BRPI1101247A2

BRPI1101247A2 - mola de suspensço para um compressor de refrigeraÇço

Info

Publication number: BRPI1101247A2
Application number: BRPI1101247-1A
Authority: BR
Inventors: Carlos Eduardo Vendrami; Pellegrini Claudio De
Original assignee: Whirlpool Sa
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2013-05-14
Also published as: JP2014509701A; WO2012126074A1; CN102691643A; KR20140008405A; MX2013010621A; EP2686553A1; US20140070469A1; SG193524A1

Abstract

MOLA DE SUSPENSçO PARA UM COMPRESSOR DE REFRIGERAÇçO. Do tipo que compreende uma carcaça (10) e um bloco (21) formando, com o estator (22) de um motor elétrico, um conjunto estacionário (20) que é montado no interior da carcaça (10) por meio de um conjunto de molas helicoidais (30) A mola helicoidal (30) apresenta, para uma pré-determinada faixa dimensional de um dos parâmetros de mola definidos dentre o diâmetro médio de mola (D), o passo (p) de suas espiras, o diâmetro de arame de mola (d) e a altura ativa (h), uma razão entre pelo menos dois de cada par dos outros três parâmetros, definidas para prover à dita mola helicoidal 30 de suspensão, para uma desejada banda de freqüência, uma rigidez no mínimo correspondente àquela de segurança estrutural da suspensão, e urna atenuação em sua transmissibilidade acústica, em relação às molas dimensionadas apenas em função de suas exigências estruturais de suspensão, para uma desejada banda de freqüência.

Description

"MOLA DE SUSPENSÃO PARA UM COMPRESSOR DE REFRIGERAÇÃO". Campo da invenção

Refere-se a presente invenção a uma mola de suspensão a ser utilizada em um compressor de refrigeração do tipo que apresenta seu conjunto motor-compressor tendo um eixo de manivela vertical e sendo mantido suspenso no interior de uma carcaça do compressor, por meio de molas helicoidais operando sob compressão. Técnica anterior Compressores de refrigeração, de eixo vertical, são convencionalmente providos de um sistema de suspensão por molas, para: atenuar a energia vibratória gerada pela operação do conjunto motor-compressor na freqüência de operação do compressor, particularmente pelo movimento alternativo do pistão, e que é transmitida à carcaça do compressor; limitar os movimentos do conjunto motor- compressor na partida e na parada do compressor; e suportar o conjunto motor-compressor durante o transporte.

2 0 As vibrações geradas durante a operação normal do compressor são produzidas pela oscilação da massa móvel do conjunto mecânico motor-compressor, massa móvel essa compreendendo, geralmente, um pistão, uma biela e um eixo de manivela carregando o rotor do motor elétrico do 2 5 compressor.

Os sistemas de suspensão do conjunto motor-compressor podem ser divididos em dois grupos: amortecimento com a utilização de molas trabalhando sob distensão e amortecimento com a utilização de molas trabalhando sob compressão.

Na disposição construtiva utilizando molas de suspensão trabalhando sob compressão, geralmente molas helicoidais, conforme ilustrado na figura 1 dos desenhos anexos, cada mola helicoidal 30 tem um extremo inferior 31 assentado sobre um meio de suporte inferior MSI, fixado à carcaça do compressor, no interior dessa última, e um extremo superior 32 assentado sob um meio de suporte superior MSS fixado a um conjunto estacionário 2 0 formado pelo usual bloco 21 do compressor e pelo estator 22 do respectivo motor elétrico.

Os meios de suporte inferior MSI e superior MSS podem ser construídos de diferentes maneiras conhecidas do estado da técnica, desde que permitam que o conjunto motor- compressor, incluindo o bloco 21, seja mantido suspenso no interior da carcaça 10, apoiado sobre quatro molas helicoidais 30, cada uma trabalhando sob compressão entre um meio de suporte inferior MSI e um meio de suporte superior MSS.

