ES2270518T3 - Compresor de husillo con capacidad de plena carga regulable. - Google Patents

Abstract

Un compresor de tornillo cuya capacidad a plena carga se puede ajustar sin cambiar la forma, número de componentes y dimensiones básicas del compresor, en el que se elimina paso a paso el área circunferencial exterior de los dientes por encima del círculo efectivo del extremo lateral de entrada del rotor macho a un ángulo de rotación prescrito para formar una sección de reducción de la tasa de flujo de aire y se provee una derivación que conduce al puerto de entrada.

Description

Compresor de husillo con capacidad de plena carga regulable.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un compresor de husillo de inyección de aceite con capacidad de plena carga completamente regulable en el cual se habilita ampliamente la capacidad de regulación del compresor de husillo que comprime los fluidos operantes acoplando un rotor macho y un rotor hembra dentro de una carcasa.

Técnica anterior

Convencionalmente, un ajuste de capacidad no progresiva mediante un sistema de válvula de corredera se utiliza para ajustar la capacidad de un compresor de husillo. El sistema de válvula de corredera resulta un procedimiento en el cual una parte del gas succionado dentro del rotor retorna al recinto de succión vía la válvula de corredera durante el proceso de compresión. Puesto que dicho procedimiento es integrado al compresor como parte del sistema, aunque el procedimiento resulta útil con respecto a ser equipado con un sistema que permite un cambio en la capacidad después que se haya fabricado el compresor, existe un problema en el cual la eficacia de la compresión (eficacia isotérmica/eficacia de aislamiento) disminuye según se ajusta para disminuir el flujo de aire.

En consecuencia, para alcanzar una elevada eficacia de compresión mientras que mantiene el bajo coste, cuando se realiza una compresión real, se selecciona un compresor en proporción a la capacidad necesaria dentro de los tipos limitados de compresores. Por lo tanto, en vez de estar basado en la seguridad, se selecciona un tipo de compresor en el cual la capacidad de carga completa resulta ligeramente mayor que la capacidad necesaria.

Sin embargo, en el presente caso, puesto que resulta imposible fabricar indefinidamente diferentes tipos de compresores, se selecciona inevitablemente un tipo de compresor a gran escala. Así, un compresor se obliga a funcionar de una manera intermitente, haciendo que el funcionamiento real resulte ineficaz.

Resulta ineficaz también un control de capacidad que depende del sistema de corredera debido a que el flujo de aire es controlado retornando el gas parcialmente comprimido a la entrada lateral vía una derivación sumamente resistente, que necesita una recompresión costosa. También, otro factor que hace que la capacidad de control dependa de un sistema ineficaz de corredera consiste en que no hay prácticamente cambio en la pérdida mecánica incluso cuando decrece el flujo de aire.

Mientras tanto, al igual que en el primer caso en el que muchos tipos de compresores se preparan según la capacidad requerida, a título de ejemplo, para evitar que se incremente el flujo de aire, se requiere acortar la longitud del rotor. Sin embargo, si se acorta la longitud del rotor sin cambiar el ángulo helicoidal del rotor, resulta difícil mantener una rotación uniforme. Por lo tanto, ha sido necesario cambiar el ángulo helicoidal cada vez que se ha acortado el rotor, originando problemas en el coste de fabricación, como también problemas tecnológicos. Para intentar tomar medidas contra el problema descrito anteriormente, se describe una proposición en la solicitud de patente japonesa publicada no examinada nº Showa 56-12092.

La proposición mencionada anteriormente se muestra en la Fig. 7(A), en la cual se dispone una muesca 51 con el fin de conectar a través del espacio 52 con los dientes del extremo lateral de entrada del rotor hembra 50. Otra realización de la proposición se muestra en la Fig. 7(B), en la cual la muesca 56 se dispone en dientes alternos del rotor hembra 55, con el fin de conectar a través del espacio 57 con los dientes del extremo lateral de la entrada, con el fin de obtener alguna capacidad entre el 80 y 100%.

