ES2275646T3 - Un compresor de tornillo con inyeccion de agua. - Google Patents

Abstract

Compresor de tornillo con inyección de agua que contiene dos rotores cooperantes (2-3) que están montados sobre cojinetes en un alojamiento (1), por lo que este alojamiento (1) limita una cámara del rotor (4) en la que están situados los rotores (2-3) y en la que circula un circuito de agua (11) para la inyección de agua, y que está provista de una entrada (5) y una salida (6) y por lo que los rotores (2-3) se sostienen, tanto en el lado de entrada como en el lado de salida, sobre cojinetes deslizantes radiales hidrodinámicos (18, 19, 25, 26) lubricados con agua mediante manguetas de eje, y también están axialmente montados sobre cojinetes en el lado de salida, y por lo que, en el lado de entrada, opuesta a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje (13, 16), se forma al menos una cámara (20, 21), caracterizado porque sólo en el lado de entrada, la cámara (20, 21) que se forma opuesta a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje (13, 16), se conecta directamente a una fuente (10, 4) de fluido bajo una presión que es equivalente a al menos el 70% de la presión de salida del compresor.

Description

Un compresor de tornillo con inyección de agua.

La presente invención se refiere a un compresor de tornillo con inyección de agua que contiene dos rotores cooperantes que están montados sobre cojinetes en un alojamiento, por lo que este alojamiento limita una cámara del rotor en la que están situados los rotores y en la que circula un circuito de agua para la inyección de agua, y que está provista de una entrada y una salida y por lo que los rotores se sostienen mediante manguetas de eje, tanto en el lado de entrada como en el lado de salida, en cojinetes deslizantes radiales hidrodinámicos lubricados con agua, y se sostienen también axialmente en el lado de salida, y por lo que, en el lado de entrada, opuesta a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje, se forma al menos una cámara.

En estos compresores con inyección de agua, se utiliza agua como lubricante en lugar de aceite, para los rotores y también sus cojinetes.

Se pueden añadir aditivos a esta agua como un agente anticorrosión y/o un agente que provoque una depresión del punto de congelación.

Esto hace posible obtener aire comprimido sin aceite de una manera sencilla y enfriar los rotores, de forma que por un lado la temperatura de compresión puede mantenerse bajo control y la eficacia de la compresión es grande y por otro lado, se evitan problemas de estanqueidad que surgirían si los cojinetes se lubricaran con aceite, puesto que el agua no puede penetrar en estos cojinetes y no puede haber fugas de aceite en el aire comprimido.

Estos compresores contienen cojinetes deslizantes hidrodinámicos para el posicionamiento radial y cojinetes deslizantes hidrostáticos o hidrodinámicos para el posicionamiento axial de los rotores, contrariamente a los compresores lubricados con aceite, que normalmente utilizan cojinetes de rodillos.

Los cojinetes deslizantes axiales, a los que se añade agua, deben absorber la fuerza axial, que ejerce el gas comprimido en los rotores.

Este compresor se describe en el documento W099/13224. En el lado de entrada, opuesta a cada extremo con corte transversal de las manguetas de eje, se forma una cámara, en la que se conecta una tubería de descarga que se abre a la cámara del rotor, no lejos de la entrada.

Las cámaras opuestas a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje recogen el líquido acuoso lubricante que proviene de los cojinetes radiales mediante elementos de restricción, y están bajo una presión limitada.

Además, también en el lado de entrada, opuestos a las manguetas de eje o a los anillos fijados en estas manguetas de eje, se forman espacios, en los que se conecta una tubería de descarga del mismo modo que comunica con la cámara del rotor en la proximidad de la entrada.

Por consiguiente, los cojinetes axiales del lado de salida deben absorber, casi exclusivamente, las fuerzas axiales de cada rotor, siendo dicho cojinete axial un cojinete combinado hidrodinámico/hidrostático.

Como los diámetros de los cojinetes están restringidos por la distancia central entre los rotores, la magnitud de la fuerza reactiva que puede generarse en el cojinete se determinará mediante la presión del agua en el cojinete.

