ES2263925T3 - Reten de valvula de descarga de un compresor. - Google Patents
Reten de valvula de descarga de un compresor.Info
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Abstract
Un dispositivo de válvula de descarga para un compresor, comprendiendo dicho dispositivo de válvula de descarga un dispositivo de placa de válvulas (18) que define un ajuste de válvula de descarga; una pieza de válvula de descarga (44) que se puede mover entre una posición cerrada, donde dicha pieza de válvula de descarga (44) se acopla a dicho ajuste de válvula de descarga (42) y una posición abierta en la que dicha pieza de válvula de descarga (44) se separa de dicho ajuste de válvula de descarga (42); una pieza de predisposicionamiento (46) que fuerza a dicha pieza de válvula de descarga (44) a su posición cerrada; un retén (48) acoplado a dicho dispositivo de placa de válvulas (18) que recubre dicha pieza de válvula de descarga (44) para limitar el movimiento de apertura de dicha pieza de válvula de descarga (44), comprendiendo dicho retén (48): un cuerpo central circular (100) que define un hueco (52) que se extiende en una superficie inferior de dicho cuerpo central (100) en el que sedispone dicha pieza de predisposicionamiento (46); un par de extensiones (102) que se extienden radialmente hacia fuera de dicho cuerpo central circular, definiendo cada una de las extensiones del par un orificio (104) para acoplar dicho retén (48) a dicho dispositivo de placa de válvulas (18); y caracterizado porque: dicha pieza de válvula de descarga (44) se dispone en dicho hueco (32) y porque se proporciona: un hueco anular (110) que se extiende en una superficie superior de dicho cuerpo central (100), definiendo dicho hueco anular (110) un espesor de pared más consistente para dicho retén (48).
Description
Retén de válvula de descarga de un
compresor.
La presente invención se refiere en líneas
generales a compresores de refrigeración. Más particularmente, la
presente invención se refiere a un compresor de refrigeración de
tipo de pistón alternativo que incorpora un diseño único para los
retenes de la válvula de descarga que mejoran la fiabilidad y el
rendimiento del compresor de refrigeración.
Los compresores de tipo de pistón alternativo
típicamente emplean dispositivos de válvulas de succión y descarga
accionados por presión, montados sobre un dispositivo de placa de
válvulas que se localiza en el extremo de un cilindro definido por
un cuerpo del compresor. El dispositivo de placa de válvulas se
intercala típicamente entre una cabeza del compresor y el cuerpo del
compresor. Entre el dispositivo de placa de válvulas y el cuerpo del
compresor se localiza una junta de placa de válvulas para sellar
esta unión y entre el dispositivo de placa de válvulas y la cabeza
del compresor se localiza una junta de cabeza para sellar esta
unión.
El dispositivo de válvula de descarga
típicamente incluye una pieza de válvula de descarga que se acopla
con un ajuste de válvula definido por el dispositivo de placa de
válvulas, un retén de la válvula de descarga para acoplar la pieza
de válvula de descarga al dispositivo de placa de válvulas y un
resorte de descarga que se dispone entre la pieza de válvula de
descarga y el retén de la válvula de descarga para predisponer la
pieza de válvula de descarga en acoplamiento con el ajuste de
válvula que define el dispositivo de placa de válvulas.
Un objetivo de diseño importante para el
compresor alternativo es minimizar el volumen de reexpansión o
espacio muerto en el cilindro cuando el pistón alcanza el punto
muerto superior. La minimización de este volumen de reexpansión o
espacio muerto ayuda a maximizar la capacidad y eficacia del
compresor alternativo. Con el fin de minimizar este volumen de
reexpansión o espacio muerto, el sistema de válvulas y la pared del
extremo superior del cilindro deben tener una forma que sea
complementaria con la forma del pistón para posibilitar que el
pistón reduzca el volumen de la cámara de compresión al mínimo
cuando el pistón está en el punto muerto superior de su golpe sin
restringir el flujo de gas. Aunque es posible alcanzar este objetivo
diseñando una forma compleja de la cabeza del pistón, la fabricación
de esta forma compleja se vuelve excesivamente cara, el montaje
resulta más difícil y generalmente aparecen pérdidas por
estrangulamiento cuando el pistón se acerca al punto muerto
superior.
Los dispositivos de válvula de succión y los
dispositivos de válvula de descarga de la técnica anterior se han
desarrollado para cumplir con los criterios de diseño anteriormente
definidos que se refieren al volumen de reexpansión o espacio muerto
y dichos dispositivos de válvulas han funcionado satisfactoriamente
en los compresores de la técnica anterior.