En el caso anteriormente descrito, al retrasar la posición de arranque de la compresión del rotor macho (con 4 dientes) que arranca en un ángulo de rotación de \alphaº = 0º a un máximo de \alphaº = 90º, la capacidad se puede ajustar a un mínimo de 80%. El grado de capacidad entre 80% y 100% se regula ajustando la resistencia de paso cambiando el tamaño de la muesca 51 ó 56.

Dicho procedimiento se puede aplicar sólo a rotores que consisten en un número par de dientes, y además, resulta necesario disponer una muesca sobre los dientes alternos. Adicionalmente, existe un problema puesto que el ajuste de la capacidad antes mencionado entre 80% y 100% debe ser realizado mediante un medio de ajuste complicado. Es decir, la capacidad se ajusta mediante una resistencia de paso de la derivación la cual es controlada por la forma, tamaño, etc., de la muesca.

El documento JP-A-54-39209 a partir del cual se inicia la precaracterización de la primera parte de la reivindicación 1, describe un compresor de husillo dispuesto de una reducción de forma progresiva del diámetro del rotor hembra en el lateral de la entrada del compresor, para adaptar un compresor eléctrico originalmente diseñado para funcionar con un suministro de fuerza de 50 Hz CA a 60 Hz. Se describen también alternativas con una reducción gradual del diámetro del rotor y con una reducción del diámetro en forma de acanaladura apartándose más de la entrada lateral.

Se describe en la patente US nº 4.119.392 un compresor de husillo con un rotor hembra más corto que el rotor macho y desplazable dentro de la carcasa del compresor para permitir el control del volumen de la salida del compresor. Se describen en los documentos GB-A-890 508 y GB-A-1 152 188 las bombas con geometría variable.

Sumario de la invención

Un objetivo de la presente invención es disponer de un compresor de husillo de inyección de aceite con capacidad de carga regulable, que permite un cambio de capacidad óptimo sin cambiar la forma, número de componentes, dimensiones básicas y especificaciones básicas del compresor y el cual presenta siempre una eficacia elevada.

El presente objetivo se soluciona mediante un compresor según se expone en la reivindicación 1. Las reivindicaciones subordinadas se refieren a las formas de realización preferidas de la invención.

El compresor de husillo según la presente invención utiliza una capacidad de ajuste acortando adecuadamente la longitud de los rotores. También, la capacidad de ajuste se realiza sin cambiar el ángulo helicoidal.

Es decir, el grado de capacidad se ajusta sin cambiar el diámetro del rotor, la longitud del rotor, la dimensión de la carcasa y las especificaciones básicas de una fuerza motriz necesaria para un rendimiento del 100% a plena carga y mediante un pequeño proceso posterior, se hace que resulte en proporción a la capacidad necesaria mediante dicho pequeño proceso posterior.

Asimismo, la relación de acción preferida, originalmente regulada de los rotores no se cambia mediante el proceso posterior, y no origina ningún inconveniente a la rotación.

Además, se necesita controlar la cantidad de flujo de aire succionado para controlar la capacidad; sin embargo, se requiere también que el flujo de aire succionado no afecte el proceso de compresión después de ajustar la capacidad.

Adicionalmente, es necesario disponer de una derivación de gran tamaño para retornar los fluidos operantes al lateral de entrada, de modo que el control de capacidad descrito anteriormente no se vea afectado por una resistencia de paso.

Por consiguiente, un compresor de husillo con capacidad de plena carga regulable de una forma de realización de la presente invención comprende:

un compresor de husillo para comprimir fluidos operantes acoplando un rotor macho y un rotor hembra dentro de una carcasa,

en el que se dispone una sección para reducir el caudal de aire eliminando una parte del acoplamiento del rotor del rotor de husillo desde el extremo lateral de la entrada hacia la dirección del eje, y se dispone una derivación para retornar el flujo de aire reducido al lateral de la entrada, y la sección para reducir el caudal de aire y la derivación se estructura con el fin de reducir la duración de acción de los rotores de husillo para que corresponda con la cantidad de capacidad reducida.

