ES2200228T3 - Maquina de piston giratorio. - Google Patents

Abstract

EN LA MAQUINA DE EMBOLOS ROTATIVA DE LA INVENCION PUEDEN SER MODIFICADOS A TRAVES DE SEGMENTOS DE CONTROL (7) AJUSTABLE EL PUNTO DE ADMISION Y DE ESCAPE Y CON ELLO LA PRESION CORRESPONDIENTE. POR OTRO LADO O AL MISMO TIEMPO PUEDE CON ELLO SER CONFIGURADO A TRAVES DE DOS CUERPOS DE CILINDRO (15,16), CONECTADOS UNO DETRAS DE OTRO, LA TRANSMISION DE FUERZA Y DE MOMENTO DE GIRO DESDE EL EJE (10) SOBRE EL MOLINETE (4) CON POCO DESGASTE Y ROZAMIENTO.

Description

Máquina de pistón giratorio.

La invención trata de una máquina de pistón giratorio con una carcasa y con un árbol apoyado giratoriamente en la carcasa, que presenta un espacio anular, en el que están dispuestos dos cuerpos giratorios y en cuyas paredes están previstos orificios de entrada y salida para el medio de trabajo, presentando cada cuerpo giratorio paletas en forma de sector que se extienden radialmente hacia fuera, estando dispuestos ambos cuerpos giratorios coaxialmente y engranando sus paletas entre sí, de modo que una paleta de uno de los cuerpos giratorios está dispuesta, en cada caso, entre dos paletas del otro cuerpo giratorio, estando previstos dos controles de recorrido curvo, mediante los que, en caso de rotación del árbol, los dos cuerpos giratorios realizan giros con cambios cíclicos de la velocidad de rotación y de las distancias entre las paletas de ambos cuerpos giratorios, y presentando el control de recorrido curvo de cada cuerpo giratorio primeros elementos de control de recorrido curvo en forma de primeros anillos curvos, segundos elementos de control de recorrido curvo en forma de segundos anillos curvos y terceros elementos de control de recorrido curvo en forma de cuerpos de rodadura que se estrechan de forma cónica hacia ambas superficies frontales y que ruedan encima de los primeros y los segundos anillos curvos, estando unidos fijamente uno de los primeros y de los segundos elementos de control de recorrido curvo al árbol y el otro de estos elementos de control de recorrido curvo a uno de los cuerpos giratorios y estando unidos giratoriamente el tercer elemento de control de recorrido curvo a la carcasa.

Mediante una máquina de pistón giratorio de este tipo (documento EP-B-0561855) se puede lograr una eficiencia muy elevada. El control de recorrido curvo provoca en los pistones, es decir, en los cuerpos giratorios, cambios deseados de la velocidad de rotación que se corresponden con los procesos para los que usa la máquina, por ejemplo, como compresor. Los cambios de las velocidades de rotación se deben aquí a que la transmisión de la fuerza entre los cuerpos cónicos de rodadura y el recorrido curvo se realiza durante un ciclo en distintos puntos de la superficie cónica, es decir, con distintos diámetros efectivos y, con ello, distintas transmisiones. Esto es el resultado de un recorrido curvo cóncavo.

En relación con el ahorro de energía deseado es objetivo de la presente invención la creación de una máquina de pistón giratorio del tipo mencionado al inicio, que presente una eficiencia elevada.

La solución según la invención se caracteriza porque se prevén cuartos elementos de control de recorrido curvo que giran libremente y porque los terceros elementos de control de recorrido curvo presentan, en cada caso, dos cuerpos de rodadura que pueden girar independientemente uno de otro, engranando uno de estos cuerpos de rodadura en el primero y el cuarto elemento de control de recorrido curvo y el otro cuerpo de rodadura, en el cuarto y el segundo elemento de control de recorrido curvo.

En la máquina de pistón giratorio mencionada al inicio existe, en cada caso, un cuerpo de rodadura que debería tener un ángulo de conicidad de, por ejemplo, aproximadamente 16 grados para poder lograr los cambios de velocidad deseados. En el caso de un ángulo de conicidad tan grande, se produce una fricción y un desgaste considerables. Debido a que se prevén, en cada caso, para la transmisión del par dos cuerpos de rodadura que presentan entre sí un cuarto elemento de control de trayecto curvo, se pueden configurar más pequeños los ángulos de conicidad y, de forma típica, pueden ser de sólo 4,5 grados. Así se obtienen ya casi relaciones como en un engranaje recto con una fricción y desgaste básicamente menores. En el caso de ángulos de conicidad tan pequeños también resulta posible adaptar mejor el dentado al dentado evolvente ideal.

