PT805743E - Processo para a producao de rotores de compressores helicoidais - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

"PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ROTORES DE COMPRESSORES HELICOIDAIS" A invenção refere-se a um processo para a produção de rotores de ventiladores helicoidais e aos rotores obtidos com ele.

Para a produção de rotores de um ventilador helicoidal, além dos processos de obtenção que originam limalha, utilizam-se os processos de formação de protótipos em que o rótor é obtido por preenchimento de um molde negativo com um material do rótor apropriado. Como processos de formação de protótipos ou de pré-formação são designados processos em que se arranja uma peça moldada pela primeira vez a partir de material solto por

realização da coesão do material. Como exemplo de um processo de pré-formação pode mencionar-se em que se enche um molde prévio com material. Um processo de pré-moldação destinado especialmente à fabricação de rotores é conhecida a partir da DE 40 35 534 Al. De acordo com este processo, fabricam-se rotores para compressores rotativos a partir de plástico reforçado com fibras caracterizado por no espaço livre do molde com a forma negativa se empilharem discos de plástico reforçados com fibras e se ligarem mutuamente com utilização de calor e pressão. A partir de DE-A-35 06 475 e de DE-A-39 03 067 são conhecidos \ processos para a fabricação de rotores para compressores helicoidais de acordo com os quais o molde negativo é cheio com material^plástico pelo processo de vazamento com pulverização ou pelo processo de vazamento sem pressão.

A fabricação de molde negativo realiza-se também por um processo de pré-formação em que o seu contorno é obtido por meio de um rótor neste que na sua forma corresponde ao rótor que se pretende fabricar. 1

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Por causa da utilização dupla de um processo de pré--formação, o molde do rótor a empregar no compressor rotativo é determinado pelo rótor mestre. 0 rótor mestre é correntemente fabricado por trabalho à máquina. As ferramentas utilizadas na fabricação do rótor principal, por exemplo plainas ou máquinas rectificadoras que originam as superfícies encurvadas tridimensionalmente dos dentes, necessitam no entanto cortes livres para a colocação das ferramentas. No processamento das áreas do fundo dos dentes até agora tem de se trabalhar com a ferramenta em arredondamentos das superfícies da camisa do corpo do cilindro concêntrico em relação ao eixo do rótor. Os arredondamentos são necessários para poder colocar a ferramenta de processamento em volta dos flancos dos dentes.

No caso de um rótor com esses arredondamentos dever ser utilizado com um segundo rótor num compressor rotativo, então o segundo rótor deve possuir cúpulas nas partes superiores dos dentes que engrenam nos arredondamentos durante o funcionamento. Por outro lado, entre os rotores pode não se atingir uma vedação suficiente. As cúpulas do segundo rótor no entanto aumentam o seu diâmetro e, por consequência, o do segmento da carcaça que encerra o segundo rótor. 0 aumento do diâmetro do segmento da carcaça e os arredondamentos das cúpulas pioram o comportamento de vedação na zona de engrenamento dos dois rotores. Antes de os dentes dos rotores durante a rotação ficarem em posição recíproca no corte respectivo, entre eles existe o assim chamado furo da passagem de bolhas através do qual os gases comprimidos retrocedem para o lado de baixa pressão. A geometria condicionada pelo acabamento dos rotores tem por consequência perdas de retrocesso que nos compressores rotativos conhecidos originam um pequeno rendimento. 2

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u 0 objectivo da presente invenção é a fabricação de rotores de geometria complexa num único processo de fabricação. A satisfação deste objectivo realiza-se de acordo com a presente invenção com as caracteristicas especificas das reivindicações 1, 4 ou 5.

Para se poder proporcionar um compressor rotativo com elevado rendimento, é necessário optimizar os rotores relativamente aos seus comportamentos de passagem de gás e de vedação. Isto no entanto pode apenas realizar-se se for também realizada a geometria do rótor optimizada. A solução do objectivo de base da invenção depende, por um lado, da concepção de uma geometria melhorada para os rótores e, por outro lado, da obtenção de um processo de fabricação que permita a produção em série desses rótores. 0 processo de fabricação e os correspondentes rótores são neste caso duas formas de realização diferentes do conceito de formas de realização que constituem a base da invenção.

