BR112020019902A2 - Elemento compressor de parafuso e máquina - Google Patents

Abstract

elemento compressor de parafuso e máquina. trata-se de um elemento compressor de parafuso dotado de um alojamento em que um rotor é disposto de modo giratório por meio de dois mancais, sendo respectivamente um mancal de cilindro (3) e um mancal de esfera (4), cada um dotado de um anel interno (5, 6) e um anel externo (7, 8), separados por elementos de rolamento respectivamente cilíndricos ou em formato de esfera (9, 10) que entram em contato com o anel interno (5, 6) e com o anel externo (7, 8) na localização de uma pista (11a, 11b, 12a, 12b), caracterizado pelo fato de que, próximo à respectiva pista (11a, 12a), os anéis internos (5, 6) dos mancais supracitados (3, 4) têm um diâmetro externo menos (b) do que a respectiva pista (11a, 12a) no lado voltado para o outro mancal (3, 4) e em que, próximo à respectiva pista (11a, 12a), os anéis internos (5, 6) dos mancais têm um diâmetro externo maior (c, d) do que a respectiva pista (11a, 11b) no lado voltado para a direção oposta ao outro mancal (3, 4).

Description

“ELEMENTO COMPRESSOR DE PARAFUSO E MÁQUINA”

[0001] A presente invenção se refere a um elemento compressor de parafuso.

[0002] Mais especificamente, a invenção se refere a um elemento compressor de parafuso dotado de um alojamento em que um rotor é disposto de modo giratório por meio de dois mancais, respectivamente um mancal de cilindro e um mancal de esfera. Um mancal de cilindro também é chamado de um mancal de rolamento.

[0003] Preferencialmente, a velocidade de rotação de compressores de parafuso é tão alta quanto possível, a fim de permitir a geração de tanto gás comprimido quanto possível. Para compressores de parafuso injetados com óleo, a velocidade de rotação ainda é limitada pela chamada perda hidráulica, porém, em compressores de parafuso livres de óleo, nenhum líquido entra na câmara de compressão, razão pela qual não há perda hidráulica, e a velocidade de rotação mais alta possível é desejável a fim de gerar uma saída máxima. O mesmo se aplica a sopradores de parafuso ou de raízes livres de óleo, bombas a vácuo de parafuso ou de raízes livres de óleo, compressores de dentes e bombas a vácuo de dentes livres de óleo.

[0004] Durante a compressão do gás, as chamadas “forças de gás” exercerão forças consideráveis sobre os rotores, em uma direção radial assim como em uma direção axial e, portanto, sobre os mancais.

[0005] Uma exigência para mancais que são usados em um compressor de parafuso é que os mesmos devem ter uma capacidade de suporte de carga considerável e, além disso,

os mesmos devem ser ainda adequados para velocidades de rotação muito altas, especificamente no caso de compressores de parafuso livres de óleo.

[0006] Entretanto, a fim de tornar a capacidade de suporte de carga tão alta quanto possível, os mancais são preferencialmente produzidos tão grandes quanto possível e compreendem os maiores elementos de rolamento possíveis, enquanto, para aplicações de alta velocidade, os mancais devem ser tão pequenos quanto possível, e compreender os menores elementos de rolamento possíveis.

[0007] A velocidades superiores, é mais difícil fornecer o óleo ao mancal e drená-lo do mesmo, em particular e principalmente em direção às pistas, e especificamente em direção à pista no anel interno, em que o óleo se destina a fornecer lubrificação e resfriamento. Os próprios rolos ou esferas de rotação, independentemente de serem envolvidos em uma gaiola de mancal ou não, interrompem continuamente o suprimento de óleo e, portanto, geram movimentos circulares a tal extensão que o óleo mal é capaz de alcançar os mancais. Portanto, a velocidades de rotação muito altas, a lubrificação do mancal não é tão boa, com uma redução resultante da capacidade de suporte de carga.

[0008] Sabe-se que todo rotor precisa de um conjunto de mancais em cada extremidade de um eixo, dos quais, um conjunto “fixo” de mancais absorve a carga axial total e uma parte da carga radial, e um conjunto “livre” de mancais absorve o restante da carga radial, porém, é, de outro modo, livre axialmente.

[0009] Visto que a compressão de gás gera uma grande quantidade de calor, um conjunto de mancais deve ser livre para absorver a expansão térmica inevitável do rotor.

[0010] Isso implica que o conjunto fixo de mancais deve suportar uma carga axial alta, assim como uma carga radial. Visto que os mancais são tipicamente adequados para suportar principalmente uma carga radial ou principalmente uma carga axial, o conjunto fixo de mancais tipicamente consistirá em um mínimo de dois mancais.

