ES2248528T3

ES2248528T3 - Maquina de embolos giratorios para medios comprimibles.

Info

Publication number: ES2248528T3
Application number: ES02711735T
Authority: ES
Inventors: Ulrich Becher
Original assignee: Busch SA Atel; Ateliers Busch SA
Current assignee: Busch SA Atel; Ateliers Busch SA
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2022-02-25
Also published as: DE50204023D1; SK287849B6; CN100422560C; KR20030079989A; PL203773B1; NZ528159A; WO2002066836A1; JP4440543B2; BR0207514A; RS50951B; AU2002231550B2; CZ20032207A3; CN1492971A; CZ304588B6; JP2004520535A; CA2438398A1; CA2438398C; US20040096349A1; US6773243B2; PL368504A1

Abstract

Máquina de émbolo giratorio para medios comprimibles con al menos dos émbolos giratorios alojados en una caja común, herméticamente cerrados y obligatoriamente giratorios entre sí, presentando los dos émbolos giratorios una pluralidad de secciones (1, 2, 3, ...) en forma de disco y que encajan entre sí por pares, cuyo espesor y/o diámetro disminuye en el sentido del lado de presión, teniendo cada disco como mínimo una superficie de revestimiento (n1, M1) y una superficie de núcleo (k1, K1¿) formadas mediante líneas conductoras conducidas a lo largo de arcos de círculo con centro en el eje del correspondiente émbolo giratorio, y que están unidas mediante una superficie intermedia (z1, Z1¿), caracterizada porque los ángulos de sectores de la superficie de revestimiento y de la superficie de núcleo de un disco son distintas, porque los discos tienen contornos de perfil frontal recurrentes periódicamente a lo largo de los ejes de los émbolos, y porque cada disco está desfasado con respecto a los discos vecinos del mismo émbolo de modo que estos tres discos tienen en una sección de sus superficies de núcleo una línea conductora común y forman una cámara.

Description

Máquina de émbolos giratorios para medios comprimibles.

La presente invención se refiere a una máquina de émbolo giratorio para medios comprimibles con al menos dos émbolos giratorios alojados en una caja común, herméticamente cerrados y obligatoriamente giratorios entre sí, teniendo los émbolos giratorios una pluralidad de secciones en forma de disco y que encajan entre sí por pares, cuyo espesor disminuye en el sentido del lado de presión, teniendo cada disco como mínimo una superficie de revestimiento y una superficie de núcleo formadas mediante líneas conductoras conducidas a lo largo de arcos de círculo con centro en el eje del correspondiente émbolo giratorio, y que están unidas mediante una superficie intermedia.

Los émbolos giratorios para bombas de vacío o bombas de desplazamiento para gases se fabrican normalmente en forma de pares de husillos helicoidales. Con fines de desplazamiento o de compresión, estos husillos helicoidales tienen un paso variable. Se conocen en especial compresores helicoidales para gases, con dos tornillos que encajan entre sí y cuyo paso disminuye constantemente frente al lado de presión. Aunque los compresores de este tipo permiten conseguir altos grados de compresión, la fabricación de pares de husillos helicoidales de paso variable es técnicamente difícil, en especial porque los tornillos deben acoplarse entre sí a ser posible sin juego para mantener pequeñas las pérdidas de presión. Con ello la fabricación de este tipo de compresores helicoidales es costosa.

Por otro lado, se conocen los llamados ventiladores Roots, con dos émbolos de rotación en forma de disco que encajan entre sí. El rendimiento de aire se produce transversalmente a los ejes de giro de los émbolos de rotación, de modo que los compresores de este tipo son adecuados para grandes cantidades de aire, aunque sólo para grados de compresión pequeños. Para conseguir grados de compresión mayores hay que conectar sucesivamente varias unidades compresoras de este tipo o reunirlas para formar una bomba Roots de varias etapas.

Para evitar la difícil fabricación de husillos helicoidales de paso variable, también se propuso configurar los émbolos giratorios como émbolos giratorios helicoidales de paso variable.

El documento DE-2934065 da a conocer émbolos giratorios helicoidales de paso variable de este tipo en una máquina de émbolo giratorio del tipo citado al comienzo. En esta máquina los husillos tienen una ranura de tipo pseudo-rosca, que está formada por escotaduras de forma escalonada, que se siguen en la línea helicoidal y que están provistas de superficies limitadoras dispuestas en ángulo recto con respecto a los ejes de los husillos. En esta ranura encaja, en el plano determinado por los dos ejes de husillo, una cresta del husillo contrario de tipo rosca configurada de manera correspondiente y con cada paso de rosca aísla un volumen de rosca, de tal manera que al rodar los husillos la cresta desplaza los volúmenes de ranura con medio compresible desde la entrada a la salida, modificándose los volúmenes de ranura y consiguiéndose la deseada diferencia de presión entre la entrada y la salida. Los husillos tienen en sección un contorno de forma semicircular con una entalladura que está delimitada por la superficie de núcleo y dos superficies intermedias que forman escalones. Los ángulos de sectores de las superficies de revestimiento exteriores y las superficies de núcleo interiores tienen el mismo valor, en concreto 180º. Es desventajoso en esta máquina de émbolo giratorio el gran número de superficies delimitadoras en forma de escalón, que son necesarias para formar la ranura de tipo pseudo-rosca cuya fabricación requiere un elevado número de etapas de trabajo con arranque de viruta. Resulta desventajosa, además, la gran precisión de las superficies intermedias que es necesaria para minimizar las pérdidas de presión de una etapa a otra.

