BRPI0909666B1 - elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido - Google Patents
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Abstract
elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido que compreende dois rotores cooperantes (2 e 3) os quais têm rolamentos radiais e axiais numa estrutura (1), onde esta estrutura contém uma câmara do rotor (4) na qual os rotores (2 e 3) estão situados e na qual o circuito de fluido (11) para a injecção de um fluido termina, caracterizado pelo facto de que o rolamento radial de pelo menos um rotor ser realizado através do contacto do rotor com a parte da parede da estrutura oposta ao perímetro radial do rotor e/ou a cooperação com o outro rotor e por maximizar um rolamento radial adicional.
Description
DESCRIÇÃO
ELEMENTO DE COMPRESSOR DE PARAFUSO COM INJECÇÃO DE FLUIDO [001] A presente invenção relaciona-se com um elemento de um compresso de parafuso com injecção de fluido que compreende dois rotores em cooperação os quais têm rolamentos radiais numa estrutura, em que este estrutura contém uma câmara de rotor na qual os rotores estão situados e na qual é descarregado um circuito de fluido para a injecção de um fluido.
[002] Os elementos de um compressor de parafuso com injecção de fluido são geralmente conhecidos e operam de acordo com o princípio conhecido em que o volume das câmaras de compressão, as quais são formadas entre os dentes dos respectivos rotores encaixando-se uns nos outros, decresce gradualmente à medida que os rotores rodam.
[003] Após uma certa rotação dos rotores, uma das câmaras de compressão, a qual é formada entre os rotores, é ligada à saída do elemento do compressor de parafuso.
[004] Os elementos de compressores de parafuso com injecção de óleo já são conhecidos hoje em dia onde, para a lubrificação, arrefecimento e selagem dos rotores, é injectado, na câmara de compressão, óleo com uma viscosidade cinemática de 30 a 70 cSt (= 3,10-6 a 7,10-6 m2/s) a 40°C de acordo com a ISO 46.
[005] O bom funcionamento dos ditos elementos do compressor de parafuso com injecção a óleo necessita do uso de rolamentos radiais e/ou radiais/axiais em cada lado de ambos os rotores, para que os mesmos possam ser montados de uma forma rotativa de tal modo que a fricção entre os rotores e a estrutura seja restrita.
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2/11 [006] Por rolamentos, ou o que são chamados de rolamentos anti-fricção, compreende-se rolamentos que são munidos com elementos rolantes os quais podem ser formados de várias formas, tais como sob a forma de bolas, rolos cónicos, cones, cilindros, agulhas ou semelhantes.
[007] A presença dos ditos rolamentos radiais/axiais é necessária, entre outros, para absorver as forças radiais exercidas nos rotores durante a compressão, assim como as forças que são exercidas nos ditos rotores pela transmissão, por exemplo, na forma de rodas dentadas, cintas ou correntes. Os ditos rolamentos também asseguram que a transmissão de vibrações dos rotores para a estrutura seja limitada, o que é bom para a vida útil do compressor e também para diminuir o ruído.
[008] Uma desvantagem de tais elementos de compressor de parafuso consiste em que os ditos rolamentos são, normalmente, dispendiosos e relativamente difíceis de colocar durante a montagem do elemento do compressor de parafuso.
[009] Os elementos de compressores com injecção de água são já também bem conhecidos onde, em vez de óleo, é injectada água na câmara de compressão com o mesmo objectivo, isto é, efectuar o arrefecimento, lubrificação e selagem.
[010] Com este tipo de elementos de compressor de parafuso com injecção de água, os rotores são montados com rolamentos radiais com fusos de eixos em cada lado da estrutura através de rolamentos deslizantes lubrificados com água compreendendo uma anilha livre de corrosão, por exemplo, feita de grafite, sendo que, por um lado, a anilha estende--se entre os respectivos fusos de eixo dos rotores, e por outro lado, a estrutura do elemento do compressor.
