ES2222946T3 - Compresor giratorio. - Google Patents
Compresor giratorio.Info
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- F04C2230/90—Improving properties of machine parts
- F04C2230/92—Surface treatment
Abstract
Un compresor giratorio (1), acoplado a un circuito de gas refrigerante que conecta a la vez el compresor giratorio (1), un condensador, un dispositivo de expansión y un evaporador, usando el compresor giratorio un gas refrigerante que no contiene iones de cloro y usando éster de polialcohol como lubricante o éter polivinílico como un aceite de base, comprendiendo el compresor giratorio: un cilindro (31, 32) que posee un orificio de entrada de gas refrigerante y un orificio de salida de gas refrigerante; un eje giratorio (25) que posee un brazo de manivela (26) instalado sobre un eje del cilindro; un rodillo (38) instalado entre el brazo de manivela (26) y el cilindro (31, 32), y que gira excéntricamente; y una paleta (40) de movimiento oscilante dentro de una ranura conformada en el cilindro (31, 32), y en contacto de deslizamiento con una circunferencia exterior (38a) del rodillo (38), en el que una parte en contacto de deslizamiento entre la paleta (40) y el rodillo (38) posee una curvatura Rv que cumple la siguiente fórmula: T<Rv<Rr en la que T es el espesor de la paleta (40) y Rr es la curvatura de la circunferencia exterior (38a) del rodillo (38) en contacto de deslizamiento con la paleta.
Description
Compresor giratorio.
Esta solicitud reivindica el beneficio de
prioridad de la solicitud japonesa con número de serie
2000-071619, presentada el 15 de marzo de 2000.
La presente invención se refiere en general a un
compresor giratorio que usa un gas refrigerante que no contiene
iones de cloro, y que usa un éster de polialcohol como lubricante o
éter de polivinilo como aceite de base para evitar una abrasión
anómala, y, más específicamente, se refiere a una estructura de una
paleta y un rodillo de un compresor giratorio de alta
fiabilidad.
Tradicionalmente, los gases refrigerantes usados
en muchos compresores de refrigeradores, escaparates, máquinas de
venta o acondicionadores de aire para hogares y negocios han sido el
diclorodifluorometano (R12) y el monoclorodifluorometano (R22). Los
gases refrigerantes tradicionales R12 y R22 dañan fácilmente la capa
de ozono cuando se liberan a la atmósfera. En consecuencia, el uso
de los gases refrigerantes tradicionales se encuentra restringido.
El daño a la capa de ozono de la atmósfera se debe a los componentes
de cloro del gas refrigerante. Por lo tanto, se tienen en cuenta
gases refrigerantes naturales sin iones de cloro para reemplazar al
gas refrigerante tradicional, tales como el gas refrigerante HFC
(por ejemplo, el R32, R125 y el R134a), el gas refrigerante de tipo
fitano (por ejemplo, el propano y el butano, etc.), el gas de ácido
carbónico y el amoníaco, etc.
La Figura 1 es una vista en sección transversal
de un compresor giratorio con dos cilindros, la Figura 2 es un
diagrama que muestra una correlación estructural entre un rodillo,
una paleta y un cilindro, la Figura 3 es un diagrama que muestra una
estructura de paleta. Como se muestra en la Figura 1, el compresor
giratorio 1 comprende un contenedor hermético 10 con un electromotor
y un compresor, ambos instalados dentro del contenedor hermético 10.
El electromotor 20 incluye un estátor 22 y un rotor 24, los cuales
están fijados a las paredes interiores del contenedor hermético 10.
Un eje giratorio 25 que pasa a través del centro del rotor 24 gira
libremente para soportar dos placas 33, 34 que se usan a fin de
sellar las aberturas de los cilindros 31, 32. Un brazo de manivela
26 está conectado excéntricamente al eje giratorio 25. Los cilindros
31, 32 están montados entre las dos placas 33, 34. Los ejes de los
dos cilindros 31, 32 están alineados con el del eje giratorio 25. A
continuación, sólo se describe el cilindro 32 para mayor
simplicidad. En la pared lateral 32b del cilindro 32 están
conformados un orificio de entrada de gas refrigerante 23 y un
orificio de salida de gas refrigerante 23, respectivamente.
Dentro del cilindro 32, está montado un rodillo
anular 38. La circunferencia interior 38b del rodillo 38 está en
contacto con la circunferencia exterior 26a del brazo de manivela
26, y la circunferencia exterior 38a del rodillo 38 está en contacto
con la circunferencia interior 32b del cilindro 32. Una paleta 40
está montada sobre el cilindro 32 de forma que es capaz de
deslizarse libremente. El extremo frontal 40a de la paleta 40 está
elásticamente en contacto con la circunferencia exterior 38a del
rodillo 38. El extremo frontal 40a de la paleta 40 y el rodillo 38
están sellados de forma segura mediante la introducción de un gas
refrigerante comprimido desde la paleta 40. Una cámara de compresión
50 queda entonces contenida entre el rodillo 38, el cilindro 32 y la
placa 34 que sella el cilindro 32.
Cuando el eje giratorio 25 gira en la dirección
opuesta a las agujas del reloj con respecto a la Figura 2, el
rodillo 38 gira excéntricamente dentro del cilindro 32. Por lo
tanto, el gas refrigerante se introduce dentro de la cámara de
compresión 50 desde el orificio de entrada 23, se comprime y se
expulsa desde el orificio de salida 35. Durante el ciclo, se genera
una fuerza de compresión Fv en la parte en contacto entre la paleta
40 y el rodillo 38.
