BR102019026312A2

BR102019026312A2 - reciprocating compressor

Info

Publication number: BR102019026312A2
Application number: BR102019026312-1A
Authority: BR
Inventors: Rodrigo Kremer; Rinaldo Puff; Dietmar Erich Bernhard Lilie; Aleandro Amauri De Espíndola; Alberto Bruno Feldmann
Original assignee: Embraco Indústria De Compressores E Soluções Em Refrigeração Ltda.
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-06-22
Also published as: CN211924399U

Abstract

É revelado um compressor alternativo especialmente adaptado para incluir, como fonte motriz, um motor elétrico de fluxo axial cujo estator é axialmente disposto sobreo rotor. É previsto ainda um mancal axial disposto entre a face inferior do canal de axial do bloco de montagem e a face superior da região do rotor fisicamente acoplada ao eixo rotativo.

A reciprocating compressor specially adapted to include, as a motive source, an axial-flow electric motor whose stator is axially disposed over the rotor is disclosed. It is also provided for an axial bearing disposed between the lower face of the axial channel of the mounting block and the upper face of the rotor region physically coupled to the rotary shaft.

Description

ALTERNATIVE COMPRESSOR

Field of Invention

[0001] A invenção em questão refere-se a um compressor alternativo, preferencialmente utilizado em sistemas de refrigeração, especialmente adaptado para incluir, como fonte motriz, um motor elétrico de fluxo axial.[0001] The invention in question relates to a reciprocating compressor, preferably used in refrigeration systems, especially adapted to include, as a motive source, an axial flow electric motor.

[0002] Em linhas gerais, a invenção em questão tem por foco a disposição dos mancais necessários à implementação de um motor elétrico de fluxo axial em um compressor alternativo.[0002] In general terms, the invention in question focuses on the arrangement of bearings necessary for the implementation of an axial flow electric motor in a reciprocating compressor.

Fundamentals of the Invention

[0003] Como é do conhecimento dos técnicos versados no assunto, o atual estado da técnica é integrado por motores elétricos de fluxo radial. Embora os motores elétricos de fluxo radial possam ser construídos a partir de diferentes tecnologias, é importante observar que a topologia estator-rotor é sempre a mesma.[0003] As is known to technicians versed in the subject, the current state of the art is integrated by radial flow electric motors. Although radial flow electric motors can be built from different technologies, it is important to note that the stator-rotor topology is always the same.

[0004] A figura 1 ilustra, de forma totalmente esquemática, a topologia estatorrotor de um motor de fluxo radial. Tal como ilustrado nesta figura, observa-se que o rotor é circularmente envolvido pelo estator. Também são conhecidos arranjos de motores de fluxo radial cujo estator é circularmente envolvido pelo rotor. De todo modo, um motor elétrico de fluxo radial, no que diz respeito à topologia estator-rotor, pode ser caracterizado pelo fato de que o campo magnético rotativo entre o rotor e o estator (vide setas ilustrativas na figura 1) é gerado entre o espaçamento físico radial existente entre o referido rotor e o referido estator.[0004] Figure 1 illustrates, in a completely schematic way, the statorrotor topology of a radial flow engine. As illustrated in this figure, it can be seen that the rotor is circularly surrounded by the stator. Arrangements of radial flow motors whose stator is circularly surrounded by the rotor are also known. In any case, a radial flux electric motor, with regard to the stator-rotor topology, can be characterized by the fact that the rotating magnetic field between the rotor and the stator (see illustrative arrows in Figure 1) is generated between the physical radial spacing existing between said rotor and said stator.

[0005] Como é do conhecimento dos técnicos versados no assunto, um motor elétrico de fluxo radial pode ser descomplicadamente associado ao eixo rotativo de um compressor alternativo, afinal, não são previstas movimentações axiais entre o posicionamento relativo entre o estator e o rotor.[0005] As is known to technicians versed in the subject, a radial flow electric motor can be uncomplicatedly associated with the rotary axis of a reciprocating compressor, after all, axial movements are not foreseen between the relative positioning between the stator and the rotor.

