ES2274722A1 - Scottish yoke mechanism, particularly for gas compressors, has round slide that revolves eccentric to crankshaft in opposite direction, guide perpendicular to axis of rotation of slide and eccenter - Google Patents
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Abstract
Description
Mecanismo de yugo escocés, en especial para compresores de gas.Scottish yoke mechanism, especially for gas compressors
La presente invención se refiere a un mecanismo de yugo escocés, en especial para compresores de gas.The present invention relates to a mechanism of Scottish yoke, especially for gas compressors.
Es sabido que los nuevos retos de respeto al medio ambiente y, en particular, las exigencias del Protocolo de Kyoto respecto al cambio climático forzando una notable disminución en la emisión de gases de efecto invernadero por parte de los países industrializados, enfrentan a la industria de la refrigeración con la necesidad de encontrar alternativas a los refrigerantes actuales de tipo HFC (hidrofluor-carburos) que tienen un alto valor del GWP (potencial de calentamiento global).It is known that the new challenges of respect for environment and, in particular, the requirements of the Protocol of Kyoto regarding climate change forcing a notable decrease in the emission of greenhouse gases by the industrialized countries, face the industry of the refrigeration with the need to find alternatives to current refrigerants of the HFC type (hydrofluorocarbons) that have a high value of GWP (global warming potential).
En este contexto, el CO_{2} se presenta como un compuesto con muy buenas posibilidades de ser aceptado como refrigerante en los ciclos de refrigeración por compresión de vapor. Entre las características importantes del CO_{2} se encuentran sus altas presiones de trabajo, sus elevadas temperaturas de descarga y su elevada capacidad volumétrica. Estas características hacen que en sistemas de baja presión de aspiración enfriados por aire ambiental se haga prácticamente necesario trabajar con dos etapas de compresión con enfriamiento intermedio.In this context, CO2 is presented as a compound with very good chances of being accepted as refrigerant in compression refrigeration cycles of steam. Among the important features of CO_ {2} are they find their high working pressures, their high discharge temperatures and high volumetric capacity. These features make low suction pressure systems cooled by ambient air becomes practically necessary work with two stages of compression with cooling intermediate.
En el caso de la compresión en dos etapas, la elevada capacidad volumétrica del CO_{2} conduce, para las potencias pequeñas de la refrigeración comercial, es decir no doméstica, a cilindradas muy bajas en la segunda etapa que dan lugar a dificultades constructivas en los compresores alternativos.In the case of two-stage compression, the high volumetric capacity of CO2 leads, for small powers of commercial refrigeration, ie no domestic, at very low displacements in the second stage that give place to constructive difficulties in the compressors Alternative
El mecanismo de los compresores alternativos de pistón acostumbra a ser del tipo biela-manivela. Este mecanismo requiere de una articulación (bulón) en la zona central del pistón por la cual la biela transmite a éste la energía necesaria para vencer las fuerzas de presión en la cabeza del pistón. Esta articulación no permite construir un cilindro con diámetros menores de ciertos valores lo que lleva a carreras irrisorias para muy pequeñas cilindradas. Una relación carrera/diámetro pequeña conlleva, además, un rendimiento volumétrico altamente variable con las presiones de trabajo.The mechanism of the alternative compressors of piston is usually of the crank-crank type. This mechanism requires a joint (bolt) in the area center of the piston through which the connecting rod transmits energy to it necessary to overcome the pressure forces on the head of the piston. This joint does not allow to build a cylinder with smaller diameters of certain values which leads to races ridiculous for very small displacements. A relationship Stroke / small diameter also involves performance Highly variable volumetric with working pressures.
Posibles soluciones a este problema basadas en el mecanismo de biela-manivela (pistón de doble diámetro) conducen a bielas cortas y esfuerzos laterales importantes. Se hace necesario, pues, buscar alternativas que permitan la construcción de pequeñas cilindradas con relaciones carrera/diámetro adecuadas.Possible solutions to this problem based on the crank-crank mechanism (double piston diameter) lead to short cranks and lateral forces important. It is therefore necessary to look for alternatives that allow the construction of small displacements with relationships adequate stroke / diameter.
