Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPRES-SOR ESPIRAL DOTADO DE UMA FOLGA PARA O ACOPLAMENTO OL-DHAM".
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a máquinas em espiral. Mais par-ticularmente, a presente invenção refere-se a uma máquina em espiral dota-do de uma folga entre as espirais ou volutas e ao acoplamento Oldham quepermite deflexão das chaves do acoplamento Oldham.
Antecedentes e Sumário da Invenção
Existe uma classe de máquinas conhecidas geralmente na téc-nica como máquinas em espiral, que são usadas para o deslocamento dediversos tipos de fluido. As máquinas em espiral podem ser configuradascomo um expansor, um motor de deslocamento, uma bomba, um compres-sor etc e as características da presente invenção se aplicam a qualquer umadestas máquinas. Para fins de ilustração, entretanto, a concretização apre-sentada está na forma de um compressor espiral refrigerante hermético.
Os compressores espiral vêm se tornando cada vez mais popu-lares para emprego como compressores tanto em aplicações de refrigeraçãocomo de ar condicionado, devido principalmente à sua capacidade de ope-ração extremamente eficaz. Geralmente, estas máquinas incorporam um parde envoltórios entrelaçados, um dos quais é forçado a orbitar em relação aooutro de modo a definir uma ou mais câmaras móveis que diminuem de ta-manho progressivamente à medida que se deslocam de uma porta de suc-ção externa em direção a uma porta de descarga central. É provido um mo-tor elétrico que opera para acionar a peça espiral orbitante através de umaárvore de acionamento adequada, afixada ao rotor do motor. Em um com-pressor hermético, o fundo do invólucro hermético normalmente contém umdreno de óleo para fins de lubrificação e resfriamento.
A rotação relativa entre os envoltórios em espiral tipicamente écontrolada usando um acoplamento Oldham. O acoplamento Oldham podeser chavetado à carcaça de mancai principal e à peça espiral orbitante, ou oacoplamento Oldham pode ser chavetado às peças em espiral tanto orbi-tante como não-orbitante. As chaves do acoplamento Oldham são recebidasdeslizantemente dentro de tendas da carcaça de mancai principal, da peçaespiral orbitante ou da peça espiral não-orbitante. A fim de reduzir o ruídogerado durante a operação do compressor espiral, a folga entre as chavesdo acoplamento Oldham e a sua fenda associada deve ser rigorosamentecontrolada.
Quando as folgas entre as chaves do acoplamento Oldham e assuas fendas associadas são rigorosamente controladas, a ligação das cha-ves dentro de suas fendas associadas pode ocorrer durante períodos de car-regamento pesado do acoplamento Oldham. Esta ligação ou aderência daschaves dentro das fendas causa uma carga excessiva das chaves, assimcomo gera ruído excessivo.
A presente invenção incorpora à arte um compressor espiral queinclui um acoplamento Oldham que possui tanto um ajuste de tolerânciaapertada das chaves do acoplamento Oldham nas suas fendas associadascomo também uma superfície afunilada ou escalonada que deixa uma folgaentre a chave e a fenda, para permitir deflexão das chaves do acoplamentoOldham. A superfície afunilada ou escalonada pode ser colocada sobre aschaves do acoplamento Oldham ou a superfície afunilada ou escalonadapode ser colocada sobre os lados das fendas dentro das quais as chavesdeslizam.
Outras vantagens e objetivos da presente invenção se evidenci-arão para aqueles versados na técnica a partir da descrição detalhada quese segue, reivindicações e desenhos apensos.