[0011] Uma primeira possibilidade é um conjunto de mancais consistindo em um mancal para a carga radial, que é, de preferência, livre axialmente, e um mancal para a carga axial, que é, de preferência, livre radialmente.

[0012] Uma segunda possibilidade é um conjunto de mancais consistindo em dois mancais, cada um dos quais é capaz de suportar uma parte da carga radial e uma parte da carga axial. Neste caso, nenhum dos dois mancais pode ser livre axialmente, visto que a carga axial é distribuída sobre ambos os mancais.

[0013] Também é possível usar um conjunto de mancais consistindo em três ou mais mancais, porém, tais conjuntos de mancais são geralmente mais caros e mais complicados, e os mesmos tendem a ser usados atualmente apenas em casos específicos, como compressores de parafuso para pressões altas ou muito altas.

[0014] Há duas modalidades conhecidas de tais conjuntos fixos de mancais: a) uma combinação de um mancal de cilindro, tipicamente um mancal de cilindro de fileira única do tipo NU ou N, e um mancal de quatro pontos; b) dois mancais de esfera de contato angular, posicionados de costas um para o outro, isto é, em uma chamada configuração em O, ou com suas partes traseiras opostas uma à outra, isto é, em uma chamada configuração em X.

[0015] Os mancais tipo NU têm dois colares fixos no anel externo, e um anel interno sem colares. Os mancais tipo N têm dois colares fixos no anel interno, e um anel externo sem colares.

[0016] Todas as modalidades conhecidas a) e b) de conjuntos fixos de mancais têm desvantagens.

[0017] Embora na modalidade a), os mancais tipo NU sejam capazes de suportar uma grande carga radial e sejam capazes de ser bem lubrificados, um mancal de quatro pontos é muito mais difícil de lubrificar em altas velocidades, visto que o anel interno é dotado de duas “bordas”. Estas “bordas” impedem a fácil injeção de fluido lubrificante no mancal.

[0018] Na modalidade b), os mancais de esfera de contato angular devem ser instalados muito cuidadosamente com a pré-carga correta, o que torna a montagem muito complexa. Ademais, a capacidade de suporte de carga radial é menor do que para um mancal de cilindro. Para a configuração em X, a lubrificação é mais trabalhosa, visto que o fluido lubrificante é preferencialmente injetado no lado em que o anel interno não tem “bordas”, de modo que dois bocais sejam necessários, em ambos os lados do conjunto de mancais.

[0019] Outra desvantagem é que, para ambas as modalidades, a capacidade de suporte de carga axial é idêntica em ambas as direções. Durante a operação, as forças de gás operam apenas em uma direção, porém, sob certas condições, por exemplo, durante a inicialização, a força pode ainda ser exercida na direção oposta. Entretanto, essa força oposta é muito menor, e existe apenas durante períodos muito curtos. Isso significa que, em ambas as modalidades, a capacidade de suporte de carga axial é escolhida como uma função das forças de gás e, portanto, é sobredimensionada para a força oposta supracitada.

[0020] O resultado disso é, não apenas um desperdício de capacidade e, portanto, de dinheiro, mas também limita desnecessariamente a velocidade de rotação máxima possível ou a velocidade do mancal.

[0021] O documento US 4.465.446 descreve a modalidade tradicional a).

[0022] O documento US 5.273.413 descreve uma variante de um conjunto fixo de mancais de acordo com a modalidade b), em que os mancais de contato angular têm um ângulo de contato diferente. Embora isso seja um aprimoramento em relação à modalidade tradicional, essa variante não supera todas as desvantagens supracitadas.

[0023] O objetivo da presente invenção é oferecer uma solução para pelo menos uma das desvantagens anteriormente mencionadas e/ou outras desvantagens.

[0024] Para esses propósitos, a invenção tem, como sua matéria, um compressor de parafuso dotado de um alojamento em que um rotor é disposto de modo giratório por meio de dois mancais, respectivamente um mancal de cilindro e um mancal de esfera, cada um dotado de um anel interno e um anel externo com elementos de rolamento cilíndricos, respectivamente em formato de esfera entre os mesmos, que entram em contato com o anel interno e com o anel externo na localização de uma pista, em particular caracterizado pelo fato de que os anéis internos dos mancais, próximos à respectiva pista no lado voltado para o outro mancal, têm um diâmetro externo menor do que a respectiva pista, e pelo fato de que os anéis internos dos mancais supracitados, próximos à respectiva pista no lado voltado para a direção oposta ao outro mancal, têm um diâmetro externo maior do que a respectiva pista.

[0025] A pista, também chamada de uma “pista de corrida”, se refere à superfície de contato entre os elementos de rolamento e os anéis de mancal.

