BR112020005383A2

BR112020005383A2 - máquina volumétrica simétrica cilíndrica

Info

Publication number: BR112020005383A2
Application number: BR112020005383-0A
Authority: BR
Inventors: Erik Paul Fabry
Original assignee: Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2020-09-29
Also published as: CN109538301B; DK3685043T3; JP2020534464A; EP3685043A1; KR20200055768A; TW201918629A; EP3685043B1; US11384758B2; TWI685616B; KR102353791B1; US20210033090A1; BE1025570A1; CN109538301A; JP6967144B2; BE1025570B1; CA3070331A1; ES2880450T3; RU2734375C1; WO2019058212A1; CN209340001U

Abstract

Trata-se de uma máquina volumétrica simétrica cilíndrica, em que a máquina (1) compreende um alojamento (2) com dois rotores de cooperação (6a, 6b) na mesma, a saber, um rotor externo (6a) montado de modo giratório no alojamento (2) e um rotor interno (6b) montado de modo giratório no rotor externo (6a), em que uma câmara de compressão (8) está localizada entre os rotores (6a, 6b), que se moverão por rotação dos rotores (6a, 6b) do lado de entrada (9a) dos rotores (6a, 6b) para o lado de saída (9b) dos rotores (6a, 6b), caracterizada pelo fato de que o lado de entrada (9a) do rotor externo (6a) é dotado de um ventilador (12), para suprir ar para a câmara de compressão (8). Figura 1:

Description

“MÁQUINA VOLUMÉTRICA SIMÉTRICA CILÍNDRICA”

[0001] A presente invenção se refere a uma máquina volumétrica simétrica cilíndrica.

[0002] Uma máquina volumétrica também é conhecida sob o nome “máquina de deslocamento positivo”.

[0003] Em particular, a invenção se destina a máquinas, como expansores, compressores e bombas com uma simetria cilíndrica com dois rotores, a saber, um rotor interno montado de modo giratório em um rotor externo.

[0004] Tais máquinas já são conhecidas e são descritas no documento US 1.892.217, dentre outros. Também é conhecido que os rotores podem ter um formato cônico Ou cilíndrico.

[0005] É conhecido que tais máquinas podem ser acionadas com um motor elétrico.

[0006] A partir do pedido de patente belga nº BE 2017/5459, já é conhecido que o motor elétrico pode ser montado em torno do rotor externo, em que o estator de motor aciona diretamente o rotor externo.

[0007] Tal máquina tem muitas vantagens em relação às máquinas conhecidas, em que o eixo de motor é conectado por meio de uma transmissão com o eixo de rotor do rotor interno ou externo.

[0008] Desse modo, a máquina não apenas será muito mais compacta, de modo que a área de ocupação seja menor, mas isso também significa que menos vedações de eixo e mancais são necessários.

[0009] A eficácia da máquina é amplamente determinada pela razão de carga da chamada câmara de compressão, esse é um espaço entre os ressaltos dos rotores que se moverão por rotação dos rotores do lado de entrada para o lado de saída e, reduzindo, dessa maneira, em volume de modo que o gás aprisionado no espaço seja comprimido.

[0010] O propósito da presente invenção é aprimorar a razão de carga de tal máquina.

[0011] Com essa finalidade, a invenção se refere a uma máquina volumétrica simétrica cilíndrica, em que a máquina compreende um alojamento com dois rotores de cooperação na mesma, a saber, um rotor externo montado de modo giratório no alojamento e um rotor interno montado de modo giratório no rotor externo, em que uma câmara de compressão está localizada entre os rotores, que se move por rotação dos rotores do lado de entrada para o lado de saída, caracterizada pelo fato de que o lado de entrada do rotor externo é dotado de um ventilador, para suprir ar para a câmara de compressão.

[0012] Isso fornece a vantagem que o ventilador garantirá um fluxo centrípeto de ar na entrada, de modo que um melhor carregamento da câmara de compressão seja obtido.

[0013] Portanto, o desempenho da máquina aumentará.

[0014] Isso também desviará qualquer redução prematura de volume de câmara de compressão que ocorre antes de a mesma fechar.

[0015] Outra vantagem é que o ar ativamente sugado para dentro também é adequado para resfriar, por exemplo, um motor que aciona a máquina, a saída ou o óleo que é usado para a lubrificação e/ou resfriamento de componentes da máquina.

[0016] O que pode ser realizado enviando-se o ar sugado para dentro ao longo de ou por meio dos ditos componentes antes de o mesmo chegar na câmara de compressão.

[0017] Em uma modalidade prática, o rotor externo é dotado de uma fixação em seu lado de entrada, em que o ventilador é incorporado, que é fixado ao rotor externo.

