BR112019001889B1 - Elemento compressor ou expansor com líquido injetado e método para controlar a injeção de líquido de um dispositivo compressor ou expansor - Google Patents
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Abstract
Elemento compressor ou elemento expansor com líquido injetado (1) com um invólucro (2) que compreende uma câmara de rotor (3) na qual pelo menos um rotor (6) é rotacionalmente fixado, pelo que o elemento (1) é ainda dotado de uma conexão (10) para um circuito de injeção para a injeção de líquido no elemento (1), pelo que a conexão (10) ao circuito de injeção é realizada por meio de um ponto de injeção (11a) no invólucro (2) que abre para o interior da primeira câmara de compressão ou câmara de expansão (13), caracterizado pelo fato de que a conexão (10) ao circuito de injeção é adicionalmente realizada por meio de um ponto de injeção adicional (11b) no invólucro (2) que abre para uma segunda câmara de compressão ou câmara de expansão (14, 17) ou subsequente.
Description
[0001] A presente invenção se refere a um elemento compressor ou elemento expansor com líquido injetado.
[0002] Sabe-se que nos elementos compressores ou elementos expansores um líquido de lubrificação, como óleo ou água, por exemplo, é injetado no invólucro para fornecer lubrificação entre os rotores e também vedação para minimizar perdas por vazamento.
[0003] O líquido lubrificante também fornecerá resfriamento no caso de um elemento compressor para poder remover o calor liberado durante a compressão.
[0004] Um exemplo de um sistema conhecido pode ser encontrado no documento US 2012.207.634 A, de modo que é revelado um sistema de compressor incluindo um reservatório de lubrificante. A injeção de líquido na câmara de compressão é realizada através de uma primeira porta de alimentação de lubrificação em uma primeira região de pressão e através de uma segunda porta de alimentação de lubrificação na direção de pressão crescente.
[0005] Em outros elementos compressores conhecidos, o líquido lubrificante é injetado em um local onde ele não pode entrar em contato com a entrada da máquina, porque o líquido lubrificante é geralmente mais quente que o gás a ser comprimido que é extraído e qualquer troca de calor entre o líquido lubrificante e o gás afetariam negativamente, isto é, reduziriam o grau de admissão.
[0006] Tradicionalmente, o ponto de injeção é escolhido logo após a câmara de gás rotativa ser fechada a partir da entrada, isto é, logo no início da compressão ou expansão.
[0007] No caso de um elemento compressor, isto tem a vantagem de que uma queda de pressão máxima é criada através do circuito de líquido, de modo que para um determinado circuito de líquido o fluxo de líquido lubrificante é um máximo, ou então para um determinado fluxo de líquido lubrificante o circuito de líquido pode ser minimizado.
[0008] No momento em que a câmara de gás rotativa é fechada a partir da entrada, ela se torna a ‘primeira’ câmara de compressão ou expansão. É nesse momento que a compressão ou expansão será iniciada.
[0009] Esta câmara permanece a primeira câmara de compressão ou expansão até ao momento em que o rotor rodou um ciclo adicional, isto é, o rotor virou um passo, depois se torna a segunda câmara de compressão ou expansão.
[0010] O ponto de injeção está tradicionalmente localizado na linha helicoidal formada pelas pontas dos lóbulos do rotor que separam a primeira e segunda câmara de compressão ou câmara de expansão acima mencionadas e este ponto apenas entra em contato com a primeira câmara de compressão ou câmara de expansão.
[0011] Uma desvantagem desses elementos compressores ou elementos expansores conhecidos é que nas câmaras de compressão ou expansão subsequentes não há vedação ou lubrificação ou é insuficiente porque o líquido lubrificante insuficiente está presente, o que é principalmente um problema na iniciação do elemento e em pressões mais altas.
[0012] Outra desvantagem desses elementos compressores conhecidos é que o líquido de lubrificação pode apenas resfriar até um certo limite, porque a compressão ainda não começou no local da injeção, de modo que o gás mal aquece.
[0013] O propósito da presente invenção é fornecer uma solução para pelo menos uma das desvantagens mencionadas anteriormente e outras desvantagens.