Se alcanza una eficiencia especialmente elevada y una especial reducción de las pérdidas, si entre el borde externo de los cuerpos giratorios y la pared de la carcasa se prevén segmentos de control que están en contacto hermético con los cuerpos giratorios y que se pueden ajustar en dirección circunferencial, con los que se pueden cubrir los orificios de entrada y salida en diferentes proporciones.

Con esta medida se puede regular, por ejemplo, en un compresor, la presión de salida. El momento, en que comienza a salir el gas comprimido después de la compresión, se puede variar mediante el ajuste del segmento de control. Naturalmente, de esta forma también cambia la presión con la que sale el gas. Lo mismo ocurre en la entrada del gas. Si se usa la máquina de pistón giratorio, por ejemplo, como bomba de calor, entonces, por una parte, se comprime gas que, por otra parte, entra de nuevo a la máquina de pistón giratorio después de pasar a través del intercambiador de calor, contribuyendo aquí con su presión residual al accionamiento de la máquina de pistón giratorio. Si aumenta más la presión en el lado de la compresión que la presión imperante en el conducto de salida, esto significa, evidentemente, una pérdida de energía. Lo mismo ocurre en el lado de la entrada, si la presión residual no se puede eliminar correctamente y su energía se puede ceder de nuevo a la máquina de pistón giratorio.

En una configuración constructiva especialmente conveniente, los cuartos elementos de control de recorrido curvo se apoyan con giro libre en un manguito de árbol que rodea al árbol.

Ha demostrado ser especialmente conveniente si el dispositivo se puede configurar de modo que todos los cuerpos de rodadura tengan el mismo diámetro.

La fabricación se facilita aún más debido a que la construcción se selecciona de modo que sólo los primeros, segundos y cuartos controles de recorrido curvo presentan dentados asimétricos, mientras que esto no ocurre en los cuerpos de rodadura.

Convenientemente, los cuerpos de rodadura se componen de dos partes iguales.

La máquina de pistón giratorio dispone, convenientemente, de una brida de apoyo con cojinetes axiales y radiales de modo que todas las fuerzas y cargas se pueden absorber bien.

En dirección circunferencial se pueden disponer en cada caso cuatro cuerpos de rodadura uno detrás de otro, es decir, alrededor de la circunferencia. De esta forma se pueden transmitir grandes fuerzas o pares. Si no se deben transmitir grandes fuerzas o pares, se prevé convenientemente que en la dirección circunferencial se dispongan en cada caso dos cuerpos de rodadura uno detrás de otro. Debido a la reducida cantidad de superficies, que ruedan una sobre otra, se produce así una fricción menor.

La invención se describe a continuación mediante formas de realización ventajosas que hacen referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

Fig. 1 un corte a través de un plano radial del espacio anular de una máquina de pistón giratorio, ya conocida, con los dos cuerpos giratorios;

Fig. 2 los dos cuerpos giratorios de la máquina de pistón giratorio de la figura 1 en distintas posiciones;

Fig. 3 en una representación similar a las de las figuras 1 y 2, una forma de realización con segmentos de control ajustables y

Fig. 4 un corte a lo largo de la línea A-A de la figura 3 a través de una forma de realización según la invención.

En la figura 1 se muestra el espacio anular 1 de una máquina de pistón giratorio, ya conocida, rodeado de partes de la carcasa 2. En el espacio anular 1 se encuentran los dos cuerpos giratorios que engranan entre sí y que se configuran como ruedas 3 y 4 de paletas. La rueda 3 de paletas presenta las paletas 3a, 3b, 3c y 3d, mientras que la rueda 4 de paletas, las paletas 4a, 4b, 4c y 4d. Ambas ruedas de paletas se accionan de manera que se describirá posteriormente mediante un árbol 5 dispuesto centralmente. Con las referencias 6a-h se indican distintos orificios de entrada y de salida en la pared frontal del espacio anular 1.

El modo de trabajo de esta disposición es el siguiente: Si el árbol 5 se mueve en el sentido de las agujas del reloj, entonces las ruedas 3 y 4 de paletas giran a distintas velocidades en el sentido de las agujas del reloj de una forma que se describirá posteriormente. En la posición mostrada, la rueda 4 de paletas, por ejemplo, giraría más rápido en el sentido de las agujas del reloj que la rueda 3 de paletas. En este caso aumentaría el espacio de trabajo entre las paletas 3d y 4a, de modo que se aspira gas a través del canal 6a de admisión. En un momento posterior se cierra este canal 6a de admisión mediante la paleta 3d que le sigue lentamente. Aproximadamente a partir de este momento, la paleta 3d comienza a moverse más rápidamente que la paleta 4a, de modo que se reduce el espacio de trabajo entre ambas paletas y el gas se comprime hasta que las dos paletas se hayan movido hasta que se alcance el espacio de trabajo a través del orificio 6b de salida, de modo que el gas pueda escapar. En este momento se puede llevar la paleta 3d hasta la paleta 4a de modo que el gas se expulsa aquí por completo.