[0026] Uma vantagem é que tal configuração dos mancais tem uma capacidade de suporte de carga radial satisfatoriamente alta e uma capacidade de suporte de carga axial assimétrica. O mancal de cilindro fornece uma capacidade de suporte de carga radial relativamente grande, o mancal de esfera é capaz de absorver forças axiais relativamente grandes que operam em uma direção axial do mancal de esfera para o mancal de cilindro, e o mancal de cilindro é capaz de absorver forças axiais relativamente pequenas que operam em uma direção axial do mancal de cilindro para o mancal de esfera.

[0027] Dessa forma, a configuração de mancais de acordo com a invenção é capaz de fornecer a capacidade de suporte de carga exata que é necessária para o mancal fixo de um rotor em um compressor de parafuso, o que torna esta configuração de mancais especificamente adequada para aplicações de alta velocidade.

[0028] Visto que não há colares ou "bordas" perto das pistas nos anéis internos de mancal nos lados dos mancais voltados um para o outro, isso simplificará a realização de boa lubrificação.

[0029] Visto que as pistas são facilmente acessíveis devido à ausência de colares ou "bordas" entre os dois mancais, as pistas podem ser bem lubrificadas, e o fluido lubrificante usado pode drenar facilmente, o que também permite o resfriamento ideal do conjunto de mancais, mesmo a velocidades altas.

[0030] Próximo à respectiva pista, os anéis externos dos mancais preferencialmente têm um diâmetro interno menor do que a respectiva pista, no lado voltado para o outro mancal, assim como no lado voltado para a direção oposta ao outro mancal.

[0031] Em outras palavras: os anéis externos são dotados de colares ou “bordas”.

[0032] Essas guiarão os elementos de rolamento através dos anéis externos dos mancais.

[0033] No mancal de cilindro, isso é realizado pelos dois colares em ambos os lados dos elementos de rolamento cilíndricos.

[0034] No caso do mancal de esfera, o anel externo terá uma pista na localização das duas bordas supracitadas, de modo que, a velocidades altas, uma destas pistas limitará o deslocamento axial dos elementos de rolamento em formato de esfera.

[0035] Uma vantagem adicional dos dois colares nos anéis externos é que um banho de óleo ou reservatório de óleo é criado no anel externo entre os dois colares. Ao inicializar o elemento compressor de parafuso, a lubrificação das esferas será fornecida imediatamente por meio do óleo presente no banho de óleo supracitado. Tal banho de óleo ou reservatório de óleo não existe ou dificilmente existe no caso de um mancal de contato angular, visto que seu anel externo tem apenas um colar. Como resultado, ao inicializar a máquina, a lubrificação do mancal não iniciará imediatamente por meio de um banho de óleo, mas apenas posteriormente o óleo é fornecido por meio de um ou mais bocais.

[0036] De acordo com um recurso preferencial da invenção, pelo menos um bocal é disposto entre o mancal de cilindro e o mancal de esfera, de modo que o bocal seja adequado para direcionar um ou mais jatos de fluido para dentro do mancal de cilindro e/ou do mancal de esfera.

[0037] Visto que não há colares ou "bordas" perto das pistas nos anéis internos de mancal nos lados dos mancais voltados um para o outro, os jatos de fluido acabarão diretamente nos mancais.

[0038] Isso implica que as pistas serão bem lubrificadas.

[0039] Em uma modalidade prática, a diferença entre o diâmetro dos elementos de rolamento do mancal de cilindro e o diâmetro dos elementos de rolamento do mancal de esfera não é maior que 20 %, preferencialmente, não é maior que 10% e, ainda preferencialmente, não é maior que 5 %.

[0040] Para velocidades altas, é melhor que os elementos de rolamento tenham o mesmo tamanho, visto que, de outro modo, um dos mancais pode ser submetido a forças centrífugas a um grau maior do que o outro mancal, de modo que, como resultado, o primeiro mancal reduza a velocidade máxima.

[0041] Isso é obviamente aplicável apenas quando ambos os tipos de elementos de rolamento são produzidos a partir do mesmo material ou de materiais com o mesmo peso específico. Se um dos tipos de elementos de rolamento for produzido a partir de um material mais leve, é preferencial que seja maior.

[0042] Em uma modalidade preferencial, pelo menos um dos elementos de rolamento do mancal de cilindro e/ou do mancal de esfera é produzido a partir de um material de cerâmica, como, por exemplo, nitreto de silício, óxido de zircônio, óxido de alumínio ou carboneto de tungstênio.

[0043] Obviamente não é impossível que todos os elementos de rolamento do mancal de cilindro e/ou do mancal de esfera sejam produzidos a partir de um material de cerâmica.

