BR112015025169B1 - Estrutura para canalizar o fluxo de ar de um ventilador radial de um compressor de espiral e compressor de espiral arrefecido a ar - Google Patents

Abstract

ESTRUTURA PARA UM VENTILADOR DE UM COMPRESSOR DE ESPIRAL. Estrutura para canalizar o fluxo de ar de um ventilador radial (4) de um compressor de espiral (3) arrefecido a ar, em que esta estrutura (6) é formada por uma voluta (16) com uma saída (23) e uma curva de saída (17) aí ligada com um ângulo incluído (25), em que o ângulo incluído (25) é um ângulo agudo que se estende de um lado do plano mediano (26) definido pelo eixo (X-X') da entrada (13) e o centro (27) da saída (15) da curva de saída (17) para o outro lado do plano mediano (26) localizado no lado do ponto final (22) da parede transversal (20) e até a uma distância (A) deste plano mediano (26).

Description

[001] A presente invenção se relaciona com uma estrutura para um ventilador de um compressor de espiral.

[002] Um compressor de espiral é usado para comprimir ar ou outro gás através da interação de dois enrolamentos em forma de espiral que são fixos em uma placa, em que estes enrolamentos encaixam e são movidos de forma excêntrica relativamente um ao outro para criar câmaras de ar que se tornam cada vez menores devido ao movimento acima mencionado e, deste modo, se movem de uma entrada para uma saída, em que a pressão de ar nestas câmaras de ar aumenta devido à compressão nas cada vez menores câmaras de ar.

[003] Geralmente, uma das duas espirais é uma espiral fixa que faz parte de um estator e a outra espiral faz parte de um rotor com um veio movido por um motor e no qual o rotor é fixado excentricamente.

[004] Tal exemplo de compressor é conhecido do documento EP 2.224.136, por exemplo.

[005] Ao comprimir ar, calor é gerado inevitavelmente, o qual é levado para o ambiente através de aletas de arrefecimento externas no estator e no rotor.

[006] Geralmente é aplicado arrefecimento ativo através de um ventilador que suga ar ou outro gás de refrigeração e envia este gás de refrigeração ao longo e sobre as aletas de arrefecimento.

[007] Para o resto da descrição e das reivindicações, será assumido que o gás de refrigeração é ar, apesar da invenção não ser limitada a compressores de espiral arrefecidos a ar.

[008] Na prática, o ventilador e o compressor são acionados por um motor comum.

[009] Convencionalmente, um ventilador radial é usado com um rotor que é fixado em uma estrutura, em que o ar circundante é sugado através de uma entrada axial na direção axial do ventilador, por outras palavras, é sugado na direção axial do rotor, e é encaminhado para o outro lado do motor pela estrutura, de modo a ser enviado sobre e ao longo das aletas de arrefecimento do compressor de espiral através de um defletor.

[0010] As estruturas deste tipo são formadas por, por um lado, uma voluta para a estrutura do rotor do ventilador com uma entrada axial para sugar ar na direção axial paralela ao eixo geométrico através do centro da entrada e perpendicular ao plano da entrada e uma saída radial, e por outro lado, uma curva de saída para esta saída radial com uma saída axial, em que a voluta é formada por duas paredes opostas, pelo menos uma das quais é provida com uma passagem que forma a entrada acima mencionada, e que estão ligadas em conjunto por uma parede transversal cuja distância radial para o eixo acima mencionado aumenta gradualmente em uma direção de rotação em redor do eixo a partir de um ponto inicial para um ponto final, e em que o interior da estrutura da curva de saída liga à parede transversal com um ângulo incluído no local do ponto inicial acima mencionado.

[0011] Uma desvantagem das estruturas conhecidas é que envolvem perdas de fluxo relativamente grandes, o que resulta em um reduzido fluxo de líquido de refrigeração do ar sugado e, deste modo, uma compressão menos eficiente e um pior desempenho geral do compressor, ou mesmo a não utilização dos compressores a temperaturas ambiente superiores a 40 a 50 °C, por exemplo.