Esta forma de funcionamiento se puede usar tanto para un compresor como para una máquina de combustión interna. Sólo habría que prever las cámaras de combustión, los conductos de combustible, etc.

También es posible el funcionamiento de un compresor para una bomba de calor, en la que después de la expansión, el gas debido a la presión residual entre de nuevo por otro punto a la máquina de pistón giratorio, ayudando así al accionamiento de la máquina.

En la figura 2 se representan cuatro fases del ciclo de trabajo recién descrito. Tras una rotación de 90 grados de los dos cuerpos giratorios comienza un nuevo ciclo de trabajo.

En la figura 3 se muestra en una representación similar a la de las figuras 1 y 2 una máquina de pistón giratorio con segmentos de control ajustables que se pueden usar en una máquina de pistón giratorio según la invención (figura 4). Las paletas de los cuerpos giratorios 3, 4 ya no hacen contacto hermético con la pared de la carcasa 2. Entre los extremos externos de las paletas 3a a 3d, 4a a 4d y la pared de la carcasa 2 se encuentran aún, por el contrario, cuatro segmentos 7 de control que se pueden desplazar en la dirección circunferencial mediante las ruedas dentadas 8. Los extremos de las ruedas 3, 4 de paletas se encuentran en contacto hermético con estos segmentos 7 de control. El desplazamiento de los segmentos 7 de control se realiza aquí convenientemente de forma sincrónica, lo que puede lograrse no sólo mediante un accionamiento sincrónico de las ruedas dentadas 8, sino también mediante resaltos, con los que se rozan los distintos segmentos de control. Estos segmentos de control pueden cubrir en parte los orificios de entrada y salida, no mostrados en la figura 3, encontrándose entre dos orificios de entrada y salida vecinos, en cada caso, un nervio 9 de obturación, en el que hacen contacto también hermético los extremos de las paletas 3, 4 cuando se sitúan allí. Mediante el desplazamiento de los segmentos 7 de control se determina ahora el momento en que comienza y termina la comunicación del espacio, situado entre las dos paletas vecinas, con la entrada o la salida. Por consiguiente, mediante el desplazamiento de los segmentos 7 de control se puede modificar la presión de entrada y salida. El accionamiento de las ruedas 3 y 4 de paletas se puede realizar aquí como se ha descrito detalladamente en el estado de la técnica según el documento EP-B-0561855 que se incorpora expresamente aquí como contenido de la invención. Este accionamiento conocido por el estado de la técnica se explicará brevemente más adelante en referencia a la figura 4.

La figura 4 muestra una forma de realización según la invención, concretamente, un corte a través del accionamiento de la rueda 4 de paletas en una vista fragmentada. La rueda 3 de paletas se acciona mediante elementos de accionamiento análogos en el lado derecho de la figura 4.

En la carcasa 2 se apoya un árbol motor 10, al que se une de forma fija un primer anillo curvo 11. La rueda 4 de paletas se une, por otra parte, a un manguito 12 de árbol que rodea al árbol 10 y que se une de forma fija a un segundo anillo curvo 12. Un tercer anillo curvo 13 se coloca en el manguito 18 de árbol con giro libre mediante un cojinete 14. Por encima de los anillos curvos 11, 12 y 13 se disponen con giro libre dos cuerpos 15 y 16 de rodadura en un eje 17. Los cuerpos 15 y 16 de rodadura presentan engranajes que engranan con dentados en forma de recorridos curvos en los anillos curvos 11, 12, 13. La transmisión del par se realiza del árbol 10 a través del primer anillo curvo 11 al primer cuerpo 15 de rodadura, de allí al anillo curvo 13 con giro libre y de allí al segundo cuerpo 16 de rodadura y de allí al anillo curvo 12, el manguito 18 de árbol hacia la rueda 4 de paletas. En el accionamiento según el estado de la técnica sólo se prevé un cuerpo de rodadura que transmitiría el par directamente del anillo curvo 11 al anillo curvo 12 y que tiene que presentar, por tanto, un ángulo de conicidad mayor que el que se acaba de describir. Los cuerpos 15, 16 de rodadura de esta forma de realización tienen ángulos de conicidad básicamente menores respecto al estado de la técnica. Los cuerpos 15 y 16 de rodadura tienen un engranado simétrico, mientras que los anillos curvos 11, 12 y 13 presentan engranados asimétricos.