[0006] Como é do conhecimento dos técnicos versados no assunto, o atual estado da técnica é integrado por motores elétricos de fluxo axial. Embora os motores elétricos de fluxo axial possam ser construídos a partir de diferentes tecnologias, é importante observar que a topologia estator-rotor é sempre a mesma.[0006] As is known to technicians versed in the subject, the current state of the art is integrated by axial flow electric motors. Although axial-flow electric motors can be built using different technologies, it is important to note that the stator-rotor topology is always the same.

[0007] A figura 2 ilustra, de forma totalmente esquemática, a topologia estatorrotor de um motor de fluxo axial. Tal como ilustrado nesta figura, observa-se que o rotor é disposto sobre o estator, em um mesmo plano radial. Também são conhecidos arranjos de motores de fluxo axial cujo estator é disposto sobre o rotor, em um mesmo plano radial. De todo modo, um motor elétrico de fluxo axial, no que diz respeito à topologia estator-rotor, pode ser caracterizado pelo fato de que o campo magnético rotativo entre o rotor e o estator (vide setas ilustrativas na figura 1) é gerado entre o espaçamento físico axial existente entre o referido rotor e o referido estator.[0007] Figure 2 illustrates, in a completely schematic way, the statorrotor topology of an axial flow motor. As illustrated in this figure, it can be seen that the rotor is placed over the stator, in the same radial plane. Arrangements of axial-flow motors whose stator is disposed on the rotor, in the same radial plane, are also known. In any case, an axial-flow electric motor, with regard to the stator-rotor topology, can be characterized by the fact that the rotating magnetic field between the rotor and the stator (see illustrative arrows in Figure 1) is generated between the physical axial spacing existing between said rotor and said stator.

[0008] Diferentemente do que ocorre em motores elétricos de fluxo radial, nos quais a integração eletromagnética entre estator e rotor gera apenas uma força rotativa no rotor, motores elétricos de fluxo axial também estão sujeitos, além da força rotativa no rotor, uma força de atração, em sentido axial, entre o rotor e o estator. Isto significa que um eixo rotativo vinculado ao rotor de um motor elétrico de fluxo axial também tende a sofrer, além do movimento rotativo, um deslocamento axial. Consequentemente, por compreender este outro vetor de força de deslocamento entre rotor e estator, motores elétricos de fluxo axial dificilmente são aplicados em compressores alternativos, afinal, as concretizações tradicionais de compressores alternativos não incluem elementos mecânicos capazes de lidar com a movimentação axial do eixo rotativo.[0008] Unlike what occurs in radial-flow electric motors, in which the electromagnetic integration between stator and rotor generates only a rotating force on the rotor, axial-flow electric motors are also subject, in addition to the rotating force on the rotor, to a force of attraction, in axial direction, between the rotor and the stator. This means that a rotary shaft linked to the rotor of an axial-flow electric motor also tends to undergo, in addition to rotary motion, an axial displacement. Consequently, by understanding this other displacement force vector between rotor and stator, axial flow electric motors are hardly applied in reciprocating compressors, after all, the traditional embodiments of reciprocating compressors do not include mechanical elements capable of handling the axial movement of the rotary shaft .

[0009] É com base neste cenário que surge a invenção em questão.[0009] It is based on this scenario that the invention in question arises.

Objectives of the invention

[0010] É o objetivo principal da invenção em questão revelar um compressor alternativo especialmente adaptado para incluir, como fonte motriz, um motor elétrico de fluxo axial.[0010] It is the main objective of the invention in question to disclose a reciprocating compressor specially adapted to include, as a motive source, an axial flow electric motor.

