ES2280959T3 - Sistema para ajustar las frecuencias de resonancia en un compresor lineal. - Google Patents
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Abstract
Un compresor lineal que comprende un sistema para ajustar frecuencias de resonancia que incluye, en el interior de una carcasa: un motor lineal (20) suministrado por una corriente eléctrica AC que presenta una frecuencia de suministro eléctrico predeterminada; un cilindro (1) dentro del cual se define una cámara de compresión (CC) cerrada por una placa de válvula (2); un pistón (10) recíprocamente dentro del cilindro (1) en carreras de succión y compresión consecutivas; y un medio accionador (9) que acopla operativamente el pistón (10) al motor lineal (20) formando parte dicho pistón (10) y un medio accionador (9) de un conjunto resonante, y que incluye adicionalmente: - un medio detector (D) para detectar una carga impuesta al motor lineal 20 del compresor, en un estado funcional de este último relacionado con la presión de gas en la descarga del mismo, y - un medio de ajuste de frecuencia asociado operativamente con el medio detector (D) y con el conjunto resonante, para definir, como unafunción del estado funcional detectado para el gas en la descarga del compresor, un ajuste de frecuencia a un valor de la frecuencia de resonancia mecánica del conjunto resonante correspondiente a la frecuencia de suministro eléctrico, manteniendo sin alterar la distancia mínima entre el pistón (10) y la placa de válvula (2) al final de cada carrera de compresión, variando la masa del conjunto resonante y/o la carrera media del pistón (10), obteniéndose la variación de la carrera funcional del pistón (10) modificando el punto muerto del pistón 10 al final de la carrera de succión.
Description
Sistema para ajustar las frecuencias de
resonancia en un compresor lineal.
La presente invención se refiere a un sistema
para controlar y ajustar las frecuencias de resonancia en un
compresor lineal del tipo usado en pequeños aparatos de
refrigeración tales como neveras, congeladores, fuentes de agua,
etc.
Los compresores lineales presentan una
frecuencia de resonancia mecánica que esta definida por la constante
de elasticidad y por las masas de los componentes móviles de dicho
compresor cuando los últimos trabajan sin carga de gas a refrigerar
(no cargado), es decir, si bombear gas. La frecuencia de resonancia
mecánica del sistema masa-resorte del comprensor es
una función de la proyección masa-resorte del mismo
y define la frecuencia de resonancia mecánica natural del
compresor.
La frecuencia de resonancia mecánica durante el
funcionamiento del compresor, con este último bombeando gas a una
proporción de presión determinada, definiéndose dicha proporción de
presión como la presión de descarga dividida por la presión de
succión, está influida por el efecto gas-resorte
resultante de la compresión del fluido refrigerante en la cámara
del compresión del compresor, siendo dicho efecto mayor o menor
dependiendo de la proporción presión/volumen muerto.
El sistema masa-resorte del
compresor se diseña para que presente una frecuencia de resonancia
mecánica sustancialmente próxima a la frecuencia de suministro
eléctrico del sistema de energía, es decir de aproximadamente 50 Hz
o 60 Hz, dependiendo de la localización. La obtención de este
objetivo puede denominarse sintonización funcional.
En el estado de sintonización entre la
frecuencia de resonancia mecánica del comprensor y la frecuencia de
suministro eléctrico del sistema de energía, la energía que debe
suministrarse al compresor es básicamente la suma de la energía
consumida para la compresión del gas y la energía consumida por la
fricción entre las piezas móviles durante el funcionamiento.
Los diseños del compresor conocidos normalmente
presentan un sistema masa-resorte con una frecuencia
de resonancia mecánica natural, sin considerar las cargas por
debajo de la frecuencia de suministro eléctrico del sistema de
potencia.
Para que sea eficaz durante el funcionamiento en
un sistema de refrigeración, el compresor lineal debe tener su
frecuencia de resonancia mecánica igual o al menos sustancialmente
igual a la frecuencia eléctrica suministrada al motor del
compresor, ya que en este estado hay un equilibrio entre la
acumulación y la liberación de energía, estableciendo un estado
funcional sintonizado. Cuando el compresor funciona sin sintonizar,
necesita recibir más energía para mantener su funcionamiento y
también para generar trabajo de compresión.
El gas que se bombea durante el funcionamiento
del compresor en un sistema de refrigeración actúa como resorte
adicional en el sistema masa-resorte del compresor,
modificando su frecuencia de resonancia mecánica, llevando a esta
última a valores que pueden divergir hacia arriba o hacia abajo de
los valores de la frecuencia de suministro eléctrico del sistema de
energía. Este resorte adicional, o resorte de gas, presenta una
constante media que es una función de la proporción presión/volumen
muerto. Cuando el gas se comprime hacia fuera del cilindro parte de
la energía de compresión vuelve al sistema mecánico, suministrando
trabajo de nuevo hacia el sistema mecánico, dando como resultado un
efecto elástico. En condiciones de aumento de la proporción de
presión, el efecto resorte de gas se intensifica, aumentando la
frecuencia de resonancia mecánica. En condiciones de aumento del
volumen muerto, tras reducir la capacidad del compresor, el efecto
de resorte de gas se intensifica también aumentando la frecuencia de
resonancia mecánica.
