BR102018015458B1

BR102018015458B1 - Tubo condutor de fluido

Info

Publication number: BR102018015458B1
Application number: BR102018015458-3A
Authority: BR
Inventors: Ricardo Mikio Doi; Rodrigo Kremer
Original assignee: Whirlpool S.A.
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2021-12-21
Also published as: US20200032944A1; JP2020016235A; CN110778484A; EP3599378B1; BR102018015458A2; EP3599378A1; ES2883804T3; CN110778484B

Abstract

tubo condutor de fluido a presente invenção se refere a um tubo condutor de fluído de um compressor recíproco feito de material polimérico, e compreendendo ainda pelo menos um elemento de dissipação de energia vibratória, visando, basicamente, solucionar o problema do ruído e da quebra do tubo proveniente da ressonância da tubulação de descarga em compressores recíprocos que operam em regimes de alta velocidade angular.

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção se refere a um tubo condutor de fluido de um sistema de descarga de um compressor recíproco. O referido tubo é configurado de modo a reduzir o ruído gerado em compressores recíprocos de alta velocidade angular.

Fundamentos da Invenção

[0002] Como é de comum conhecimento do estado da técnica, compressores recíprocos de aparelhos refrigeradores compreendem sistemas de descarga de fluido refrigerante, que costumam envolver filtros acústicos constituídos por câmaras de expansão e tubos de interligações, além de uma tubulação de saída do compressor.

[0003] Também é de conhecimento geral que compressores recíprocos trabalham com diferentes velocidades angulares, a depender do volume do compartimento a ser refrigerado, e da temperatura de refrigeração necessária, por exemplo.

[0004] Para compressores recíprocos que trabalham com alta velocidade angular, a frequência de operação do próprio compressor pode coincidir com a frequência natural de sua tubulação de descarga. Essa coincidência, ou ressonância, causa amplificação da energia vibratória na tubulação de descarga, gerando alto nível de ruído no compressor e/ou quebra do tubo por fadiga.

[0005] De modo a mitigar o ruído gerado, diversas soluções foram propostas no estado da técnica. Em algumas soluções, a velocidade angular máxima do compressor é limitada para valores em torno de 4500 rpm, o que equivale a uma frequência operacional de 75 Hz, para evitar a coincidência entre a frequência de operação e a primeira frequência natural da tubulação de descarga, que fica em torno de 85 Hz. Entretanto, algumas concretizações exigem velocidade angulares de funcionamento mais elevadas do compressor recíproco.

[0006] Alternativamente, outras soluções do estado da técnica propõem que as frequências naturais da tubulação de descarga e os entornos dessas frequências sejam evitados, particularmente com utilização de controle da velocidade angular via lógica de eletrônica. Porém, essa opção de solução penaliza o desempenho do compressor, uma vez que limita as velocidades angulares de operação.

[0007] Ainda, como alternativa adicional, é proposto no estado da técnica o aumento das frequências naturais da tubulação de descarga, o que implica no aumento da rigidez dinâmica da tubulação. Indiretamente, isso acaba por aumentar a vibração em baixas frequências.

[0008] Solução alternativa é proposta pelo documento WO2005/106250A1 AT010136U1, que revela uma tubulação de descarga confeccionada em material polimérico e aparentemente com uma forma predefinida. Entretanto, a redução de ruído produzida pela tubulação de descarga em material polimérico não é suficiente como atenuante para as situações de compressores recíprocos atuando em regimes de rotação mais elevada.

[0009] É com base neste cenário que surge a invenção em questão.

Objetivos da Invenção

[0010] Portanto, a presente invenção visa, basicamente, solucionar o problema do ruído e da quebra do tubo proveniente da ressonância da tubulação de descarga em compressores recíprocos que operam em regimes de alta velocidade angular.

[0011] É também outro objetivo da presente invenção prover um sistema de descarga para compressor recíproco que seja economicamente viável, e tecnicamente eficiente na redução do ruído gerado.

Sumário da Invenção

[0012] Todos os objetivos da invenção em questão são alcançados por meio de um tubo condutor de fluído de um compressor recíproco, feito de material polimérico, e compreendendo ainda pelo menos um elemento de dissipação de energia vibratória.

[0013] Em uma concretização preferencial, o dito elemento de dissipação de energia vibratória é uma mola.

[0014] Em outra concretização preferencial, o dito elemento de dissipação de energia vibratória tem geometria: espiral com diâmetro de espira constante e segmentos periódicos de comprimentos uniformes ou variáveis com cada seção de segmento desalinhado um em relação ao outro; ou espiral com diâmetro de espira variável ao longo de cada segmento; ou espiral com diâmetro de espira constante ao longo de seu comprimento.

