ES2247600T3 - Maquina helicoidal de capacidad modulada. - Google Patents
Maquina helicoidal de capacidad modulada.Info
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Abstract
UNA MAQUINA DE TIPO ESPIRAL COMPRENDE: UN PRIMER MIEMBRO DE ESPIRAL QUE TIENE UNA PLACA DE EXTREMO Y UNA PRIMERA ENVUELTA ESPIRAL QUE SE LEVANTA DESDE LA MISMA; UN SEGUNDO MIEMBRO DE ESPIRAL QUE TIENE UNA PLACA DE EXTREMO Y UNA SEGUNDA ENVUELTA ESPIRAL QUE SE LEVANTA DESDE LA MISMA, DICHO PRIMER Y SEGUNDO MIEMBRO DE ESPIRAL ESTAN POSICIONADOS CON DICHA PRIMERA Y SEGUNDA ENVUELTA ESPIRAL INTERCALADAS ENTRE SI; UNA ESTRUCTURA DE SOPORTE FIJA PARA SOPORTAR DICHO PRIMER Y SEGUNDO MIEMBRO DE ESPIRAL PARA SU MOVIMIENTO ORBITAL RELATIVO MEDIANTE LO CUAL DICHO PRIMERA Y SEGUNDA ENVUELTA ESPIRAL DEFINEN BOLSAS SELLADAS PARA EL MOVIMIENTO DEL FLUIDO QUE PROGRESIVAMENTE DISMINUYEN SU TAMAÑO A MEDIDA QUE SE MUEVEN DESDE UNA POSICION RADIALMENTE EXTERIOR A UNA POSICION RADIALMENTE INTERIOR; UNA FUENTE DE ENERGIA ACOPLADA A DICHO PRIMER MIEMBRO DE ESPIRAL Y OPERATIVA PARA EFECTUAR DICHO MOVIMIENTO ORBITAL RELATIVO ENTRE DICHO PRIMER Y SEGUNDO MIEMBRO DE ESPIRAL; Y UN DISPOSITIVO SELECTIVAMENTE ACCIONABLEPARA EFECTUAR EL MOVIMIENTO RADIAL RELATIVO ENTRE DICHA PRIMERA Y SEGUNDA ESPIRAL PARA DE ESTA MANERA FORMAR UN CAMINO DE FILTRACION ENTRE DICHAS BOLSAS DE FLUIDO MOVIL MIENTRAS QUE DICHA FUENTE DE ENERGIA CONTINUA FUNCIONANDO MEDIANTE LO CUAL SE REDUCE LA CAPACIDAD DE DICHO COMPRESOR, DICHO DISPOSITIVO ES INDEPENDIENTE DE DICHO ACOPLAMIENTO DE DICHA FUENTE DE ENERGIA CON DICHA PRIMERA ESPIRAL.
Description
Máquina helicoidal de capacidad modulada.
La presente invención se refiere a la modulación
de la capacidad de compresores, y más particularmente a la
modulación de la capacidad de compresores de tipo helicoidal.
La modulación de la capacidad resulta a menudo
una característica que sería deseable incorporar en compresores para
aire acondicionado y refrigeración con el fin de poderse acomodar
mejor a la amplia gama de cargas a las que pueden estar sujetos los
sistemas. Para lograr esta característica de modulación de la
capacidad se han utilizado numerosas soluciones diferentes, que van
desde el control de la entrada de aspiración, a dejar en derivación
el gas de descarga devolviéndolo a la entrada de aspiración. En los
compresores de tipo helicoidal la modulación de la capacidad se ha
obtenido a menudo mediante una solución de aspiración retardada que
comprende la disposición de bocas en diversas posiciones, que al ser
abiertas permiten que las cámaras de compresión formadas entre las
volutas imbrincadas se comuniquen con el suministro de gas de
aspiración, retardando así el punto en el que comienza la compresión
del gas aspirado. Este método de modulación de la capacidad de hecho
reduce la relación de compresión del compresor. Mientras que tales
sistemas son eficaces para reducir la capacidad del compresor,
únicamente están en condiciones de proporcionar una cantidad
predeterminada de descarga del compresor, siendo dependiente la
cantidad de descarga del posicionamiento de las bocas de descarga a
lo largo de las volutas. Mientras que existe la posibilidad de
proporcionar una descarga de pasos múltiples, incorporando para ello
una pluralidad de tales bocas en diferentes emplazamientos, esta
solución resulta costosa y exige espacio adicional para acomodar los
mandos independientes para la apertura y cierre de cada conjunto de
bocas.
La patente WO 86/01262, en la que se basa la
parte de precaracterización de la anexa reivindicación 1, describe
un compresor o bomba de desplazamiento positivo, del tipo
helicoidal, que incluye unas primeras y segundas placas
helicoidales, con paletas imbrincadas en forma de voluta. Los
flancos de las aletas de las placas helicoidales están imbrincadas
entre sí y en contacto estanco entre sí y las juntas de las paletas
en contacto sellante con la otra placa. Una de las placas tiene una
boca generalmente central, y el conjunto está equipado con una boca
periférica en el interfaz de las placas. Un motor y un acoplamiento
existen para impartir a las placas un movimiento orbital, la una
respecto a la otra, y hay un mecanismo de accionamiento selectivo
que se puede accionar para separar las placas y romper el contacto
estanco, y de esta manera descargar el compresor o la bomba.
Las diversas realizaciones de la presente
invención salvan sin embargo las deficiencias antes observadas, por
cuanto permiten virtualmente una gama continua de descarga desde el
100% de plena capacidad hasta virtualmente una capacidad cero,
utilizando únicamente un único conjunto de mandos. Además, permiten
incrementar al máximo el rendimiento operativo del sistema compresor
y/o de refrigeración, para cualquier grado de descarga del compresor
que se desee.
De acuerdo con la presente invención, se propone
una máquina de tipo helicoidal tal como se define en la adjunta
reivindicación 1.
En las diversas realizaciones de la presente
invención se consigue la descarga del compresor efectuando
cíclicamente la separación axial o radial de los dos elementos de la
hélice durante unos períodos de tiempo predeterminados a lo largo
del ciclo de trabajo del compresor. Más específicamente, la presente
invención proporciona una disposición en la que uno de los elementos
helicoidales se desplaza axialmente o radialmente acercándolo o
alejándolo del otro elemento helicoidal, de forma pulsante para
proporcionar de forma cíclica una vía de escape a través de las
puntas o flancos de las volutas, desde las bolsas de compresión de
presión superior definidas por las volutas helicoidales imbrincadas,
hacia bolsas de presión inferior, y finalmente de nuevo a la
aspiración. Al controlar el tiempo relativo entre el sellado y falta
de sellado de las puntas o flancos de las volutas helicoidales, se
puede conseguir virtualmente cualquier grado de descarga del
compresor mediante un único sistema de control. Además, mediante la
detección de las diversas condiciones dentro del sistema de
refrigeración, se puede seleccionar la duración de la carga y
descarga del compresor en cada ciclo, para una capacidad dada, de
tal manera que se incremente al máximo el rendimiento general del
sistema. Por ejemplo si se desea que el compresor trabaje al 50% de
capacidad, esto se puede conseguir accionando el compresor
alternativamente en condición cargada durante 5 segundos y
descargada durante 5 segundos, o cargado durante 7 segundos y
descargado durante 7 segundos, aquel de los ciclos que proporcione
mayor rendimiento para las condiciones de trabajo específicas que se
hayan encontrado.
Las diversas realizaciones de la presente
invención descritas a continuación proporcionan una amplia gama de
disposiciones mediante las cuales uno de los elementos helicoidales
se pueda desplazar axial o radialmente de forma recíproca con
respecto al otro para acomodar una amplia gama de descarga del
compresor. La posibilidad de proporcionar una gama completa de
modulación de la capacidad con un único sistema de control así como
la posibilidad de seleccionar la duración del funcionamiento cargado
y descargado, contribuyen a proporcionar un sistema sumamente eficaz
a un coste relativamente bajo.
Adicionalmente y con el fin de mejorar aún más el
rendimiento del sistema en algunas aplicaciones, puede ser deseable
combinar un tipo de modulación de la capacidad de aspiración
retardada con el sistema de descarga pulsante antes mencionado. Por
ejemplo si las condiciones de trabajo son tales que las presiones
del sistema, justamente corriente abajo de la válvula de descarga,
están a un nivel por debajo del nivel de diseño de plena carga, la
relación de compresión del compresor dará lugar a que la presión del
fluido comprimido, al ser descargado de la cámara de compresión, sea
demasiado alta, siendo esta una situación que se conoce como
sobrecompresión. La forma más eficaz de reducir la capacidad en
estas condiciones es la de reducir la relación de compresión del
compresor, y por lo tanto la presión del fluido comprimido que sale
de la cámara de compresión, de tal manera que sea igual o sólo
ligeramente superior a la presión del sistema justamente corriente
abajo de la válvula de descarga, eliminando de esta manera el
trabajo perdido debido a la sobrecompresión. Ahora bien, si la
condición del sistema indica otra reducción adicional de capacidad
una vez que se haya eliminado la condición de sobrecompresión, el
empleo de un tipo de modulación de capacidad pulsante resultará más
eficaz, ya que evitará que se produzca una situación conocida como
subcompresión, lo que es una situación en la que la presión del
fluido comprimido, al salir de la cámara de compresión, está por
debajo de la del sistema justamente corriente abajo de la válvula de
descarga. Por lo tanto, la presente invención incluye también un
sistema en el que se combinan ambos sistemas de modulación de
capacidad pulsante y de aspiración retardada, lo que da lugar a un
rendimiento aún mayor para los sistemas que vayan a encontrarse
probablemente con tales situaciones de trabajo, que se podrían
conseguir mediante cualquiera de los dos sistemas de modulación de
capacidad, cada uno por sí solo.
Adicionalmente, la presente invención podría
también incluir un módulo de control del motor que trabaje para
controlar diversos parámetros de funcionamiento del mismo con el fin
de incrementar su rendimiento de trabajo durante aquellos períodos
en los que se reduce la carga del motor debido a la descarga del
compresor.
Otras ventajas adicionales y características de
la presente invención quedarán manifiestas por la subsiguiente
descripción y las reivindicaciones adjuntas, en combinación con los
dibujos que se acompañan.
la Figura 1 es una vista en sección de un
compresor de refrigeración de tipo helicoidal conforme a la presente
invención;
la Figura 2 es una vista en sección parcial de un
compresor de refrigeración de tipo helicoidal, mostrando otra
realización de la presente invención;
la Figura 3 es una vista semejante a la de la
Figura 2, pero mostrando el compresor en condición descargada;
la Figura 4 es una vista en sección parcial de un
compresor de refrigeración de tipo helicoidal, mostrando otra
realización de la presente invención;
la Figura 5 es una vista ampliada de la
disposición de válvulas incluida en la realización mostrada en la
Figura 4;
la Figura 6 es también una vista en sección
parcial de un compresor de refrigeración de tipo helicoidal,
mostrando otra realización de la presente invención;
las Figuras 7 a 15 son todas ellas vistas en
sección parcial de compresores de refrigeración conformes a la
presente invención, en los cuales el elemento helicoidal orbitante
realiza un movimiento recíproco axial para conseguir la descarga del
compresor;
las Figuras 16 a 22 son todas ellas vistas en
sección parcial de compresores de refrigeración conformes a la
presente invención, en los que el elemento helicoidal no orbitante
realiza un movimiento axial reciprocante para lograr la descarga del
compresor;
las Figuras 23 a 28 son todas ellas vistas en
sección parcial de compresores de refrigeración conformes a la
presente invención, en los cuales los elementos helicoidales giran
conjuntamente;
las Figuras 29 y 30 son ambas vistas en sección
parcial de realizaciones adicionales de compresores de
refrigeración, todos ellos de acuerdo con la presente invención, en
los que el elemento helicoidal no orbitante realiza un movimiento
reciprocante; y
la Figura 31 es una vista en sección de otra
realización de un compresor de tipo helicoidal conforme a la
presente invención, adecuado para ser accionado por una fuente
motriz exterior;
las Figuras 32 a 34 son vistas en sección parcial
de otras disposiciones de compresores de tipo helicoidal;
la Figura 34a es una vista parcial ampliada de la
disposición de válvulas representada en la Figura 34 y encerrada en
un círculo 34a;
la Figura 35 es una vista en sección parcial de
otra disposición de un compresor de tipo helicoidal;
la Figura 36 es también una vista en sección
parcial de otra realización de la presente invención mostrando una
disposición para la descarga radial del compresor de acuerdo con la
presente invención;
la Figura 37 es también una vista en sección de
la muñequilla del cigüeñal y del casquillo de arrastre empleado en
la realización de la Figura 36, estando dada la sección a lo largo
de las líneas 37-37 de aquella;
la Figura 38 es una vista en sección de la
realización representada en la Figura 36, estando dada la sección a
lo largo de las líneas 38-38 de aquella;
la Figura 39 es una vista semejante a la de la
Figura 36, pero mostrando el compresor en condición descargada;
la Figura 40 es una vista en sección parcial
mostrando una versión modificada de la realización de la Figura 36,
todo ello de acuerdo con la presente invención;
la Figura 41 es una vista en sección parcial
mostrando una parte del compresor de tipo helicoidal, incorporando
otra realización de la disposición de descarga radial de la Figura
36, todo ello de acuerdo con la presente invención;
la Figura 42 es una vista en sección semejante a
la de la Figura 38, pero mostrando la realización de la Figura
41;
la Figura 43 es una vista en sección parcial
mostrando otra realización de la presente invención;
la Figura 44 es una vista de una parte de la
realización representada en la Figura 43, en condición
descargada;
la Figura 45 es un esquema mostrando un medio
para reducir el consumo de energía del motor durante los períodos en
los que el compresor esté trabajando en condición descargada, de
acuerdo con la presente invención; y
la Figura 46 es una vista en sección de un
compresor que incorpora tanto la separación cíclica de las volutas
helicoidales y la descarga retardada de la aspiración, todo ello de
acuerdo con la presente invención.
Haciendo ahora referencia a los dibujos, y en
particular a la Figura 1, se puede ver un compresor helicoidal
hermético conforme a la presente invención, indicado de forma
general por 10. El compresor helicoidal 10 es en general del tipo
descrito en la patente US Nº 5.102.316 del solicitante, cuya
descripción se incluye para referencia, y que comprende una
envolvente exterior 12, dentro de la cual está dispuesto un motor de
accionamiento que comprende el estator 14 y el rotor 16, un cigüeñal
18 al que va fijado el rotor 1, unos alojamientos de cojinete
superior e inferior 20, 22 para soportar con giro el cigüeñal 18 y
el conjunto del compresor 24.
El conjunto del compresor 24 comprende un
elemento helicoidal orbitante 26 soportado en el alojamiento de
cojinete superior 20 y conectado por arrastre con el cigüeñal 18 a
través de la muñequilla del cigüeñal 28 y del casquillo de arrastre
30. Un segundo elemento helicoidal no orbitante 32 está posicionado
con acoplamiento de engrane con el elemento helicoidal 28, y sujeto
con movilidad axial al alojamiento de cojinete superior 20 por medio
de una multitud de bulones 34 y los correspondientes elementos de
manguitos 36. Existe un acoplamiento Oldham 38 que colabora entre
los elementos helicoidales 26 y 32 para impedir el giro relativo
entre éstos.