De acuerdo con la estructura mencionada anteriormente, haciendo referencia al porcentaje de capacidad que corresponde al ángulo de rotación del rotor, se establece anticipadamente el ángulo de rotación en proporción al porcentaje de capacidad. A continuación, se elimina la adición del rotor a partir del extremo lateral de entrada del rotor, hasta que se obtiene el ángulo de rotación correspondiente, y se reduce la duración de acción de los rotores, mientras se dispone la derivación para retornar el aire reducido al extremo lateral de entrada. Por lo tanto, puesto que la operación de compresión se inicia sólo después que el ángulo de rotación de los rotores pasa el ángulo de rotación prescrito, teóricamente, en el momento de iniciar la compresión, resulta más pequeño el volumen de espacio de diente. Por consiguiente, la potencia de compresión necesaria para un procedimiento de control de capacidad convencional utilizando una válvula de corredera resulta innecesaria, y una capacidad regulada en proporción al porcentaje prescrito de flujo de aire reducido permite una compresión eficaz.

La sección para reducir el caudal de aire se forma escalonadamente en la sección circunferencial exterior que excluye el piso del fondo del rotor, de tal manera que sirve como sección para reducir el caudal de aire y la derivación.

Según la construcción descrita anteriormente, la sección para reducir el caudal de aire elimina la sección circunferencia externa de los dientes por encima del piso de fondo del rotor de una manera escalonada, y puesto que la parte del eje central que incluye el círculo de contacto se mantiene, se conversa una rotación suave, y resulta innecesario un cambio del ángulo helicoidal.

Además, en un compresor del tipo de inyección de aceite, al eliminar una parte del diente del rotor, disminuye la pérdida debida a la agitación del aceite, reduciendo de este modo la pérdida mecánica. Asimismo, una amplia derivación hacia el orificio de entrada se forma entre el eje de rotor que incluye el círculo de contacto próxima al piso de fondo y la superficie interna de la carcasa, al proporcionar una sección para reducir el caudal de aire formada eliminando la sección de dientes del rotor de manera escalonada. A través de la derivación, el flujo de aire reducido vuelve fácilmente al orificio de entrada, de tal manera que evita cualquier tipo de disminución en la eficacia necesaria para este procedimiento de retorno.

El rotor de husillo es uno de entre el rotor macho o el rotor hembra.

Según la construcción anterior, sólo uno de entre el rotor macho/hembra necesita tratamiento, y su elemento que necesita ser reemplazado es únicamente uno de entre el rotor macho/hembra. Por lo tanto, un número mínimo de elementos deben ser reemplazados.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una ilustración esquemática en la que la sección de circunferencia de la carcasa está parcialmente en corte transversal, que muestra la construcción de la forma de realización de un compresor de husillo con una capacidad de plena carga regulable de la presente invención.

La figura 2A es una vista en sección tomada a lo largo de la línea A-A de la fig. 1, y de la fig. 2B es una vista en sección tomada a lo largo de la línea B-B de la fig. 1.

La figura 3 es una ilustración que muestra el avance del espacio de diente con la rotación del rotor a una capacidad del 100%.

La figura 4 es una representación gráfica que muestra la relación entre el ángulo de rotación y la capacidad.

La figura 5 es una ilustración que muestra el espacio de diente en el que se ajusta el rotor a una capacidad correspondiente al ángulo de rotación \alphaº, en el momento de iniciar la compresión.

La figura 6 es una ilustración que muestra el aceite que se está agitando mediante el rotor del compresor de husillo con una capacidad de plena carga regulable de la presente invención.

La figura 7 es una ilustración que muestra el procedimiento convencional de la regulación de la capacidad proporcionando una muesca en el rotor; 7A es una ilustración de un caso en el que la muesca está prevista en el rotor hembra, mientras que 7B es una ilustración de un caso en el que la muesca está prevista en el rotor macho.

Descripción detallada de formas de realización preferidas

Las formas de realización preferidas de la presente invención se describirán a continuación haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Sin embargo, se pretende que las dimensiones, materiales, y formas de las partes constitutivas, sus posiciones relativas y similares en la siguiente descripción y en los dibujos se interpreten únicamente a título ilustrativo y no a título limitativo del alcance de la presente invención.