En el sistema de refrigeración, las presiones
dependen de la carga térmica existente dentro del aparato de
refrigeración, es decir, la fuente de carga térmica que existe en el
interior del mismo y que está generando calor, que el sistema debe
retirar; y sobre la temperatura del entorno en el que se localiza la
nevera, la temperatura del condensador debe ser mayor que la
temperatura del entorno ya que el condensador debe trabajar
transfiriendo calor al entorno que es externo al que se está
refrigerando en el aparato de refrigeración.
En días más cálidos, así como en condiciones en
las que haya refrigerar mayor carga, las presiones de compresión de
gas aumentan y el compresor se fuerza a trabaja más de manera que el
sistema de refrigeración puede retirar calor del medio bajo
refrigeración. Las variaciones de presión en el sistema de
refrigeración varían la capacidad del compresor y modifican el
estado de sintonización entre su frecuencia de resonancia mecánica y
la frecuencia de suministro eléctrico del sistema de energía.
En determinadas situaciones, la pérdida de
equilibrio entre las frecuencias eléctrica y mecánica en el
compresor da como resultado, para lo último, una mayor necesidad de
energía para mantener el bombeo de gas.
En una situación en la que el aparato de
refrigeración pasa de un estado desconectado a una estado conectado,
el sistema de refrigeración de este aparato se somete a picos de
alta presión, con máxima capacidad de bombeo, lo que aumenta la
frecuencia de resonancia mecánica del compresor, provocando un
desequilibrio entre dicha frecuencia de resonancia mecánica y la
frecuencia de suministro eléctrico del sistema de energía. En dichas
condiciones, el motor del compresor tiene que aumentar su fuerza
funcional para mantener el mecanismo en la misma frecuencia que la
del sistema de energía. Como el rendimiento del motor es una función
de su esfuerzo para funcionar, hay una pérdida de eficacia del
motor cuando la frecuencia de resonancia mecánica no se ecualiza con
la frecuencia de suministro eléctrico del sistema de energía.
Se conocen a partir de la técnica anterior
soluciones para ajustar la frecuencia de suministro eléctrico con
la frecuencia de resonancia mecánica del compresor en
funcionamiento. En una de dichas soluciones, el ajuste de
frecuencia se obtiene mediante un equilibrio electrónico,
rectificando la frecuencia del sistema de energía y después
alterando este último de acuerdo con los cambios que ocurren en el
sistema mecánico.
En una solución particular dentro de este
concepto, el equilibrio electrónico se consigue variando la
velocidad del motor del compresor (documento Patente de Brasil
PI9601535-7). Sin embargo, esta solución es cara y
presenta pérdidas de energía. Otro compresor lineal que tiene un
sistema para ajustar frecuencias resonantes se conoce a partir de la
Patente de Estados Unidos 4.353.220.
No se conocen soluciones en la técnica anterior
para ajustar la frecuencia de resonancia mecánica, lo que permite,
durante estados funcionales, corregir dicha frecuencia y hacerla
sustancialmente igual a la frecuencia de suministro eléctrico del
sistema de energía.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención
es proporcionar
Un sistema para ajustar las frecuencias de
resonancia en un compresor lineal, que controla y realiza la
frecuencia de resonancia mecánica del compresor, al menos en
determinadas estados funcionales, a valores que están
sustancialmente próximos a los de la frecuencia de suministro
eléctrico del compresor, sin presentar los altos costes y altas
pérdidas de energía de los sistemas de control electrónicos.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
sistema tal como el mencionado anteriormente, que mantiene el
volumen muerto del compresor en un valor mínimo durante el
funcionamiento del mismo, mantenido un rendimiento volumétrico
adecuado, con una pérdida de energía mínima.
Estos y otros objetos se consiguen mediante un
compresor lineal como se define mediante el asunto de la
reivindicación 1 de la patente.
La invención se describirá a continuación, con
referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una vista en sección vertical
longitudinal esquemática simplificada de un compresor lineal al que
puede aplicarse la presente invención;
La figura 1a es una vista esquemática, similar a
la de la figura 1, pero que ilustra otra realización de la presente
solución;
La figura 2 es una vista de sección longitudinal
esquemática parcial del compresor de la figura 1, que ilustra una
primera realización de la invención, de acuerdo con la cual el punto
muerto del pistón, opuesto a la placa de válvula, se varía mediante
un impulsor hidráulico o neumático;
La figura 3 es una vista de sección longitudinal
esquemática parcial del compresor de la figura 1, que ilustra una
segunda realización de la invención, en la que el punto muerto del
pistón, opuesto a la placa de la válvula, se varía mediante un
impulsor hidráulico o neumático;
La figura 4 es una vista de sección longitudinal
esquemática parcial del comprensor de la figura 1, que ilustra una
tercera realización de la invención, en la que el punto muerto del
pistón, opuesto a la placa de válvula, se varía mediante un impulsor
mecánico en forma de una leva con desplazamiento lineal;
La figura 4a es una vista de sección
longitudinal esquemática parcial del compresor de la figura 1, que
ilustra otra realización para la leva con el desplazamiento lineal
de la tercera realización de la invención;
La figura 5 es una vista de sección longitudinal
esquemática parcial del compresor de la figura 1, que ilustra una
cuarta realización de la invención, en la que el punto muerto del
pistón, opuesto a la placa de válvula, varía mediante un impulsor
mecánico en forma de una leva rotatoria;
La figura 6 es una vista de sección longitudinal
esquemática parcial del compresor de la figura 1, que ilustra una
quinta realización de la invención, en la que el punto muerto del
pistón, opuesto a la placa de válvula, se varía mediante un impulsor
mecánico en forma de un medio de detección mecánico con forma de
tornillo;
La figura 7 es una vista de sección longitudinal
esquemática parcial del compresor de la figura 1, que ilustra una
sexta realización de la invención, en la que el punto muerto del
pistón, opuesto a la placa de válvula, varía mediante un impulsor
neumático con una construcción particular; y
La figura 8 es una vista de sección longitudinal
esquemática parcial del compresor de la figura 1, que ilustra una
séptima realización de la invención, en la que la variación del
ajuste de las frecuencias de resonancia de la presente invención se
obtiene variando la masa en el interior del pistón.
