ES2311006T3 - Conjunto de compresor y motor de accionamiento. - Google Patents

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Abstract

Un conjunto (14) de compresor (12) y motor de accionamiento, en el que el motor comprende un rotor (50) y un conjunto de estator (40), y el compresor consiste en un compresor de aire rotatorio de tornillo que comprende un alojamiento (16) que soporta un primero y un segundo rotores de compresor interaplicados, y un árbol de accionamiento (18) sustancialmente horizontal que presenta una primera y una segunda partes, en el que uno de dichos primero y segundo rotores del compresor está montado en la primera parte de árbol de accionamiento y el rotor del motor está montado, directamente, en la segunda parte del árbol de accionamiento, estando soportada la primera parte del árbol de accionamiento (18), verticalmente, por el cuerpo principal del compresor, y la segunda parte del árbol de accionamiento carece de soporte vertical con el fin de constituir un soporte, en voladizo, para el rotor (50) de motor, y en el que el árbol de accionamiento (18) acciona el rotor del compresor montado en él, y la interaplicación entre el primero y el segundo rotores del compresor permite accionar el otro rotor del compresor, caracterizándose el conjunto porque el motor (14) es un motor de imán permanente híbrido, en el que la segunda parte del árbol de accionamiento incluye una parte estrechada troncocónica, estando montado el rotor (50) del motor en la parte estrechada troncocónica merced a un ajuste en disminución.

Description

Conjunto de compresor y motor de accionamiento.
La presente invención se refiere a un conjunto de compresor y motor de accionamiento.
Los métodos tradicionales para accionar compresores que usan motores eléctricos convencionales incluyen no sólo conexiones de accionamiento directas, sino, también, acoplamientos, correas, poleas y engranajes intermedios. En la forma más simple conocida el accionamiento es directo, con el rotor del motor unido directamente con el árbol de entrada del compresor. Un conjunto de compresor y motor conocido de este tipo se muestra en la figura 1. Incluye un compresor 1 de aire rotatorio de tornillo con apoyos 7 y un árbol 2 de entrada macho, prolongado, conectado con el rotor 3 del motor 4. Incluso en esta forma más simple el simple peso del rotor requiere que el rotor 3 y el árbol 2 de entrada sean soportados mediante apoyos 5 adicionales.
Se conocen varios tipos de motores usados para accionar compresores. Por ejemplo, los motores de accionamiento de velocidad fija conocidos usados para accionar compresores de aire rotatorios de tornillo, bien por inundación de aceite o bien sin aceite, han requerido motores de inducción conectados con distintos mecanismos de control del caudal de aire, tales como puesta en marcha y parada automáticas, y controles de entrada más sofisticados que limitan el caudal en repuesta a la variación de presión de un sistema.
Se conocen, también, motores de accionamiento con velocidad variable para uso con compresores, tales como compresores de aire rotatorios de tornillo. Dichos motores incluyen motores con variación de velocidad mecánica, motores de inducción con velocidad variable (VFD) y motores de reluctancia conmutada con velocidad variable (SRD).
Aunque se han probado motores con variación de velocidad mecánica en aplicaciones de compresión de aire limitadas, estos motores presentan desventajas de complejidad inherente, fiabilidad cuestionable y eficacia global inadecuada.
Los motores de inducción con velocidad variable accionados mediante inversores de frecuencia variable se usan en mayor medida. Las desventajas consisten en pérdidas de eficacia como consecuencia de la electrónica necesaria y las limitaciones impuestas por el propio motor de inducción. El motor de inducción, aunque puede mejorarse casi siempre al mejorar su aislamiento, supone todavía un compromiso entre fiabilidad y eficacia.