De acuerdo con la estructura tradicional, la
superficie de contacto (el extremo frontal) 40a de la paleta 40 que
está en contacto con el rodillo 38 es una forma de arco con una
curvatura Rv. La curvatura Rv es sustancialmente igual a la anchura
de la paleta 40, y aproximadamente entre 1/10 y 1/3 del radio del
rodillo 38. El rodillo 38 está hecho de materiales tales como hierro
fundido o una aleación de hierro fundido, y está conformado mediante
un proceso de templado. La paleta 40 está hecha de materiales tales
como acero inoxidable o como acero refractario, y puede estar
revestido adicionalmente mediante nitruración. En general, la paleta
40 se caracteriza por una alta dureza y maleabilidad.
La Figura 4 muestra la situación de contacto
entre el rodillo 38 y la paleta; sin embargo, puede usarse un tubo
cilíndrico con una curvatura diferente. Como se muestra en la Figura
4, debido a la fuerza de compresión Fv de la paleta 40, se produce
una superficie de contacto, en vez de un punto o una línea de
contacto, entre la paleta 40 y el rodillo 38 cuando se oprimen entre
sí. La longitud de una superficie de contacto elástico entre la
paleta 40 y el rodillo 38 puede calcularse mediante la siguiente
fórmula:
d=4\sqrt{\left(\frac{1-v_{1}{}^{2}}{\pi
E1}+ \frac{1-v_{2}{}^{2}}{\pi E2}\right)\cdot Fv
\cdot
\frac{\rho}{L}}
en la que E1 y E2 son los
coeficientes de elasticidad longitudinal (kg/cm^{2}) para la
paleta 40 y para el rodillo 38, respectivamente, v1 y v2 son los
cocientes de Poisson para la paleta 40 y para el rodillo 38,
respectivamente, L es la altura (cm) de la paleta 40, Fv es la
fuerza de compresión y \rho es un radio efectivo. En la parte en
contacto se ejerce una presión de Hertz Pmax (kgf/cm^{2}) que se
calcula según la fórmula
siguiente:
(9)Pmax=4/\pi\cdot
Fv/L/d
En la estructura descrita anteriormente, a fin de
incrementar la durabilidad de la paleta, se realiza un proceso de
superficie tal como un proceso de nitruración o una película iónica
de recubrimiento de CrN sobre la paleta del compresor giratorio que
usa un gas refrigerante que no contiene iones de cloro y un
lubricante de éster de polialcohol o éter polivinílico como aceite
de base. Sin embargo, la durabilidad por nitruración se degrada
fácilmente y la película iónica de CrN se desprende fácilmente.
Además, el proceso de nitruración o la película iónica de
revestimiento de CrN son costosos y, por lo tanto, incrementan el
coste de fabricación.
En la patente de EE.UU. 5.951.273 se propone el
rectificado de la punta de una paleta en la dirección del movimiento
de deslizamiento entre la paleta y el pistón rodante. Con esto, la
abrasión se reduce en comparación con una dirección de rectificado,
que es perpendicular a la dirección descrita.
Se describe en la patente de EE.UU. 5.494.423 una
curvatura no uniforme para la punta de una paleta. La presión de
contacto en la punta de la hoja se reduce mediante el incremento del
radio de la superficie curva en la proximidad de la posición de
contacto entre el pistón rodante y la hoja, donde tiene lugar el
valor máximo de la fuerza de presión. Sin embargo, la fabricación de
una superficie curva con un radio no uniforme es costosa.
De acuerdo con la descripción anterior, un
objetivo de esta invención es proporcionar un compresor giratorio de
alta fiabilidad que usa un gas refrigerante que no contenga iones de
cloro, y que usa un éster de polialcohol como lubricante o éter
polivinílico como aceite de base a fin de evitar la abrasión anómala
entre la paleta y el rodillo.
De acuerdo con la presente invención, se cambia
el diseño convencional de forma que la curvatura de la superficie de
contacto de la paleta y del rodillo sea sustancialmente igual a la
anchura de la paleta. A fin de mantener la superficie de contacto de
la paleta y del rodillo dentro de un intervalo aceptable, al
incrementar la curvatura de la superficie de contacto para que sea
mayor que la anchura de la paleta, la presión de Hertz disminuye
como consecuencia de ello. Además, la distancia de deslizamiento se
incrementa para desviar la presión, de forma que puede reducirse la
temperatura en la parte en contacto de deslizamiento entre la paleta
y el rodillo. De acuerdo con esto, no es necesario un proceso de
revestimiento de elevado coste para la superficie de la paleta.
Particularmente, aunque se use una nitruración de bajo coste
(nitruración NV, nitruración sulfónica o nitruración radical), se
puede reducir lo bastante la abrasión entre el área de contacto del
rodillo y de la paleta, y evitar adicionalmente la abrasión
anómala.