[0012] O objetivo da presente invenção é providenciar uma solução para as desvantagens acima mencionadas e outras.

[0013] Para este fim, a invenção se relaciona com uma estrutura do tipo acima mencionado, em que o ângulo incluído acima mencionado, entre a curva de saída e a parede transversal no ponto inicial desta parede transversal, é agudo visto em uma projeção perpendicular em um plano perpendicular ao eixo da entrada, e o ângulo incluído se estende de um lado do plano mediano definido pelo eixo da entrada e o centro da saída do tubo de saída para o outro lado do plano mediano localizado no lado do ponto final da parede transversal e até uma distância deste plano mediano.

[0014] Comparado com as estruturas conhecidas, o ângulo incluído acima mencionado entre a estrutura e a curva de saída está presente de forma mais aguda e profunda.

[0015] Cálculos extensos e simulações demonstraram que como resultado desta intervenção, o refluxo de ar de ventilação é muito reduzido e, por outras palavras, o ar que é guiado pela voluta para a curva de saída não flui de volta através da folga entre o rotor e a parede transversal acima mencionada no local do ângulo acima mencionado.

[0016] As perdas que lhe são atribuídas são assim bastante reduzidas e, para a mesma energia disponível no veio do rotor do ventilador, existe um maior fluxo disponível para o arrefecimento do compressor de espiral, de modo que é melhor arrefecido, o que por sua vez providencia uma melhor eficiência de compressão do compressor de espiral, como é geralmente conhecido.

[0017] Preferencialmente, a curva de saída é formada de modo que em um corte transversal, de acordo com o plano mediano acima mencionado, a parte exterior da curva de saída define um segmento circular com um raio que é maior do que a largura da voluta medida em uma direção axial, e a parede exterior no lado exterior da curva de saída é construída como parede cilíndrica com uma linha central através do centro do segmento circular acima mencionado e perpendicular ao plano mediano acima mencionado.

[0018] Desta forma, o canal na curva é mais agilizado do que em casos convencionais onde são usadas curvas angulares.

[0019] Adicionalmente como resultado, a estrutura é menor em comparação com estruturas convencionais com uma curva de saída angular.

[0020] Como resultado, uma estrutura de acordo com a invenção ocupa até menos 18% de espaço e é conseguida uma poupança até 15% de material.

[0021] Presencialmente, o segmento circular acima mencionado se estende da saída radial ao longo de um ângulo que é tal que a segunda parede em questão e a outra extremidade do segmento circular está cada um situado em um lado oposto da primeira parede da voluta e a uma distância da mesma.

[0022] Como resultado, o fluxo indesejado do fluxo de ar é ainda mais reduzido com os mesmos benefícios favoráveis que os descritos acima.

[0023] No geral, devido à forma adaptada de uma estrutura de acordo com a invenção, é realizado um melhoramento de cerca de 20% relativamente ao fluxo de ar, e isto não tendo em conta uma estrutura mais compacta e um ganho relativamente às matérias-primas necessárias.

[0024] De acordo com uma forma de realização preferida, a estrutura é construída em duas partes com uma linha divisória entre as duas partes, que no local da voluta está localizada em um plano divisório perpendicular à direção axial e em um plano divisório no local da curva de saída que é oblíqua relativamente ao primeiro plano divisório.

[0025] Isto providencia a vantagem de que o ventilador é sempre fácil de montar e providencia acesso fácil ao rotor do ventilador para manutenção ou reparação.

[0026] Além disso, a estrutura pode também ser construída de forma mais fácil em um molde simples para ambas as metades da estrutura.

[0027] A invenção também se relaciona com um compressor de espiral com um ventilador radial com um rotor que é afixado em uma estrutura de acordo com a invenção, em que o motor do rotor é inserido através da entrada da estrutura e a curva de saída é providenciada com um deflector na sua saída para canalizar o fluxo de ventilação sobre ou ao longo das aletas de arrefecimento do compressor de espiral.