Un modo de construcción simplificado de émbolos giratorios helicoidales de paso variable se da a conocer en el documento DE-2944714. Esta memoria propone un tipo de construcción por turnos de los émbolos giratorios en el que cada rotor consta de una pluralidad de disco individuales, en concreto con superficies de revestimiento y superficies de núcleo con ángulos de sectores de 180º, aunque varían sus espesores o sus diámetros. La falta de estanqueidad entre los émbolos giratorios de esta construcción, que determinan un reflujo de gas y un débil grado de compresión, debe compensarse mediante un funcionamiento a alto régimen lo cual, sin embargo, conlleva problemas térmicos y mecánicos, así como la producción de altos ruidos.

La memoria AT-261792 describe igualmente una máquina de émbolo giratorio de este tipo en la que los émbolos giratorios helicoidales de paso variable constan de discos individuales idénticos en vista frontal. Cada disco tiene dos superficies de revestimiento exteriores situadas diametralmente opuestas y dos superficies de núcleo interior situadas diametralmente opuestas, cuyos ángulos de sectores son todos iguales (90º). Con esta configuración de los discos y esta disposición desplazada en el rotor deben mantenerse lo más pequeñas posible las anchuras de ranura entre discos opuestos. Por esa razón, las superficies de revestimiento y de núcleo están unidas mediante superficies intermedias, que están configuradas como epicicloides alargados para producir la estanqueidad entre los discos. Por consiguiente, tanto su perfil como también el dispositivo de sincronización exterior de la máquina deben fabricarse de manera muy precisa y, por lo tanto, muy costosa. Aunque esta memoria prevé disminuir las cargas térmicas de las puntas de los flancos mediante una forma redondeada, no pueden evitarse en caso de reflujo de gas.

El objeto de la presente invención es la fabricación de una máquina de émbolo giratorio con un elevado grado de compresión, en especial una bomba de vacío, en la que el vacío final debe ser mejor que en un distribuidor giratorio, similar aproximadamente al de las bombas Roots de varias etapas. Con ello la fabricación debe ser menos costosa que la de bombas de varias etapas e igualmente menos costosa que la de bombas de husillo helicoidal. Debe producirse, además, una compresión interior del gas o el medio compresible para conseguir un reducción del consumo de energía y la temperatura de servicio. Por último, la producción de ruido durante el funcionamiento debe ser lo más pequeña posible.

Estos objetivos se consiguen con una máquina de émbolo giratorio del tipo citado al comienzo, donde el ángulo de sectores de la superficie de revestimiento y la superficie de núcleo de cualquier disco son distintos, presentan a lo largo de los ejes de émbolo contornos de perfil frontal que vuelven periódicamente y cada disco está desplazado angularmente con respecto a los dos discos vecinos del mismo émbolo giratorio de modo que estos tres discos presentan en una sección una línea conductora común y forman una cámara.

Mediante esta construcción, en émbolos giratorios no montados se forma un trayecto helicoidal que discurre escalonado con secciones intermedias horizontales entre dos cámaras, con altura variable entre escalones. En sentido axial se forma una secuencia de cámaras de volumen variable a elección, es decir, una compresión interior variable a elección, variando de manera a elección el espesor de las secciones en forma de disco.

La utilización de secuencias de secciones en forma de disco de diferentes contornos de perfil frontal permite hacer, para un número prefijado de cámaras, que el número total de secciones sea menor que el de las máquinas de émbolo giratorio con émbolos giratorios helicoidales de paso variable según el estado actual de la técnica.

Con un número menor de secciones, cada émbolo giratorio puede fabricarse de una pieza, lo cual mejora esencialmente la estabilidad de forma durante el servicio y resulta térmicamente menos crítico que con una pila de discos individuales. Si la temperatura de servicio de la máquina de émbolo giratorio es baja debido a la aplicación, los émbolos giratorios se pueden componer igualmente a partir de secuencias de discos de perfil individuales dispuestos unos encima de otros axialmente, con lo cual se ahorran costes de fabricación.

En la siguiente descripción la palabra "disco", mientras no se precise lo contrario, se utiliza tanto para discos de perfil individuales como también para secciones en forma de disco de un émbolo de una pieza.

La máquina desplazadora según la invención gira de manera constante y sin contacto. Las hendiduras entre dos émbolos giratorios pueden dividirse de tres maneras:

a.: Superficie de revestimiento/superficie de núcleo de secciones en forma de disco opuestas: estas hendiduras de forma lineal vienen determinadas por la precisión de la fabricación de las superficies cilíndricas de los émbolos y la distancia de los dos ejes de giro. Con la tecnología de fabricación actual se pueden conseguir valores de hendidura pequeños.

b.: Superficie frontal/superficie frontal de secciones en forma de disco superpuestas: también las anchuras de hendidura de estas hendiduras planas se pueden mantener bajas con máquinas de fabricación modernas. Las longitudes de hendidura grandes, a lo largo del sentido de corriente entre los émbolos giratorios, producen una buena estanqueidad y por consiguiente un buen vacío final.

c.: Superficie intermedia/superficie intermedia de secciones opuestas, en especial punta/flanco cóncavo: con el desplazamiento según la invención de las secciones en forma de disco estas anchuras de hendidura no son críticas y pueden situarse en el dominio de milímetros, lo cual hace que la fabricación de las superficies intermedias sea mucho más sencilla. Ya que las anchuras de hendidura determinan igualmente el juego angular permitido entre los émbolos giratorios, este juego angular permitido es muy grande, de modo que se reducen las exigencias al dispositivo sincronizador de la máquina de émbolo giratorio y su selección o realización se facilitan.