[0014] O objeto da presente invenção é um elemento compressor ou elemento expansor com líquido injetado com um invólucro que compreende uma câmara de rotor na qual dois rotores estão rotacionalmente fixados, os ditos rotores rodando com os seus lóbulos unidos, de modo que o elemento é ainda dotado de uma conexão para um circuito de injeção para a injeção de líquido lubrificante no elemento, de modo que a conexão ao circuito de injeção é realizada por meio de um ponto de injeção no invólucro que abre para a primeira câmara de compressão ou câmara de expansão, de modo que a conexão ao circuito de injeção é adicionalmente realizada por meio de um ponto de injeção adicional no invólucro que abre para uma segunda câmara de compressão ou câmara de expansão ou subsequente, onde a primeira câmara de compressão ou câmara de expansão é a câmara de gás que é fechada logo após a entrada de gás da câmara do rotor e a dita segunda câmara de compressão ou câmara de expansão ou subsequente a ser formada após o pelo menos um rotor ter girado um passo ou revolução a partir da entrada de gás.
[0015] Uma vantagem é que o líquido é injetado na câmara de compressão ou câmara de expansão subsequente de modo que a vedação e lubrificação necessárias também possam ser fornecidas lá. Isso é necessário, em particular, a baixas velocidades ou na iniciação.
[0016] Em outras palavras o líquido será injetado nos locais onde é necessário e útil.
[0017] Outra vantagem é que no caso de um elemento compressor, a pressões mais altas uma vedação local melhor será obtida, de modo que o vazamento do gás de uma câmara de compressão para outra câmara de compressão pode ser evitado.
[0018] Outra vantagem é que, como o líquido é injetado no elemento de uma maneira mais direcionada, ou seja, em locais onde ele (também) é necessário, menos líquido terá que ser injetado para obter a mesma vedação, lubrificação e resfriamento do que no caso convencional somente com injeção na primeira câmara de compressão ou câmara de expansão.
[0019] Uma vantagem adicional é que, no caso de um elemento compressor, a eficiência do resfriamento pelo líquido será maior, pois a diferença de temperatura entre o líquido e o gás na segunda câmara de compressão ou subsequente será maior, de modo que haverá mais transferência de calor.
[0020] A invenção também se refere a um método para controlar a injeção de líquido de um dispositivo compressor ou dispositivo expansor, de modo que o dispositivo compressor ou dispositivo expansor compreende pelo menos um elemento compressor ou elemento expansor, em que o elemento compreende um invólucro que compreende uma câmara de rotor na qual dois rotores são rotacionalmente fixados, os ditos rotores (6) girando com seus lóbulos (7) acoplados juntos, de modo que o líquido lubrificante é injetado no elemento, pelo qual o método compreende a etapa de fornecer pelo menos dois suprimentos líquidos para a câmara do rotor do invólucro, em que um suprimento de líquido é injetado na primeira câmara de compressão ou câmara de expansão e o outro é injetado em uma segunda câmara de compressão ou câmara de expansão subsequente, de modo que a primeira câmara de compressão ou câmara de expansão é a câmara de gás que é fechada logo após uma entrada de gás da câmara do rotor e da dita segunda câmara de compressão ou câmara de expansão ou subsequente a ser formada após o pelo menos um rotor ter girado um passo ou revolução a partir da entrada de gás.
[0021] Com a intenção de mostrar melhor as características da invenção, algumas variantes preferenciais de um elemento compressor ou elemento expansor com líquido injetado de acordo com a invenção e um método para controlar a injeção de líquido de um dispositivo compressor ou dispositivo expansor, serão descritos doravante a título de exemplificação, sem qualquer natureza limitante, em referência aos desenhos anexos, em que: A figura 1 mostra esquematicamente um elemento compressor de acordo com a invenção; A figura 2 mostra esquematicamente um elemento expansor de acordo com a invenção.
[0022] O elemento compressor 1 de acordo com a invenção mostrado esquematicamente na figura 1 compreende um invólucro 2 que define uma câmara de rotor 3.
[0023] A câmara de rotor 3 é dotada de uma entrada de gás 4 e uma saída de gás 5 para gás comprimido.
[0024] Um ou mais rotores 6 são rotacionalmente fixados no invólucro 2. Nesse caso, há dois rotores 6 que rodam com seus lóbulos 7 acoplados juntos.
[0025] Os rotores 6 são rotacionalmente fixados no alojamento 2 por meio de mancais 8, nesse caso, na forma de dois mancais que são afixados nas hastes 9 dos rotores 6. Os mancais 8 podem ser obtidos por meio de mancais de rolo ou podem ser feitos na forma de mancais planos.