Además, los motores de inducción por frecuencia variable, aun cuando se modifiquen para soportar los rigores del accionamiento por inversor de frecuencia variable, son unidades grandes e intrínsecamente pesadas. Actualmente, todos los productos de compresión del mercado que usan sistemas de accionamiento VFD tienen su origen en tecnologías de acondicionamiento de compresores existentes, debido a las limitaciones físicas impuestas por el uso de los motores de inducción. En todos estos casos, los motores que accionan los compresores, usualmente, no tienen engranajes, pero presentan alojamientos de adaptación, acoplamientos, etc., debido a los tamaños y los pesos de los motores necesarios. Además, a causa del método de construcción y del tamaño de los devanados del motor, del conjunto de rotor, etc., se requiere construcción de motor convencional, que lleva consigo piezas coladas pesadas, apoyos, escudos de extremo, acoplamientos, alojamientos de adaptación y otros componentes relativamente costosos.
Se conocen igualmente compresores que incluyen motores de accionamiento principal por reluctancia conmutada y controladores de inversión de frecuencia variable (SRD) modificados adecuadamente, pero éstos, también, presentan desventajas similares.
Por otro lado, los motores de imán permanente híbridos son en sí conocidos. En ellos se genera flujo magnético para accionar el rotor mediante imanes permanentes y flujo de corriente en bobinas electromagnéticas. Se describen ejemplos en, por ejemplo, los documentos US-A-4079278, US-A-4830412, GB-A-2291274 y EP-A-0780954. Otro compresor con un conjunto rotor/estator se muestra y describe en el documento WO 02/101244A.
De acuerdo con un primer aspecto, la presente invención ofrece un conjunto de compresor y motor de accionamiento, en el que el motor comprende un conjunto de rotor y estator, y el compresor es un compresor de aire rotatorio de tornillo que comprende un alojamiento que soporta un primero y un segundo rotores de compresor interaplicados, y un árbol de accionamiento sustancialmente horizontal con una primera y una segunda partes, en el que uno de dichos primero y segundo rotores del compresor está montado en la primera parte del árbol de accionamiento y el rotor del motor está montado directamente en la segunda parte de árbol de accionamiento, estando soportada la primera parte del árbol de accionamiento, verticalmente, por el cuerpo principal del compresor, y la segunda parte del árbol de accionamiento carece de soporte vertical con el fin de constituir un soporte, en voladizo, para el rotor del motor, y en el que el árbol de accionamiento acciona el rotor del compresor montado en él, y la interaplicación entre el primero y el segundo rotores del compresor permite accionar el otro rotor del compresor, caracterizándose el conjunto porque el motor consiste en un motor de imán permanente híbrido, en el que la segunda parte del árbol de accionamiento incluye una parte estrechada troncocónica, montándose el rotor del motor en la parte estrechada troncocónica merced a un ajuste en disminución.
El documento JP05223083 describe un compresor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Así, en sus realizaciones preferidas se ofrece un motor a modo de "panqueque" en el conjunto. No se requieren apoyos de soporte a cierta distancia del compresor, y, por tanto, preferiblemente, no están previstos. La conexión directa del rotor con el árbol de accionamiento evita la necesidad de medios de conexión adicionales, tales como acoplamientos, apoyos, engranajes y correas, que darían lugar a pérdidas de energía, complejidad y coste mayores, y riesgos, al ser estos componentes poco fiables. El compresor incluye apoyos, con cargas adecuadas para soportar perfectamente el rotor. Las realizaciones preferidas son pequeñas y compactas, de construcción sencilla, montaje fácil y mantenimiento reducido.
El rotor está conformado con una abertura longitudinal central que se estrecha progresivamente destinada a encajar con una parte estrechada de manera correspondiente del árbol de accionamiento. El árbol de accionamiento incluye, preferiblemente, medios de retención separables, destinados a asegurar el rotor una vez montado en el árbol de accionamiento.
Preferiblemente, el conjunto de estator está conectado con el alojamiento del compresor. De modo preferido, esta conexión se hace directamente con el alojamiento, o por medio de una brida de adaptación.