Breve Descrição dos Desenhos
Nos desenhos que ilustram a melhor modalidade atualmenteconsiderada para a realização da presente invenção:
a figura 1 é uma seção transversal vertical de um compressorespiral hermético que incorpora o sistema singular de posicionamento e su-porte da presente invenção;
a figura 2 é uma vista em perspectiva do acoplamento Oldhammostrado na figura 1;a figura 3 é uma ilustração esquemática da relação entre aschaves do acoplamento Oldham e a sua fenda associada de acordo com apresente invenção;
a figura 4 é uma ilustração esquemática da relação entre aschaves do acoplamento Oldham e a sua fenda associada de acordo comuma outra modalidade da presente invenção;
a figura 5 é uma ilustração esquemática da relação entre aschaves do acoplamento Oldham e a sua fenda associada de acordo comuma outra modalidade da presente invenção;
a figura 6 é uma ilustração esquemática da relação entre aschaves do acoplamento Oldham e a sua fenda associada de acordo comuma outra modalidade da presente invenção;
a figura 7 é uma vista em perspectiva de uma chave de um aco-plamento Oldham de acordo com uma outra modalidade da presente invenção;
a figura 8 é uma ilustração esquemática de uma chave de aco-plamento Oldham disposta dentro de uma fenda de acordo com uma outramodalidade da presente invenção;
a figura 9 é uma vista em perspectiva de uma chave de um aco-plamento Oldham de acordo com uma outra modalidade da presente invenção; e
a figura 10 é uma ilustração esquemática de uma chave de aco-plamento Oldham disposta dentro de uma fenda de acordo com uma outramodalidade da presente invenção.
Descrição Detalhada da Modalidade Preferida
Com referência agora aos desenhos, nos quais números de refe-rência análogos designam peças análogas ou correspondentes por todas asdiversas vistas, nas figuras 1 e 2 é mostrado um compressor espiral que in-corpora o acoplamento Oldham singular de acordo com a presente invenção,e que está indicado pelo número de referência 10. O compressor espiral 10compreende um invólucro hermético geralmente cilíndrico 12 que possui,soldada na sua extremidade superior uma tampa 14 e, na sua extremidadeinferior, uma base 16 que possui uma pluralidade de pés de montagem (nãomostrados) formados integralmente com a mesma. A tampa 14 é dotada deum encaixe de descarga de refrigerante 18 que pode possuir, no seu interior,a válvula de descarga usual. Uma divisória que se estende transversalmente20 está afixada ao invólucro 12 por soldagem em torno de sua periferia nomesmo ponto no qual a tampa 14 é soldada ao invólucro 12. Uma armaçãode montagem de compressor 22 é encaixada por pressão dentro do invólu-cro 12, e é suportada pela extremidade da base 16. A base 16 é um poucomenor em diâmetro que o invólucro 12, de modo que a base 16 é recebidadentro do invólucro 12 e soldada em torno de sua periferia, conforme mostraa figura 1.
Os elementos principais do compressor 10 que estão fixados àarmação 22 incluem uma carcaça de mancai principal de duas peças 24,uma carcaça de mancai inferior 26 e um estator de motor 28. Uma árvore deacionamento ou eixo-manivela 30 que possui um pino de manivela excêntri-co 32 na sua extremidade superior está montado rotativamente em um man-cai 34 fixado dentro da carcaça de mancai principal 24, e em um segundomancai 36 fixado dentro da carcaça de mancai inferior 26. O eixo-manivela30 possui, na sua extremidade inferior, um furo concêntrico de diâmetro re-lativamente grande 38 que se comunica com um furo de diâmetro menorposicionado radialmente para fora 40 que se estende para cima a partir domesmo até o topo do eixo-manivela 30. A parte inferior do interior do invólu-cro 12 define um dreno de óleo 44 que é enchido com óleo lubrificante atéum nível um pouco acima da extremidade inferior de um rotor 46, e um furo38 atua como uma bomba para bombear fluido lubrificante para o eixo-manivela 30 e para dentro do furo 40 e, no final das contas, para todas aspartes do compressor 10 que requerem lubrificação.