[011] Uma desvantagem destes elementos de compressor com injecção de água consiste em que os rolamentos deslizantes com lubrificação a água são, por norma,
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3/11 dispendiosos uma vez que a anilha é sempre feita com um material relativamente dispendioso e, como os ditos rolamentos, necessitam de uma alta tolerância fabril da anilha.
[012] | Outra desvantagem dos elementos | do | compressor | de |
parafuso | com injecção de água consiste | em | que têm | uma |
estrutura | relativamente complexa devido | à | presença | de |
vários canais de injecção para a injecção de água na câmara de compressão e nos rolamentos deslizantes.
[013] Uma vantagem adicional dos conhecidos elementos de compressor de parafuso com injecção de água consiste em que a folga dos rotores na estrutura é relativamente grande, como resultado ocorrem fugas na câmara de compressão entre os rotores mútuos e entre os rotores e a parede da câmara do rotor, sendo que as fugas são parcialmente absorvidas pelo fluido injectado.
[014] A presente invenção pretende remediar uma ou várias desvantagens acima mencionadas e outras desvantagens.
[015] Para esse efeito, a invenção relaciona-se com um elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido que compreende dois rotores em cooperação os quais têm rolamentos radiais e axiais numa estrutura, em que esta estrutura contém uma câmara de rotor na qual os rotores estão situados e na qual um circuito de fluido para a injecção de um fluido descarrega, onde este elemento do compressor de parafuso tem a característica específica que consiste em que os rolamentos radiais de pelo menos um rotor são realizados pelo contacto directo do rotor com a parte da parede da estrutura oposta no perímetro radial do rotor e/ou pela cooperação com o outro rotor e por maximizar um rolamento radial adicional.
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4/11 [016] A maximização de um rolamento adicional acima mencionada pode consistir num rolamento ou num rolamento deslizante.
[017] Uma vantagem de tal elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a invenção consiste em, como o rolamento radial de pelo menos um rotor é realizado pela estrutura e/ou pela cooperação com o outro rotor, pelo menos um rotor é livre de rolamentos radiais em pelo menos um rotor axial, de tal modo que o dito elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido pode ser menos dispendioso, mais simples e mais compacto do que os elementos de compressor de parafuso com injecção de óleo onde ambos os rotores são munidos com rolamentos radiais e/ou radiais/axiais em ambos os lados.
[018] Um tal elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido, de acordo com a invenção, pode também ser realizado de um modo mais simples e barato do que os elementos de compressores de parafuso com injecção de água conhecidos cujos rotores são munidos com rolamentos deslizantes radiais em ambos os lados, uma vez que são necessários menos canais de lubrificação munidos na estrutura do que nos ditos elementos de compressor de parafuso com injecção de água.
[019] Outra vantagem de um elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido, de acordo com a invenção, consiste em que seja evitado um mau alinhamento dos rotores durante a montagem, uma vez que pelo menos um rotor tem rolamentos radiais através da estrutura e/ou através da cooperação com o outro rotor.
[020] Preferencialmente, pelo menos um dos rotores acima mencionados está inteiramente livre de quaisquer rolamentos radiais adicionais, e o rolamento radial deste
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5/11 pelo menos um rotor é exclusivamente realizado pela estrutura e/ou pela cooperação com o outro rotor.
[021] Isto é vantajoso no sentido que o elemento do compressor de parafuso é ainda mais simplificado, em que os custos do material e produção são ainda mais reduzidos.
[022] De acordo com uma característica preferida da invenção, o elemento do compressor de parafuso com injecção de fluido também compreende provisões para restringir qualquer fricção entre os rotores mútuos e/ou entre os rotores e a estrutura.
[023] Uma vantagem do mesmo consiste em que o elemento do compressor de parafuso tem uma melhor eficiência do que os elementos dos compressores de parafuso convencionais e que a transmissão de vibrações dos rotores para a estrutura é além disso restringida, o que reduz a emissão vibroacústica e promove a vida útil do elemento do compressor de parafuso.