Las superficies intermedias teóricamente de forma cicloidal, es decir, las superficies paralelepípedas que unen las superficies de revestimiento y las superficies de núcleo, es decir, el cilindro exterior y el cilindro de núcleo, de una sección de perfil en forma de disco en el sentido de giro en marcha contraria de los émbolos giratorios, no cumplen ninguna función crítica esencial para el funcionamiento y describen así un contorno máximo teórico. Por ese motivo puede preferirse un contorno de perfil de la superficie intermedia que sea algo menor o algo más aplanado que este contorno máximo teórico y que se pueda fabricar más fácilmente, un contorno aproximadamente sin corte posterior y/o casi recto y que sea totalmente funcional. Con ello se aumenta más el juego angular permitido en
servicio.

De manera conveniente, ambos discos vecinos de un disco con una superficie de revestimiento exterior cuyo ángulo de sectores es mayor que el ángulo sectorial de la superficie de núcleo, presentan una superficie de revestimiento exterior cuyo ángulo sectorial es menor que el ángulo de sectores de la superficie de núcleo.

De manera conveniente, la diferencia entre el ángulo de sectores de la superficie de revestimiento exterior y la superficie de núcleo de una sección en forma de disco es grande. En un disco con una superficie de revestimiento exterior pequeña, el ángulo de sectores de esta superficie de revestimiento es inferior a 90º y en especial preferentemente inferior a 60º. Frente a un disco de este tipo se encuentra un disco del otro émbolo giratorio, con un ángulo de sectores de la superficie de revestimiento exterior que de manera correspondiente es mayor de 270º o mayor de
300º.

Las cámaras de cada émbolo giratorio están configuradas preferentemente de modo que cada una de las superficies intermedias de un disco forma con una superficie intermedia de un disco vecino una superficie intermedia continua con línea conductora común.

El dispositivo sincronizador de la máquina de émbolo giratorio según la invención puede seleccionarse de modo que los dos émbolos giratorios de eje exterior tienen un sentido de giro contrario. Los diámetros exteriores de los émbolos giratorios, los diámetros de los cilindros y la transmisión pueden seleccionarse entonces de modo que los émbolos ruedan uno contra otro sin deslizarse, rodando la superficie de revestimiento de una sección en forma de disco sobre la superficie de núcleo de la sección opuesta. Si el número de las superficies de revestimiento y de las superficies de núcleo de una sección en forma de disco es igual al de la sección opuesta del otro émbolo giratorio, deberá elegirse la transmisión 1:1. No obstante, si los números son distintos, deberá elegirse la transmisión correspondiente.

En otra forma de realización con una distribución asimétrica de la energía los dos émbolos giratorios de eje exterior tienen el mismo sentido de giro.

En otras formas de realización de construcción compacta los dos émbolos giratorios son de eje interior, es decir, están configurados como rotor exterior y rotor interior, con un rotor G adicional.

En varias configuraciones de los émbolos giratorios, las secciones en forma de disco de cada émbolo giratorio presentan sólo dos contornos de perfil de sección frontal alternada.

Los diámetros de los cilindros de revestimiento y los cilindros de núcleo de émbolos giratorios de eje exterior pueden ser además iguales, presentando la sección del primer émbolo en un plano propio, que forma un ángulo recto con el eje del émbolo, un contorno de perfil de sección frontal, mientras que la sección opuesta del segundo émbolo presenta el otro contorno de perfil de sección frontal.

Los dos émbolos giratorios pueden estar configurados igualmente como rotor principal y rotor secundario de diferentes diámetros y, por lo tanto, de distintas prestaciones como árbol - de hasta el 100:0% - lo cual ofrece ventajas en la realización del dispositivo sincronizador.

En algunas de las configuraciones de este tipo de los émbolos giratorios se alternan secuencias de secciones con diferentes contornos de perfil de sección frontal con discos de bloqueo de forma circular, de modo que cada émbolo tiene secciones con tres o más contornos de perfil distintos.

Otros detalles y ventajas de la invención los encuentra el experto en la descripción de varias formas de realización preferidas y basándose en los dibujos adjuntos.

- La Figura 1 es una vista lateral de una primera forma de realización de un émbolo giratorio según la invención, con 14 discos superpuestos, numerados del 0 al 13;

- la Figura 2 es una vista lateral del correspondiente segundo émbolo giratorio de la primera forma de realización;

- la Figura 3 es una vista en planta del lado de aspiración del émbolo giratorio compuesto de las Figuras 1 y 2, habiéndose retirado la sección "0" del émbolo giratorio de la Figura 2;

- la Figura 4 es un diagrama sección/desarrollo o ángulo de giro, que muestra esquemáticamente el funcionamiento de la primera forma de realización;

- la Figura 5 es una vista lateral de un par de émbolos giratorios con once secciones según una tercera forma de realización, con un rotor principal con once secciones numeradas del 0 al 10;

- la Figura 6 es un corte frontal a través de la sección 1 de los émbolos giratorios compuestos de la Figura 5;

- la Figura 7 es un corte frontal a través de una sección 2 de la Figura 5;

- la Figura 8 es un diagrama sección/ángulo de giro, que muestra esquemáticamente el funcionamiento de la tercera forma de realización;

- la Figura 9 es un diagrama sección/ángulo de giro, que muestra esquemáticamente el funcionamiento de una cuarta forma de realización;