Un área que puede proporcionar beneficios
adicionales a los compresores de tipo de pistón alternativo es el
área del flujo de gas comprimido. Cuando el pistón comienza su golpe
de compresión, el gas en el interior de la cámara de compresión se
comprime y eventualmente, el dispositivo de la válvula de descarga
se abre para permitir que el gas comprimido fluya hacia el interior
de la cámara de descarga. El gas comprimido debe fluir por todos los
componentes del dispositivo de la válvula de descarga y de esta
forma, los diseños de estos componentes son críticos para asegurar
que el flujo del gas comprimido no se vea restringido y reducir o
eliminar por lo tanto cualquier pérdida por estrangulamiento. El
documento de Estados Unidos US 4.329.125 describe un dispositivo de
acuerdo con la parte precaracterística de la reivindicación 1.
La presente invención proporciona un diseño
único a la técnica, como se define en la reivindicación 1, que
mejora el flujo de gas para minimizar y/o eliminar las pérdidas por
estrangulamiento asociadas al flujo de gas comprimido. El retén de
la válvula de descarga de la presente invención preferiblemente se
fabrica mediante un proceso de metal en polvo que utiliza un
material y una densidad para el retén que definen y optimizan la
fiabilidad y el rendimiento estructural del retén. Además, la
geometría del retén de la válvula de descarga se ha optimizado para
conseguir el mejor rendimiento.
Otras áreas de aplicación de la presente
invención serán evidentes a partir de la descripción detallada que
se proporciona en este documento. Debe entenderse que la descripción
detallada y los ejemplos específicos, aunque indican la realización
preferida de la invención, tienen fines únicamente ilustrativos y no
se pretende que limiten el alcance de la invención.
La presente invención se entenderá más a fondo a
partir de la descripción detallada y los dibujos adjuntos, en los
que:
La Fig. 1 es una vista lateral de un dispositivo
compresor que incorpora el retén de válvula de descarga único de
acuerdo con la presente invención;
La Fig. 2 es una vista superior del dispositivo
compresor que se muestra en la Fig. 1;
La Fig. 3 es una vista transversal parcial a
través del dispositivo compresor que se muestra en las Figuras 1 y
2, en la que cada cilindro se muestra rotado 90º alrededor de un eje
central;
La Fig. 4 es una vista transversal lateral del
retén de válvula de descarga que se muestra en la Fig. 3 tomada a
través del cuerpo central y los salientes del retén;
La Fig. 5 es una vista superior del retén de
válvula de descarga que se muestra en la Fig. 4;
La Fig. 6 es una vista inferior del retén de
válvula de descarga que se muestra en la Fig. 4;
La Fig. 7 es una vista transversal lateral del
retén de válvula de descarga que se muestra en la Fig. 3, tomada a
través del cuerpo central del retén;
La Fig. 8 es una vista superior en perspectiva
del retén de válvula de descarga que se muestra en la Fig. 4; y
La Fig. 9 es una vista inferior en perspectiva
del retén de válvula de descarga que se muestra en la Fig. 4.
La siguiente descripción de la realización o
realizaciones preferidas es de naturaleza meramente ejemplar y no se
pretende de ningún modo que limite la invención, su aplicación o sus
usos. En las Figuras 8-10 se muestra un dispositivo
compresor 10 que incorpora el retén de válvula de descarga único de
acuerdo con la presente invención. El dispositivo compresor 10
comprende un cuerpo del compresor 12, una cabeza del compresor 14,
una junta de cabeza 16, un dispositivo de placa de válvulas 18 y una
junta de placa de válvulas 20.
El cuerpo del compresor 12 define un par de
cilindros de compresión 22 en cuyo interior se dispone de forma
deslizante un pistón 24. Cada cilindro de compresión 22 se comunica
tanto con una cámara de descarga como con una cámara de succión a
través del dispositivo de placa de válvulas 18.
El dispositivo de placa de válvulas 18 comprende
una placa de válvulas superior 26, una placa de válvulas inferior 28
y un espaciador anular 30. El dispositivo de placa de válvulas 18
define un par de pasos de succión 32 que se comunican con la cámara
de succión del dispositivo de compresión 10 y un par de pasos de
descarga 34 que se comunican con la cámara de descarga del
dispositivo de compresión 10. Cada paso de descarga 34 está definido
por una pared lateral 36 radialmente inclinada o biselada que se
extiende entre una superficie superior 38 y una superficie inferior
40 del dispositivo de placa de válvulas 18. La pared lateral
biselada 36 se forma a partir de la placa de válvulas superior 26.
