BR112017022346B1 - Elemento compressor para um compressor de parafuso e compressor de parafuso em que tal elemento compressor é aplicado - Google Patents

Abstract

ELEMENTO COMPRESSOR PARA UM COMPRESSOR DE PARAFUSO E UM COMPRESSOR DE PARAFUSO EM QUE TAL ELEMENTO COMPRESSOR É APLICADO. Elemento compressor de um compressor de parafuso (1), lado de entrada (9) e um lado de saída (11) e dois rotores helicoidais (6 e 7), respetivamente, um rotor macho (6) com um acionador para orotor macho (6) e um rotor fêmea (7) que é acionado pelo rotor macho (6) através de rodas dentadas de sincronização (24 e 25) com, pelo menos, uma roda dentada de sincronização (24) no rotor macho (6), caracterizado pelo fato de que o acionador e as rodas dentadas de sincronização (24) do rotor macho (6) são escolhidos de modo que, após serem acionados com aceleração dos rotores (6 a 7) sem forças do gás, a força acionadora mecânica resultante, que é exercida por este acionador e por esta roda dentada do sincronização (24), no rotor macho (6), tem um componente axial (Fp e Fs) que é dirigido do lado de saída (11) para o lado de entrada (9), e que o movimento do rotor macho (6) na direção axial (X-X') do lado de saída (11) para o lado de entrada (9) é fixo através de um rolamento axial de atuação simples ou rolamento de atuação dupla (16).

Description

[001] A presente invenção se relaciona com um elemento compressor de um compressor de parafuso para comprimir um gás.

[002] Os elementos compressores conhecidos para o dito tipo compreendem uma estrutura com uma entrada para o gás no lado da entrada e uma saída para o gás no lado da saída, e duas câmaras de rotor nas quais dois rotores helicoidais são montados em rolamentos que se encaixam quando acionados para comprimir o gás, respetivamente, um rotor macho com uma roda dentada de acionamento para acionar o rotor macho através de uma transmissão de roda dentada e um rotor fêmea que é acionado pelo rotor macho através de rodas dentadas de sincronização com, pelo menos, uma roda dentada de sincronização no rotor macho e uma roda dentada de sincronização no rotor fêmea, em que as rodas dentadas de sincronização são geralmente concebidas de tal modo que, quando acionadas, o rotor macho roda mais rápido do que o rotor fêmea.

[003] Ao acionar o elemento compressor, são formadas câmaras entre os dois rotores que são cheios com gás na entrada, em que durante a rotação dos rotores, essas câmaras se movem do lado da entrada para o lado da saída e se tornam cada vez mais pequenas, de tal modo que o gás incorporado é comprimido e o qual é entregue com uma pressão mais alta a uma rede de consumidor a jusante através de um tubo de pressão ligado à saída.

[004] Devido à compressão, são exercidas forças pelos gases nos rotores que tendem a empurrar os rotores para fora do lado da saída, na direção do lado da entrada.

[005] A roda dentada de acionamento do rotor macho é escolhida de tal modo que, quando acionada pela roda dentada de acionamento, é exercida uma força com um componente axial que é dirigida desde a entrada até à saída, orientada deste modo de forma oposta ao componente axial da força exercida pelo gás no rotor macho, para que esta força do gás seja parcialmente compensada pela força acionadora da roda dentada de acionamento, para que os rolamentos axiais sejam expostos a forças mais pequenas.

[006] As rodas dentadas de sincronização também exercem uma força nos rotores, em que esta força no rotor macho adiciona, em geral, força do gás neste rotor, enquanto no caso do rotor fêmea, esta força contraria a força do gás.

[007] Quando o elemento compressor é acionado descarregado, por outras palavras, sem gás comprimido a ter de ser fornecido, as forças do gás não existem ou são mínimas, de tal modo que as forças compostas da roda dentada de acionamento e as rodas dentadas de sincronização podem tender a empurrar os rotores na direção contrária na direção da saída, em contraste com a situação de carregado com o fornecimento do gás comprimido.

[008] Durante os modos transicionais dinâmicos, podem ocorrer forças que empurram os rotores em uma ou outra direção.

[009] Tudo isto significa que a direção das forças compostas que são exercidas nos rotores depende do modo, carregado ou descarregado, e o fato de que a situação é estática ou dinâmica, de tal modo que em algumas circunstâncias, estas forças tendem a empurrar os rotores contra a face final da entrada da estrutura no lado da entrada e, em outras circunstâncias, contra a face final da saída da estrutura no lado da saída.

[0010] Para evitar que os rotores entrem em contato com uma das duas faces finais da estrutura, os rotores são geralmente fixos de forma axial por dois rolamentos axiais, mais especificamente um no lado da entrada e um no lado da saída, complementado com um rolamento radial em cada um dos lados dos rotores.

[0011] É conhecido providenciar elementos compressores do tipo parafuso com meios na forma de uma mola ou um êmbolo para exercer uma força axial mecânica adicional ou uma força de pré-esforço em cada rotor, para aliviar os rolamentos e/ou evitar, na ausência de forças de gás no modo descarregado, que os rotores sejam empurrados ou puxados pelas forças de acionamento axiais da roda dentada de acionamento e as rodas dentadas de sincronização contra a estrutura. Estes meios são geralmente incorporados no revestimento do rolamento, de tal modo que deve ser extra espesso e pesado.

[0012] Uma desvantagem de tal força significa que afeta de forma prejudicial os custos do elemento compressor e que, em algumas circunstâncias, também aumenta a carga dos rolamentos em vez de os compensar, de modo que sejam necessários rolamentos maiores.