- la Figura 10 es un diagrama sección/ángulo de giro, que muestra esquemáticamente el funcionamiento de una quinta forma de realización;

- la Figura 11 es una vista lateral de un par de émbolos giratorios según una sexta forma de realización, con 17 secciones, numeradas del 0 al 16;

- la Figura 12 es un corte frontal a través de la sección 1 de los émbolos giratorios compuestos de la Figura 11;

- la Figura 13 es un corte frontal a través de la sección 2 de los émbolos giratorios compuestos de la Figura 11;

- la Figura 14 es un corte frontal a través de la sección 3 de los émbolos giratorios compuestos de la Figura 11;

- la Figura 15 es un corte frontal a través de la sección 4 de los émbolos giratorios compuestos de la Figura 11;

- la Figura 16 es un diagrama sección/desarrollo o ángulo de giro, que muestra esquemáticamente el funcionamiento de la sexta de realización;

- la Figura 17 es un diagrama sección/desarrollo, que muestra esquemáticamente las nueve primeras secciones de una séptima forma de realización y su acción conjunta;

- la Figura 18 es un corte frontal de la sección 1 del rotor exterior de la forma de realización de la Figura 17;

- la Figura 19 es un corte frontal de la sección 2 del rotor exterior de la forma de realización de la Figura 17;

- la Figura 20 es un corte frontal de la sección 1 del rotor interior de la forma de realización de la Figura 17;

- la Figura 21 es un corte frontal de la sección 2 del rotor interior de la forma de realización de la Figura 17;

- la Figura 22 es un corte frontal del rotor G falciforme de la forma de realización de la Figura 17;

- la Figura 23 es una vista parcial en corte axial de una sección del rotor interior y de las partes del rotor exterior que le rodean de una octava forma de realización.

Según una primera forma de realización que se ve mediante las Figuras 1 a 4, los émbolos giratorios están alojados, con ejes exteriores y ejes paralelos, en una caja (no representada) con dos perforaciones cilíndricas, con dispositivo sincronizador externo. Los émbolos giratorios tienen un sentido de giro en marcha contraria. Los émbolos giratorios presentan 14 secciones en forma de disco, en concreto dos secciones finales (0, 13) para la entrada y salida del medio, y secciones de perfil (1-12) con dos diferentes contornos de perfil alternantes, alternando una sección que tiene una superficie de revestimiento exterior (m1), con un ángulo de sectores pequeño, con una sección que presenta una superficie de revestimiento (M1) con ángulo de sectores grande. En el ejemplo de realización representado estos ángulos de sectores tienen valores que son algo menores de 36º y algo menores de 144º, de modo que se mantiene un juego angular. Las Figuras 3 y 4 presentan la posición angular de torsión creciente de una sección a la siguiente, es decir, 72º desde una sección a la siguiente sección idéntica, estando dispuesta una superficie intermedia (z1) de una sección por encima o por debajo, visto en sección axial, de una superficie intermedia de una sección adyacente del otro contorno de perfil. Con ello se forma cada vez una cámara que (véase Figura 2) queda rodeada por secciones adyacentes de las superficies de núcleo (k1', K1') y las superficies intermedias (z1'), y con ello una secuencia de cámaras axial con volumen variable, alcanzándose la compresión interna mediante variación del espesor de las secciones de perfil : para realizar la compresión interior la dilatación axial de las secciones, y con ello las cámaras, disminuye paulatinamente desde la entrada a la salida.

Los espacios muertos formados entre los émbolos giratorios tienen poca importancia, mientras que las profundidades grandes de hendidura entre los émbolos giratorios producen un vacío final muy bueno. Tal como muestran las Figuras 1 a 4, existen tres tipos de hendidura entre los émbolos giratorios:

a.: cilindro/cilindro;

b.: superficie frontal/superficie frontal;

c.: punta/flanco cóncavo.

Este último tipo de hendidura determina el juego angular permitido y no es crítico, es decir, puede situarse en el dominio de los milímetros, lo cual abre muchas posibilidades de realización para el dispositivo sincronizador. Con émbolos giratorios de esta forma de realización se consigue una tasa de compresión de 1:4, lo cual conduce a un claro ahorro en el consumo de energía y el desarrollo de calor. Así, con un número prefijado de cámaras y de compresión se minimiza el número total de secciones de perfil.

En el ejemplo de realización representado en la Figura 1 las secciones 1 y 2 tienen el mismo espesor. Desde la sección 2 a la sección 3 disminuye el espesor en un factor de aproximadamente 1,4; los espesores de las secciones 3 y 4 son de nuevo iguales, etcétera. Con esta distribución de los espesores de las secciones donde dos secciones sucesivas y opuestas de uno y de otro émbolo giratorio tienen el mismo espesor, la distribución de energía cae aproximadamente al 50:50% para cada émbolo giratorio. El espesor de las secciones podría igualmente reducirse de una sección a otra conforme a una regla geométrica elegible.

En una segunda forma de realización no representada de modo especial en las figuras, las secciones en forma de disco de los dos émbolos giratorios presentan los mismos contornos de perfil de sección frontal y los mismos desfases que en las Figuras 3 y 4. La diferencia con la primera forma de realización radica en la distribución de espesores de las secciones. Las secciones 1, 3, 7, etcétera, son secciones gruesas, aunque disminuyendo paulatinamente el espesor desde la sección 1, las más gruesa, hasta la última sección del lado de presión. Las secciones 0, 2, 4, 6, etcétera son todas ellas discos delgados. En esta forma de construcción uno de los émbolos giratorios asume el papel de un rotor principal mientras que el otro émbolo giratorio asume el papel de un rotor secundario. La distribución de la energía entre los rotores principal y secundario puede desplazarse hasta aproximadamente 85:15%.