[0026] Além disso, o elemento compressor 1 é dotado de uma conexão 10 para um circuito de injeção para a injeção do líquido no elemento compressor 1.
[0027] Esse líquido pode, por exemplo, ser óleo sintético ou água ou outro, mas a invenção não é limitada a isso.
[0028] De acordo com a invenção a conexão 10 ao circuito de injeção é realizada por meios de um ponto de injeção 11a no invólucro 2 que está conectado a uma tubulação de injeção 12a do circuito de injeção e que abre para dentro da primeira câmara de compressão 13.
[0029] A primeira câmara de compressão 13 é a câmara de gás que é fechada logo após a entrada, como mostrado na figura 1. É nesse momento que a compressão será iniciada.
[0030] Esta câmara permanece a primeira câmara de compressão 13 até o momento em que os rotores 6 tiverem girado um ciclo ou passo adicional. Neste momento, esta câmara se torna a segunda câmara de compressão 14.
[0031] Observe que, neste momento, uma nova primeira câmara de compressão 13 é formada, pela câmara que foi anteriormente a câmara de entrada 15 que foi conectada à entrada 4.
[0032] O primeiro ponto de injeção 11a é escolhido de modo que ele sempre abre para a primeira câmara de compressão 13 independente da posição dos rotores 6 de modo que este ponto de injeção 11a nunca pode entrar em contato com a entrada 4 e a câmara de entrada 15.
[0033] Deste modo, o óleo é impedido de conseguir chegar na câmara de entrada 15.
[0034] De acordo com a invenção, a conexão 10 ao circuito de injeção é adicionalmente realizada por meios de um ponto de injeção adicional 11b no invólucro 2 que está conectado a uma segunda tubulação de injeção 12b do circuito de injeção e que abre para dentro de uma segunda câmara de compressão 14 ou câmara de compressão subsequente.
[0035] A segunda câmara de compressão 14 está, como já explicado acima, localizada a um passo ou uma revolução dos rotores 6 a partir da entrada.
[0036] Nesse caso ambos o ponto de injeção 11a e o ponto de injeção adicional 11b estão localizados em uma linha helicoidal 16a, 16b, 16c que é formada pelas pontas dos lóbulos do rotor 7 que separam câmaras de separação sucessivas 13, 14 uma da outra.
[0037] Observe que estas linhas helicoidais 16a, 16b, 16c são traçadas, por assim dizer, pelas pontas dos lóbulos do rotor 7 no invólucro 2, pelo menos nas paredes da câmara do rotor 3.
[0038] Essas linhas helicoidais 16a, 16b são mostradas na figura 1. A linha helicoidal de entrada 16a separa a câmara de entrada 15 que é conectada à entrada 4 da primeira câmara de compressão 13. A próxima linha helicoidal 16b separa a primeira câmara de compressão 13 da segunda câmara de compressão 14.
[0039] O ponto de injeção 11a fica sobre essa linha helicoidal 16b. Como resultado, pode ser garantido que o óleo que é injetado através desse ponto de injeção 11a nunca pode chegar à entrada 4.
[0040] O ponto de injeção adicional 11b está sobre uma linha helicoidal subsequente 16c que separa a segunda câmara de compressão 14 da terceira câmara de compressão 17.
[0041] Como já foi dito, dois rotores 6 estão rotacionalmente fixados na câmara do rotor 9, pela qual neste caso é fornecido um ponto de injeção adicional 11b para cada rotor 6, isto é, na localização ou no lado de cada rotor 6.
[0042] Deste modo, cada um destes pontos de injeção 11b assentará em uma linha helicoidal 16c que é traçada nas paredes da câmara do rotor 3 pelas pontas dos lóbulos 7 do rotor 6 em questão.
[0043] Esse elemento compressor 1 pode ser usado em um dispositivo compressor, não mostrado nos desenhos, que é fornecido com um circuito de injeção que está conectado aos pontos de injeção 11a, 11b, pelos quais este circuito de injeção pode ser controlado de modo que a quantidade e temperatura do líquido que é injetado podem ser controladas.
[0044] A operação do elemento compressor 1 é muito simples e como a seguir.