Junto al extremo superior de la envolvente 12
está prevista una placa de separación 40 que sirve para definir una
cámara de descarga 42 en el extremo superior de aquella.
Durante el funcionamiento, mientras el elemento
helicoidal orbitante 26 describe órbitas con respecto al elemento
helicoidal 32, se aspira gas aspirado al interior de la envolvente
12 a través de la entrada de aspiración 44 y de ahí al compresor 24
a través de la entrada 46 prevista en el elemento helicoidal no
orbitante 32.
Las volutas imbrincadas previstas en los
elementos helicoidales 26 y 32 definen unas bolsas de fluido móviles
que progresivamente van disminuyendo de tamaño y desplazándose
radialmente hacia el interior como consecuencia del movimiento
orbitante del elemento helicoidal 26, comprimiendo de esta manera el
gas aspirado que entra a través de la entrada 46. El gas comprimido
se descarga entonces a la cámara de descarga 42 a través de la boca
de descarga 48 prevista en el elemento helicoidal 32 y el orificio
de paso 50. Dentro de la boca de descarga 42 se dispondrá
preferentemente una válvula de descarga 51 que responda
adecuadamente a la presión.
El elemento helicoidal 32 también está provisto
de un rebaje cilíndrico anular 52 formado en la cara superior del
mismo. Un extremo de un elemento cilíndrico 54 de forma generalmente
irregular, dentro del cual está previsto el orificio de paso 50,
sobresale dentro del cilindro 52 y divide a éste en una cámara
superior y una cámara inferior 56 y 58, respectivamente. El otro
extremo del elemento cilíndrico 54 va fijado de forma estanca a la
placa de división 40. En el extremo superior del elemento helicoidal
32 va fijado un anillo anular 60, que incluye una pestaña 62 que se
extiende axialmente, que puede acoplarse de forma deslizante con el
elemento cilíndrico 54, sellando de esta manera el extremo superior
abierto de la cámara 56.
El elemento cilíndrico 54 incluye un orificio de
paso 64, que tiene un extremo que se abre a la cámara superior 56.
Un conducto de fluido 66 está conectado a otro extremo del orificio
de paso 64 y se extiende hacia el exterior a través de la envolvente
12 a una electroválvula 68. Un segundo conducto de fluido 70 se
extiende desde la válvula 68 al conducto de aspiración 72, conectado
a la entrada de aspiración 44, y un tercer conducto de fluido 76 se
extiende hacia el exterior desde la cámara de descarga 42.
Con el fin de forzar el elemento helicoidal 32 a
establecer un acoplamiento estanco con el elemento helicoidal 26
para el funcionamiento normal de plena carga, se ha previsto un
orificio de sangrado 78 en el elemento helicoidal 32, estableciendo
la comunicación entre la cámara 58 y una bolsa de compresión situada
a una presión intermedia entre la presión de aspiración y la presión
de descarga. De este modo, la cámara 58 se encontrará a una presión
intermedia, lo que junto con la presión de descarga que actúa sobre
la cara superior del elemento helicoidal 32 en la zona de la boca de
descarga 48, ejercerá una fuerza de empuje sobre el elemento
helicoidal, forzándolo axialmente a un acoplamiento estanco con el
elemento helicoidal orbitante 26. Al mismo tiempo, la electroválvula
68 estará en una posición tal que ponga la cámara superior 56 en
comunicación fluida con el conducto de aspiración 72, a través de
los conductos de fluido 66 y 70.
Con el fin de descargar el compresor 24, se
accionará la electroválvula 68 respondiendo a una señal procedente
del módulo de control 80, para interrumpir la comunicación fluida
entre los conductos 66 y 70 y poner el conducto de fluido 66 en
comunicación con el conducto de descarga 76, incrementando de esta
manera la presión dentro de la cámara 56, y así la del gas de
descarga. La fuerza de empuje resultante de esta presión de descarga
vencerá la fuerza de empuje sellante, dando así lugar a que el
elemento helicoidal 32 se desplace axialmente hacia arriba,
separándose del elemento helicoidal orbitante 26. Este movimiento
axial dará lugar a que se produzca una vía de fuga entre las
respectivas puntas de las volutas y las placas base de los elementos
helicoidales 26 y 32, eliminando de esta manera substancialmente la
compresión continua del gas aspirado. Cuando se produce la descarga,
la válvula de descarga 51 se desplazará a una posición cerrada,
impidiendo de esta manera el reflujo del fluido a alta presión desde
la cámara de descarga 42 o del sistema situado corriente abajo.
Cuando se vaya a reanudar la compresión del gas aspirado, se
accionará la electroválvula 68a pasando a una posición en la que se
interrumpa la comunicación de fluido entre la cámara superior 56 y
la conducción de descarga 76 a través de las conducciones 66 y 64, y
la cámara superior 56 se pone en comunicación con el conducto de
aspiración 72 a través de los conductos 66 y 70, descargando de esta
manera la fuerza de separación dirigida axialmente. Esto permite
entonces que la acción conjunta de la presión intermedia en la
cámara 58 y la presión de descarga que actúa en el orificio de paso
50 vuelva a desplazar al elemento helicoidal 32 a un acoplamiento
estanco con el elemento helicoidal 26.
El módulo de control 80 tendrá preferentemente
uno o más sensores adecuados conectados al mismo para proporcionar
la información necesaria para que el módulo de control 80 determine
el grado de descarga necesario para las condiciones particulares que
existan en ese momento. Basado en esta información, el módulo de
control 80 enviará unas señales secuenciales debidamente
temporizadas a la electroválvula 68, dando lugar a que
alternativamente ponga en comunicación el conducto de fluido 66 con
el conducto de descarga 76 y con el conducto de aspiración 72.
Por ejemplo, si las condiciones indican que es
deseable que el compresor 24 trabaje al 50% de su plena capacidad,
el módulo de control 80 puede accionar la electroválvula llevándola
a una posición que ponga en comunicación el conducto de fluido 66
con el conducto de aspiración 72, durante un período de, por ejemplo
10 segundos, a continuación del cual se conmuta para poner en
comunicación fluida el conducto de fluido 66 con el conducto de
descarga 76 durante un período similar de 10 segundos. La
conmutación constante de la electroválvula 68 dará lugar de esta
manera a que se produzca compresión únicamente durante el 50% del
tiempo de funcionamiento, reduciendo de esta manera la producción
del compresor 24 al 50% de su capacidad de plena carga. Cuando
cambien las condiciones detectadas, el módulo de control variará los
períodos de tiempo relativos a los cuales el compresor 24 trabaja en
condición cargada y en condición descargada, de tal manera que la
capacidad del compresor 24 se pueda variar entre plena carga o 100%
de capacidad y completamente descargado o 0% de capacidad,
respondiendo así a las demandas variables del sistema.
Las Figuras 2 y 3 muestran un compresor
helicoidal 34 de descarga axial, semejante al de la Figura 1, siendo
la principal excepción la disposición para poner en comunicación
fluida la cámara superior 56 con las conducciones de aspiración y
descarga. En consecuencia, partes semejantes se han indicado con los
mismos números de referencia. Como aquí se puede ver, el orificio de
paso 64 ha sido sustituido por un orificio de paso 86 previsto en el
elemento anular 60, que por un extremo se abre a la cámara superior
56 y el otro extremo a través de una pared lateral mirando
radialmente hacia el exterior. Un tubo flexible de fluido 88 se
extiende desde el extremo exterior del orificio de paso 86 a un
accesorio 90, pasando a través de la envolvente 12, con una segunda
tubería 92 que conecta el accesorio 90 con la electroválvula 68.
Igual que en la Figura 1, la electroválvula 68 tiene las
conducciones de fluido 70 y 74 conectadas al conducto de aspiración
72 y al conducto de descarga 76, y está controlada por el módulo de
control 8, respondiendo a las condiciones detectadas por el sensor
82, para efectuar el movimiento del elemento helicoidal no orbitante
32, entre las posiciones mostradas en las Figuras 2 y 3, de la misma
manera que se ha descrito anteriormente con respecto a la
realización de la Figura 1. Mientras que en esta realización se
elimina la necesidad de un accesorio extra que se extienda hacia el
exterior desde la cámara de descarga de alta presión 42, se requiere
sin embargo que el conducto de fluido 88 sea flexible, para poder
absorber el movimiento axial del elemento helicoidal 32 y su
correspondiente elemento anular 60. También es necesario observar
que en esta realización, el elemento cilíndrico 54 va fijado de
forma estanca a la placa de separación 40 por medio de la tuerca 55
que va roscada en el extremo superior del mismo. En esta
realización, la válvula de descarga 51 también ha sido sustituida
por una válvula de descarga con retención 93, fijada a la envolvente
exterior. Es preciso señalar que el hecho de prever una válvula de
retención en algún lugar a lo largo de la vía de flujo de descarga
es sumamente deseable con el fin de impedir el reflujo del gas
comprimido desde el sistema, cuando el compresor esté en condición
descargada.
Las Figuras 4 y 5 muestran otra realización 94 de
la presente invención, en la que el fluido a presión que realiza la
separación axial para la descarga se obtiene directamente del gas de
descarga que sale del compresor. En esta realización, un elemento
tubular 96 va fijado adecuadamente al elemento de división 40 e
incluye una pestaña 98 que se extiende radialmente hacia el
exterior, que está posicionada en el rebaje cilíndrico y lo separa
en dos cámaras superior e inferior 56 y 58. El elemento tubular 96
también define el orificio de paso 50 para dirigir el gas de
descarga comprimido desde la boca 48 a la cámara de descarga 42. En
el elemento tubular está previsto un orificio 100 que se extiende
axialmente, que se abre hacia el exterior a través del extremo
superior del mismo, y está previsto para recibir un conducto de
fluido 102. El conducto de fluido 102 se extiende hacia el exterior
a través de la parte superior de la envolvente 12, y va conectado a
la electroválvula 68. La electroválvula también tiene unos conductos
de fluido 70 y 74 conectados respectivamente a las tuberías de
aspiración y de descarga 72, 76, y está controlada por el módulo de
control 80, respondiendo a las señales de los sensores adecuados 82,
de la misma manera que ya se ha descrito anteriormente.
Un elemento de válvula 104 está dispuesto móvil
axialmente en el orificio 100. El elemento de válvula 104 incluye
una parte 106 de diámetro reducido que puede actuar para poner en
comunicación fluida los conductos 108 y 110 que se extienden
radialmente, previstos en el elemento 96, cuando en una primera
posición, en la que se purga la cámara superior 56 hacia la
aspiración y para poner en comunicación fluida el orificio de paso
de fluido radial 110 con el orificio de paso de fluido radial 112,
cuando se encuentre en una segunda posición en la que se admita gas
de descarga desde la vía de flujo de descarga 50 a la cámara
superior 56. También está previsto un orificio de paso de purga 113
que comunica entre la parte del fondo del orificio 100 y el orificio
de paso 50, para purgar el gas de la zona situada debajo de la
válvula 104 durante el funcionamiento de ésta. También está previsto
un muelle 114 que sirve para a ayudar a forzar la válvula 104 a su
segunda posición, mientras que el fluido de descarga a presión que
entra en el orificio 100 a través del orificio de paso 112 y del
orificio de paso 113 sirve para forzar la válvula 104 a su primera
posición.
Tal como está representado, el elemento de
válvula 104 y la electroválvula 68 se encuentran ambas en una
posición para funcionamiento a plena carga, en la que la
electroválvula 68 está en posición para poner en comunicación el
conducto de fluido 102 con el conducto de aspiración 72, y el
elemento de válvula 104 está en una posición para purgar la cámara
superior 56 hacia el interior de la envolvente 12, que se encuentra
a presión de aspiración. Cuando se desee descargar el compresor, se
accionará la electroválvula 68 a una posición que ponga en
comunicación el conducto de fluido 102 con el conducto de fluido 74,
permitiendo de esta manera que el fluido de descarga a presión actúa
sobre el extremo superior del elemento de válvula 104. Este fluido a
presión junto con el muelle 114 dará lugar a que el elemento de
válvula 104 se desplace hacia abajo, cerrando así la comunicación
entre el orificio de paso radial 110 con el orificio de paso radial
108, y abra la comunicación entre el orificio de paso radial 110 y
el orificio de paso radial 112. Entonces fluirá fluido a la presión
de descarga a la cámara superior 56, venciendo de esta manera la
fuerza de empuje de la presión intermedia resultante de la
comunicación entre la cámara 58 y una cámara de compresión que se
encuentre a presión intermedia, a través del orificio de paso 78, y
dando lugar a que el elemento helicoidal 32 se desplace axialmente
hacia arriba, separándose del elemento helicoidal orbitante 26. Es
preciso señalar que la vía de fluido relativamente corta para
suministrar fluido a presión de descarga a la cámara superior 56,
asegura la descarga rápida del compresor.
La Figura 6 muestra una realización modificada
semejante a las de las Figuras 4 y 5, excepto que la electroválvula
68 está aquí posicionada en el interior de la envolvente 12. Esta
realización elimina la necesidad de un conducto de fluido adicional
a través de la parte de alta presión de la envolvente, requiriendo
únicamente una alimentación eléctrica para activar la electroválvula
68. En todos los demás aspectos, la construcción y el funcionamiento
de esta realización es substancialmente la misma que la antes
descrita con respecto a la realización mostrada en las Figuras 4 y
5, y en consecuencia las partes que se correspondan vienen indicadas
con los mismos números de referencia.
Mientras que las realizaciones antes descritas
estaban orientadas a sistemas de descarga en los que el elemento
helicoidal no orbitante se había desplazado axialmente separándolo
del elemento helicoidal orbitante, existe también la posibilidad de
aplicar estos mismos principios al elemento helicoidal orbitante.
Las Figuras 7 a 15 descritas a continuación ilustran una serie de
realizaciones de este tipo.
Haciendo ahora referencia a la Figura 7, está
representado un compresor helicoidal 140, que es semejante a los
compresores helicoidales descritos anteriormente, excepto que el
elemento helicoidal no orbitante 142 va fijado de manera no móvil al
alojamiento de cojinete 144, y el elemento helicoidal orbitante 146
se puede desplazar axialmente. También hay que señalar que el
compresor 140 es una máquina de lado alto, es decir que la entrada
de aspiración 149 está conectada directamente al elemento helicoidal
no orbitante 142, y el interior de la envolvente 12 se encuentra a
la presión de descarga. En esta realización, el elemento helicoidal
orbitante 146 se puede desplazar axialmente y es forzado a acoplarse
con el elemento helicoidal no orbitante 142 por medio de una cámara
de presión 148 que está definida entre el elemento helicoidal
orbitante 146 y el alojamiento de cojinete principal 144. En el
alojamiento de cojinete principal 144 está previsto un rebaje anular
150, en el cual va colocado un elemento sellante resiliente anular
adecuado 152, que ajusta sellando la superficie inferior del
elemento helicoidal orbitante 146 con el fin de impedir la
comunicación fluida entre la cámara 148 y el interior de la
envolvente 12, que se encuentra a la presión de descarga. Un segundo
retén anular 154 está previsto en el alojamiento de cojinete
principal 144, rodeando al árbol 18 para impedir las fugas de fluido
a lo largo de éste. A través de la placa del extremo del elemento
helicoidal orbitante 146 está previsto un pequeño paso 156, para
poner la cámara 148 en comunicación fluida con una cámara de presión
situada a una presión intermedia entre la presión de aspiración y la
presión de descarga. Adicionalmente hay un orificio de paso 158 en
el alojamiento de cojinete principal que se extiende hacia el
exterior desde la cámara 148 y que tiene conectado al mismo un
extremo del conducto de fluido 160. El otro extremo del conducto de
fluido 160 se extiende hacia el exterior a través de la envolvente
12 y va conectado a la electroválvula 162. Un segundo conducto de
fluido 164 se extiende entre la electroválvula 162 y la conducción
de aspiración 148.