Os rótores fabricados com a utilização de uma pré-forma apresentam uma geometria que é determinada pela geometria do molde negativo. A geometria do molde negativo é reproduzida imediatamente nos rótores fabricados desta forma. É portanto possível por alterações da geometria do molde negativo determinar a geometria do rótor mais tarde. Se por exemplo se verifica que um rótor possui um comportamento de passagem de corrente de gás desfavorável e se ainda se verifica como a geometria do rótor deve ser modificada e melhorada a passagem da corrente, podem realizar-se alterações da geometria da forma negativa para optimizar a geometria do rótor. Por meio de um processamento de correcção do molde negativo é possível então 3 β

U fabricar rotores com uma geometria do rótor que apresenta correcções em relação a séries precursoras. 0 comportamento de passagem da corrente de gás e de vedação é especialmente determinado pela forma das zonas do fundo dos dentes feitos no rótor principal. Nesta zona, devem ser colocadas superfícies de camisas cilíndricas. 0 rótor associado que funciona com o rótor principal deve correspondentemente possuir na sua zona da cabeça dos dentes superfícies de camisas cilíndricas. Por meio da nova geometria do rótor principal é possível utilizar um rótor secundário com pequeno diâmetro que não possui arredondamentos nas cabeças dos dentes. Desta forma, consegue-se em primeiro lugar que a zona da carcaça que envolve o rótor secundário possa fechar mais apertadamente a zona de engrenamento dos dois rotores e em segundo lugar que pela envolvência dos dois rotores seja fechado mais rapidamente o furo de passagem das bolhas na entrada engrenamento dos dentes. 0 furo das bolhas delimitado pela carcaça e pelos rotores é não só pelo que diz respeito ao tempo como também pelo que diz respeito ao espaço tornado mais pequeno por meio das novas geometrias dos rotores principal e secundário. Ambos diminuem as perdas provocadas pela corrente de retorno. Pela fabricação de rotores com um processo de pré-formação é possível reproduzir as geometrias complexas com maior precisão e com comparativamente pequena despesa.

Uma outra vantagem consiste na vedação melhorada entre as cabeças dos dentes do rótor secundário e do segmento da carcaça que envolve o rótor secundário. As superfícies da camisa do cilindro das cabeças dos dentes vedam melhor do que as cúpulas arredondadas de acordo com o estado da técnica. 4

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De acordo com a invenção proporciona-se um processo em que melhoramentos relativamente à geometria de rotores utilizados em compressores rotativos já são obtidas na fabricação do molde negativo. Para o efeito, fabrica-se um rótor mestre que reproduz a forma dos dentes feitos por desgaste de material de uma pré--forma do rótor mestre. Este rótor mestre apresenta no entanto ainda zonas que não possuem a geometria pretendida para o rótor depois de pronto e portanto necessitam uma correcção. 0 correspondente processamento da correcção pode realizar-se mesmo no rótor mestre. De acordo com o processo da presente invenção, no entanto acontece que se retira material da pré--forma do molde negativo de modo que no molde negativo se formam aprofundamentos que servem para a obtenção das zonas de correcção complementares. Se a forma negativa corrigida for cheia com material apropriado para um rótor, no rótor obtém-se correspondentemente os aprofundamentos das zonas que têm a forma negativa que correspondentemente à geometria pretendida melhoram as propriedades do rótor.

Preferivelmente, desgasta-se a pré-forma do molde negativo para obtenção do perfil do rótor pretendido. Por meio deste desgaste, obtêm-se zonas do molde que na fabricação do rótor positivo formam superfícies de camisas cilíndricas que se prolongam continuamente ao longo de todo o comprimento do rótor. 0 seu traçado contínuo representa uma boa vedação entre o rótor principal e o rótor secundário com segurança.