[0013] Se forem usados êmbolos como meios de força, a força exercida pode ser controlada, mas tal controle implica custos extra, torna o elemento compressor mais vulnerável a possíveis quebras e aumenta o tamanho e massa do revestimento do rolamento e, por isso, também as forças e vibrações na estrutura do elemento compressor.

[0014] O fuso do eixo do rotor macho no qual a roda dentada de acionamento é montada, experiência uma força de flexão relativamente elevada devido às forças radiais que são exercidas pela roda dentada de acionamento na mesma. Isto tem a desvantagem de que, em certas condições extremas, o rolamento axial do rotor macho que é montado neste fuso do eixo pode inclinar, o que pode levar a uma limitação da região de operação do elemento compressor.

[0015] Os elementos compressores conhecidos do tipo debatido são acionados na saída, o que significa que a transmissão de roda dentada com a roda dentada de acionamento está no lado da saída quente do elemento compressor, em que o rolamento axial neste lado dos rotores está em contato com o ambiente menos puro da transmissão de roda dentada, o que pode afetar o seu tempo de vida. Este rolamento axial é chamado o rolamento principal e a sua principal função é reter o rotor em questão localmente na direção axial.

[0016] Devido ao gradiente de temperatura variante na direção axial dos rotores como uma função do modo do elemento compressor, também ocorrem alterações no comprimento do veio dos rotores, em que as diferentes temperaturas dos rotores macho e fêmea levam a diferentes alterações de comprimentos dos dois rotores e, deste modo, uma alteração na posição axial mútua de ambas as rodas dentadas de sincronização. Esta deslocação axial mútua das rodas dentadas de sincronização, no caso das rodas dentadas de sincronização com dentes oblíquos, tem o efeito indesejado que a sincronização entre os rotores altera com a temperatura.

[0017] Com os elementos compressores acionados na saída conhecidos, as rodas dentadas de sincronização estão no lado da entrada, por outras palavras, no lado oposto do rotor onde o rolamento principal está localizado e, deste modo, a uma distância relativamente grande deste rolamento principal, de tal modo que as rodas dentadas de sincronização experienciam uma deslocação axial mútua significativa devido às diferentes variações de comprimento dos rotores como um resultado de gradientes de temperatura variantes, com a desvantagem de que, no caso de rodas dentadas de sincronização com dentes oblíquos, a alteração da sincronização entre o rotor fêmea e macho pode ser indesejavelmente grande.

[0018] O objetivo da presente invenção é providenciar uma solução para uma ou mais das desvantagens acima mencionadas e outras.

[0019] Para este efeito, a invenção se relaciona com um elemento compressor de um compressor de parafuso para comprimir gás, com um elemento compressor que compreende uma estrutura com uma entrada para o gás no lado da entrada, e uma saída para o gás no lado da saída e uma câmara do rotor na qual dois rotores helicoidais são montados em rolamentos que, quando são acionados, encaixam para comprimir o gás, respetivamente, um rotor macho com um acionador para o rotor macho e um rotor fêmea que é acionado pelo rotor macho através de rodas dentadas de sincronização com, pelo menos, uma roda dentada de sincronização no rotor macho e uma roda dentada de sincronização no rotor fêmea, em que o acionador e as rodas dentadas de sincronização do rotor macho são escolhidos de tal modo que, quando são acionados com aceleração dos rotores do elemento compressor sem forças de gás, a força acionadora mecânica resultante que é exercida por este acionador e por esta roda dentada de sincronização no rotor macho tem um componente axial que é dirigido desde o lado da saída para o lado da entrada, e em que o movimento do rotor macho na direção axial desde o lado da saída para o lado da entrada é fixo através de um único rolamento axial de ação simples ou um rolamento de ação dupla.

[0020] Acionar sem forças de gás representa um acionador em que os rotores são hipoteticamente acionados na forma para a qual o acionador do rotor macho se destina, no entanto, sem ser possível aumentar a pressão do gás, por exemplo, ao deixar os rotores rodar em uma estrutura aberta e, deste modo, não tendo em consideração os efeitos das forças de gás, que em conjunto com as forças de transmissão mecânicas podem afetar a direção na qual a força de acionamento é exercida pela roda dentada de sincronização do rotor macho neste rotor, e as quais podem até inverter esta direção da força de acionamento no caso de grandes forças de gás, em que, em tal caso, o rotor fêmea pode ser travado pelas rodas dentadas de sincronização em vez de ser acionado por elas.

[0021] Devido a esta escolha de acionador e roda dentada, é assegurado que a força de acionamento axial resultante exercida no rotor macho é sempre dirigida na mesma direção como as forças de gás, isto é, do lado da saída para o lado da entrada.

[0022] Mesmo em condições onde não existem forças de gás, ou quando estas forças de gás são baixas, o rotor apenas experiencia uma força de acionamento que é dirigida nesta mesma direção, isto é, do lado da saída para o lado da entrada.

[0023] Isto tem a vantagem de que o rotor macho é sempre empurrado na mesma direção na direção do lado da entrada e que é suficiente para fixar axialmente o rotor macho através de um único rolamento axial para evitar que a face final no lado da entrada do rotor macho seja empurrada contra a face final da entrada da estrutura e que, à medida que as forças agem em uma direção, o rotor não pode se encostar contra a face final da saída.

[0024] Isto providencia a vantagem de que, no caso da invenção, um único rolamento axial em um lado do rotor macho é suficiente, em contraste com os compressores de parafuso conhecidos, nos quais um rolamento axial é aplicado em cada lado do rotor macho do elemento compressor.

