BR102013012263A2

BR102013012263A2 - unidade de compressor parafuso

Info

Publication number: BR102013012263A2
Application number: BR102013012263A
Authority: BR
Inventors: Toshiki Kitano
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2016-08-02
Also published as: JP2013241915A; JP6006531B2; CN103423159A; US20130315766A1; BR102013012263B1; CN103423159B; US9121404B2; EP2667032B1; EP2667032A3; EP2667032A2

Abstract

unidade de compressor parafuso. trata-se de uma unidade de compressor parafuso de capacidade ajustável, uma força de impulso causada por uma força de reação do gás pode ser apropriadamente cancelada por um pistão de balanceamento. uma unidade de compressor parafuso da presente invenção inclui um compressor, tendo um par de rotores parafuso macho e fêmea contidos no invólucro e se engatando, para comprimir gás sugado e descarregá-lo, um pistão de balanceamento para pressionar um eixo de rotor agindo como um eixo de rotação de ao menos um dos rotores parafuso em uma direção axial por uma pressão de fluido, uma válvula de distribuição para ajustar a capacidade do compressor, e um dispositivo de controle de pistão de balanceamento para ajustar a pressão de um fluido aplicado no pistão de balanceamento de acordo com a capacidade do compressor calculada a partir de uma posição da válvula de distribuição.

Description

“UNIDADE DE COMPRESSOR PARAFUSO” Campo da Invenção A presente invenção refere-se a uma unidade de compressor parafuso.

Fundamentos da Invenção Em um compressor parafuso, uma força de reação de gás comprimido age em um lado de sucção em uma direção axial contra um rotor parafuso. Então, o compressor parafuso é fornecido com um mancai de impulso para receber uma carga de impulso de um eixo de rotor. Quando uma pressão de descarga do compressor parafuso aumenta, uma força de impulso causada pela força de reação do gás também aumenta, resultando assim na redução da vida do mancai de impulso.

Então, a Patente japonesa submetida à inspeção pública No. 2002-168185 e a Patente japonesa No. de registro 4050657 descrevem uma técnica na qual um pistão de balanceamento conectado a um eixo de rotor é ajustado em um cilindro, a pressão de um fluido fornecido ao cilindro é aplicada ao pistão de balanceamento, e o eixo de rotor é pressionado a um lado de descarga em uma direção axial.

Enquanto a Patente japonesa submetida à inspeção pública No. 2002-168185 descreve uma invenção na qual o pistão de balanceamento é pressionado por pressão do gás descarregado por um compressor parafuso, uma diferença entre uma força de impulso causada por uma força de reação do gás e uma força de impulso gerada pelo pistão de balanceamento é gerada por uma variação de uma pressão de sucção do compressor parafuso. A Patente japonesa No. de registro 4050657 descreve uma invenção na qual o pistão de balanceamento é pressionado por óleo de pressão fornecido a partir de uma bomba hidráulica. Então, uma válvula de controle cuja abertura é ajustada de acordo com as pressões de sucção/descarga do compressor parafuso é fornecida em uma passagem de fornecimento de óleo para ajustar a pressão do óleo de pressão aplicado no pistão de balanceamento, ajustando assim a magnitude da força de impulso gerada pelo pistão de balanceamento.

Entretanto, uma mudança na força de impulso causada pela força de reação do gás não depende somente das pressões de sucção/descarga. Por exemplo, em um compressor parafuso cuja capacidade é ajustada através da alteração de uma posição da abertura de uma câmara de rotor por meio de uma válvula de distribuição, a magnitude da força de impulso causada pela força de reação do gás é alterada de acordo com uma posição da válvula de distribuição mesmo se a pressão de sucção e a pressão de descarga forem as mesmas.

Em consideração aos problemas acima, a presente invenção visa fornecer um compressor parafuso de capacidade ajustável capaz de cancelar apropriadamente uma força de impulso gerada por um pistão de balanceamento e uma força de impulso causada por uma força de reação do gás entre si.