O eixo-manivela 30 é acionado rotativamente por um motor elé-trico que inclui um estator 28, um enrolamento 48 que o atravessa e um rotor46 encaixado por pressão sobre o eixo-manivela 30. Um contrapeso superior50 está fixado ao eixo-manivela 30, e um contrapeso inferior 52 está fixadoao rotor 46.A superfície superior da carcaça de mancai principal de duaspeças 24 é dotada de uma superfície de mancai de escora plana 54 sobre aqual está disposta uma peça espiral orbitante 56 que possui a palheta ouenvoltório usual 58 que se estende para cima a partir de uma chapa extrema60. Projetando-se para baixo a partir da superfície inferior da chapa extrema60 da peça espiral orbitante 56, encontra-se um cubo de roda cilíndrico 62que possui um mancai radial 64 no seu interior, e no qual está disposta rota-tivamente uma bucha de acionamento 66 que possui um furo interno no qualo pino de manivela 32 está disposto acionadamente. O pino de manivela 32 possui uma parte plana sobre uma superfície que engata com acionamentouma superfície plana formada em uma parte do furo interno da bucha deacionamento 66 a fim de prover um mecanismo de acionamento compla-cente radialmente, tal como mostrado na carta-patente US 4.877.382, domesmo cessionário, cuja descrição é, por isso, incorporada ao presente por referência. É provido também um acoplamento Oldham 68, posicionado en-tre a peça espiral orbitante 56 e a carcaça de mancai principal de duas pe-ças 24. O acoplamento Oldham 68 está chavetado à peça espiral orbitante56 e a uma peça espiral não-orbitante 70 para impedir movimento de rotaçãoda peça espiral orbitante 56.
A peça espiral não-orbitante 70 é dotada também de um envoltó-rio 72 que se estende para baixo a partir de uma chapa extrema 74 que estáposicionada em engate entrelaçado com o envoltório 58 da peça espiral or-bitante 56. A peça espiral não-orbitante 70 possui uma passagem de des-carga disposta centralmente 76 que se comunica com um recesso aberto para cima 78 o qual, por sua vez, está em comunicação fluida com uma câ-mara amortecedora de descarga 80 definida pela tampa 14 e pela divisória20. Um recesso anular 82 também é formado na peça espiral não-orbitante70 dentro do qual está disposto um conjunto de vedação flutuante 84.
Os recessos 78 e 82 e o conjunto de vedação flutuante 84 coo- peram para definir câmaras axiais de propensão de pressão que receberfluido pressurizado que está sendo comprimido pelos envoltórios 58 e 72, demodo a exercer uma força de propensão axial sobre a peça espiral não-orbitante 70 para deste modo forçar as pontas dos envoltórios 58 e 72 res-pectivos para engate de vedação com as superfícies de chapa extremaopostas das chapas extremas 74 e 60, respectivamente. O conjunto de ve-dação flutuante 84, de preferência, é do tipo descrito em maiores detalhes5 na Patente US N5 5.156.539, do mesmo cessionário, cuja descrição é, porisso, incorporada ao presente por referência. A peça espiral não-orbitante 70é projetada para ser montada para movimento axial limitado da carcaça demancai principal de duas peças 24 de uma maneira adequada, tal comoapresentado na supracitada Patente US N9 4.877.382 ou Patente US N55.102.316, do mesmo cessionário, cuja descrição é, por isso, incorporada aopresente por referência.
A presente invenção refere-se a uma relação singular entre aschaves do acoplamento Oldham 68, as fendas definidas pela peça espiralorbitante 56 e as fendas definidas pela peça espiral não-orbitante 70. Comreferência agora à figura 2, o acoplamento Oldham 68 inclui um anel 90, umprimeiro par de chaves 92 e um segundo par de chaves 94. As chaves 92são recebidas deslizantemente, cada uma, em uma fenda 96 definida pelapeça espiral orbitante 56. As chaves 94 são recebidas deslizantemente,cada uma, em uma fenda 98 definida pela peça espiral não-orbitante 70.