Las émbolos de las formas de realización representadas en las Figuras 5 a 15 están alojados, con ejes exteriores y ejes paralelos, en dos perforaciones cilíndricas de una caja (no representada) con dispositivo sincronizador externo. Son asimétricos, con prestaciones de árbol muy diferentes de hasta el 100:0%. El número mínimo de los distintos contornos de perfil de las secciones de émbolo depende de la configuración de las secuencias de perfiles.

En una tercera forma de realización representada en las Figuras 5, 6, 7, 8 los diámetros del rotor principal y del rotor secundario son muy diferentes. Como se ve de las Figuras 6 a 8, el rotor principal tiene dos diferentes contornos de perfil alternantes, teniendo un contorno de perfil una superficie de revestimiento (m3) exterior con un ángulo de sectores pequeño, y alternando con un contorno de perfil cuya superficie de revestimiento (M3) exterior presenta un ángulo de sectores grande. La misma alternancia (m3', M3') coincide para el rotor secundario. Como se representa a modo de ejemplo en la Figura 5, el rotor principal tiene once secciones en forma de disco. Este rotor principal tiene cinco secciones gruesas 1, 3, 5, 7, 9, cuyo espesor disminuye paulatinamente en la dirección del lado de presión y cuya superficie de revestimiento (m3) exterior tiene un ángulo de sectores pequeño. Estas cinco secciones forman secciones de bomba P1-P5. Están separadas y rodeadas mediante seis secciones 0, 2, 4, 6, 8, 10, que tienen sólo una sección de superficie de núcleo (k3) de ángulo pequeño y forma cada una de ellas una sección de control S, que traslada el gas hasta la siguiente sección de bomba. Por ejemplo, el espesor de las cinco secciones de bomba puede disminuir de P1 a P5 desde aproximadamente 70 milímetros, un tercio cada vez, hasta un espesor de 13 milímetros, mientras que cada sección de control S presenta un espesor de 10 milímetros. La longitud total del rotor principal mide entonces aproximadamente 240 milímetros. En el diagrama de la Figura 8 se representa un ejemplo de realización donde el diámetro del núcleo del rotor principal es igual al diámetro exterior del rotor secundario. Con una transmisión de 1:1 los rotores ruedan entre sí sin que uno se desvíe del otro. Bajo estas circunstancias la distribución de la energía entre el rotor principal y el rotor secundario se sitúa aproximadamente en 75:25%.

En la cuarta forma de realización representada en la Figura 9, los diámetros del rotor principal y del rotor secundarios son igualmente muy distintos. El rotor principal tiene igualmente dos contornos de perfil distintos en sección frontal, alternantes y similares a la tercera forma de realización. El rotor secundario, no obstante, tiene tres contornos de perfil distintos, en concreto en la siguiente secuencia:

-: una sección 1 que está formada por un disco de núcleo sencillo,

-: una sección 2 en forma de un cilindro exterior con una sección de ángulo pequeño,

-: una sección 3 que igualmente consta de un disco de núcleo,

-: una sección 4 que consta de un disco cilíndrico exterior completo y forma un disco de bloqueo.

En esta configuración de rotor principal y secundario se consigue una distribución de energía de prácticamente el 100% en el rotor principal y el 0% en el rotor secundario.

La Figura 10 constituye a modo de diagrama una quinta forma de realización. El rotor principal presenta dos perfiles frontales distintos que se alternan, presentando cada uno, diametralmente opuestas, dos superficies de revestimiento exteriores iguales y dos superficies de núcleo iguales. Las dimensiones relativas de los ángulos de sectores de las superficies de revestimiento y de núcleo varían de una sección a otra lo mismo que en la formas de realización anteriores. El rotor secundario tiene sólo una superficie de revestimiento exterior y una superficie de núcleo, alternándose ángulos grandes y pequeños. El dispositivo sincronizador está configurado de modo que el número de revoluciones del rotor secundario es el doble del número de revoluciones del rotor principal. Con este modo de construcción se consigue una distribución de la energía fuertemente asimétrica, en concreto de aproximadamente el 85% sobre el rotor principal y aproximadamente el 15% sobre el rotor secundario.

Las cinco formas de realización anteriormente descritas presentan numerosas ventajas:

-: con un número bajo de secciones un émbolo giratorio puede fabricarse como monobloque, lo cual mejora esencialmente la estabilidad de forma en servicio;

-: las longitudes de hendidura grandes, a lo largo de la corriente, producen una buena estanqueidad y con ello un buen vacío final;

-: el gran juego permitido facilita la fabricación y el montaje así como la utilización del dispositivo sincronizador.

En las formas de realización tercera, cuarta y quinta las superficies intermedias del rotor principal están configuradas sin corte posterior, lo que simplifica algunos procesos de trabajo en la fabricación.

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En las formas de realización asimétricas los porcentajes de rendimiento de los émbolos giratorios propulsores y de los émbolos giratorios propulsados son muy diferentes, lo que presenta ventajas adicionales en la elección y la realización del dispositivo sincronizador.

En los émbolos giratorios compuestos por discos de perfil individuales, el número de las diferentes partes se reduce utilizando discos de control y de bloqueo iguales.