[024] De modo a melhor explicar as características da invenção, as seguintes realizações preferidas de um elemento do compressor de parafuso com injecção de fluido, de acordo com a invenção, são descritas através de exemplo, apenas sem serem limitativas de forma alguma, com referência à figura em anexo a qual representa esquematicamente uma secção de um elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a invenção.
[025] O elemento do compressor de parafuso com injecção de fluido, o qual é representado na figura, consiste principalmente de uma estrutura 1 e dois rotores em cooperação, nomeadamente um rotor fêmea 2 e um rotor macho 3 munidos na dita estrutura 1.
[026] A estrutura 1 isola a câmara do rotor 4 a qual é provida num lado, chamado o lado de entrada, com uma entrada 5 com uma abertura de entrada para o gás a ser comprimido e no
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6/11 outro lado, chamado lado de saída, com uma saída 6 para o gás comprimido e o fluido injectado.
[027] Nesta saída 6 está ligada uma linha de saída 7 a qual termina num separador de fluido 8 no qual abre uma linha de descarga 9 para o gás comprimido no topo e no qual está ligada uma linha de fluido 10 na parte inferior para levar de novo o fluido separado para a câmara do rotor 4 na qual a dita linha de fluido 10 abre através das aberturas 10A e 10B.
[028] O separador de fluido 8 e a linha de fluido 10 são parte de um circuito de fluido 11. Como prevalece uma relativa alta pressão, nomeadamente a pressão de saída, na linha de saída 7 durante a operação normal do elemento do compressor de parafuso, esta pressão de saída irá também prevalecer mais ou menos no separador de fluido 8, e a linha de fluido 10 irá fazer parte de um circuito de fluido 11 no qual a pressão que prevalece é praticamente a mesma que a saída de pressão do elemento do compressor de parafuso.
[029] O rotor fêmea 2 compreende um corpo helicoidal 12 o qual, no dado exemplo, é munido na câmara do rotor 4 sem quaisquer fusos de eixo e rolamentos adicionais de tal modo que pode ser directamente rodado, enquanto o rotor macho 3 tem um corpo helicoidal 13 e, neste caso, dois fusos de eixo 14 e 15 cujo dito rotor macho tem rolamentos na estrutura 1 através de dois rolamentos 16 e 17 os quais se estendem em redor de um fuso de eixo 14, 15 respectivamente.
[030] De acordo com a invenção, o rolamento radial de pelo menos um rotor é realizado pelo contacto, em particular mais especificamente o contacto directo do rotor relativamente com a parte da parede da estrutura 1 oposta ao perímetro radial do rotor e/ou a cooperação com o outro rotor e por maximizar um rolamento radial adicional, em que este rolamento radial pode consistir de um rolamento ou um rolamento deslizante.
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7/11 [031] No exemplo da figura, o rolamento do rotor fêmea 2 é exclusivamente realizado pela estrutura 1 e cooperação com o rotor macho 3, sem este rotor fêmea ser munido com rolamentos radiais adicionais.
[032] Em particular, o dito rotor fêmea 2 é livre de fusos de eixo com rolamentos, e o rolamento radial é exclusivamente garantido pelo contacto directo do rotor 2 com a parte da parede da estrutura 1 oposta ao perímetro do rotor 2 e a cooperação com o rotor macho 3, e assim sem quaisquer rolamentos radiais adicionais necessários, onde o rolamento axial do rotor fêmea 2 é exclusivamente garantido pelo contacto entre uma face final do rotor fêmea 2 e a parte oposta da parece da estrutura 1, sem quaisquer rolamentos axiais necessários.
[033] O elemento do compressor de parafuso com injecção de fluido, de acordo com a invenção, é preferencialmente munido com meios de restringir a folga axial no lado da saída entre os rotores 2 e 3 e a estrutura 1.