A figura 3 ilustra a relação entre as chaves 92 e a fendas 96 e arelação entre as chaves 94 e as fendas 98. Devido à rotação dos diversoscomponentes do compressor 10, cada chave 92 e cada chave 94 inclui umasuperfície carregada 100 e uma superfície não-carregada 102. A superfícienão-carregada 102 é formada como uma superfície escalonada. A superfícieescalonada 102 define uma primeira folga 104 entre a parte inferior da chave92 ou 94 e a parte inferior da fenda 96 ou 98, respectivamente. A superfícieescalonada 102 define também uma segunda folga 106 entre a parte superi-or da chave 92 ou 94 e a parte superior da fenda 96 ou 98, respectivamente.A primeira folga 104 é projetada para ser uma folga pequena que é exigidapara operação silenciosa do compressor 10. A segunda folga 106 é projeta-da para ser maior que a primeira folga 104 para permitir deflexão da chave92 ou 94 durante condições de carga elevada para a chave 92 ou 94. Medi-ante a provisão de uma folga maior na extremidade superior da chave 92 ou94, é permitida a deflexão da chave 92 ou 94 e é eliminada a aderência dachave 92 ou 94 dentro da fenda 96 e 98, respectivamente.
Com referência agora à figura 4, nela está ilustrado um acopla-mento Oldham 168 de acordo com uma outra modalidade da presente in-venção. O acoplamento Oldham 168 possui chaves 92 e 94, cada uma pos-suindo uma superfície carregada 100 e uma superfície não-carregada 202. Asuperfície não-carregada 202 é formada como uma superfície perfilada a fimde prover uma seção geralmente afunilada para as chaves 92 e 94. A super-fície perfilada 202 define uma primeira folga 104 entre a parte inferior dachave 92 ou 94 e a parte inferior da fenda 96 e 98, respectivamente. A su-perfície perfilada 202 define também uma segunda folga 106 entre a partesuperior da chave 92 ou 94 e a parte superior da fenda 96 e 98, respectiva-mente. Similarmente ao projeto ilustrado na figura 3, a primeira folga 104 éprojetada para ser uma folga pequena que é exigida para operação silencio-sa do compressor 10. A segunda folga 106 é projetada para ser maior que aprimeira folga 104 para permitir deflexão da chave 92 ou 94 durante condi-ções de carga elevada para a chave 92 ou 94. Mediante a provisão de umafolga maior na extremidade superior da chave 92 ou 94, é permitida a defle-xão da chave 92 ou 94 e é eliminada a aderência da chave 92 ou 94 dentroda fenda 96 e 98, respectivamente.
Com referência agora à figura 5, nela está ilustrado um acopla-mento Oldham 268 de acordo com uma outra modalidade da presente in-venção. O acoplamento Oldham 268 possui chaves 92 e 94, cada uma pos-suindo uma superfície carregada 100 e uma superfície não-carregada 302.Nesta modalidade, a superfície não-carregada 302 é projetada como umasuperfície reta que forma uma seção transversal geralmente retangular paraas chaves 92 e 94. Na modalidade mostrada na fig. 5, cada uma das fendas96 e 98 inclui uma superfície carregada 308 e uma superfície não-carregada310. A superfície não-carregada 308 é formada como uma superfície esca-lonada. A superfície escalonada 308 define uma primeira folga 104 entre aparte inferior da chave 92 e 94 e a parte inferior da fenda 96 e 98, respecti-vãmente. A superfície escalonada 308 define também uma segunda folga 106 entre a parte superior da chave 92 ou 94 e a parte superior da fenda 96 e98, respectivamente. A primeira folga 104 é projetada para ser uma folgapequena que é exigida para operação silenciosa do compressor 10. A se- gunda folga 106 é projetada para ser maior que a primeira folga 104 parapermitir deflexão da chave 92 ou 94 durante condições de carga elevadapara a chave 92 ou 94. Mediante a provisão de uma folga maior na extremi-dade superior da chave 92 ou 94, é eliminada a deflexão da chave 92 ou 94,é eliminada a aderência da chave 92 ou 94 dentro da fenda 96 e 98, respec- tivamente.