Durante el funcionamiento, la cámara 148 será
alimentada con fluido a presión intermedia para forzar de esta
manera el elemento helicoidal orbitante 146 a un acoplamiento
estanco con el elemento helicoidal no orbitante 142. En este
momento, la electroválvula 162 estará en una posición que impida la
comunicación fluida entre los conductos 160 y 164. Con el fin de
descargar el compresor 140, se acciona la electroválvula 162 a una
posición en la que coloque la conducción 160 en comunicación fluida
con la conducción de fluido 164, purgando de esta manera la presión
intermedia de la cámara 148 con la aspiración. La presión que hay en
las bolsas de compresión dará lugar entonces a que el elemento
helicoidal orbitante 146 se desplace axialmente hacia abajo, tal
como está representado, comprimiendo los retenes elásticos 152 y
formando de esta manera una vía de fuga a través de las respectivas
puntas de las volutas y las correspondientes placas extremas de los
elementos helicoidales orbitante y no orbitante 146, 142. Mientras
que el paso 156 puede continuar suministrando fluido a una presión
algo superior a la presión de aspiración a la cámara 148, las
dimensiones relativas del paso 58, los conductos de fluido 160 y 164
y el orificio de paso 158 serán tales que haya suficiente presión en
la cámara 148 para forzar el elemento helicoidal orbitante 146 a un
ajuste estanco con el elemento helicoidal no orbitante 142, mientras
la electroválvula 162 esté en una posición que mantenga la
comunicación fluida entre el conducto de aspiración 149 y la cámara
148. La electroválvula 192 estará alternando entre las posiciones
abierta y cerrada con el fin de cargar y descargar cíclicamente el
compresor 140, substancialmente de la misma manera que ya se ha
descrito anteriormente.
La Figura 8 muestra una versión modificada 140a
de la realización de la Figura 7, en la que se dispone de una
multitud de muelles 166. Los muelles 166 están alojados en unos
rebajes 168 previstos en el alojamiento de cojinete 144a, y apoyan
contra la placa base del elemento helicoidal orbitante 146, para
contribuir a forzar el elemento helicoidal orbitante a un
acoplamiento estanco con el elemento helicoidal 142 no orbitante.
Los muelles 166 sirven principalmente para proporcionar una fuerza
de empuje inicial al elemento helicoidal orbitante 146 durante la
puesta en marcha del compresor 140a, pero también contribuirán a
proporcionar una carga más rápida del compresor 140a cuando se
cierre la electroválvula 162 durante el funcionamiento.
La Figura muestra otra modificación 140b de las
realizaciones de las Figuras 7 y 8. En esta realización, la
envolvente 12 lleva un elemento de división 170 para separar el
interior de la misma en una cámara de descarga de alta presión 172,
a la cual va conectada la boca de descarga 174 a través del conducto
176, así como una cámara de presión de baja presión situada debajo,
en el interior de la cual está dispuesto el compresor. Además, en
esta realización, el retén del eje 154 se ha sustituido por un
segundo retén anular 178, posicionado radialmente hacia el interior
y concéntrico con el retén 150b. De esta manera, la zona en la que
están situadas la muñequilla del cigüeñal 28 y el casquillo de
arrastre 30 estarán a la presión de aspiración, evitando de esta
manera cualquier problema asociado a la posibilidad de lubricación
de los mismos, desde el cárter de aceite que también se encuentra a
la presión de aspiración. Es preciso señalar que en las
realizaciones de las Figuras 7 y 8, el cárter de aceite estaba a la
presión de descarga, y por lo tanto no presenta ningún problema con
respecto al suministro de lubricante a estos componentes de
arrastre.
La realización 140c de la Figura 10 es
substancialmente idéntica a la de la Figura 9, con la excepción de
que además de la fuerza de empuje resultante de la presión
intermedia del fluido en la cámara 148, se han previsto también una
multitud de muelles 180 situados entre el elemento helicoidal
orbitante 146 y el alojamiento de cojinete principal 148, que
funciona principalmente para contribuir durante el arranque pero
también a contribuir en la recarga del compresor 140c, de forma
similar a la descrita anteriormente con referencia a la Figura
8.
En la realización de la Figura 11, el elemento
helicoidal no orbitante 182 está provisto de un rebaje anular 184,
en cuyo interior está dispuesto móvil un elemento de pistón 186 en
forma de anillo anular. La superficie inferior del elemento de
pistón anular 186 apoya contra una parte 187 de la placa base 189
del elemento helicoidal orbitante 186 que se extiende radialmente
hacia el exterior, estando dispuestos sobre éste unos retenes
anulares interior y exterior 188, 190 que ajustan sellando
radialmente las paredes interior y exterior del alojamiento 184. Un
orificio de paso 192 que se extiende radialmente, previsto en el
elemento helicoidal no orbitante 182, comunica con la parte superior
del alojamiento 184, y lleva conectado al extremo exterior del mismo
el conducto de fluido 194. El conducto de fluido 194 se extiende
hacia el exterior a través de la envolvente 12 hacia la
electroválvula 196. Un segundo conducto de fluido conecta la
electroválvula 196 a la tubería de aspiración 200, mientras que un
tercer conducto de fluido 202 conecta la electroválvula 196 a la
tubería de descarga 204.
En condiciones de trabajo normales de plena
carga, el elemento helicoidal orbitante 146 será forzado a un
acoplamiento estanco con el elemento helicoidal no orbitante 182 por
la presión intermedia de fluido en la cámara 206, admitida a la
misma a través del orificio de paso de sangrado 208. En estas
condiciones, la zona del alojamiento 184 dispuesta encima del
elemento de pistón anular 186 estará ventilada hacia la aspiración a
través de la electroválvula 196 y los conductos 194 y 198. Cuando
las condiciones indican que es deseable una descarga parcial del
compresor, se accionará la electroválvula 196 para poner el conducto
de fluido 194 en comunicación fluida con la conducción de descarga
204 a través del conducto 202. El área situada encima del pistón
anular 186 quedará entonces sometido a la presión del fluido a la
presión de descarga, dando lugar a que el elemento helicoidal
orbitante 146 sea forzado axialmente hacia abajo, tal como está
representado. Tal como se ha señalado anteriormente, la conmutación
cíclica de la electroválvula 196 da lugar a la carga y descarga
alternativa del compresor, estando determinado el grado de descarga
por los sensores asociados y el módulo de control (no representado).
Es preciso señalar que en esta realización el compresor está
representado como máquina de lado alto, y por lo tanto la entrada de
aspiración 200 va conectada directamente a la entrada de aspiración
del elemento helicoidal no orbitante 182.
La realización 208 de la Figura 12 representa una
combinación de la disposición de descarga axial de la Figura 11 y de
la disposición de empuje del elemento helicoidal orbitante de la
Figura 9, ambos descritos anteriormente. En consecuencia, los
elementos que se correspondan con elementos similares mostrados en y
descritos con referencia a las Figuras 9 y 11 vienen indicados por
los mismos números de referencia. En esta realización, la presión
intermedia que fuerza axialmente la cámara 184b para el elemento
helicoidal orbitante está completamente separada de la presión de
descarga que empuja la cámara definida por el alojamiento 184 y el
pistón anular 186.
De forma similar, la realización 210 de la Figura
13 representa una combinación de la disposición de empuje por
presión intermedia de la Figura 8 descrita anteriormente y la
disposición de empuje mediante presión de descarga axial de la
Figura 11. En consecuencia, los elementos que se correspondan llevan
los mismos números de referencia utilizados en esas Figuras
respectivas.
La Figura 14 muestra una realización 212 en la
que la envolvente 12 incluye una cámara superior 214, que está a la
presión de descarga y una parte inferior 216, a una presión
intermedia de aspiración y descarga. Por lo tanto, la tubería de
aspiración 234 va conectada directamente al elemento helicoidal no
orbitante 224. Además se puede disponer un retén anular adecuado 225
entre el elemento helicoidal orbitante 222 y el elemento helicoidal
no orbitante 224, alrededor de la periferia exterior del mismo. El
elemento helicoidal orbitante 222 es forzado a una relación de
sellado con el elemento helicoidal no orbitante 224 por la presión
intermedia en la cámara 216, alimentada a través del paso 226. Para
descargar el compresor 212 se ha previsto una electroválvula 228,
que tiene un primer conducto de fluido 230 que se extiende a través
de la envolvente 12 y que va conectado a un extremo del paso 231,
previsto en el alojamiento de cojinete inferior 233. Un segundo
conducto de fluido 233 va conectado entre la entrada de aspiración
234 y la electroválvula 228. Cuando abre la electroválvula 228, la
presión intermedia que actúa sobre la superficie inferior del
elemento helicoidal orbitante 222, se ventilará hacia la aspiración
a través del orificio de paso 231, del conducto de fluido 230, de la
electroválvula 228 y del conducto de fluido 232. Debido a que el
orificio de paso 231, los conductos de fluido 230, 232 y la
electroválvula 228 estarán dimensionados para proporcionar un
volumen de flujo mayor que el que atraviesa el orificio de paso 226
más las fugas a la zona definida entre el alojamiento de cojinete y
la placa base del elemento helicoidal orbitante 222, la fuerza de
empuje que actúa sobre el elemento helicoidal orbitante 222 quedará
descargada, permitiendo que la fuerza del fluido en el interior de
la cámara de compresión desplace el elemento helicoidal orbitante
222 axialmente, separándolo del elemento helicoidal no orbitante
224. En cuanto cierra la electroválvula 228, el caudal de fugas del
fluido a presión intermedia en la parte inferior 216 de la
envolvente 12, combinado con el flujo del paso 226, restablecerá
rápidamente la fuerza de empuje sobre el elemento helicoidal
orbitante, con lo cual se reanudará la plena compresión. De nuevo,
igual que en todas las realizaciones anteriores, la actuación
cíclica de la electroválvula 228, en respuesta a una señal
procedente del módulo de control (no representado), como resultado
de las condiciones detectadas adecuadamente por el sistema, dará
lugar a la carga y descarga cíclica del compresor, permitiendo de
esta manera modular la capacidad desde el 100% hasta bajar al 0% de
capacidad.
La Figura 15 muestra una realización 236 que
combina las características de una envolvente inferior a presión
intermedia y la disposición de empuje para el elemento helicoidal
orbitante tal como está representado en la Figura 14, con el
dispositivo de descarga a la presión de descarga de la Figura 11. En
consecuencia, las partes que se correspondan de ésta van indicadas
por los mismos números de referencia. Además, y tal como se ha
descrito con referencia a las Figuras 8, 10 y 13, se han previsto
una multitud de muelles 238 posicionados en el rebaje 240 previsto
en el alojamiento de cojinete principal 242, que actúan sobre la
superficie inferior de la placa base del elemento helicoidal
orbitante 222. Tal como se ha señalado anteriormente, los muelles
238 sirven principalmente para forzar el elemento helicoidal
orbitante 222 a un acoplamiento estanco con el elemento helicoidal
no orbitante 182, durante el arranque inicial y también ayudan a
restablecer la carga del compresor 236. Igualmente se conseguirá la
carga total y reducida del compresor 238, de la misma manera que se
ha descrito anteriormente, por medio de la actuación cíclica de la
electroválvula 196.
Haciendo ahora referencia a la Figura 16 se ha
representado otra realización 244 de la presente invención, que en
general es similar a la de la Figura 1 e incluye una envolvente 12
que tiene una placa de separación 246, dividiendo el interior de la
misma en una cámara de descarga 248 y una cámara inferior 250, que
está a la presión de aspiración. Un elemento cilíndrico 252 va
fijado a la placa 246 y define una vía de flujo 254 para conducir el
fluido comprimido desde la boca de descarga 256 del elemento
helicoidal no orbitante desplazable axialmente 258. El elemento
helicoidal no orbitante 258 tiene en su superficie superior un
rebaje anular, el cual está separado en una cámara superior y una
cámara inferior 260, 262 respectivamente por medio de una pestaña
anular 264 que se extiende radialmente hacia fuera, dispuesta en el
elemento cilíndrico 252. Un orificio de paso 266 pone en
comunicación fluida la cámara inferior 262 con una bolsa de
compresión a la presión intermedia para proporcionar una fuerza de
empuje que fuerza el elemento helicoidal no orbitante 258 a un
acoplamiento estanco con el elemento helicoidal orbitante 268. Un
elemento de placa anular 269 va fijado al elemento helicoidal no
orbitante 258, que va acoplado de forma estanca y deslizante al
elemento tubular 252, y sirve para cerrar la parte superior de la
cámara 260. En el elemento helicoidal no orbitante 258 también está
prevista una válvula de retención 270 que actúa para la presión de
descarga.
Está prevista una electroválvula 270 de dos vías
conectada al conducto de descarga 272 a través de la conducción de
fluido 274 y a la cámara de separación superior 260, a través del
conducto de fluido 276 y el orificio de paso 278 en el elemento
tubular 252. Entre el elemento helicoidal no orbitante 258 y la
placa 269 está previsto un conducto de ventilación 280, que se
extiende desde la cámara de separación 260 y la parte interior
inferior 250 de la envolvente 12, que se encuentra a la presión de
aspiración. El conducto de paso de ventilación 280 sirve para
ventilar de forma continua la cámara de separación 270 a la presión
de aspiración. Cuando la electroválvula 270 está en posición
cerrada, el compresor 244 estará plenamente cargado, tal como está
representado. Ahora bien, cuando se acciona la electroválvula 270
llevándola a una posición abierta mediante el módulo de control (no
representado), respondiendo a las condiciones seleccionadas
detectadas, la cámara de separación 260 quedará a una presión que es
substancialmente la presión de descarga, superando de esta manera la
fuerza combinada de la presión de descarga y la presión de
aspiración que actúan para forzar el elemento helicoidal no
orbitante 258 contra el elemento helicoidal orbitante 268. Por lo
tanto el elemento helicoidal no orbitante 258 se desplazará
axialmente hacia arriba tal como está representado, descargando de
esta manera el compresor 244. Es preciso señalar que en esta
realización, es necesario elegir las dimensiones de los conductos
274 y 266 y del orificio de paso 278 con relación a las dimensiones
del orificio de paso de ventilación 280, para permitir que se forme
suficiente presión en la cámara de separación 260, para efectuar la
descarga. Además, las dimensiones relativas de estos orificios de
paso afectarán a la velocidad a la cual se pueda efectuar el ciclo
del compresor 244 entre las condiciones cargada y descargada, así
como al volumen de gas de descarga requerido para efectuar y
mantener la descarga.