[0044] O elemento de rolamento de cerâmica irá recondicionar ou “reparar” a pista enquanto rola ao longo da pista e, possivelmente, o mesmo suavizará danos pequenos na pista.

[0045] Isso resulta em uma vida útil maior do mancal, em uma capacidade de suporte de carga superior e aumenta a velocidade máxima do mancal.

[0046] Produzindo-se todos os elementos de rolamento a partir de um material de cerâmica, as forças centrífugas são reduzidas a um mínimo, visto que o material de cerâmica é geralmente muito mais leve do que o aço.

[0047] A fim de tornar o mancal tão leve quanto possível, o mancal de cilindro e/ou o mancal de esfera são dotados de uma gaiola produzida a partir de um polímero.

[0048] Esse polímero, por exemplo, pode ser PEEK

(poliéter-éter-cetona), poliamida (por exemplo, poliamida 66 ou poliamida 4,6) ou resina fenólica.

[0049] Esse polímero é preferencialmente reforçado por fibra, por exemplo, com fibra de vidro ou fibra de carbono.

[0050] Isso não apenas garantirá que os mancais sejam mais leves visto que o polímero é mais leve do que os materiais tradicionais usados para a gaiola de mancal, mas a gaiola também fornecerá um certo amortecimento, que é vantajoso em termos de absorver vibrações que podem ocorrer a velocidades altas.

[0051] A invenção também se refere a um elemento compressor de parafuso de acordo com uma das reivindicações 15 a 28, com benefícios similares àqueles descritos acima.

[0052] A invenção também se refere a uma máquina de acordo com uma das reivindicações 29 a 36.

[0053] Esta máquina pode ser um compressor, um expansor ou uma bomba a vácuo.

[0054] Esta máquina também pode ser um compressor de parafuso, dente ou raízes livre de óleo ou um soprador livre de óleo.

[0055] Neste caso, os mancais são preferencialmente montados em um eixo de rotor no lado de saída do compressor ou do soprador.

[0056] A fim de melhor demonstrar os recursos da invenção, algumas modalidades preferenciais são descritas doravante no presente documento, de uma maneira exemplificativa e sem nenhum caráter restritivo, de um elemento compressor de parafuso e de uma máquina de acordo com a invenção, com referência aos desenhos anexos, em que a Figura 1 é uma representação esquemática de uma parte de um elemento compressor de parafuso de acordo com a técnica anterior; a Figura 2 é uma representação esquemática de um compressor de parafuso de acordo com a invenção; e a Figura 3 é uma representação esquemática da parte que é marcada na Figura 2 com referência ao marcador F3.

[0057] O conjunto de mancais 1 em um elemento compressor de parafuso de acordo com a técnica anterior conforme mostrado na Figura 1 se refere a um conjunto fixo de mancais 1, montado em um eixo 2. O conjunto de mancais 1 contém dois mancais 3, 4: um mancal de cilindro 3 e um mancal de esfera 4.

[0058] Cada mancal 3, 4 tem um anel interno 5, 6 e um anel externo 7, 8, com elementos de rolamento cilíndricos 9 ou elementos de rolamento em formato de esfera 10 entre os mesmos, respectivamente.

[0059] Os elementos de rolamento 9, 10 entram em contato com o anel interno 5, 6 e com o anel externo 7, 8 na localização da pista 11a, 11b, 12a, 12b.

[0060] Como mostrado na Figura 1, os diâmetros internos nominais A dos anéis internos 5, 6 são iguais. Isso significa que o “orifício de perfuração” dos anéis internos 5, 6, isto é, a abertura usada para dispor os mancais 3, 4 em um eixo 2, é idêntico.

[0061] O mancal de cilindro 3 é um mancal do tipo NJ: o anel externo 7 é dotado de dois colares 13; o anel interno 5 é dotado de um colar 14.

[0062] Como mostrado na Figura 1, o colar 14 no anel interno 5 está voltado para a direção oposta ao mancal de esfera 4.

[0063] Com o uso de um mancal tipo NJ, o anel interno 5 tem um diâmetro externo menor B perto da pista 11a no lado voltado para o mancal de esfera 4, e um diâmetro externo maior C próximo à pista 11a no outro lado.

[0064] Próximo à pista 11b, o anel externo 7 do mancal de cilindro 3 também tem, em ambos os lados da pista 11b, um diâmetro interno D menor do que a pista 11b, visto que o anel externo 7 é dotado de dois colares 13.

[0065] O mancal de esfera 4 neste caso é um mancal de contato angular, em que, próximo à pista 12a, no lado voltado para o mancal de cilindro 3, o anel interno 6 tem um diâmetro externo B menor do que a pista 12a no anel interno 6.