De acordo com uma conhecida técnica de ancoragem das molas helicoidais 30, na carcaça 10 e no conjunto estacionário 20 do compressor, cada um dos meios de suporte, inferior MSI e superior MSS, carrega um respectivo pino 40. Cada pino 40 pode ser usinado ou estampado, sendo fixado ao respectivo meio de suporte por solda ou por qualquer outro meio adequado.

Cada pino 40 recebe e retém, sobre si, uma capa 50, 2 0 geralmente em material sintético, como plástico ou borracha, que reveste o pino 4 0 e que é configurada para ser encaixada, de forma justa, no interior do adjacente extremo de uma respectiva mola helicoidal 30 (figura 1) . As referidas capas 50 definem batentes limitadores do grau de compressão de cada respectiva mola helicoidal 30, sendo ditas capas assentadas uma contra a outra, quando o grau de compressão da mola helicoidal 3 0 alcança um determinado valor.

Essas conhecidas molas helicoidais 30, tal como ilustrado na figura 2, apresentam sua altura ativa h (desconsideradas as espiras inativas, interferentes com as respectivas capas), o diâmetro de arame d, o diâmetro médio de mola Deo passo ρ (entre as espiras) dimensionados para que a geometria da mola seja compatível com o espaço de montagem disponível no interior da carcaça do compressor e com a rigidez estática adequada para a mola. O referido dimensionamento, visando o estabelecimento da rigidez estática da mola, leva em consideração dois limites que devem ser respeitados. A rigidez não pode ser muito elevada, pois, nesse caso, não seria conseguida uma redução na transmissão de vibração do compressor para o sistema de refrigeração (por exemplo, um refrigerador) ao qual está associado, sobretudo na freqüência de funcionamento do compressor e em sua primeira harmônica. Por outro lado, a rigidez da mola não pode ser muito pequena, sob pena de permitir que o conjunto motor- compressor, incluindo o bloco 21, bata contra a carcaça quando da partida ou do desligamento do compressor, ou ainda quando de movimentos bruscos em operações de transporte.

Ocorre que as molas até agora desenvolvidas não foram capazes de reduzir, de modo efetivo, a energia vibratória transmitida ao sistema de refrigeração, ao qual o compressor está fisicamente associado, em freqüências acima das freqüências de funcionamento do compressor. Em

2 0 outras palavras, as molas conhecidas não são projetadas

para reduzir a transmissão de ruído para fora do compressor, apresentando uma elevada transmissibilidade estrutural (o quanto de força a mola transmite numa extremidade, por deslocamento unitário na outra extremidade) em determinadas regiões do espectro, causando produção indesejável de ruido quando da aplicação do compressor em um equipamento de refrigeração.

Portanto, é desejável a busca de uma mola do tipo aqui

3 0 considerada, mas que apresente também uma redução

significativa em sua transmissibilidade acústica por sua estrutura, em uma desejada banda de freqüência, por exemplo na banda de 1/3 de oitava de 1.600Hz. Sumário da invenção 3 5 Em função das limitações acima mencionadas e relacionadas às características de uma mola helicoidal para suspensão de um compressor, a invenção tem o objetivo de prover uma mola de suspensão para um compressor de refrigeração que opere adequadamente como elemento de suspensão do conjunto motor-compressor e ainda como elemento redutor de transmissão de vibrações do compressor para as estruturas a ele fisicamente associadas.

Este e outros objetivos são alcançados por uma mola de suspensão a ser aplicada em um compressor de refrigeração do tipo que compreende uma carcaça e um bloco formando, com o estator de um motor elétrico, um conjunto estacionário que é montado no interior da carcaça por meio de uma suspensão incluindo um conjunto de molas helicoidais, cada uma apresentando um extremo inferior e um extremo superior, sendo que cada dito extremo é acoplado, respectivamente, a uma adjacente parte de carcaça e de conjunto estacionário.