Se prevén, en cada caso, los cojinetes adecuados para apoyar las partes que giran, especialmente, una brida 19 de apoyo con un cojinete radial 20 y un cojinete axial 21 para sostener de forma segura el manguito de árbol con la rueda 4 de paletas fijada a éste, incluso en caso de una gran solicitación de fuerzas. En la figura 4 se muestra también uno de los segmentos 7 de control ajustables, aunque en el marco de la invención se comprende también una forma de realización que aunque presenta el accionamiento con los dos cuerpos 15, 16 de rodadura, mostrado en la figura 4, no tiene los segmentos 7 de control.

Claims (9)

1. Máquina de pistón giratorio con una carcasa (2) y con un árbol (10) apoyado giratoriamente en la carcasa (2), que presenta un espacio anular (1), en el que están dispuestos disponen dos cuerpos giratorios (3, 4) y en cuyas paredes están previstos orificios (6a-6h) de entrada y salida para el medio de trabajo, presentando cada cuerpo giratorio (3, 4) paletas (3a-3d,
4a-4d) en forma de sector que se extienden radialmente hacia fuera, estando dispuestos ambos cuerpos giratorios (3, 4) coaxialmente y engranando sus paletas entre sí, de modo que una paleta de uno de los cuerpos giratorios está dispuesta, en cada caso, entre dos paletas del otro cuerpo giratorio, estando previstos dos controles de recorrido curvo, mediante los que, en caso de rotación del árbol (10), los dos cuerpos giratorios (3, 4) realizan giros con cambios cíclicos de la velocidad de rotación y de las distancias entre las paletas de ambos cuerpos giratorios, y presentando el control de recorrido curvo de cada cuerpo giratorio (3, 4) primeros elementos de control de recorrido curvo en forma de primeros anillos curvos (11), segundos elementos de control de recorrido curvo en forma de segundos anillos curvos (12) y terceros elementos de control de recorrido curvo en forma de cuerpos (15, 16) de rodadura que se estrechan de forma cónica hacia ambas superficies frontales y que ruedan encima de los primeros (11) y los segundos anillos curvos (12), estando unidos fijamente uno (11) de los primeros y de los segundos elementos de control de recorrido curvo al árbol (10) y el otro (12) de estos elementos de control de recorrido curvo a uno de los cuerpos giratorios (3, 4) y estando unido giratoriamente el tercer elemento de control de recorrido curvo a la carcasa (2), caracterizada porque están previstos cuartos elementos de control de recorrido curvo que giran libremente y porque los terceros elementos de control de recorrido curvo presentan, en cada caso, dos cuerpos (15, 16) de rodadura que pueden girar independientemente uno de otro, engranando uno de estos cuerpos (15) de rodadura en el primero (11) y el cuarto elemento (13) de control de recorrido curvo y el otro cuerpo (16) de rodadura, en el cuarto (13) y el segundo elemento (12) de control de recorrido curvo.

2. Máquina de pistón giratorio según la reivindicación 1, caracterizada porque entre el borde externo de los cuerpos giratorios (3, 4) y la pared de la carcasa están previstos segmentos (7) de control que están en contacto hermético con los cuerpos giratorios y que se pueden ajustar en dirección circunferencial, con los que se pueden cubrir los orificios (6a-6h) de entrada y salida en diferentes proporciones.

3. Máquina de pistón giratorio según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque los cuartos elementos (13) de control de recorrido curvo se apoyan con giro libre en un manguito (18) de árbol que rodea al árbol (10).

4. Máquina de pistón giratorio según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque todos los cuerpos giratorios (15, 16) tienen el mismo diámetro.

5. Máquina de pistón giratorio según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque sólo los primeros, segundos y cuartos controles de recorrido curvo presentan dentados asimétricos (11, 12, 13).

6. Máquina de pistón giratorio según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los cuerpos (15, 16) de rodadura se componen de dos partes iguales.

7. Máquina de pistón giratorio según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque ésta presenta una brida (19) de apoyo con cojinetes (20, 21) axiales y radiales.

8. Máquina de pistón giratorio según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque en dirección circunferencial están dispuestos, en cada caso, cuatro cuerpos (15, 16) de rodadura uno detrás de otro.

9. Máquina de pistón giratorio según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque en dirección circunferencial están dispuestos, en cada caso, dos cuerpos (15, 16) de rodadura uno detrás de otro.