El mecanismo de yugo escocés, formado por pistón, guía, corredera y cigüeñal, elimina la articulación en el pistón permitiendo fabricarlo con el diámetro deseado por pequeño que sea. Este mecanismo ha sido anteriormente empleado en compresores para refrigeración si bien fue cayendo en desuso por tener rozamientos importantes, especialmente debidos al par de reacción que aparece entre la cabeza del pistón y la parte posterior del cilindro.The Scottish yoke mechanism, formed by piston, guide, slide and crankshaft, eliminates the joint in the piston allowing to manufacture it with the desired diameter by small to be. This mechanism has been previously used in compressors for refrigeration although it was falling into disuse by have significant friction, especially due to the pair of reaction that appears between the piston head and the part rear of the cylinder.
En este mecanismo de yugo escocés la corredera (cilíndrica) gira en la excéntrica del cigüeñal en sentido contrario a ésta de manera que su generatriz se mantiene permanentemente paralela a sí misma. Ello le permite un movimiento alternativo lineal en una guía solidaria del pistón. Esta guía tiene, en una dirección perpendicular a su eje, un movimiento de avance y retroceso tal que le permite mantener su eje cruzando permanentemente al eje de la excéntrica del cigüeñal (que coincide con el de rotación de la corredera). Este movimiento de avance y retroceso es el que la guía transmite al pistón, solidario con ella y de eje fijo.In this Scottish yoke mechanism the slide (cylindrical) rotates in the eccentric of the crankshaft in direction contrary to it so that your generatrix remains permanently parallel to itself. This allows a movement linear alternative in a piston integral guide. This guide it has, in a direction perpendicular to its axis, a movement of forward and reverse such that it allows you to keep your axis crossing permanently to the axis of the crankshaft eccentric (which coincides with the rotation of the slide). This move forward and recoil is the one that the guide transmits to the piston, integral with it and fixed axis.
Cuando el eje de la excéntrica no se cruza con el del pistón aparece un par de fuerzas (esfuerzo del cigüeñal sobre la guía y fuerza de la presión en la cabeza del pistón) que tiende a hacer girar el conjunto guía-pistón sobre la excéntrica. Este par se ve compensado por unos esfuerzos de reacción que aparecen en la cabeza del pistón y la parte posterior del cilindro. Estos esfuerzos son el inconveniente principal de este mecanismo.When the eccentric shaft does not cross with the one of the piston appears a pair of forces (crankshaft effort on the guide and force of the pressure in the piston head) that tends to rotate the piston guide assembly over the eccentric This pair is compensated by some efforts of reaction that appear on the piston head and the back of the cylinder. These efforts are the main drawback of This mechanism
El objetivo del mecanismo de yugo escocés, en especial para compresores de gas de la presente invención es solventar los inconvenientes que presentan los mecanismos conocidos en la técnica, proporcionando una serie de ventajas que se describirán a continuación.The goal of the Scottish yoke mechanism, in Special for gas compressors of the present invention is solve the problems presented by known mechanisms in the art, providing a number of advantages that will describe below.
El mecanismo de yugo escocés, en especial para compresores de gas de la presente invención, es del tipo que comprende una corredera cilíndrica que gira en la excéntrica de un cigüeñal en sentido contrario a la misma, una guía sensiblemente perpendicular a los ejes de giro de la corredera y la excéntrica que transforma el movimiento giratorio del cigüeñal en un movimiento alternativo lineal, y un pistón de diámetro considerablemente pequeño solidario de dicha guía, estando dicho pistón asociado a un cilindro de una cámara de compresión, y se caracteriza por el hecho de que comprende un vástago solidario a la parte opuesta del pistón y desplazable en una guía.The Scottish yoke mechanism, especially for Gas compressors of the present invention, is of the type that it comprises a cylindrical slide that rotates in the eccentric of a crankshaft in the opposite direction to it, a guide noticeably perpendicular to the axes of rotation of the slide and the eccentric which transforms the rotating movement of the crankshaft into a linear alternative movement, and a piston in diameter considerably small solidarity of said guide, said being piston associated with a cylinder of a compression chamber, and it characterized by the fact that it comprises a rod integral with the opposite part of the piston and movable in a guide.