[0045] Durante o funcionamento do elemento compressor 1, um gás, por exemplo ar, será arrastado para dentro da câmara do rotor 3 através da entrada de gás 4, mais especificamente para a câmara de entrada 15, pela qual devido ao funcionamento dos rotores 6 o gás será comprimido e deixa o elemento compressor 1 através da saída 5.
[0046] Durante a operação, o líquido será injetado na câmara do rotor 3 para fornecer lubrificação, vedação e resfriamento.
[0047] O líquido é injetado na primeira câmara de compressão 13 através do ponto de injeção 11a e na segunda câmara de compressão 14 através do ponto de injeção adicional 11b.
[0048] A quantidade de líquido que é fornecida através das tubulações de injeção 12a, 12b pode ser ajustada de acordo com os requisitos vigentes naquele momento.
[0049] Por exemplo, os fluxos de injeção podem ser ligados/desligados, pelo que nenhum líquido é injetado ou uma quantidade predeterminada é injetada.
[0050] Também é possível que a temperatura do líquido que é injetado através do ponto de injeção 11a e o ponto de injeção adicional 11b seja controlada, de modo que o controle pode ser feito separadamente para ambos os pontos de injeção 11a, 11b.
[0051] O pedido de patente belga N° 2016/5147 do mesmo requerente vai mais fundo.
[0052] É possível que o ponto de injeção 11a ou o ponto de injeção adicional 11b seja constituído por vários pontos de sub-injeção.
[0053] Cada um dos pontos de sub-injeção que formam o ponto de injeção 11a se abre para a primeira câmara compressora 13 e estão preferencialmente localizados na linha helicoidal 16b mencionada anteriormente, que separa a primeira câmara de compressão 13 da segunda câmara de compressão 14.
[0054] Analogamente, os pontos de sub-injeção que formam o ponto de injeção adicional 11b se abre para a segunda câmara compressora 14 e estão preferencialmente localizados na linha helicoidal 16c entre a segunda câmara de compressão 14 e a terceira câmara de compressão 17.
[0055] Também é possível que haja mais do que um ponto de injeção adicional 11b, de modo que estes pontos de injeção adicionais 11b abrem para uma câmara de compressão diferente 14, 17, isto é, além do ponto de injeção adicional 11b que se abre para a segunda câmara de compressão 14, há também um ou mais pontos de injeção adicionais 11b que se abrem para a terceira câmara de compressão 17 ou uma câmara de compressão subsequente.
[0056] Deste modo, o líquido será injetado na primeira, segunda e terceira câmara de compressão 13, 14, 17.
[0057] Também é possível que exista apenas um ponto de injeção adicional 11b que abre para a terceira câmara de compressão 17 ou câmara de compressão subsequente e em outras palavras que o líquido é injetado na primeira câmara de compressão 13 para a terceira câmara de compressão 17, mas não para dentro da segunda câmara de compressão 14.
[0058] A figura 2 mostra um elemento expansor 1 de acordo com a invenção.
[0059] Esta modalidade difere essencialmente da anterior pelo fato de que a entrada 4 e a saída 5 são trocadas, por assim dizer. Isto significa que a hélice de entrada 16a e a primeira câmara de expansão 13 estão localizadas no outro lado do elemento 1.
[0060] A forma da entrada 4 também é diferente: a entrada 4 tem tanto uma seção axial quanto uma seção radial. A invenção não está limitada a isto dessa forma, e as entradas e saídas para elementos compressores e elementos expansores podem ter seções radiais e axiais.
[0061] O ponto de injeção 11a está localizado na linha helicoidal 16b que separa a primeira câmara de expansão 13 da segunda câmara de expansão 14 e o ponto de injeção adicional 11b está localizado na linha helicoidal subsequente 16c.
[0062] O ponto de injeção 11a injetará líquido na primeira câmara de expansão 13. É esta câmara de gás que é apenas separada da entrada 4 do elemento expansor 1.
[0063] Quando os rotores 6 rodaram mais um passo ou revolução, esta primeira câmara de expansão 13 torna-se a segunda câmara de expansão 14 na qual o ponto de injeção adicional 11b injetará líquido.
[0064] Os elementos e variantes adicionais mencionados acima podem ser aplicados mutatis mutandis a um elemento expansor.
[0065] Embora o precedente seja descrito para um elemento compressor ou elemento expansor 1, a invenção também é aplicável a uma bomba de vácuo, que, em essência, também é um elemento compressor 1 ou dispositivo compressor.