[034] Para esse efeito, no lado oposto ao extremo transversal do fuso do eixo 14 no lado da entrada do elemento do compressor é formada uma câmara fechada 19 numa parte final 18 da estrutura 1 neste caso, a qual está ligada à linha de fluido 10 através de um ramo 20, e assim à parte do circuito de fluido 11 na qual uma pressão mais baixa que a pressão de saída prevalece, de tal modo que, enquanto o elemento do compressor está operacional, será exercida uma pressão no extremo transversal do dito fuso de eixo 14.
[035] Num modo análogo, uma câmara fechada 21 é formada na parte final 18 da estrutura 1, oposta ao extremo transverso do corpo 12 do rotor fêmea 2 no lado de entrada do elemento do compressor, cuja câmara 21 é ligada à linha de fluido 10 através de um ramo 22, e assim à parte do circuito de fluido 11 no qual prevalece uma pressão que é praticamente igual à
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8/11 pressão de saída, de tal modo que, enquanto o elemento do compressor está operacional, será também exercida uma pressão neste extremo transverso do rotor 2.
[036] No exemplo dado, o fuso de eixo 15 do rotor macho 3 é estendido para fora da estrutura 1 onde pode ser unido a uma transmissão tal como um motor ou semelhante, não representado na figura 1.
[037] O rotor fêmea 2 está, neste caso, desligado da dita transmissão, mas é directamente accionado pelo rotor macho 3.
[038] Contudo, de acordo com a invenção, é também possível fornecer apenas o rotor fêmea 2 com um fuso de eixo o qual se estende para fora da estrutura 1 e o qual está ligado à transmissão, de tal forma que o rotor macho 3 é accionado pelo rotor fêmea 2.
[039] De acordo com uma característica preferida da invenção, o elemento do compressor de parafuso com injecção de fluido compreende as provisões de restringir qualquer fricção entre os rotores mútuos 2 e 3 e entre os rotores 2 e 3 e a estrutura 1, cujas provisões, de acordo com um aspecto preferido da invenção, contém uma camada dura, praticamente sem fricção fornecida sobre, pelo menos, uma parte da superfície de um ou ambos os rotores 2 e 3 e/ou pelo menos uma parte da parede da estrutura 1.
[040] Em particular, a camada acima mencionada pode ser fornecida sobre, pelo menos, uma parte de uma ou várias das seguintes superfícies:
- uma face final de pelo menos um dos rotores 2 e 3;
- uma superfície de contacto de pelo menos um dos rotores 2 e 3, onde por uma superfície de contacto” significa uma colecção de pontos na superfície de um rotor, cujos pontos, enquanto o elemento do compressor de parafuso está operacional, faz contacto com o rotor a cooperar com o último;
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- uma parte da parede da estrutura 1 oposta a uma face final acima mencionada de um rotor 2 ou 3;
- uma parte da parede da estrutura 1 oposta ao perímetro radial acima mencionado de um rotor 2 ou 3;
[041] A camada acima mencionada pode, por exemplo, consistir do que é chamada camada diamante tipo carbono” (camada DTC), mas também pode ser formada por outra camada tal como a camada Carbono Quase Sem Fricção (camada CQF), uma camada cerâmica, uma camada metálica, uma camada de polímero ou semelhante.
[042] As camadas acima mencionadas podem ser ou não dotadas de micropartículas e/ou nanopartículas de excipientes duros e/ou lubrificantes.
[043] De acordo com um aspecto especial da invenção, o fluido que é injectado na câmara do rotor 4 através das aberturas 10A e 10B consiste de um liquido de arrefecimento com muito baixa viscosidade (por exemplo, óleo mineral), ou por outras palavras, um liquido de arrefecimento cuja viscosidade cinética é consideravelmente baixa a 40 °C do que aquela presente nos compressores com injecção de óleo (6.10-6 m2/s), cujo liquido, em cooperação com a camada acima mencionada, causa um efeito tribológico entre os rotores mútuos 2 e 3 e/ou entre os rotores 2 e 3 e a estrutura 1, para que, apesar da viscosidade muito baixa, seja obtido um efeito lubrificante e selante durante todas as condições operacionais do elemento do compressor de parafuso.