Em seguida, esclarece-se a invenção por meio de exemplos de realização em ligação com os desenhos. Estes representam: a Figura 1, um rótor fabricado pelo processo de acordo com a presente invenção que, com um segundo correspondente rótor, 5 Γ u

forma um par de rotores e é colocado numa caixa do compressor, em corte, a Figura 2, um par de rotores de acordo com o estado da técnica numa representação que corresponde à Figura 1, a Figura 3, o par de rotores representado na Figura 2 numa vista observada de cima e com uma zona cortada de acordo com linha III-III da Figura 2, as Figuras 4a) a c) , um corte da Figura 2 em representação aumentada, em que os rotores assumem diversas posições de rotação, as Figuras 5a) a 5c) , cortes das Figuras 4a) a c) em representação esquemática; as Figuras 6a) a c) um segmento da Figura 1 em representação ampliada, em que os rotores assumem diferentes posições de rotação, a Figura 7, um furo para a passagem de bolhas do gás que é limitado pelos rotores e a carcaça na Figura 1, a Figura 8, um furo para a passagem de bolhas do gás que é limitado pelos rotores e a carcaça na Figura 2, a Figura 9, o par de rotores da Figura 1 numa outra posição de engrenamento dos rotores, em corte, a Figura 10, um fragmento da Figura 9 em representação ampliada, 6

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a Figura 11, um rótor mestre para a fabricação de um dos dois rotores da Figura 1, a Figura 12, uma pré-forma negativa com uma geometria retirada do rótor mestre da Figura 11, a Figura 13, uma forma negativa obtida por rotação da pré-forma negativa representada na Figura 12, e a Figura 14 um rótor obtido com a forma negativa na Figura 13. A Figura 1 representa um compressor rotativo 16 com um rótor 10 produzido de acordo com a presente invenção, que é um rótor principal e com um segundo rótor 12 que é o rótor secundário, que são montados numa carcaça comum 14. Os dois rotores 10, 12 trabalham encostados um ao outro na carcaça 14 de modo que ar é transportado e comprimido axialmente. O rótor principal 10 possui cinco dentes 18 que estão colocados distribuídos uniformemente no seu perímetro e estão dispostos em hélice ao longo do comprimento do rótor principal 10 de aproximadamente 180°C. O rótor secundário 12 que trabalha como rótor principal 10 possui seis dentes 20, que estão montados em hélice de 180°C ao longo do comprimento do rótor secundário 12.

Os dois rotores 10, 12 na carcaça 14 são rodeados por um primeiro segmento ou respectivamente um segundo segmento da carcaça 22, 24 de tal maneira que os flancos de dente 34, 36 dos dentes 18 do rótor principal 10 e os flancos do dente do dente 20 do rótor secundário 12 com o primeiro ou o segundo segmento da carcaça 22, 24 definem câmaras de deslocamento 26a até 26h.

Na zona antes da saída sob pressão do compressor helicoidal 16, os flancos do dente 34, 36 do dente 18 do rótor os flancos do 7

V dente 20 do rótor secundário 18 definem entre si uma câmara de impulso para fora 28. Antes da entrada é ainda definida uma câmara de aspiração 30. O grau de eficiência do mencionado compressor helicoidal 16 depende essencialmente da estanqueidade das câmaras de deslocamento 26a até 26h, da câmara de impulso para fora 28 e da câmara de aspiração 30, em que o comportamento de vedação dos dentes que engrenam mutuamente tem uma grande influência sobre o grau de eficiência do compressor helicoidal 16.

Para a clarificação das proporções de vedação e de passagem da corrente gasosa, nas Figuras 2 a 5 e 8 está representado um compressor helicoidal 116 de acordo com o estado da técnica. O compressor helidoical 116 de acordo com o estado da técnica diferencia-se do compressor rotativo 16 com o reactor de acordo com a presente invenção por detalhes essenciais da configuração do rótor 10. Para uma compreensão mais fácil, os elementos do ventilador helicoidal 116, que correspondem aos elementos do compressor helicoidal 16 são assinalados com números de referência que correspondem aos da Figura 1 somados com 100. A forma espacial das câmaras de deslocamento 126a a 126h é evidenciada na Figura 3. As câmaras de deslocamento 126a a 126h são definidas pelos flancos dos dentes 134, 136 dos dentes 118, 120 do rótor principal 110 ou respectivamente do rótor secundário 120, em actuação conjunta com os respectivo segmentos da carcaça 122, 124. Eles têm um percurso helicoidal em forma de parafuso e prolongam-se parcialmente ao longo de todo o comprimento dos rotores 110, 112. Em funcionamento, por rotação em sentidos contrários dos rotores 110, 112, altera-se permanentemente o volume das câmaras individuais em que os 8 p U, ^ flancos dos dentes 134, 136 em troca cíclica sucessiva limitam as câmaras de deslocamento 126a a 126h, as câmaras de impulso para fora 128 e as câmaras de aspiração 130. Sucessivamente respectivamente duas câmaras de deslocamento reúnem-se para formar uma câmara de impulso, para se abrir novamente depois de impelir para fora o gás sob pressão e formar uma câmara de aspiração. Em seguida, os flancos dos dentes definem duas câmaras de deslocamento separadas.

