BR102014001958A2

BR102014001958A2 - cabeça de cilindro para um compressor de pistão de vaivém de dois estágios

Info

Publication number: BR102014001958A2
Application number: BR102014001958A
Authority: BR
Inventors: Andreas Brandl; Bernhard Spiegl; Roland Cesak
Original assignee: Hoerbiger Kompressortech Hold
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-12-01
Also published as: US20140208938A1; AT512923B1; CN103967755B; CN103967755A; US9476421B2; DE102014000226A1; AT512923A4

Abstract

cabeça de cilindro para um compressor de pistão de vaivém de dois estágios. a invenção refere-se a uma cabeça de cilindro (1) para um compressor de pistão de vaivém de dois estágios, compreendendo um trocador de calor (9) que é concebido como um canal de sobrefluxo resfriado (14) entre o lado de pressão do primeiro estágio e o lado de sucção do segundo estágio, em que o canal de sobrefluxo (14) tem uma secção transversal substancialmente tipo ranhura, e o canal de sobrefluxo (14) é ainda dividido em pelo menos um nervura central indiretamente resfriada (15) de modo a partir daí pelo menos duas porções de canal de sobrefluxo (14’) e (14”) são criadas, em que a cabeça de cilindro (1) tem uma parte superior de cabeça de cilindro (2) e uma parte inferior de cabeça de cilindro (3), a secção transversal da nervura central indiretamente resfriada (15) é dividida na sua extensão longitudinal formando, assim, uma abertura de passagem entre os canais de sobrefluxo (14’) e (14”) que conduz em ambos os lados, e uma porção da nervura central (15) é formada a partir da parte superior de cabeça de cilindro (2) e a outra porção de nervura central (15) é formada a partir da parte inferior de cabeça de cilindro (3). figura 1

Description

CABEÇA DE CILINDRO PARA UM COMPRESSOR DE PISTÃO DE VAIVÉM

DE DOIS ESTÁGIOS

[001] A invenção refere-se a uma cabeça de cilindro para um compressor de pistão de vaivém de dois estágios, que compreende um trocador de calor que é concebido como um canal de sobrefluxo resfriado entre o lado de pressão do primeiro estágio e o lado de sucção do segundo estágio, em que o canal de sobrefluxo tem uma de secção transversal substancialmente em forma de ranhura, e o canal de sobrefluxo é ainda dividido por pelo menos uma nervura central indiretamente resfriada de modo que dai pelo menos duas porções de canal de sobrefluxo são criadas.

[002] Hoje, veículos comerciais, como, por exemplo, caminhões, ônibus, máquinas de construção e veículos ferroviários têm, na maioria dos casos, freios que são acionados com o suporte de ar comprimido, e para o fornecimento de ar comprimido do qual normalmente um compressor é fornecido que é acionado pelo motor de combustão interna que serve para acionamento do veículo, este compressor muitas vezes fornece também para outros subsistemas do veículo, tais como, por exemplo, a suspensão pneumática. A cabeça de cilindro deste compressor, esta cabeça de cilindro inclui as válvulas de sucção e de pressão incluindo os canais de alimentação e de descarga associadas, é hoje, na maioria dos casos integrada pelo menos no circuito de refrigeração do motor de combustão interna, de modo que, mesmo que o compressor funcione em um nivel de alta velocidade por um período mais longo de tempo, ou se alta capacidade de compressor é necessária para um periodo mais longo de tempo, o nível de temperatura do compressor pode ser adequadamente baixo. Assim, problemas de temperatura ocorrem principalmente no gás pressurizado que, no caso de compressores de pistão de vaivém de dois estágios, de preferência, deve ser resfriado não apenas na saida do compressor de pistão de vaivém, mas já deve ser resfriado sem quaisquer perdas antes de entrar no segundo estágio do compressor de modo que as temperaturas máximas ocorrendo do gás não excedem um determinado valor, Além disso, uma temperatura de entrada de gás que é inferior em relação ao segundo estágio do compressor resulta em um aumento da capacidade do compressor.