De este modo, gracias a la incorporación del citado vástago guiado, es posible reducir la fuerza de reacción en la cabeza del pistón y eliminar la fuerza en la parte posterior del cilindro. La fuerza de reacción en la guía del vástago reemplaza a la fuerza de la parte posterior del cilindro y constituye con la fuerza de la cabeza del pistón el par de reacción inherente al mecanismo de yugo escocés. Al ser la distancia entre los esfuerzos mayor que la que se tiene entre la cabeza del pistón y el extremo posterior del cilindro, los esfuerzos son notablemente menores.In this way, thanks to the incorporation of cited guided rod, it is possible to reduce the reaction force in the piston head and eliminate the force on the back of the cylinder. The reaction force in the rod guide replaces the force of the back of the cylinder and constitutes with the force of the piston head the reaction torque inherent in the Scottish yoke mechanism. Being the distance between efforts greater than the one between the piston head and the end after the cylinder, the efforts are remarkably less
Preferentemente, el diámetro del pistón es menor que 11 mm. Tal como se ha comentado, el mecanismo de la invención se aplica especialmente en pistones de diámetro considerablemente pequeño.Preferably, the diameter of the piston is smaller than 11 mm As mentioned, the mechanism of the invention It is especially applied in pistons of diameter considerably small.
De acuerdo con otro aspecto, la invención también se refiere a un compresor de gas que comprende un mecanismo de yugo escocés del tipo definido anteriormente.According to another aspect, the invention also refers to a gas compressor comprising a mechanism of Scottish yoke of the type defined above.
Según otra realización de la invención, el compresor de gas comprende un mecanismo de yugo escocés del tipo definido anteriormente, y un mecanismo de biela-manivela asociado a un segundo cilindro-pistón, accionados mediante un único cigüeñal, definiendo un compresor para refrigeración bicilíndrico adaptado a la compresión de gas en dos etapas.According to another embodiment of the invention, the Gas compressor comprises a Scottish yoke mechanism of the type defined above, and a mechanism of connecting rod-crank associated with a second piston cylinder, operated by a single crankshaft, defining a compressor for two-cylinder refrigeration adapted to gas compression in two stages.
Ventajosamente, los ejes de ambos cilindros pueden estar orientados en un mismo sentido, o bien en sentido opuesto entre sí.Advantageously, the axles of both cylinders they can be oriented in the same direction, or in the sense opposite each other.
Preferentemente, la relación de cilindrada óptima, para reducir el trabajo de compresión desde las condiciones de entrada al primer cilindro hasta la presión de descarga del segundo cilindro, es 3 con una tolerancia del 20%. Esta variabilidad puede ser alta debido al rendimiento volumétrico del segundo pistón ya que depende de su diámetro y del sistema de valvulería que se le adapte.Preferably, the displacement ratio optimal, to reduce the compression work from the conditions from inlet to the first cylinder until the discharge pressure of the second cylinder, is 3 with a tolerance of 20%. This variability can be high due to the volumetric performance of the second piston as it depends on its diameter and the system of Valves that suit you.