Sumário da Invenção De modo a alcançar o objetivo acima, uma unidade de compressor parafuso de acordo com a presente invenção inclui um invólucro, um par de rotores parafuso macho e fêmea contidos no invólucro e se engatando, um compressor tendo o invólucro e os rotores parafuso e para comprimir gás sugado e descarregá-lo, um pistão de balanceamento para pressionar um eixo de rotor agindo como um eixo de rotação de ao menos um dos rotores parafuso em uma direção axial por uma pressão de fluido, um ajustador de capacidade para ajustar a capacidade do compressor, e um dispositivo de controle de pistão de balanceamento para ajustar a pressão de um fluido aplicado no pistão de balanceamento de acordo com a capacidade do compressor.

Onde a capacidade do compressor significa especificamente uma quantidade de gás a ser comprimido no compressor (uma quantidade de ar comprimido).

De acordo com a configuração acima, mesmo se uma força de impulso aplicada nos rotores parafuso por uma força de reação do gás muda através do ajuste da capacidade do compressor, a pressão do fluido que pressiona o pistão de balanceamento é mudada de acordo com a capacidade do compressor. Então, uma força de impulso gerada pelo pistão de balanceamento e a força de impulso causada pela força de reação do gás podem ser apropriadamente se cancelarem.

Na unidade de compressor parafuso da presente invenção configurada como descrito acima, o ajustador de capacidade pode incluir uma válvula de distribuição, e o dispositivo de controle de pistão de balanceamento pode ajustar a pressão do fluido aplicada no pistão de balanceamento de acordo com a posição da válvula de distribuição.

Em adição, a unidade de compressor parafuso da presente invenção pode incluir um detector de pressão de sucção para detectar a pressão do gás sugado pelo compressor, e o dispositivo de controle de pistão de balanceamento pode ajustar a pressão do fluido aplicada no pistão de balanceamento levando em conta um valor detectado do detector de pressão de sucção. Ademais, a unidade de compressor parafuso da presente invenção pode incluir um detector de pressão de descarga para detectar a pressão do gás descarregado pelo compressor, e o dispositivo de controle de pistão de balanceamento pode ajustar a pressão do fluido aplicada no pistão de balanceamento através da adição de um valor detectado do detector de pressão de descarga.

De acordo com a configuração acima, a força de impulso gerada pelo pistão de balanceamento pode ser ajustada de acordo com uma mudança na força de impulso causada pela força de reação do gás aplicada aos rotores parafuso devido às mudanças nas pressões de sucção/descarga.

Assim, de acordo com a presente invenção, como o dispositivo de controle de pis- tão de balanceamento ajusta a pressão do fluido aplicada no pistão de balanceamento de acordo com a capacidade do compressor, mesmo se a força de impulso causada pela força de reação do gás muda de acordo com a capacidade do compressor, a força de impulso gerada pelo pistão de balanceamento e a força de impulso causada pela força de reação do gás podem apropriadamente se cancelar.

Breve Descrição dos Desenhos A FIG. 1 é um diagrama de configuração esquemático de uma unidade de compressor parafuso de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção. A FIG. 2 é um diagrama de configuração esquemático de uma unidade de compressor parafuso de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção. A FIG. 3 é um diagrama de configuração esquemático de uma unidade de compressor parafuso de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção. A FIG. 4 é um diagrama de configuração esquemático de uma unidade de compressor parafuso de acordo com uma quarta modalidade da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção Em seguida, as modalidades da presente invenção serão descritas com relação aos desenhos. Primeiro, a FIG. 1 mostra uma configuração de uma unidade de compressor parafuso de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção de uma maneira simplificada. A unidade de compressor parafuso da presente modalidade é compreendida de um compressor 1 e equipamento auxiliar descrito posteriormente. O compressor 1 contém um par de rotores parafuso macho e fêmea 4 em uma câmara de rotor 3 formada em um invólucro 2. Os rotores parafuso 4 formam uma pluralidade de forças de compressão dividindo-se um espaço dentro da câmara de rotor 3 e mudando-se o tamanho do espaço de compressão junto com sua rotação. O compressor 1 suga o gás nos espaços de compressão através de uma passagem de sucção 5 em comunicação com a câmara de rotor 3 através da rotação dos rotores parafuso 4, comprime o gás sugado, e descarrega o gás comprimido através de uma passagem de descarga 6 em comunicação com a câmara de rotor 3.