[0025] Uma vantagem de apenas um único rolamento axial é que as perdas mecânicas nos rolamentos podem ser reduzidas como um resultado, especialmente tendo em consideração o fato de que o rotor macho é o rotor de rotação mais rápido dos dois rotores.

[0026] Outra vantagem é que o único rolamento axial do rotor macho, mais especificamente o "rolamento principal", uma vez que forma um único ponto fixo onde o rotor macho é axialmente mantido e que, neste caso, não existe um segundo rolamento axial que gera uma força pré- esforço extra no rolamento principal. Uma vantagem relacionada é que qualquer alteração de comprimento do rotor macho como resultado da temperatura não significa qualquer alteração de forma adicional para a mola de pré-tensão, para que não ocorra aqui nenhumas alterações de força extra.

[0027] Uma vez que as forças axiais no rotor macho são sempre direcionadas na mesma direção, é suficiente um rolamento axial de ação simples, apesar da invenção não excluir que seja usado um rolamento axial de ação dupla como uma alternativa quando, por exemplo em casos excepcionais, as forças axiais combinadas no rotor macho podem rapidamente mudar a direção devido aos efeitos dinâmicos na alteração de um modo para outro.

[0028] Um rolamento axial de ação simples providencia a vantagem de ser mais eficaz.

[0029] Pela mesma razão que as forças conjuntas no rotor macho agem sempre na mesma direção, não são necessários meios de compensação de força para o rotor macho, tais como uma mola ou êmbolos para obter uma pré-tensão axial do rotor macho, nem mesmo com a rotação descarregada do elemento compressor.

[0030] Isto significa uma simplificação do elemento compressor com respeito aos elementos compressores conhecidos para compressores de parafuso, resultando em menos componentes e, deste modo, também menos risco de falha.

[0031] Em certos casos, a omissão dos meios de compensação de força também assegura uma carga axial mais baixa do rolamento axial, de tal modo que um rolamento mais pequeno pode ser selecionado e, como um resultado, uma velocidade mais elevada do rotor macho é possível a velocidades que não foram consideradas possíveis até agora.

[0032] Uma vantagem adicional é que no revestimento das rodas dentadas de sincronização, não tem de ser provido espaço para acomodar os meios de compensação de força, de tal modo que este revestimento pode ser construído menos alto e mais leve, e o rolamento é facilmente acessível para montagem.

[0033] De preferência, o elemento compressor é um elemento compressor acionado na entrada, por outras palavras, um elemento compressor no qual o acionador do rotor macho é montado no lado da entrada deste rotor e as rodas dentadas de sincronização são montadas no lado da saída do mesmo, e o único rolamento axial do rotor macho é montado no lado da saída.

[0034] Uma vantagem disto é que o único rolamento axial que cumpre o papel de um rolamento principal é montado em um local longe do ambiente poeirento da transmissão de roda dentada e é acomodado sob um revestimento fechado, no qual as rodas dentadas de sincronização são também acomodadas de forma segura separadas do ambiente.

[0035] Além disso, neste caso, o único rolamento axial do rotor macho está no outro lado do rotor onde a roda dentada de acionamento é montada, de tal modo que este único rolamento está muito menos sob a influência da flexão do veio do rotor macho que é provocada pelas forças radiais que são exercidas neste veio quando é acionado pela roda dentada de acionamento, para que o problema de uma possível inclinação do rolamento axial seja assim resolvido.

[0036] Adicionalmente, as rodas dentadas de sincronização estão no mesmo lado do rotor como o rolamento principal e, deste modo, em uma distância axial curta do rolamento principal que fixa o rotor macho localmente na direção axial.

[0037] Isto tem a vantagem de que as alterações de comprimento dos rotores devido aos gradientes de temperatura variável, durante a operação dos elementos compressores, apenas têm um pequeno efeito na deslocação axial das rodas dentadas de sincronização com respeito entre si e, consequentemente, apenas tem um pequeno efeito na alteração da sincronização entre o rotor fêmea e macho que é a consequência disso.

[0038] Preferivelmente, o rotor macho é radialmente montado em dois rolamentos radiais, respetivamente, um rolamento radial no lado da entrada onde a roda dentada de acionamento está localizada e um segundo rolamento radial no lado da saída.

[0039] Desta forma, apenas um rolamento radial é provido no fuso do eixo, no qual a roda dentada de acionamento é montada, sem um rolamento axial extra, tal como compressores de parafuso convencionais, de tal modo que este fuso do eixo pode ser tornado mais curto com menos flexão como resultado, e o revestimento de rolamento no lado da entrada pode ser tornado menos alto e, deste modo, mais leve como, no caso da invenção, apenas um rolamento radial do rotor macho deve ser suportado.

[0040] De acordo com uma forma de realização prática da invenção, um acionador é escolhido para o rotor macho que exerce uma força de acionamento no rotor macho com um componente axial que é zero ou o qual, se não for zero, é dirigido desde a saída para a entrada, e para a roda dentada de sincronização deste rotor, é escolhida uma roda dentada com uns dentes oblíquos ou helicoidais, nos quais o curso da hélice da roda dentada de sincronização e o rotor macho tem a mesma direção com respeito à direção axial do rotor macho.

[0041] Deste modo, a força de acionamento resultante exercida pelo acionador e pelas rodas dentadas de sincronização no rotor macho é sempre direcionada da saída para a entrada e, consequentemente, na mesma direção como as forças de gás, na medida em que estão presentes.