La realización de la Figura 17 es en general
semejante a la de la Figura 16 antes descrita, excepto que se
incluyen unos elementos de muelle de empuje 282 en la cámara de
presión intermedia. Por lo tanto, los elementos que se corresponden
están indicados por los mismos números de referencia, con prima.
Como se ha indicado anteriormente, los muelles 280 sirven
principalmente para ayudar a forzar el elemento helicoidal no
orbitante 258 a una relación estanca con el elemento helicoidal
orbitante 268 durante el arranque, pero también funcionará para
ayudar a la recarga del compresor 244. En todos los demás aspectos,
el funcionamiento del compresor 244 será substancialmente idéntico
al descrito con referencia a las Figuras 1 y 16 anteriores.
Haciendo ahora referencia a la Figura 18, se
muestra otra realización de la presente invención que está indicada
de forma general por 284. El compresor 284 comprende una envolvente
exterior 12 con una placa de separación 286 que divide su interior
en una cámara de descarga 290 y una cámara inferior 292, que está a
la presión de aspiración. Un elemento cilíndrico 294 va fijado
adecuadamente a la placa 286, y tiene un ajuste deslizante estanco
con una parte cilíndrica de un elemento helicoidal no orbitante 60
desplazable axialmente, definiendo de esta manera una vía de flujo
268 para el fluido de descarga, desde la boca de descarga 300.
También está prevista una válvula de retención de descarga 302 que
responde a la presión, fijada al elemento helicoidal no orbitante
296 y que funciona para impedir el reflujo del fluido de descarga
desde la cámara 290 a las cámaras de compresión. El elemento
helicoidal no orbitante 296 incluye un par de zonas anulares
escalonadas 304, 306 en su periferia exterior, que actúan
conjuntamente con unas partes complementarias 308, 310 en el
alojamiento de cojinete principal 312, para definir una cámara de
separación 314, generalmente de forma anular. Además, el elemento
helicoidal no orbitante 296 incluye una parte de pestaña 316 que
sobresale radialmente hacia el exterior, que actúa conjuntamente con
una parte de pestaña 318 que sobresale radialmente hacia el interior
en el alojamiento de cojinete principal 312, para limitar el
movimiento de separación axial del elemento helicoidal no orbitante
296.
También está prevista una electroválvula 320,
conectada en comunicación fluida con la cámara 314 a través del
orificio de paso 322 en el alojamiento de cojinete principal 312 y
el conducto de fluido 324. Los conductos de fluido 326 y 328 sirven
para interconectar la electroválvula 320 con el conducto de descarga
330 y el conducto de aspiración 332, respectivamente.
De forma semejante a la anteriormente descrita,
cuando el compresor 284 funciona en condiciones normales de plena
carga, tal como está representado, la electroválvula 320 estará en
una posición que ponga la cámara 314 en comunicación fluida con el
conducto de aspiración 332 a través del orificio de paso 322 y los
conductos de fluido 324 y 328. En estas condiciones, la presión de
empuje resultante del fluido a la presión de descarga en la cámara
290, que actúa sobre la cara superior del elemento helicoidal no
orbitante 296, dentro de la vía de flujo 298, actuará para forzar el
elemento helicoidal no orbitante 296 a un acoplamiento estanco con
el elemento helicoidal orbitante 234. Cuando se desee descargar el
compresor 284, se accionará la electroválvula 320 para poner la
cámara 314 en comunicación fluida con el fluido de la presión de
descarga, a través de los conductos de fluido 326, 324 y el orificio
de paso 322. La presión resultante en la cámara 314 actuará entonces
para vencer la fuerza de empuje que está siendo ejercida sobre el
elemento helicoidal no orbitante 296, dando lugar a que se desplace
axialmente hacia arriba, tal como está representado, y se rompa el
acoplamiento estanco con el elemento helicoidal orbitante 334,
descargando de este modo el compresor 284. Para volver a cargar el
compresor 296, la electroválvula 320 actuará para ventilar el fluido
a la presión de descarga en la cámara 314 hacia la conducción de
aspiración 332, a través del orifico de paso 322 y las conducciones
de fluido 324, 328, permitiendo de esta manera que la fuerza de
empuje actúe sobre el elemento helicoidal no orbitante 296 para
desplazarlo axialmente hacia abajo, nuevamente a un ajuste estanco
con el elemento helicoidal orbitante 334. De forma similar y tal
como ya se ha señalado anteriormente, el accionamiento de la
electroválvula 320 estará controlado por un módulo de control
adecuado (no representado), que responda a las condiciones del
sistema detectadas por uno o más sensores, para poder cargar y
descarga cíclicamente el compresor 284, según sea necesario.
Otra realización de la presente invención está
representada en la Figura 19, indicada de forma general por 336, y
que es similar a la realización representada en la Figura 18. Por lo
tanto, las partes de ésta que se correspondan se han indicado por
los mismos números de referencia, con una prima. En esta
realización, la parte inferior 292' de la envolvente 12' se
encuentra a la presión intermedia suministrada a través del orificio
de paso 338 en el elemento helicoidal orbitante 334', que actúa
también para ejercer sobre éste una fuerza de empuje dirigida hacia
arriba. Además, el elemento anular 340, que incluye las partes
escalonadas 308', 310', está fabricado independientemente y sujeto
al alojamiento de cojinete principal 342. El elemento anular 340
incluye también una parte 344 que se extiende con una relación de
superposición a la placa base del elemento helicoidal orbitante
334', y actúa para limitar el movimiento hacia arriba de éste,
cuando el compresor 336 está en condición descargada. Además, hay un
conducto de aspiración interno flexible 346 que está conectado al
conducto de aspiración 332' y al elemento helicoidal no orbitante
296. En la conexión del conducto 346 con el elemento helicoidal no
orbitante 296' está prevista una válvula de retención 348, que sirve
para impedir el reflujo del fluido comprimido cuando se descarga el
compresor 336. Opcionalmente hay también un dispositivo de control
de aspiración 350 en el conducto de aspiración 332', corriente
arriba del punto en el cual está conectado el conducto de fluido
328. El dispositivo de control de aspiración 350 estará controlado
por el módulo de control (no representado), y actuará para limitar
el flujo de gas de aspiración a través del conducto de aspiración
332', de manera que la presión reducida corriente abajo de éste
ayudará a evacuar la cámara 314' durante la transición desde el
funcionamiento descargado al funcionamiento cargado, o también
durante el arranque inicial del compresor 336. En todos los demás
aspectos, el funcionamiento, incluida la carga y descarga cíclica
del compresor 336, son substancialmente los mismos que se han
descrito anteriormente.
Otra realización está ilustrada en la Figura 20,
indicada de forma general como 352. El compresor 352 incluye el
elemento helicoidal no orbitante 354 que va sujeto desplazable
axialmente al alojamiento de cojinete principal 356 por medio de una
multitud de casquillos 358, sujetos en posición mediante elementos
de fijación 360. Los casquillos 358 y los elementos de fijación 360
actúan conjuntamente para posicionar de forma precisa y no giratoria
el elemento helicoidal no orbitante 354, permitiendo al mismo tiempo
un movimiento axial limitado del mismo. Otro anillo de pestaña
anular independiente 362 va sujeto al elemento helicoidal no
orbitante 354, y actúa conjuntamente con un elemento de anillo de
pestaña fijo dispuesto radialmente hacia el exterior 364 para
definir entre ellos una cámara de separación estanca 366. El
elemento anular 364 incluye un orificio de paso 368, al cual va
conectado un extremo de un conducto de fluido 370, cuyo otro extremo
va conectado a la electroválvula 372. De forma semejante a la antes
descrita, la electroválvula 372 incluye los conductos de fluido 374
y 376, conectados al conducto de descarga 378 y al conducto de
aspiración 380, respectivamente. El funcionamiento del compresor 352
es substancialmente idéntico al antes descrito, actuando la
electroválvula 372 para poner cíclicamente en comunicación fluida la
cámara 366 con el fluido a la presión de descarga y con el fluido a
la presión de aspiración, con el fin de cargar y descargar de este
modo cíclicamente el compresor 352.
La Figura 21 representa otra realización más 382
de la invención en cuestión. El compresor 382 combina la disposición
de la cámara de separación del compresor 352 con la disposición de
suministro de gas de aspiración y la carcasa de presión intermedia
del compresor 336 mostrada en la Figura 19. Por lo tanto, partes del
mismo que se correspondan están indicadas por números semejantes con
doble prima, y el funcionamiento del mismo será substancialmente
igual al anteriormente descrito.
La Figura 22 muestra otra modificación de la
presente invención. El compresor 384 es substancialmente el mismo
representado en la Figura 16, con la excepción de que el compresor
384 incluye una electroválvula de dos vías 386, conectada al
conducto de aspiración 388 a través del conducto de fluido 390, de
una disposición modificada de orificios de paso tal como se describe
a continuación y porque se omite el elemento de cubierta 269 que
define la cámara superior 260. Por lo tanto, las partes que se
corresponden con partes semejantes del compresor 244 están indicadas
por números semejantes con doble prima. Además, el dispositivo de
montaje para el elemento helicoidal no orbitante 258'', desplazable
axialmente, es substancialmente idéntico al descrito con referencia
a la Figura 20, y por lo tanto las partes del mismo que se
correspondan entre sí están indicadas por números semejantes con
prima. En esta realización, la electroválvula también está conectada
a la cámara 262'' a través del primer conducto de fluido 392, de un
segundo conducto de fluido flexible interno 394 y del orificio de
paso 296 que se extiende radialmente, dispuesto en el elemento
helicoidal no orbitante 258''. Además, están previstos una multitud
de muelles de separación 398, posicionados coaxiales con los
casquillos 358' y que se extienden entre el alojamiento de cojinete
principal 400 y la superficie inferior del elemento helicoidal no
orbitante 258''.
En condiciones normales de plena carga, el
elemento helicoidal no orbitante 258'' será forzado a un
acoplamiento estanco con el elemento helicoidal orbitante 268'', por
la fuerza combinada resultante de la presión de descarga que actúa
sobre la superficie superior del elemento helicoidal no orbitante
258'' en el orificio de paso 254'' y el fluido a la presión
intermedia en la cámara 262'', conducido allí a través del orifico
de paso 266''. En estas condiciones, la electroválvula 386 estará en
posición cerrada, impidiendo la comunicación fluida entre la cámara
262'' y el conducto de aspiración 388. Cuando las condiciones
detectadas por el sistema indiquen que se desea descargar el
compresor 384, se abrirá la electroválvula 386, ventilando de este
modo la cámara 262'' hacia el conducto de aspiración 388, a través
del orificio de paso 396, y las conducciones de fluido 394, 392 y
390, descargando de esta manera la fuerza de empuje intermedia que
actúa sobre el elemento helicoidal no orbitante 258''. Al
desaparecer esta fuerza de empuje, la fuerza combinada del fluido
comprimido entre los elementos helicoidales y la fuerza ejercida por
el muelle 398, actuarán para desplazar axialmente el elemento
helicoidal no orbitante 258'', separándolo y abriendo el
acoplamiento estanco con el elemento helicoidal orbitante 268,
descargando de esta manera el compresor 284. Por supuesto es
necesario que el orificio de paso 396, los conductos de fluido 394,
392 y 390 y la electroválvula 386 estén todos ellos dimensionados
con relación a las dimensiones del orificio del paso 266'' para
asegurar una ventilación adecuada de la cámara 262''. La descarga y
carga cíclicas del compresor 384 se realizarán básicamente de la
misma manera antes descrita, respondiendo a las condiciones del
sistema.
La presente invención es también muy adecuada
para aplicaciones a compresores de tipo helicoidal de doble
rotación. Estas realizaciones están ilustradas en las Figuras 23 a
28.
Haciendo primeramente referencia a la Figura 23,
se ve un compresor de tipo helicoidal doble rotativo, indicado de
forma general como 402. El compresor 402 incluye primeros y segundos
elementos helicoidales 404, 406, soportados con posibilidad de giro
dentro de una envolvente exterior 408, por unos elementos de
cojinete superior e inferior 410, 412, separados axialmente entre
sí. El elemento de cojinete superior 410 está formado en un elemento
de placa 415, que sirve también para definir una cámara de descarga
414, al interior de la cual se dirige el fluido comprimido que sale
de la boca de descarga 416 en el elemento helicoidal 404 superior, a
través del orificio de paso 418. También hay una válvula de
retención de descarga 420, recubriendo la boca de descarga 416. El
elemento helicoidal inferior 406 va soportado dentro de y puede
girar con un alojamiento inferior 422. Un alojamiento superior 424
rodea al elemento helicoidal superior 404, va fijado al alojamiento
inferior 422, y actúa juntamente con el alojamiento inferior 422 y
el elemento helicoidal superior 404 para definir una cámara de
presión intermedia 426 y una cámara de separación 428. En el
elemento helicoidal 404 está previsto un orificio de paso de fluido
430 que se extiende desde una bolsa de compresión situada a la
presión intermedia hasta la cámara de empuje 426, para suministrar
fluido a presión a ésta, que en combinación con el fluido a la
presión de descarga que actúa sobre el elemento helicoidal superior
404 dentro del conducto 418 servirá para forzar el elemento
helicoidal superior 404 a un acoplamiento estanco con el elemento
helicoidal inferior 402, durante el funcionamiento a plena
carga.
También está previsto un segundo orificio de paso
432 en el elemento helicoidal superior 404, extendiéndose desde la
cámara de separación 428 hasta un rebaje anular 434 formado en la
periferia exterior de una parte superior del buje cilíndrico 436 del
elemento helicoidal superior 404. El rebaje anular 434 está en
comunicación fluida con un orificio de paso 438 realizado en el
cojinete 410 y que se extiende radialmente hacia el exterior a
través de la placa 415.
También está prevista una electroválvula 440,
cuyo funcionamiento está diseñado para ser controlada por un módulo
de control (no representando), respondiendo a las condiciones del
sistema detectadas mediante sensores adecuados (tampoco
representados). La electroválvula 440 incluye un primer conducto de
fluido 442, conectado a un orificio de paso 438, un segundo conducto
de fluido 444 conectado al conducto de descarga 448 y un tercer
conducto de fluido 450 conectado al conducto de aspiración 452.
Cuando el compresor 402 está funcionando en
condiciones de plena carga, la electroválvula 440 estará en una
posición que ponga en comunicación fluida la cámara de separación
428 con el conducto de aspiración 452 a través del orificio de paso
432, del rebaje 434, del orificio de paso 438 y de los conductos de
fluido 442 y 450. Para descargar el compresor 402, la electroválvula
se situará para conectar la cámara 428 de manera que descargue el
conducto 448, dando al mismo tiempo presión a la presión de
descarga. La fuerza resultante del fluido a la presión de descarga
en la cámara 428 actuará para mover el elemento helicoidal 404
desplazándolo axialmente desde y fuera del acoplamiento estanco con
el elemento helicoidal 402, descargando de este modo el compresor.
El funcionamiento cíclico de la electroválvula dará lugar a que el
compresor 402 se vaya descargando cíclicamente, substancialmente de
la misma manera que ya se ha descrito anteriormente.