[003] O ar ambiente aspirado é geralmente guiado por meio do tubo de sucção do primeiro estágio para a câmara de sucção do mesmo. Após um curso de trabalho do pistão do primeiro estágio, referido ar chega como gás pressurizado por meio da válvula de pressão na câmara de pressão do primeiro estágio. Através de um trccador de calor concebido como um canal de sobref luxo resfriado entre o lado de pressão do primeiro estágio e o lado de sucção do segundo estágio, o gás pressurizado é alimentado para dentro da câmara de sucção do segundo estágio e, após essa compressão dupla, sai do compressor de pistão de vaivém. Tais trocadores de calor em diferentes modalidades são conhecidos durante muito tempo, em que, no entanto, elementos de parede na maior parte resfriados separadamente ou similares são usados.

[004] De DE 10 2005 012 202 Al, uma cabeça de cilindro do tipo acima mencionado é conhecida, em que a câmara de pressão do primeiro estágio e a câmara de sucção do segundo estágio são combinadas de modo a formar uma câmara intermediária com nervuras resfriadas a água. Na modalidade preferida, estas nervuras resfriadas a água são implementadas como peças fundidas. Outra configuração proporciona a utilização de uma peça de chapa metálica formada que forma as nervuras resfriadas a água. Ambas as variantes fornecem que cada uma das nervuras é resfriada a água. Uma vez que a secção transversal de portador de água de resfriamento das nervuras não pode ser reduzida à vontade a fim de evitar um fluxo de perda e maior atrito na água de refrigeração, existe apenas um volume bastante reduzido disponível para o ar comprimido ser resfriado, devido ao espaço construído limitado na cabeça de cilindro. Assim, por este motivo, a transferência de calor a partir do gás sob pressão dentro do sistema de resfriamento de cilindro da modalidade conhecida não pode ser mais otimizada.

[005] DE 2905720 Al mostra uma cabeça de cilindro para compressores de pelo menos dois estágios, em que a cabeça de cilindro do canal de fluxo entre o lado de pressão do primeiro estágio e o lado de sucção do segundo estágio é configurada como um trocador de calor de tal maneira que referido canal de sobrefluxo é rodeado por uma câmara de - refrigerante. Como mais uma medida para dissipar o calor, nervuras são fornecidas que se projetam para dentro da câmara de baixa pressão e através das quais nenhum refrigerante fluí. Uma vez que as nervuras adicionais são dispostas diretamente acima da válvula de pressão do primeiro estágio, um aumento adicional da capacidade de refrigeração, por exemplo, por alongar as nervuras ou aumentar a superfície de resfriamento de uma forma diferente, não é possível.

[006] É um objetivo da presente invenção desenhar uma cabeça de cilindro do tipo acima mencionado, de tal modo que as desvantagens da modalidade conhecida mencionadas são evitadas, e que, em particular, o efeito de resfriamento do gás pressurizado entre os dois estágios pode ser melhorado mantendo ao mesmo tempo uma possibilidade de produção simples.

[007] Este objetivo é alcançado de acordo com a presente invenção, em que a cabeça de cilindro tem uma parte superior de cabeça de cilindro e uma parte inferior de cabeça de cilindro, que a secção transversal da nervura central indiretamente resfriada divide-se na sua extensão longitudinal formando assim uma abertura de passagem entre os canais de sobrefluxo que conduz em ambos os lados, e que uma porção da nervura central é formada a partir da parte superior de cabeça de cilindro e a outra porção da nervura central é formada a partir da parte inferior de cabeça de cilindro.

[008] Além de um aumento da superfície sobre a qual a troca de calor pode acontecer, isso resulta em economia de uma superfície de contacto / superfície de vedação e, portanto, em uma redução de complexidade de fabricação e custos associados. Em uma base de largura que corresponde a menos de um terço da largura de base de uma nervura resfriada a água convencional, a nervura central indiretamente resfriada não tem as desvantagens de qualquer natureza com relação ao calor dissipado, e, no que diz respeito à produção e controle operacional {nenhum fornecimento adicional de meio de resfriamento é necessário), apresenta vantagens sobre a técnica anterior que são facilmente evidentes para o periro na arte. Isso é ativado pela simples otimização das relações transversais, sem requisitos de espaço adicionais e complexidade de fabricação, por exemplo, para preparação de outros canais que transportam fluido de resfriamento, ao aumentar drasticamente a superfície em que a transferência de calor para resfriar o gás pressurizado pode acontecer.