La presente invención se describirá con relación
al compresor recíproco accionado por un motor lineal del tipo usado
en los sistemas de refrigeración y que comprende, dentro de una
carcasa hermética (no ilustrada), un conjunto
motor-compresor que incluye un cilindro 1, que está
cerrado, en uno de los extremos del mismo, por una placa de válvula
2, dentro del cual se proporciona un pistón 10 recíproco en carreras
de succión y comprensión consecutivas.
En las construcciones convencionales, una parte
inferior interna de la carcasa define un depósito para el aceite
lubricante del compresor.
En la placa de válvula 2 se define un orificio
de succión 3 y un orificio de descarga 4 del compresor, que se
cierran respectiva y selectivamente mediante una válvula de succión
5 y mediante una válvula de descarga 6, para permitir la
comunicación fluida selectiva entre una cámara de compresión CC, que
se define dentro del cilindro 1 entre una parte superior del pistón
y la placa de válvula 2, y partes internas respectivas del cabezal
de cilindro 7 que se mantienen en comunicación fluida con los lados
de baja presión y alta presión del sistema de refrigeración que
incluye el compresor.
Como se ilustra en los dibujos adjuntos, el
compresor comprende adicionalmente un motor lineal 20 montado
alrededor del cilindro 1 y el pistón 10 y que incluye un apilamiento
de laminaciones internas 21 con un imán 22 insertado en su interior
y que es impulsado axialmente tras la activación del motor lineal 20
y un apilamiento de laminaciones externas 23.
En la construcción ilustrada, el compresor
incluye adicionalmente un medio de resorte convencional 8 acoplado
a un montaje de resonancia a un montaje no resonante C del compresor
y que puede deformarse axialmente elásticamente en la dirección de
desplazamiento del pistón 10, y un medio accionador 9 que lleva el
imán 22, acoplando operativamente dicho medio accionador 9 el
pistón 10 al motor lineal y definiendo, con dicho pistón 10 y medio
de resorte 8, un conjunto resonante del compresor.
El motor lineal 20 está suministrado por una
corriente eléctrica que presenta una frecuencia de suministro
eléctrico que se determina previamente, por ejemplo de
aproximadamente 50 o 60 Hz, que generalmente corresponde a la
frecuencia de suministro eléctrico del sistema de potencia.
De acuerdo con la presente invención, el ajuste
entre la frecuencia de resonancia mecánica del compresor y la
frecuencia de suministro eléctrico del mismo se consigue mediante un
sistema para ajustar las frecuencias que comprende en general un
medio detector D para detectar una carga impuesta al motor lineal 20
del compresor en un estado funcional del mismo y que está
relacionado con la presión del gas en su descarga; un medio de
ajuste de frecuencia, que está asociado operativamente con el medio
detector D y con el conjunto resonante, para definir, como una
función del estado funcional detectado para el gas en la descarga
del compresor, por ejemplo al menos una de las condiciones de:
presión y temperatura del gas comprimido en la descarga del
compresor, y corriente eléctrica funcional del motor lineal 20, un
ajuste de frecuencia, variando al menos uno de los valores
relacionados con la masa del conjunto resonante y con la carrera
media del pistón 10, a un valor de la frecuencia de resonancia
mecánica del conjunto resonante correspondiente a la frecuencia de
suministro eléctrico, manteniendo sin alterar la distancia mínima
entre el pistón y la placa de válvula 2 al final de cada carrera
de
compresión.
compresión.
En una realización que se describirá a
continuación, el sistema de ajuste de la presente invención
comprende una unidad de control 30 conectada operativamente con el
medio detector D y el medio ajuste, para recibir, desde el primero,
información sobre uno de los estados funcionales de: presión y
temperatura del gas en la descarga del compresor, y corriente
eléctrica funcional en el motor lineal 20, para ordenar al medio de
ajuste para que proporcione una de las operaciones relacionadas con
la variación de la carrera media del pistón 10 y variar la masa del
conjunto resonante.
En un sistema de refrigeración, las presiones
dependen de la carga térmica encontrada dentro del aparato de
refrigeración que genera calor, que el sistema de refrigeración
tiene que retirar y que define la temperatura del medio; cuanto más
alta sea la temperatura del medio, mayor debe ser la temperatura del
condensador para transferir calor a dicho medio. Las presiones en
el sistema de refrigeración cambian continuamente y para compensar
dichos cambios es necesario variar la capacidad del compresor.