[044] Consequentemente, o fluido injectado deve apenas consistir de um líquido de arrefecimento e não deve ter quaisquer qualidades selantes ou lubrificantes.
[045] Graças a uma aplicação adequada das provisões para restringir qualquer fricção entre os rotores 2 e 3, e entre os rotores 2 e 3 e a estrutura 1, a qual nesta caso
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10/11 significa uma dimensão adequada das partes revestidas e aplicando a combinação adequada de revestimento e liquido de arrefecimento, pelo menos um dos rotores 2 e/ou 3 em pelo menos um rotor axial estará livre de rolamentos radiais, e em particular em pelo menos numa extremidade do rotor axial estará livre de um fuso de eixo 14-15.
[046] Outra medida adicional preferida para reduzir qualquer fricção entre os rotores mútuos 2 e 3 e entre os rotores 2 e 3 e a estrutura 1 consiste na característica que um ou ambos os rotores e/ou a parede da estrutura 1 é munido com um relevo em pelo menos uma parte da sua superfície de modo a fornecer uma morfologia com um comportamento praticamente sem fricção.
[047] Para este propósito, pode ser gravada uma textura na superfície através de um laser; a superfície pode ser processada através de jacto de areia, polimento, lixagem ou corte ou qualquer outra técnica de tratamento de superfície.
[048] Tal relevo é, preferencialmente, munido em pelo menos em duas superfícies que são livres de qualquer revestimento, mas isto não é estritamente necessário de acordo com a invenção e, consequentemente, o dito revestimento pode também ser munido numa superfície que seja revestida posteriormente com o revestimento praticamente sem fricção acima mencionado.
[049] Em particular, o relevo acima mencionado pode ser munido sobre, pelo menos, uma parte de uma ou várias das seguintes superfícies:
- uma face final de pelo menos um dos rotores 2 e 3;
- uma superfície de contacto de pelo menos um dos rotores 2 e 3;
- uma parte da parede da estrutura 1 oposta a uma face final acima mencionada de um rotor 2 ou 3;
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- uma parte da parede da estrutura 1 oposta ao perímetro radial acima mencionado de um rotor 2 ou 3;
[050] O contacto praticamente sem fricção entre as superfícies tribológicas e a distribuição da carga dos rolamentos sobre uma área consideravelmente maior do que no caso, por exemplo, dos rolamentos irá levar a uma redução considerável de picos de carga na estrutura 1. É então obtida também uma redução considerável da transferência de picos de emissão de ruído vibro-acústico do elemento do compressor de parafuso.
[051] Graças à presença das câmaras 19 e 21, é criada uma pressão axial no lado da entrada no extremo transversal do fuso de eixo 14 e a face extrema do rotor fêmea 2 respectivamente, cuja pressão contraria as forças axiais, as quais são exercidas nos rotores 2 e 3 através de gás comprimido.
[052] A invenção não é, de todo, restringida pelas realizações descritas através de exemplos e representadas nos desenhos em anexo; pelo contrário, tal elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido pode ser feito de todos os tipos e dimensões enquanto permanecendo no âmbito da invenção.
Claims (15)
- REIVINDICAÇÕES1. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido que compreende dois rotores cooperantes (2 e 3) os quais têm rolamentos radiais e axiais numa estrutura (1), onde esta estrutura contém uma câmara do rotor (4) na qual os rotores (2 e 3) estão situados e na qual o circuito de fluido (11) para a injecção de um fluido termina, caracterizado pelo fato de que o rolamento radial de pelo menos um rotor ser realizado através do contacto do rotor com a parte da parede da estrutura oposta ao perímetro radial do rotor e/ou a cooperação com o outro rotor e por maximizar um rolamento radial adicional, que compreende as provisões para restringir qualquer fricção entre os rotores mútuos (2 e 3), onde as provisões para restringir qualquer fricção compreendem um revestimento duro, quase sem fricção, o qual é munido sobre pelo menos uma face final de pelo menos um dos rotores (2 e 3).