[0011] Neste sentido, é também o objetivo da invenção em questão que o compressor alternativo inclua meios capazes de mitigar a transmissão da movimentação axial entre o rotor e o estator do motor elétrico de fluxo axial para os elementos móveis que, acoplados ao eixo rotativo, integram o mecanismo de compressão.[0011] In this sense, it is also the aim of the invention in question that the reciprocating compressor include means capable of mitigating the transmission of axial movement between the rotor and stator of the axial flow electric motor for the mobile elements that, coupled to the rotary shaft , integrate the compression mechanism.

Invention Summary

[0012] Todos os objetivos mencionados são alcançados por meio do compressor alternativo ora revelado, o qual compreende pelo menos um bloco de montagem (provido de pelo menos um canal de axial, pelo menos uma projeção vertical e pelo menos um cilindro de compressão), pelo menos um eixo rotativo (provido de pelo menos uma plataforma e pelo menos um canal interno de lubrificação) e pelo menos um motor elétrico integrado por pelo menos um rotor e pelo menos um estator, sendo que o rotor do motor elétrico é fisicamente acoplado ao eixo rotativo e o estator do motor elétrico é fisicamente acoplado ao bloco de montagem, sendo o rotor fixado no eixo rotativo por meio de um arranjo de fixação.[0012] All the mentioned objectives are achieved by means of the reciprocating compressor now disclosed, which comprises at least one mounting block (provided with at least one axial channel, at least one vertical projection and at least one compression cylinder), at least one rotary shaft (provided with at least one platform and at least one internal lubrication channel) and at least one electric motor integrated by at least one rotor and at least one stator, the electric motor rotor being physically coupled to the rotary shaft and the electric motor stator are physically coupled to the mounting block, the rotor being fixed to the rotary shaft by means of a clamping arrangement.

[0013] De acordo com a invenção em questão, o motor elétrico compreende de um motor de fluxo axial, sendo o estator axialmente disposto entre o centro do bloco de montagem e o rotor.[0013] According to the invention in question, the electric motor comprises an axial-flow motor, the stator being axially disposed between the center of the mounting block and the rotor.

[0014] Também de acordo com a invenção em questão, o compressor alternativo compreende ainda pelo menos um mancal axial disposto entre a face do canal de axial distal à face próxima à plataforma do eixo rotativo e rotor fisicamente acoplada ao eixo rotativo.[0014] Also according to the invention in question, the reciprocating compressor further comprises at least one axial bearing disposed between the face of the axial channel distal to the face close to the platform of the rotary axis and rotor physically coupled to the rotary axis.

Brief description of the figures

[0015] O compressor alternativo, objetivo da invenção em questão, é pormenorizadamente detalhado com base na figura 3, a qual ilustra, de forma esquemática, o acoplamento entre um motor elétrico de fluxo axial e o mecanismo de compressão de um compressor alternativo especialmente adaptado para este acoplamento.[0015] The reciprocating compressor, object of the invention in question, is detailed in detail based on Figure 3, which schematically illustrates the coupling between an axial flow electric motor and the compression mechanism of a specially adapted reciprocating compressor for this coupling.

Detailed Description of the Invention

[0016] A presente invenção refere-se a um compressor alternativo, preferencialmente utilizado em sistemas de refrigeração, especialmente adaptado para incluir, como fonte motriz, um motor elétrico de fluxo axial.[0016] The present invention relates to a reciprocating compressor, preferably used in refrigeration systems, especially adapted to include, as a motive source, an axial flow electric motor.

[0017] Assim, de acordo com a invenção em questão, tal como esquematicamente ilustrado na figura 3, é apresentado um compressor alternativo que, além de demais sistemas e componentes tradicionais e amplamente conhecidos pelos técnicos versados no assunto, compreende um bloco de montagem 1, um eixo rotativo 2 e um motor elétrico de fluxo axial integrado por um rotor 3 e um estator 4.[0017] Thus, according to the invention in question, as schematically illustrated in Figure 3, a reciprocating compressor is presented which, in addition to other traditional systems and components widely known by technicians versed in the subject, comprises a mounting block 1 , a rotary shaft 2 and an axial-flow electric motor integrated by a rotor 3 and a stator 4.