[0066] Em outras palavras: o anel interno 6 do mancal de esfera 4 não tem “borda” no lado do mancal de cilindro 3.

[0067] Próximo à pista 12a, no lado voltado para a direção oposta ao mancal de cilindro 3, o anel interno 6 tem um diâmetro externo G maior do que a pista 12a no anel interno 6.

[0068] A Figura 2 é uma representação esquemática de um elemento compressor de parafuso 15 de acordo com a invenção.

[0069] O elemento compressor de parafuso 15 é dotado de um alojamento 16, em que um rotor 17 é disposto de modo giratório. Neste caso, dois de tais rotores 17 são dispostos, porém, isso não é necessário em termos da invenção.

[0070] Os rotores 17 são suportados através de seu eixo 18 pelos mancais 3, 4 no alojamento 16.

[0071] Embora, no exemplo mostrado, ambas as extremidades do eixo 18 de ambos os rotores 17 sejam suportadas por meio de dois mancais 3, 4 no alojamento 16, também é possível que apenas uma extremidade do eixo 18 ou apenas um dos dois rotores 17 seja suportado com dois mancais 3, 4 no alojamento 16.

[0072] A Figura 3 mostra uma parte do elemento compressor de parafuso 15 de acordo com a invenção da Figura 2 e, mais especificamente, uma extremidade de um eixo 18 de um dos rotores 17 com os dois mancais 3, 4. Como é claramente visível nesta figura em detalhe, o tal mancal 3 é um mancal de cilindro, e o outro mancal 4 é um mancal de esfera.

[0073] No exemplo mostrado, o mancal de cilindro 3 é igual àquele na Figura 1, porém, para este mancal de cilindro 3, por exemplo, os seguintes tipos podem ser usados: - um mancal tipo NJ como mostrado na Figura 1, em que o mancal de cilindro 3 tem dois colares fixos 13 no anel externo 7 e um colar fixo 14 no anel interno 5; - um mancal tipo NJP, em que o mancal de cilindro 3 tem dois colares fixos 13 no anel externo 7 e um colar solto 14 no anel interno 5; ou - um mancal tipo NU com um anel de ângulo, em que o mancal de cilindro 3 tem dois colares fixos 13 no anel externo 7 e um anel de ângulo no anel interno 5.

[0074] O mancal de esfera 4 é diferente daquele na configuração mostrada na Figura 1. Neste caso, o mancal de esfera 4 é um mancal de três pontos, mais especificamente, um mancal que tem duas pistas 12b e 12c no anel externo 8 e uma pista 12a no anel interno 6. O mancal de esfera 4,

portanto, não é um mancal de esfera de contato angular.

[0075] Um exemplo de um mancal de esfera adequado 4 é descrito, por exemplo, no documento US 2016/0312823 A1 no nome de Aktiebolaget SKF. A descrição deste Pedido de patente americana de acordo com os parágrafos [0022] a

[0038] do documento US 2016/0312823 A1 é integralmente incorporada a título de referência no presente pedido.

[0076] Alternativamente, o mancal de esfera 4 pode consistir em um mancal de quatro pontos, cujo anel interno 6, assim como o anel externo 8, tem duas pistas 12a, 12b, 12c.

[0077] Neste caso, embora não necessariamente, os ângulos de contato das duas pistas 12b e 12c são diferentes.

[0078] Sempre que a velocidade aumenta, os elementos de rolamento 10 experimentarão uma força centrífuga radial para fora. Isso envolverá um certo deslocamento axial.

[0079] Devido à presença da segunda pista 12c, os elementos de rolamento 10 rolarão na segunda pista 12c a velocidades altas, e o deslocamento axial supracitado será reduzido a um mínimo.

[0080] Isso irá assegurar que o conjunto de mancais 1 pode funcionar idealmente apesar das velocidades altas. Ademais, o deslocamento axial do rotor em que o conjunto de mancais 1 é posicionado como um mancal fixo será limitado, de modo que haverá pouco ou nenhum aumento da folga na ponta e, portanto, pouca ou nenhuma perda extra no compressor de parafuso devido a vazamentos.

[0081] Ademais, próximo às pistas 12b, 12c, no lado voltado para o mancal de cilindro 3, assim como no lado voltado para a direção oposta ao mancal de cilindro 3, o anel externo 8 do mancal de esfera 4 tem um diâmetro interno G menor do que as pistas 12b, 12c.

[0082] O diâmetro E dos elementos de rolamento cilíndricos 9 é igual, nesse caso, ao diâmetro F dos elementos de rolamento em formato de esfera 10.

[0083] Visto que ambos os tipos de elementos de rolamento 9, 10 são produzidos a partir do mesmo material, as forças centrífugas serão de uma magnitude similar.