- 2. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos rotores acima mencionados (2 e/ou 3) está livre de rolamentos radiais adicionais.
- 3. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o rolamento axial de pelo menos um rotor é realizado exclusivamente através do contacto entre a face final do rotor (2 e/ou 3) e a parte oposta da estrutura (1), sem qualquer rolamento axial adicional necessário.
- 4. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com qualquer reivindicação, caracterizado pelo fato de que pelo menos um rotor (2 e/ou 3) em pelo menos um ou ambos osPetição 870190080645, de 19/08/2019, pág. 9/12 extremos axiais dos rotores está livre de um rolamento no fuso do eixo (14-15).
- 5. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende provisões para restringir qualquer fricção entre os rotores (2 e 3) e a estrutura (1).
- 6. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as provisões acima mencionadas para restringir qualquer fricção compreendem um revestimento duro, quase sem fricção, o qual é munido sobre pelo menos uma parte da superfície de um ou ambos os rotores (2 e/ou 3) e/ou pelo menos uma parte da parede da estrutura (1).
- 7. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o revestimento acima mencionado consiste de uma camada DTC, uma camada CQF, uma camada cerâmica, uma camada metálica ou uma camada de polímeros.
- 8.Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o revestimento acima mencionado é munido em pelo menos uma parte de uma ou várias das seguintes superfícies:- uma superfície de contacto de pelo menos um dos rotores (2 e 3);- uma parte da parede da estrutura (1) oposta a uma face final acima mencionada de um rotor (2 e/ou 3);Petição 870190080645, de 19/08/2019, pág. 10/12- uma parte da parede da estrutura (1) oposta ao perímetro radial de um rotor acima mencionado (2 e/ou 3) .
- 9. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a viscosidade cinética do fluido acima mencionado a 40 °C é mais baixo do que os atuais compressores com injecção de óleo (6.10-6 m2/s) .
- 10. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o fluido acima mencionado é seleccionado de modo que, em cooperação com o revestimento acima mencionado, produz um efeito tribológico, de tal modo que é obtido um contacto quase sem fricção entre os rotores mútuos (2 e 3) e/ou entre os rotores (2 e 3) e a estrutura (1) .
- 11. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um ou ambos os rotores (2 e/ou 3) e/ou a parede da câmara do rotor (4) é munido com um relevo em pelo menos parte da sua superfície para fornecer uma morfologia com um comportamento quase sem fricção.
- 12. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o relevo acima mencionado é formado por uma textura a qual foi gravada a laser na superfície, ou que foi criada através de jacto de areia, polimento, lixagem ou corte ou semelhante ou através de métodos químicos.Petição 870190080645, de 19/08/2019, pág. 11/12
- 13. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o relevo acima mencionado é munido em pelo menos uma parte de uma ou várias das seguintes superfícies:- uma face final de pelo menos um dos rotores (2 e 3);- uma superfície de contacto de pelo menos um dos rotores (2 e 3);- uma parte da parede da estrutura (1) oposta a uma face final acima mencionada de um rotor (2 e/ou 3);- uma parte da parede da estrutura (1) oposta ao perímetro radial acima mencionado de um rotor (2 e/ou 3).
- 14. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é munido com meios para restringir a folga entre os rotores (2 e 3) e a estrutura (1), cujos meios compreendem uma câmara (19, 21) provida no lado de entrada do elemento do compressor de parafuso, oposta a uma face final de um corpo do rotor (12) e/ou oposta ao extremo transversal do fuso de eixo (14) de um rotor (3) .
- 15. Elemento de compressor de parafuso com injecção de fluido de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a câmara acima mencionada (19 e/ou 21) é ligada a uma linha de fluido (10) através de um ramo (20, 22 respectivamente), cuja linha de fluido (10) está ligada a um separador de fluido (8) na linha de saída (7) do elemento do compressor de parafuso.
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