La figura 1 es una ilustración esquemática en la que la sección de circunferencia de la carcasa está parcialmente en corte transversal, mostrando la construcción de la forma de realización de un compresor de husillo con una capacidad de plena carga regulable de la presente invención. La figura 2A es una vista en sección tomada a lo largo de la línea A-A de la Fig. 1, y la Fig. 2B es una vista en sección tomada a lo largo de la línea B-B de la Fig. 1. La Fig. 3 es una ilustración que muestra el avance del espacio de diente con la rotación del rotor a una capacidad del 100%, y la Fig. 4 es una representación gráfica que muestra la relación entre el ángulo de rotación del rotor y la capacidad. La Fig. 5 es una ilustración que muestra el espacio de diente del cual se regula la capacidad a 80%, al iniciarse la compresión. La Fig. 6 es una ilustración que muestra el aceite que se está agitando por el rotor del compresor de husillo con la capacidad de carga regulable de la presente invención.

La Fig. 1 es una ilustración que muestra la estructura del compresor con capacidad de plena carga regulable. La Fig. 1 muestra la sección para reducir el caudal de aire del compresor en el cual la sección de la circunferencia de la carcasa resulta parcialmente en corte, y la estructura de la derivación la cual retorna el flujo de aire reducido al orificio de entrada. En la Fig. 2A, se muestra la derivación 20. en la vista en sección siguiendo la línea A-A de la Fig. 1, y en la Fig. 2B, la relación posicional entre el extremo lateral de la entrada 15 y el orificio de entrada se muestra en la vista en sección siguiendo la línea B-B de la Fig. 1.

Según se muestra en la Fig. 1, el compresor con capacidad de plena carga regulable de la presente invención es estructurado proporcionando una sección para reducir el caudal de aire la cual forma una función de control de capacidad en un compresor de husillo ampliamente utilizado, y una derivación 20 la cual retorna el aire de flujo reducido al orificio de entrada.

El compresor de husillo descrito anteriormente se puede utilizar ampliamente, el compresor de husillo universal. Es decir, está estructurado de un rotor macho 10 y un rotor hembra 11 que presenta dientes curvados, y una carcasa el cual aloja dicho par de rotores acoplados macho y hembra en una condición virtualmente sellados, con la excepción del orificio de entrada 17 y salida de descarga 16. La carcasa está constituida por una sección de circunferencia 13, un extremo lateral de entrada 15, y un extremo lateral de descarga 14, y un orificio de entrada 17 se dispone sobre el extremo lateral de entrada 15, puesto que se dispone una salida de descarga 16 sobre el extremo lateral de descarga 14.

De acuerdo con el compresor de husillo de la presente invención, La zona circunferencial externa por encima del círculo de contacto 18 del extremo lateral de la entrada 15 del rotor macho 10 resulta eliminado escalonadamente en un ángulo de rotación de \alphaº. Mientras tanto, la sección para reducir el caudal de aire está formado escalonadamente abandonando el eje del rotor 10b, incluyendo el circulo de contacto 18 cerca del piso del fondo, quedándose pendiente, y al mismo tiempo, la derivación 20 al orificio de entrada 17 se convierte en un espacio circular 22, formado entre el eje del rotor 10b y la circunferencia 13 de la carcasa.

Cuando se dispone la sección para reducir el caudal de aire sobre el rotor hembra, debido a que el círculo de contacto se encuentra cerca de la adición, la zona circunferencial externa por encima del círculo de contacto (excluyendo el piso del fondo), resulta eliminado escalonadamente a un ángulo de rotación de \alphaº.

La Fig. 3 es una vista tomada desde abajo de una superficie la cual incluye dos ejes de rotor X y Y, que muestran las líneas de sellado 21a y 21b formadas por la circunferencia del rotor hembra 11 y la superficie interna de la sección de la circunferencia externa 13 de la carcasa, y que muestra también un espacio de diente 21 representado por una sección sombreada que incluye una línea de sellado 19 del rotor acoplado. Las líneas de sellado 21a y 21b, y un espacio de diente 21 se incluyen en el compresor de husillo antes mencionado compuesto de un rotor macho 10 el cual presenta cuatro dientes, y un rotor hembra 11 el cual presenta seis dientes, en un ángulo helicoidal de 300º. La Fig. 3 muestra un caso en el cual el espacio de diente 21 se encuentra a su capacidad completa (100%). El espacio de diente 21 se muestra mediante una sección contenida por las líneas de sellado 21a y 21b, formadas por la circunferencia del rotor hembra 11 y la superficie interna de la sección de circunferencia 13 de la carcasa, y una línea de sellado 19 del rotor acoplado, formada por el extremo lateral de descarga 14, el rotor macho 10, y el rotor hembra 11. El compresor de husillo comprime el gas o los fluidos operantes utilizando el espacio de diente 21, en el cual el espacio de diente 21 se reduce en volumen según cambia con la rotación del rotor macho 10 (mostrado en el lado derecho del dibujo).