De acuerdo con los objetivos mencionados
anteriormente, la presente invención proporciona un compresor
giratorio acoplado a un circuito de gas refrigerante. El circuito de
gas refrigerante está conectado al compresor giratorio, a un
condensador, a un dispositivo de expansión y a un evaporador. El
compresor giratorio usa un gas refrigerante que no contiene iones de
cloro y usa un éster de polialcohol como lubricante o éter
polivinílico como un aceite de base para el lubricante. El compresor
giratorio comprende al menos un cilindro, un eje giratorio, un
rodillo y una paleta. El cilindro posee un orificio de entrada de
gas refrigerante y un orificio de salida de gas refrigerante. El eje
giratorio posee un brazo de manivela instalado sobre un eje del
cilindro. El rodillo está instalado entre el brazo de manivela y el
cilindro, y es capaz de girar excéntricamente. La paleta es capaz de
moverse alternativamente dentro de una ranura conformada en el
cilindro, y en contacto de deslizamiento con una circunferencia
exterior del rodillo. Una parte en contacto de deslizamiento está
conformada entre la paleta y el rodillo, y posee una curvatura Rv
que satisface la siguiente fórmula:
(1)T<Rv<Rr
en la que T es el espesor de la
paleta y Rr es la curvatura de la circunferencia exterior del
contacto de deslizamiento entre el rodillo y la
paleta.
Según se ha mencionado, una distancia entre un
centro de giro (O1) del eje giratorio y un centro (O2) del rodillo
está definida como una excentricidad (E). Un ángulo \alpha está
formado entre una primera línea (L1) que conecta el centro de giro
(O1) del eje giratorio y el centro (O2) del rodillo, y una segunda
línea (L2), donde la primera línea (L1) conecta el centro de giro
(O1) del eje giratorio y el centro (O2) del rodillo, y la segunda
línea (L2) conecta un centro (O3) de la curvatura Rv de la paleta y
el centro (O1) del rodillo. Una distancia de deslizamiento conecta
una primera intersección de la primera línea (L1) con la
circunferencia exterior del rodillo y una segunda intersección de la
segunda línea (L2) con la circunferencia exterior del rodillo. El
espesor T, las curvaturas Rv, Rr, la excentricidad E, el ángulo
\alpha, y la distancia de deslizamiento (ev) cumplen las
siguientes fórmulas a fin de mantener una superficie de contacto de
deslizamiento localizada en la parte en contacto de deslizamiento
entre la paleta y el rodillo:
(2)T>2 Rv
E/(Rv+Rr)
(3)sin
\alpha=E/(Rv+Rr)
(4)ev=Rv
E/(Rv+Rr)
Además, el espesor T, las curvaturas Rv, Rr, la
excentricidad E, el ángulo \alpha, y la distancia de deslizamiento
(ev) cumplen la fórmula:
(8)T>[2 Rv
E/(Rv+Rr)]+d
a fin de mantener la superficie de
contacto de deslizamiento localizada en la parte en contacto de
deslizamiento entre la paleta y el rodillo cuando el compresor
giratorio funciona a carga elevada, en la que L es la altura de la
paleta, E1, E2 son los coeficientes de elasticidad longitudinal, v1
y v2 son los cocientes de Poisson para la paleta y el rodillo,
\DeltaP es una presión designada, \rho es un radio efectivo, Fv
es una fuerza desde la paleta y d es una distancia de una superficie
de contacto elástica, en la que \rho, \DeltaP, Fv y d se
calculan según las siguientes
fórmulas:
(5)\frac{1}{\rho}=\frac{1}{Rv}+\frac{1}{Rr}
(6)Fv=T\cdot
L\cdot\Delta
P
(7)d=4\sqrt{\left(\frac{1-v_{1}{}^{2}}{\pi
E1}+ \frac{1-v_{2}{}^{2}}{\pi E2}\right)\cdot Fv
\cdot
\frac{\rho}{L}}
Cuando el compresor giratorio funciona a carga
elevada, la presión designada \DeltaP es 2,98 MPa cuando se usa un
gas refrigerante de HFC407C, 4,14 MPa cuando se usa un gas
refrigerante de HFC410A, 3,10 MPa cuando se usa un gas refrigerante
de HFC404A, 1,80 MPa cuando se usa un gas refrigerante de
HFC134a.
Adicionalmente, la paleta mencionada
anteriormente está hecha de un material de hierro que posee un
coeficiente de elasticidad longitudinal entre 1,96x10^{5} \sim
2,454x10^{5} N/mm^{2}, y el contacto de deslizamiento del
rodillo con la paleta está compuesto de un material de hierro que
posee un coeficiente de elasticidad longitudinal entre 9,81x10^{4}
y 1,47x10^{5} N/mm^{2}. Preferentemente, la viscosidad del
aceite de base está comprendida entre 20 y 80 mm^{2}/s a una
temperatura de aproximadamente 40ºC.
La geometría de la paleta y del rodillo
anteriores puede diseñarse de forma que una superficie superior de
la paleta pueda estar revestida adicionalmente con una capa
compuesta que contenga una base de hierro y nitrógeno
(Fe-N), y una capa de difusión con una base de
hierro y nitrógeno (Fe-N) conformada bajo la capa
compuesta por medio de nitruración. La superficie superior de la
paleta puede estar revestida alternativamente sólo con una capa
compuesta que contenga una base de hierro y nitrógeno
(Fe-N). La superficie superior de la paleta puede
también estar revestida adicionalmente con una capa compuesta que
contenga una base de hierro y azufre (Fe-S), y una
capa de difusión con una base de hierro y nitrógeno
(Fe-N) conformada bajo la capa compuesta por medio
de nitruración.