Una superficie 42 de la pared lateral 36 proporciona un ajuste de
válvula para una pieza de válvula de descarga 44 que se somete a un
acoplamiento de sellado con él mediante la presión del gas de
descarga y un resorte 46 que se extiende entre la pieza de válvula
de descarga 44 y el retén en forma de puente 48.
Como se ha mostrado, la pieza de válvula de
descarga 44 es de un tamaño y forma con respecto al paso de descarga
34 adecuados para colocar una superficie inferior 50 de la misma en
relación sustancialmente coplanar con la superficie inferior 40 del
dispositivo de placa de válvulas 18. El resorte 46 se coloca en un
hueco 52 del que está provisto el retén 48. La pieza de válvula de
descarga 44 se acciona esencialmente mediante presión, y el resorte
46 se selecciona principalmente para proporcionar estabilidad y
también para proporcionar una predisposición inicial de cierre o
precarga para establecer un sellado inicial. Por supuesto, para este
propósito se pueden usar otros tipos de resortes diferentes al que
se muestra. El retén 48, que sirve también como tope para limitar el
movimiento de apertura de la pieza de válvula 44, se asegura al
dispositivo de placa de válvulas 18 mediante un par de cierres
adecuados 54.
El espacio anular 308 se coloca entre la placa
superior de válvula 26 y la placa inferior de válvula 28 y el
espaciador anular 30 forma el paso de succión 32 con la placa
superior de válvula 26 y la placa inferior de válvula 28. El
dispositivo de placa de válvulas 18 se asegura al cuerpo del
compresor 12 cuando la cabeza del compresor 14 se asegura al cuerpo
del compresor 12. El dispositivo de placa de válvulas 18 se
intercala entre la cabeza del compresor 14 y el cuerpo del compresor
12, intercalándose la junta de la placa de válvulas 20 entre el
dispositivo de placa de válvulas 18 y el cuerpo del compresor 12, y
la junta de cabeza 16 entre el dispositivo de la placa de válvulas
18 y la cabeza del compresor 14.
Numerosos tornillos 60 se extienden a través de
la cabeza del compresor 14, la junta de cabeza 16, la placa superior
de válvula 26 del dispositivo de placa de válvulas 18, el espacio
anular 308 del dispositivo de placa de válvulas 18, la placa
inferior de válvula 28 del dispositivo de placa de válvulas 18 y la
junta de la placa de válvulas 20 y se enroscan en el cuerpo del
compresor 12. Al apretar los tornillos 60 se comprime la junta de la
placa de válvulas 20 para proporcionar una relación de sellado entre
el dispositivo de placa de válvulas 18 y el cuerpo del compresor 12
y se comprime la junta de la cabeza 16 para proporcionar una
relación de sellado entre el dispositivo de placa de válvulas 18 y
la cabeza del compresor 14.
El dispositivo de placa de válvulas 18 define un
asiento anular de válvula 70 y la pared lateral 36 define un ajuste
de válvula anular 72 que se sitúa en su extremo terminal. El paso 32
se dispone entre el ajuste de válvula 70 y el ajuste de válvula
72.
El ajuste de válvula 72 de la pared lateral 36
se coloca en relación coplanar con el ajuste de válvula 70 del
dispositivo de placa de válvula 18. Se acopla una pieza de succión
de válvula de lengüeta 76 en forma de un anillo anular sellando, en
su posición cerrada, el ajuste de válvula 72 de la pared lateral 36
y el ajuste de válvula 70 del dispositivo de placa de válvulas 18
para evitar el paso de fluido desde el cilindro de compresión 22
hacia el paso de succión 32. Se proporciona una abertura central 78
en la pieza de succión de válvula de lengüeta 76 y se coloca
coaxialmente con el paso de descarga 34 para permitir la
comunicación directa del flujo de gas entre el cilindro de
compresión 22 y la superficie inferior 50 de la pieza de válvula de
descarga 44. La pieza de succión de válvula de lengüeta 76 también
incluye un par de lengüetas 80 diametralmente opuestas que se
extienden radialmente hacia afuera. Se usa una lengüeta 80 para
asegurar la pieza de válvula de lengüeta 76 al dispositivo de placa
de válvulas 18 mediante un par de pasadores 82.