De acordo com a invenção, a mola de suspensão apresenta, para uma pré-determinada faixa dimensional de um dos parâmetros de mola definidos dentre o diâmetro médio da mola, o passo de espira, o diâmetro do arame e a altura

2 0 ativa da mola, uma razão entre pelo menos dois de cada

par dos outros três parâmetros, definidas para prover à dita mola de suspensão, uma rigidez no mínimo correspondente àquela de segurança estrutural da suspensão, e uma atenuação em sua transmissibilidade acústica, em relação às molas dimensionadas apenas em função de suas exigências estruturais de suspensão, para uma desejada banda de freqüência.

Geralmente, o parâmetro de mola que apresenta faixa dimensional pré-determinada é o diâmetro do arame de

3 0 mola, sendo as razões entre os demais parâmetros

definidas pela razão entre o diâmetro da mola e o passo de suas espiras e pela uma razão entre o diâmetro da mola e sua altura ativa.

De modo mais específico, a mola de suspensão da presente 3 5 invenção apresenta, para uma pré-determinada faixa de diâmetros de arame de mola, definida entre 1,3 mm e 1,7 mm, uma relação entre o diâmetro da mola e o passo de suas espiras variando entre 4,9 e 7,85 e uma relação entre o diâmetro da mola e sua altura ativa entre 0,81 e 0,90, para prover uma atenuação na transmissibilidade acústica da mola, da ordem de até 3OdB.

A redução na transmissibilidade acústica da mola é de até 30dB, utilizando-se da otimização dos parâmetros (ou seja, do diâmetro da mola D, diâmetro de arame d, passo ρ e altura ativa h) selecionados para a mola. A melhor mola propicia uma redução de transmissibilidade de 3 OdB na banda de 1.600Hz em relação ã pior mola (a mola referência do compressor está entre as piores molas para esta banda; a mola otimizada está entre as melhores). A construção proposta pela invenção e acima definida, permite uma redução na rigidez dinâmica da mola e uma atenuação na transmissibilidade acústica, propiciando uma redução da ordem de 6dB no nível de potência sonora irradiado pelo compressor, na banda de 1/3 de oitava de 1 . 600 Hz.

Comparando-se um compressor especifico, tendo uma mola otimizada, com um compressor tendo uma mola referência (mola ruim para a região de 1.600Hz) , observa-se uma redução de 6dB (A) no ruído do compressor, para a banda de 1.600Hz.

Breve descrição dos desenhos A invenção será descrita a seguir fazendo-se referências aos desenhos anexos, nos quais:

A figura 1 representa, esquematicamente e em corte vertical, uma porção de um compressor de refrigeração, ilustrando uma parte do conjunto estacionário, incluindo 3 0 o bloco e o estator e tendo uma mola helicoidal de suspensão montada de acordo com a técnica anterior; A figura 2 representa uma vista em corte longitudinal diametral de uma mola helicoidal dimensionada de acordo com a presente invenção; A figura 3 representa um diagrama com o eixo χ representando as alturas efetivas da mola (em mm) , com o eixo y representando o diâmetro médio da mola (em mm) , com os raios dos círculos representando os diâmetros do arame de mola, variando entre 1,3 mm e 1,7 mm, e com a referência numérica dos círculos representando os graus de transmissibilidade da mola (o menor número representa o menor grau de transmissibilidade), conforme legenda da figura;

A figura 4 representa um diagrama com o eixo χ representando os diâmetros da mola (em mm) , com o eixo y representando o passo (em mm) das espiras da mola, com os raios dos círculos representando os diâmetros do arame de mola, variando entre 1,3 mm e 1,7 mm, e com a referência numérica dos círculos representando os graus de transmissibilidade da mola (o menor número representa o menor grau de transmissibilidade) , conforme legenda da figura; e

A figura 5 representa um gráfico com o eixo χ representando freqüências (em Hz) e, o eixo y, o nível de potência sonora (em dB) , com as colunas indicando o espectro de ruído do compressor, para um compressor utilizando uma mola de referência, convencional, (colunas à esquerda, em cinza) e um compressor utilizando uma mola obtida segundo a presente invenção (colunas à direita, em branco).