En el caso de cojinetes axiales hidrostáticos, la presión de alimentación, requerida para absorber la fuerza axial mencionada anteriormente, será mayor que la presión de salida del elemento compresor, y con estos cojinetes, se requiere una bomba adicional para aumentar la presión de alimentación del agua para los cojinetes hidrostáticos.

En el caso de cojinetes axiales hidrodinámicos, la velocidad debe ser suficientemente alta para poder acumular suficiente presión hidrodinámica, lo que hace, por un lado, que la puesta en marcha contra la presión sea imposible y restringe fuertemente la magnitud de velocidad y así el campo de acción del compresor.

Puesto que en el compresor según el documento WO99/13224, los cojinetes axiales del lado de salida son cojinetes combinados hidrodinámicos/hidrostáticos, se reducen de algún modo los inconvenientes mencionados anteriormente, pero en la práctica se hace evidente que se necesita una bomba para alimentar los cojinetes axiales, y el compresor no puede funcionar bajo presiones altas.

Esta invención tiene como objetivo un compresor de tornillo con inyección de agua con cojinetes lubricados con agua que no tiene los inconvenientes mencionados anteriormente y permite, por consiguiente, un cojinete más eficaz, por lo que, como resultado, no se necesita ninguna bomba para alimentar los cojinetes hidrostáticos por un lado, y, por otro lado, en el caso de cojinetes axiales hidrodinámicos, el elemento compresor tiene un mayor campo de acción.

Este objetivo se logra según la invención porque, sólo en el lado de entrada, la cámara que se forma opuesta a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje, se conecta directamente a una fuente de fluido bajo una presión que es equivalente a al menos el 70% de la presión de salida del compre-
sor.

Gracias a la presión de la cámara o cámaras opuestas a los extremos con corte transversal del lado de entrada, se crea una presión axial en los extremos con corte transversal de las manguetas de eje hacia el lado de salida que contrarresta la fuerza axial que ejerce el gas comprimido en los rotores.

Preferentemente, se forma una cámara en el lado de entrada, opuesta a cada mangueta de eje, y cada cámara está directamente conectada a una fuente de fluido bajo una presión que es equivalente a al menos el 70% de la presión de salida del compresor.

La cámara opuesta a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje del lado de entrada puede conectarse a la parte del circuito de agua en el que prevalece prácticamente la presión de salida del compresor, de forma que el fluido es el agua de inyección para los rotores.

Según otra forma de realización de la invención, la cámara mencionada anteriormente se conecta al interior de la cámara del rotor.

En este caso, se proporciona no sólo el agua sino también una mezcla de gas y agua a la cámara. Esta cámara se conecta preferentemente a la cámara del rotor mediante un conducto que se conecta a la pared de la cámara del rotor en un lugar por el que fluirá una mezcla de gas y agua a través del conducto, que todavía contiene relativamente mucha agua.

El cojinete axial de las manguetas de eje del lado de salida pueden formarse mediante cojinetes deslizantes hidrodinámicos que también se conectan a la parte del circuito de agua que está situado prácticamente en la presión de salida, de forma que también con estos cojinetes deslizantes es sencillo el suministro de agua.

El cojinete axial de las manguetas de eje en el lado de salida también puede estar formado por cojinetes hidrostáticos que contienen cada uno un anillo que rodea la mangueta de eje y que se conecta a un collarín que sobresale radialmente en el lado de los cuerpos de los rotores, con una cámara en forma de anillo en cada lado del alojamiento llena de agua bajo presión que se conecta a la parte del circuito de agua en la que prevalece prácticamente la presión de
salida.

Preferentemente, la salida del compresor se abre a un separador de agua, y la parte del circuito de agua que está situada prácticamente en la presión de salida es un conducto que está conectado a la parte de recogida de agua de dicho separador de agua.

El compresor puede accionarse mediante el lado de salida.

