos rotores helicoidales (3) acoplados uno con el otro y accionados
mediante un motor (1);
- medios para la separación del aceite lubricante
arrastrado por el gas comprimido, dispuestos en una cámara de
compresión (14) que comunica con la cámara de compresión (2a);
- medios (17) para llevar acabo operaciones de
filtrado del gas comprimido que sale de la cámara de separación
(14);
- medios intercambiadores de calor (5a, 21) para
llevar a cabo la refrigeración del aceite lubricante ya separado,
caracterizado porque dichos medios intercambiadores de calor
están dispuestos en una carcasa (5) que delimita la cámara de
separación (14) y comprende una superficie de intercambio de calor
(5a) a lo largo de la cual se fuerza una circulación de un flujo de
aire de refrigeración, siendo llevado además el aceite separado del
gas comprimido en la cámara de separación (14) a establecer
contacto con dicha superficie, proporcionándose también medios de
acoplamiento para la conexión de dicho cuerpo compresor (2) con
dicha carcasa (5) y medios (26) para el transporte del aire de
refrigeración hacia la mencionada superficie de intercambio de
calor (5a) que encierra como mínimo a dicho cuerpo de compresor (2)
y la cámara de separación (14).
2. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
la reivindicación 1, en la que dicha superficie de intercambio de
calor consiste en una serie de canales paralelos (21) dispuestos en
dirección axial en dicha carcasa (5) y que se comunican entre sí en
serie.
3. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
la reivindicación 1 ó 2, en la que los mencionados medios (13) para
llevar a cabo la separación del aceite lubricante del gas
comprimido comprenden un elemento separador con forma
sustancialmente de campana (13a) dispuesto dentro de dicha cámara de
separación (14) paralelo a la mencionada carcasa y un conducto para
el gas comprimido (11, 12, 12a) para llevar a cabo la alimentación
del gas comprimido desde dicha cámara de compresión (2a) hasta
dicho elemento separador, apuntando el orificio de salida de dicho
conducto hacia la parte inferior del mencionado elemento separador
(13a).
4. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 3, en la que dicha cámara
de separación (14) está delimitada en los extremos de la mencionada
carcasa (5), de manera respectiva, por un cuerpo (4) para llevar a
cabo la conexión con dicho cuerpo compresor (2) y un elemento de
cubierta de cerramiento exterior (6).
5. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
la reivindicación 4, en la que los mencionados canales (21)
dispuestos en dicha carcasa (5) están conectados entre sí por
medios de conductos de unión (22) dispuestos en dicho cuerpo de
conexión (4) y dicha cubierta exterior (6).
6. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los
mencionados medios de filtración (17) están dispuestos dentro de
dicha carcasa (5) en comunicación con la mencionada cámara de
separación (14).
7. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha
cámara de compresión (2a) comunica con dichos medios (13) para
llevar a cabo la separación del aceite lubricante mediante un
conducto longitudinal (11) dispuesto a lo largo de dicha carcasa (5)
que comunica con un conducto diametral (12) dispuesto a lo largo de
la mencionada cubierta exterior (6) y desde allí continúa como un
conducto axial (12a) que conduce hacia dicho elemento de separación
(13a).
8. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que se dispone
una derivación para dichos medios de intercambio de calor que
recircula el aceite lubricante desde dicha cámara de separación
(14) directamente hacia adentro de dicha cámara de compresión (2a)
siempre que su temperatura es menor que un valor determinado de
forma previa.
9. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el aceite
separado en dicho elemento separador (13a) se acumula en la parte
inferior de dicha cámara de separación (14), en la que se disponen
medios (20) para el transporte del aceite hacia los canales
longitudinales (21) dispuestos dentro de la carcasa (5).
10. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dichos
medios para el desplazamiento del aire de refrigeración comprenden
una funda tubular (26) dentro de la que se disponen dichos medios
motrices (1), dicho cuerpo compresor (2) y dicha carcasa (5), así
como medios de succión para establecer dicha circulación forzada de
aire refrigerante dentro de la mencionada funda tubular (26).
11. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dichos medios
(13) para llevar a cabo la filtración del gas comprimido que fluye
de la mencionada cámara de separación de aceite (14) están
dispuestos de forma externa a dicho cuerpo de conexión (4), que
comprende medios (4b) para llevar a cabo la comunicación de dicha
cámara de separación (14) con dichos medios de filtración (17) y
medios (18, 19, 27) para poner a disposición de utilización el gas
filtrado.
12. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
la reivindicación 11, en la que dicho cuerpo de conexión (4) está
dotado de dos caras paralelas por medio de las cuales está
acoplado, de manera respectiva, a dicho cuerpo compresor (2) y a
dicha carcasa (5), y un borde lateral que se extiende entre dichas
caras y en el que están montados dichos medios de filtración (17),
comprendiendo además el cuerpo de conexión un conducto (4b) para
hacer que dichos medios de filtración (17) comuniquen con dicha
cámara de separación (14), como también conductos adicionales (4a,
18) para permitir que el gas comprimido que fluye desde el cuerpo
compresor (2) pase a dichos medios de separación (13) y poner a
disposición para su utilización el gas comprimido.
13. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
la reivindicación 12, en la que dichos conductos (4a, 4b, 18) están
formados dentro de dicho cuerpo de conexión (4).
14. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 11, 12 ó 13, en la que dichos
medios de separación (13) comprenden un conducto de alimentación
(11) para el gas comprimido mezclado con aceite que fluye desde
dicha cámara de compresión (2a), extendiéndose dicho conducto en
dicha cámara de separación (14), un elemento separador
sustancialmente con forma de campana (13a) dispuesto paralelo al eje
de dicha carcasa (5) y en la que se dispone el extremo de salida de
dicho conducto de alimentación (11), y un conducto de descarga para
el gas libre de aceite (15) dispuesto dentro de dicha cámara de
separación (14) y fuera de dicho elemento separador (13a), teniendo
localizado dicho conducto de descarga su extremo de admisión en la
parte superior de dicha cámara de separación y comunicando con
dichos elemento de filtración (17) a través del mencionado conducto
(4b) dispuesto en dicho cuerpo de conexión (4).
15. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 11, 12, 13 ó 14, en la que dichos
conductos de unión (22) que comunican cada par de conductos
adyacentes (21) están dispuestos en los extremos de dicha carcasa
(5).
16. Unidad compresora de tornillo, de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, en la que dichos medios
de succión (23) tienen un motor autónomo y están provistos con un
sensor de temperatura del aceite que fluye de dichos medios de
intercambio de calor (21) para llevar a cabo el control de los
mencionados medios de succión.
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| ITFI20020014 | 2002-01-18 |
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