BRPI1103745A2

BRPI1103745A2 - biela de compressor alternativo

Info

Publication number: BRPI1103745A2
Application number: BRPI1103745-8A2A
Authority: BR
Inventors: Raul Bosco Jr
Original assignee: Whirlpool Sa
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-08-13
Also published as: JP2014527596A; CN103782044A; WO2013029134A1; WO2013029134A8; US20140345418A1; KR20140060519A; SG11201400234RA; EP2751435A1

Abstract

Patente de Invenção: "BIELA DE COMPRESSOR ALTERNATIVO". A presente invenção refere-se a uma biela de compressor alternativo, em especial, uma biela que transforma o movimento rotacional excêntrico em movimento linear axial. A biela (1) meios capazes de compensar esforços de deflexão e garantir o alinhamento do pistão (P) no interior do cilindro (C). Os meios em questão compreendem pelo menos duas regiões (5,6) passíveis de deformação resiliente orientada, sendo que tais as regiões (5,6) são conformadas no corpo (2) e orientadas em sentidos opostos.

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção para "BIELA DE COMPRESSOR ALTERNATIVO".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a uma biela de compressor alternativo, em especial, uma biela que transforma o movimento rotacional excêntrico (do eixo do motor do compressor) em movimento linear axial (para o pistão do compressor). A biela em questão compreende meios de atenuação de atrito em relação à face interna do cilindro do compressor.

Fundamentos da Invenção De acordo com especialistas versados no assunto, sabe-se que um compressor

alternativo compreende um equipamento capaz de comprimir certo volume de fluido através da alteração volumétrica de uma câmara onde o fluido a ser comprimido encontra- se disposto inserido.

Neste sentido, um compressor alternativo é integrado por pelo menos um conjunto cilindro-pistão, sendo que o cilindro compreende a câmara passível de alteração volumétrica, e o pistão compreende o meio de alteração volumétrica do cilindro, isto é, o pistão é projetado para ser axial e alternativamente movimentado no interior do cilindro, aumentando e diminuindo seu volume. Desta forma, um fluido disposto no interior do cilindro pode ser comprimido. Para tanto, o pistão é atrelado a uma fonte motriz (normalmente, um motor elétrico) que pode apresentar movimento circular ou movimento linear.

Convencionalmente, o pistão é atrelado à fonte motriz através de um elemento extensor/transformador de movimento tecnicamente conhecido como biela.

Nos casos de fontes motrizes lineares (onde a "parte móvel" do motor apresenta movimento axial linear), uma biela compreende apenas um elemento de extensão de movimento entre o motor e o pistão.

Já nos casos de fontes motrizes de movimento circular (onde o "rotor" do motor apresenta movimento rotacional em torno de seu próprio eixo), a biela compreende o elemento responsável pela transformação do movimento circular (do motor) para movimento linear (do pistão). Nestes casos, o "rotor" do motor apresenta um movimento circular excêntrico e é perpendicularmente disposto em relação à orientação de deslocamento do pistão.

Desta forma, o "rotor" de um compressor baseado em fonte motriz de movimento circular é fisicamente associado a uma das extremidades da biela, sendo que a outra extremidade da biela é fisicamente associada ao pistão. Esta montagem permite que o movimento circular excêntrico seja transformado em movimento linear alternativo.

Dentro deste contexto, e em se tratando de compressores baseados em fonte f 2/7

motriz de movimento circular, são conhecidos os compressores de alta capacidade (conhecidos como compressores hiper-estáticos) cuja associação rotor-biela é mancalizada em pelo menos dois pontos distintos e paralelamente quasisimétricos ao eixo do pistão- biela. Em destes pontos de mancalização compreende o interior do bloco do compressor, e o outro ponto de mancalização compreende um corpo de contato disposto sobre a associação rotor-biela. Nesta construtividade, são geradas grandes alterações volumétricas no interior do cilindro, alterações estas que, no momento de máxima carga de compressão, impõem uma carga reativa à associação rotor-biela. Como esta associação é mancalizada em pelo menos dois pontos diferentes e quasisimétricos, a carga reativa não causa maiores danos.