Una sexta forma de realización, cuyo par de émbolos giratorios se representa en las Figuras 11 a 15, consta de una máquina desplazadora sin contacto, de ejes paralelos, de dos ejes, de ejes exteriores y de giro constante, con una caja con dos perforaciones cilíndricas, teniendo los dos émbolos giratorios el mismo sentido de giro.

Los émbolos giratorios de diámetros muy distintos están configurados como rotor principal y rotor secundario. Tanto el rotor principal como el secundario tienen como mínimo tres tipos de perfil diferentes. En el ejemplo de realización mostrado en las Figuras 12 a 15, tanto el rotor principal como el secundario tienen cuatro tipos de perfil distintos que forman secuencias de cuatro pares de secciones en forma de disco diferentes, en concreto

-: una primera sección (Figura 12) en la que el rotor principal tiene una superficie de revestimiento (M6) de ángulo grande; el ángulo de sectores de la superficie de núcleo puede mantenerse muy pequeño o, como muestra la Figura 12, éste incluso puede desaparecer, de modo que la superficie de revestimiento exterior de esta sección sólo se interrumpe mediante un corte simétrico falciforme. Esta sección sirve de primer disco S de control y se opone a una primera sección del rotor secundario, que simplemente consta de un disco cilíndrico de núcleo;

-: una segunda sección P del rotor principal (Figura 13) tiene una superficie de núcleo (K6) cuyo ángulo de sectores es mayor de 180º, una superficie de revestimiento exterior (m6) extremadamente corta y dos superficies intermedias (z6) dilatadas longitudinalmente. Enfrente hay una segunda sección del rotor secundario, con una superficie de revestimiento exterior (M6') cuyo ángulo de sectores es mayor de 180º, con una superficie de núcleo (k6') mínima que, como se ve de la Figura 13, también puede desaparecer total o parcialmente mediante el deslizamiento continuo de las dos superficies intermedias (z6') tangentes al cilindro de núcleo. Esta sección forma la verdadera etapa de bomba de la secuencia;

-: la tercera sección del rotor principal (Figura 14) es de forma idéntica a la primera sección pero está dispuesta con simetría plana, tal como se ve de las Figuras 12 y 14. Esta sección sirve de segundo disco de control. La tercera sección del rotor secundario, dispuesta enfrente, está configurada como disco cilíndrico de núcleo sencillo;

-: la cuarta sección (Figura 15) del rotor principal es un disco de núcleo sencillo y sirve como canal K para el medio comprimible. Enfrente hay una cuarta sección del rotor secundario con una superficie de revestimiento exterior ininterrumpida, que sirve de disco de bloqueo.

La Figura 11 muestra la estructura completa de un ejemplo de realización con 17 secciones en forma de disco, en concreto dos discos terminales (E), 0 y 16; tres secuencias completas S-P-S-K de las cuatro secciones que se acaban de describir 1 a 4, 5 a 8, 9 a 12; y una secuencia incompleta, S-P-S, es decir, con un primer disco de control 13, una etapa de bomba 14 y un segundo disco de control 15.

Los discos de control S del rotor principal pueden ser discos delgados, ya que sólo sirven para transferir el medio desde una etapa de bomba P al siguiente canal K y de nuevo a la siguiente etapa de bomba. El escalonamiento de la dilatación axial de las etapas de bomba puede estar sometido convenientemente a diferentes reglas de cálculo. La tabla 1 muestra a modo de ejemplo dos escalonamientos en los que se ha utilizado el grosor de la etapa más gruesa, en concreto la etapa de bomba 1, arbitrariamente con 1.

TABLA 1

	Ejemplo 1	Ejemplo 2
P1	1	1
K1	0,8	0,5
P2	0,6	0,64
K2	0,46	0,32
P3	0,36	0,42
K3	0,29	0,21
P4	0,21	0,28

Como se ve del ejemplo 1, el espesor de las etapas disminuye progresivamente en el orden P1, K1, P2, K2, etcétera, mientras que en el ejemplo 2 los espesores de las etapas de bomba por un lado y las etapas de canal por otro lado disminuyen, pero se alternan en su espesor. Resulta, por ejemplo, con un espesor P1 = 49 mm y un espesor de los discos de control de 8 mm, con el escalonamiento del ejemplo 2, una longitud total del rotor principal de aproximadamente 240 mm.

El modo de funcionamiento de esta sexta forma de realización resulta del diagrama de la Figura 16. Con ello se realiza una secuencia de cámaras axial en una máquina desplazadora de seis ejes, con émbolos que giran en el mismo sentido. Las potencias de árbol de los émbolos son muy diferentes, es decir, la distribución de la energía es extremadamente asimétrica de hasta el 100:0%. Esta forma de realización presenta las siguientes ventajas:

-: los contornos libres de corte posterior permiten una fabricación muy sencilla; puede realizarse fácilmente en especial una fabricación de monobloque;

-: el juego autorizado muy grande es ventajoso para la fabricación y el montaje;

-: las grandes longitudes de hendidura a lo largo de la corriente permiten un buen vacío final;

-: el mismo sentido de giro y el gran juego autorizado abren posibilidades adicionales para el dispositivo sincronizador; considerando el bajo rendimiento del rotor secundario, pueden utilizarse incluso correas dentadas.