[0042] Para este efeito, o acionador do rotor macho é preferivelmente construído como uma roda dentada de acionamento com dentes oblíquos que são escolhidos de tal modo que o curso da hélice da roda dentada de acionamento e do rotor macho, com respeito à direção axial do rotor macho, tem orientações opostas para que a força de acionamento exercida pela roda dentada de acionamento no rotor macho seja direcionada da saída para a entrada.

[0043] Alternativamente, um acionador pode ser escolhido com uma roda dentada de acionamento com dentes direitos que, desta forma, exerce muito pouca ou nenhuma força no rotor macho.

[0044] Um acionador direto do rotor macho é também uma das possibilidades, em que o rotor macho para o acionador é diretamente acoplado ao veio de um motor.

[0045] Com respeito ao rotor fêmea, dependendo do modo, as forças que ocorrem podem empurrar o rotor fêmea em uma ou em outra direção axial.

[0046] Por este motivo, o rotor fêmea é axialmente montado em rolamentos na estrutura do elemento compressor através de dois rolamentos axiais, os quais, preferivelmente, no caso de um elemento compressor acionado na entrada, são ambos montados no lado da saída do rotor fêmea.

[0047] Isto oferece vantagens equivalentes uma vez que a montagem do único rolamento axial do rotor macho no lado da saída de um elemento compressor acionado na entrada, isto é, em um ambiente sem pó protegido, longe do acionador da roda dentada e é facilmente acessível para montagem.

[0048] Preferivelmente, os rolamentos axiais são montados em cada lado da roda dentada de sincronização do rotor fêmea, por outras palavras, cada um no lado diferente desta roda dentada de sincronização, a qual promove a estabilidade e reduz o número de componentes da construção.

[0049] De acordo com um aspeto preferido, pelo menos um dos dois rolamentos axiais é colocado sob uma força de pré-tensão axial, preferivelmente, através de uma mola que exerce uma força pré-esforço da saída para a entrada, por outras palavras, na mesma direção como as forças de gás, de tal modo que quando já não há ou há poucas forças de gás ao iniciar, a força pré-tensão se sobrepõe à força de acionamento axial da roda dentada de sincronização do rotor fêmea para evitar que o rotor fêmea seja capaz de ser empurrado contra a face final da saída da estrutura.

[0050] Preferivelmente, uma força pré-tensão é apenas exercida na parte mais exterior dos dois rolamentos axiais através de uma mola de compressão que é apertada entre este rolamento axial mais afastado e a estrutura do elemento compressor, por exemplo, o revestimento das rodas dentadas de sincronização, o que facilita a montagem.

[0051] Mais preferível, uma mola flexível é usada para a mola de pré-tensão, na qual o rácio do comprimento criado/comprimento do rotor é maior do que 8%, em que o comprimento do rotor é definido como o comprimento axial da secção helicoidal do rotor.

[0052] Uma vantagem de tal mola flexível é que com tal mola, a força pré-tensão permanece relativamente constante com o encurtamento ou aumento de comprimento do espaço incorporado.

[0053] Preferivelmente, o rotor fêmea é adicionalmente montado em dois rolamentos radiais, respetivamente um no lado da entrada e outro no lado da saída do rotor fêmea.

[0054] Desta forma, existem apenas dois rolamentos no lado da entrada de um elemento compressor acionado pela entrada, isto é, um rolamento radial do rotor macho e um rolamento radial do rotor fêmea.

[0055] Isto permite que estes dois rolamentos radiais sejam integrados de forma vantajosa em um revestimento de rolamento com espessura e massa limitadas.

[0056] Neste caso, todos os outros rolamentos do rotor macho e fêmea são providenciados no lado de saída destes rotores em um ambiente sem poeira sob o revestimento das rodas dentadas de sincronização, longe da transmissão de roda dentada no lado de entrada, e facilmente acessíveis ao remover o revestimento.

[0057] Graças ao fato de que no local dos rolamentos axiais não ocorre quase flexão nenhuma dos veios do rotor, neste local pode ser escolhido um diâmetro menor do veio, de modo que seja possível selecionar rolamentos axiais mais pequenos, que são muito adequados para rotação a alta velocidade.

[0058] Uma combinação de um ou mais aspetos inovadores descritos acima permite obter cargas mais favoráveis para todos os rolamentos restantes, excluindo o rolamento axial único do rotor macho.

[0059] Os rolamentos menores providenciam a vantagem de que provocam menores perdas mecânicas à mesma velocidade de rotação, o que permite uma melhor eficiência à mesma velocidade de rotação ou permite que a velocidade seja aumentada.

[0060] De acordo com um aspeto particular da invenção, um ou mais rolamentos cerâmicos ou híbridos com esferas cerâmicas podem ser selecionados, os quais providenciam a vantagem de permitir velocidades de rotação ainda maiores.

[0061] De acordo com outro aspeto particular da invenção, para um elemento compressor acionado pela entrada, a face final da entrada da estrutura do elemento compressor é formada pelo revestimento do rolamento que é suportado em uma superfície maquinada da estrutura que também atua como uma superfície de suporte para estrutura do acionador.

[0062] Deste modo, apenas é necessária uma superfície maquinada para a fixação do revestimento do rolamento e estrutura do acionador, o que simplifica o alinhamento das duas estruturas entre si.

[0063] Isto também torna possível que uma entrada do casaco de arrefecimento da estrutura do elemento compressor seja ligada diretamente, por outras palavras, sem a intervenção de tubos externos, para uma saída dos canais de arrefecimento internos da estrutura da transmissão de rodas dentadas.