En una situación en la que el aparato de
refrigeración, por ejemplo una nevera, pasa desde un estado
desconectado a un estado conectado, el sistema de refrigeración se
somete a un pico de alta presión, aumentando la frecuencia de
resonancia mecánica. Por otro lado, las variaciones en la carga
impuesta al motor lineal 20 provocan una variación en la
fase/intensidad de la corriente, con la dinámica del mecanismo
definiéndose por uno de los siguientes parámetros: desplazamiento,
velocidad o aceleración. El ajuste de la frecuencia de resonancia
mecánica a la frecuencia de suministro eléctrico puede
conseguirse:
- variando la proporción presión de
descarga/presión de succión, considerando que el aumento de la
proporción de presión aumenta la frecuencia de resonancia
mecánica;
- variando la carrera del pistón 10,
considerando que el aumento de la carrera reduce la frecuencia de
resonancia mecánica;
- variando el volumen muerto, considerando que
el aumento del volumen muerto aumenta la frecuencia de resonancia
mecánica; y
- variando la masa del pistón 10, considerando
que el aumento de la masa del pistón 10 reduce la frecuencia de
resonancia mecánica.
La presente invención proporciona un sistema
para ajustar las resonancias, que usa al menos uno de los valores
relacionados con la carrera media del pistón 10 y con la masa del
conjunto resonante del compresor, sintonizando el compresor para
que trabaje en un estado de proporción de presión alta, para superar
las condiciones críticas necesarias para el sistema de refrigeración
con un volumen muerto mínimo.
De acuerdo con las formas constructivas de la
invención ilustrada en las figuras 2-7, el ajuste
deseado para la frecuencia de resonancia mecánica del conjunto
resonante se realiza mediante un medio de ajuste que varía la
carrera media funcional del pistón, obtenida modificando el punto
muerto del pistón 10 al final de la carrera de succión.
En las realizaciones ilustradas en las figuras
2-6, la modificación del punto muerto del pistón 10
al final de la carrera de succión se realiza mediante un medio de
ajuste en la forma de un impulsor I, que puede definirse, por
ejemplo mediante un accionador hidráulico, un accionador neumático,
y un accionador mecánico que se acoplan operativamente al conjunto
resonante y la unidad de control 30, para ser accionados por esta
última entre un estado no operativo, en el que no se produce
ninguna alteración en la carrera del pistón 10, y un estado
funcional, en el que se modifica la carrera del pistón 10 para
ajustar la frecuencia de resonancia mecánica del conjunto resonante
a la frecuencia de suministro eléctrico.
En la realización de la figura 2, en la que el
impulsor I es un accionador hidráulico 40, este último tiene un
cilindro C1 definido en una porción del conjunto no resonante C del
compresor, y un émbolo acoplado operativamente al medio de resorte
8, mintiéndose el accionador hidráulico 40 en comunicación fluida
directa con un depósito de ecualización provisto en el interior o
en el exterior de la carcasa del compresor, a través de un conducto
adecuado D1. En una realización de la presente solución, el fluido
de ecualización es el aceite lubricante el comprensor.
En la realización en la que el impulsor I es un
accionador neumático 50, este último puede construirse también como
se describe con relación al accionador hidráulico 40 ilustrado en la
figura 2, aunque sólo sustituyendo el fluido de ecualización
compresible por un fluido compresible, tal como un gas. En una
solución constructiva, el gas que activa el accionador neumático
50, es el gas refrigerante que existe dentro de la carcasa.
En una realización de la presente invención
ilustrada en la figura 3, el accionador neumático 50 está en forma
de un fuelle acoplado operativamente al conjunto no resonante C y el
medio de resorte 8.
Como puede observarse, cuanta más alta o más
baja sea la presurización interna del accionador hidráulico o
neumático permite obtener un desplazamiento axial predeterminado del
pistón respectivo 41 o 51 para provocar una modificación
correspondiente de la succión del punto muerto del pistón 10 al
final de la carrera de succión, que es necesario para producir una
variación de la frecuencia mecánica del conjunto resonante que puede
compensar las variaciones de dicha frecuencia como una función de
las modificaciones de los estados funcionales del sistema de
refrigeración. Esta variación de la carrera del pistón 10 se realiza
para mantener sin alterar el punto muerto del pistón al final de la
carrera de compresión, es decir, el volumen el muerto en la cámara
de compresión CC.
De acuerdo con las ilustraciones en las figura
4-6, el impulsor I es un accionador mecánico,
acoplado operativamente al conjunto no resonante C y al medio de
resorte 8 y que funciona mediante un medio accionador M, en forma
de un motor o un accionador hidráulico o neumático, que mueve dicho
accionador mecánico a diferentes posiciones funcionales. En una
realización de la presente invención, el medio accionador M es un
motor eléctrico conectado operativamente a la unidad de control 30
para recibir, desde esta última, instrucciones para variar la
carrera media del pistón 10.