[0028] Com a intenção de melhor mostrar as características da invenção, é descrita doravante uma forma de realização preferida de uma estrutura de acordo com a invenção para canalizar o fluxo de ar de um ventilador de um compressor de espiral arrefecido a ar ou gás e um compressor de espiral com um ventilador com tal estrutura é descrito doravante através de exemplo, sem qualquer natureza limitativa, com referências aos desenhos em anexo, nos quais: a figura 1 mostra esquematicamente uma vista em perspectiva de um compressor de espiral arrefecido a ar ou gás com um ventilador com uma estrutura de acordo com a invenção, e com a omissão parcial de certas partes; a figura 2 mostra a estrutura do ventilador indicado na figura 1 por F2, suplementado por um deflector e um rotor; as figuras 3 e 4 mostram cada uma, uma vista diferente em perspectiva da estrutura da figura 2, mas sem o deflector e sem o rotor no caso da figura 4; as figuras 5 e 6 representam uma vista de acordo com as setas F5 e F6 respectivamente na figura 4; a figura 7 mostra uma vista de acordo com a seta F7 na figura 6; a figura 8 mostra uma vista de acordo com a seta F8 na figura 7; a figura 9 mostra uma apresentação simplificada da estrutura; a figura 10 mostra um corte transversal de acordo com a linha X-X da figura 9; a figura 11 mostra uma perspectiva explodida da estrutura da figura 4, vista de um ângulo diferente; a figura 12 mostra uma perspectiva explodida como na figura 11, mas para uma variante da forma de realização; as figuras 13 a 16 mostram vistas de uma estrutura convencional, para comparação com as vistas correspondentes das figuras 4, 6, 7 e 8 de uma estrutura de acordo com a invenção.

[0029] O compressor 1 mostrado na figura 1 é composto por um motor 2 por exemplo, na forma de um motor ou transmissão por correia com um veio com um eixo geométrico X-X', para o acionamento de um compressor de espiral 3 e um ventilador radial 4 que é provido com um rotor 5 que é fixado rotativamente em uma estrutura 6.

[0030] Foi construído em uma estrutura de suporte 7.

[0031] Como é conhecido, o compressor de espiral 3 compreende duas espirais 8 que podem interagir entre si e das quais uma espiral 8 é fixada em uma placa de estator 10 que é fixada ao chassis, enquanto a outra espiral 9 faz parte de uma placa de rotor 11 que pode ser acionada por este motor 2 de forma conhecida em um movimento orbital em redor do eixo X-X'.

[0032] A placa de estator 10 e a placa de rotor 11 são providas com aletas de arrefecimento 12 para serem capazes de transportar o calor gerado pelo trabalho de compressão do compressor de espiral 3 para o ambiente.

[0033] Para uma remoção eficiente do calor de compressão, o ar em redor é sugado axialmente através de uma entrada 13 do ventilador 4 em uma direção paralela ao eixo X-X', como mostrado pela seta I na figura 2, e é enviado em uma direção transversal para o eixo X-X', como indicado pela seta 0 na figura 2, sobre e ao longo das aletas de arrefecimento 12 do compressor de espiral 3 através de um deflector 14 na saída 15 da estrutura 6.

[0034] A estrutura 6 do ventilador é formada por uma voluta 16 na qual o rotor 5 do ventilador 4 é fixado, e uma curva de saída 17 é colocada perpendicularmente a esta voluta 16.

[0035] A voluta 16 é formada por duas paredes 18 e 19 opostas, essencialmente paralelas, respectivamente uma primeira parede 18 no lado do compressor de espiral 3 que é providenciada com uma passagem para o veio do acionador 2 e que também atua como uma entrada axial 13 acima mencionada, e uma segunda parede 19 no lado oposto que é também provida com uma passagem 19a para o veio do acionador.

[0036] Estas paredes 18 e 19 estão ligadas entre si por uma parede 20 transversal contínua, cuja distância radial r ao eixo acima mencionado X-X', na direção de rotação do rotor 5 em redor do eixo X-X', aumenta gradualmente de um ponto de início 21, onde a distância radial r é a menor, para um ponto final 22 onde a distância radial r é a maior.