São também conhecidos compressores de média capacidade (conhecidos como compressores "Cantilever") cuja associação rotor-biela é mancalizada em um ou dois pontos, em específico, mas apenas no interior do bloco do compressor. Nesta construtividade, as alterações volumétricas geradas no interior do cilindro são apenas medianas, afinal, grandes alterações volumétricas causariam (no momento de máxima carga de compressão) deformação mecânica na associação rotor-biela.

Desta forma, nota-se que os compressores de média capacidade possuem um limite máximo de compressão, o qual é normalmente relacionado à integridade da associação rotor-biela.

Com base neste cenário, observa-se que o atual estado da técnica prevê algumas

soluções capazes de aumentar, pelo menos em parte, o limite máximo dos compressores de média capacidade. Algumas destas soluções baseiam-se na construtividade da biela propriamente dita.

O documento US 2,343,211 descreve, por exemplo, um compressor recíproco compreendido (dentre outros elementos) por uma biela composta por duas extremidades de conexão interligadas por uma alma metálica passível de deformação de acordo com a carga de compressão. Esta biela pode ter sua alma metálica arqueada (de acordo com as forças referentes à carga de compressão) em uma única orientação não orientada (podendo ser arqueada "para cima" ou "para baixo"). Já o documento US 6,272,971 descreve uma biela de compressor hermético

capaz de reduzir a tensão de compressão entre o rotor do motor e o pistão através de um "recorte de deflexão". Além do citado "recorte de deflexão", a biela em questão compreende ainda uma alma metálica de formato adaptado que permite a distribuição das tensões de compressão. Em linhas gerais, a biela descrita no documento US 6,272,971 compreende uma biela conhecida como "biela rígida simétrica", a qual é incapaz de sofre qualquer tipo de deformação e/ou arqueamento.

O atual estado da técnica prevê também bielas especialmente deformáveis, as t 3/7

quais apresentam um único ponto de "arqueamento" controlado, normalmente, em um único sentido.

Um exemplo deste tipo de biela é descrito no documento US 7,305,916, onde se observa uma biela especialmente aplicada em um conjunto de motor de combustão interna compreendendo uma geometria e posicionamento capazes de compensar curvaturas de deflexão que ocorrem durante a operação do sistema. Neste caso, a geometria da biela prevê uma alma metálica composta por duas seções de diferentes espessuras, sendo que a diferença de espessuras é suavizada por uma rampa, a qual impõe certa "flexibilidade" à biela. Vale enfatizar que a biela descrita no documento US 7,305,916 prevê um único ponto "flexível", o qual pode ser arqueado apenas em sentido único.

Muito embora este último tipo de biela possibilite um leve acréscimo à capacidade de compressores de média capacidade, em função da possibilidade de deformação mediante à carga reativa de compressão (evitando dados à associação rotor-biela), nota-se que este tal construtividade apresenta um aspecto negativo de alta relevância. Este aspecto negativo é relacionado ao desalinhamento entre o pistão e cilindro

causado pela deformação orientada da biela.

De acordo com a figura 1, é possível notar que a biela, quando deformada, acaba interferindo (mesmo que momentaneamente) no alinhamento entre o pistão e o cilindro. Este desalinhamento (onde pelo menos uma das extremidades do pistão é forçada contra a face interna do cilindro) é extremamente prejudicial à vida útil do compressor, afinal, o "atrito" entre o pistão e o cilindro gera desbaste de material e altera (ao longo do tempo) a vedação hermética do conjunto pistão-cilindro, diminuindo assim a eficiência do compressor.

Com base em todo o contexto acima explanado, resta evidente observar a necessidade de desenvolvimento de uma solução capaz de mitigar, ou mesmo eliminar, os aspectos negativos acima abordados.