En la realización ilustrada en la figura 4, un
accionador mecánico 60 está en forma de una leva de desplazamiento
lineal 61 que está provista por ejemplo con etapas 62 que se
dimensionan para definir diferentes posiciones para el punto muerto
del pistón 10 al final de la carrera de succión. En la construcción
ilustrada, la leva de desplazamiento lineal 61 tiene dos etapas 62
que definen dos niveles de posicionamiento diferentes para el punto
muerto del pistón 10 al final de su carrera de succión, estando
dichas etapas 62 unidas entre sí a través de una superficie de rampa
63.
En esta realización, la leva del desplazamiento
61 actúa contra una guía de deslizamiento 64, axialmente móvil y
que define un rodillo de leva que se asienta sobre el medio de
resorte 8 del conjunto resonante C. La guía de deslizamiento 64
efectúa su desplazamiento axial en el interior del medio de guía 65
incorporado al conjunto no resonante C.
En esta realización ilustrada, la guía de
deslizamiento se desplaza por una porción de contacto 64a, tal como
una porción con una superficie convexa que se incorpora a la
superficie de la guía de deslizamiento 64, confrontando con la leva
del desplazamiento lineal 61, siendo dicha superficie convexa
esférica, como se ilustra.
La figura 4a ilustra una construcción diferente
para la presente solución, en la que un accionador mecánico 60 está
en la forma de una leva de desplazamiento lineal 61' que presenta
una superficie de rampa 63' que se asienta de manera deslizante
contra una superficie inclinada enfrontada 66 de una guía de
deslizamiento que se mueve axialmente 64' que define un rodillo de
leva tal como se describe con respecto a la guía de deslizamiento
64. Como se describe en relación con la construcción ilustrada en la
figura 4, en esta construcción la guía de deslizamiento 64' se
asienta sobre el medio de resorte 8 del conjunto resonante. En otra
construcción, como se ilustra en la figura 5, un accionador
mecánico 70 está en la forma de una leva rotatoria 71 que presenta
una superficie de rampa continua 71a, que se dimensiona para definir
continuamente diferentes posiciones para el punto muerto del pistón
10 al final de la carrera de succión, estando montada dicha leva
rotatoria 71 en una porción adyacente del conjunto no resonante C y
actuando contra una guía de deslizamiento 72, que define un rodillo
de leva asentado sobre el medio de resorte 8 del conjunto resonante,
estando dicha guía de deslizamiento 72 provisto también con una
superficie de rampa continua 73, contra la que la superficie de
rampa continua 71a de la leva rotatoria 71 se asienta de manera
deslizante.
En la construcción ilustrada en la figura 6, el
accionador mecánico está en la forma de un medio de detección
mecánico 80, roscado al conjunto no resonante C y acoplado
operativamente al conjunto resonante, para alterar el punto muerto
del pistón 10 al final de la carrera de succión, tras girarlo
alrededor de su eje longitudinal mediante un medio accionador M.
En estas soluciones constructivas ilustradas en
las figuras 2-6, así como en la figura 8 que se
analizará posteriormente, las modificaciones del punto muerto del
pistón 10 al final la carrera de succión están dirigidos por una
unidad de control 30, como una función de la información que está
última recibe del medio detector D.
De acuerdo con la forma constructiva de la
presente invención ilustrada en la figura 7, el punto muerto del
pistón 10 al final de la carrera de succión se modifica
automáticamente por las variaciones de presión de gas en la descarga
del compresor.
En esta construcción, el impulsor es un
accionador neumático 90, construido, por ejemplo, como se describe
con relación al accionador hidráulico ilustrado en la figura 2 y que
presenta un cilindro 91 incorporado al conjunto no resonante C y un
émbolo 92 que puede desplazarse axialmente dentro del cilindro 91 y
que funciona como un medio de detección móvil sobre el que se
asentará el medio de resorte 8 del conjunto resonante.
En esta construcción, el desplazamiento del
émbolo 92 se obtiene mediante la mayor o menor presurización del
cilindro 91, mediante el gas refrigerante que se usa en el sistema
de refrigeración.
En la construcción ilustrada en la figura 7, el
extremo cerrado del cilindro 91 está provisto con al menos una
abertura 93 mantenida en comunicación fluida con el interior del
cuerpo de una válvula de control 100 que aloja un medio de sellado
110 que se desplaza selectivamente entre una posición cerrada, una
posición de presurización y una posición de despresurización, para
respectivamente bloquear la abertura 93 del cilindro 91 tras la
descarga del compresor y comunicar el interior del cilindro 91 con
el interior de la carcasa del compresor.
La válvula de control 100 presenta al menos dos
pasajes 101, uno de los cuales está abierto al interior de la
carcasa del compresor y el otro de dichos pasajes 101 está definido
abierto a una abertura respectiva 93 del extremo cerrado del
cilindro 91 para permitir selectivamente la comunicación fluida
entre el interior del cilindro 91 y el interior de la carcasa del
compresor, como una función del desplazamiento del medio de sellado
110 en el interior de la válvula de control 100.