Descrição da invenção Conforme ilustrado e já anteriormente descrito, a mola helicoidal, obtida de acordo com a presente invenção, é aplicada a um compressor de refrigeração do tipo de eixo vertical e que compreende, de acordo com o ilustrado na figura 1, um conjunto estacionário 20 formado por um 3 0 bloco 21 ao qual é fixado um estator 2 2 de um motor elétrico do compressor. O conjunto estacionário 2 0 é montado no interior de uma carcaça 10, por meio de um sistema de suspensão incluindo molas helicoidais 30, trabalhando sob compressão, cada uma apresentando um extremo inferior 31 e um extremo superior 32 e sendo ilustrada apenas uma de ditas molas na figura 1. A mola helicoidal tem seus extremos, inferior 31 e superior 32, acoplados, respectivamente, a uma adjacente parte de carcaça 10 e de conjunto estacionário 20.

De acordo com a invenção, a mola helicoidal 3 0 de suspensão apresenta, para uma pré-determinada faixa dimensional de um dos parâmetros de mola definidos dentre o diâmetro médio D da mola, o passo de espira ρ, o diâmetro do arame d e a altura ativa h da mola, uma razão entre pelo menos dois de cada par dos outros três parâmetros, definidas para prover â dita mola helicoidal 3 0 de suspensão, uma rigidez no mínimo correspondente àquela de segurança estrutural da suspensão, e uma atenuação em sua transmissibilidade acústica, em relação às molas dimensionadas apenas em função de suas exigências estruturais de suspensão, para uma desejada banda de freqüência.

Na concretização da presente invenção, o parâmetro de mola que apresenta faixa dimensional pré-determinada é o diâmetro do arame de mola d, sendo as razões entre os demais parâmetros definidas pela razão entre o diâmetro da mola Deo passo ρ de suas espiras e pela uma razão entre o diâmetro da mola D e sua altura ativa h. De modo mais específico, a mola de suspensão da presente invenção apresenta, para uma pré-determinada faixa de diâmetros de arame d de mola, definida entre 1,3 mm e 1,7

2 5 mm, uma relação entre o diâmetro da mola Deo passo ρ de

suas espiras variando entre 4,9 e 7,8 5 e uma relação entre o diâmetro da mola D e sua altura ativa h entre 0,81 e 0,90, para prover uma atenuação na transmissibilidade acústica e de 6dB no nível de potência

3 0 sonora irradiado pelo compressor, na banda de 1/3 de

oitava de 1.600 Hz.

Para a definição da mola helicoidal 30 da presente invenção, os limites máximos e mínimos para os parâmetros dimensionais otimizados de dita mola helicoidal 30 são os seguintes:

A altura ativa h tem seu limite superior definido pela distância mínima que o conjunto do compressor deve ter em relação à carcaça 1, para que não haja choques entre eles durante o funcionamento do compressor. O limite inferior da altura ativa h é definido de forma que não haja choques, durante o funcionamento do compressor, entre os batentes que, no exemplo da figura 1, são definidos pelas capas 50.

A mola helicoidal 3 0 é construída com um arame de seção circular, geralmente em aço de mola e apresentando um diâmetro de arame d com seus limites, superior e inferior, definidos para que a mola não tenha nem uma rigidez muito elevada, nem uma baixa resistência à fadiga.

0 diâmetro médio de mola D tem seus limites, superior e inferior, normalmente definidos pelo diâmetro do batente (capa 50 na figura 1) e pelo diâmetro de arame d.

Em determinadas situações, quando se tem liberdade para re-projetar o batente, normalmente o limite superior do diâmetro médio de mola D é definido como um diâmetro que conduz a uma distância mínima da mola em relação à cabeça 2 0 de bobina do estator 22.