Adicionalmente, la superficie superior de la
paleta puede estar revestida con una capa compuesta que contenga una
base de hierro y nitrógeno (Fe-N), y una capa de
difusión que contenga una base de hierro y nitrógeno
(Fe-N) conformada bajo la capa compuesta por medio
de nitruración, y estando ausente la capa compuesta con una base de
hierro y nitrógeno (Fe-N) revestida sobre al menos
una superficie lateral de la paleta. De forma alternativa, la
superficie superior de la paleta puede estar revestida
adicionalmente de una capa compuesta que contenga una base de hierro
y azufre (Fe-S), y una capa de difusión con una base
de hierro y nitrógeno (Fe-N) está conformada bajo
la capa compuesta por medio de nitruración, pero estando ausente la
capa compuesta que contiene una base de hierro y azufre
(Fe-S) revestida sobre al menos una superficie
lateral de la paleta.
Mientras la especificación concluye con unas
reivindicaciones que señalan particularmente y reivindican
claramente la materia que se considera como objeto de la invención,
los objetivos y características de la invención y otros objetivos,
características y ventajas adicionales de la misma se comprenderán
mejor a partir de la siguiente descripción, tomada en conjunto con
los dibujos adjuntos, en los cuales:
la Figura 1 es una vista en sección transversal
de un compresor giratorio con dos cilindros;
la Figura 2 es un diagrama que muestra una
correlación estructural entre un rodillo, una paleta y un cilindro
de la Figura 1;
la Figura 3 es un diagrama que muestra una
estructura de paleta de la Figura 1;
la Figura 4 es un diagrama que muestra una
correlación estructural entre un rodillo y una paleta de un
compresor giratorio de la Figura 1;
la Figura 5 muestra correlaciones entre el
centro del eje giratorio del compresor giratorio, el centro del
rodillo y el centro de curvatura del extremo frontal de la paleta;
y
la Figura 6 es un circuito de gas refrigerante
para un compresor giratorio de la Figura 1.
La Figura 6 muestra un circuito de gas
refrigerante adecuado para la presente invención. El compresor
giratorio mostrado en la Figura 1 también es adecuado para la
presente invención. Respecto a la Figura 6, el circuito de gas
refrigerante se usa para conectar a la vez el compresor giratorio a
(que usa un gas refrigerante HFC sin contenido de iones de cloro, y
usa éster de polialcohol como lubricante o éter polivinílico como un
aceite de base del lubricante), un condensador b a fin de condensar
el gas refrigerante HFC, un dispositivo de expansión c a fin de
reducir la presión del gas refrigerante HFC y un evaporador a fin de
evaporar y licuar el gas refrigerante HFC.
La Figura 5 muestra correlaciones entre el centro
del eje giratorio del compresor giratorio, el centro del rodillo y
el centro de curvatura del extremo frontal de la paleta. Como se
muestra en la Figura 5, la distancia entre el centro de giro (O1)
del eje giratorio 25 y un centro (O2) del rodillo 38 está definida
como una excentricidad (E). Un ángulo se está formado entre una
primera línea (L1) y una segunda línea (L2), donde la primera línea
(L1) conecta el centro de giro (O1) del eje giratorio y el centro
(O2) del rodillo, mientras la segunda línea (L2) conecta el centro
(O3) de curvatura Rv de la paleta 40 y el centro (O1) del rodillo
38. Una distancia de deslizamiento ev conecta una primera
intersección de la primera línea (L1) con la circunferencia exterior
38a del rodillo 38 y una segunda intersección de la segunda línea
(L2) con la circunferencia exterior 38a del rodillo 38. La distancia
de deslizamiento ev puede calcularse según la siguiente fórmula:
ev=Rv(E/(Rv+Rr))
Después se ajustan la curvatura Rv de la parte en
contacto de deslizamiento entre la paleta 40 y el rodillo 38, el
espesor de la paleta 40, la curvatura Rr de la circunferencia
exterior 38a del rodillo 38, la excentricidad E, los coeficientes de
elasticidad longitudinal E1, E2 de la paleta 40 y del rodillo 38,
los cocientes de Poisson v1, v2 de la paleta 40 y del rodillo 38 y
la presión designada \DeltaP.
Además, el radio efectivo \rho, la fuerza Fv
desde la paleta 40, la distancia de una superficie de contacto
elástico d y la presión de Hertz Pmax se calculan respectivamente
mediante las fórmulas anteriores (5), (6), (7) y (9).
Por ejemplo, si el compresor giratorio de dos
cilindros posee una especificación en la que el cilindro es de
\phi (radio interior) 39 mm x H (altura) 14 mm, la excentricidad E
es 2,88 mm, el volumen desalojado es 4,6 ccx2, y los parámetros T,
Rr, E1, E2, v1, v2 y \DeltaP poseen los valores recogidos en la
Tabla I, entonces los valores de \rho, Fv, d, ev,
(T-ev-d)/2, Pmax se calculan bajo
las condiciones de que la curvatura Rv es 3,2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm,
10 mm, 16,6 mm (igual que la curvatura Rr) y plana. Los resultados
se muestran en la Tabla I.