[0037] É deixada uma abertura entre o ponto inicial 21 e o ponto final 22 acima mencionados, os quais em conjunto com a primeira parede 18 e a segunda parede 19 definem uma saída radial 23 para o ar que é movido pelo rotor 5 e no qual a curva de saída transversal 17 encaixa de modo a curvar o fluxo de ar radial de saída para uma direção axial oposta à direção do fluxo I do ar sugado para a entrada 13, como mostrado na figura 9.

[0038] No local do ponto final 22, a curva de saída 17 encaixa tangencialmente à parede transversal 20, pelo menos, vista em uma projeção perpendicular em um plano perpendicular ao eixo X-X', tal como nas figuras 5 e 9, enquanto no local do ponto inicial 21 a curva de saída 17 no interior 25 da estrutura 6 encaixa na parede transversal 20 com um ângulo 25 incluído, o qual de acordo com uma característica preferida da invenção é um ângulo agudo 25, como pode ser visto na figura 9, e que se estende de um lado do plano mediano 26 definido pelo eixo X-X' e o centro 27 da saída 15 da curva de saída 17 para o outro lado do plano mediano 26 localizado no lado do ponto final 22 da parede transversal 20 e até a uma distância A deste plano mediano 26, como mostrado na figura 9.

[0039] Deste modo, é obtida uma incisão relativamente profunda e aguda na estrutura 6, em que a distância A acima mencionada do ponto inicial 21 da parede transversal 20 para o plano mediano 26 é preferencialmente maior do que cinco por cento do diâmetro D da entrada 13, e mais preferencialmente maior do que dez por cento deste diâmetro D.

[0040] De acordo com outra característica preferida da invenção, a forma da curva de saída 17 é tal que, vista em um corte transversal de acordo com o plano mediano acima mencionado 26, como mostrado na figura 10, a parede exterior 28 da parte exterior da curva de saída 17 define um segmento circular 29 com um raio R que é maior do que a largura W da voluta 16 medida na direção do eixo X-X', e que encaixa tangencialmente em uma extremidade 30 para a segunda parede 19 da voluta 16.

[0041] O segmento circular 29 acima mencionado define um ângulo B de 90°, por exemplo, que é preferencialmente suficientemente grande para garantir que a outra extremidade 31 do segmento circular 29 e a segunda parede 19 estão cada uma situada em um lado oposto da primeira parede 18 da voluta 16 e a uma distância C da mesma.

[0042] A parede exterior 28 da curva de saída 17 é preferencialmente uma parede exterior cilíndrica 28 com uma linha central através do centro 32 do segmento circular 29 acima mencionado e perpendicular ao plano mediano 26 acima mencionado.

[0043] De forma análoga, a parede interior 33 da curva de saída 17 é preferencialmente uma parede interior cilíndrica 33, a qual, neste caso mas não necessariamente, é concêntrica à parede cilíndrica exterior 28 e a qual encaixa tangencialmente à primeira parede 18 com a entrada 13.

[0044] A parede interior 33 e a parede exterior 28 estão ligadas em conjunto através de duas paredes de ligação 34 e 35, as quais em conjunto com a parede 33 e a parede exterior 28 definem um canal.

[0045] A curva exterior 17 é provida com uma peça de extensão reta 36 na extensão axial da saída 15.

[0046] O deflector 14 acima mencionado liga a esta peça de extensão 36, encaixando na secção cônica da curva de saída 17, de modo a curvar o fluxo axial que vem da curva de saída 17 transversalmente na direção das aletas de arrefecimento 12 do compressor de espiral.

[0047] Este deflector 14 pode ser construído como uma peça separada que é montada na curva de saída 17 como é o caso dos desenhos, mas pode também ser integrado como parte da estrutura 6 em si.