[0018] Essa fixação pode consistir em um elemento cilíndrico oco, que é colocado com seu eixo geométrico na extensão do eixo geométrico do rotor externo.

[0019] De acordo com uma característica preferencial da invenção, o rotor externo é montado de modo giratório no alojamento por meio de um mancal em ou à dita fixação.

[0020] A vantagem é que um mancal menor pode ser usado. De fato, a fixação pode, por si só, ser dotada de um colar orientado radialmente para dentro, por exemplo, de modo que o mancal possa ser fixado a ou nesse colar.

[0021] Com a intenção de mostrar melhor as características da invenção, algumas modalidades preferenciais de uma máquina volumétrica simétrica cilíndrica de acordo com a invenção são descritas a seguir no presente documento a título de exemplificação, sem qualquer natureza limitante, em referência aos desenhos anexos, em que: a figura 1 mostra esquematicamente uma máquina volumétrica simétrica cilíndrica de acordo com a invenção; a figura 2 mostra um corte transversal de acordo com a linha II-II da figura 1; a figura 3 mostra esquematicamente uma modalidade alternativa da seção indicada na figura 1 com F3; a figura 4 mostra esquematicamente uma variante da figura 3; a figura 5 mostra esquematicamente outra variante da figura 3.

[0022] A máquina 1 mostrada esquematicamente na figura 1 é um dispositivo compressor nesse caso.

[0023] De acordo com a invenção, também é possível que a máquina 1 se refira a um dispositivo expansor. A invenção também pode ser referir a um dispositivo de bomba.

[0024] A máquina 1 é uma máquina volumétrica simétrica cilíndrica 1. Isso significa que a máquina 1 tem uma simetria cilíndrica, isto é, as mesmas propriedades simétricas que um cone.

[0025] A máquina 1 compreende um alojamento 2 que é dotado de uma abertura de entrada 3 para sugar O gás a ser comprimido e com uma abertura de saída 4 para gás comprimido. O alojamento define uma câmara 5.

[0026] Dois rotores de cooperação 6a, 6b, a saber, um rotor externo 6a montado de modo giratório no alojamento 2 e um rotor interno 6b montado de modo giratório no rotor externo 6a estão localizados na câmara 5 no alojamento 2 da máquina 1.

[0027] Ambos os rotores 6a, 6b são dotados de ressaltos 7 e podem se voltar uns para os outros de modo cooperativo, em que, entre os ressaltos 7, uma câmara de compressão 8 é criada, em que o volume da mesma pode ser reduzido pela rotação dos rotores 6a, 6b, de modo que oO gás que é aprisionado nessa câmara de compressão 8 seja comprimido. O princípio é muito similar ao dos rotores de parafuso cooperativos adjacentes conhecidos.

[0028] Durante a rotação dos rotores 6a, 6b, a dita câmara de compressão 8 se move de uma extremidade 9a dos rotores 6a, 6b para a outra extremidade 9b dos rotores 6a, 6b.

[0029] A extremidade 9a também será denominada como oO lado de entrada 9a dos rotores interno e externo 6a, 6b e a extremidade 9b dos rotores interno e externo 6a, 6b será denominada como o lado de saída 9b a seguir.

[0030] No exemplo mostrado, os rotores 6a, 6b têm um formato cônico, em que o diâmetro D, D'” dos rotores 6a, 6b reduz na direção axial X-X". No entanto, isso não é necessário para a invenção; o diâmetro D, D'" dos rotores 6a, 6b também pode ser constante ou variar de outra maneira na direção axial X-X'.

[0031] Tal projeto de rotores 6a, 6b é adequado tanto para um compressor quanto para um dispositivo expansor. De modo alternativo, os rotores 6a, 6b também podem ter uma forma cilíndrica com um diâmetro constante D, D”. Os mesmos podem, então, ter ou uma inclinação variável, de modo que haja uma razão de volume incorporado, no caso de um compressor ou dispositivo expansor, ou uma inclinação constante, no caso a máquina 1 se refere a um dispositivo de bomba.

[0032] O eixo geométrico 10 do rotor externo 6a e o eixo geométrico 11 do rotor interno 6b são eixos geométricos fixos 10, 11, isso significa que os eixos geométricos 10 11 não se moverão em relação ao alojamento 2 da máquina 1, no entanto, os mesmos não se deslocam paralelos, mas estão localizados em um ângulo a em relação um ao outro, em que os eixos geométricos se cruzam no ponto P.

[0033] No entanto, isso não é necessário para a invenção. Por exemplo, se os rotores 6a, 6b tiverem um diâmetro constante D, D', os eixos geométricos 10, 11 podem, independentemente, se deslocar paralelos.