Como se muestra en la Tabla I, el porcentaje de
la presión de Hertz Pmax disminuye y la distancia de deslizamiento
ev se incrementa cuando la curvatura Rr aumenta bajo la condición de
que la presión de Hertz sea del 100% cuando T=Rv. A Rv=10 mm, la
presión de Hertz Pmax es del 66%, y la distancia de deslizamiento ev
es 2,3 veces superior. Sin embargo, a Rv=16,6 mm, la presión de
Hertz Pmax es del 57% y (T-ev-d) es
aproximadamente 0,16. En ese momento, es difícil mantener la
superficie de contacto de deslizamiento en la parte en contacto de
deslizamiento entre la paleta 40 y el rodillo 38.
Adicionalmente, si el compresor giratorio de dos
cilindros posee una especificación en la que el cilindro es de
\phi39 mm x H14 mm, la excentricidad E es 2,35 mm, el volumen
desalojado es 4,6 ccx2, y los parámetros T, Rr, E1, E2, v1, v2 y
\DeltaP poseen los valores recogidos en la Tabla II, entonces los
valores de \rho, Fv, d, ev,
(T-ev-d)/2, Pmax se calculan bajo
las condiciones de que Rv es 3,2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 18,1
mm (igual que la curvatura Rr) y plana. Los resultados se muestran
en la Tabla II.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se muestra en la Tabla II, el porcentaje de
la presión de Hertz Pmax disminuye y la distancia de deslizamiento
ev se incrementa cuando la curvatura Rv aumenta bajo la condición de
que la presión de Hertz sea el 100% cuando T=Rv. A Rv=10 mm, la
presión de Hertz Pmax es 65%, y la distancia de deslizamiento ev es
2,4 veces superior. Sin embargo, a Rv=18,1 mm=Rr, la presión de
Hertz Pmax es del 55% y (T-ev-d) es
aproximadamente 0,42. Es, por lo tanto, difícil mantener la
superficie de contacto de deslizamiento en la parte en contacto de
deslizamiento entre la paleta 40 y el rodillo 38.
Además, si el compresor giratorio de dos
cilindros posee una especificación en la que el cilindro es de
\phi41 mm x H16 mm, la excentricidad E es 3,478 mm, el volumen
desalojado es 6,6 ccx2, y los parámetros T, Rr, E1, E2, v1, v2 y
\DeltaP poseen los valores recogidos en la Tabla III, entonces los
valores de \rho, Fv, d, ev,
(T-ev-d)/2 y Pmax se calculan bajo
las condiciones de que la curvatura Rv es 3,2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm,
10 mm, 17 mm (igual que la curvatura Rr) y plana. Los resultados se
muestran en la Tabla III.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Como se muestra en la Tabla III, el porcentaje de
la presión de Hertz Pmax disminuye y la distancia de deslizamiento
ev se incrementa cuando la curvatura Rv aumenta bajo la condición de
que la presión de Hertz sea el 100% cuando T=Rv. A Rv=10 mm, la
presión de Hertz Pmax es del 65%, y la distancia de deslizamiento es
2,3 veces superior. Sin embargo, a Rv=17 mm=Rr, la presión de Hertz
Pmax es del 56% y (T-ev-d) es
aproximadamente -0,14. En ese momento, es difícil mantener la
superficie de contacto de deslizamiento en la parte en contacto de
deslizamiento entre la paleta 40 y el rodillo 38.
Alternativamente, si el compresor giratorio de
dos cilindros posee una especificación en la que el cilindro es de
\phi38 mm x H15 mm, la excentricidad E es 4,715 mm, el volumen
desalojado es 7,65 ccx2, y los parámetros T, Rr, E1, E2, v1, v2 y
\DeltaP poseen los valores recogidos en la Tabla IV, entonces los
valores de \rho, Fv, d, ev,
(T-ev-d)/2 y Pmax se calculan bajo
las condiciones de que la curvatura Rv es 4,7 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm,
12 mm, 14,5 mm (igual que la curvatura Rr) y plana. Los resultados
se muestran en la Tabla IV.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se muestra en la Tabla IV, el porcentaje de
la presión de Hertz Pmax disminuye y la distancia de deslizamiento
ev se incrementa cuando la curvatura Rv aumenta bajo la condición de
que la presión de Hertz sea el 100% cuando T=Rv. A Rv=12 mm, la
presión de Hertz Pmax es del 74%, y la distancia de deslizamiento es
1,9 veces superior. Sin embargo, a Rv=14,5 mm=Rr, la presión de
Hertz Pmax es del 70% y (T-ev-d) es
aproximadamente -0,008. Es, por lo tanto, difícil mantener la
superficie de contacto de deslizamiento en la parte en contacto de
deslizamiento entre la paleta 40 y el rodillo 38.
Por lo tanto, si la curvatura de la superficie de
contacto de la paleta 40 y del rodillo 38 está dentro del intervalo
T<Rr<Rv, la superficie de contacto entre la paleta 40 y el
rodillo se mantiene y se reduce la presión. Además, la distancia de
deslizamiento se incrementa a fin de desviar la presión, de forma
que la temperatura de la parte en contacto de deslizamiento entre la
paleta y el rodillo puede reducirse, evitando la abrasión anómala
entre la paleta 40 y el rodillo 38.
De acuerdo con esto, no se requiere realizar un
proceso de revestimiento de elevado coste sobre la superficie de la
paleta 40. Particularmente, aunque se use una nitruración de bajo
coste (nitruración NV, nitruración sulfónica o nitruración radical),
se puede reducir suficientemente la abrasión entre la circunferencia
exterior del rodillo y la paleta, a fin de evitar de forma adicional
la abrasión anómala.