[0084] Entretanto, uma diferença no diâmetro E, F entre os elementos de rolamento 9, 10 dos dois mancais 3, 4 não pode ser descartada. Esta diferença é preferencialmente menor do que 20 %, mais preferencialmente, menor que 10 % e, com máxima preferência, não é maior que 5 %, de modo que a diferença nas forças centrífugas possa ser limitada em tanto quanto possível.

[0085] Embora a Figura 3 não mostre uma gaiola de mancal, obviamente, não pode ser excluído que um ou ambos os mancais 3, 4 tenham uma gaiola de mancal.

[0086] Como mostrado na Figura 3, um bocal 19 é disposto entre o mancal de esfera 4 e o mancal de cilindro 3.

[0087] Este bocal 19 pode direcionar jatos 20 de fluido lubrificante para dentro do mancal de cilindro 3 e/ou do mancal de esfera 4.

[0088] Neste caso, o bocal 19 irá direcionar dois jatos 20 de fluido, um no mancal de cilindro 3 e um no mancal de esfera 4, respectivamente.

[0089] Para esses propósitos, o bocal 19 tem duas aberturas 21.

[0090] Obviamente, também é possível que dois bocais 19 sejam fornecidos: um para o mancal de cilindro 3 e um para o mancal de esfera 4. Entretanto, neste caso, um bocal 19 é suficiente.

[0091] Neste caso, o bocal 19 direciona um jato 20 de óleo nos mancais 3, 4. Obviamente, não pode ser descartado que outro líquido seja usado, por exemplo, água.

[0092] Se um ou ambos os mancais 3, 4 forem dotados de uma gaiola de mancal, preferencialmente, pelo menos um bocal 19 é disposto entre o mancal de cilindro 3 e o mancal de esfera 4, em que o bocal 19 é adequado para apontar um jato 20 de fluido lubrificante entre a gaiola do mancal de cilindro 3 e o anel interno 5 e/ou entre a gaiola do mancal de esfera 4 e o anel interno 6, de modo que uma parte grande do fluido lubrificante acabe sobre as pistas, preferencialmente nas pistas 11a, 12a dos anéis internos 5,

6.

[0093] Os mancais 3 e 4 da Figura 3, e por extensão, qualquer conjunto de mancais 1 de acordo com a invenção, são adequados para serem usados a velocidades mais altas do que 1 * 106 ndm [milímetro x revoluções por minuto], preferencialmente mais altas que 1,25 * 106 ndm e, mais preferencialmente, mais altas que 1,5 * 106 ndm.

[0094] Devido aos recursos específicos de um conjunto de mancais 1 de acordo com a invenção, as desvantagens dos conjuntos de mancais conhecidos a velocidades altas não ocorrerão, de modo que o conjunto de mancais 1 possa ser usado em tais velocidades altas.

[0095] Para esclarecimento adicional: São fornecidas abaixo algumas explicações adicionais do tipo de mancal que pode ser usado como um mancal de esfera 4 em um elemento compressor de parafuso 15 ou em outra máquina de acordo com a invenção. Esta explicação é tomada do documento US 2016/0312823 A1, a fim de possibilitar a inclusão de recursos como aqueles descritos no mesmo, nas reivindicações do presente pedido de patente, ao ponto em que se torne necessário à luz de publicações anteriores, das quais os requerentes ainda não têm conhecimento atualmente. Por fim, foi demonstrado que a aplicação específica de um mancal de três pontos como descrito no documento US 2016/0312823 A1 leva a resultados surpreendentemente bons no pedido específico de um elemento compressor de parafuso 15.

[0096] É claro que o escopo de proteção da presente invenção não é limitado a esta configuração específica, mas, em vez disso, deve ser considerada uma modalidade preferencial.

[0097] Um mancal de rolamento preferencial 4 compreende um anel externo e um anel interno. Entre o anel interno e o anel externo, inúmeros elementos de rolamento são dispostos. O anel externo contém pelo menos uma pista para elementos de rolamento a mais que o anel interno. Os elementos de rolamento são dispostos em uma única fileira, os mesmos são incorporados como esferas e são preferencialmente envolvidos em uma gaiola. Em uma modalidade, o anel externo contém uma pista adicional e/ou segunda pista em uma superfície radialmente voltada para dentro, em que a primeira pista também é disposta. As duas pistas do anel externo são preferencialmente simétricas uma em relação à outra. O anel externo pode ser incorporado como o anel externo convencional de um mancal de quatro pontos ou como um anel externo de um projeto similar. Em uma modalidade preferencial, o anel interno compreende exatamente uma pista. A pista do anel interno é preferencialmente disposta diagonalmente em relação à primeira pista do anel externo. O anel interno é disposto concentricamente dentro do anel externo.