La presente invención, merced a sus realizaciones preferidas, proporciona, ventajosamente, un conjunto de compresor con un motor más pequeño y más ligero que los conjuntos anteriores conocidos, que incluyen, por ejemplo, motores de accionamiento de inducción o de tipo SRD. Ventajosamente, el motor es lo bastante pequeño y ligero como para no requerir apoyo de soporte a cierta distancia del compresor, para su soporte.
El alojamiento del motor está conectado directamente con el alojamiento del compresor, o con una placa de soporte conectada con el alojamiento del compresor.
El motor puede ser un motor de velocidad fija o bien un motor de velocidad variable.
El compresor de aire rotatorio de tornillo puede ser de tipo de inundación, o puede ser sin aceite.
El conjunto preferido es pequeño, compacto, técnicamente simple, eficaz y fiable.
Se describirán, en lo que sigue, realizaciones preferidas de la presente invención, a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos, en los que:
la figura 1 es una vista en sección, esquemática, de un conjunto de compresor de aire y motor de la técnica anterior,
la figura 2 es una vista en sección, esquemática, para su comparación con la figura 1, de un conjunto preferido de compresor de aire y motor de acuerdo con la invención,
la figura 3 es una vista de despiece, en perspectiva, del conjunto de compresor de aire y motor mostrado en la figura 2, y
la figura 4 es una vista en sección, más detallada, de parte del conjunto de compresor de aire y motor mostrado en las figuras 2 y 3.
\vskip1.000000\baselineskip
El conjunto
Como se muestra en las figuras 2 a 4, el conjunto 10 de compresor y motor preferido consiste en un compresor 12 de aire rotatorio de tornillo y un motor 14.
\vskip1.000000\baselineskip
El compresor 12 de aire rotatorio de tornillo
El compresor 12 de aire rotatorio de tornillo (conocido también como elemento de compresión) incluye un alojamiento 16 a partir del cual se extiende un árbol 18 (conocido como árbol de entrada del elemento de compresión) accionado a rotación, en uso, mediante el motor 14.
El motor 14 se posiciona mediante una espiga (no mostrada) y se fija, mediante pernos 20, introducidos a través de bloques 22 de montaje, en una brida de adaptación 24 del compresor 12 conectada con el alojamiento 16 del compresor 12. La brida 24 de adaptación incluye una junta de árbol 26 principal destinada a cooperar con un manguito de desgaste 28 de la junta de árbol en torno a una parte cilíndrica 30 del árbol 18. La brida 24 de adaptación incluye, también, una junta antipolvo 32 de árbol que coopera, también, con el manguito 28. El compresor 12 incluye un apoyo 34 del árbol de entrada en el interior de su alojamiento 16.
El árbol 18 presenta una parte 36 de extremo troncocónica, es decir, estrechada, con una abertura roscada (no mostrada) destinada a recibir un perno de retención 38.
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El motor
El motor 14 es un motor 41 de imán permanente híbrido (HPM). Consiste en un estator 40 que incluye estratificaciones 42 de estator y bobinas de estator 44. Las estratificaciones de rotor 48 están montadas en un árbol 50 de rotor provisto de aberturas, cuya abertura 52 es de conformación estrechada, de manera que encaje con la parte 36 de extremo del árbol 18 del compresor 12. El árbol 50 del rotor está asegurado en el árbol 18 del compresor 12 mediante el perno de retención 38.
El motor 14 dispone de un ventilador 54 para su refrigeración, fijado en el rotor 40. El motor 14 presenta una caja 56 que incluye un deflector de ventilación 58. El deflector de ventilación 58 presenta aberturas 60 de entrada de aire.
Como se muestra en la figura 4, el motor 14 incluye, al menos, un sensor 62 de posicionamiento de rotor, o, como se muestra en la figura 3, incluye, opcionalmente, un codificador 64 (es decir, un dispositivo de posicionamiento de árbol).