Uma posição aberta da câmara de rotor 3 com relação à passagem de descarga 6 é determinada de acordo com uma posição de uma válvula de distribuição (ajustador de capacidade) 8 acionada por um cilindro de fluido 7. Especificamente, o volume do espaço de compressão no momento de se comunicar com a passagem de descarga 6 é mudado de acordo com a posição da válvula de distribuição 8. Aqui, se o volume do espaço de compressão aumentar, uma razão de compressão mecânica do compressor 1 aumenta, e se o volume do espaço de compressão diminuir, a razão de compressão mecânica do compressor 1 diminui. Em seguida, o volume do espaço de compressão é chamado de a capacidade do compressor. O eixo de rotor 9 agindo como um eixo de rotação dos rotores parafuso 4 é suportado por mancais radiais 10, 11 e mancais de impulso 12, 13, e assim os rotores parafuso 4 são configurados de forma rotacional. Em adição, no invólucro 2, é formado um cilindro de balanceamento cilíndrico 15 no qual um pistão de balanceamento em forma de disco 14 integradamente montado ao eixo de um rotor parafuso 4 (geralmente, o rotor parafuso macho) do par de rotores parafuso macho e fêmea 4 é ajustado. O eixo de rotor 9 se estende através do cilindro de balanceamento 15 e é conectado a um motor (não mostrado). A um espaço (uma câmara de alta pressão 15a) mais próximo aos rotores parafuso 4 do que o pistão de balanceamento 14 dentro do cilindro de balanceamento 15, o óleo de pressão é fornecido através de uma passagem de fornecimento de óleo 16. Na passagem de fornecimento de óleo 16, um detector de pressão de fornecimento de óleo 17 para detectar a pressão Pb do óleo de pressão fornecido ao cilindro de balanceamento 15 e uma válvula de controle de abertura ajustável 18 localizada a montante do detector de pressão de fornecimento de óleo 17 são fornecidos. Outro espaço (uma câmara de baixa pressão 15b) dentro do cilindro de balanceamento 15 oposto a uma parte voltada para o lado de alta pressão do pistão de balanceamento 14 (isto é, um espaço mais afastado dos rotores parafuso 4 do que o pistão de balanceamento 14 dentro do cilindro de balanceamento 15, na presente modalidade) se comunica com um espaço de compressão de baixa pressão próximo da passagem de sucção 5 dentro da câmara de rotor 3 através da passagem de comunicação de baixa pressão 19.

Em adição, a unidade de compressão da presente modalidade inclui um ajustador de válvula 20 para ajustar a abertura da válvula de controle 18, por um controle PID conhecido, por exemplo, de modo que um valor detectado do detector de pressão de fornecimento de óleo 17 pode se tornar um valor de ajustamento de pressão, um posicionador 21 para detectar a posição de um pistão do cilindro de fluido 7 de modo a especificar a posição da válvula de distribuição 8, e um dispositivo de controle (dispositivo de controle de pistão de balanceamento) 22 para ajustar o valor de ajuste de pressão do ajustador de válvula 20 com base em um valor detectado do posicionador 21. O óleo de pressão fornecido à câmara de alta pressa 15a do cilindro de balanceamento 15 vaza para a câmara de baixa pressão 15b através de uma folga entre uma circunferência externa do pistão de balanceamento 14 e uma parede interna do cilindro de balanceamento 15, e é fornecido à câmara de rotor 3 através da passagem de comunicação de baixa pressão 19 e usado para lubrificar os rotores parafuso 4, por exemplo. A pressão interna da câmara de alta pressão 15a é mantida na pressão substancialmente igual ao valor de ajuste de pressão pela ação da válvula de controle 18 ajustada pelo ajustador de válvula 20. Por outro lado, a pressão interna da câmara de baixa pressão 15b se torna a pressão igual à pressão do espaço de compressão de baixa pressão dentro da câmara de rotor 3 se comunicando com ela através da passagem de comunicação de baixa pressão 19. Uma diferença entre a pressão interna da câmara de alta pressão 15a e a pressão interna da câmara de baixa pressão 15b é devido a uma pressão perdida gerada quando o óleo passa através da folga entre o pistão de balanceamento 14 e o cilindro de balanceamento 15.