Para explicar mejor las características de la invención, se describen algunas formas de realización preferidas de un compresor de tornillo con inyección de agua según la invención sólo a modo de ejemplo sin ser limitadoras en ningún caso, con referencia a los dibujos que se acompañan en los que:

la fig. 1 representa esquemáticamente un compresor de tornillo según la invención;

la fig. 2 representa la parte que se indica con F2 en la figura 1 a mayor escala;

la fig. 3 representa una parte análoga a la de la figura 2, pero con referencia a otra forma de realización;

la fig. 4 representa esquemáticamente un elemento de un compresor de tornillo análogo al de la figura 1, pero con referencia a otra forma de realización de la invención.

El compresor de tornillo con inyección de agua que se representa en las figuras 1 y 2 consiste principalmente en un alojamiento 1 y dos rotores cooperantes, a saber un rotor hembra 2 y un rotor macho 3 que están montados sobre cojinetes en dicho alojamiento 1.

Como ya se ha mencionado, puede añadirse un aditivo al agua.

El alojamiento 1 encierra una cámara del rotor 4 que se proporciona en un extremo alejado, llamado el lado de entrada, con una entrada 5 que consiste en una apertura de entrada para comprimir el gas, y en el otro extremo alejado, llamado el lado de salida, con una salida 6 para el gas comprimido y la inyección de agua.

En esta salida 6 se conecta un conducto de salida 7 que circula en un separador de agua 8 en el que se abre un conducto de descarga 9 para gas comprimido en la parte superior y en el que se conecta un conducto de agua 10 en la parte inferior para llevar el agua de vuelta a la cámara del rotor 4 en la que circula dicho conducto de agua 10 mediante las aperturas 10a y 10b.

El separador de agua 8 y el conducto de agua 10 forman parte de un circuito de agua 11. Como la presión, a saber la presión de salida, en el conducto de salida 7 es relativamente alta durante el funcionamiento normal del elemento del compresor de tornillo, prevalecerá prácticamente la misma presión de salida en el separador de agua 8, y el conducto de agua 10 formará una parte del circuito de agua 11 que se sitúa prácticamente en la presión de salida del compresor de tornillo.

El rotor hembra 2 contiene un cuerpo de tornillo 12 y dos manguetas de eje 13 y 14, mientras que el rotor macho 3 también tiene un cuerpo en forma de tornillo 15 y dos manguetas de eje 16 y 17.

En el lado de entrada, las manguetas de eje 13 y 16 de los rotores 2 y 3 están radialmente montadas sobre cojinetes en el alojamiento 1 mediante cojinetes deslizantes hidrodinámicos 18 y 19 lubricados con agua. Allí donde se sitúan estos cojinetes deslizantes 18 y 19, las manguetas de eje 13 y 16 están provistas de un recubrimiento especial.

Opuestas a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje 13 y 16 respectivamente, se forman las cámaras cerradas 20 y 21 en una parte extrema 22 del alojamiento 1 que están conectadas directamente al conducto de agua 10, y así a la parte del circuito de agua 11 que está situada en la presión de salida, mediante las bifurcaciones 23, 24 respectivamente, de forma que se ejerce una presión en los extremos con corte transversal de dichas manguetas de eje 13 y 16 durante el funcionamiento del
compresor.

El agua que se fuga de dichas cámaras 20 y 21 mediante las manguetas de eje 13 y 16 fluye hacia la cámara del rotor 4 y proporciona el agua para los cojinetes deslizantes radiales 18 y 19.

En el lado de salida, las manguetas de eje 14 y 17 de los rotores 2 y 3 en el alojamiento 1 se sostienen radialmente en un cojinete deslizante hidrodinámico 25, 26 respectivamente, y se sostienen axialmente en un cojinete deslizante hidrostático 27, 28 respectivamente.

Cada cojinete deslizante axial hidrostático 27 y 28 contiene un anillo 29 que encaja con un collarín 30 de la mangueta de eje 14 ó 17 en el lado de los cuerpos 12 ó 15, y contiene una cámara en forma de anillo 31, 32 respectivamente formada en el alojamiento 1 en ambos lados dirigidos radialmente de dicho anillo 29.

Las dos cámaras en forma de anillo 31 y 32 están conectadas a un conducto de agua 34 mediante un conducto 33, 33A respectivamente, que a su vez está conectado al conducto de agua mencionado anteriormente 10 y así a la parte en la presión de salida del circuito de agua 11.