Existe un espacio libre 66 entre el rotor 46 y el estator 40. Hay salidas 68 de aire de refrigeración de la caja 56 del motor situadas a cierta distancia de las entradas 60.
Conexión de accionamiento del motor con el compresor
Como puede verse en la figura 4, el rotor 46 se monta directamente en el árbol 18 del compresor 12 de aire usando un ajuste en disminución sencillo. Ello es posible debido al tamaño y al peso reducidos del motor de imán permanente híbrido.
El rotor 50 se asegura usando un solo perno 38 de retención, reteniéndose el fluido del compresor y/o el aire comprimido en el interior del propio compresor mediante una disposición de obturación de labio convencional (junta principal 26), reforzada mediante una junta antipolvo 32 de un solo labio.
A continuación, el estator se monta en torno al rotor, posicionado mediante un elemento a modo de espiga, y se retiene usando bloques de montaje 22 y pernos 20. Está previsto un deflector de ventilación 58 simple para refrigerar el motor, pero en otras realizaciones este diseño abierto de deflector a prueba de goteo de acuerdo con la norma de protección no. IP23, IEC 34-5, Comisión Electrotécnica Internacional (International Electrical Comittee, IEC 34-5, Protection Standard no. IP23) es reemplazado por un deflector totalmente encerrado de acuerdo con la norma de protección IP54, IEC 34-5.
Algunas ventajas de la disposición directa preferida, es decir, en voladizo, de montaje del rotor del motor en el árbol de accionamiento del compresor, pueden enumerarse como sigue:
\bullet
tiempo de montaje reducido
\bullet
coste reducido
\bullet
inventario reducido
\bullet
dimensiones reducidas
\bullet
peso reducido
\bullet
pérdida de potencia de transmisión reducida
\bullet
manipulación mejorada
\bullet
sin engranajes
\bullet
sin lubricación (motor)
\bullet
sin apoyos
\bullet
sin juntas en el motor
\bullet
sin procedimientos de alineación
\bullet
sin mantenimiento o con mantenimiento muy reducido
\bullet
fiabilidad aumentada significativamente
\bullet
variantes de producto reducidas significativamente
\bullet
variaciones de tensión y frecuencia previstas por diseño.

Claims (6)

1. Un conjunto (14) de compresor (12) y motor de accionamiento, en el que el motor comprende un rotor (50) y un conjunto de estator (40), y el compresor consiste en un compresor de aire rotatorio de tornillo que comprende un alojamiento (16) que soporta un primero y un segundo rotores de compresor interaplicados, y un árbol de accionamiento (18) sustancialmente horizontal que presenta una primera y una segunda partes, en el que uno de dichos primero y segundo rotores del compresor está montado en la primera parte de árbol de accionamiento y el rotor del motor está montado, directamente, en la segunda parte del árbol de accionamiento, estando soportada la primera parte del árbol de accionamiento (18), verticalmente, por el cuerpo principal del compresor, y la segunda parte del árbol de accionamiento carece de soporte vertical con el fin de constituir un soporte, en voladizo, para el rotor (50) de motor, y en el que el árbol de accionamiento (18) acciona el rotor del compresor montado en él, y la interaplicación entre el primero y el segundo rotores del compresor permite accionar el otro rotor del compresor, caracterizándose el conjunto porque el motor (14) es un motor de imán permanente híbrido, en el que la segunda parte del árbol de accionamiento incluye una parte estrechada troncocónica, estando montado el rotor (50) del motor en la parte estrechada troncocónica merced a un ajuste en disminución.
2. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la conexión se realiza directamente con el alojamiento o por medio de una pestaña de adaptación.
3. Un conjunto de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 o 3, en el que el motor es un motor de velocidad fija.
4. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el motor es un motor de velocidad variable.
5. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el compresor es del tipo de inundación.
6. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el compresor es del tipo sin aceite.
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