Em adição, a diferença entre a pressão interna da câmara de alta pressão 15a e a pressão interna da câmara de baixa pressão 15b gera uma força pressionando o pistão de balanceamento 14 em uma direção axial do eixo do rotor 9 em direção à câmara de baixa pressão 15b a partir da câmara de alta pressão 15a. Desse modo, os rotores parafuso 4 são puxados pelo pistão de balanceamento 14 e pressionado para um lado de descarga na direção axial. O dispositivo de controle 22 ajusta o valor de ajuste de pressão (isto é, a pressão interna da câmara de alta pressão 15a) de modo que a força de prensagem pelo pistão de balanceamento 14 é balanceada com a força de reação do gás comprimido pelos rotores parafuso 4.

Onde, assumindo-se que a posição da válvula de distribuição 8 é L e a capacidade (a razão quando a capacidade máxima é assumida como sendo 100%) do compressor 1 é X (%), a capacidade X pode ser representada por X = f(L) como uma função da posição L da válvula de distribuição 8. Ademais, assumindo-se que a força de impulso pressionando os rotores parafuso 4 ao lado de sucção pela força de reação do gás comprimido é Y(N), a força de impulso Y pode ser representada por Y = g(X) como uma função da capacidade X. Consequentemente, a força de impulso Y pode ser calculada a partir da posição L da válvula de distribuição. Dever-se-ia notar que a capacidade do compressor 1 e carga do compressor 1 estão correlacionadas. Por exemplo, se a capacidade do compressor 1 e assim a quantidade de ar comprimido aumentar, a carga do compressor 1 também aumenta.

Então, o dispositivo de controle 22 reinicia sucessivamente o valor de ajuste de pressão do ajustador de válvula 20 de modo a ser balanceado com a força de prensagem (um valor em que a pressão diferencial da câmara de alta pressão 15a e a câmara de baixa pressão 15b é multiplicada pela área do pistão de balanceamento 14) do óleo de pressão aplicado ao pistão de balanceamento 14.

Nesse momento, a correspondência completa entre a força de impulso Y da pressão do gás e a força de prensagem do pistão de balanceamento 14 não é necessária, e uma diferença dessa está preferencialmente dentro de uma faixa permitida dos mancais de impulso 12, 13. Então, a posição L da válvula de distribuição 8 pode ser classificada em uma pluralidade de faixas, uma tabela de consulta na qual os valores de ajuste de pressão são atribuídos às respectivas classificações um a um pode ser armazenada no dispositivo de controle 22 antecipadamente, e então o valor de ajuste de pressão pode ser especificado facilmente a partir da posição da válvula de distribuição 8.