Además, de acuerdo con la presente invención, si
el espesor T de la paleta 40 está dentro del intervalo
T>2\cdotRv\cdotE(Rv+Rr), la superficie de contacto
entre la paleta 40 y el rodillo se mantiene. Adicionalmente, como el
espesor T de la paleta 40 está dentro del intervalo
T<[2\cdotRv\cdotE/(Rv+Rr)]+d, aunque el compresor giratorio
funcione a carga elevada, la superficie de contacto entre la paleta
40 y el rodillo se mantiene aún de forma segura.
Cuando el compresor giratorio se hace funcionar a
carga elevada, la presión designada \DeltaP es de 2,98 MPa cuando
se usa un gas refrigerante HFC407C, 4,14 MPa cuando se usa un gas
refrigerante HFC410A, 3,10 MPA cuando se usa un gas refrigerante
HFC404A, 1,80 MPa cuando se usa un gas refrigerante HFC134a. Por lo
tanto, considerando la deformación elástica para cada gas
refrigerante bajo funcionamiento a carga elevada, se puede mantener
aún la superficie de contacto de deslizamiento entre dos líneas
cimeras de la paleta, de las cuales una está localizada en el
contacto de deslizamiento de pared lateral con el cilindro y el otro
está localizado en el contacto de deslizamiento de superficie con el
rodillo.
La paleta 40 está compuesta de un material de
hierro que posee un coeficiente de elasticidad longitudinal entre
1,96x10^{5} y 2,45x10^{5} N/mm^{2}. Si el coeficiente de
elasticidad longitudinal de la paleta es muy pequeño, la durabilidad
de la paleta se degrada, y si el coeficiente de elasticidad
longitudinal de la paleta es demasiado grande, no puede mantener una
deformación elástica excelente. Particularmente, cuando el
coeficiente de elasticidad longitudinal es demasiado grande o
demasiado pequeño, la presión entre la paleta y el rodillo no puede
reducirse y la durabilidad se degrada.
La superficie superior de la paleta está
revestida además de una capa compuesta con una base de hierro y
nitrógeno (Fe-N), y una capa de difusión con una
base de hierro y nitrógeno (Fe-N) conformada bajo la
capa compuesta por medio de nitruración. Alternativamente, la
superficie superior de la paleta está adicionalmente revestida sólo
de una capa compuesta que contiene una base de hierro y nitrógeno
(Fe-N). La superficie superior de la paleta también
puede estar revestida de una capa compuesta que contiene una base de
hierro y azufre (Fe-S), y una capa de difusión con
una base de hierro y nitrógeno (Fe-N) conformada
bajo la capa compuesta por medio de nitruración. La nitruración y el
revestimiento de la paleta pueden incrementar la durabilidad, lo que
se muestra en JP 10-141269, JP
11-1217665, JP 5-73918. Sin embargo,
para el gas refrigerante HFC, tal nitruración o proceso de
revestimiento produce una reducida durabilidad.
De acuerdo con la presente invención, la
curvatura Rv de la superficie de contacto de deslizamiento entre la
paleta 40 y el rodillo 38 se calcula por medio de las fórmulas
anteriores (1)\sim(8), y después se fabrica una
paleta con una curvatura Rv. La nitruración mencionada puede
realizarse además sobre la superficie de la paleta a fin de obtener
una paleta que posea una elevada durabilidad.
Además, la superficie superior de la paleta está
adicionalmente revestida con una capa compuesta que contiene una
base de hierro y nitrógeno (Fe-N), y una capa de
difusión que contiene una base de hierro y nitrógeno
(Fe-N) conformada bajo la capa compuesta por medio
de nitruración, y estando ausente una capa compuesta con una base de
hierro y nitrógeno (Fe-N) revestida sobre al menos
una superficie lateral de la paleta. De forma alternativa, la
superficie superior de la paleta está adicionalmente revestida con
una capa compuesta que contiene una base de hierro y azufre
(Fe-S), y una capa de difusión con una base de
hierro y nitrógeno (Fe-N) conformada bajo la capa
compuesta por medio de nitruración, y estando ausente la capa
compuesta con una base de hierro y azufre (Fe-S)
sobre al menos una de las superficies laterales de la paleta. El
proceso de nitruración cambia la estructura cristalina y, por lo
tanto, cambia la dimensión de la paleta. Consiguientemente, una
parte de las superficies de revestimiento por nitruración de la
paleta puede retirarse adicionalmente.
El contacto de deslizamiento entre el rodillo y
la paleta está compuesto por un material de hierro que posee un
coeficiente de elasticidad longitudinal de entre 9,81x10^{4} y
1,47x10^{5} N/mm^{2}, por ejemplo. Si el coeficiente de
elasticidad longitudinal de la paleta es demasiado pequeño, la
durabilidad de la paleta se degrada, y si el coeficiente de
elasticidad longitudinal de la paleta es demasiado grande, no puede
mantener una deformación elástica adecuada. Particularmente, cuando
el coeficiente de elasticidad longitudinal es demasiado grande o
demasiado pequeño, la presión entre la paleta y el rodillo no puede
reducirse y la durabilidad se degrada.