Se, por exemplo, os rotores 110, 112 na Figura 2 rodarem de alguns graus de ângulo nos sentidos de rotação indicados pelas setas A e B, as câmaras de deslocamento reúnem-se de maneira a formarem uma câmara de impulso para fora. Neste caso, simultaneamente diminui o volume das câmaras de impulso para fora 128 existentes, de modo que o gás encerrado na câmara de impulso para fora 128 é empurrado para fora com elevada pressão. Simultaneamente, o volume da câmara de aspiração 130 aumenta de maneira a ela prolongar-se até ao lado de aspiração do compressor helicoidal 116. Nestas condições, o gás a comprimir é aspirado O rótor principal 110 representado na Figura 2 é acabado de maneira a retirar aparas e possui portanto arredondamentos 132 respectivamente na zona da base dos dentes. Os arredondamentos 132 são necessários para se poder trabalhar os flancos dos dentes 134, 136 com as ferramentas de processamento. Desta forma ao rodar, o rótor principal 110 e o rótor secundário 112 rolam um em relação ao outro de maneira vedada, o rótor secundário 112 apresenta em cada um dos seus dentes 120 uma parte superior arredondada 138 que, pela rotação dos dois rotores 110, 112 engrena o respectivo arredondamento 132 do rótor principal 110. 9

Os arredondamentos do rótor principal ficam no interior do circulo rolante 140 do rótor principal 110. Correspondentemente, as partes superiores 138 do rótor secundário 112 encontram-se fora do circulo rolante 142 do rótor secundário 112.

As proporções do caudal regulado pelo varrimento dos dois rotores 110, 112, na zona de engrenamento (pormenor IV da Figura 2) estão representados nas Figuras 4a até 4c, sendo as proporções de compressão e de caudal de passagem que se verificam representados nas Figuras 5a a 5c.

Durante o movimento de rotação dos dois rotores 110, 112, os dentes 118 do rótor principal 110 movem-se com uma linha de vértices que limita os flancos dos dentes 134,136 ao longo de uma superfície cilíndrica 146 do primeiro segmento da carcaça 122. De maneira correspondente, as partes superiores 138 dos dentes 120 do rótor secundário 112 deslocam-se ao longo de uma segunda superfície cilíndrica 148 do segundo segmento da carcaça 124. As partes superiores 138 e as linhas de vértice 144 formam vedações com as respectivas superfícies cilíndricas 146, 148.

Desta forma, as câmaras de deslocamento 126d, 146h e a câmara de impulso 128 são separadas mutuamente (Figuras 4a, 5a) . Se no entanto os rotores continuarem a rodar, obtém-se o estado representado na Figura 4b, em que a linha de vértice 144 do dente 118 do rótor principal 110 não forma mais vedação com a superfície cilíndrica 146. Nesta posição de rotação, gás sob pressão pode refluir da câmara de impulso 128 para a câmara de deslocamento 126. A corrente de refluxo é representada na Figura 5b por uma seta. Só quando os rotores 110, 112 são rodados até à posição representada na Figura 4c e o dente 120 do rótor secundário 112 está em uma posição junto do dente 118 do rótor 10 p ^ principal 110, em que a nova câmara de impulso 128 formada a partir das câmaras de deslocamento veda.