Em seguida, a FIG. 2 mostra uma configuração de uma unidade de compressor de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção. Dever-se-ia notar que, na se- guinte descrição das modalidades, aos mesmos elementos constituintes, como os elementos constituintes de acordo com a modalidade explicada anteriormente, serão dados os mesmos números de referência e uma descrição conflitante será omitida. A unidade de compressor da presente modalidade inclui um detector de pressão de sucção 23 para detectar a pressão Ps de gás sugado pelo compressor 1 e um detector de pressão de descarga 24 para detectar a pressão Pd do gás descarregado pelo compressor 1, e o dispositivo de controle 22 calcula o valor de ajuste de pressão do ajustador de válvula 20 levando em conta um valor detectado do detector de pressão de sucção 23 e um valor detectado do detector de pressão de descarga 24 em adição à posição da válvula de distribuição 8. A capacidade X do compressor 1 (e assim a carga do compressor 1) varia dependendo também da pressão do gás sugado pelo compressor 1 e da pressão do gás descarregado pelo compressor 1. A capacidade X pode ser representada por X = f(L) · h(Ps) · l(Pd) multiplicando-se a função f(L) da posição L da válvula de distribuição 8 e uma função h(Ps) da pressão de sucção Ps do compressor 1 e uma função l(Pd) da pressão de descarga Pd do compressor 1. Então, a força de impulso causada pela força de reação do gás pode ser calculada a partir da posição L da válvula de distribuição 8 e a pressão de sucção Ps e a pressão de descarga Pd do compressor 1, e assim o valor de ajuste de pressão da pressão de fornecimento de óleo Pb necessário para cancelar a força de impulso também pode ser determinada facilmente. Em adição, como está claro a partir da equação acima, o detector de pressão de sucção 23 pode ser omitido no caso onde a pressão de sucção Ps é constante e o detector de pressão de descarga 24 pode ser omitido no caso onde a pressão de descarga Pd é constante. Isto é, a primeira modalidade explicada anteriormente pode ser também pensada como sendo uma na qual o detector de pressão de sucção 23 e o detector de pressão de descarga 24 da presente modalidade são omitidos.

Dever-se-ia notar que, em uma unidade de compressor parafuso assim chamada, como adotada no compressor 1, a pressão de sucção Ps do compressor 1 ou a pressão de descarga Pd do compressor 1 é frequentemente controlada de modo a ser um valor constante. Em tais casos, ao detectar uma dentre a pressão de sucção Ps do compressor 1 ou a pressão de descarga Pd do compressor 1, a força de impulso causada pela força de reação do gás pode ser calculada a partir do valor detectado e da posição L da válvula de distribuição 8.

Ademais, a FIG. 3 mostra uma configuração de uma unidade de compressor de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção. A unidade de compressor da presente modalidade inclui um detector de taxa de fluxo de sucção 25 para detectar uma taxa de fluxo de gás sugado pelo compressor 1 e um detector de pressão diferencial de válvula 26 para detectar uma pressão diferencial de óleo de pressão antes e atrás da válvula de controle 18.

Na presente modalidade, a pressão obtida subtraindo-se a pressão diferencial detectada pelo detector de pressão diferencial da válvula 26 a partir da pressão de uma fonte de alimentação de óleo de pressão que é conhecida antecipadamente é a pressão do óleo fornecido à câmara de alta pressão 15a do cilindro de balanceamento 15. Quando a faixa de medição e a resolução do equipamento para detectar as pressões são levadas em conta, em um caso onde a pressão do óleo a ser fornecida à câmara de alta pressão 15a é grande, uma resolução eficaz dentro de uma faixa realmente usada pode ser aprimorada se a pressão da câmara de alta pressão 15a for calculada a partir da pressão diferencial antes e atrás da válvula de controle 18. Então, como a presente modalidade, a abertura da válvula de controle 18 podería ser ajustada de modo que a pressão diferencial antes e atrás da válvula de controle 18 possa se tornar o valor de ajuste.

Em adição, na presente modalidade, a capacidade X do compressor 1 é calculada a partir do valor detectado pelo detector de taxa de fluxo de sucção 25 (isto é, a taxa de fluxo do gás sugado pelo compressor 1), e então a pressão do óleo a ser fornecida à câmara de alta pressão 15a, e assim a pressão diferencial antes e atrás da válvula de controle 18 que será detectada pelo detector de pressão diferencial 26 é determinada. A capacidade X do compressor 1 pode ser também calculada como um valor obtido multiplicando-se uma diferença de entalpias do gás antes e atrás do compressor 1 por uma taxa de fluxo de massa do gás. Então, como a presente modalidade, o valor de ajuste do ajustador de válvula 20 pode ser determinado com base no valor detectado pelo detector de taxa de fluxo de sucção 25. Dever-se-ia notar que, em um caso onde a pressão de sucção ou a pressão de descarga é variada, como com a segunda modalidade, através da adição do detector de pressão de sucção 23 ou o detector de pressão de descarga 24, a capacidade X derivada do valor detectado do detector de taxa de fluxo de sucção 25 pode ser corrigida.