Preferentemente, el gas utilizado es CO_{2}. Tal como se ha comentado anteriormente, el CO_{2} proporciona altas presiones de trabajo, elevadas temperaturas de descarga y una elevada capacidad volumétrica. Asimismo, cumple con las exigencias del Protocolo de Kyoto al contribuir en la disminución del efecto invernadero.Preferably, the gas used is CO2. As previously mentioned, CO_ {2} provides high working pressures, high discharge temperatures and a high volumetric capacity It also meets the requirements of the Kyoto Protocol by contributing to the reduction of the effect greenhouse.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, el cilindro del yugo escocés comprende medios para la lubricación del pistón.According to another aspect of the invention, the Scottish yoke cylinder comprises means for the lubrication of the piston.
Ventajosamente, los medios para la lubricación del pistón comprenden un rebaje acumulador de aceite practicado en la carcasa del cilindro y un orificio de engrase que comunica dicho rebaje con el orificio de paso del pistón.Advantageously, the means for lubrication of the piston comprise an oil accumulator recess made in the cylinder housing and a grease hole communicating said recess with the piston through hole.
De este modo, el aceite que proviene de la salida del orificio de engrase de la muñeca del cigüeñal llega en parte a la pared del cilindro y cae sobre el rebaje acumulador, desde el cual a través del orificio de engrase llega al pistón, permitiendo una correcta lubricación. El rebaje a modo de bandeja permite que se acumule el aceite y por tanto, garantiza el suministro suficiente y constante de aceite hacia el pistón.In this way, the oil that comes from the exit of the oil hole of the crankshaft wrist arrives in part to the cylinder wall and falls on the accumulator recess, from which through the grease hole it reaches the piston, allowing proper lubrication. The tray mode recess allows the oil to accumulate and therefore guarantees the sufficient and constant supply of oil to the piston.
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto se ha expuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representan dos casos prácticos de realizaciones del mecanismo de yugo escocés, en especial para compresores de gas de la invención, en los cuales:In order to facilitate the description of how much It has been exposed above are attached some drawings in which, schematically and only by way of non-limiting example, they represent two practical cases of realizations of the mechanism of Scottish yoke, especially for gas compressors of the invention, in which:
la figura 1 es una vista esquematizada del mecanismo de yugo escocés con vástago de refuerzo según la invención;Figure 1 is a schematic view of the Scottish yoke mechanism with reinforcing rod according to the invention;
la figura 2 es una vista en sección esquematizada de un compresor de refrigeración monoetapa que incorpora el mecanismo de yugo escocés con vástago de refuerzo según una primera realización de la invención;Figure 2 is a sectional view schematized of a single-stage refrigeration compressor that incorporates the Scottish yoke mechanism with reinforcing rod according to a first embodiment of the invention;
la figura 3 es una vista esquematizada de un circuito frigorífico elemental en un sistema monoetapa con el compresor de refrigeración de la figura 2;Figure 3 is a schematic view of a elementary refrigeration circuit in a single-stage system with the refrigeration compressor of figure 2;
la figura 4 es una vista en sección esquematizada de un compresor de refrigeración de dos etapas, con una primera etapa con el mecanismo de biela-manivela convencional y una segunda etapa con el mecanismo de yugo escocés con vástago de refuerzo según una segunda realización de la invención;Figure 4 is a sectional view schematized of a two stage refrigeration compressor, with a first stage with the crank-crank mechanism conventional and a second stage with the Scottish yoke mechanism with reinforcing rod according to a second embodiment of the invention;
la figura 5 es una vista esquematizada de un circuito frigorífico con el compresor de refrigeración de dos etapas de la figura 4;Figure 5 is a schematic view of a refrigeration circuit with two refrigeration compressor stages of figure 4;
la figura 6 es una vista en perspectiva del cilindro asociado al yugo escocés mostrando los medios de lubricación del pistón; yFigure 6 is a perspective view of the cylinder associated with the Scottish yoke showing the means of piston lubrication; Y
la figura 7 es una vista en sección longitudinal del cilindro de la figura 6.Figure 7 is a longitudinal section view of the cylinder of figure 6.