Com referência agora à figura 6, nela está ilustrado um acopla-mento Oldham 268 de acordo com uma outra modalidade da presente in-venção. O acoplamento Oldham 268 possui chaves 92 e 94, cada uma pos-suindo uma superfície carregada 100 e uma superfície não-carregada 302. Nesta modalidade, cada uma das fendas 96 e 98 inclui uma superfície car-regada 308 e uma superfície perfilada não-carregada 410. A superfície nãocarregada 308 é uma superfície perfilada. A superfície perfilada 410 defineuma primeira folga 104 entre a parte inferior das chaves 92 ou 94 e a parteinferior da fenda 96 e 98, respectivamente. A superfície perfilada 410 define também uma segunda folga 106 entre a parte superior da chave 92 ou 94 ea parte superior da fenda 96 e 98, respectivamente. A primeira folga 104 éprojetada para ser uma folga pequena que é exigida para operação silencio-sa do compressor 10. A segunda folga 106 é projetada para ser maior que aprimeira folga 104 para permitir deflexão da chave 92 ou 94 durante condi- ções de carga elevada para a chave 92 ou 94. Mediante a provisão de umafolga maior na extremidade superior da chave 92 ou 94, é eliminada a defle-xão da chave 92 ou 94 dentro da fenda 96 e 98, respectivamente.
Com referência agora à figura 7, nela está ilustrado um acopla-mento Oldham 368 de acordo com uma outra modalidade da presente in- venção. O acoplamento Oldham 368 possui chaves 92 e 94, cada uma pos-suindo uma superfície carregada 100 e uma superfície não-carregada 502. Asuperfície não-carregada 502 é formada como uma superfície escalonadaque possui uma plataforma 504 que se estende a partir de uma superfície debase 506 de chaves 92 e 94. A plataforma 504 define uma primeira folga 104entre a chave 92 ou 94 e a fenda 96 e 98, respectivamente. A superfície debase 506 define uma segunda folga 106 entre a chave 92 ou 94 e a fenda 96e 98, respectivamente. A primeira folga 104 é projetada para ser uma folgapequena que é exigida para operação silenciosa do compressor 10. A se-gunda folga 106 é projetada para ser maior que a primeira folga 104 parapermitir deflexão da chave 92 ou 94 durante condições de carga elevadapara a chave 92 ou 94. Mediante a provisão de uma folga maior para umaparte da superfície de engate em fenda da chave 92 ou 94, é permitida adeflexão da chave 92 ou 94, e é eliminada a aderência da chave 92 ou 94dentro da fenda 96 e 98, respectivamente. O tamanho da plataforma 504 éprojetado de tal modo que permanece uma área de superfície suficiente pararesistir o carregamento inverso que é encontrado.
Com referência agora à figura 8, nela está ilustrado um acopla-mento Oldham 268 de acordo com uma outra modalidade da presente in-venção. O acoplamento Oldham 268 possui chaves 92 e 94, cada uma pos-suindo uma superfície carregada 100 e uma superfície não-carregada 302.Nesta modalidade, cada uma das fendas 96 e 98 inclui uma superfície car-regada 308 e uma superfície perfilada não-carregada 510. A superfície não-carregada 510 é formada como uma superfície escalonada que possui umaplataforma 512 que se estende a partir de uma superfície de base 512 dechaves 92 e 94. A plataforma 512 define uma primeira folga 104 entre a cha-ve 92 ou 94 e a fenda 96 e 98, respectivamente. A superfície de base 514define uma segunda folga 106 entre a chave 92 ou 94 e a fenda 96 e 98,respectivamente. A primeira folga 104 é projetada para ser uma folga pe-quena que é exigida para operação silenciosa do compressor 10. A segundafolga 106 é projetada para ser maior que a primeira folga 104 para permitirdeflexão da chave 92 ou 94 durante condições de carga elevada para a cha-ve 92 ou 94. Mediante a provisão de uma folga maior para uma parte da su-perfície de engate em fenda da chave 92 ou 94, é permitida a deflexão dachave 92 ou 94, e é eliminada a aderência da chave 92 ou 94 dentro da fen-da 96 e 98, respectivamente. O tamanho da plataforma 512 é projetado detal modo que permanece uma área de superfície suficiente para resistir ocarregamento inverso que é encontrado.