De acuerdo con la presente invención, la
viscosidad del aceite de base formado por el éster de polialcohol o
el éter polivinílico no está restringida. Sin embargo, la viscosidad
preferida para el aceite de base se encuentra entre aproximadamente
20 y 80 mm^{2}/s a una temperatura de 40ºC. Si la viscosidad del
aceite de base es menor que 20 mm^{2}/s, puede que no evite la
abrasión de la parte en contacto de deslizamiento entre la paleta y
el rodillo, mientras que si la viscosidad del aceite de base es
mayor que 84 mm^{2}/s, se produce un mayor consumo de energía y un
funcionamiento antieconómico.
La realización descrita anteriormente no pretende
limitar la presente invención. Varias aplicaciones de la presente
realización pueden modificarse por parte de los expertos en la
técnica dentro del alcance reivindicado por la invención.
De acuerdo con la presente invención, el
compresor giratorio usa un gas refrigerante que no contiene iones de
cloro, y usa un éster de polialcohol como lubricante o éter
polivinílico como un aceite de base. La superficie de contacto entre
la paleta y el rodillo se mantiene entonces dentro de un intervalo
aceptable a fin de reducir la presión de Hertz. Además, la distancia
de deslizamiento aumenta para desviar la presión de forma que se
puede reducir la temperatura en la parte en contacto de
deslizamiento entre la paleta y el rodillo. Así pues, estos
procedimientos evitan la abrasión anómala.
Según esto, no es necesario realizar un proceso
de revestimiento de elevado coste sobre la superficie de la paleta.
Particularmente, aunque se use una nitruración de bajo coste
(nitruración NV, nitruración sulfónica o nitruración radical), se
puede reducir suficientemente la abrasión entre la superficie
exterior del rodillo y la paleta, y evitar además la abrasión
anómala.
De acuerdo con la presente invención, la
superficie de contacto entre la paleta y el rodillo se mantiene
dentro de un intervalo aceptable de forma que, aunque el compresor
giratorio funcione a carga elevada, la superficie de contacto entre
la paleta 40 y el rodillo aún se mantiene de forma segura.
Considerando la deformación elástica para cada gas refrigerante bajo
funcionamiento a carga elevada, se puede aún mantener la superficie
de contacto de deslizamiento entre dos líneas cimeras de la paleta,
una de las cuales está localizada en el contacto de deslizamiento de
pared lateral con el cilindro y la otra está localizada en un
contacto de deslizamiento de superficie con el rodillo.
Además, la presente invención proporciona un
intervalo preferido para el coeficiente de elasticidad longitudinal
de la paleta. La presente invención también proporciona un intervalo
preferido para el coeficiente de elasticidad longitudinal del
rodillo que se desliza en contacto con la paleta. Considerando la
deformación elástica, la presión se reduce y la durabilidad de la
paleta se incrementa.
Adicionalmente, la presente invención proporciona
un diseño preferido para la superficie de contacto de deslizamiento
entre la paleta y el rodillo. La superficie de la paleta puede
revestirse además por medio de una nitruración de bajo coste a fin
de incrementar la durabilidad de la paleta.
Además, la presente invención proporciona una
viscosidad preferida para el aceite de base a una temperatura de
funcionamiento preferida a fin de reducir el consumo de energía y
reducir la abrasión.
Aunque la presente invención se ha descrito con
una realización preferida, esta descripción no pretende limitar la
invención. Varias modificaciones de la realización serán evidentes
para los expertos en la técnica. Se contempla, por lo tanto, que las
reivindicaciones adjuntas cubran cualquiera de tales modificaciones
o realizaciones que se incluyan dentro del alcance verdadero de la
invención.
Claims (12)
1. Un compresor giratorio (1), acoplado a un
circuito de gas refrigerante que conecta a la vez el compresor
giratorio (1), un condensador, un dispositivo de expansión y un
evaporador, usando el compresor giratorio un gas refrigerante que no
contiene iones de cloro y usando éster de polialcohol como
lubricante o éter polivinílico como un aceite de base, comprendiendo
el compresor giratorio:
un cilindro (31, 32) que posee un orificio de
entrada de gas refrigerante y un orificio de salida de gas
refrigerante;
un eje giratorio (25) que posee un brazo de
manivela (26) instalado sobre un eje del cilindro;
un rodillo (38) instalado entre el brazo de
manivela (26) y el cilindro (31, 32), y que gira excéntricamente;
y
una paleta (40) de movimiento oscilante dentro de
una ranura conformada en el cilindro (31, 32), y en contacto de
deslizamiento con una circunferencia exterior (38a) del rodillo
(38),
en el que una parte en contacto de deslizamiento
entre la paleta (40) y el rodillo (38) posee una curvatura Rv que
cumple la siguiente fórmula:
T<Rv<Rr
en la que T es el espesor de la
paleta (40) y Rr es la curvatura de la circunferencia exterior (38a)
del rodillo (38) en contacto de deslizamiento con la
paleta.