[0018] O referido bloco de montagem 1, preferencialmente confeccionado em liga metálica, compreende um canal axial 11 construído para a recepção do eixo rotativo 2, pelo menos duas projeções verticais 12 construídas para a fixação do bloco de montagem 1 à carcaça (não ilustrada) do compressor e um cilindro de compressão 13 construído para receber o pistão móvel que integra o mecanismo de compressão. Vale enfatizar que, em linhas gerais, a construção básica do bloco de montagem 1, tal como descrita e ilustrada na figura 3, é convencional e, portanto, pertencente ao atual estado da técnica.[0018] Said mounting block 1, preferably made of metal alloy, comprises an axial channel 11 constructed for receiving the rotating shaft 2, at least two vertical projections 12 constructed for attaching the mounting block 1 to the housing (not shown ) of the compressor and a compression cylinder 13 constructed to receive the movable piston that integrates the compression mechanism. It is worth emphasizing that, in general terms, the basic construction of the assembly block 1, as described and illustrated in figure 3, is conventional and, therefore, belongs to the current state of the art.

[0019] O referido eixo rotativo 2, preferencialmente confeccionado em liga metálica, compreende uma plataforma 21 provida de uma extremidade superior excêntrica e canal axial interno 22 de circulação de óleo lubrificante, o qual estendese da extremidade inferior do referido eixo rotativo 2 até canais radiais internos de saída de óleo lubrificante, sendo o canal axial interno 22 e os canais radiais internos fluidicamente conectados entre si de modo que o óleo lubrificante que adentra o canal axial interno 22 é aspergido pelos canais radiais internos. Também vale enfatizar que, em linhas gerais, a construção básica do eixo rotativo 2, tal como descrita e ilustrada na figura 3, é convencional e, portanto, pertencente ao atual estado da técnica.[0019] Said rotary shaft 2, preferably made of metal alloy, comprises a platform 21 provided with an eccentric upper end and internal axial channel 22 for lubricating oil circulation, which extends from the lower end of said rotary shaft 2 to radial channels lubricating oil outlet internals, the internal axial channel 22 and the internal radial channels being fluidly connected to each other so that the lubricating oil entering the internal axial channel 22 is sprayed through the internal radial channels. It is also worth emphasizing that, in general terms, the basic construction of the rotary shaft 2, as described and illustrated in Figure 3, is conventional and therefore belongs to the current state of the art.

[0020] O referido motor elétrico (integrado pelo rotor 3 e pelo estator 4) tratase de um motor elétrico de fluxo axial, tal como ilustrado na figura 2 e amplamente descrito em literatura técnica especializada.[0020] The referred electric motor (integrated by rotor 3 and stator 4) is an axial-flow electric motor, as illustrated in figure 2 and widely described in specialized technical literature.

[0021] Tal como ilustrado na figura 3, o rotor 3 é espacialmente disposto sob o estator 4. De todo modo, de um ponto de vista mais conceitual poder-se-ia também dizer que o estator 4 é axialmente disposto entre o centro 15 do bloco de montagem 1 e o rotor 3.[0021] As illustrated in Figure 3, the rotor 3 is spatially disposed under the stator 4. Anyway, from a more conceptual point of view it could also be said that the stator 4 is axially disposed between the center 15 of mounting block 1 and rotor 3.

[0022] De acordo com a invenção em questão, o rotor 3 – fundamentalmente composto por um imã 31 montado em uma estrutura de suporte – é fixado no eixo rotativo 2 por meio de um arranjo de fixação 32, o qual pode compreender qualquer arranjo de fixação conhecido (soldagem, adesivo, parafuso, dentre outros). A estrutura de suporte e o arranjo de fixação 32 têm por objetivo transmitir o movimento rotativo do rotor 3 ao eixo rotativo 2.[0022] According to the invention in question, the rotor 3 - fundamentally composed of a magnet 31 mounted on a support structure - is fixed to the rotating shaft 2 by means of a fixing arrangement 32, which may comprise any arrangement of known fixation (welding, adhesive, screw, among others). The support structure and the fixing arrangement 32 are intended to transmit the rotary movement of the rotor 3 to the rotary shaft 2.