Ao contrário do estado da técnica, o rótor principal 10 de acordo com a invenção (Figura 1) em vez de arredondamentos possui primeiras superfícies de revestimentos cilíndricas 50, que são colocadas sobre o círculo rolante 40 do rótor principal 10. Correspondentemente, o rótor secundário 12 possui segundas superfícies de revestimentos cilíndricas 52 que estão colocadas no círculo de rolamento 42 do rótor secundário 12.

As proporções de passagem de corrente de gás e de vedação que se obtêm por utilização do rótor de acordo com a presente invenção são representadas nas Figuras 6a-6c. Para se conseguir uma vedação entre os rotores 10, 12 e a carcaça 14, os dentes 18 do rótor principal 10 formam primeiras vedações com uma superfície cilíndrica 46 da carcaça enquanto as segundas superfícies de camisa cilíndricas 52 dos dentes 20 do rótor secundário 12 formam segundas vedações com uma segunda superfície cilíndrica 54 da carcaça. Porque o rótor secundário 12 com proporções do cilindro aliás inalteradas possui um menor diâmetro do que o rótor secundário 112 de acordo com o estado da técnica, a aresta da carcaça 56 definida pelas superfícies cilíndricas 46 e 54 fica mais próxima do ponto em que os dentes 18, 20 dos dois rotores 10, 12 engrenam do que a correspondente aresta 158 do estado da técnica (Figura 6b). Isto diminui o tamanho do orifício de passagem das bolhas.

Além disso, os dentes 20 do rótor secundário 12 sem retardamento ficam em engrenagem com os dentes 18 do rótor principal 10 porque o rótor secundário 20 não possui uma copa no arredondamento da parte superior do dente (Figura 6c). Portanto, 11

ao realizar-se o varrimento em cada segmento, o orifício de passagem das bolhas de gás que abre um curto intervalo de tempo é de novo fechado consideravelmente mais cedo do que no estado da técnica.

Para a comparação de tamanho do orifício de passagem de bolhas podem-se observar as Figuras 7 e 8. A Figura 7 mostra o orifício de passagem das bolhas 92, que se obtém com um rótor de acordo com a presente invenção. A Figura 8 mostra o orifício de passagem das bolhas 192, que se abre nos rotores de acordo com o estado da técnica. Porque o tamanho do orifício de passagem das bolhas é determinante para as perdas de corrente de refluxo que se verificam, esta comparação permite reconhecer nitidamente que com a forma do rótor são possíveis consideráveis melhorias do grau de rendimento de um compressor helicoidal.

As Figuras 9 e 10 mostram os rotores da Figura 1 numa outra posição de rotação. Pode reconhecer-se nitidamente que a primeira e a segunda superfícies da camisa do cilindro 50, 52 também formam uma vedação digna de confiança no caso de os dois rotores estarem um por cima do outro. As duas superfícies das camisas do cilindro 50, 52 deslocam-se continuamente de modo que a folga formada entre elas ao rodar em segmentos vizinhos possuem uma largura invariável. A superfície da camisa do cilindro 50 contínua define com os flancos dos dentes 36 uma linha helicoidal 56 que representa uma aresta viva por meio do qual se diminuem as perdas de correntes.

As Figuras 11 a 14 servem para esclarecer o processo para a fabricação de uma forma negativa para o rótor representado na Figura 1 e para o esclarecimento da obtenção de um rótor com essa forma negativa. 12 Γ ^ ^^ A Figura 11 representa um rótor mestre 200, que correspondentemente ao rótor principal a produzir possui cinco dentes 218 helicoidais com a forma de parafuso. Os flancos do dente 234, 236 possuem um contorno que, na área entre uma linha de vértice 244 formada pelos flancos do dente 234, 236 e o círculo rolante 240 do rótor mestre 200 possui o mesmo contorno que os dentes do rótor principal 10 de acordo com a presente invenção e o rótor principal 110 de acordo com o estado da técnica. Porque o rótor mestre 200, tal como o rótor principal 110 de acordo com o estado da técnica, é fabricado a partir de uma peça bruta do rótor mestre por formação de limalha, apresenta arredondamentos 232 por baixo do círculo rolante 240.