El cierre de la abertura 93 por el medio de
sellado 110 permite al émbolo 92 mantenerse en una posición estable,
definiendo una carrera determinada para el pistón 10. Después que
ocurra una elevación en la presión de descarga, el medio de sellado
se desplaza automáticamente a la posición de despresurización, para
comunicar el interior del cilindro 91 con la carcasa del compresor,
promoviendo la despresurización del mismo, suficiente para reducir
correspondientemente la frecuencia de resonancia mecánica,
aumentando la carrera media del pistón 10. El émbolo 92 se desplaza
axialmente hacia el extremo cerrado del cilindro 91. Por otro lado,
después de que ocurra una reducción en la presión de descarga del
compresor, el medio de sellado 100 se desplaza automáticamente a la
posición de presurización, comunicando el interior del cilindro 91,
alineando una abertura 93 y un pasaje de la válvula de control 100,
con la descarga del compresor, promoviendo un grado de presurización
del cilindro 91 suficiente para desplazar el émbolo 92 hacia el
extremo abierto del cilindro 91, reduciendo de esta manera la
carrera media del pistón 10 y en consecuencia aumentando la
frecuencia de resonancia mecánica para compensar la reducción en
esta última provocada por la caída de presión de descarga.
El desplazamiento del medio de sellado 110 entre
sus diferentes posiciones funcionales se consigue en una primera
dirección, mediante la propia presión de descarga, que está actuando
sobre el medio de sellado 110 en una dirección opuesta a la de la
fuerza producida por la presión del gas de descarga.
En el ejemplo ilustrado, el medio de sellado 100
toma la forma de una guía de deslizamiento provista con un pasaje
interno 111 y que se desplaza linealmente en una y en otra
dirección, mediante la presión del gas de descarga y mediante un
retorno del medio elástico 20, para alinear o desalinear dicho
pasaje 101 del medio de sellado 110 en relación con cada pasaje 101
provisto en la construcción de la válvula de control ilustrada 100.
En las construcciones que presentan modificaciones en la carrera
funcional media del pistón 10, obtenida variando el punto muerto
del pistón 10 al final de la carrera de succión, la presente
solución implica que tras ser detectado por ejemplo una temperatura
(o presión) aumenta del gas comprimido por el compresor, el medio
impulsor I, automáticamente o por instrucción de la unidad de
control 30, actúa sobre el conjunto resonante para reducir la
carrera media del pistón 10 en un valor suficiente para provocar un
aumento correspondiente en la frecuencia de resonancia mecánica del
conjunto resonante del compresor, hasta que la frecuencia de
resonancia mecánica se ajusta a la frecuencia de suministro
eléctrico del compresor. En el caso de la reducción de temperatura
(o presión) del gas comprimido por el compresor, el medio impulsor
actúa sobre el conjunto resonante, para aumentar la carrera media
del pistón 10, reduciendo en consecuencia la frecuencia de
resonancia mecánica del compresor. Estas variaciones de la carrera
media del pistón 10 se realizan para mantener sin alterar el punto
muerto del pistón 10 al final de la carrera de compresión, es decir,
el volumen muerto en la cámara de compresión CC.
En la realización ilustrada en la Figura 8, el
ajuste de frecuencia del compresor se consigue mediante un medio de
ajuste, que varía la masa del conjunto resonante, por ejemplo
variando la masa de al menos una de las partes definidas por el
pistón 10 y el medio accionador 9. En esta solución, las
modificaciones están dirigidas por la subunidad de control 30, como
una función de la información recibida desde el medio detector.
De acuerdo con la presente invención, cada parte
del conjunto resonante que tenga su masa modificada comprende una
cámara interna 11 que contiene un fluido de ecualización y que se
mantiene en comunicación fluida con un depósito de fluido de
ecualización definida en el interior o en el exterior de la carcasa
del comprensor, la variación de la masa del conjunto resonante
obteniéndose alterando la masa del fluido dentro de la cámara
interna.
En la construcción ilustrada, la variación de la
masa del conjunto resonante se obtiene variando la masa en una
cámara interna 11, por ejemplo presentando un volumen constante y
que se define en el pistón 10, manteniéndose dicha cámara interna
11 en comunicación fluida con un medio impulsor del fluido de
ecualización 113 provisto dentro de la carcasa del compresor en
comunicación fluida con el depósito del fluido de ecualización para
selectivamente bombear dicho fluido de ecualización hacia dentro y
hacia fuera de dicha cámara interna 11, por orden de la unidad de
control 30.
En una realización de la presente invención, el
fluido de ecualización se define mediante el aceite lubricante del
comprensor provisto en el depósito de aceite definido en el fondo de
la carcasa del comprensor.
De acuerdo con esta realización, cuando el medio
detector informa a la unidad de control 30 de que ha ocurrido una
variación en el valor del parámetro analizado, por ejemplo en la
temperatura del gas comprimido en la descarga del compresor, la
unidad de control 30 ordena al medio de impulsión del fluido de
ecualización 130 que desplace un
regulador-accionador respectivo 131, con el
propósito de añadir o retirar de la cámara interna 11 una cantidad
determinada del fluido de ecualización que es suficiente para
permitir una variación de la masa que compensa la variación de la
frecuencia de resonancia provocada por la variación de la presión de
descarga del gas, manteniéndose dicho estado por orden de la unidad
de control 30 hasta que el medio detector informa de que el valor
del parámetro considerado ha alcanzado un valor que corresponde al
funcionamiento normal del compresor.