Objetivos da Invenção

Desta forma, é um dos objetivos da presente invenção apresentar uma biela de compressor alternativo, confeccionada em corpo integral (monobloco), capaz de compensar todos os esforços de deflexão que ocorrem durante a operação do compressor.

É também outro objetivo da presente invenção apresentar uma biela de compressor alternativo que, além compensar todos os esforços de deflexão que ocorrem durante a operação do compressor, evite desalinhamentos entre o pistão e a face interna do cilindro.

Neste sentido, é ainda objetivo da presente invenção apresentar uma biela de

compressor alternativo que potencialize a capacidade do compressor, permitindo, por exemplo, que compressores com aspectos contrutivos de média capacidade atuem com capacidade similar à capacidade dos compressores de alta capacidade.

Sumário da Invenção

Estes e outros objetivos da invenção ora revelada são totalmente alcançados por meio da biela de compressor alternativo ora revelada, a qual transforma um movimento circular de um eixo excêntrico em movimento linear alternativo para um pistão. A citada biela compreende uma primeira extremidade de conexão e uma segunda extremidade de conexão, ambas fisicamente associadas por um corpo.

A biela em questão prevê meios capazes de compensar esforços de deflexão e garantir o alinhamento do pistão no interior do cilindro, meios estes que compreendem pelo menos duas regiões passíveis de deformação resiliente orientada. As citadas as regiões passíveis de deformação resiliente orientada são conformadas no corpo e são passíveis de deformação resiliente orientada em sentidos opostos.

Preferencialmente, cada uma das regiões passíveis de deformação resiliente orientada encontra-se em uma das extremidades distais do corpo. Especificamente, cada uma das regiões passíveis de deformação resiliente orientada encontra-se entre uma das extremidades distais do corpo e sua referida extremidade de conexão.

De acordo com os conceitos da presente invenção, as regiões passíveis de deformação resiliente orientada compreendem, cada uma, uma curvatura ou área de alívio conformada no corpo.

Neste sentido, pelo menos uma das regiões passíveis de deformação resiliente

orientada tem seu vértice verticalmente voltado para cima, e pelo menos uma das regiões passíveis de deformação resiliente orientada tem seu vértice verticalmente voltado para baixo.

Breve Descrição das Figuras A presente invenção será pormenorizadamente detalhada com base nas figuras

abaixo listadas, as quais:

Afigura 1 ilustra, de modo esquemático, uma aplicação convencional de uma biela pertencente ao atual estado da técnica;

A figura 2 ilustra, de modo esquemático, a atuação (em máxima carga de compressão) de uma biela pertencente ao atual estado da técnica;

A figura 3 ilustra um primeiro exemplo da biela de compressor alternativo ora revelada, vista lateralmente;

Afigura 4 ilustra um corte lateral da biela ilustrada na figura 3;

A figura 5 ilustra um segundo exemplo da biela de compressor alternativo ora revelada, vista lateralmente;

A figura 6 ilustra um terceiro exemplo da biela de compressor alternativo ora revelada, vista lateralmente; 10

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A figura 7 ilustra, de modo esquemático, a biela ora tratada quando em mínima carga de compressão; e

A figura 8 ilustra, de modo esquemático, a biela ora tratada quando em máxima carga de compressão.

Descrição Detalhada da Invenção

De acordo com os conceitos e motivações da presente invenção, é revelada uma biela de compressor alternativo provida de meios capazes de compensar esforços de deflexão e garantir o alinhamento de seu pistão, no interior do cilindro do compressor. Esta biela possibilita, portanto, a diminuição do desgaste entre o pistão e a face interior do cilindro, o que acaba por aumentar, de forma expressiva, a confiabilidade do compressor.

Preferencialmente, a biela de compressor alternativo (doravante referenciada apenas como biela 1) compreende uma biela capaz de transformar um movimento circular de um eixo excêntrico EE em movimento linear alternativo para um pistão P.