No caso do parâmetro definido pelo passo ρ entre as espiras, este deve ter seus limites, superior e inferior, definidos para que a mola não tenha nem uma rigidez muito elevada, nem uma rigidez muito baixa, nem uma facilidade muito grande para bloquear a mola (quando as espiras ativas se tocam e inicia-se um processo de compressão das mesmas).

Em uma construção exemplificativa da presente invenção, a mola helicoidal 30 deve apresentar, para uma pré- determinada faixa de diâmetros de arame (ou fio) de mola d, definida pelos valores máximo e mínimo de 1,3 mm e 1,7 mm nos diagramas das figuras 3 e 4, uma relação entre o diâmetro médio de mola Deo passo ρ de suas espiras variando entre 4,9 e 7,85 e uma relação entre o diâmetro médio de mola D e sua altura ativa entre 0,81 e 0,90.

Os diagramas das figuras 3 e 4 mostram que as molas helicoidais 30, consideradas na construção de mola exemplificada e que apresentam um menor grau de transmissibilidade, são aquelas que apresentam as relações dimensionais acima indicadas.

Nas concretizações da invenção, representadas nas figuras 3 e 4 e acima comentadas, pode-se obter, em função da correta escolha dos parâmetros da mola, uma redução de valores de transmissibilidade de 63dB para valores em torno de 3 3dB, para as molas representadas pelos números 6 e 1, respectivamente, em referidas figuras, considerando-se a referência para o cálculo em dB de ΙΝ/mm, passando-se por valores de 53dB, 43dB a 50dB, 40dB e 37dB para as molas representadas pelos números 5 a 2, respectivamente, nas mesmas figuras 3 e 4.

Assim, a construção de mola proposta pela invenção permite obter-se uma atenuação de transmissibilidade acústica da mola da ordem de até 3 OdB. Conforme já mencionado anteriormente, esse nível de atenuação na transmissibilidade da mola permite a obtenção de uma atenuação no nível de potência sonora irradiado pelo compressor da ordem de 6dB na banda de 1/3 de oitava de 1.600 Hz.

A partir destas relações entre parâmetros, a mola helicoidal 30 da presente invenção pode ter suas dimensões máximas geometricamente otimizadas, por 2 5 qualquer metodologia apropriada e que considere os parâmetros de altura ativa h, diâmetro de arame de mola d, diâmetro médio de mola D e de passo ρ entre as espiras da mola.

Para a melhor definição da mola helicoidal 3 0 são também considerados os seguintes parâmetros: fadiga para vida infinita; rigidez axial e rigidez transversal, como restrições; transmissibilidade em determinada região do espectro; utilização da simulação de corpos rígidos para determinação de vibração do conjunto do compressor e das tensões sofridas pela mola em condição real de funcionamento, considerando a presença dos batentes; e validação experimental através de teste de transmissibilidade de mola, medição experimental da vibração do conjunto do compressor e teste de ruído (medição de nível de potência sonora, irradiado por um compressor em câmara reverberante).

O processo em questão considera ainda a análise harmônica com cálculo de transmissibilidade e análise de fadiga com cálculo do fator de segurança para a função de suspensão da mola, sendo o fator de segurança, para vida infinita, calculado a partir de pelo menos duas tensões, às quais a mola é submetida.

O processo de obtenção tem, como função objetivo, a minimização de um somatório de transmissibilidades axial e transversal em relação ao eixo longitudinal da mola helicoidal em uma desejada freqüência de ruído, produzida pelo compressor.