[0064] Como resultado, a montagem de tubos é evitada e o risco de fugas do circuito de refrigeração é reduzido.

[0065] Em resumo, é claro que devido a uma combinação de vários aspetos acima mencionados, pode ser obtido um elemento compressor compacto e eficiente com fugas excecionalmente baixas e, na medida do desejado, velocidades elevadas de rotação nunca antes vistas.

[0066] A invenção também providencia um elemento compressor de um compressor de parafuso que compreende uma estrutura com uma entrada para o gás no lado de entrada e uma saída para o gás no lado de saída e duas câmaras de rotor, onde dois rotores helicoidais são montados em rolamentos, os quais quando acionados encaixam de modo a comprimir o gás, respetivamente, um rotor macho com um acionador para o rotor macho e um rotor fêmea que é acionado por um rotor macho através de rodas dentadas de sincronização com, pelo menos, uma roda dentada de sincronização no rotor macho e uma roda dentada de sincronização no rotor fêmea, com a característica de que é um elemento compressor acionado pela entrada com um acionador do rotor macho no lado da entrada do rotor macho e as rodas dentadas de sincronização no lado de saída do rotor macho, em que o rotor macho é montado em rolamentos na direção axial através de apenas um rolamento axial único que é montado no lado da saída.

[0067] Isto significa que as rodas dentadas de sincronização estão a uma distância axial curta do rolamento principal axial único, com a vantagem de que o efeito dos gradientes de temperatura variável na troca de sincronização entre o rotor macho e fêmea é limitado, como já definido acima.

[0068] A invenção também se relaciona com um compressor de parafuso com um elemento compressor de acordo com a invenção, em que este elemento compressor é acionado por uma transmissão de roda dentada com roda dentada de acionamento no rotor macho que, quando acionada, exerce força neste rotor que tem um componente axial que está direcionado para o lado de saída do lado de entrada.

[0069] Com a intenção de melhor mostrar as características da invenção, umas formas de realização preferidas de um compressor de parafuso com um elemento compressor de acordo com a invenção são descritas doravante através de exemplo, sem qualquer natureza limitativa, com referência aos desenhos em anexo, nos quais: A figura 1 mostra esquematicamente um corte transversal de uma parte de um compressor de parafuso com um elemento de compressor de acordo com a invenção; A figura 2 mostra um corte transversal, como na figura 1, mas para uma forma de realização variante.

[0070] O compressor de parafuso 1 mostrado na figura 1 compreende um elemento compressor 2 e um acionador na forma de uma transmissão de roda dentada 3, da qual apenas uma parte é mostrada por motivos de simplicidade.

[0071] O elemento compressor 2 é providenciado com uma estrutura 4 com uma secção central 4a, na qual duas câmaras de rotor cilíndricas sobrepostas 5 são providas, onde dois rotores 6 e 7 são fixos com lóbulos helicoidais 8, respetivamente um rotor macho 6 e um rotor fêmea 7, cujos lóbulos 8 encaixam de tal forma que as câmaras são separadas entre os rotores 6 e 7, as quais, quando o elemento compressor 2 é acionado, se movem de forma conhecida a partir de uma entrada, não mostrada nos desenhos, no lado de entrada 9 dos rotores 6 e 7 para uma saída 10 no lado de saída 11 dos rotores 6 e 7, em que, durante este movimento, o gás no interior é comprimido.

[0072] As linhas de eixo X-X' e Y-Y' dos dois rotores 6 e 7 são dispostas praticamente em paralelo entre si e são mantidas em uma direção axial pelas suas faces finais 6a e 6b e 7a e 7b respetivas, entre uma face final da entrada 12 da estrutura 4 que é formada por um revestimento de rolamento 4b que faz parte da estrutura 4 e uma face final da saída 13 que, neste caso, é trabalhada diretamente na secção central 4a da estrutura 4.

[0073] O rotor macho 6 é providenciado com dois fusos do eixo coaxais 6c e 6d, através dos quais este rotor 6 é montado rotativamente nos rolamentos na estrutura 4, respetivamente através de um único rolamento radial 14 no revestimento do rolamento 4b no lado da entrada 9 do rotor 6, e através de um rolamento radial 15 e um rolamento axial 16 no lado de saída 11, em que, no caso da figura 1, este rolamento axial 16 é um rolamento único através do qual o rotor 6 é axialmente fixo para evitar que o rotor macho 6 seja empurrado pela sua face final 6a no lado de entrada 9 contra a face final da entrada 12 da estrutura 4 devido às forças que ocorrem durante a operações do compressor de parafuso 1.

[0074] O rotor fêmea 7 é também providenciado com duas faces finais 7a e 7b e com dois fusos do eixo coaxiais 7c e 7d, dos quais o fuso do eixo 7c no lado da entrada 9 do rotor 7 é montado em rolamentos através de um único rolamento radial 17, enquanto o outro fuso do eixo axial 7d é providenciado com um rolamento radial 18 e dois rolamentos axiais 19 e 20.

[0075] A estrutura 4 é providenciada no lado da saída 11 com um revestimento 4c que é apertado à secção central 4a da estrutura 4 e sob a qual os rolamentos 15, 16, 18, 19 e 20 estão protegidos.

[0076] São colocadas juntas 21 entre as várias peças 4a, 4b e 4c da estrutura 4.

[0077] É específico da invenção que o elemento compressor 2 seja um elemento compressor acionado pela entrada, o que significa que a transmissão de roda dentada externa 3 do elemento compressor 2 está no lado da entrada 9 e não no lado da saída como é habitual.