[009] Um aperfeiçoamento da invenção fornece que haja uma pluralidade de canais de sobrefluxo na cabeça de cilindro, que são cada dividido em pelo menos uma nervura central não resfriada, em que a dissipação de calor é ainda mais melhorada. Além disso, tanto a largura de base da nervura central e a largura dos canais tipo ranhura resultantes podem variar na direção longitudinal.

[010] Outra configuração da invenção fornece que a nervura central tenha uma secção transversal que é pelo menos aproximadamente retangular ou trapezoidal. Isto permite a produção da nervura central por meio de uma variedade de diferentes métodos de fabricação, incluindo ambos o métodos cortante e não cortante.

[011] De acordo com um outro aperfeiçoamento da invenção, os canais de sobrefluxo conduzem a partir da câmara de pressão do primeiro estágio para a câmara de sucção do segundo estágio, em que a soma dos volumes da câmara de pressão do primeiro estágio, o trocador de calor, e a câmara de sucção do segundo estágio é maior do que o volume do primeiro estágio, o que volume é expelido durante um ciclo de compressão. Isto tem como consequência que o gás permanece no trocador de calor por um longo período de tempo e, portanto libera, tanto quanto possível, do calor gerado no decurso da compressão.

[012] A presente invenção é explicada em mais detalhes a seguir com referência às Figuras 1 a 5, que mostram uma configuração vantajosa da invenção de uma forma exemplar, esquemática e não limitativa. A Figura 1 mostra a parte superior e inferior da cabeça de cilindro em uma vista em perspectiva a partir de cima (portanto na direção dos cilindros do compressor de pistão de vaivém não ilustrado, estes cilindros devem ser imaginados para serem localizados abaixo da cabeça de cilindro), e Figura 2 mostra uma secção horizontal através da parte inferior de cabeça de cilindro ao longo da linha II-II na Figura 4 . A Figura 3 mostra a vista de topo para a parte superior de cabeça de cilindro, A Figura 4 mostra uma secção ao longo da linha IV-IV na Figura 3, e a Figura 5 mostra o detalhe V da Figura 4.

[013] Δ cabeça de cilindro mostrada 1 consiste substancialmenre de uma parte superior de cabeça de cilindro 2 e uma parte inferior de cabeça de cilindro 3. Na parte superior de cabeça de cilindro 2 há uma abertura de sucção 4 e uma abertura de pressão 18. Devido ao movimento descendente do pistão não ilustrado do compressor de pistão de vaivém, o gás a ser comprimido é aspirado através da câmara de sucção 5 para dentro do cilindro do primeiro estágio, em que a válvula de sucção não ilustrada abaixo das aberturas de válvulas de sucção 6 está aberta.

[014] Devido ao movimento ascendente do pistão mencionado, a válvula de sucção é fechada e o gás pressurizado flui através da válvula de pressão aberta e as aberturas de válvula de pressão 7 da mesma dentro da câmara de pressão 8 do primeiro estágio.

[015] Devido ao movimento ascendente do primeiro pistão, a expulsão resultante a partir dai, e o movimento descendente simultâneo do segundo pistão e a sucção resultante, o gás pressurizado é alimentado através do trocador de calor 9 no interior da câmara de sucção 10 do segundo estágio e por meio da válvula de sucção aberta e a abertura de válvula de sucção 11 da mesma para o segundo cilindro do compressor de pistão de vaivém.

[016] No curso do movimento ascendente do segundo pistão do compressor de pistão de vaivém, a válvula de sucção do segundo estágio é fechada, a válvula de pressão do segundo estágio é aberta, e o gás pressurizado é expelido através das aberturas de válvula de pressão 16 na câmara de pressão 17 do segundo estágio. O gás pressurizado duplo-comprimido saí do compressor de pistão de vaivém através da abertura de pressão 18 na parte superior de cabeça de cilindro 2.