A mola helicoidal obtida deve apresentar determinada rigidez, a qual deve ficar dentro de uma faixa que garanta que a mola não seja nem excessivamente rígida, nem flexível a ponto de fazer com que o conjunto do compressor bata contra a carcaça 1, e apenas submetida a níveis de tensão que garantam vida infinita para mola. De acordo com a presente invenção, as condições de rigidez e de amortecimento de ruído, a serem apresentadas por uma determinada mola helicoidal 30, são definidas por

2 5 razões entre os parâmetros de diâmetro de arame de mola d

e de passo p, altura ativa h e diâmetro médio D da mola, capazes de produzirem os efeitos de atenuação de transmissibilidade, conforme acima já comentado. Em um exemplo construtivo particular da presente invenção, uma mola helicoidal, para suspensão de um compressor de refrigeração do tipo acima definido, que apresente minimização de um somatório de

transmissibilidades axial e transversal em relação ao eixo longitudinal da mola helicoidal, na banda de 1/3 de

3 5 oitava de 1.6 0 0Hz, deve ter seu diâmetro médio D de

14,7mm a 15,7mm, o diâmetro de arame d entre 1,3 e 1, 7mm e o passo ρ entre suas espiras em cerca de 2 a 3mm. Para a referida banda de freqüência, essa mola helicoidal deve apresentar uma altura útil ou ativa h de 17,5 a 18,0mm. A figura 5 representa, para o exemplo construtivo particular de mola helicoidal acima citado, a redução de ruído propiciada, na banda de 1.600Hz, para um compressor específico. De acordo com a figura 5, na maior parte das freqüências avaliadas (geradoras de ruído do compressor) de IOOHz a 10.000 Hz, há um aumento na atenuação do nível de potência sonora, atenuação esta mais marcante em 1.600 Hz (de 6dB) .

Claims

1. Mola de suspensão para um compressor de refrigeração do tipo que compreende uma carcaça (10) e um bloco (21) formando, com o estator (22) de um motor elétrico, um conjunto estacionário (2 0) que é montado no interior da carcaça (10) por meio de uma suspensão incluindo um conjunto de molas helicoidais (30) , cada uma apresentando um extremo inferior (31) e um extremo superior (32), sendo que cada dito extremo (31, 32) é acoplado, respectivamente, a uma adjacente parte de carcaça (10) e de conjunto estacionário (20), sendo dita mola helicoidal caracterizada pelo fato de apresentar, para uma pre- determinada faixa dimensional de um dos parâmetros de mola definidos dentre o diâmetro médio de mola (D) , o passo (p) de suas espiras, o diâmetro de arame de mola (d) e a altura ativa (h), uma razão entre pelo menos dois de cada par dos outros três parâmetros, definidas para prover à dita mola helicoidal 30 de suspensão, para uma desejada banda de freqüência, uma rigidez no mínimo correspondente àquela de segurança estrutural da suspensão, e uma atenuação em sua transmissibilidade acústica, em relação às molas dimensionadas apenas em função de suas exigências estruturais de suspensão, para uma desejada banda de freqüência.

2. Mola, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de apresentar, para uma pré-determinada faixa de diâmetros de arame de mola (d) , uma razão entre o diâmetro médio de mola (D) e o passo (p) de suas espiras e uma razão entre o diâmetro médio de mola (D) e sua altura ativa (h) , definidas para prover à dita mola helicoidal (30) , uma rigidez no mínimo correspondente àquela de segurança estrutural da suspensão, e uma atenuação na transmissibilidade acústica em relação às molas dimensionadas apenas em função de suas exigências estruturais de suspensão.

3. Mola, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de apresentar, para uma pré-determinada faixa de diâmetros de arame de mola (d), definida entre 1,3 mm e 1,7 mm, uma relação entre o diâmetro da mola (D) e o passo (p) de suas espiras variando entre 4,9 e 7,85 e uma relação entre o diâmetro da mola (D) e sua altura ativa (h) entre 0,81 e 0,90, para prover uma atenuação na transmissibilidade acústica da mola, da ordem de até -3 OdB.

4.

Mola, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de o diâmetro de arame de mola (d) ser de 1,3 a -10 l,7mm, de o passo (p) ser 2 a 3mm, de o diâmetro médio de mola (D) ser 14,7 a 15,7mm e de a altura ativa (h) da mola ser de 17,5 a 18,0mm, atenuando em 6dB o nível de potência sonora irradiado pelo compressor, na banda de -1/3 de oitava de 1.600 Hz.