[0015] Em outra concretização preferencial, o dito tubo condutor de fluido tem a função de um tubo de descarga do dito compressor recíproco.

[0016] Em outra concretização preferencial, o dito tubo condutor de fluido é feito em material polimérico sem termoformagem.

[0017] Em outra concretização preferencial, o dito material polimérico é selecionado dentre: Perfluoroalcoxi Alcano (PFA) e Fluorado de Etileno e Propileno (FEP).

[0018] Em outra concretização preferencial, o dito compressor recíproco compreende pelo menos uma câmara de expansão.

Breve Descrição das Figuras

[0019] A concretização preferencial da invenção em questão é detalhadamente descrita com base nas figuras listadas, as quais possuem caráter meramente exemplificativo e não limitativo, posto que adaptações e modificações podem ser feitas sem que, com isso, se fuja do escopo da proteção reivindicada.

[0020] A figura 1 se refere a um gráfico que demonstra o aumento de ruído em compressores recíprocos em velocidades angulares acima de 4.500 rpm.

[0021] As figuras 2 a 4 se referem a uma visão esquemática do sistema de descarga de um compressor recíproco compreendendo o tubo condutor de fluido da presente invenção, com duas câmaras de expansão.

[0022] A figura 5 se refere à uma primeira concretização do tubo conduto de fluido provido de elemento de dissipação de energia vibratória.

[0023] A figura 6 se refere à uma segunda concretização do tubo condutor de fluido provido de elemento de dissipação de energia vibratória.

[0024] A figura 7 se refere à uma terceira concretização do tubo condutor de fluido provido de elemento de dissipação de energia vibratória.

Descrição Detalhada da Invenção

[0025] Conforme ilustrado nas figuras, a presente invenção se refere a um tubo condutor de fluido provido de uma construção específica, que permite solucionar o problema do ruído e/ou quebra de tubo proveniente da ressonância da tubulação de descarga compressores recíprocos que operam em regimes de alta velocidade angular (acima de 4.500 rpm), de forma economicamente viável, e tecnicamente eficiente.

[0026] Como demonstrado pela figura 1, o pico do nível de ruído gerado por compressores recíprocos é caracterizado exatamente em rotações acima de 4.500 rpm, de modo que construções direcionadas para este problema são altamente necessárias.

[0027] Sendo assim, o tubo condutor de fluido da presente invenção é preferencialmente aplicável a um sistema de descarga de um compressor recíproco (1) que compreende uma primeira porção de tubulação (3), uma primeira câmara de expansão (4), uma segunda porção de tubulação (5), e uma segunda câmara de expansão (6). A dita primeira porção de tubulação (3) conecta uma câmara de descarga (2) do compressor (1) à primeira câmara de expansão (4). A segunda porção de tubulação (5) conecta a primeira câmara de expansão (4) à segunda câmara de expansão (6). O tubo de descarga (7) do compressor conecta a segunda câmara expansão (6) a um tubo de saída (8) do compressor (1).

[0028] De maneira preferencial, o sistema de descarga compreende duas câmaras de expansão. De maneira alternativa, o sistema pode compreender apenas uma câmara de expansão ou mais de duas câmaras de expansão.

[0029] A câmara de descarga do compressor (1) apesar de contribuir na atenuação de pressões dinâmicas (pulsações), tem função principal na performance da eficiência energética do compressor. As porções de tubulações e as câmaras de expansão são dimensionadas para atenuar as pressões dinâmicas provenientes do bombeamento de gás refrigerante no compressor. A estrutura desses componentes pode ser rígida ou flexível desde que atenda aos requisitos de resistência mecânica. O tubo de descarga e o tubo de saída do compressor são conectados sequencialmente na última câmara de expansão, e têm a função de conduzir o gás refrigerante comprimido para fora do compressor.

[0030] Já a estrutura desses tubos é preferencial e relativamente flexível para transmitir pouca energia vibratória do conjunto mecânico interno para a carcaça durante o processo de compressão de gás refrigerante.

[0031] De acordo com a presente invenção, o tubo condutor de fluido atua preferencialmente como tubo de descarga (7), feito em material polimérico. A tubulação feita em material polimérico tem menor rigidez e densidade, o que implica em menor capacidade de amplificar energia mecânica vibratória gerada pelo processo de compressão do gás em alta velocidade angular do compressor (1).

[0032] Adicionalmente, materiais poliméricos têm maior amortecimento, em comparação aos materiais metálicos tradicionalmente utilizados no estado da técnica.