[0034] De acordo com a invenção, o lado de entrada 9a do rotor externo 6a é dotado de um ventilador 12, para suprir ar para a câmara de compressão 8.

[0035] Isso significa que o ventilador 12 irá girar com o rotor externo 6a, de modo que, quando os rotores 6a, 6b girarem, o ventilador 12 também comece a se deslocar.

[0036] Nesse caso, o ventilador 12 é um ventilador radial 12.

[0037] No exemplo mostrado nas figuras l1 e 2, o rotor externo 6a é dotado de uma fixação 13 no lado de entrada 9a, ao qual o ventilador 12 é incorporado, que é fixado ao rotor externo 6a.

[0038] Nesse caso, a fixação 13 compreende uma forma cilíndrica oca, que é colocada com seu eixo geométrico na extensão do eixo geométrico 10 do rotor externo 6a.

[0039] A fixação 13 tem uma parede 14 com uma determinada espessura A, em que o ventilador pás 15 foi montado nessa parede 14.

[0040] Não é excluído que a altura de uma ou mais das pás 15 reduz axialmente do lado de dentro para o lado de fora na direção radial.

[0041] Dessa maneira, o contorno reduzido pode ser acomodado.

[0042] Os rotores 6a, 6b são montados em mancais na máquina 1, em que o rotor interno 6b em uma extremidade 9a é montado na máquina 1 em um mancal 16 e a outra extremidade 9b do rotor interno 6b é sustentada Ou suportada pelo rotor externo 6a dessa maneira.

[0043] No exemplo mostrado, o rotor externo 6a é montado em ambas as extremidades 9a, 9b na máquina l com mancais 17, 18.

[0044] Conforme mostrado na figura l1, o rotor externo no lado de entrada 9a é montado de modo giratório no alojamento 2 por meio de um mancal 17 em ou na dita fixação

13.

[0045] A fixação 13 é dotada de um colar orientado radialmente para dentro 19, no qual o dito mancal 17 é montado.

[0046] Consequentemente, esse mancal 17 pode ser produzido muito menor, isto é, com um diâmetro menor, em comparação com o caso em que o mancal 17 é montado diretamente no próprio rotor externo 6a.

[0047] Além disso, a máquina 1 também é dotada de um motor elétrico 20 que acionará os rotores 6a, 6b. Esse motor 20 é dotado de um rotor de motor 21 e um estator de motor 22.

[0048] Nesse caso, mas não necessariamente, o motor elétrico 20 é montado em torno do rotor externo 6a, em que o estator de motor 22 aciona diretamente o rotor externo 6a.

[0049] No exemplo mostrado, isso é realizado devido ao fato de que o rotor externo 6a também serve como rotor de motor 21.

[0050] O motor elétrico 20 é dotado de ímãs permanentes 23 que são embutidos no rotor externo 6a.

[0051] Também é possível, certamente, que esses ímãs 23 não sejam embutidos no rotor externo 6a, mas são montados no lado de fora dos mesmos, por exemplo.

[0052] Em vez de um motor elétrico 20 com ímãs permanentes 23 (isto é, um motor de ímã permanente síncrono), um motor de indução assíncrono também pode ser aplicado, em que os ímãs são substituídos por um rotor do tipo gaiola de esquilo. A indução do estator de motor gera uma corrente no rotor do tipo gaiola de esquilo.

[0053] Por outro lado, o motor 20 também pode ser um tipo de relutância ou tipo de indução ou uma combinação de tipos.

[0054] O estator de motor 22 é montado em torno do rotor externo 6a de uma maneira coberta, em que, nesse caso, está localizado no alojamento 2 da máquina 1.

[0055] Dessa maneira, a lubrificação do motor 20 e dos rotores 6a, 6b pode ser controlada de maneira conjunta, uma vez que os mesmos estão localizados no mesmo alojamento 2 e, consequentemente, não estão isolados uns dos outros.

[0056] A operação do dispositivo 1 é muito simples e como a seguir.

[0057] Durante a operação da máquina 1, o estator de motor 22 acionará o rotor de motor 21 e, portanto, acionara o rotor externo 6a da maneira conhecida.

[0058] O rotor externo 6a ajudará a acionar o rotor interno 6b, e pela rotação do rotor externo 6a, o ventilador 12 também girará.

[0059] Devido à operação do ventilador 12, gás será sugado por meio da abertura de entrada 3. Esse gás chegará na câmara de compressão 8 entre os rotores 6a, 6b.

[0060] Devido ao fato de que o ventilador 12 garantirá um suprimento ativo ou fluxo de gás, a razão de carga da câmara de compressão 8 será aumentada.

[0061] Ademais, o gás, quando o gás sugado por meio da abertura de entrada 3, fluirá após o rotor de motor 21 e o estator de motor 22. Dessa maneira, O gás terá capacidade de garantir um resfriamento ativo do motor 20.