[017] Como mostrado na Figura 4 e Figura 5, o trocador de calor 9 consiste de nervuras 13 que são diretamente resfriadas através de canais de água 12 e formam o canal de sobrefluxo 14 que é adicionalmente dividido por uma nervura central indiretamente resfriada 15 de modo que dai pelo menos dois canais de sobrefluxo 14' e 14" são criados, a secção transversal do qual em uma dimensão é substancialmente menor do que transversalmente à mesma, em que também é possível que haja uma pluralidade de canais de sobrefluxo 14, que estão cada dividido em pelo menos uma nervura central não resfriado 15.

[018] Os canais de água 12, as nervburas diretamente resfriadas 13, e a nervura central indiretamente resfriada 15 são formados tanto na parte superior de cabeça de cilindro 2 e a parte inferior de cabeça de cilindro 3. Além disso, uma das duas partes de cabeça de cilindro 2 ou 3 também pode ser combinada com uma cobertura suave em que não há canais formados.

[019] Além disso, é mostrado na Figura 5 e também na Figura 4 que a seção transversal da nervura central indiretamente resfriada 15 é dividida na sua direção longitudinal formando assim uma abertura de passagem entre as porções de canal de sobrefluxo 14' e 14" que conduz em ambos os lados, o que resulta nas vantagens já mencionadas. Deve notar-se que, além de uma secção transversal pelo menos aproximadamente retangular, conforme ilustrado na Figura 4 e Figura 5, a nervura central indiretamente resfriada 15 também pode ter uma secção transversal trapezoidal.

[020] Os orifícios de montagem 19-19"" e 20-20"" mostrados na Figura 1, Figura 2 e Figura 3 são fornecidos para a fixação da cabeça de cilindro 1 em um cilindro de um compressor de pistão de vaivém não ilustrado, este cilindro deve ser imaginado para ser localizado abaixo da cabeça de cilindro.

[021] Além da modalidade especifica para um compressor de pistão de vaivém de dois estágios, um trocador de calor configurado de tal forma podia, evidentemente, também ser utilizado para compressores de pistão de três estágios ou de vários estágios.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Cabeça de cilindro (1) para um compressor de pistão de vaivém de dois estágios, compreendendo um trocador de calor (9) que é concebido como um canal de sobrefluxo resfriado (14) entre o lado de pressão do primeiro estágio e o lado de sucção do segundo estágio, em que o canal de sobrefluxo (14) tem uma secção transversal substancialmente tipo ranhura e o canal de sobrefluxo (14) é ainda dividido por pelo menos uma nervura central indiretamente resfriada (15), de modo que dai pelo menos duas porções de canal de sobrefluxo (14') e (14") são criadas, caracterizada pelo fato de que a cabeça de cilindro (1) tem uma parte superior de cabeça de cilindro (2) e uma parte inferior de cabeça de cilindro (3), que a secção transversal da nervura central indiretamente resfriada (15) é dividida na sua extensão longitudinal, formando assim uma abertura de passagem entre os canais de sobrefluxo (14') e (14") que conduz em ambos os lados, e que uma porção da nervura central (15) é formada a partir da parte superior de cabeça de cilindro (2) e a outra porção de nervura central (15) é formada a partir da parte inferior de cabeça de cilindro (3).

2. Cabeça de cilindro (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato que existe uma pluralidade de canais de sobrefluxo (14), que são cada dividido em pelo menos um nervura central indiretamente resfriada (15) .

3. Cabeça de cilindro (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato que tanto a largura de base da nervura central indiretamente resfriada (15) e a largura das porções de canal de sobrefluxo tipo ranhura resultantes (14') e (14") variam na direção longitudinal.

4, Cabeça de cilindro (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que a nervura central indiretamente resfriada (15) tem uma secção transversal que é pelo menos aproximadamente retangular ou trapezoidal.

5. Cabeça de cilindro (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizada pelo fato de que o canal de descarga (14) conduz a partir da câmara de pressão (8) do primeiro estágio para a câmara de sucção (1C) do segundo estágio, em que a soma dos volumes da câmara de pressão (8) do primeiro estágio, o trocador de calor (9), e a câmara de sucção (10) do segundo estágio é maior do que o volume do primeiro estágio, este volume é expelido durante um ciclo de compressão.