[0078] No exemplo mostrado, esta transmissão de roda dentada 3 é mostrada esquematicamente como uma transmissão de roda dentada da qual apenas uma parte 3a da estrutura é mostrada e como duas rodas dentadas 22-23 com dentes oblíquos que se encaixam, e das quais uma roda dentada 23, a "roda dentada de acionamento", é fixa diretamente ao fuso do eixo 6c do rotor macho 6. A roda dentada de acionamento 23 pode ser vista como parte do elemento compressor 2 ou como parte da transmissão de roda dentada 3.

[0079] O rotor fêmea 7 é acionado pelo rotor macho 6 através de rodas dentadas de sincronização no lado de saída 11, neste caso, duas rodas de sincronização 24 e 25 com dentes oblíquos que encaixam, e das quais uma roda dentada 24 é fixa no fuso do eixo 6d do rotor macho 6 e a outra roda dentada 25 no fuso do eixo 7d do rotor fêmea 7. O rácio de transmissão é escolhido de modo que o rotor macho 6 acione o rotor fêmea 7 a uma velocidade inferior.

[0080] As rodas dentadas de sincronização 24-25 estão protegidas do ambiente através do revestimento 4c acima mencionado.

[0081] A roda dentada de sincronização 25 do rotor fêmea 7 é rodeada pelos rolamentos axiais 19 e 20 do rotor fêmea 7, em que estes rolamentos 19 e 20 estão cada um em um lado diferente desta roda dentada de sincronização 25.

[0082] No rolamento 20 mais orientado para o lado externo destes dois rolamentos axiais 19 e 20, um pré-esforço axial é exercido através de uma mola 26 que é fixa entre o rolamento 20 em questão e o revestimento 4c.

[0083] Esta mola 26 é preferencialmente uma mola flexível cujas alterações de comprimento têm pouco efeito na força de pré-esforço exercida.

[0084] Mola flexível significa uma mola cujo rácio de comprimento incorporado para comprimento do rotor é maior do que 8%, com o comprimento do rotor L sendo definido como o comprimento axial da secção helicoidal do rotor ou, por outras palavras, a distância axial entre as faces finais de um rotor em questão.

[0085] Como é habitual, os rotores 6 e 7 são selados através de vedantes 27.

[0086] De acordo com um aspeto em particular da invenção, a escolha de um elemento compressor acionado pela entrada 2 permite que a secção central 4a da estrutura 4 no lado de entrada 9 seja provida com uma superfície maquinada única 28, que atua como uma superfície de fixação 28 para o revestimento do rolamento 4b no lado da entrada 9 e atua como superfície de fixação 28 para a estrutura 3a da transmissão de roda dentada 3, o que facilita o alinhamento axial entre duas estruturas 4 e 3a.

[0087] A secção central 4a da estrutura do elemento compressor 2 é provida com um casaco de arrefecimento 29 com uma entrada 30, o que, no caso da figura 1, se liga a um canal de arrefecimento interno 31 da transmissão de roda dentada 3, em que esta ligação é selada por um O-ring simples 32.

[0088] A operação do dispositivo 1 é muito simples e como se segue.

[0089] Quando o elemento compressor 1 é acionado na direção da rotação mostrada pelas setas R na figura 1, é retirado gás de uma forma conhecida devido ao encaixe dos rotores 6 e 7 através da entrada do elemento compressor 2 e após compressão é empurrado através da saída 10.

[0090] Como resultado da compressão, o rotor macho 6 e o rotor fêmea 7 experienciam uma força de gás com um componente axial Fg e Fg' que é direcionado do lado de saída 11, onde prevalece uma pressão mais elevada para o lado da entrada 9, onde prevalece uma pressão menor.

[0091] Adicionalmente, os rotores 6 e 7 experienciam forças que se devem às forças mecânicas que são exercidas nos rotores 6 e 7 pelas rodas dentadas 23, 24 e 25, mais em particular forças com um componente axial Fp e Fs que são exercidas respetivamente pela roda dentada de acionamento 23 e roda dentada de sincronização 24 no rotor macho 6 e a força axial Fs' que é exercida pela outra roda dentada de sincronização 25 no rotor fêmea 7, ambos no caso de um início sem o efeito das forças do gás, por outras palavras, em circunstâncias hipotéticas em que os rotores 6 e 7 são acelerados sem um aumento de pressão e, deste modo, sem as forças do gás, por exemplo, no caso de uma câmara do rotor 5 da estrutura 4 do elemento compressor 2 ser aberta.

[0092] De acordo com a invenção, o curso dos dentes oblíquos das rodas dentadas oblíquas 23 e 24 do rotor macho 6 é escolhido de modo que as forças axiais Fp e Fs atuem na mesma direção como a força do gás axial Fg acima mencionado, de modo que o rotor macho 6 apenas experiencie forças que tendem a empurrar o rotor 6 na direção do lado da entrada 9.

[0093] O rolamento axial 16 do rotor macho 6 evita assim que a face final 6a do rotor macho 6 possa entrar em contato com a face final da entrada 12 da estrutura 4 sem ser necessário outros meios para este efeito, na forma de uma mola, êmbolo ou outros meios de compensação.