Se proporciona en cada conducto 33 y 33A, como es habitual con los cojinetes deslizantes hidrostáticos, un elemento de restricción 35.

La mangueta de eje 17 se extiende fuera del alojamiento 1, donde puede acoplarse a un accionador que no se representa en la figura 1.

El rotor hembra 2 no está conectado a este accionador, pero se acciona mediante el rotor macho 3.

En el exterior respecto al cojinete deslizante axial 28, la mangueta de eje 17 se hace estanca respecto al alojamiento 1 mediante una junta con reborde 36 para parar el agua de fuga de la cámara en forma de anillo 32.

El agua de fuga que va al interior proporciona el agua para el cojinete deslizante hidrodinámico radial 26 de la mangueta de eje 17.

De manera análoga, el agua de fuga del cojinete deslizante axial 27 proporciona el agua para el cojinete deslizante hidrodinámico 25.

Como la mangueta de eje 17 sobresale fuera del alojamiento 1, no puede formarse ninguna cámara en un extremo con corte transversal de esta mangueta de eje 17, por supuesto. Tampoco habrá opuesta al extremo con corte transversal de la mangueta de eje 14 una cámara que se conecte directamente a la parte del circuito de agua 11 en el que prevalece prácticamente la presión de salida del compresor.

Cuando el elemento compresor se activa, una alta presión en el lado de salida, a saber la presión de salida que coincide prácticamente con la presión en el separador de agua 8, ejercerá una fuerza axial en los cuerpos del rotor 12 y 15 en la dirección del lado de entrada. Estas fuerzas se compensan ampliamente con la contrapresión en las cabezas de las manguetas de eje 13 y 16 en el lado de entrada, puesto que la presión del agua en las cámaras 20 y 21 es equivalente a la presión de salida.

Esto implica que se deja poca fuerza a los cojinetes deslizantes axiales 27 y 28 para superar, y que el agua bajo la presión de salida del compresor bastará para alimentar dichos cojinetes deslizantes axiales hidrostáticos, de forma que no se requiere ninguna bomba adicional.

La caída de presión por encima del elemento de restricción 35 en el conducto 33 o 33A depende del caudal que proviene a través del mismo, dependiendo dicho mismo caudal de la posición del anillo 29. Cuando no se ejerce ninguna fuerza axial en el cojinete, el anillo 29 y así, la mangueta de eje 14 ó 17 adoptarán una posición de equilibrio por la que los caudales de cada lado del anillo 29 son casi equivalentes, y las caídas de presión en los dos elementos de restricción 35 en los conductos 33 y 33A de la mangueta de eje 14 ó 17 son casi equivalentes.

Cada desplazamiento de la mangueta de eje 14 ó 17 perturba dicho equilibrio y se compensa de forma inmediata, puesto que se crea una diferencia de presión en las dos cámaras en forma de anillo 31 y 32 que pertenecen a la mangueta de eje 14 ó 17.

Sólo el agua de fuga puede fluir hacia fuera desde los cojinetes deslizantes axiales 27 y 28 alrededor de las manguetas de eje 14 y 17. Por tanto, la junta con reborde 36 alrededor de la mangueta de eje 17 no tiene presión.

La forma de realización que se representa en la figura 3 sólo difiere de la forma de realización que se ha descrito anteriormente en que las manguetas de eje 14 y 17 se sostienen axialmente en el lado de salida sobre un cojinete deslizante hidrodinámico 37, 38 respectivamente.

Asimismo este cojinete deslizante hidrodinámico 37 ó 38 pueden ser de una construcción conocida. Cuando giran los rotores 2 y 3, un colchón de agua levantará la mangueta de eje 14 ó 17. Aunque la presión del agua no es muy importante, es ventajoso desde un punto de vista estructural conectar también estos cojinetes deslizantes 37 y 38 al conducto de agua 10 mediante los conductos 33 y 33A, en los que se proporcionan, no obstante, elementos de restricción, mediante el conducto de agua 34, de forma que también pueden alimentarse con agua que está prácticamente en la presión de salida del compresor de torni-
llo.