[0048] A utilização do compressor 1 é completamente análoga à utilização de um compressor convencional, com a diferença que devido à concepção específica da estrutura 6 de um ventilador 4, as perdas de fluxo são substancialmente inferiores e o compressor 1 pode ser usado em aplicações onde está disponível menos espaço devido ao menor volume da estrutura 6, como pode ser ilustrado ao comparar a estrutura 6 de acordo com a invenção a uma estrutura convencional como mostrado nas figuras 13 a 16.

[0049] A estrutura 6 sem deflector 14 é presencialmente construída em duas partes com uma linha divisória 37 entre as duas partes 6A e 6B.

[0050] A figura 11 apresenta ambas as partes 6A e 6B separadas uma da outra.

[0051] No local da voluta 16 e a saída 15, a linha divisória 37 é formada por um plano de divisão, 38 e 39 respectivamente, como mostrado na figura 11, e estes planos de divisão 38 e 39 são perpendiculares ao eixo XX' .

[0052] No local da parede de ligação 35 e a parede interior 33 da curva de saída 17, a linha de divisão 37 está localizada em um plano de divisão 40 e em um plano de divisão 41, respectivamente, que são oblíquos relativamente aos planos de divisão 38 e 39.

[0053] Desta forma, o ventilador 4 pode ser montado e desmontado de forma simples, por exemplo, para manutenção, reparação ou substituição do rotor 5.

[0054] Além disso, estas peças 6A e 6B podem ser realizadas em um molde relativamente fácil de construir sem peças móveis.

[0055] Os bordos no local da linha de divisão 37 entre as peças constituintes 6A e 6B da estrutura 6 são preferencialmente construídos com uma língua e um perfil de sulco que providencia um vedante entre as duas peças 6A e 6B.

[0056] A estrutura 6 pode, obviamente, ser dividida em peças constituintes de outras formas.

[0057] No caso da figura 11, o plano de divisão 39 está situado no local da saída 15 e a peça de extensão é completamente cortada da curva de saída 17.

[0058] Apesar de nas figuras 1 a 10 a segunda parede 19 da voluta 16 ser construída com uma passagem 19a para o veio do acionador 2, não é excluído que esta parede 19 seja uma parede fechada e que a entrada 13 na primeira parede pode atuar como a única passagem para o acionador 2 quando este acionador 2 está entre o ventilador e o compressor de espiral.

[0059] Neste caso, caso seja necessário, a abertura 19a pode continuar a ser um acesso para manutenção do ventilador, em que esta abertura 19a pode ser fechada com uma cobertura, por exemplo.

[0060] A presente invenção não é, de modo algum, limitada pelas formas de realização descritas como exemplo e mostradas nos desenhos, mas uma estrutura de acordo com a invenção para canalizar o fluxo de ar de um ventilador de um compressor de espiral arrefecido a ar ou gás e de um compressor de espiral com um ventilador com tal estrutura pode ser realizado em todos os tipos de formas e dimensões, sem sair do âmbito da invenção.

Claims (16)

1. Estrutura para canalizar o fluxo de ar de um ventilador radial (4) de um compressor de espiral (3) arrefecido a ar, em que esta estrutura (6) é formada por, em um lado, uma voluta (16) para a estrutura do rotor (5) do ventilador (4) com uma entrada axial (13) para sugar ar na direção axial paralela a um eixo geométrico (X-X') através do centro da entrada (13) e perpendicular ao plano da entrada (13) e uma saída radial (23), e, por outro lado, uma curva de saída (17) que encaixa nesta saída radial (23) com uma saída axial (15), em que a voluta (16) é formada por duas paredes opostas (18, 19), pelo menos, uma das quais é provida com uma passagem que forma a entrada acima mencionada (13), e as quais estão ligadas em conjunto por uma parede transversal (20) cuja distância radial (r) para o eixo acima mencionado (X-X') aumenta gradualmente em uma direção de rotação ao redor do eixo (X-X’) a partir de um ponto inicial (21) para um ponto final (22) e em que no lado interior (24) da estrutura (6) a curva de saída (17) se liga a parede transversal (20) com um ângulo incluído (25) no local do ponto inicial acima mencionado (21), em que o ângulo (25) incluído acima mencionado é um ângulo agudo visto em uma projeção perpendicular em um plano perpendicular ao eixo (X-X') da entrada (13), caracterizada pelo fato de que o ângulo incluído (25) se estende de um lado do plano mediano (26) definido pelo eixo (X-X') da entrada (13) e o centro (27) da saída (15) da curva de saída (17) para o outro lado do plano mediano (26) localizado no lado do ponto final (22) da parede transversal (20) e até à distância (A) deste plano mediano (26).