Um rótor mestre assim fabricado é em primeiro lugar inserido numa caixa do molde e o espaço vazio que fica entre a caixa do molde e o rótor mestre é preenchido com um material de moldação apropriado que em seguida é amolecido. No estado amolecido, o material do molde forma a peça bruta de fundição de forma negativa 260.

Depois do endurecimento do material do molde, o rótor mestre é retirado da peça em bruta da forma negativa 260 de modo que permaneça um espaço vazio 262. O contorno 264 do espaço vazio 262 possui zonas aprofundadas 266 helicoidais com a forma de parafuso cuja geometria é complementar da geometria dos dentes de um rótor principal. Entre as zonas de aprofundamento 266 são colocados zonas salientes 268 helicoidais com a forma de parafuso. A peça bruta com a forma negativa 260 é submetida a posterior processamento no torno, em que são eliminadas por rectificação as copas do molde 270 que representam elevações das zonas 13 salientes 268. Por meio deste processamento obtém-se um molde negativo 280 que possui superfícies cilíndricas 282 contínuas, com a forma oca, helicoidais com a forma de parafuso.

Por enchimento da forma negativa representada na Figura 13 com um material do rótor apropriado e por endurecimento do mesmo pode fabricar-se o rótor principal 280 representado na Figura 14 cuja geometria coincide com a do rótor principal 10 da Figura 1.

Lisboa, 26 de Julho de 2000

0 AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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Claims (7)

1. V

   u ^ REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a fabricação de rotores (10, 290) de compressores helicoidais por um processo de formação de peças em bruto com os seguintes passos: (a) produção de um rótor mestre (200) que reproduz a forma dos dentes helicoidais por desgaste de material de uma peça bruta do rótor mestre, (b) produção de uma peça bruta da forma negativa (260) por reprodução da forma do rótor mestre, (c) reprodução do contorno da forma negativa (280) por enchimento do mesmo com material solto do rótor e endurecimento do mesmo, e (d) desmoldação do rótor (290), caracterizado por, depois da fabricação da peça bruta da forma negativa (260), se realizar: (e) preparação de uma forma negativa (280) por desgaste de material da peça bruta da forma negativa (260) para a formação de aprofundamentos e obtenção de zonas corrigidas do molde (282).
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se corrigirem os arredondamentos (232) produzidos na zona da parte inferior do dente na fabricação do rótor mestre (200) 1 V

   u K desgastando as saliências forma negativa (260) e que (232) . (270) existentes na peça bruta da são originadas pelos arredondamentos
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, para a correcção do perfil da peça bruta da forma negativa (260), se tornear a peça bruta (260) da forma negativa.
4. 4. Processo para a produção de uma forma negativa (280) de um rótor (10, 290) a utilizar num compressor rotativo que possui vários dentes helicoidais com a forma de parafuso (18), com os seguintes passos: a) produção de um rótor mestre (200) que reproduz a forma dos dentes helicoidais por meio do desgaste de material de uma peça bruta de rótor mestre, e b) produção de uma peça bruta do molde negativo (260) por remoção do molde do rótor mestre (200), caracterizado pelo passo que consiste no c) desgaste do material da peça bruta do molde negativo (260) para a formação de aprofundamentos e a produção de zonas corrigidas do molde (282).
5. 5. Rótor para um compressor helicoidal (16) com um corpo helicoidal obtido por formação de uma forma primitiva, que possui vários dentes (18) helicoidais, caracterizado por, na zona da parte inferior dos dentes, entre os dentes (18), serem colocadas superfícies das camisas dos cilindros (50) continuas 2 que respectivamente com pelo menos um flanco do dente (34, 36) definem pelo menos uma linha helicoidal (56).
6. 6. Rótor de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por as superfícies da camisa do cilindro contínuas (50) assentarem no círculo rolante (40) do rótor (10).
7. 7. Rótor de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado por em secção transversal os dentes (18) possuírem dois flancos dos dentes (34, 36) convexos, que encostam ao longo de uma linha do vértice (44) com a forma helicoidal. Lisboa, 26 de Julho de 2000 O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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