2. El compresor giratorio (1) de la
reivindicación 1, en el que una distancia entre un centro de giro
(O1) del eje giratorio (25) y un centro (O2) del rodillo (38) es una
excentricidad (E), un ángulo \alpha está formado entre una primera
línea (L1) que conecta el centro de giro (O1) del eje giratorio (25)
y el centro (O2) del rodillo (38), y una segunda línea (L2), en la
que la primera línea (L1) conecta el centro de giro (O1) del eje
giratorio (25) y el centro (O2) del rodillo (38) y la segunda línea
(L2) conecta un centro (O3) de la curvatura Rv de la paleta (40) y
el centro (O2) del rodillo (38), y existe una distancia de
deslizamiento, que conecta una primera intersección de la primera
línea (L1) con la circunferencia exterior (38a) del rodillo (38) y
una segunda intersección de la segunda línea (L2) con la
circunferencia exterior (38a) del rodillo (38), en el que el espesor
T, las curvaturas Rv, Rr, la excentricidad E, el ángulo \alpha, y
la distancia de deslizamiento (ev) satisfacen las siguientes
fórmulas a fin de mantener una superficie de contacto de
deslizamiento localizada en la parte en contacto de deslizamiento
entre la paleta (40) y el rodillo (38):
T>2\cdot
Rv\cdot
E/(Rv+Rr)
sin \
\alpha=E/(Rv+Rr)
ev=Rv\cdot
E/(Rv+Rr)
3. El compresor giratorio (1) de la
reivindicación 1, en el que el espesor T, las curvaturas Rv, Rr, la
excentricidad E, el ángulo \alpha, y la distancia de deslizamiento
(ev) cumplen una fórmula, T>[2 Rv E/(Rv+Rr)]+d, a fin de mantener
la superficie en contacto de deslizamiento localizada en la parte en
contacto de deslizamiento entre la paleta (40) y el rodillo (38)
cuando el compresor giratorio (1) funciona a carga elevada,
en el que L es la altura de la paleta (40), E1,
E2 son coeficientes de elasticidad longitudinal, v1 y v2 son
cocientes de Poisson para la paleta (40) y el rodillo (38),
\DeltaP es una presión designada, \rho es un radio efectivo, Fv
es una fuerza desde la paleta (40), d es una distancia de una
superficie de contacto elástica, en la que \rho, \DeltaP, Fv y d
se calculan según las siguientes fórmulas:
\frac{1}{\rho}=\frac{1}{Rv}+\frac{1}{Rr}
Fv=T\cdotL\cdot\DeltaP
d=4\sqrt{\left(\frac{1-v_{1}{}^{2}}{\pi
E1}+ \frac{1-v_{2}{}^{2}}{\pi E2}\right)\cdot Fv
\cdot
\frac{\rho}{L}}
4. El compresor giratorio (1) de la
reivindicación 1, en el que, cuando el compresor giratorio (1)
funciona a carga elevada, la presión de diseño \DeltaP es de 2,98
MPa cuando se usa un gas refrigerante HFC407C, 4,14 MPa para usar un
gas refrigerante HFC410A, 3,10 MPa para usar un gas refrigerante
HFC404A, 1,80 MPa para usar un gas refrigerante HFC134a.
5. El compresor giratorio (1) de la
reivindicación 1, en el que la paleta (40) está compuesta de un
material de hierro que posee un coeficiente de elasticidad
longitudinal de 1,96x10^{5} \sim 2,45x10^{5} N/mm^{2}.
6. El compresor giratorio (1) de la
reivindicación 5, en el que una superficie superior de la paleta
(40) está revestida adicionalmente con una capa compuesta con una
base de hierro y nitrógeno (Fe-N), y una capa de
difusión con una base de hierro y nitrógeno (Fe-N)
conformada bajo la capa compuesta por nitruración.
7. El compresor giratorio (1) de la
reivindicación 5, en el que una superficie superior de la paleta
(40) está revestida adicionalmente con una capa compuesta que
contiene una base de hierro y nitrógeno (Fe-N).
8. El compresor giratorio (1) de la
reivindicación 5, en el que una superficie superior de la paleta
(40) está revestida adicionalmente con una capa compuesta que
contiene una base de hierro y azufre (Fe-S), y una
capa de difusión con una base de hierro y nitrógeno
(Fe-N) conformada bajo la capa compuesta de
nitruración.
9. El compresor giratorio (1) de la
reivindicación 6, en el que la superficie superior de la paleta (40)
está revestida adicionalmente con una capa compuesta que contiene
una base de hierro y nitrógeno (Fe-N), y la capa de
difusión con una base de hierro y nitrógeno (Fe-N)
conformada bajo la capa compuesta de nitruración, y estando retirada
la capa compuesta con una base de hierro y nitrógeno
(Fe-N) revestida sobre al menos una superficie
lateral de la paleta (40).
10. El compresor giratorio (1) de la
reivindicación 8, en el que una superficie superior de la paleta
(40) está revestida adicionalmente con una capa compuesta que
contiene una base de hierro y azufre (Fe-S), y una
capa de difusión que contiene una base de hierro y nitrógeno
(Fe-N) conformada bajo la capa compuesta por
nitruración, y estando retirada la capa compuesta que contiene una
base de hierro y azufre (Fe-S) revestida sobre al
menos una superficie lateral de la paleta (40).
11. El compresor giratorio (1) de la
reivindicación 1, en el que el rodillo (38) en contacto de
deslizamiento con la paleta (40) está compuesto de un material de
hierro que posee un coeficiente de elasticidad longitudinal de entre
9,81x10^{4} y 1,47x10^{5} N/mm^{2}.
12. El compresor giratorio (1) de la
reivindicación 1, en el que la viscosidad del aceite de base está
comprendida entre 20 y 80 mm^{2}/s a 40ºC.
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