Com referência agora à figura 9, nela está ilustrado um acopla-mento Oldham 468 de acordo com uma outra modalidade da presente in-venção. O acoplamento Oldham 468 possui chaves 92 e 94, cada uma pos-suindo uma superfície carregada 100 e uma superfície não-carregada 602. Asuperfície não-carregada 602 é formada como uma superfície escalonadaafunilada que possui uma plataforma 604 que se estende a partir das chaves92 e 94. A plataforma 604 define uma primeira folga 104 entre a chave 92 ou94 e a fenda 96 e 98, respectivamente. A parte afunilada da plataforma 604define uma segunda folga 106 entre a chave 92 ou 94 e a fenda 96 e 98,respectivamente. A primeira folga 104 é projetada para ser uma folga pe-quena que é exigida para operação silenciosa do compressor 10. A segundafolga 106 é projetada para ser maior que a primeira folga 104 para permitirdeflexão da chave 92 ou 94 durante condições de carga elevada para a cha-ve 92 ou 94. Mediante a provisão de uma folga maior para uma parte da su-perfície de engate em fenda da chave 92 ou 94, é permitida a deflexão dachave 92 ou 94, e é eliminada a aderência da chave 92 ou 94 dentro da fen-da 96 e 98, respectivamente. O tamanho da plataforma 604 é projetado detal modo que permanece uma área de superfície suficiente para resistir acarregamento inverso que é encontrado.
Com referência agora à figura 10, nela está ilustrado um aco-plamento Oldham 268 de acordo com uma outra modalidade da presenteinvenção. O acoplamento Oldham 268 possui chaves 92 e 94, cada umapossuindo uma superfície carregada 100 e uma superfície não-carregada302. Nesta modalidade, cada uma das fendas 96 e 98 inclui uma superfíciecarregada 308 e uma superfície não-carregada 610. A superfície não-carregada 610 é formada como uma superfície escalonada afunilada quepossui uma plataforma 612 que se estende a partir das chaves 92 e 94. Aplataforma 612 define uma primeira folga 104 entre a chave 92 ou 94 e afenda 96 e 98, respectivamente. A parte afunilada da plataforma 612 defineuma segunda folga 106 entre a chave 92 ou 94 e a fenda 96 e 98, respecti-vamente. A primeira folga 104 é projetada para ser uma folga pequena que éexigida para operação silenciosa do compressor 10. A segunda folga 106 éprojetada para ser maior que a primeira folga 104 para permitir deflexão dachave 92 ou 94 durante condições de carga elevada para a chave 92 ou 94.Mediante a provisão de uma folga maior para uma parte da superfície deengate em fenda da chave 92 ou 94, é permitida a deflexão da chave 92 ou94, e é eliminada a aderência da chave 92 ou 94 dentro da fenda 96 e 98,respectivamente. O tamanho da plataforma 612 é projetado de tal modo quepermanece uma área de superfície suficiente para resistir o carregamentoinverso que é encontrado.
Embora a descrição detalhada acima descreva a modalidadepreferida da presente invenção, deve ficar entendido que a presente inven-ção é susceptível de modificação, variação e alteração sem se desviar doescopo e significação justa das reivindicações apenas.