En las seis formas de realización que se han descrito los dos émbolos giratorios están configurados generalmente cilíndricos, con ejes de giro paralelos. Las líneas conductoras, cuya guía la forman las superficies de revestimiento, superficies de núcleo y superficies intermedias de las secciones en forma de disco, son líneas conductoras cilíndricas, siendo las líneas de revestimiento paralelas a los ejes de giro. El experto se dará cuenta de que utilizando los contornos de sección frontal y los desfases de las secciones de émbolo según la invención, los émbolos giratorios pueden formarse igualmente cónicos siendo las líneas conductoras, cuya guía define las superficies periféricas de los discos, las líneas conductoras de un cono, de modo que los discos tienen forma cónica en su perímetro y sus diámetros disminuyen paulatinamente en el sentido del lado de presión. Los ejes de giro de los dos émbolos no son paralelos sino que tienen un punto de intersección. En esta forma de realización, la variación del diámetro provoca una compresión interior. Esta variación del diámetro puede utilizarse adicionalmente a la variación del espesor de los discos o en lugar de la variación del espesor de los discos.

Las Figuras 17 a 22 constituyen una séptima forma de realización, en concreto una máquina desplazadora sin contacto, de ejes paralelos, de dos ejes, de ejes interiores y de giro constante. La máquina posee un rotor exterior hueco, un rotor interior y un rotor G falciforme, que se encuentra entre los rotores exterior e interior. Los rotores tienen el mismo sentido de giro que se muestra en la Figura 17. El rotor exterior (A) y el rotor interior (I) presentan una pluralidad de secciones en forma de disco que encajan entre sí por pares, cuyo espesor disminuye en la dirección del lado de presión, presentando cada disco como mínimo una superficie de revestimiento y una superficie de núcleo, que están formadas por líneas conductoras conducidas a lo lago de arcos de círculo con centro en el eje del correspondiente rotor y que están unidas entre sí mediante una superficie intermedia (z7) o (z7'). Como muestran las Figuras 17 a 22, los discos de los rotores exterior e interior tienen dos contornos de perfil frontal distintos que son recurrentes periódicamente -alternando en esta forma de realización- a lo largo de los ejes de los émbolos. Los ángulos de sectores de la superficie de revestimiento y de la superficie de núcleo (M7, k7) o (m7; K7), (m7', K7') y (M7', k7') de cada disco son desiguales y cada disco está desfasado con respecto a dos discos vecinos del mismo rotor de modo que estos tres discos tienen una línea conductora común en una sección de sus superficies de núcleo y superficies intermedias y forman una cámara.

Esta forma de realización crea una secuencia de cámaras axial en una máquina de eje interior. Se utiliza un dispositivo sincronizador 1:1. El dispositivo sincronizador puede disponerse en el interior del rotor exterior. Un mecanismo acoplador sencillo sin lubricante puede utilizarse al respecto. Esta forma de realización permite una forma de construcción muy compacta con buenas posibilidades de eliminación del calor y con las mismas ventajas que las formas de realización de eje exterior descritas anteriormente.

Una octava forma de realización consta igualmente de una máquina desplazadora sin contacto, de dos ejes, de ejes interiores y de giro constante con un rotor exterior, un rotor interior y un rotor G falciforme entre los rotores exterior e interior. Los rotores tienen el mismo sentido de giro. Se utiliza una transmisión de 1:1. A diferencia de la séptima forma de realización, los dos ejes de giro están dispuestos en ejes transversales, de modo que los diámetros de los rotores según un curso cónico.

El rotor exterior y el rotor interior muestran una pluralidad de secciones que encajan por pares que, a diferencia de la séptima forma de realización antes descrita, no están configuradas como discos cilíndricos con superficies frontales planas sino como secciones abovedadas, en concreto como secciones de esferas concéntricas.

En corte frontal los contornos de perfil de dos secciones sucesivas de los rotores exterior e interior son similares a los de las Figuras 18 a 22. Con ello se realiza una secuencia de cámaras axial en una máquina de ejes interiores, de ejes transversales, cuyos rotores giran con una transmisión de 1:1.

Las hendiduras entre superficies frontales de dos secciones que se deslizan una sobre la otra son hendiduras entre dos superficies esféricas (Ku, Ku'), tal como se representa en la Figura 23. Las grandes longitudes de hendidura, a lo lago de la dirección de la corriente, producen también con esta forma de realización una buena estanqueidad y un buen vacío final.

Una compresión interna se produce mediante la variación de los diámetros de los rotores y puede intensificarse o debilitarse mediante la variación adicional de los espesores de las secciones de perfil, y eventualmente moderarse de manera local según la aplicación de la bomba desplazadora o de vacío. Esta forma de construcción es muy compacta, con pocas piezas y una buena posibilidad de eliminación del calor. El dispositivo sincronizador puede realizarse como mecanismo acoplado sencillo sin lubricante, por ejemplo como articulación en cruz, en el interior de la máquina desplazadora o la bomba de vacío.

Claims

1. Máquina de émbolo giratorio para medios comprimibles con al menos dos émbolos giratorios alojados en una caja común, herméticamente cerrados y obligatoriamente giratorios entre sí, presentando los dos émbolos giratorios una pluralidad de secciones (1, 2, 3, ...) en forma de disco y que encajan entre sí por pares, cuyo espesor y/o diámetro disminuye en el sentido del lado de presión, teniendo cada disco como mínimo una superficie de revestimiento (n1, M1) y una superficie de núcleo (k1, K1') formadas mediante líneas conductoras conducidas a lo largo de arcos de círculo con centro en el eje del correspondiente émbolo giratorio, y que están unidas mediante una superficie intermedia (z1, Z1'), caracterizada porque los ángulos de sectores de la superficie de revestimiento y de la superficie de núcleo de un disco son distintas, porque los discos tienen contornos de perfil frontal recurrentes periódicamente a lo largo de los ejes de los émbolos, y porque cada disco está desfasado con respecto a los discos vecinos del mismo émbolo de modo que estos tres discos tienen en una sección de sus superficies de núcleo una línea conductora común y forman una cámara.

2. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 1, caracterizada porque ambos discos adyacentes de un disco con una superficie de revestimiento cuyo ángulo de sectores es mayor que el ángulo de sectores de la superficie de núcleo, tienen superficies de revestimiento cuyos ángulos de sectores son menores que el ángulo de sectores de las superficies de núcleo.

3. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 2, caracterizada porque las superficies intermedias de un disco forman con una superficie intermedia de un disco adyacente una superficie intermedia continua con línea conductora común.

4. Máquina de émbolo giratorio según una de las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque dos émbolos giratorios son montados en forma de ejes externos y paralelos, porque los citados discos tienen superficies de revestimiento exteriores y superficies de núcleo interiores que están formadas por las líneas conductoras de un cilindro exterior y un cilindro de núcleo, y porque el espesor de las secciones en forma de disco disminuye en la dirección del lado de presión.

5. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 4, caracterizada porque el dispositivo sincronizador está dispuesto para conferir a los dos émbolos giratorios un sentido de giro contrario.

6. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 5, caracterizada porque los diámetros de las superficies de revestimiento exterior y las superficies de núcleo de los dos émbolos giratorios son respectivamente iguales.

7. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 6, caracterizada porque el ángulo de sector de la superficie de revestimiento exterior de cada segundo disco de un émbolo giratorio es menor de 90º, en particular menor de 60º.

8. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 7, caracterizada porque el espesor de los discos disminuye en un factor constante en la dirección del lado de presión de cada dos discos.

9. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 4, caracterizada porque los émbolos giratorios tienen distintos diámetros exteriores y porque el espesor de las secciones del rotor principal que tienen una superficie de revestimiento exterior con menor ángulo de sectores es mayor que el espesor de la sección del rotor principal con superficies de revestimiento con ángulo de sectores grande.

10. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 9, caracterizada porque el diámetro de la superficie de núcleo del rotor principal es igual al diámetro de la superficie de revestimiento exterior del rotor secundario.

11. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 9, caracterizada porque cada disco del rotor principal tiene dos superficies de núcleo diametralmente opuestas y dos superficies de revestimiento exteriores diametralmente opuestas, y porque el número de revoluciones del rotor secundario es igual al doble del número de revoluciones del rotor principal.

12. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 4, caracterizada porque el dispositivo sincronizador está desarrollado para conferir a los émbolos giratorios el mismo sentido de giro, porque los émbolos giratorios tienen distintos diámetros exteriores y porque el espesor de las secciones del rotor principal que tienen una superficie de revestimiento exterior con ángulo de sectores pequeño es mayor que el espesor de las secciones del rotor principal con superficies de revestimiento con ángulo de sectores grande.

13. Máquina de émbolo giratorio según una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizada porque las secuencias de contornos de perfil periódicamente recurrentes sólo encajan en los discos y/o discos que bloqueo formados por el cilindro de núcleo.

14. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 1, caracterizada por émbolos giratorios apoyados con eje interior, en concreto un rotor exterior, un rotor interior y un rotor G, teniendo el rotor exterior y el rotor interior una pluralidad de secciones en forma de disco que encajan entre sí por pares, cuyo espesor y/o diámetro disminuyen en la dirección del lado de presión, teniendo cada disco de los rotores exterior e interior como mínimo una superficie de revestimiento y una superficie de núcleo que están formadas por líneas conductoras llevadas a lo largo de arcos de círculo con centro en el eje del correspondiente rotor y que están unidas mediante una superficie intermedia, siendo desiguales los ángulos de sectores de la superficie de revestimiento y de la superficie de núcleo, teniendo los discos distintos contornos de perfil frontal recurrentes periódicamente a lo largo de los ejes de los rotores y estando desfasado cada disco con respecto a los dos discos vecinos del mismo rotor de modo que estos tres discos presentan en una sección una línea conductora común y forman una cámara.

15. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 14, caracterizada porque el dispositivo sincronizador está desarrollado para conferir a los rotores el mismo sentido de giro, con una transmisión de 1:1.

16. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 14 o 15, caracterizada porque ambos discos adyacentes de un disco con una superficie de revestimiento cuyo ángulo de sectores es mayor que el ángulo de sectores de la superficie de núcleo tienen superficies de revestimiento cuyos ángulos de sectores son más pequeños que el ángulo de sectores de las superficies de núcleo.

17. Máquina de émbolo giratorio según la reivindicación 16, caracterizada porque las superficies intermedias de un disco forman con un superficie intermedia de un disco adyacente una superficie intermedia continua con línea conductora común.

18. Máquina de émbolo giratorio según una de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizada porque los rotores son montados en ejes paralelos, dichas líneas conductoras son líneas conductoras cilíndricas y el espesor de las secciones disminuye en la dirección del lado de presión.

19. Máquina de émbolo giratorio según una de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizada porque los ejes de los rotores están dispuestos como ejes oblicuos, dichas líneas conductoras son líneas conductoras cónicas y los diámetros de las secciones de rotores disminuyen en dirección al lado de presión, estando las secciones del rotor exterior y del rotor interior configuradas en forma de esferas concéntricas en lugar de en forma de disco.