La presente solución implica que, tras detectar
por ejemplo un aumento de temperatura (o presión) del gas
comprimido por el compresor, la unidad de control 30 ordena al medio
impulsor del fluido de ecualización 130 retirar una cantidad
determinada de fluido de ecualización de la cámara interna 11 del
pistón 10, suficiente para permitir la reducción de la masa de este
último en un valor que da como resultado un aumento determinado de
la frecuencia de resonancia mecánica de conjunto resonante del
compresor. La unidad de control 30 ordena al medio impulsor del
fluido de ecualización 130 que inserte una cantidad determinada de
fluido de ecualización en la cámara interna 11, aumentando la masa
del conjunto resonante, tras recibir información del medio detector
D de que la temperatura o presión del gas comprimido ha alcanzado un
valor determinado que corresponde a una modificación de la
frecuencia de resonancia mecánica del conjunto resonante, debido a
un aumento del mismo. En este caso, la orden para aumentar la masa
del conjunto resonante determinará, en consecuencia, una reducción
de la frecuencia de resonancia mecánica. Estas variaciones en la
masa del conjunto resonante, particularmente ilustrado en relación
con el pistón 10, se realiza manteniendo sin alterar el punto muerto
del pistón 10 al final de la carrera del compresión, es decir, el
volumen muerto en la cámara de compresión CC.
Aunque se han descrito e ilustrado algunas
maneras para realizar la presente invención, debe entenderse que
son posibles otras realizaciones dentro del asunto definido en las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (27)
1. Un compresor lineal que comprende un sistema
para ajustar frecuencias de resonancia que incluye, en el interior
de una carcasa: un motor lineal (20) suministrado por una corriente
eléctrica AC que presenta una frecuencia de suministro eléctrico
predeterminada; un cilindro (1) dentro del cual se define una cámara
de compresión (CC) cerrada por una placa de válvula (2); un pistón
(10) recíprocamente dentro del cilindro (1) en carreras de succión y
compresión consecutivas; y un medio accionador (9) que acopla
operativamente el pistón (10) al motor lineal (20) formando parte
dicho pistón (10) y un medio accionador (9) de un conjunto
resonante,
y que incluye adicionalmente:
- un medio detector (D) para detectar una carga
impuesta al motor lineal 20 del compresor, en un estado funcional de
este último relacionado con la presión de gas en la descarga del
mismo, y
- un medio de ajuste de frecuencia asociado
operativamente con el medio detector (D) y con el conjunto
resonante, para definir, como una función del estado funcional
detectado para el gas en la descarga del compresor, un ajuste de
frecuencia a un valor de la frecuencia de resonancia mecánica del
conjunto resonante correspondiente a la frecuencia de suministro
eléctrico, manteniendo sin alterar la distancia mínima entre el
pistón (10) y la placa de válvula (2) al final de cada carrera de
compresión, variando la masa del conjunto resonante y/o la carrera
media del pistón (10), obteniéndose la variación de la carrera
funcional del pistón (10) modificando el punto muerto del pistón 10
al final de la carrera de succión.
2. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el medio detector (D) detecta al menos
una de las condiciones de: presión y temperatura del gas comprimido
en la descarga del compresor, y corriente eléctrica funcional del
motor lineal (20).
3. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que los medios de ajuste de secuencia se
adaptan para variar la carrera media del pistón (10) comprendiendo
adicionalmente una unidad de control (30) conectada operativamente a
ambos medio detector (D) y medio de ajuste, para recibir, desde el
primero, información sobre una de los estados funcionales de presión
y temperatura del gas en la descarga del compresor y corriente
eléctrica funcional del motor lineal (20) y ordenar al medio de
ajuste variar la carrera media del pistón (10) o para variar la masa
del conjunto resonante.
4. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que los medios de ajuste de frecuencia están
adaptados para efectuar una variación de la masa del conjunto
resonante que se consigue modificando la masa del medio accionador
(9) y/o el pistón (10).
5. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 4, en el que cada parte del conjunto resonante, para
modificar su masa, comprende una cámara interna (11) que contiene un
fluido de ecualización y se mantiene en comunicación fluida con el
depósito de fluido de ecualización definido en el interior de la
carcasa de compresor, la variación de la masa del conjunto resonante
se consigue modificando la masa del fluido dentro de la cámara
interna (11).
6. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que el pistón (10) comprende una cámara
interna (11) que presenta un volumen constante y que se mantiene en
comunicación fluida con un medio de impulsión del fluido de
ecualización (130) provisto en el interior de la carcasa en
comunicación fluida con el depósito de fluido de ecualización, para
bombear selectivamente dicho fluido de ecualización hacia dentro o
hacia fuera de esta cámara interna (11) del pistón (10).
7. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación (6), en el que el fluido de ecualización se define
mediante el aceite lubricante del compresor provisto en un depósito
de aceite definido en el fondo de la carcasa del compresor.
8. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la modificación del punto muerto del
pistón (10) al final de la carrera de succión se consigue mediante
un medio de ajuste en forma de un impulsor (I), que está acoplado
operativamente al conjunto resonante y a la unidad de control (30),
para ser accionado por esta última entre un estado no operativo, en
el que no produce ninguna alteración de la carrera del pistón (10),
y un estado funcional, en el que modifica la carrera del pistón (10)
para ajustar la frecuencia de resonancia mecánica del conjunto
resonante a la frecuencia resonante del suministro eléctrico.
9. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 8, en el que el impulsor es un accionador hidráulico
(40), un accionador neumático (50) o un accionador mecánico
(60).
10. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 9, en el que el accionador hidráulico (40) o el
accionador neumático (50) se mantiene en comunicación fluida con un
depósito de fluido de ecualización provisto en el interior de la
carcasa, estando definido dicho accionador hidráulico (40) o
accionador neumático (50) en una parte no resonante del
compresor.
11. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación (10), en el que el conjunto resonante comprende un
medio de resorte (8) que acopla el conjunto resonante a un conjunto
no resonante (C) del compresor, en el que el accionador hidráulico
(40) o el accionador neumático (50) se acopla operativamente al
medio de resorte (8).
12. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 11, en el que en el fondo de la carcasa se
proporciona un depósito de aceite lubricante y el fluido de
ecualización es el aceite lubricante del comprensor.
13. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 9, en el que el impulsor (I) es un accionador
neumático (50) que tiene un cilindro (91) incorporado al conjunto no
resonante (C) y un émbolo 92 que puede desplazarse axialmente en el
interior del cilindro (91) y que funciona como un medio de detención
móvil sobre el que se asienta el medio de resorte (8) del conjunto
resonante.
14. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 13, en el que el accionador neumático (50) es un
fuelle.
15. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 9, en el que el impulsor (I) es un accionador
mecánico, y el conjunto resonante se acopla mediante un medio de
resorte (8) a un conjunto no resonante (C) del comprensor, en el que
el accionador mecánico (60, 70, 80) se acopla operativamente al
conjunto no resonante (C) y al medio de resorte (8) y funciona
mediante un medio accionador (M), que mueve dicho accionador
mecánico (60, 70, 80) a diferentes posiciones funcionales.
16. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 15, en el que el medio accionador (M) es un motor, un
accionador hidráulico o un accionador neumático.
17. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 16, en el que el medio accionador (M) se conecta
operativamente a la unidad de control (30).
18. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 15, en el que el accionador mecánico (60, 70)
comprende una leva que puede desplazarse linealmente (61, 61') o una
leva rotatoria (71), acoplada al conjunto no resonante (C) del
compresor, así como una guía de deslizamiento (64, 64', 72) que
define un rodillo de leva que acopla la leva que puede desplazarse
linealmente (61, 61') o la leva rotatoria (71) al medio de resorte
(8).
19. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 18, en el que la leva que puede desplazarse
linealmente (61) está provista con etapas (62) que se dimensionan
para definir diferentes posiciones para el punto muerto del pistón
(10) al final de la carrera de succión.
20. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 19, en el que la guía de deslizamiento (64) asociado
con la leva que puede desplazarse linealmente (61) lleva una porción
de contacto (64a) en una superficie de dicha guía de deslizamiento
(64) que se enfrenta a la leva que puede desplazarse linealmente
(61).
21. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación (19), en el que la porción de contacto (64a) es una
porción de superficie convexa incorporada a la superficie de la guía
de deslizamiento (64) que se enfrenta a la leva que puede
desplazarse linealmente (61).
22. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 18, en el que la leva que puede desplazarse
linealmente (61') presenta una superficie de rampa (63') que se
asienta de manera deslizable contra una superficie inclinada (66)
que se enfrena a la de la guía de deslizamiento (64').
23. Un comprensor lineal de acuerdo con la
reivindicación 18, en el que la leva rotatoria (71) está provista
con una rampa continúa (71a) que se dimensiona para definir
continuamente actuando sobre la guía de deslizamiento (72)
diferentes posiciones para el punto muerto del pistón (10) al final
de la carrera de succión.
24. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 15, en el que el accionador mecánico comprende un
medio de detención mecánico (80) roscado al conjunto no resonante
(C) y que se acopla operativamente al conjunto resonante para
alterar el punto muerto del pistón al final de la carrera de
succión, cuando se gira alrededor de su eje longitudinal.
25. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 9, en el que el impulsor (I) es un accionador
neumático (50) y el fluido de ecualización es el gas refrigerante
comprimido por el compresor.
26. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 25, que comprende adicionalmente una válvula de
control (100) mantenida en comunicación fluida con el cilindro (91)
del accionador neumático (90) a través de al menos una abertura (93)
de dicho cilindro (91), a dicha válvula de control (100) que aloja
un medio de sellado (110) que puede desplazarse selectivamente entre
una posición cerrada, una posición de presurización y una posición
de despresurización para bloquear selectivamente la abertura (93)
del cilindro (91) tras la descarga del compresor y comunicar el
interior del cilindro 91 con el interior de la carcasa del
compresor.
27. Un compresor lineal de acuerdo con la
reivindicación 26, en el que el medio de sellado (110) es una guía
de deslizamiento provista con un paso interno (111) y que puede
desplazarse linealmente en una y otra dirección, mediante la presión
del gas de descarga y mediante el medio elástico de retorno (120)
para proporcionar la alineación y desalineación del dicho pasaje
interno (111) en relación con la abertura (93).
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