Tal como se puede apreciar en las figuras 1 y 2, el mecanismo de yugo escocés 1 de la invención comprende una corredera cilíndrica 2 que gira en la excéntrica 3 de un cigüeñal 4 en sentido contrario a la misma, una guía 5 sensiblemente perpendicular a los ejes de giro de la corredera 2 y la excéntrica 3 que transforma el movimiento giratorio del cigüeñal 4 en un movimiento alternativo lineal, un pistón 6 de diámetro considerablemente pequeño, preferentemente menor que 11 mm, solidario de dicha guía 5, estando dicho pistón 6 asociado a un cilindro 7 de una cámara de compresión 8, y un vástago 9 solidario a la parte opuesta del pistón 6 y desplazable en una guía 10.As can be seen in figures 1 and 2, the Scottish yoke mechanism 1 of the invention comprises a cylindrical slide 2 that rotates in the eccentric 3 of a crankshaft 4 contrary to it, a guide 5 noticeably perpendicular to the axes of rotation of the slide 2 and the eccentric 3 that transforms the rotating movement of crankshaft 4 into a linear reciprocating motion, a piston 6 in diameter considerably small, preferably less than 11 mm, integral with said guide 5, said piston 6 being associated with a cylinder 7 of a compression chamber 8, and a rod 9 integral to the opposite part of the piston 6 and movable in a guide 10.
La incorporación del citado vástago guiado 9 permite reducir la fuerza de reacción en la cabeza del pistón 6 y eliminar la fuerza en la parte posterior del cilindro 7.The incorporation of said guided rod 9 allows to reduce the reaction force in the piston head 6 and remove the force on the back of the cylinder 7.
Según una primera realización de la invención, en la figura 2 se muestra un compresor 11 de refrigeración monoetapa que incorpora el mecanismo de yugo escocés 1 con vástago de refuerzo de la invención.According to a first embodiment of the invention, a single-stage refrigeration compressor 11 is shown in figure 2 which incorporates the mechanism of Scottish yoke 1 with stem of reinforcement of the invention.
En la figura 3 puede apreciarse un circuito frigorífico elemental esquemático en un sistema monoetapa con el compresor 11 de refrigeración de la figura 2. Desde el puerto de descarga 12 el gas es llevado a un enfriador 13 del que sigue a un intercambiador 14 con la línea de aspiración 15 y seguidamente a un dispositivo de expansión 16. Una vez expansionado el gas es llevado a un evaporador 17 desde el que sigue al intercambiador 14 y de ahí al puerto de aspiración 18 del compresor 11.A circuit can be seen in figure 3 elementary schematic refrigerator in a single-stage system with the refrigeration compressor 11 of figure 2. From the port of discharge 12 the gas is taken to a cooler 13 of which follows a exchanger 14 with suction line 15 and then to a expansion device 16. Once expanded the gas is carried to an evaporator 17 from which it follows the exchanger 14 and hence to the suction port 18 of the compressor 11.
Según una segunda realización de la invención, en la figura 4 se muestra un compresor 21 de refrigeración de dos etapas, con una primera etapa con un mecanismo de biela-manivela convencional 22 y una segunda etapa con el mecanismo de yugo escocés 1' con vástago de refuerzo 9' de la invención. Los ejes de ambos cilindros están orientados en sentido opuesto entre sí, aunque también pueden estar orientados en un mismo sentido.According to a second embodiment of the invention, a refrigeration compressor 21 of two is shown in figure 4 stages, with a first stage with a mechanism of Conventional connecting rod-crank 22 and a second stage with the 1 'Scottish yoke mechanism with 9' reinforcing rod the invention. The axles of both cylinders are oriented in opposite direction to each other, although they may also be oriented in The same sense.