La forma de realización que se representa en la figura 4 difiere principalmente de la forma de realización que se representa en la figura 1 en que las dos cámaras 20 y 21 del lado de entrada, opuestas a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje 13 y 16, no están directamente conectadas a la parte de recogida de agua del separador de agua 8 mediante bifurcaciones 23 y 24, sino que se alimentan directamente a partir de la cámara del rotor 4 mediante un conducto separado 39, de forma que estas cámaras 20 y 21 se ponen bajo una presión del 70%, y preferentemente más, de la presión de salida del
compresor.

Este conducto se conecta al interior de la cámara de rotor 4 mediante la pared, cerca del extremo del lado de salida, de forma que la mezcla de agua y aire comprimido que fluye a las cámaras 20 y 21 mediante el conducto 39 está situada en una presión de más del 70% de la presión de salida, y preferentemente tan cerca como sea posible de dicha presión de salida.

No se aconseja la formación de bifurcaciones a partir del conducto de salida 7 en sí mismo, puesto que sólo se proporcionaría prácticamente aire comprimido y casi nada de agua a las cámaras 20 y 21. Bifurcando cerca de la salida 6, desde un punto de vista axial, pero en la carcasa de la cámara del rotor 4, en un lugar en el que haya relativamente mucha más agua, nos aseguramos de que la mezcla de aire y agua mencionada anteriormente contiene relativamente mucha más agua, lo que es bueno para la lubricación de las manguetas de eje 20 y 21.

Mientras que en la forma de realización según las figuras 1 a 3, los cojinetes deslizantes radiales hidrodinámicos 18 y 19 pueden alimentarse en el lado de entrada mediante agua de fuga a partir de las cámaras 20 y 21, esta manera de alimentar los cojinetes deslizantes 18 y 19 no es la indicada cuando se suministra una mezcla de aire y agua a dichas cámaras 20 y 21, como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 4.

La presión hidrodinámica puede variar rápidamente, y, como el aire en la mezcla puede comprimirse, las variaciones de presión darán como resultado una compresión o expansión del aire, que puede deteriorar la superficie del cojinete.

Por eso, como se representa en la figura 4, los cojinetes 18 y 19 están divididos en dos, a saber una parte 18A, 19A respectivamente, en el lado de la cámara del rotor 4, y una parte 18B, 19B respectivamente, en el lado de las cámaras 20 y 21, con una ranura en forma de anillo 40 entre las partes 18A y 18B que se proporciona alrededor de la mangueta de eje 13 dentro del alojamiento 1, y una ranura en forma de anillo 41 entre las partes 19A y 19B que se proporciona alrededor de la mangueta de eje 16 dentro del alojamiento.

Las partes 18A y 19A forman el cojinete deslizante real y se conectan a la parte 10 del circuito de agua 11, mediante un conducto 42, 43 respectivamente, en el que prevalece prácticamente la presión de salida, y se alimentan exclusivamente con agua bajo presión desde dicha parte 10.

Las partes 18B y 19B de los cojinetes deslizantes 18 y 19 funcionan como una junta para prevenir que fluya demasiado aire con agua fuera de la cámara del rotor 4 mediante el conducto 39, lo que implicaría una pérdida de eficacia.

Las dos ranuras 40 y 41 están conectadas al lado de entrada de la cámara del rotor 4 mediante un conducto parcialmente común 44, de forma que se descarga aire y agua que podría fugarse posiblemente a través de las partes 18B y 19B en el lado de entrada de la cámara del rotor 4.

La invención no se limita de ningún modo a la forma de realización que se ha descrito anteriormente representada en los dibujos que la acompañan; por el contrario, este compresor de tornillo con inyección de agua puede realizarse con todo tipo de variantes mientras siga permaneciendo dentro del alcance de las
reivindicaciones.