As figuras 2 e 3 ilustram duas exemplificações da biela 1 da presente invenção. Em ambas as exemplificações, a biela 1 é fundamentalmente compreendida por um corpo 2, uma primeira extremidade de conexão 3 e uma segunda extremidade de conexão 4. Observa-se que as extremidades de conexão 3, 4 são fisicamente associadas pelo corpo 2.

Neste sentido, vale a pena esclarecer que a biela 1 (embora descrita como contendo partes distintas) compreende monobloco integral, o qual é preferencialmente confeccionado em liga metálica.

O corpo 2 compreende um corpo de secção preferencialmente quadrangular (característica não limitativa), e as extremidades de conexão 3, 4 olhais circulares de conexão. Em especial, a primeira extremidade de conexão 3 destina-se à conexão com um pistão P, enquanto a extremidade de conexão 4 destina-se à conexão com um eixo excêntrico EE, o qual é vinculado a um rotor R de motor (não ilustrado).

Desta forma, e como é do conhecimento dos especialistas versados no assunto, o movimento circular do rotor R é transformado - pela biela 1 - em movimento linear para o pistão P.

O grande diferencial da biela 1 em relação às bielas funcionalmente análogas e

pertencentes ao atual estado da técnica diz respeito ao fato de que a mencionada biela 1 (independentemente das exemplificações ilustradas) compreende meios capazes de compensar esforços de deflexão e garantir o alinhamento do pistão P no interior do cilindro C, sendo que tais meios compreendem pelo menos duas regiões 5, 6 passíveis de deformação resiliente orientada.

As citadas regiões 5, 6 passíveis de deformação resiliente orientada são conformadas no próprio corpo 2, em especial, nas extremidades distais do corpo 2, sendo que cada uma das regiões 5, 6 passíveis de deformação resiliente orientada encontra-se entre uma das extremidades distais do corpo 2 e sua referida extremidade de conexão 3, 4.

De acordo com os conceitos da presente invenção, as regiões 5, 6 da biela 1 são passíveis de deformação resiliente orientada em sentidos opostos, ou seja, enquanto a região 5 (próxima à extremidade de conexão 3) é deformável "para cima" (a extremidade de conexão 3 tende "subir"), a região 6 (próxima à extremidade de conexão 4) é deformável "para baixo" (a extremidade de conexão 4 tende "descer").

Para tanto, as regiões 5, 6 passíveis de deformação resiliente orientada compreendem, cada uma, uma curvatura ou uma área de alívio conformada no corpo 2, sendo que pelo menos uma das regiões 5, 6 passíveis de deformação resiliente orientada tem seu vértice verticalmente voltado para cima e pelo menos uma das regiões 5, 6 passíveis de deformação resiliente orientada tem seu vértice verticalmente voltado para baixo.

As figuras 4 e 5 ilustram a "atuação" da biela 1 em um compressor alternativo, o qual é esquematicamente representado por um bloco de compressor BC e um rotor R. O compressor alternativo em questão trata-se (mas não se limita) de um compressor de média capacidade, o qual prevê apenas mancais inferiores MR para o rotor.

Na figura 4 é ilustrada a mínima carga de compressão do compressor, onde o pistão P encontra-se na extremidade "final" do cilindro C (início de processo de sucção). Nesta situação, nota-se que a biela 1 sobre um esforço por deflexão virtualmente nulo e/ou não relevante. Sendo assim, nenhuma região da biela 1 encontra-se deformada, e o pistão P encontra-se perfeitamente alinhado em relação à face interna do cilindro C.

Na figura 5 é ilustrada a máxima carga de compressão, onde o pistão P encontra- se na extremidade "intermediária" do cilindro C (final de sucção/processo de compressão). Nesta situação, nota-se que a biela 1 sofre o maior esforço por deflexão virtualmente possível. Neste caso, as regiões 5, 6 passíveis de deformação resiliente orientada (justamente por serem as regiões mais "flexíveis" da biela 1, e pelo fato de apresentarem uma curvatura ou uma área de alívio que facilita uma deformação resiliente orienta) se deformam, sendo que suas curvaturas são acentuadas de modo em que a extremidade de conexão 3 tende "subir" e a extremidade de conexão 4 tende "descer".