La Figura 24 ilustra otra realización de un
compresor de tipo helicoidal de doble rotación 454 conforme a la
presente invención. El compresor 454 es substancialmente idéntico de
construcción y funcionamiento al compresor 402, con la excepción de
que el compresor 454 no incluye una cámara que empuje a la presión
intermedia sino que más bien utiliza solamente la presión de
descarga para forzar el elemento helicoidal superior desplazable
axialmente a un acoplamiento estanco con el elemento helicoidal
inferior. De acuerdo con esto, las partes correspondientes vienen
indicadas por los mismos números de referencia, con prima.
Otra realización de un compresor helicoidal de
doble rotación 456 está representada en la Figura 25. El compresor
456 es substancialmente idéntico a los compresores 402 y 454, con la
excepción de que en lugar de la cámara de empuje a la presión
intermedia prevista en el compresor 402, el compresor 456 emplea una
multitud de muelles 458 que se extienden entre una parte 460 de la
carcasa superior 424'', que se extiende radialmente hacia el
interior, y una superficie superior del elemento helicoidal superior
404''. Por lo tanto, las partes que se corresponden con partes
similares del compresor 402 están indicadas por los mismos números
de referencia con doble prima. Los muelles 458 sirven para actuar
conjuntamente con la presión de descarga en el orificio de paso
418'' para forzar el elemento helicoidal superior 404'' axialmente
para establecer un acoplamiento estanco con el elemento helicoidal
inferior 402''. En todos los demás aspectos, el funcionamiento del
compresor 456 es substancialmente idéntico a lo descrito
anteriormente.
La Figura 26 muestra otra realización de un
compresor de tipo helicoidal de doble rotación 462. El compresor 462
es muy similar a los compresores 402, 454 y 456, excepto por lo
indicado más adelante, y por lo tanto las partes semejantes del
mismo vienen indicadas por los mismos números de referencia con
triple prima.
El compresor 462, tal como está representado, va
montado en la parte inferior de una envolvente hermética 464, y en
posición invertida en comparación con los compresores 402, 454 y
456. En el elemento helicoidal 406''' está prevista una boca de
descarga 466 que sirve para descargar el fluido comprimido a una
cámara 468, a través de la válvula de retención 470, desde donde se
dirige al compartimiento del motor 472 dispuesto en la parte
superior de la envolvente 464, a través de un orificio de paso 474
que se extiende a través del árbol de accionamiento 476. En el
compartimiento el motor 472 está dispuesto un motor de accionamiento
que incluye un estator 478 y un rotor 480, unido al cigüeñal 476. El
elemento helicoidal 404''' desplazable axialmente va soportado de
forma rotativa en un alojamiento de cojinete cilíndrico 482, formado
en la parte extrema inferior 483 del alojamiento 464, y que actúa
conjuntamente con éste para definir una cámara de empuje a la
presión de descarga 484. Con el fin de suministrar fluido a la
presión de descarga a la cámara 484, hay un orificio de paso 486
previsto en el alojamiento de cojinete principal 488, que va
conectado a un segundo orificio de paso 490 en la parte inferior del
alojamiento 483. El orificio de paso 490 desemboca en la cámara 484
y de este modo conduce el fluido de descarga a alta presión desde el
compartimiento del motor 472 a la cámara 484, para forzar el
elemento helicoidal 404''' a un acoplamiento estanco con el elemento
helicoidal 406''' durante el funcionamiento normal a plena carga. Un
segundo orificio de paso 432 se extiende a través de la parte
inferior del alojamiento 483, desde el rebaje 434'' al conducto de
fluido 442'''. Es preciso señalar que la cámara 484 podría ser
puesta a presión alternativamente con el fluido a la presión
intermedia, disponiendo un orificio de paso a través de la placa
base del elemento helicoidal 404' desde una bolsa de compresión
situada a una presión entre la aspiración de presión y la de
descarga, hasta la cámara 484, evitando de esta manera la necesidad
de los orificios de paso 486 y 490. Alternativamente se podría
suministrar fluido a la presión de descarga a la cámara 484 mediante
un orificio de paso a través de la placa base del elemento
helicoidal 404'' extendiéndose hasta allí desde la bolsa de control
en la que se abre la boca 466.
El funcionamiento del compresor 462 será
substancialmente idéntico al del compresor 454, incluida la carga y
descarga cíclica del mismo, respondiendo a la actuación de la
electroválvula 440, que es controlada por un módulo de control y por
los sensores correspondientes (no representados).
La Figura 27 se refiere a otra realización de un
compresor de tipo helicoidal de doble rotación 494, en el cual el
elemento helicoidal motriz inferior puede desplazarse axialmente. El
compresor 494 comprende una envolvente exterior 496 dentro de la
cual van soportados de forma giratoria los elementos helicoidales
superior e inferior 498, 500. Hay una placa de separación 502 que
separa la cámara de descarga 504 de la cámara inferior 506, que está
a la presión de aspiración, e incluye también una pieza de apoyo
cilíndrica 508 que soporta para el giro el elemento helicoidal
superior 498, mediante la parte cilíndrica 510 cuyo interior define
también una vía de flujo para la descarga de fluido 512 desde la
boca de descarga 512 a través de la válvula de retención de descarga
516 a la cámara de descarga 504. El elemento helicoidal superior 498
incluye una cavidad anular 518 que se abre hacia el exterior
enfrentada al elemento helicoidal inferior 500. Un elemento de
pistón en forma de anillo anular 520 está dispuesto en su interior
de forma móvil y se puede accionar para ejercer una fuerza de
separación sobre el elemento helicoidal 500, respondiendo a la
presión aplicada en la cámara de separación 522 dispuesta encima del
elemento de pistón 520. Con el fin de suministrar fluido a la
presión de descarga a la cámara 522 hay un orificio de paso 524 en
el elemento helicoidal 498, que se extiende hacia arriba desde la
cámara 522 a través de la parte cilíndrica 510 y se abre radialmente
hacia el exterior desde ésta en un rebaje anular 526. Un segundo
orificio de paso 528 se extiende en forma generalmente radial hacia
el exterior a través de la placa 502, y conecta con la conducción de
fluido 530, que a su vez va conectada a la electroválvula 532. La
electroválvula 532 tiene también un conducto de fluido 534 que se
extiende desde allí al conducto de descarga 536, y otro conducto de
fluido 538 que se extiende desde allí al conducto de aspiración
540.
El elemento helicoidal inferior 500 va soportado
de forma rotativa por medio del cojinete inferior 542 e incluye una
pieza de buje central 544 con acanaladuras interiores, adecuado para
poder recibir con movimiento axial un árbol de accionamiento 546 con
acanaladuras complementarias. En la placa base del elemento
helicoidal inferior 500 está formado un orificio de paso que es
sangrado 548 para la presión intermedia, y sirve para conducir
fluido a presión para empuje desde una bolsa de compresión a la
presión intermedia a una cámara de empuje 550 situada debajo. Un
elemento de placa 552 va fijado al elemento helicoidal superior 498
e incluye un rebaje anular 554, dentro del cual está dispuesto un
retén anular 556. El retén 556 ajusta contra la superficie inferior
del elemento helicoidal inferior 500, para sellar la cámara 550 con
respecto a la cámara 506, que está a la presión de aspiración.
Durante el funcionamiento a plena carga, el
elemento helicoidal inferior 500 será forzado axialmente hacia
arriba hasta un acoplamiento estanco con el elemento helicoidal
superior 498, debido a la fuerza del fluido a la presión intermedia
en la cámara 550. En estas condiciones, la electroválvula está en
una posición en la que pone en comunicación fluida la cámara 522 con
el conducto de aspiración 540. Cuando las condiciones del sistema
indican que se desea un rendimiento de menor capacidad, se accionará
la electroválvula a una posición en la que ponga en comunicación
fluida la cámara 522 con el conducto de descarga 536, dando así
presión a la cámara 522 y efectuando un movimiento axial descendente
del pistón 520. El pistón 520 a su vez desplazará axialmente hacia
abajo el elemento helicoidal inferior 500, rompiendo el acoplamiento
estanco con el elemento helicoidal superior 498. Cuando la
electroválvula realiza el ciclo de retorno a una posición en la que
se ventee la cámara 522 hacia el conducto de aspiración 540, la
fuerza de empuje resultante de la presión intermedia en la cámara
550 volverá a llevar al elemento helicoidal inferior 500 a un
acoplamiento estanco con el elemento helicoidal superior 498. El
funcionamiento cíclico entre el trabajo en carga y descargado se
controlará entonces de una forma similar a la antes descrita por
medio de un módulo de control y los sensores asociados.
La Figura 28 muestra otra realización de un
compresor rotativo doble 558 que es substancialmente el mismo que el
descrito con respecto a la Figura 27, excepto por lo que se indica a
continuación. Por lo tanto, las partes semejantes del mismo llevan
los mismos números de referencia, con prima. El compresor 558
utiliza fluido a la presión de descarga suministrado a la cámara
550' a través del orificio de paso 560 para forzar el elemento
helicoidal inferior 500' a un acoplamiento estanco con el elemento
helicoidal superior 498'. Por lo demás, el funcionamiento del
compresor 558 es substancialmente idéntico al descrito
anteriormente.
Otro compresor 562 que incluye otra realización
de la presente invención está representado en la Figura 29. El
compresor 562 es semejante al compresor 352 representado en la
Figura 20, excepto en lo que se indica más adelante, y por lo tanto
las partes semejantes del mismo vienen indicadas por los mismos
números de referencia con una triple prima. El compresor 562 incluye
una placa de separación 564 que forma parte de una envolvente
exterior 566, y que separa el interior de ésta en una cámara de
descarga a alta presión 568 y una parte de aspiración a baja presión
570. La placa de división 564 incluye una parte cilíndrica central
572, que está preparada para recibir de forma móvil y estanca una
parte cilíndrica 574 del elemento helicoidal no orbitante 354'''
desplazable axialmente. La parte cilíndrica 574 incluye una multitud
de orificios radiales 576, que están alineados con orificios 578 en
la parte 572, para definir una vía de flujo de descarga de gas 579
desde la boca de descarga 580 pasando por la válvula de retención de
descarga 582 a la cámara de descarga 568. Una placa de cierre 584 va
fijada sobre la parte cilíndrica 574 para cerrar el extremo superior
del orificio de paso 579, y actúa también conjuntamente con la parte
cilíndrica 572 para definir entre ellos una cámara de empuje a
presión intermedia 586. Un orificio de paso de fluido 588 se
extiende desde una bolsa de compresión situada a presión intermedia
hacia la cámara 586 y sirve para suministrar fluido a presión para
forzar axialmente el elemento helicoidal móvil axialmente 354''' a
un acoplamiento estanco con el elemento helicoidal orbitante 590. El
funcionamiento, incluyendo la carga y descarga cíclica del compresor
562, es substancialmente idéntico al descrito con referencia al
compresor 352 y las otras realizaciones descritas anteriormente.
La Figura 30 muestra un compresor 592 que
incorpora otra modificación de la presente invención. El compresor
592 es substancialmente idéntico al compresor 562 de la Figura 29,
excepto en lo indicado más adelante, y por lo tanto las partes
semejantes del mismo están indicadas por los mismos números de
referencia con una prima cuádruple. El compresor 592 incluye una
electroválvula de dos vías 594 que tiene un conducto de fluido 596
conectado a la cámara 586'''' y un segundo conducto de fluido 598
conectado a una conducción de aspiración 380''''. Además, se han
omitido los elementos 362''' y 364''' y en lugar de los mismos se
han previsto unos muelles de empuje 600, posicionados coaxialmente
alrededor de los casquillos 358''''.
En condiciones de funcionamiento a plena carga,
la fuerza de empuje resultante de la presión intermedia de fluido en
la cámara 586'''' forzará hacia abajo el elemento helicoidal no
orbitante desplazable axialmente 354'''', a un acoplamiento estanco
con el elemento helicoidal orbitante 590'''', de la misma manera que
se ha descrito anteriormente, superando la fuerza de separación
resultante de los muelles 600. Cuando las condiciones indiquen que
se desee efectuar la descarga, la electroválvula 594 conmutará desde
una posición cerrada (que impide la ventilación de la cámara 586''''
con la aspiración durante el funcionamiento a plena carga), a una
posición abierta, con lo cual se ventila la cámara 586'''' con la
conducción de aspiración 380'''', y se descarga la fuerza de empuje
ejercida sobre el elemento helicoidal 354''''. Al descargar esta
fuerza de empuje, la fuerza de los muelles 600 junto con la presión
del fluido a compresión actuará para desplazar axialmente el
elemento helicoidal móvil 354'''' hacia arriba, rompiendo el
acoplamiento estanco con el elemento helicoidal orbitante 590''''.
Igual que antes, la electroválvula 594 funcionará de manera cíclica
gracias al medio de control que responde a los correspondientes
sensores, para cargar y descargar cíclicamente el compresor 592 y
conseguir así el grado de modulación de capacidad deseado.
Mientras que las realizaciones anteriores estaban
orientadas principalmente hacia compresores con motor hermético, la
presente invención también es muy adecuada para ser utilizada con
compresores que utilicen un accionamiento exterior, tal como por
ejemplo los compresores de los sistemas de acondicionamiento de aire
de automóviles. El uso de la presente invención en ese entorno puede
eliminar la necesidad de los costosos sistemas de embragues
utilizados corrientemente en los sistemas actuales.
La Figura 31 ilustra un compresor 602 que está
dirigido específicamente para ser utilizado con una fuente motriz
exterior. El compresor 602 es de construcción similar al compresor
244 de la Figura 16, excepto en lo que se indica más adelante, y por
lo tanto las partes semejantes del mismo vienen indicadas por los
mismos números de referencia con triple prima.
El compresor 602 incluye una electroválvula de
tres vías 604, a diferencia de la electroválvula de dos vías del
compresor 244, y por lo tanto incluye unas conducciones de fluido
606 conectadas a la conducción de descarga 272''' y un segundo
conducto de fluido 608 conectado al conducto de aspiración 610. Hay
que señalar que se podría utilizar con la misma disposición una
electroválvula de dos vías, si se desea. Puesto que la
electroválvula 604 ha sido diseñada para ventilar directamente la
cámara superior 260''' hacia la conducción de aspiración 610 durante
la descarga, se ha omitido el orificio de paso de ventilación 260,
constantemente abierto, del compresor 244. El árbol de accionamiento
612 del compresor 602 se extiende fuera del alojamiento 614 a través
de unos elementos de cojinete adecuados 616 y medios de sellado 618,
y es adecuado para ser conectado a una fuente motriz exterior
adecuada, tal como el motor de un automóvil, por medio de una
disposición convencional de polea y correa trapezoidal, o
similar.
Durante el funcionamiento, la fuente motriz
exterior hace girar de forma continua el árbol de accionamiento 612,
efectuando de este modo un movimiento orbital continuo del elemento
helicoidal orbitante 268'''. Cuando las condiciones del sistema
indican que se requiere refrigeración, la electroválvula 604 se
posicionará, mediante unos medios de control adecuados, de forma que
ponga en comunicación fluida la cámara 260''' con el conducto de
aspiración 610, con lo cual se descarga cualquier fuerza de
separación resultante de ello y permitiendo que la cámara 262''',
que está sometida a la presión intermedia del fluido a través del
orificio de paso 266''', genere una fuerza de empuje que junto con
la fuerza de empuje resultante del fluido a la presión de descarga
que actúa sobre la superficie del elemento helicoidal no orbitante
258''' en el orificio de paso 254''', empujará el elemento
helicoidal no orbitante 258''' a un acoplamiento estanco con el
elemento helicoidal orbitante 268'''. Una vez que se hayan cumplido
las necesidades del sistema, el compresor 602 será descargado
mediante la actuación de la electroválvula 604, pasando a una
posición en la que la cámara 260''' esté puesta en comunicación
fluida con el conducto de descarga 272''', dando lugar a la creación
de una fuerza de separación que actuará para desplazar axialmente el
elemento helicoidal no orbitante fuera del acoplamiento estanco con
el elemento helicoidal orbitante 268'''. El control cíclico del
compresor 608 se puede conseguir de la misma manera antes descrita,
evitando de este modo la necesidad de un embrague cuando un sistema
de este tipo se utilice en aplicaciones del automóvil.