[0094] De modo a efetuá-lo, na figura 1, um dente oblíquo é escolhido, onde o curso da hélice da roda dentada de acionamento 23 e a hélice do rotor macho 6 relativamente à direção axial X-X' do rotor macho 6 são orientados em direções opostas, enquanto o curso da hélice da roda dentada de sincronização 24 e a hélice do rotor macho 6 têm a mesma orientação relativamente à direção axial X-X' do rotor macho 6. Por outras palavras, isto significa que quando o ângulo A incluído mais pequeno, medido da direção axial X-X' para a direção tangencial dos lóbulos helicoidais 8 do rotor macho 6, é positivo ou, por outras palavras, orientado na direção dos ponteiros do relógio, e o ângulo B incluído mais pequeno, medido da direção axial X-X' para os dentes oblíquos da roda dentada da sincronização 24, é positivo ou, por outras palavras, também orientado na direção dos ponteiros do relógio, enquanto o ângulo C incluído, medido na direção axial X-X' para os dentes oblíquos da roda dentada de acionamento 23, é negativo, ou orientado na direção contrária aos ponteiros dos relógios.

[0095] Claro que a roda dentada de sincronização 25 do rotor fêmea 7 apresenta uns dentes que são complementares ao da roda dentada de sincronização 24 do rotor macho 6, a partir de onde segue a força axial Fs', exercida no rotor fêmea 7 pela roda dentada de sincronização 25, é oposta à força axial de gás Fg' exercida no rotor fêmea 7 quando o compressor de parafuso 1 funciona sob uma carga.

[0096] Adicionalmente, o rotor fêmea 7 experiencia uma força axial Fv' como resultado do pré-esforço da mola 26 que é direcionado de forma oposta à força Fs' da roda dentada de sincronização 25 e que é escolhida de modo que o estado descarregado da força de gás Fg' é eliminada, a força de pré-esforço Fv', pelo menos, compensa a força restante Fs'.

[0097] É claro que o revestimento 4c no lado da entrada 11 é facilmente removido, de modo que todos os rolamentos axiais 16, 19 e 20, bem como os rolamentos radiais 15 e 18 e as rodas de sincronização 24 e 25 e a mola pré- esforço 26 são facilmente acessíveis para montagem e/ou inspeção.

[0098] A espessura H e a massa do revestimento do rolamento 4b no lado de entrada 9 são relativamente limitadas, pois apenas dois rolamentos radiais 14 e 17 têm de ser acomodados. Adicionalmente, este revestimento do rolamento 4b é montado na estrutura 3a da transmissão de roda dentada 3, o que significa uma poupança do comprimento axial do compressor de parafuso 1 comparado com compressores de parafuso já existentes com capacidade similar.

[0099] No caso de uma fuga no local do O-ring 32, existe apenas o risco da fuga de líquido de refrigeração entrar na transmissão de roda dentada, de modo que o óleo desta transmissão de roda dentada pode ser estragado, mas que é menos catastrófico do que quando ocorre uma fuga no mesmo local em elementos compressores conhecidos, em que tal caso, o líquido de refrigeração pode penetrar nas câmaras dos rotores 5 do elemento compressor 2, resultando na paragem imediata do elemento compressor 2.

[00100] Pelo mesmo motivo, não são providenciados vedantes entre o canal de arrefecimento 30 e o revestimento 4b. Quaisquer aberturas necessárias para realizar os canais de arrefecimento no casaco de arrefecimento 29 são seladas entre o casaco de arrefecimento 29 e o revestimento 4c. O vedante 33 na figura 1 é um exemplo disto. A figura 2 mostra uma variante de um elemento compressor 2 de acordo com a invenção, em que, neste caso, a alteração da inclinação da hélice do rotor macho 6 é orientada na direção oposta para uma "hélice esquerda" em vez da hélice direita do rotor macho 6 da figura 1.

[00101] O curso da direção dos dentes oblíquos da roda dentada de acionamento 23 e as rodas dentadas de sincronização 24 e 25 é, neste caso, oposto para garantir que todas as forças Fp, Fs e Fg que são exercidas no rotor macho 6 sejam orientadas do lado de saída 11 para o lado de entrada 9.

[00102] Não será necessário dizer que, em vez das rodas dentadas 22 a 25 com dentes oblíquos, rodas dentadas helicoidais ou direitas ou outras formas de acionamento direto ou indireto, podem ser aplicadas, as quais quando acionadas podem exercer uma força axial nos rotores 6 e 7 ou as quais, se aplicável, exercem uma força axial no rotor macho que é pequena ou mesmo zero.

[00103] Os rolamentos axiais 16, 19 e 20 podem ser de atuação única ou dupla, mas os rolamentos de atuação única oferecem a vantagem de serem mais eficientes.

[00104] É claro que um elemento compressor acionado pela entrada 2 oferece certas vantagens com respeito aos elementos compressores acionados pela saída convencionais e que este aspeto também pode ser aplicado independentemente, separado das outras características que são incluídas na descrição.

[00105] É claro que podem ser aplicados vários rolamentos axiais e radiais que não aqueles descritos acima, mas isto pode trazer perdas extra.

[00106] Também é claro que a força de pré-esforço Fv' pode também ser realizada através de outros meios que não uma mola 26, por exemplo, por interação magnética ou com um êmbolo. Não é excluído que existam rodas dentadas intermédias entre as rodas dentadas de sincronização 24 e 25 do rotor macho 6 e do rotor fêmea 7 para o acionamento do rotor fêmea pelo rotor macho.

[00107] Na discussão sobre as forças, apenas foi tido em conta o componente axial das forças exercidas, apesar de ser também possível um componente radial. O termo força ou força axial significa, deste modo, o componente axial da força em questão.

[00108] A presente invenção não é de modo algum limitada pelas formas de realização descritas como exemplo e mostradas nos desenhos, mas um elemento compressor e compressor de parafuso de acordo com a invenção podem ser realizados em todos os tipos de formas e dimensões, sem sair do âmbito da invenção.