[0023] De acordo com a invenção em questão, o estator 4 – fundamentalmente composto por bobinas elétricas 41 montadas em uma estrutura de suporte, preferencialmente metálica – é fixado no bloco de montagem 1 por meio de um arranjo de fixação 42, o qual pode compreender qualquer arranjo de fixação conhecido (soldagem, adesivo, parafuso, dentre outros). A estrutura de suporte e o arranjo de fixação 42 têm por objetivo manter estático o posicionamento do estator 4 em relação ao bloco de montagem 1. Tal como ilustrado na figura 3, é preferencial que o estator 4 seja disposto em um espaço vazio 14 existente na região inferior do bloco de montagem 1, entre o canal de axial 11 e as projeções verticais 12.[0023] According to the invention in question, the stator 4 - fundamentally composed of electrical coils 41 mounted on a support structure, preferably metallic - is fixed to the mounting block 1 by means of a fixing arrangement 42, which can understand any known fixing arrangement (welding, adhesive, screw, among others). The support structure and the fixing arrangement 42 are intended to maintain static the positioning of the stator 4 in relation to the mounting block 1. As illustrated in figure 3, it is preferable that the stator 4 is disposed in an empty space 14 existing in the lower region of mounting block 1, between axial channel 11 and vertical projections 12.

[0024] Considerando que o rotor 3 tende a apresentar um deslocamento axial em relação ao estator 4 quando o motor elétrico é acionado, é importante prever meios para que esta tendência de deslocamento axial não afete o posicionamento do eixo rotativo 2, o qual não pode sofrer variações axiais de posicionamento em relação ao bloco de montagem 1. E é este o grande mérito técnico da invenção em questão.[0024] Considering that the rotor 3 tends to have an axial displacement in relation to the stator 4 when the electric motor is activated, it is important to provide means so that this axial displacement tendency does not affect the positioning of the rotary axis 2, which cannot undergo axial variations in positioning in relation to mounting block 1. And this is the great technical merit of the invention in question.

[0025] Neste sentido, é previsto um mancal axial 5 disposto entre a face inferior do canal de axial 11 do bloco de montagem 1 e a face superior da região do rotor 3 fisicamente acoplada ao eixo rotativo 2. Também a partir de um ponto de vista mais conceitual, poder-se-ia dizer que o mancal axial 5 se encontra disposto entre a face do canal de axial 11 distal à face próxima à plataforma 21 do eixo rotativo 2 e rotor 3 fisicamente acoplada ao eixo rotativo 2.[0025] In this sense, an axial bearing 5 is provided between the lower face of the axial channel 11 of the mounting block 1 and the upper face of the rotor region 3 physically coupled to the rotary shaft 2. Also from a point of From a more conceptual view, it could be said that the axial bearing 5 is arranged between the face of the axial channel 11 distal to the face close to the platform 21 of the rotary shaft 2 and rotor 3 physically coupled to the rotary shaft 2.

[0026] Preferencialmente, mas jamais limitativamente, o referido mancal axial 5 trata-se de um rolamento ou solução técnica equivalente. Este mancal axial 5, além de auxiliar à rotação do rotor 3, também evita que o eixo rotativo 2 sofra deslocamentos axiais em função da atração magnética existente entre o rotor 3 e o estator 4 quando o motor elétrico é acionado.[0026] Preferably, but never limiting, said axial bearing 5 is a bearing or equivalent technical solution. This axial bearing 5, in addition to helping the rotation of the rotor 3, also prevents the rotary shaft 2 from suffering axial displacements due to the magnetic attraction existing between the rotor 3 and the stator 4 when the electric motor is activated.