Mientras que en las realizaciones anteriores han
estado todas ellas orientadas al uso del fluido que es comprimido
para efectuar la descarga de los compresores respectivos, también
existe la posibilidad de conseguir tal descarga mediante el uso de
otros tipos de medios generadores de fuerza para efectuar el
desplazamiento axial de uno u otro de los dos elementos
helicoidales. Estas disposiciones están representadas y se
describirán con referencia a las Figuras 32 a 34.
Haciendo primeramente referencia a la Figura 32,
se puede ver allí un compresor hermético 620, que incluye una
carcasa 622 con una placa 624 destinada a separar el interior de la
misma entre una cámara de descarga 626 y una parte inferior 628, que
está a la presión de aspiración. En la envolvente 622 va fijado un
alojamiento de cojinete 630, que soporta con giro un cigüeñal 632,
que está conectado para accionar el elemento helicoidal orbitante
604. Un elemento helicoidal no orbitante desplazable axialmente 636
va montado en el alojamiento de cojinete 630 mediante casquillos 638
y elementos de fijación 640, de tal manera que el elemento
helicoidal 636 puede desplazarse deslizando a lo largo de los
casquillos 638, pero tiene impedido un movimiento circunferencial o
radial. El elemento helicoidal no orbitante 636 incluye una cámara
de empuje a presión 642 en la superficie superior, dentro de la cual
penetre un extremo de un elemento de pestaña de forma anular 644. El
otro extremo del elemento de pestaña 643 va fijado a la placa 624.
Una parte cilíndrica 646 del elemento helicoidal no orbitante 636
sobresale hacia arriba a través del elemento de forma anular con
pestaña 644, dentro de la cámara de descarga 626 para definir un
orificio de paso de descarga 648 que se extiende hacia arriba desde
la boca de descarga 650 a través de la válvula de retención de
descarga 652. Junto al extremo superior de la parte 646 están
previstos una multitud de orificios separados radialmente en la
circunferencia 654, para poner el orificio de paso 648 en
comunicación fluida con la cámara de descarga 626. Una placa de
cubierta 656 va fijada al extremo superior de la parte 646, e
incluye también orificios 658 en la misma para permitir el paso de
fluido de descarga a la cámara de descarga 626. El elemento
helicoidal no orbitante 636 incluye también un orificio de paso 660
que se extiende desde una bolsa de compresión a presión intermedia,
a la cámara de empuje 642, pudiendo suministrarse fluido a presión
intermedia a la cámara 642 para forzar axialmente el elemento
helicoidal no orbitante 636 a un acoplamiento estanco con el
elemento helicoidal orbitante 648 durante el funcionamiento normal
de plena carga. Por supuesto, esta fuerza de empuje a presión
intermedia se verá asistida por la presión de descarga que actúa
contra las superficies superiores del elemento helicoidal no
orbitante 636.
En esta disposición se ha previsto un mecanismo
de descarga 662 que incluye un actuador adecuado 664 para la
aplicación de la fuerza, soportado sobre un elemento de soporte
cilíndrico con pestaña 666, que su vez va fijado de forma estanca a
un accesorio 668 previsto en la parte superior de la envolvente 622.
Un árbol del actuador 670 se extiende hacia abajo, a través del
elemento 666 y del accesorio 668, teniendo su extremo inferior
conectado a la placa de cubierta 656. El actuador 664 puede ser
cualquier tipo idóneo para la aplicación de una fuerza adecuada para
ejercer una fuerza de tracción sobre el elemento helicoidal no
orbitante 636, tal como por ejemplo un solenoide accionado
eléctricamente, un dispositivo de pistón y cilindro actuados por
procedimiento neumático o con otro fluido o cualquier otro tipo de
dispositivo mecánico, magnético, electromecánico, hidráulico,
neumático, de gas o de muelle. El funcionamiento del actuador estará
controlado por un módulo de control adecuado 672 que responde a las
condiciones detectadas en el sistema que se detectan mediante
sensores adecuados 674.
Tal como se ha señalado anteriormente, en
condiciones de funcionamiento de plena carga, el fluido a presión
intermedia en la cámara 642 colaborará con el fluido a la presión de
descarga en el orificio de paso 648 para forzar el elemento
helicoidal no orbitante 636 a un acoplamiento estanco con el
elemento helicoidal orbitante 634. Cuando las condiciones del
sistema señalen que se desea la descarga, al módulo de control 672
activará el funcionamiento del actuador 664 para ejercer una fuerza
de separación sobre el elemento helicoidal no orbitante 636,
desplazándolo de esta manera fuera del acoplamiento estanco con el
elemento helicoidal orbitante. Cuando se vaya a reanudar el
funcionamiento a plena carga, se desactivará el actuador 664,
permitiendo de esta manera que la fuerza de empuje de la cámara a
presión intermedia 642 y la presión de descarga en el orificio de
paso 648, vuelvan a mover de nuevo el elemento helicoidal no
orbitante 636 a un acoplamiento estanco con el elemento helicoidal
orbitante 634. El actuador 664 estará diseñado para permitir un
funcionamiento cíclico rápido con el fin de permitir la carga y
descarga cíclica del compresor 620, de la misma manera que ya se ha
descrito anteriormente.
La Figura 33 muestra una versión modificada de la
disposición de la Figura 32, donde partes iguales están indicadas
con los mismos números de referencia, con prima. En esa realización,
el actuador 664' está situado en el interior de la carcasa 622',
extendiéndose desde él hacia el exterior las conexiones de
activación 676. En todos los demás aspectos, el compresor 620'
funcionará del mismo modo que el descrito anteriormente con
referencia a la Figura 32.
Haciendo ahora referencia a la Figura 34, está
representado un compresor hermético 880 que combina algunas
características empleadas en los compresores de las Figuras 4 y 33.
El compresor 880 incluye también una envolvente exterior 882, con
una placa 884 que separa el interior de la misma entre una cámara de
descarga superior 886 y una cámara inferior 888, que está a la
presión de aspiración. En la cámara 888 está dispuesto un
alojamiento de cojinete principal 890 y sirve para soportar con giro
un árbol de accionamiento 892 que está conectado para accionar un
elemento helicoidal orbitante 894, que también va soportado en el
alojamiento de cojinete principal 890. Un elemento helicoidal no
orbitante 896 va sujeto con movilidad axial al alojamiento de
cojinete 890 e incluye una cavidad en el extremo superior del mismo,
definido por unas paredes cilíndricas radiales interior y exterior
898, 900, respectivamente. Un elemento de forma cilíndrica con
pestaña 902 va fijado estanco a la placa 884 y se extiende hacia
abajo, entre las paredes 898 y 900 y está acoplado de forma
desplazable y estanca entre ellas, para dividir la cavidad entre una
cámara de separación superior 904 y una cámara inferior de empuje a
la presión intermedia 906. Un orificio de paso 907 en el elemento
helicoidal no orbitante 896 actúa para poner la cámara de empuje 906
en comunicación fluida con una bolsa de fluido sometida a compresión
y a una presión intermedia entre la aspiración y la descarga. El
interior del miembro 902 actúa conjuntamente con la pared 898 para
definir una vía de flujo de descarga de gas 908 que se extiende
desde la boca de descarga 910 hasta la cámara de descarga 886, a
través de la válvula de retención de descarga 912.
Como se puede ver mejor haciendo referencia a la
Figura 34a, en el elemento 902 está previsto un orificio 914 que se
extiende axialmente, dentro del cual está dispuesto un elemento de
válvula 916 con movilidad axial. El elemento de válvula 916 incluye
una parte con diámetro reducido 918 próxima al extremo inferior de
la misma, que cuando el elemento de válvula se encuentra en una
primera posición, actúa para poner en comunicación fluida la cámara
de separación 904 con el fluido a presión de descarga en el orificio
de paso 908, a través de los orificios de paso 920 y 922 que se
extienden radialmente, y cuando se encuentre en una segunda
posición, para poner en comunicación fluida la cámara de separación
904 con fluido a la presión de aspiración en la zona 888 a través de
orificios de paso 922 y 924 que se extienden radialmente.
Adicionalmente hay un orificio de paso radial de ventilación 926 que
se extiende hacia el exterior desde el fondo del orificio 914 al
orificio de paso de descarga 908, para facilitar el movimiento del
elemento de válvula 916 en su interior.
Tal como está representado, el elemento de
válvula 916 se extiende axialmente hacia arriba a través de la
cámara de descarga 886 y hacia el exterior a través de la envolvente
882, y está acoplado a un actuador adecuado 928, sujeto a la
envolvente 882, y que actúa para moverlo entre la primera y la
segunda posición antes indicadas. Un racor 930 rodea al elemento de
válvula 916 a su paso a través de la envolvente 882, y contiene
retenes adecuados para impedir escape de fluido desde la cámara de
descarga 886. El actuador 928 puede ser cualquier dispositivo
adecuado que tenga la capacidad de impartir un movimiento recíproco
al elemento de válvula 916, entre la primera y segunda posiciones
citadas, incluyendo por ejemplo un solenoide o cualquier otro
dispositivo accionado de forma eléctrica, electromecánica, neumática
o hidráulica. También es preciso señalar que si se desea, el
actuador puede ir montado en el interior de la envolvente 882.
En condiciones de plena carga, la presión
intermedia del fluido en la cámara de empuje 906 juntamente con la
presión de descarga que actúa contra la superficie del elemento
helicoidal no orbitante 896 en el orificio de paso 908, empujará al
elemento helicoidal no orbitante 896 axialmente a establecer un
acoplamiento estanco con el elemento helicoidal orbitante 894. En
este momento, el elemento de válvula 916 se encontrará en una
posición que ponga la cámara de separación 904 en comunicación
fluida con la zona 888, que está a la presión de aspiración, a
través de los orificios de paso 922 y 924. Con el fin de descargar
el compresor 880, el actuador 928 actuará para mover el elemento de
válvula 916 a una posición en la que ponga en comunicación fluida la
cámara de separación 904 con el fluido a la presión de descarga en
el orificio de paso 908, a través de los orificios de paso 920 y
922, poniendo de esta manera bajo presión la cámara 904. La fuerza
resultante de la puesta a presión de la cámara 904 desplazará el
elemento helicoidal no orbitante rompiendo el acoplamiento estanco
con el elemento helicoidal orbitante 894, para descargar de este
modo el compresor 880. Con el fin de volver a cargar el compresor
880, el actuador 928 actúa para permitir a la válvula 916 volver a
desplazarse a su posición inicial en la que la presión de descarga
en la cámara 908 será ventilada a la zona 888 que se encuentra a la
presión de aspiración, a través de los orificios de paso 922 y 924,
permitiendo de esta manera que la presión intermedia en la cámara
906 y el fluido a presión de descarga en el orificio de paso 908,
vuelvan a desplazar el elemento helicoidal no orbitante nuevamente
al acoplamiento estanco con el elemento helicoidal orbitante 894. La
actuación cíclica pulsada en el tiempo del actuador 928 permite de
esta manera modular la capacidad del compresor 880, substancialmente
del mismo modo que se ha descrito anteriormente.
La Figura 35 muestra otra variante de las
disposiciones mostradas en las Figuras 32 y 33. En esta realización,
el compresor 678 incluye un elemento helicoidal no orbitante 680 que
va montado fijo en el alojamiento de cojinete 682, y un elemento
helicoidal orbitante 684, que está diseñado para poder desplazarse
axialmente. El compresor 678 incluye un medio adecuado de aplicación
de la fuerza 686, en forma de una bobina electromagnética angular
colocada en el alojamiento de cojinete 682, en un alojamiento 688
previsto en el mismo, en una relación subyacente respecto al
elemento helicoidal orbitante 684. Un elemento adecuado que responde
magnéticamente 690 está posicionado en el medio de aplicación de la
fuerza 686 y descansa contra la superficie inferior del elemento
helicoidal orbitante 684. En esta realización, la actuación del
medio de aplicación de la fuerza 686 trabaja para ejercer una fuerza
dirigida axialmente hacia arriba sobre el elemento helicoidal
orbitante 684, forzándolo de esta manera a un acoplamiento estanco
con el elemento helicoidal no orbitante 680. La descarga del
compresor 678 se logra desactivando el medio de aplicación de la
fuerza 686, anulando así la fuerza de empuje generada por éste y
permitiendo que la fuerza de separación debida al fluido a
compresión desplace al elemento helicoidal orbitante 684 fuera del
acoplamiento estanco con el elemento helicoidal orbitante 680. La
carga y descarga cíclica pulsada en el tiempo se puede conseguir
fácilmente controlando el medio de aplicación de la fuerza 686,
substancialmente de la misma manera que se ha descrito
anteriormente.
Es preciso señalar que mientras que el compresor
678 se ha descrito utilizando un medio de aplicación de fuerza
electromagnético, se podrá sustituir éste por otro medio adecuado de
aplicación de la fuerza, incluyendo dispositivos de tipo mecánico,
magnético, electromecánica, hidráulico, neumático, de gas o mecánico
mediante muelles.
Las anteriores realizaciones de la presente
invención han estado todas ellas orientadas a diversos medios para
efectuar la descarga mediante la separación axial de los respectivos
elementos helicoidales. Ahora bien, la presente invención contempla
también la posibilidad de conseguir la descarga mediante la
separación radial de las superficies de los flancos de las volutas
helicoidales, estableciendo de esta manera una vía de fuga entre las
bolsas de compresión. Las realizaciones que ilustran este método de
descarga se muestran y serán descritas con referencia a las Figuras
36 a 44.
Haciendo ahora referencia a la Figura 36, está
representado un compresor que incluye una descarga dirigida
radialmente, estando indicado de forma general como 692. El
compresor 692 es en general similar a los compresores antes
descritos e incluye una envolvente exterior 694 con una cámara de
descarga 696 y una cámara inferior 698 a la presión de aspiración.
Dentro de la envolvente 694 va soportado un alojamiento de cojinete
700, que lleva fijado al mismo un elemento helicoidal no orbitante
702 desplazable axialmente, y un elemento helicoidal orbitante 74
soportado sobre él, adecuado para ser movido por el cigüeñal 706. En
el extremo superior del elemento helicoidal no orbitante 702 está
prevista una cámara de empuje 708 a la presión intermedia, y es
alimentada con fluido a la presión intermedia desde una bolsa de
compresión a través del orificio de paso 710, con el fin de forzar
así axialmente el elemento helicoidal no orbitante a un acoplamiento
estanco con el elemento helicoidal orbitante 704.