[0066] A presente invenção não é de nenhuma maneira limitada às modalidades descritas como um exemplo e mostradas nos desenhos, mas um elemento compressor ou elemento expansor com líquido injetado de acordo com a invenção e um método para controlar a injeção de líquido de um dispositivo compressor ou dispositivo expansor pode ser realizado de acordo com variantes diferentes sem se afastar do escopo da invenção.
Claims (9)
1. Elemento compressor ou elemento expansor com líquido injetado (1) com um invólucro (2) que compreende uma câmara de rotor (3) na qual dois rotores (6) são rotacionalmente fixados, os ditos rotores (6) girando com seus lóbulos (7) juntos, de modo que o elemento (1) é ainda dotado de uma conexão (10) para um circuito de injeção para a injeção de líquido de lubrificação no elemento (1), pelo que a conexão (10) ao circuito de injeção é realizada por meio de um ponto de injeção (11a) no invólucro (2) que abre para a primeira câmara de compressão ou câmara de expansão (13), caracterizado pelo fato de que a conexão (10) ao circuito de injeção é adicionalmente realizada por meio de um ponto de injeção adicional (11b) no invólucro (2) que abre para uma segunda câmara de compressão ou câmara de expansão (14, 17) ou subsequente, de modo que a primeira câmara de compressão ou câmara de expansão (13) é a câmara de gás que está fechada logo após a entrada de gás (4) da câmara do rotor (3) e a dita segunda ou subsequente câmara de compressão ou câmara de expansão (14, 17) sendo formadas após pelo menos um rotor (6) ter girado um passo ou revolução a partir da entrada de gás (4).
2. Elemento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por existir um certo número de pontos de injeção adicionais (11b) que abrem cada um para uma câmara de compressão diferente da câmara de expansão (14, 17).
3. Elemento, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o ponto de injeção (11a) ou ponto de injeção adicional (11b) é formado por vários pontos de sub-injeção que cada um abrem na primeira, segunda ou subsequente câmara de compressão ou câmara de expansão (13, 14, 17), respectivamente.
4. Elemento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o ponto de injeção (11a) e/ou ponto de injeção adicional (11b) e/ou o número de pontos de injeção a partir do qual são construídos estão localizados em uma linha helicoidal (16a, 16b, 16c) que é formada pelas pontas dos lóbulos do rotor (7) que separam câmaras de compressão sucessivas ou câmaras de expansão (13, 14, 17) uma da outra.
5. Elemento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os dois rotores (6) estão rotacionalmente fixados na câmara do rotor (3) e que é fornecido um ponto de injeção adicional (11b) para cada rotor (6) do elemento (1).
6. Elemento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a quantidade de líquido de lubrificação injetado através do ponto de injeção (11a) e o ponto de injeção adicional (11b) pode ser controlada.
7. Elemento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a temperatura do líquido de lubrificação que é injetado através do ponto de injeção (11a) e o ponto de injeção adicional (11b) pode ser controlada.
8. Método para controlar a injeção de líquido de um dispositivo compressor ou dispositivo expansor, de modo que este dispositivo compressor ou dispositivo expansor compreende pelo menos um elemento compressor ou elemento expansor (1), em que o elemento (1) compreende um invólucro (2) que compreende uma câmara de rotor (3) na qual dois rotores (6) são rotacionalmente fixados, os ditos rotores (6) girando com seus lóbulos (7) acoplados juntos, de modo que o líquido de lubrificação é injetado no elemento (1), caracterizado pelo fato de que o método compreende a etapa de fornecer pelo menos dois suprimentos líquidos para a câmara do rotor (3) do invólucro (2), em que um suprimento de líquido é injetado na primeira câmara de compressão ou câmara de expansão (13) e o outro é injetado em uma segunda câmara de compressão ou câmara de expansão (14, 17) subsequente, de modo que a primeira câmara de compressão ou câmara de expansão (13) é a câmara de gás que é fechada logo após uma entrada de gás (4) da câmara do rotor (3) e da dita segunda câmara de compressão ou câmara de expansão (14, 17) ou subsequente a ser formada após o pelo menos um rotor (6) ter girado um passo ou revolução a partir da entrada de gás (4).
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que um elemento compressor ou elemento expansor (1) é usado conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 7.
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