2. Estrutura de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a distância mais curta (A) do ponto de início (21) da parede transversal (20) para o plano mediano (26) é maior do que cinco por cento do diâmetro (D) da entrada (13) e preferencialmente, maior do que dez por cento deste diâmetro (D).

3. Estrutura de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a curva de saída (17) no local do ponto final acima mencionado (22) da parede transversal (20) encaixa essencialmente de forma tangencial a esta parede transversal (20), vista em uma projeção perpendicular em um plano perpendicular ao eixo (X-X') da entrada (13).

4. . Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a curva de saída (17) forma um canal para curvar o fluxo que tem origem na saída radial (23) em uma direção axial oposta à direção de fluxo na entrada (13).

5. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que em um corte transversal de acordo com o plano mediano (26) acima mencionado, a parede externa (28) da curva de saída (17) define um segmento circular (29) com um raio (R) que é maior do que a largura (W) da voluta (16) medida na direção axial (X-X').

6. Estrutura de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que uma extremidade (30) do segmento circular (29) acima mencionado da parede exterior da curva de saída (17) encaixa tangencialmente na segunda parede (19) da voluta (16).

7. Estrutura de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada pelo fato de que o segmento circular (29) acima mencionado se estende da saída radial (23) ao longo de um ângulo (B) que é tal que a segunda parede (19) em questão e a outra extremidade (31) do segmento circular (29) estão localizadas em um lado oposto da primeira parede (18) da voluta (16) e a uma distância (C) da mesma.

8. Estrutura de acordo a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o segmento circular acima mencionado (29) se estende da saída radial (23) ao longo de um ângulo (B) de 90°.

9. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizada pelo fato de que a parede exterior (28) é uma parede cilíndrica com uma linha central através do centro (32) do segmento circular acima mencionado (29) e perpendicular ao plano mediano acima mencionado (26).

10. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizada pelo fato de que em um corte transversal de acordo com o plano mediano (26) acima mencionado, a parede interior (33) da curva de saída (17) define um segmento circular.

11. Estrutura de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o segmento circular da curva de saída (17) na parede interior (33) é concêntrico face ao segmento circular (29) da parede exterior (28) da curva de saída (17).

12. Estrutura de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizada pelo fato de que o segmento circular da parede interior (33) da curva de saída (17) encaixa tangencialmente na primeira parede (18).

13. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizada pelo fato de que a parede interior (33), na parte interior da curva de saída, é uma parede cilíndrica que é concêntrica face à parede externa cilíndrica (28).

14. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que a estrutura (6) é construída a partir de duas partes com uma linha divisória (37) entre as duas partes (6A e 6B), as quais, no local da parede transversal (20) da voluta (16), estão localizadas em um plano divisório (38) perpendicular ao eixo (X-X’) e no local da curva de saída (17) em dois planos divisórios (40 e 41) que são oblíquos relativamente ao primeiro plano divisório (38).

15. Compressor de espiral arrefecido a ar com um ventilador radial (4) com um rotor (5) que é fixo em uma estrutura (6), caracterizado pelo fato de que a estrutura (6) é uma estrutura conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.

16. Compressor de espiral arrefecido a ar de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a saída (15) da curva de saída (17) é providenciada com um defletor (14) para canalizar o fluxo de ventilação sobre ou ao longo das aletas de arrefecimento (12) do compressor de espiral (3).

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