Cuando el pistón 24 en el interior del cilindro
de comprensión 22 se aleja del dispositivo de placa de válvulas 18
durante un golpe de succión, el diferencial de presión entre el
cilindro de compresión 22 y el paso de succión 32 provocará que la
pieza de succión de válvula de lengüeta se desvíe hacia el interior
con respecto al cilindro de compresión 22, hasta su posición de
apertura (se muestra en líneas discontinuas en la Fig. 3),
permitiendo de esta forma el flujo de gas desde el paso de succión
32 hacia el interior del cilindro de compresión 22 entre los
asientos de válvula 70 y 72. Dado que sólo las lengüetas 80 de la
pieza de succión de válvula de lengüeta 76 se extienden hacia afuera
más allá de las paredes del cilindro de compresión 22, el flujo de
gas de succión fluirá rápidamente al interior del cilindro de
compresión 22 sustancialmente alrededor de todas las periferias
interiores y exteriores de la pieza de succión de válvula de
lengüeta 76. Cuando comienza un golpe de compresión del pistón 24,
la pieza de succión de válvula de lengüeta 76 se forzará a un
acoplamiento de sellado con el ajuste de válvula 70 y el ajuste de
válvula 72. La pieza de válvula de descarga 44 comenzará a abrirse
debido a que la presión en el interior del cilindro de compresión 22
supera la presión en el interior del paso de descarga 34 y a la
fuerza que ejerce el resorte 46. El gas comprimido se forzará a
través de la abertura frontal 78, por la pieza de válvula de
descarga 44 y hacia el paso de descarga 34. La disposición
concéntrica del dispositivo de placa de válvulas 18 y la pieza de
válvula de lengüeta 76 permiten que se utilice sustancialmente todo
el área de superficie disponible que recubre el cilindro 22 para la
expulsión por la válvula y eyección de succión y de descarga,
permitiendo con ello el máximo flujo de gas tanto hacia dentro como
hacia fuera del cilindro de compresión 22.
El golpeo continuo del pistón 24 en el interior
del cilindro de compresión 22 provoca continuamente que la pieza de
succión de válvula de lengüeta y la pieza de válvula de descarga 44
se muevan entre sus posiciones de apertura y cierre. El cuerpo el
compresor 12 incluye una sección angular o curvada 84 en el borde
exterior del cilindro de compresión 22 adyacente al extremo libre de
la pieza de succión de válvula de lengüeta 16 para proporcionar una
superficie adecuada para que la pieza de succión de válvula de
lengüeta 76 se incline sobre ella, reduciendo significativamente por
lo tanto la tensión de inclinación que se genera en el interior de
la lengüeta final libre 80.
En referencia ahora a las Figuras
4-8, la presente invención se dirige hacia el diseño
único para el retén de válvula de descarga 48. El retén de válvula
de descarga 48 comprende un cuerpo central circular 100 y un par de
salientes 102 que se extienden radialmente hacia afuera.
Cada saliente 102 define un orificio 104 que se
utiliza para asegurar el retén de válvula de descarga 48 al
dispositivo de placa de válvulas 18 mediante los respectivos cierres
54.
El cuerpo central circular 100 define el hueco
52 en cuyo interior se coloca el resorte 46. Numerosos orificios 106
situados en el interior del hueco 52 se extienden a través del
cuerpo central circular 100. Los orificios 106 permiten el flujo del
gas de descarga comprimido para facilitar el movimiento de la pieza
de válvula de descarga 44 y el resorte 46, así como para dirigir el
gas presurizado a la parte trasera de la pieza de válvula de
descarga 44 para predisponer la pieza de válvula de descarga 44
contra el ajuste de válvula definido por las superficies 42 de la
pared lateral 36.
Un hueco anular 110 se extiende en el cuerpo
central circular en el lado opuesto al lado que define el hueco 52.
El hueco 110 proporciona un espesor de pared más consistente para el
retén de válvula de descarga que ayuda a conseguir una densidad de
la pieza uniforme, particularmente en el borde superior, lo cual es
un requisito crítico para la funcionalidad del retén.
En referencia ahora específicamente a la Figura
7, se muestra la configuración exterior del cuerpo central circular
100. La configuración exterior del cuerpo central circular 100 se
diseña para proporcionar un mejor flujo de gas de descarga, lo que
se traduce en una menor turbulencia y por lo tanto un mejor
rendimiento del compresor. Comenzando en la parte superior del hueco
52, la configuración exterior del cuerpo central 100 comprende una
primera superficie contorneada en forma de una primera pared en
tronco de cono 112, una sección inclinada 114 y una segunda
superficie contorneada en forma de una segunda pared en tronco de
cono 116. En la realización preferida, la primera pared en tronco de
cono 112 forma un ángulo de 45º con la dirección axial del retén de
válvula de descarga 48 y la segunda pared en tronco de cono 116
forma un ángulo de 15º con la dirección axial. La sección inclinada
preferida 114 es un radio de 0,635 cm (0,250 pulgadas). La dirección
axial del retén de válvula de descarga 48 es la dirección axial de
los orificios 106.