Ademais, a FIG. 4 mostra uma configuração de uma unidade de compressor de acordo com uma quarta modalidade da presente modalidade. A unidade de compressor da presente modalidade inclui um detector de taxa de fluxo de descarga 27 para detectar uma taxa de fluxo do gás descarregado pelo compressor 1 e um detector de pressão diferencial de pistão 28 para detectar uma pressão diferencial entre a pressão de um lado à jusante da válvula de controle 18 da passagem de fornecimento de óleo 16 e a pressão da passagem de comunicação de baixa pressão 19.

Como está claro a partir da descrição da terceira modalidade, a capacidade X do compressor 1 pode ser calculada a partir da taxa de fluxo descarregada pelo compressor 1 que é detectada pelo detector de taxa de fluxo de descarga 27 da presente modalidade também. Em adição, na presente modalidade, uma pressão diferencial em qualquer lado do pistão de balanceamento 14 que é proporcional a uma força de prensagem do pistão de balanceamento 14 contra os rotores parafuso 4 é diretamente detectada pelo detector de pressão diferencial de pistão 28, reduzindo assim os erros de cálculo.

Dever-se-ia notar que, nas respectivas modalidades mencionadas acima, quando a taxa de fluxo do óleo passando através da válvula de controle 18 (isto é, a taxa de fluxo do óleo fluindo para fora da câmara de alta pressão 15a para a câmara de baixa pressão 15b do cilindro de balanceamento 15) é muito pequena, é difícil ajustar a pressão da câmara de alta pressão 15a pela abertura da válvula de controle 18. Então, de modo a segurar a taxa de fluxo do óleo passando através da válvula de controle 18, um furo passante agindo como uma passagem de óleo pode ser fornecido no pistão de balanceamento 14, ou uma passagem de desvio conectando via um orifício ou similar a passagem de fornecimento de óleo 16 no lado à jusante da válvula de controle 18 e a passagem de comunicação de baixa pressão 19 pode ser fornecida.

Em adição, o fluido aplicado ao pistão de balanceamento 14 pode ser outros fluidos tais como o gás descarregado pelo compressor 1.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Unidade de compressor, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um invólucro; um par de rotores parafuso macho e fêmea contidos no invólucro e se engatando; um compressor tendo o invólucro e os rotores parafuso e para comprimir gás sugado e descarregá-lo; um pistão de balanceamento para pressionar um eixo de rotor agindo como um eixo de rotação de ao menos um dos rotores parafuso em uma direção axial por uma pressão de fluido; um ajustador de capacidade para ajustar a capacidade do compressor; e um dispositivo de controle de pistão de balanceamento para ajustar a pressão de um fluido aplicado no pistão de balanceamento de acordo com a capacidade do compressor.

2. Unidade de compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que; o ajustador de capacidade inclui uma válvula de distribuição; e o dispositivo de controle de pistão de balanceamento ajusta a pressão do fluido aplicada no pistão de balanceamento de acordo com uma posição da válvula de distribuição.

3. Unidade de compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA adicionalmente pelo fato de que compreende; um detector de pressão de sucção para detectar a pressão do gás sugado pelo compressor; onde o dispositivo de controle de pistão de balanceamento ajusta a pressão do fluido aplicado no pistão de balanceamento levando em conta um valor detectado do detector de pressão de sucção.

4. Unidade de compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA adicionalmente pelo fato de que compreende: um detector de pressão de descarga para detectar a pressão do gás descarregado pelo compressor; onde o dispositivo de controle de pistão de balanceamento ajusta a pressão do fluido aplicada ao pistão de balanceamento levando em conta um valor detectado do detector de pressão de descarga.

5. Unidade de compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA adicionalmente pelo fato de que compreende: um detector de pressão de sucção para detectar a pressão do gás sugado pelo compressor; e um detector de pressão de descarga para detectar a pressão do gás descarregado pelo compressor; onde o dispositivo de controle de pistão de balanceamento ajusta a pressão do fluido aplicado no pistão de balanceamento levando em conta os valores detectados do detector de pressão de sucção e o detector de pressão de descarga.