Por lo tanto para reducir el espacio de diente el cual va a ser comprimido, la posición de arranque de la compresión se cambia desde el 100% de acoplamiento del rotor a la dirección de la flecha por un ángulo de rotación de \alphaº. La presente invención utiliza dicho principio, y ajusta la posición de arranque del sellado del acoplamiento del rotor a la cantidad de capacidad que va a ser reducida. Después, la zona de circunferencial externa de los dientes del rotor macho es eliminada hasta un ángulo de rotación de \alphaº, mientras que el espacio circular eliminado 22 descrito anteriormente se utiliza como una derivación 20 para retornar el flujo de aire reducido al orificio de entrada.

Es decir, hasta que el ángulo de rotación de los rotores acoplados pasa a \alphaº, el flujo de aire reducido retorna al orificio de entrada. 17 vía la derivación 20, mientras que una vez que pasa a \alphaº el ángulo de rotación de los rotores acoplados, arranca la acción de los rotores, y según se cierra el espacio de diente, se inicia la compresión.

El ángulo de rotación de \alphaº, el cual es una base para la cantidad reducida en la sección para reducir el caudal de aire, es computado por la capacidad en proporción al ángulo de rotación, según se muestra en la Fig. 4. Por ejemplo, de acuerdo con la Fig. 4, para reducir la capacidad al 80%, El ángulo de rotación de \alphaº es regulado alrededor de aproximadamente 80º a 90º, y la zona circunferencial externa por encima del círculo de contacto 18 cerca del piso del fondo del rotor hembra es eliminado escalonadamente a dicho ángulo (80º a 90º).

La Fig. 5 muestra la condición del compresor de husillo en el cual la capacidad del espacio de diente 21 es reducido desde 100% hasta una capacidad que corresponde a un ángulo de rotación de \alphaº. Además, la capacidad puede ser reducida en un amplio intervalo, regulando el ángulo de rotación para acortar la longitud de la sección.

Según se muestra en la ilustración, la zona circunferencial externa por encima del círculo de contacto 18 del extremo lateral de entrada 15 cerca del piso del fondo del rotor macho 10 es eliminado escalonadamente a un ángulo de rotación de \alphaº, y la sección del eje del rotor 10b incluyendo el circulo de contacto 18 se mantiene intacto, con el fin de formar una sección para reducir el caudal de aire. Al mismo tiempo, un espacio circular 22 formado entre la sección del eje del rotor 10b y la carcasa es utilizada como una derivación 20 la cual deriva los fluidos operantes como gas al orificio de entrada 17, según se muestra en la Fig. 1 y la Fig. 2.

De acuerdo con la estructura descrita anteriormente, hasta que el rotor pasa el ángulo de rotación \alphaº, retorna el gas dentro del espacio de diente al orificio de entrada 17 vía la derivación 20, puesto que después que el rotor macho pasa el ángulo de rotación de \alphaº, se cierra el espacio de diente según arranca la compresión, y la capacidad es controlada para que sea 80%.

Además, el espacio circular 22 que forma la derivación 20 no se conecta a través con el espacio de diente, y así, no afecta el espacio de diente y/o los procesos siguientes de compresión. Adicionalmente, formando una derivación de gran tamaño 20 la cual conecta a través con el orificio de entrada 17, el espacio de diente es capaz de ser reducido eficazmente desde su completa capacidad hasta un espacio de diente 21, el cual corresponde a la capacidad de reducción prescrita.