[0062] Devido à rotação, essa câmara de compressão 8 se move para a saída 4 e, ao mesmo tempo, reduzirá em termos de volume para, desse modo, realizar uma compressão do gás.

[0063] O gás comprimido pode, então, sair da máquina 1 por meio da abertura de saída 4.

[0064] Não é excluído que durante a compressão, líquido seja injetado na máquina 1.

[0065] O dito líquido pode tanto ser água quanto um óleo sintético ou não sintético.

[0066] A figura 3 mostra uma modalidade alternativa do ventilador 12, em que o mesmo é, agora, um ventilador axial

12.

[0067] Nesse caso, a fixação 13 não é cilíndrica, mas mais cônica. Isso, no entanto, não é necessário. O ventilador axial 12 é incorporado ao colar orientado radialmente para dentro 19.

[0068] Na figura 4, o ventilador radial 12 da figura 1 é mostrado em combinação com um ventilador axial adicional 12a que são colocados em série um em relação ao outro.

[0069] Nesse caso, o ventilador axial adicional 12a é colocado na frente do ventilador radial 12, observado na direção de fluxo do ar sugado para dentro. Também é possível, certamente, que o ventilador radial 12 seja colocado na frente do ventilador axial adicional 12a.

[0070] O ventilador axial adicional 12a é montado em torno da fixação 13.

[0071] A figura 5 mostra uma variante adicional, em que, nesse caso, o ventilador 12 é um ventilador axial-radial misturado 12, em que as pás 15 têm tanto uma seção axial quanto uma seção radial.

[0072] A operação do ventilador 12 nas modalidades das figuras 3 a 5 é análoga à operação de da modalidade nas figuras 1 e 2.

[0073] A presente invenção não é, de forma alguma, limitada às modalidades descritas como um exemplo e mostradas nos desenhos, mas uma máquina volumétrica simétrica cilíndrica de acordo com a invenção pode ser realizada em todos os tipos de formas e dimensões, sem se afastar do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Máquina volumétrica simétrica cilíndrica, em que a máquina (1) compreende um alojamento (2) com dois rotores de cooperação (6a, 6b) na mesma, a saber, um rotor externo (6a) montado de modo giratório no alojamento (2) e um rotor interno (6b) montado de modo giratório no rotor externo (6a), em que uma câmara de compressão (8) está localizada entre os rotores (6a, 6b), que se moverão por rotação dos rotores (6a, 6b) do lado de entrada (9a) dos rotores (6a, 6b) para o lado de saída (9b) dos rotores (6a, 6b), caracterizada pelo fato de que o lado de entrada (9a) do rotor externo (6a) é dotado de um ventilador (12), para suprir ar para a câmara de compressão (8).

2. Máquina volumétrica simétrica cilíndrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o rotor externo (6a) é dotado de uma fixação (13) em seu lado de entrada (9a), no qual o ventilador (12) é incorporado, e que é fixado ao rotor externo (6a).

3. Máquina volumétrica simétrica cilíndrica, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o rotor externo (6a) é montado de modo giratório no alojamento (2) por meio de um mancal (17) em ou à dita fixação (13).

4, Máquina volumétrica simétrica cilíndrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o ventilador (12) é um ventilador radial (12).

5. Máquina volumétrica simétrica cilíndrica, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que um ventilador axial adicional (12a) é fornecido em série com o dito ventilador radial (12).

6. Máquina volumétrica simétrica cilíndrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o ventilador (12) é um ventilador axial (12).

7. Máquina volumétrica simétrica cilíndrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o ventilador (12) é um ventilador axial-radial misturado (12), em que ambas as pás (15) têm uma seção axial e uma seção radial.

8. Máquina volumétrica simétrica cilíndrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o ventilador (12) compreende diversas pás (15), em que a altura das mesmas reduz axialmente do lado de dentro para o lado de fora na direção radial.

9. Máquina volumétrica simétrica cilíndrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o rotor interno (6b) e o rotor externo (6a) têm um formato cônico.

10. Máquina volumétrica simétrica cilíndrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, sendo a máquina (1) caracterizada por ser dotada de um motor elétrico (20) com a rotor de motor (21) e estator de motor (22) para acionar os rotores interno e externo (6a, 6b), em que o motor elétrico (20) é montado em torno do rotor externo (6a), em que o estator de motor (22) aciona diretamente o rotor externo (6a).

11. Máquina volumétrica simétrica cilíndrica de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o rotor externo (6a) serve como o rotor de motor (21).

12. Máquina volumétrica simétrica cilíndrica, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o motor elétrico (20) é dotado de ímãs permanentes (23) embutidos no rotor externo (6a).