El gas entrante por el puerto de aspiración 23 se encuentra con el tabique perforado 24 donde precipita el aceite que circula con el refrigerante. El aceite se vacía al volumen general interno de la cuba 25 por medio del taladro de comunicación 26. El mecanismo es un mecanismo estándar de biela-manivela 22 con disposición de una placa de válvulas 27, incorporando tanto las de aspiración como la o las de descarga en la cabeza del cilindro 28. El gas se descarga a través del puerto de descarga 29.The incoming gas through the suction port 23 meets the perforated partition 24 where the oil precipitates circulating with the refrigerant. The oil is emptied to volume internal general of the tank 25 by means of the communication drill 26. The mechanism is a standard mechanism of connecting rod-crank 22 with arrangement of a plate valves 27, incorporating both the suction and the ones discharge at cylinder head 28. Gas is discharged through of discharge port 29.
La segunda etapa consiste en un pistón 6' que se mueve en el cilindro 7' por medio del mecanismo de yugo escocés 1' con vástago de refuerzo 9' según la invención. El gas procedente de la primera etapa penetra por el puerto de aspiración 30 y se descarga a través del puerto de descarga 31.The second stage consists of a 6 'piston that moves in the cylinder 7 'by means of the mechanism of Scottish yoke 1' with reinforcing rod 9 'according to the invention. The gas coming from the first stage penetrates through the suction port 30 and is download through download port 31.
En la figura 5 puede apreciarse un circuito frigorífico esquemático con el compresor 21 de refrigeración de dos etapas de la figura 4. Este circuito sólo difiere del indicado en la figura 3 en que se ha dispuesto un intercambiador de calor adicional 32 entre la descarga 29 de la primera etapa y la aspiración 30 de la segunda etapa.In figure 5 a circuit can be seen schematic refrigerator with two refrigeration compressor 21 stages of figure 4. This circuit only differs from the one indicated in Figure 3 in which a heat exchanger is arranged additional 32 between discharge 29 of the first stage and the aspiration 30 of the second stage.
Preferentemente, el gas utilizado es CO_{2} ya que proporciona altas presiones de trabajo, elevadas temperaturas de descarga y una elevada capacidad volumétrica. Asimismo, cumple con las exigencias del Protocolo de Kyoto al contribuir en la disminución del efecto invernadero.Preferably, the gas used is CO2 already which provides high working pressures, high temperatures discharge and high volumetric capacity. It also complies with the requirements of the Kyoto Protocol by contributing to the decrease of the greenhouse effect.
Por otra parte, el cilindro 7, 7' del yugo escocés 1, 1' de la invención comprende medios para la lubricación del pistón. Tal como puede apreciarse en las figuras 6 y 7, dichos medios de lubricación comprenden un rebaje 33 acumulador de aceite practicado en la carcasa del cilindro 7 y un orificio 34 de engrase que comunica dicho rebaje 33 con el orificio 35 de paso del pistón 6. De este modo, el aceite que proviene de la salida del orificio de engrase de la muñeca del cigüeñal 4 llega en parte a la pared del cilindro 7 y cae sobre el rebaje acumulador 33, desde el cual a través del orificio de engrase 34 llega al pistón 6, permitiendo una correcta lubricación. El rebaje 33 a modo de bandeja permite que se acumule el aceite y por tanto, garantiza el suministro suficiente y constante de aceite hacia el pistón 6.On the other hand, the 7, 7 'cylinder of the yoke 1, 1 'scotch of the invention comprises means for lubrication of the piston. As can be seen in figures 6 and 7, said lubrication means comprise a recess 33 oil accumulator made in the cylinder housing 7 and a grease hole 34 which communicates said recess 33 with the hole 35 of the piston 6. In this way, the oil that comes from the outlet of the hole greasing the crankshaft wrist 4 partly reaches the wall of cylinder 7 and falls on accumulator recess 33, from which to through the grease hole 34 it reaches the piston 6, allowing Proper lubrication The recess 33 as a tray allows that the oil accumulates and therefore guarantees the supply sufficient and constant oil towards the piston 6.
Claims (10)
11 mm.2. Scottish yoke mechanism (1, 1 ') according to claim 1, characterized in that the diameter of the piston (6, 6') is smaller than
11 mm
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