[0098] O anel externo pode ser dotado de dois segmentos de arco circulares em sua superfície radialmente voltada para dentro, cada um destes segmentos de arco compreendendo uma das pistas do anel externo. Um raio de curvatura dos segmentos de arco circulares, por exemplo, pode ser maior que um fator 1,01; 1,02; 1,03; 1,04; 1,05; 1,06; 1,07; 1,08; 1,09 ou 1,20 do que um jato do elemento de rolamento. Em um ponto, a superfície radialmente voltada para dentro supracitada pode ter uma curva ou uma descontinuidade, de modo que, durante a operação, os elementos de rolamento percorram apenas nas duas pistas e não tenham nenhum contato adicional com tal superfície. Este ponto pode ser, por exemplo, na posição mais externa radialmente.

[0099] As duas pistas no anel externo podem ser espaçadas axialmente a uma distância uma da outra, sendo esta distância maior do que zero. As pistas preferencialmente se estendem ao longo de todo o anel externo na direção circunferencial.

[0100] Embora todas as variantes da invenção mostradas e descritas acima apresentem um elemento compressor 15, não se exclui que a invenção se refira a uma máquina diferente, em que esta máquina é dotada de um alojamento em que um rotor é disposto de modo giratório por meio de dois mancais 3, 4, respectivamente um mancal de cilindro 3 e um mancal de esfera 4.

[0101] Esta máquina pode ser um compressor de parafuso, soprador, expansor ou bomba a vácuo livres de óleo.

[0102] O compressor de parafuso livre de óleo supracitado compreende um ou mais dentre os elementos compressores 15 mostrados e descritos acima.

[0103] É possível que em todas as variantes mostradas e descritas acima, os mancais 3, 4 tenham posições mutuamente trocadas, de modo que os colares ou "bordas" agora sejam localizadas perto das pistas 11a, 12a nos anéis internos de mancal 5, 6 no lado voltado para dentro dos mancais 3, 4.

[0104] Isso significa que os mancais 3, 4 têm colares ou "bordas" perto das pistas 11a, 12a nos anéis internos de mancal 5, 6 que estão voltados um para o outro, de modo que, perto da respectiva pista 11a, 12a, os anéis internos 5, 6 dos mancais supracitados 3, 4 tenham um diâmetro externo menor B do que a respectiva pista 11a, 12a no lado voltado para a direção oposta ao outro mancal 3, 4 e em que perto da respectiva pista 11a, 12a, os anéis internos 5, 6 dos mancais tenham um diâmetro externo maior C, D do que a respectiva pista 11a, 11b no lado voltado para o outro mancal 3, 4.

[0105] Portanto, os serão posicionados “de costas um para o outro” em oposição a “de frente um para o outro”, como na Figura 3.

[0106] Em tal configuração “de costas um para o outro” dos mancais 3, 4, preferencialmente, dois bocais 19 são usados, nos lados do conjunto de mancais 1.

[0107] Portanto, os bocais 19 podem injetar um fluido no lado dos mancais 3, 4 em que o anel interno 5, 6 não tem colar ou “borda”.

[0108] A presente invenção não é limitada de modo algum às modalidades descritas nos exemplos e mostradas nas figuras, mas, uma máquina e/ou um elemento compressor de parafuso de acordo com a invenção podem ser realizados em uma variedade de formas e dimensões, sem que se afaste do escopo da invenção.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES

1. Elemento compressor de parafuso dotado de um alojamento em que um rotor é disposto de modo giratório por meio de dois mancais, sendo respectivamente um mancal de cilindro (3) e um mancal de esfera (4), cada um dotado de um anel interno (5, 6) e um anel externo (7, 8), separados por elementos de rolamento respectivamente cilíndricos ou em formato de esfera (9, 10) que entram em contato com o anel interno (5, 6) e com o anel externo (7, 8) na localização de uma pista (11a, 11b, 12a, 12b), caracterizado pelo fato de que, próximo à respectiva pista (11a, 12a), os anéis internos (5, 6) dos mancais supracitados (3, 4) têm um diâmetro externo menor (B) do que a respectiva pista (11a, 12a) no lado voltado para o outro mancal (3, 4) e em que, próximo à respectiva pista (11a, 12a), os anéis internos (5, 6) dos mancais têm um diâmetro externo maior (C, D) do que a respectiva pista (11a, 11b) no lado voltado para a direção oposta ao outro mancal (3, 4), e em que, próximo à respectiva pista (11b, 12b), os anéis externos (7, 8) dos mancais (3, 4) têm um diâmetro interno menor (D, G) do que a respectiva pista (11b, 12b), tanto no lado voltado para o outro mancal (3, 4) quando no lado voltado para a direção oposta ao outro mancal (3, 4).