Claims (11)

1. Compresor de tornillo con inyección de agua que contiene dos rotores cooperantes (2-3) que están montados sobre cojinetes en un alojamiento (1), por lo que este alojamiento (1) limita una cámara del rotor (4) en la que están situados los rotores (2-3) y en la que circula un circuito de agua (11) para la inyección de agua, y que está provista de una entrada (5) y una salida (6) y por lo que los rotores (2-3) se sostienen, tanto en el lado de entrada como en el lado de salida, sobre cojinetes deslizantes radiales hidrodinámicos (18, 19, 25, 26) lubricados con agua mediante manguetas de eje, y también están axialmente montados sobre cojinetes en el lado de salida, y por lo que, en el lado de entrada, opuesta a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje (13, 16), se forma al menos una cámara (20, 21), caracterizado porque sólo en el lado de entrada, la cámara (20, 21) que se forma opuesta a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje (13, 16), se conecta directamente a una fuente (10,4) de fluido bajo una presión que es equivalente a al menos el 70% de la presión de salida del compresor.

2. Compresor de tornillo según la reivindicación 1, caracterizado porque se forma una cámara (20, 21) en el lado de entrada opuesto a cada mangueta de eje (13, 16), y porque cada cámara (20, 21) está directamente conectada a una fuente (10, 4) de un fluido bajo una presión que es equivalente a al menos el 70% de la presión de salida del compresor.

3. Compresor de tornillo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la cámara (20, 21) opuesta a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje (13, 16) del lado de entrada está conectada a la parte (10) del circuito de agua (11) en el que prevalece prácticamente la presión de salida del compresor, de forma que el fluido forma el agua de inyección para los rotores (2-3).

4. Compresor de tornillo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la cámara (20, 21) opuesta a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje (13, 16) del lado de entrada está conectada al interior de la cámara del rotor (4) mediante un conducto (39).

5. Compresor de tornillo según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho conducto (39) está conectado a la pared de la cámara del rotor (4) en un lugar por el que fluirá una mezcla de gas y agua a través del conducto, que todavía contiene relativamente mucha agua.

6. Compresor de tornillo según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque la cámara (20, 21) opuesta a los extremos con corte transversal de las manguetas de eje (13, 16) del lado de entrada está conectada al interior de la cámara del rotor (4) en una distancia corta de la salida (6), vista en la dirección axial de los rotores (2, 3).

7. Compresor de tornillo según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque los cojinetes radiales hidrodinámicos (18, 19) tienen dos partes (18A, 18B; 19A, 19B) en el lado de entrada, por lo que la parte (18A, 19A) en el lado de la cámara del rotor (4) forma el cojinete real y está conectado a una fuente de agua bajo presión, preferentemente una parte (10) del circuito de agua (11), en el que prevalece prácticamente la presión de salida del compresor, mientras que las otras partes (18B, 19B) de los cojinetes mencionados anteriormente (18, 19) forman una junta y se proporciona entre las partes (18A y 18B; 19A y 19B) de cada uno de los cojinetes mencionados anteriormente (18, 19) una descarga para el agua y el gas de fuga.

8. Compresor de tornillo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cojinete axial de las manguetas de eje (14, 17) del lado de salida consiste en cojinetes deslizantes hidrodinámicos (37, 38) que se conectan a la parte (10) del circuito de agua (11) en el que prevalece prácticamente la presión de salida.

9. Compresor de tornillo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los cojinetes axiales de las manguetas de eje (14, 17) en el lado de salida son cojinetes hidrostáticos (27, 28) que contienen cada uno un anillo (29) que rodea la mangueta de eje (14, 17) y que encaja con un collarín (30) en el lado de los cuerpos (12, 15) de los rotores (2, 3), con una cámara en forma de anillo (31, 32) llena de agua bajo presión en cada lado del alojamiento, que se conecta a la parte (10) del circuito de agua (11) en la que prevalece prácticamente la presión de
salida.

10. Compresor de tornillo según la reivindicación 3 ó 8 ó 9, caracterizado porque la salida del compresor fluye hacia un separador de agua (8) y porque la parte (10) en la que prevalece prácticamente la presión de salida es un conducto que está conectado a la parte de recogida de agua de dicho separador de agua (8).

11. Compresor de tornillo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el rotor macho (3) se acciona con el lado de salida.