[0033] De maneira preferencial, o tubo de descarga (7) feito em material polimérico não apresenta termoformagem.

[0034] O tubo pode ser constituído de materiais poliméricos, sendo preferencialmente o Perfluoroalcoxi Alcano (PFA) e o Fluorado de Etileno e Propileno (FEP).

[0035] Ainda, de acordo com a presente invenção, o tubo de descarga (7) feito em material polimérico compreende pelo menos um elemento de dissipação de energia vibratória (9) disposto em sua superfície externa.

[0036] Isso se faz necessário porque a redução de ruído produzida pelo tubo de descarga em material polimérico não é suficiente como atenuante para as situações de compressores recíprocos atuando em regimes de rotação mais elevada.

[0037] O uso do elemento de dissipação de energia vibratória (9) gera atrito durante a vibração do tubo de descarga. Esse efeito de dissipação por atrito é potencializado quando as folgas radiais entre o tubo e a mola existem e não são grandes. Quando essas folgas não existem, a dissipação é minimizada, por outro lado, quando as folgas radiais são muito grandes, é gerado um efeito de batimentos mecânicos podendo gerar ruído indesejado.

[0038] De maneira preferencial, o dito elemento de dissipação de energia vibratória (9) é uma mola disposta ao redor do dito tudo de descarga (7) feito em material polimérico, que é mais susceptível a variação de forma causada por diversos efeitos, tais como, alteração das propriedades mecânicas provenientes da alta temperatura e do envelhecimento do material polimérico e tolerâncias de fabricação do tubo. Por isso, a utilização do tubo polimérico com a mola pode gerar o inconveniente das maiores variabilidade das folgas radiais se comparadas aos tubos metálicos com molas.

[0039] No contexto desses problemas das folgas radiais, em uma concretização preferencial, tal mola assume espiras dispostas irregularmente, como ilustrado nas Figuras 6 e 7, podendo ainda ter espiras dispostas regulares, tal como demonstrado na Figura 5.

[0040] Na construção da Figura 5, o dito elemento de dissipação tem uma geometria espiral com diâmetro de espira constante ao longo de todo o seu comprimento. O material constituinte desse elemento é preferencialmente metálico, podendo alternativamente ser de material polimérico.

[0041] A possibilidade de disposição irregular das espiras permite controlar adaptativamente as folgas radiais entre a mola e o tubo, uma vez que essas folgas são influentes na dissipação da energia vibratória.

[0042] Na construção da Figuras 6, o elemento de dissipação de energia vibratória tem uma geometria espiral com diâmetro de espira constante, porém os segmentos periódicos de comprimentos uniformes ou variáveis tem cada seção de segmento desalinhado um em relação ao outro ao longo de seu comprimento.

[0043] Na construção da Figura 7, os diâmetros de espira são variáveis ao longo de cada segmento, o qual pode ter comprimentos uniformes ou não. Na extremidade de cada segmento há poucas espiras com diâmetros menores com a função de manter toda a estrutura da mola fixa no tubo, enquanto as demais espiras tem diâmetro de espira maior e podem apresentar o movimento relativo ao tubo para gerar atrito.

[0044] Dessa forma, a construção proposta na presente invenção é capaz de diminuir ruídos gerados por compressores recíprocos atuando em regime de alta velocidade angular, de maneira mais eficiente do que as soluções descritas no estado da técnica.

[0045] É importante ressaltar que a descrição acima tem como único objetivo descrever de forma exemplificativa a concretização particular da invenção em questão. Portanto, torna-se claro que modificações, variações e combinações construtivas dos elementos que exercem a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados, continuam dentro do escopo de proteção delimitado pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Tubo condutor de fluído de um compressor recíproco (1), em que o referido tubo condutor de fluído é feito de material polimérico e compreende ainda pelo menos um elemento de dissipação de energia vibratória (9), caracterizado pelo fato de que o dito elemento de dissipação de energia vibratória (9) é uma mola tendo geometria espiral com diâmetro de espira constante e segmentos periódicos de comprimentos uniformes ou variáveis com cada seção de segmento desalinhado um em relação ao outro.

2. Tubo condutor de fluído, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito tubo condutor de fluido tem a função de um tubo de descarga (7) do dito compressor recíproco (1).

3. Tubo condutor de fluído, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito tubo condutor de fluido é feito em material polimérico sem termoformagem.

4. Tubo condutor de fluído, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material polimérico é selecionado dentre: Perfluoroalcoxi Alcano “PFA” e Fluorado de Etileno e Propileno “FEP”.

5. Tubo condutor de fluído, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que é aplicável a um compressor recíproco (1) que compreende pelo menos uma câmara de expansão.