2. Elemento compressor de parafuso dotado de um alojamento em que um rotor é disposto de modo giratório por meio de dois mancais, sendo respectivamente um mancal de cilindro (3) e um mancal de esfera (4), cada um dotado de um anel interno (5, 6) e um anel externo (7, 8), separados por elementos de rolamento respectivamente cilíndricos ou em formato de esfera (9, 10) que entram em contato com o anel interno (5, 6) e com o anel externo (7, 8) na localização de uma pista (11a, 11b, 12a, 12b), caracterizado pelo fato de que, próximo à respectiva pista (11a, 12a), os anéis internos (5, 6) dos mancais supracitados (3, 4) têm um diâmetro externo menor (B) do que a respectiva pista (11a, 12a) no lado voltado para a direção oposta ao outro mancal (3, 4) e em que, próximo à respectiva pista (11a, 12a), os anéis internos (5, 6) dos mancais têm um diâmetro externo maior(C, D) do que a respectiva pista (11a, 11b) no lado voltado para o outro mancal (3, 4), em que, próximo à respectiva pista (11b, 12b), os anéis externos (7, 8) dos mancais (3, 4) têm um diâmetro interno menor (D, G) do que a respectiva pista (11b, 12b), tanto no lado voltado para o outro mancal (3, 4) quanto no lado voltado para a direção oposta ao outro mancal (3, 4).

3. Elemento compressor de parafuso, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os diâmetros internos (A) dos anéis internos (5, 6) do mancal de cilindro (3) e do mancal de esfera (4) são idênticos.

4. Elemento compressor de parafuso, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos um bocal (19) é disposto entre o mancal de cilindro (3) e o mancal de esfera (4), sendo esse bocal (19) adequado para aspergir um fluido dentro do mancal de cilindro (3) e/ou dentro do mancal de esfera (4).

5. Elemento compressor de parafuso, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos um bocal (19) é disposto entre o mancal de cilindro (3) e o mancal de esfera (4), sendo esse bocal (19) adequado para aspergir um fluido entre a caçamba do mancal de cilindro (3) e o anel interno (5) e/ou entre a caçamba do mancal de esfera (4) e o anel interno (6).

6. Elemento compressor de parafuso, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o mancal de cilindro (3) é dotado de dois colares fixos (13) no anel externo (7) e um colar fixo (14) no anel interno (5), ou em que o mancal de cilindro (3) é dotado de dois colares fixos (13) no anel externo (7) e um colar solto (14) no anel interno (7), ou em que o mancal de cilindro (3) é dotado de dois colares fixos (13) no anel externo (7) e um anel de gancho no anel interno (5).

7. Elemento compressor de parafuso, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a diferença entre o diâmetro (E) dos elementos de rolamento (9) do mancal de cilindro (3) e o diâmetro (F) dos elementos de rolamento (10) do mancal de esfera (4) não é maior que 20 %, preferencialmente, não é maior que 10 % e, ainda preferencialmente, não é maior que 5 %.

8. Elemento compressor de parafuso, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos elementos de rolamento (9, 10) do mancal de cilindro (3) e/ou do mancal de esfera (4) é produzido a partir de um material de cerâmica.

9. Elemento compressor de parafuso, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que todos os elementos de rolamento (9, 10) do mancal de cilindro (3) e/ou mancal de esfera (4) são produzidos a partir de um material de cerâmica.

10. Elemento compressor de parafuso, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o mancal de cilindro (3) e/ou o mancal de esfera (4) são dotados de uma caçamba produzida a partir de um polímero.

11. Elemento compressor de parafuso, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o polímero é reforçado por fibra.

12. Elemento compressor de parafuso, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o anel externo (8) do mancal de esfera (4) é dotado de duas pistas (12b, 12c).

13. Elemento compressor de parafuso, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os ângulos de contato nas duas pistas (12b, 12c) do anel externo (8) do mancal de esfera (4) são diferentes.

14. Elemento compressor de parafuso, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os mancais (3, 4) são adequados para serem usados a velocidades superiores a 1 * 106 ndm [milímetros x revoluções por minuto], preferencialmente superior a 1,25 * 106 ndm, e, ainda preferencialmente, superior a 1,5 * 106 ndm.

15. Máquina que compreende um elemento compressor de parafuso conforme definido em uma das reivindicações anteriores, sendo a máquina caracterizada por ser uma do grupo de: - um compressor, preferencialmente um compressor livre de óleo;

- um soprador, preferencialmente um soprador livre de óleo; - um expansor, preferencialmente um expansor livre de óleo; - uma bomba a vácuo, preferencialmente uma bomba a vácuo livre de óleo.