Claims (15)

1. Elemento compressor de um compressor de parafuso (1) para comprimir gás, com o elemento compressor (2), compreendendo uma estrutura (4) com uma entrada para o gás no lado da entrada (9), e uma saida (10) para o gás no lado da saida (11) e duas câmaras de rotor (5) nas quais dois rotores helicoidais (6 e 7) são montados em rolamentos, que após serem acionados encaixam de modo a comprimir o gás, respetivamente, um rotor macho (6) com um acionador para o rotor macho (6) e um rotor fêmea (7) que é acionado pelo rotor macho (6) através de rodas dentadas de sincronização (24 e 25) com, pelo menos, uma roda dentada de sincronização (24) no rotor macho (6) e uma roda dentada de sincronização (25) no rotor fêmea (7), caracterizado pelo fato de que: a roda dentada de sincronização (24) do rotor macho (6) é providenciada com dentes obliquos ou helicoidais, onde a inclinação dos dentes da roda dentada de sincronização (24) e a inclinação da hélice do rotor macho (6), relativamente à direção axial (X-X') do rotor macho (6), tem a mesma orientação; e o acionamento do rotor macho (6) compreende uma roda dentada de acionamento (23) com dentes diretos ou com dentes obliquos ou helicoidais, dos quais a inclinação dos dentes é oposta à inclinação da hélice do rotor macho (6) relativamente à direção axial (X-X') do rotor macho (6) de forma que, quando o elemento compressor (2) é acionado, exerce pouca ou nenhuma força axial no rotor macho (6) ou uma força axial que é dirigida do lado de saida (11) para o lado de entrada (9), respectivamente; ou o rotor macho (6) tem um acionador direto, o qual o rotor macho (6) é diretamente acoplado a um veio de um motor para o acionamento; de modo que, após serem acionados com aceleração dos rotores (6 e 7) do elemento compressor (2) sem forças do gás, a força acionadora mecânica resultante que é exercida por este acionador e por esta roda dentada de sincronização (24), no rotor macho (6) tem um componente axial (Fp e Fs) que é dirigido do lado de saida (11) para o lado de entrada (9) ; e que o movimento do rotor macho (6) na direção axial (X-X') do lado de saida (11) para o lado de entrada (9) é fixo através de um rolamento axial de ação simples ou dupla (16).

2. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rolamento axial único (16) do rotor macho (6) é um rolamento axial de ação simples.

3. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que é um elemento compressor (2) acionado pela entrada com um acionador no rotor macho (6) no lado da entrada (9) do rotor macho (6) e as rodas dentadas de sincronização (24 e 25) no lado da saida (11) do rotor macho (6) e que o rotor axial único (16) do rotor macho (6) é montado no lado da saida (11).

4. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o rotor macho (6) está montado radialmente em rolamentos através de dois rolamentos radiais (14 e 15), respetivamente, um rolamento radial (14) no lado de entrada (9) do rotor (6) e um rolamento radial (15) no lado da saida (11).

5. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o rotor fêmea (7) é montado nos rolamentos axiais na estrutura (4) através de dois rolamentos axiais (19 e 20) que são ambos montados no lado de saida (11) do rotor fêmea (7) e que, em conjunto, bloqueiam o rotor fêmea (7) na direção axial (Y-Y1), ambos do lado de entrada (9) para o lado de saida (11) e do lado de saida (11) para o lado de entrada (9).

6. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os rolamentos axiais (19 e 20) são montados em ambos os lados da roda dentada de sincronização (25) do rotor fêmea (6).

7. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que, pelo menos um dos dois rolamentos axiais (19 e 20) é colocado sob um pré-esforço axial que exerce uma força de pré-esforço (Fv') que é dirigida do lado de saida (11) para o lado de entrada (9).

8. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos dois mancais axiais (19 e 20) é colocado sob uma pré-tensão axial por meio de uma mola (26).

9. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que é apenas exercido um pré- esforço no rolamento mais externo (20) dos dois rolamentos axiais (19 e 20) através de uma mola (26) que é fixa entre este rolamento axial mais externo (20) e a estrutura (4c) do elemento compressor (2).

10. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 7 ou 9, caracterizado pelo fato de que uma mola flexivel é usada para a mola pré- esforço (26) cujo rácio comprimento incorporado / comprimento do rotor é maior do que 8%, com o comprimento do rotor (L) sendo definido como o comprimento axial da secção helicoidal do rotor.

11. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o rotor fêmea (7) é montado adicionalmente em rolamentos através de dois rolamentos radiais (17 e 18), um no lado de entrada (9) e o outro no lado de saida (11) do rotor fêmea (7).

12. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um rolamento axial (16, 19, 20) é um rolamento com estrutura centrada na esfera.

13. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um rolamento axial é um rolamento hibrido com esferas cerâmicas.

14. Elemento compressor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a face final da entrada (12) da estrutura (4) do elemento compressor (2) é formada pelo revestimento do rolamento (4b) que é suportado em uma superfície de fixação maquinada (28) da estrutura (4) que também atua como superfície de fixação para a estrutura (3a) no acionador.

15. Compressor de parafuso, caracterizado por ser provido com um elemento compressor (2), conforme definido na reivindicação 1 ou 2, que é acionado através de um acionador no rotor macho (6), em que este acionador exerce uma força neste rotor (6) que tem um componente axial (Fp) que é diriqido do lado de saida (11) para o lado de entrada (9) do rotor macho (6) ou o qual é iqual a zero.