El material preferido para producir la pieza de
válvula de descarga 48 a partir de metal en polvo es un polvo de
acero de baja aleación prealeado con 1,5 por ciento en peso de
molibdeno y un 0,2 por ciento en peso de carbono en la matriz
(obtenido por prealeado o añadiendo grafito). Este material se puede
obtener de Hoeganaes Corporation bajo el nombre comercial de
Ancorsteel® 150 HP o de Hoganäs AB, con el nombre comercial de
Astoloy Mo., que proporciona propiedades estructurales óptimas con
una densidad de la pieza preferida de aproximadamente 6,8 a 7,6
gm/cc y más preferiblemente con una densidad de la pieza de
aproximadamente 7,6 gm/cc. Aunque el material descrito
anteriormente es el material preferido, también se pueden usar
materiales alternativos para el retén de válvula de descarga 48
incluyendo, pero sin limitación FLC4608, FL4405, FC0205 y
FC0208.
Dado que la resistencia superficial y la
resistencia funcional son críticas para la fiabilidad y el
rendimiento del retén de válvula de descarga 48, se prefiere la
carbonitruración, inactivación, templado o temperado del retén de
válvula de descarga 48 para proporcionar una resistencia superficial
de Rockwell 15N 89-93.
Claims (8)
1. Un dispositivo de válvula de descarga para un
compresor, comprendiendo dicho dispositivo de válvula de
descarga
un dispositivo de placa de válvulas
(18) que define un ajuste de válvula de
descarga;
una pieza de válvula de descarga
(44) que se puede mover entre una posición cerrada, donde dicha
pieza de válvula de descarga (44) se acopla a dicho ajuste de
válvula de descarga (42) y una posición abierta en la que dicha
pieza de válvula de descarga (44) se separa de dicho ajuste de
válvula de descarga
(42);
una pieza de predisposicionamiento
(46) que fuerza a dicha pieza de válvula de descarga (44) a su
posición
cerrada;
un retén (48) acoplado a dicho
dispositivo de placa de válvulas (18) que recubre dicha pieza de
válvula de descarga (44) para limitar el movimiento de apertura de
dicha pieza de válvula de descarga (44), comprendiendo dicho retén
(48):
- un cuerpo central circular (100) que define un hueco (52) que se extiende en una superficie inferior de dicho cuerpo central (100) en el que se dispone dicha pieza de predisposicionamiento (46);
- un par de extensiones (102) que se extienden radialmente hacia fuera de dicho cuerpo central circular, definiendo cada una de las extensiones del par un orificio (104) para acoplar dicho retén (48) a dicho dispositivo de placa de válvulas (18); y caracterizado porque:
dicha pieza de válvula de descarga
(44) se dispone en dicho hueco (32) y porque se
proporciona:
- un hueco anular (110) que se extiende en una superficie superior de dicho cuerpo central (100), definiendo dicho hueco anular (110) un espesor de pared más consistente para dicho retén (48).
2. El dispositivo de válvula de descarga de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho retén (48) se
fabrica a partir de material metálico en polvo.
3. El dispositivo de válvula de descarga de
acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho retén (48) se
fabrica a partir de un material metálico en polvo que se selecciona
entre el grupo constituido por Ancorsteel® 150 HP, Astaloy® MO.
FLC4608, FL4405; FC0205; y FC0208.
4. El dispositivo de válvula de descarga de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en
el que dicho retén (48) tiene una densidad de aproximadamente 6,8 a
7,6 gm/cc.
5. El dispositivo de válvula de descarga de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en
el que dicho retén (48) tiene una resistencia superficial de
Rockwell 15N 89-93.
6. El dispositivo de válvula de descarga de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en
el que dicho cuerpo central (100) define una superficie exterior que
tiene una primera superficie contorneada (112), una segunda
superficie contorneada (116) y una sección inclinada (114) dispuesta
entre dichas primera y segunda superficies contorneadas.
7. El dispositivo de válvula de descarga de
acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha primera superficie
contorneada es una superficie en tronco de cono (112).
8. El dispositivo de válvula de descarga de
acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, en el que dicha segunda
superficie contorneada es una superficie en tronco de cono
(116).
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