Por otra parte, en dicho caso en el cual la circunferencia externa del rotor va a ser eliminada, se retira la circunferencia externa de los dientes excluyendo el piso del fondo. Por ejemplo, cuando se elimina la circunferencia externa del rotor macho, en un caso en el cual la circunferencia es eliminada adicionalmente por debajo del circulo de contacto 18 hacia el centro del eje, disminuye la relación de la acción del rotor macho y hembra. Dicha disminución en la relación de la acción origina un obstáculo a la rotación uniforme, así como un incremento de la presión en la superficie de la transmisión del momento de torsión para girar el rotor accionado, y para evitar dicha condición, la zona circunferencial externa de los dientes por encima del circulo de contacto excluyendo el piso del fondo es eliminado escalonadamente.

La Fig. 6 muestra el aceite inyectado 23 que está siendo agitado por el rotor macho 10 y el rotor hembra 11 de un compresor del tipo de inyección de aceite. Dicha pérdida por agitación es controlada mediante los factores siguientes. Esto es, la pérdida por agitación resulta en una proporción inversa con el espacio libre entre el rotor 10, el rotor 11 y la superficie interna de la sección de la circunferencia externa 13 de la carcasa, y resulta en proporción con la duración de la agitación.

Generalmente, puesto que el espacio libre es regulado para que resulte alrededor de 1/1000 del radio del rotor, en las secciones donde las zonas circunferenciales externas han sido eliminadas cerca del circulo de contacto y los dientes del rotor, la pérdida de potencia que acompaña a la agitación del aceite se convierte en un valor inapreciable, y permite la reducción de la potencia del eje.

Efectos de la invención

De acuerdo con la descripción mencionada anteriormente, la presente invención alcanza los efectos siguientes.

La capacidad de plena carga puede ser controlada dentro de amplios límites sin cambiar las dimensiones, número de componentes, dimensiones básicas y especificaciones básicas del compresor. Para permitir el control descrito anteriormente, sólo resulta necesario un mínimo cambio en la forma de los componentes, resultando el cambio un proceso en el cual es eliminada una sección del extremo lateral de la entrada de uno de los rotores hacia la dirección del eje.

Adicionalmente, es necesario un cambio en el ángulo helicoidal, el cual acompaña el procedimiento convencional de ajuste de la capacidad de acortamiento de la longitud del rotor; así, es permitido un accionamiento uniforme del compresor.

Adicionalmente, puesto que, la capacidad del espacio de diente en el momento de arranque del compresor está basado en un sustrato teórico, una pérdida de presión ineficaz se evita según se observa en los procedimientos convencionales de ajuste de la capacidad.

En el compresor de husillo del tipo de inyección de aceite, debido al acortamiento de la longitud del agitador de aceite del rotor, en comparación con los procedimientos convencionales de ajuste de la capacidad y control, se reduce la ineficaz pérdida mecánica.

Claims (4)

1. Compresor de husillo para comprimir fluidos mediante el acoplamiento de un rotor macho (10) y de un rotor hembra (11) en el interior de una carcasa (13 a 15),

en el que uno de los rotores presenta una sección para reducir el caudal de aire eliminándose la parte de cada diente de dicho rotor escalonadamente en su periferia exterior a partir del extremo lateral de entrada (15) en la dirección axial del rotor, para formar una derivación (20) para retornar el flujo de aire al lado de entrada y reducir la duración de la acción de los rotores de husillo para reducir la capacidad de plena carga del compresor,

caracterizado porque el compresor de husillo es un compresor de husillo por inyección de aceite y la parte eliminada de cada diente en la sección para reducir el caudal de aire se encuentra radialmente fuera del circulo de contacto de dicho rotor, permaneciendo el rotor en el circulo de contacto no eliminado (18).

2. Compresor de husillo según la reivindicación 1, en el que

la sección para reducir el caudal de aire está formada sobre una distancia axial que corresponde a un ángulo de rotación \alpha determinado de acuerdo con la capacidad reducida, y

un espacio sustancialmente circular está formado en la sección para reducir el caudal de aire entre la parte no eliminada de los dientes de dicho rotor y la carcasa (13).

3. Compresor de husillo según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho rotor de husillo es el rotor macho (10).

4. Compresor de husillo según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho rotor de husillo es un rotor hembra (11).