[0027] A grande vantagem da invenção refere-se ao fato de que, por meio de uma simples implementação de um mancal axial 5, em uma disposição adequada, torna-se possível utilizar um motor elétrico de fluxo axial como a fonte motriz de um compressor alternativo qualquer.[0027] The great advantage of the invention refers to the fact that, through a simple implementation of an axial bearing 5, in a suitable arrangement, it becomes possible to use an axial flow electric motor as the driving source of a any reciprocating compressor.

[0028] Adicionalmente, é previsto ainda pelo menos um mancal radial hidrodinâmico 6 existente entre a face interna do canal de axial 11 do bloco de montagem 1 e a face externa do eixo rotativo 2. Para tanto, nota-se que o espaço formado entre a face interna do canal de axial 11 do bloco de montagem 1 e a face externa do eixo rotativo 2 é especialmente adaptado para reter uma película de óleo lubrificante (preferencialmente oriundo do canal radial interno de saída de óleo lubrificante) capaz de conformar um mancal radial hidrodinâmico para o referido eixo rotativo 2.[0028] Additionally, at least one hydrodynamic radial bearing 6 is provided between the inner face of the axial channel 11 of the mounting block 1 and the outer face of the rotary shaft 2. For this purpose, it is noted that the space formed between the inner face of the axial channel 11 of the mounting block 1 and the outer face of the rotary shaft 2 are specially adapted to retain a film of lubricating oil (preferably coming from the inner radial lubricating oil outlet channel) capable of forming a radial bearing for said rotary axis 2.

[0029] Neste sentido, é importantíssimo comentar que o referido mancal radial 6 pode compreender qualquer tipo de mancal já conhecido, sendo evidente a possibilidade de concretização deste mancal por um rolamento, por um mancal hidrodinâmico (mancal com suprimento de algum tipo de lubrificante entre a folga mínima de superfícies paralelas e, neste caso, axialmente alinhadas), ou ainda, por um mancal hidrostático (mancal com suprimento forçado de algum tipo de lubrificante injetado sob pressão entre duas superfícies paralelas e, neste caso, axialmente alinhadas).[0029] In this regard, it is very important to comment that said radial bearing 6 can comprise any type of bearing already known, being evident the possibility of implementing this bearing by a bearing, by a hydrodynamic bearing (bearing with a supply of some type of lubricant between the minimum clearance of parallel surfaces and, in this case, axially aligned), or even, by a hydrostatic bearing (bearing with forced supply of some type of lubricant injected under pressure between two parallel surfaces and, in this case, axially aligned).

[0030] 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.[0030] It is important to emphasize that the above description has the sole purpose of describing, as an example, the particular embodiment of the invention in question. Therefore, it becomes clear that modifications, variations and constructive combinations of elements that perform the same function in substantially the same way to achieve the same results, remain within the scope of protection delimited by the appended claims.

Claims

Alternative compressor, comprising:
at least one mounting block (1) provided with at least one axial channel (11), at least one vertical projection (12), and at least one compression cylinder (13);
at least one rotary shaft (2) provided with at least one platform (21) and at least one internal lubrication channel (22);
at least one electric motor integrated by at least one rotor (3) and at least one stator (4), the rotor (3) of the electric motor being physically coupled to the rotary shaft (2) and the stator (4) of the electric motor physically coupled to the mounting block (1);
the rotor (3) being fixed to the rotating shaft (2) by means of a fixing arrangement (32);
said reciprocating compressor being especially characterized by the fact that:
the electric motor comprises an axial flow motor, the stator (4) being axially disposed between the center (15) of the mounting block (1) and the rotor (3); and
said reciprocating compressor further comprises at least one axial bearing (5) disposed between the face of the axial channel (11) distal to the face close to the platform (21) of the rotary shaft (2) and the rotor (3) or support member of the rotor physically coupled to the rotating shaft (2).

Alternative compressor, according to claim 1, characterized in that it comprises at least one radial bearing (6) between the inner face of the axial channel (11) of the mounting block (1) and the outer face of the rotary shaft (2) .