El alojamiento de cojinete 700 incluye una
multitud de cámaras 712 substancialmente idénticas, distanciadas
periféricamente, en el interior de cada una de las cuales hay un
pistón 714 dispuesto móvil. Cada pistón 714 incluye una espiga 716
que sobresale axialmente hacia arriba desde el mismo, a través del
orificio 718 en la superficie superior del alojamiento de cojinete
700 y en el correspondiente orificio 720 alineado axialmente
previsto en el elemento helicoidal no orbitante 702. En cada uno de
los orificios 720 está previsto un muelle 722 que se extiende entre
una retención cilíndrica de muelle 724, sujeta al elemento
helicoidal no orbitante 702, y el extremo superior de cada una de
las espigas 716, y que sirve para ejercer sobre el mismo una fuerza
de empuje dirigida axialmente hacia abajo. Tal como se puede ver,
cada una de las espigas 716 incluye una parte superior 726 de un
primer diámetro y una parte inferior 728 de un diámetro mayor. Las
espigas 716 están posicionadas en una disposición alrededor de la
periferia del elemento helicoidal orbitante 704. Un conjunto
colector anular 729 va sujeto a la parte inferior del cojinete
principal 700 y cierra el extremo inferior de las cámaras
respectivas 712. El conjunto colector 629 incluye un orificio de
paso anular 731, desde el cual se abren los respectivos orificios de
paso 733 que se extienden axialmente hacia arriba dentro de cada una
de las cámaras 712.
Como se puede ver mejor con referencia a la
Figura 37, la muñequilla excéntrica 730 del cigüeñal 706, está
conectada para accionar el elemento helicoidal orbitante por medio
de un casquillo 732, dispuesto de forma rotativa en el interior del
buje 734 previsto en el elemento helicoidal orbitante 704. El
casquillo 732 incluye un orificio 736 de forma generalmente ovalada,
con un plano 738 a lo largo de uno de sus lados, que está preparado
para recibir la muñequilla excéntrica 730, que incluye también un
plano 740 que puede acoplarse al plano 738, y a través del cual se
transmiten las fuerzas de accionamiento al elemento helicoidal
orbitante 704. Tal como se puede ver, el orificio 736 está
dimensionado de tal manera que el casquillo y el correspondiente
elemento helicoidal orbitante 704 se puedan mover el uno con
relación al otro de tal manera que el radio orbitante a través del
cual se mueve el elemento helicoidal orbitante, se puede reducir
desde un valor máximo, en el cual las superficies de los flancos de
las volutas helicoidales se encuentran en acoplamiento estanco las
unas con las otras, hasta una distancia mínima en la cual la
superficie de los flancos están separadas entre sí.
El compresor 692 incluye también una
electroválvula de tres vías 742, que tiene un conducto de fluido 744
conectado al orificio de paso anular 731, un segundo conducto de
fluido 746 conectado a la conducción de aspiración 748 y un tercer
conducto de fluido 750 conectado al conducto de descarga 752.
Durante el funcionamiento a plena carga, la
electroválvula 742 estará en una posición en la que ponga en
comunicación fluida cada una de las cámaras 712 con el conducto de
aspiración 748 a través de los orificios de paso 733, del orificio
de paso 731 y de las conducciones de fluido 744 y 746. Por lo tanto,
cada uno de los pistones y las espigas correspondientes se mantendrá
en una posición descendida por los muelles 722, con lo cual el
elemento helicoidal orbitante tendrá libertad para orbitar con radio
máximo. Cuando el elemento helicoidal no orbitante, 702, desplazable
axialmente, se fuerza a un acoplamiento estanco con el elemento
helicoidal orbitante 704 por la cámara de empuje 708, el compresor
692 trabajará a plena capacidad. Con el fin de descargar el
compresor 692, se activará la electroválvula para poner en
comunicación fluida el conducto de descarga 792 con la cámara anular
731, que a su vez aplicará presión a cada una de las cámaras 702 con
fluido a la presión de descarga, para forzar a cada uno de los
pistones 714 y sus correspondientes espigas 716 a que se desplacen
axialmente hacia arriba hasta una posición totalmente levantada, tal
como está representado en la Figura 39. Puesto que la fuerza del
fluido a presión de descarga que actúa sobre los respectivos
pistones 714 no será suficiente para superar las fuerzas que empujan
el elemento helicoidal orbitante radialmente hacia el exterior, las
espigas 716 se desplazarán hacia arriba de forma secuencial según se
vaya moviendo el elemento helicoidal orbitante alejándose de ellos.
Una vez que todas las espigas se hayan movido hacia arriba, la parte
de mayor diámetro 728 de las espigas 716 estará en una posición en
las que encaje en los recortes arqueados 754 previstos alrededor de
la periferia del elemento helicoidal orbitante 704, tal como se
puede ver mejor haciendo referencia a la Figura 38, dando así lugar
a que el radio orbitante del elemento helicoidal orbitante 704 se
reduzca al mínimo, en el cual las superficies de los flancos de
ellos ya no se encuentran en relación estanca y el compresor queda
totalmente descargado. Es preciso señalar que las espigas 716
estarán distanciadas circunferencialmente de tal manera que por lo
menos dos espigas adyacentes estén en acoplamiento con los
correspondientes recortes 754 a través de toda la órbita del
elemento helicoidal orbitante 704. Cuando se vaya a reanudar el
funcionamiento en carga, la electroválvula volverá a una posición en
la que la cámara 712 se ventee hacia el conducto de aspiración 748 a
través de los orificios 733, 731 y los conductos de fluido 744 y
746, permitiendo de este modo que los muelles 722 fuercen hacia
abajo cada una de las espigas 716 y sus correspondientes pistones
714, a una posición en la que la parte de diámetro reducido 726 de
las espigas respectivas quede posicionada en una relación
distanciada radialmente con respecto a los recortes 754, y el
elemento helicoidal orbitante 704 sea capaz de reanudar su radio
orbital completo, reanudándose la compresión a plena
capacidad.
capacidad.
La Figura 40 muestra una versión modificada de la
realización de las Figuras 36 a 39, en 756, donde se utiliza una
electroválvula de dos vías 758 que tiene conectadas las conducciones
de fluido 760 y 762 a la cámara 712 y a la conducción de descarga
752 respectivamente. En esta realización, cada una de las cámaras
712 incluye un orificio de paso 764 en el extremo inferior de las
mismas, que se encuentra en comunicación constante con la parte
inferior 698' de la envolvente 694', que se encuentra a la presión
de aspiración. Por lo tanto, cada una de las cámaras 712' estará
constantemente ventilada con la aspiración. Para descargar el
compresor 756 se abre la electroválvula, poniendo cada una de las
cámaras 712' en comunicación fluida con fluido a la presión de
descarga procedente de la conducción de descarga 752', y empujando a
cada uno de los pistones 714' a una posición levantada. Las partes
restantes del compresor 756 son substancialmente idénticas a las del
compresor 692, y en consecuencia vienen indicadas por los mismos
números de referencia, con prima. De forma similar, el
funcionamiento del compresor 756 será en todos los demás aspectos
substancialmente idéntico al del compresor 692.
Otra variante de las realizaciones representadas
en las Figuras 36 a 40 puede verse en las Figuras 41 y 42, en 766.
En esta realización, se suprimen las partes recortadas 754 y en su
lugar se han previsto dos orificios circulares 768. Igualmente se
han previsto únicamente dos espigas 716''. El diámetro de los
orificios circulares 768 con relación a la parte de diámetro
reducido 726'' de las espigas 714'' será tal que haya una ligera
holgura entre ellos cuando el elemento helicoidal orbitante 704''
esté orbitando con su radio orbital máximo. Cuando la parte de mayor
diámetro 728'' de las espigas 716'' se mueven en los agujeros 768,
el radio orbital del elemento helicoidal orbitante 704'' se reducirá
al mínimo, interrumpiendo de esta manera la relación estanca entre
las superficies de los flancos de las volutas helicoidales.
Además, en esta realización se han sustituido los
muelles 722 por un conjunto de empuje a la presión intermedia que
incluye un orificio de paso 770 en el elemento helicoidal 702'', que
se extiende desde la cámara de empuje a la presión intermedia 708''
al extremo superior del elemento 724''. Por lo tanto, las espigas
716'' serán forzadas a una posición más baja por medio de fluido a
la presión intermedia. En todos los demás aspectos, la construcción
y el funcionamiento del compresor 766 es substancialmente idéntico a
los del compresor 692, y por lo tanto las partes que se corresponden
vienen indicadas por los mismos números de referencia utilizados en
la Figura 35, con una doble prima.
En las Figuras 43 y 44 se ha representado otra
disposición para efectuar la descarga radial de un compresor de tipo
helicoidal. El compresor 772 es en general de construcción similar
al compresor 692, e incluye una envolvente exterior 774 con una
placa de separación 776 que divide su interior en una cámara de
descarga superior 778 y en una parte inferior 780, que está a la
presión de aspiración. En la parte inferior 780 va fijado un
alojamiento de cojinete principal e incluye un primer elemento 782
en el cual va fijado de forma móvil el elemento helicoidal no
orbitante 784, por medio de los casquillos 786 y elementos de
fijación 788, y que también soporta axialmente el elemento
helicoidal orbitante 790. Un segundo elemento 792 del alojamiento de
cojinete principal va fijado en el extremo inferior del elemento
782, soportando con rotación un cigüeñal de accionamiento 794, y que
junto con la primera parte 782 y el elemento helicoidal orbitante
790 define una cavidad 796 substancialmente cerrada. El elemento
helicoidal orbitante 790 comprende un buje central 797 con una
superficie exterior de forma cónica, que está preparado para ajustar
con arrastre con una muñequilla excéntrica 798 dispuesta en el
cigüeñal 794, a través de un casquillo de arrastre 800 dispuesto
entre ellos. La muñequilla 798 y el casquillo de arrastre 800 son
substancialmente idénticos a los mostrados en la Figura 37, y
permiten variar el radio orbital del elemento helicoidal orbitante
790 entre un valor máximo, en el cual las superficies de los flancos
de las volutas se encuentran en acoplamiento estanco, y un mínimo en
el que las superficies de los flancos de las volutas están separados
entre sí.
El elemento helicoidal no orbitante 784 incluye
una cavidad en la parte superior del mismo en la cual está dispuesto
un elemento sellante flotante 802 para definir una cámara de empuje
804 a presión intermedia, que es alimentada con fluido comprimido a
una presión entre la de aspiración y la de descarga a través del
orificio de paso 806, para empujar de este modo axialmente el
elemento helicoidal no orbitante 784 a un acoplamiento estanco con
el elemento helicoidal orbitante 790. El extremo superior del retén
flotante 802 se acopla estanco con la placa 776 y colabora con el
elemento helicoidal no orbitante 784 para definir una vía de flujo
de descarga de fluido 808 desde la boca de descarga 806 a la cámara
de descarga 778 a través de la válvula de retención de descarga 812
y del orificio 814 en la placa 776.
En el interior de la cavidad 796 está dispuesto
desplazable axialmente un elemento de pistón 816, que incluye los
retenes adecuados para definir de esta manera una cámara de
separación estanca 818 en el extremo inferior de la cavidad 796. Una
multitud de muelles 820 se extienden desde una parte de pestaña 822
del elemento 782 que se extiende radialmente hacia el interior, en
unos alojamientos adecuados 824 previstos en el elemento de pistón
816 y sirven para forzar el elemento de pistón 816 axialmente hacia
abajo, separándolo de la parte de buje 797. El elemento de pistón
816 incluye adicionalmente una superficie 826 de forma cónica
mirando radialmente hacia el interior, en el extremo superior del
mismo, que está preparada para acoplarse con y es complementaria con
la superficie cónica exterior del buje central 797.
Tal como está indicado, está prevista también una
electroválvula de tres vías 828, que está conectada a la cámara de
separación 818 a través del conducto de fluido 830, al conducto de
aspiración 832 a través del conducto de fluido 834 y al conducto de
descarga 836 a través del conducto de fluido 838. Sin embargo es
preciso señalar que la electroválvula de tres vías 828 se podría
sustituir por una electroválvula de dos vías conectada únicamente a
la aspiración. En ese caso, sería necesario que hubiera un orificio
de sangrado desde la cámara inferior 818 a través del elemento 792,
desembocando en la zona 780, para ventilar el fluido a la presión de
descarga de una manera algo similar a la descrita con referencia a
la Figura 38.
En condiciones de funcionamiento a plena carga,
la electroválvula 828 estará en una posición tal que ponga en
comunicación fluida la cámara de separación 818 con el conducto de
aspiración 832 a través de los conductos de fluido 830 y 834,
manteniendo de esta manera la cámara 818 substancialmente a la
presión de aspiración. La acción de los muelles 820 mantendrá al
elemento de pistón en su posición axial bajada, tal como está
representado en la Figura 41, en la que la superficie cónica 826 del
mismo estará ligeramente separada de la superficie cónica exterior
del buje 796 del elemento helicoidal orbitante 790.
Cuando se desee efectuar la descarga, se
accionará la electroválvula 828 llevándola a una posición en la que
ponga en comunicación fluida la conducción de descarga 836 con la
cámara de separación 818 a través de los conductos de fluido 838 y
830, poniendo así a presión la cámara 818, substancialmente a la
presión de descarga. La fuerza de empuje resultante de esta puesta a
presión de la cámara 818 actuará para desplazar el pistón 816
axialmente hacia arriba, venciendo la fuerza de empuje de los
muelles 820 y llevando la superficie cónica 826 a un acoplamiento
con la superficie cónica exterior del buje 796 del elemento
helicoidal orbitante 790. Al continuar el movimiento hacia arriba
del pistón 816, a una posición tal como la representada en la Figura
44, dará lugar a que la superficie cónica 826 reduzca el radio
orbitante del elemento helicoidal orbitante 790, de tal manera que
las superficies de los flancos de las volutas del mismo dejen de
estar en acoplamiento estanco con las superficies del flanco del
elemento helicoidal no orbitante, con lo cual cesa la compresión de
fluido. Con el fin de reanudar la compresión, se acciona la
electroválvula llevándola a una posición en la que se ventea la
cámara 818 al conducto de aspiración 832 a través de los conductos
de fluido 830 y 834, permitiendo de esta manera que los muelles 820
empujen al elemento de pistón 816 a su posición descendida tal como
está representada en la Figura 43.
Es preciso señalar que mientras el compresor 772
se ha representado incluyendo los muelles 820 para empujar el pistón
816 axialmente hacia abajo, existe la posibilidad de suprimir estos
elementos de empuje en algunas aplicaciones y confiar en el
componente axial de la fuerza ejercida sobre el pistón 818 por el
acoplamiento de la superficie cónica 826 con la superficie cónica
del buje 796 para dar lugar al movimiento del elemento de pistón
alejándolo del elemento helicoidal orbitante 790. Adicionalmente
está prevista la electroválvula 828 para ser controlada de forma
cíclica por medio de un módulo de control y los sensores
correspondientes (no representados), respondiendo a las condiciones
variables del sistema, substancialmente de la misma manera que se ha
descrito anteriormente con respecto a las otras realizaciones.