Dentro deste contexto, a terminologia "deformação resiliente orientada" deve-se ao fato de que a "deformação" acontece apenas em determinadas situação, sendo que ora a biela 1 encontra-se deformada (máxima carga de compressão), e ora a biela 1 encontra-se em conformação natural. Portanto, pode-se afirmar que a deformação é resiliente, pois a biela tende sempre a voltar ao seu estado normal (sem deformação).

Além disto, pode-se considerar que a "deformação" é orientada pelo fato de ocorrer de forma dedicada, apenas nas regiões 5, 6. Estas deformações orientadas, mesmo sendo de ordem micrométrica, permitem que o alinhamento do pistão P, em relação à face interna do cilindro C1 seja mantido. Além de garantir este alinhamento, estas deformações orientadas são capazes de compensar os esforços de deflexão gerados durante a compressão de um fluido de trabalho.

Indiretamente, estes benefícios (manutenção do que o alinhamento do pistão P, em relação à face interna do cilindro C e compensação de esforços de deflexão gerados durante a compressão de um fluido de trabalho) permitem que um compressor com características construtivas de média capacidade (isento de mancais de rotor superiores), desde que utilize a biela 1 revelada na presente invenção, possa fornecer uma capacidade de compressão similar aos compressores de alta capacidade (com mancais de rotor inferiores e superiores simetricalmente opostos ao eixo pistão-biela), afinal, é possível aumentar o deslocamento volumétrico (e conseqüentemente, os esforços de deflexão gerados durante a compressão de um fluido de trabalho) sem que o pistão P, cilindro C e eixo excêntrico EE sofram danos e desgastes excessivos.

Tendo sido descritos exemplos de concretização da biela de compressor alternativo ora revelada, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, as quais são limitadas tão somente pelo teor das reivindicações, aí incluídos os possíveis meios equivalentes.

Claims

1. Biela de compressor alternativo, do tipo que transforma um movimento circular de um eixo excêntrico (EE) em movimento linear alternativo para um pistão (P), compreendendo uma primeira extremidade de conexão (3) e uma segunda extremidade de conexão (4), ambas fisicamente associadas por um corpo (2); a biela (1) CARACTERIZADA pelo fato de compreender: meios capazes de compensar esforços de deflexão e garantir o alinhamento do pistão (P) no interior do cilindro (C); os meios capazes de compensar esforços de deflexão e garantir o alinhamento do pistão (P) no interior do cilindro (C) compreendendo pelo menos duas regiões (5, 6) passíveis de deformação resiliente orientada; as regiões (5, 6) passíveis de deformação resiliente orientada estando conformadas no corpo (2); e as regiões (5, 6) sendo passíveis de deformação resiliente orientada em sentidos opostos.

2. Biela de compressor alternativo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que cada uma das regiões (5, 6) passíveis de deformação resiliente orientada encontra-se em uma das extremidades distais do corpo (2).

3. Biela de compressor alternativo, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que cada uma das regiões (5, 6) passíveis de deformação resiliente orientada encontra-se entre uma das extremidades distais do corpo (2) e sua referida extremidade de conexão (3, 4).

4. Biela de compressor alternativo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as regiões (5, 6) passíveis de deformação resiliente orientada compreendem, cada uma, uma curvatura conformada no corpo (2).

5. Biela de compressor alternativo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as regiões (5, 6) passíveis de deformação resiliente orientada compreendem, cada uma, uma área de alívio conformada no corpo (2).

6. Biela de compressor alternativo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que: pelo menos uma das regiões (5, 6) passíveis de deformação resiliente orientada tem seu vértice verticalmente voltado para cima; e pelo menos uma das regiões (5, 6) passíveis de deformação resiliente orientada tem seu vértice verticalmente voltado para baixo.