También es preciso señalar que las
características incorporadas en las diversas realizaciones descritas
anteriormente no se deben considerar como limitadas a ser utilizadas
exclusivamente en esa realización. Más bien las características de
una realización se pueden incorporar en otra realización además de o
en lugar de las características específicas descritas con respecto a
esa otra realización. Por ejemplo, la válvula de retención de
descarga prevista en la envolvente exterior de algunas de las
realizaciones se puede sustituir por la válvula de retención de
descarga prevista adyacente a la boca de descarga en otras
realizaciones o viceversa. De forma similar, el módulo de control de
aspiración descrito para ser utilizado con la realización de las
Figuras 19 y 21 también se puede incorporar en otras realizaciones.
Además, mientras que en muchas de las realizaciones la
electroválvula y los conductos de fluido asociados se han
representado situados en el exterior de la envolvente se podrían
situar en el interior de la envolvente, si se desea.
En cada una de las realizaciones anteriores se ha
previsto que el elemento helicoidal orbitante continúe estando
accionado mientras el compresor se encuentra en condición
descargada. Obviamente, la energía necesaria para accionar el
elemento helicoidal orbitante cuando el compresor está descargado
(cuando no tiene lugar la compresión) es considerablemente inferior
que el que se requiere cuando el compresor trabaja a plena carga. No
obstante, puede ser deseable el disponer unos medios de control
adicionales que actúen para mejorar el rendimiento del motor durante
estos períodos de funcionamiento del mismo a carga reducida.
Una de estas realizaciones está representada
esquemáticamente en la Figura 45, que comprende un
motor-compresor 840 con una electroválvula 842
conectada a la conducción de descarga 844 a través del conducto de
fluido 846, y un conducto de aspiración 848 a través del conducto de
fluido 850, y que actúa para poner de forma selectiva en
comunicación fluida un mecanismo de descarga del compresor, bien con
el conducto de aspiración o con el conducto de descarga, a través
del conducto de fluido 852. La electroválvula 842 está prevista para
ser controlada por un módulo de control 854 a través del conducto
855, respondiendo a las condiciones del sistema detectadas por los
sensores 856. Tal como se ha descrito hasta aquí, el sistema
representa una ilustración esquemática de cualquiera de las
realizaciones anteriormente descritas, siendo preciso señalar que la
electroválvula 842 podría ser una electroválvula de dos vías en
lugar de la disposición de electroválvula de tres vías que está
representada. Con el fin de mejorar el rendimiento del motor de
accionamiento durante el funcionamiento a carga reducida, se ha
previsto también un módulo de control del motor 858 que va conectado
al circuito del motor del compresor a través del conducto 860, y al
módulo de control 854 a través del conducto 862. Se considera que el
módulo de control del motor 858 trabajará respondiendo a una señal
procedente del módulo de control 854, indicando que el compresor
está situado en una condición de trabajo descargada. Como respuesta
a esta señal, el módulo de control del motor actuará para variar uno
o más de los parámetros de trabajo del motor del compresor,
mejorando de esta manera su rendimiento durante el período de carga
reducida. Está previsto que tales parámetros de trabajo incluyan
cualesquiera factores controlables variables que afecten al
rendimiento de trabajo del motor, incluyendo una reducción de la
tensión o una variación de la capacitancia de marcha del motor, por
ejemplo. Una vez que el módulo de control 854 le señalice al módulo
de control del motor 858 que el compresor vuelve a un funcionamiento
a plena carga, el módulo de control del motor actuará entonces para
restablecer los parámetros de trabajo afectados con el fin de
incrementar al máximo el rendimiento del motor en funcionamiento a
plena carga.
Las disposiciones de descarga del compresor antes
descritas son especialmente bien adecuadas para proporcionar una
amplia gama de modulación de la capacidad, de una forma
relativamente barata y eficaz y aumentar al máximo el rendimiento
general del sistema, en comparación con otras disposiciones de
modulación de capacidad anteriores. Ahora bien, en algunas
condiciones de trabajo tales como las que se encuentran cuando la
presión de entrada al condensador está a nivel reducido, puede ser
deseable reducir la relación de compresión del compresor para evitar
el exceso de compresión del refrigerante en determinados niveles de
reducción de capacidad del sistema.
La Figura 46 ilustra un compresor 864 que
incorpora tanto las ventajas de una descarga cíclica o pulsante tal
como se ha descrito anteriormente con los medios para reducir la
relación de compresión del compresor, con el fin de incrementar de
esta manera la capacidad del compresor de aumentar al máximo su
rendimiento en cualquier condición de trabajo. El compresor 864 es
substancialmente idéntico al compresor 10 que está representado y
descrito con referencia a la Figura 1, excepto en lo que se indica
más adelante y en consecuencia las partes semejantes del mismo están
indicadas por los mismos números de referencia, con primas.
El compresor 864 incluye un par de bocas 866, 868
en el elemento helicoidal no orbitante 32', que se abren a unas
bolsas de compresión 870, 872 respectivamente. Las bocas 866 y 868
se comunican con un orificio de paso 874 que se abre hacia el
exterior a través de la periferia exterior del elemento helicoidal
no orbitante 32' a la zona inferior 876 de la envolvente 12', que se
encuentra a la presión de aspiración. Están previstos unos elementos
de válvula adecuados 878 para controlar de forma selectiva la
comunicación de las bocas 866, 868 con la zona 876. Las bocas 866,
868 estarán situadas preferentemente en una zona tal que comiencen a
estar en comunicación con las respectivas bolsas de compresión antes
de que las bolsas de compresión queden aisladas del suministro de
fluido de aspiración procedente de la zona 876.
Durante el funcionamiento, cuando se determine
que se desea reducir la capacidad del compresor, se tomará también
una determinación basándose en las condiciones de funcionamiento del
sistema, si el compresor está trabajando en un modo de exceso de
compresión o en un modo de compresión insuficiente. Si se determina
que existe un modo de exceso de compresión, la reducción de
capacidad inicial será efectuada del modo más eficaz abriendo el
elemento de válvula 878 que de esta manera pondrá en comunicación
fluida las bolsas 870, 872 con la zona 876 del compresor 864, que se
encuentra a la presión de aspiración. El efecto de abrir la válvula
878 se ve por lo tanto como una reducción de la longitud de trabajo
de las volutas, dado que la compresión no comienza hasta que las
respectivas bolsas hayan quedado aisladas del suministro de gas de
aspiración. Dado que el volumen de las bolsas, cuando están aisladas
estando abiertas las bocas 866, 868 hacia la zona 876, es inferior
que si las bocas 866, 868 estuvieran cerradas, se reduce la relación
de compresión del compresor. Esto entonces eliminará o por lo menos
reducirá el nivel de exceso de compresión. Cuando se requiera una
reducción de capacidad adicional después de haber abierto 866, 868,
se podrá iniciar la descarga cíclica pulsante del compresor 864 de
la misma manera que ya se ha descrito anteriormente.
Si se determina inicialmente que el compresor
está trabajando, bien en un modo de compresión insuficiente o en un
punto entre un modo de compresión insuficiente y exceso de
compresión, la reducción de la relación de compresión del mismo
solamente dará lugar a un menor rendimiento. Por lo tanto, en estas
condiciones se iniciará la descarga cíclica pulsante del compresor
864 de la misma manera que se ha descrito anteriormente, mientras
que el elemento de válvula 878 y por lo tanto las bocas 866, 868,
permanecen en posición cerrada.
De este modo se puede mantener el rendimiento
general del sistema a un nivel alto, con independencia de las
condiciones de funcionamiento que se encuentren. Es preciso señalar
que mientras que la Figura 46 muestra el método de aspiración
retardada de modulación de capacidad incorporado en la realización
de la Figura 1, también se puede utilizar este en combinación con
cualquiera de las otras realizaciones aquí descritas. Igualmente,
mientras que el método de modulación de capacidad de aspiración
retardada ilustrada muestra únicamente el uso de un único paso
proporcionado por un único juego de bocas, existe la posibilidad de
incorporar etapas múltiples, disponiendo múltiples bocas, cualquier
cantidad de las cuales se podría abrir dependiendo de las
condiciones de trabajo del sistema. Igualmente se debería considerar
únicamente a título de ejemplo la disposición específica de válvulas
y bocas representada, ya que existen muchas disposiciones diferentes
mediante las cuales se puede conseguir la modulación de capacidad
por medio de un sistema de aspiración retardada. Cualquier cantidad
de estos sistemas conocidos de aspiración retardada se puede
utilizar en lugar de la disposición representada. También es preciso
señalar que la disposición para controlar el rendimiento del motor
en condiciones de carga retardada, descrito en la referencia de la
Figura 45, también se puede incorporar en la realización de la
Figura 46.
Mientras que es evidente que las realizaciones
preferidas de la invención que se han descrito están bien calculadas
para proporcionar las ventajas y características antes expuestas, se
apreciará que la invención es susceptible de modificación, variación
y cambio sin apartarse por ello del objetivo propiamente dicho o
significado justo de las reivindicaciones que figuran a
continuación.
Claims (17)
1. Un compresor tipo helicoidal (692)
comprendiendo:
- un primer elemento helicoidal (704) con una placa base y una primera voluta espiral que se levanta de la misma;
- un segundo elemento helicoidal (702), con una placa base y una segunda voluta espiral levantándose de la misma, estando posicionados dichos primer y segundo elemento helicoidal con dichas primeras y segundas volutas espirales imbrincadas unas con otras;
- una estructura de soporte fija (700) para soportar dichos primero y segundo elementos helicoidales para realizar un movimiento orbital relativo entre ellos, donde dichas primeras y segundas volutas espirales definen unas bolsas móviles estancas de fluido, que progresivamente van disminuyendo de tamaño al irse desplazando desde una posición radial exterior a una posición radial interior, para proporcionar una fuente (696, 752) de fluido a presión;
- una fuente de energía (706) acoplada a dicho primer elemento helicoidal y que actúa para efectuar dicho movimiento orbital relativo entre dicho primer (704) y segundo (702) elemento helicoidal; y
- un dispositivo que incluye una estructura de aplicación de una fuerza (714) para efectuar un desplazamiento relativo entre dicho primer (704) y segundo (702) elemento helicoidal, para formar de esta manera una vía de fuga entre dichas bolsas móviles de fluido, mientras que dicha fuente de energía (706) sigue funcionando, mediante lo cual se reduce la capacidad de dicho compresor;
caracterizado
porque
- dicho dispositivo incluye un orificio de paso (742, 744, 746, 750) para suministrar fluido a presión desde dicha fuente (752) de fluido a presión para dar lugar a que dicha estructura (714) de aplicación de la fuerza aplique de forma selectiva una fuerza con el fin de efectuar de forma cíclica el desplazamiento relativo entre dicho primer (704) y segundo (702) elemento helicoidal;
- una válvula (742) para abrir y cerrar dicho orificio de paso; un módulo de control que actúa para controlar el funcionamiento de dicha válvula y de dicha estructura de aplicación de la fuerza, en respuesta a las condiciones de funcionamiento detectadas.
2. Un compresor tipo helicoidal tal como se ha
expuesto en la reivindicación 1, donde dicha vía de fuga es
suficiente para reducir substancialmente a cero la capacidad de
dicho compresor de tipo helicoidal (692).
3. Un compresor tipo helicoidal tal como el
descrito en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, en el que
dicho dispositivo (714) actúa para reducir el radio de dicho
movimiento orbital relativo.
4. Un compresor tipo helicoidal tal como se ha
descrito en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde
dicho dispositivo (714) se acciona de una manera pulsante en el
tiempo, entre una primera posición en la que dicha vía de fugas está
formada durante un primer período de tiempo predeterminado, y una
segunda posición en la que dichas bolsas móviles de fluido quedan
selladas las unas respecto a las otras durante un segundo período de
tiempo predeterminado.
5. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en la reivindicación 4, comprendiendo además un sensor (82)
conectado a un módulo de control (80) que actúa para proporcionar a
éste una señal que indica las condiciones de funcionamiento, estando
dicho módulo de control (80) conectado a dicho dispositivo, y
actuando para controlar la duración de dichos primer y segundo
períodos de tiempo predeterminados con el fin de modular de esta
manera la capacidad de dicho compresor, manteniendo al máximo el
rendimiento del mismo para dichas condiciones de trabajo.
6. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde
dicho dispositivo incluye una cámara (712) y un pistón (714),
dispuesto desplazable en el interior de dicha cámara, pudiendo
moverse dicho pistón (714) para acoplarse con dicho primer elemento
helicoidal (704) para reducir el radio orbital del mismo.
7. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en la reivindicación 7, en el que dicho orificio de paso
(714) suministra fluido a presión a dicha cámara (712) para efectuar
el desplazamiento de dicho pistón (714).
8. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en la reivindicación 6, en el que actúa una válvula (742)
para conectar dicha cámara (712) a una zona situada substancialmente
a la presión de aspiración, para ventilar de esta manera dicha
cámara (714 y permitir el movimiento de dicho pistón fuera del
acoplamiento con dicho primer elemento helicoidal (704).
9. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
comprendiendo además un motor (14, 16), conectado para accionar
dicho primer elemento helicoidal (704), y un controlador de motor
que actúa para variar un parámetro de trabajo de dicho motor,
respondiendo a una señal procedente de dicho dispositivo que indique
la actuación del mismo con el fin de mejorar de este modo el
rendimiento de dicho motor, mientras se reduce la capacidad de dicha
máquina.
10. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en la reivindicación 6 en el que dicho pistón (714) se
puede desplazar entre una primera posición, en la que el radio de
dicho movimiento orbital relativo tiene una primera magnitud, y una
segunda posición en la que dicho pistón actúa para limitar el radio
de dicho movimiento orbital relativo a una magnitud inferior a dicha
primera magnitud, para formar de esta manera una vía de fuga entre
dichas bolsas de fluido móviles, con lo cual se reduce la capacidad
de dicho compresor.
11. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en la reivindicación 10, en el que dicho pistón (714)
realiza un ciclo entre dichas primera y segunda posiciones, en una
forma pulsada en el tiempo, donde dicho pistón se encuentra en dicha
primera posición durante un primer período de tiempo predeterminado,
y en dicha segunda posición durante un segundo período de tiempo
predeterminado.
12. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en la reivindicación 10 o en la reivindicación 11,
comprendiendo además un sensor (82) conectado a un módulo de control
(80) que actúa para proporcionar a éste una señal indicativa de las
condiciones de funcionamiento, pudiendo actuar dicho módulo de
control para controlar el movimiento de dicho pistón entre dichas
primera y segunda posiciones y controlar la duración de dichos
primero y segundo períodos de tiempo predeterminados.
13. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, en el que
dicho pistón (714) se puede desplazar acoplándolo y desacoplándolo
con una superficie de dicho primer elemento helicoidal.
14. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en la reivindicación 13, en el que dicha superficie es
cónica y está formada en un resalte dispuesto en la placa base de
dicho primer elemento helicoidal.
15. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en la reivindicación 13, comprendiendo además un orificio
de paso (714) para suministrar fluido a presión a dicha cámara con
el fin de mover dicho pistón desde dicha primera posición a dicha
segunda posición, y una válvula para controlar el flujo de dicho
fluido a presión a dicha cámara.
16. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en la reivindicación 13, en el que dicha superficie está
dispuesta en la periferia de dicha primera placa base.
17. Un compresor tipo helicoidal tal como está
descrito en la reivindicación 13, en el que dicha superficie tiene
la forma de un hueco en dicha primera placa base.
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1996
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