ES2330768T3 - Compresor de canal lateral, asi como cascos de carcasa y rotor correspondiente. - Google Patents

Abstract

Compresor de canal lateral con: un casco de carcasa (2), un rotor (3, 45, 48) que está alojado con rotación con respecto al casco de carcasa (2) de tal modo, que entre el casco de carcasa (2) y el rotor (3, 45, 48) hay dos junturas anulares (31, 32), caracterizado porque las medidas de intersticio de la primera y la segunda juntura (31, 32) se ajustan mediante un sistema de muelle de disco/tuerca (42, 43).

Description

Compresor de canal lateral, así como cascos de carcasa y rotor correspondiente.

Compresores de canal lateral según el término genérico de la reivindicación 1 son conocidos por la patente US 6,086,325 y por la patente US 4,483,656.

En un compresor de canal lateral, una carcasa y un rotor encierran un canal. Sobre el rotor están fijados álabes que se proyectan dentro del canal, pero que no lo llenan completamente. Visto en el sentido de giro del rotor está prevista una entrada al canal delante de una salida del canal. El canal comprende dos zonas, a saber, una que es atravesada por los álabes del rotor, y el canal lateral que no es atravesado por los álabes. Entre la entrada y la salida está previsto un interruptor que cierra el canal lateral. La longitud efectiva del interruptor debe ser algo más larga que una distancia de álabe. La superficie de separación entre el canal lateral y el resto del canal es frecuentemente un plano perpendicular al eje de rotación del rotor o una superficie envolvente cónica, cuyo eje coincide con el eje de rotación del rotor.

Por la entrada ingresa un fluido, frecuentemente un gas, particularmente aire, al canal. Una parte de la molécula de fluido se arrastra por un álabe en dirección tangencial. Debido a la fuerza centrífuga, las moléculas de fluido consideradas se aceleran también en forma radial hacia fuera y fluyen de este modo fuera del álabe al canal lateral. Allí se las desvía en dirección del rotor y experimentan una aceleración adicional por medio del rotor. O sea que las moléculas de fluido se transportan de la entrada a la salida sobre una trayectoria helicoidal curvada en forma toroidal, incrementándose la presión en el fluido. El interruptor debe minimizar la cantidad de fluido que se arrastra desde la salida a la entrada.

La patente US 6,086,325 da a conocer un compresor de canal lateral con dos canales que están conformados sobre lados opuestos de un rotor. Cada canal se forma en una mitad por el rotor y en la otra mitad por sendas partes de carcasa distintas, estando atornilladas estas dos partes de carcasa.

Una divulgación similar está contenida en la patente US 5,248,238 y la patente WO 2004/031587 A1, estando, a diferencia de la patente US 6,086,325, ambos canales fusionados parcialmente, de modo que el rotor no separa ambos canales.

La patente US 4,483,656 también da a conocer un compresor de canal lateral con sólo un canal. El canal nuevamente se conforma aproximadamente en una mitad por una única parte de carcasa y aproximadamente en la otra mitad por un rotor. Sobre el otro lado del rotor se encuentra una cubierta que está fijada a la parte de carcasa.

El invento tiene el objetivo de presentar un compresor de canal lateral más efectivo.

Este objetivo se consigue por la teoría de la reivindicación independiente.

Modelos preferentes de fabricación del invento son objeto de las subreivindicaciones.

Un ahorro de costes se logra particularmente por medio de un montaje, en el cual la carcasa puede consistir en una pieza, a saber, el casco de carcasa que alberga el canal lateral.

Una tapa, que está sellada contra el casco de carcasa, que puede estar fabricada en forma plana, reduce la corriente de pérdida a través de la juntura externa anular, protege el rotor contra contacto y al contactante frente al rotor.

Un sistema de muelle de disco/tuerca posibilita el ajuste de las dos medidas de intersticio de las dos junturas anulares, de modo que en la fabricación pueda trabajarse con mayores tolerancias y las pérdidas en el intersticio se mantengan no obstante dentro de lo corriente. Esto es particularmente importante en la producción de compresores de canal lateral pequeños, que deben suministrar un flujo más reducido de gas que los compresores de canal lateral usuales en el comercio, y de los que se espera una forma constructiva más reducida.

La fijación directa del sistema de muelle de disco/tuerca al árbol de motor, ahorra cojinetes adicionales entre el rotor y el casco de carcasa.

La fijación del motor, por ejemplo, mediante un disco oscilante mediante muelles y tornillos, al casco de carcasa posibilita, en comparación con un sistema de muelle de disco/tuerca, un ajuste más preciso de la medida de intersticio.

La refrigeración del compresor de canal lateral puede mejorarse de forma sencilla fijando una rueda de ventilador al extremo, que está opuesto al rotor del árbol de motor.

Una estructura en panal del casco de carcasa del compresor de canal lateral mejora la rigidez del casco de carcasa y puede actuar adicionalmente como chapa de refrigeración cuando el compresor de canal lateral se monta con la estructura de panal hacia arriba. Aparte de ello, en el caso de una rigidez prefijada, la estructura de panal reduce el peso del casco de carcasa y el consumo de material para la fabricación del casco de carcasa.

Álabes intermedios entre los álabes funcionales reducen la generación de ruido sin afectar el caudal del compresor de canal lateral.

A continuación se explica detalladamente un modelo preferente de fabricación del invento, tomando como referencia los dos dibujos adjuntos. Se muestran en la:

figura 1, una sección a través de un compresor de canal lateral con convección forzada,

figura 2, una vista en perspectiva del compresor de canal lateral con convección forzada mostrado en la figura 1,

figura 3, un canal con sello de cámara de volumen muerto,

figura 4, un sistema de muelle de disco/tuerca para el ajuste del juego axial,

figura 5, un segundo modelo de fabricación de un sistema de muelle de disco/tuerca,

figura 6, un tercer modelo de fabricación de un sistema de muelle de disco/tuerca,

figura 7, una sección a través de un compresor de canal lateral con dispositivo oscilante,

figura 8, una vista en detalle del dispositivo oscilante representado en la figura 7,

figura 9, un compresor de canal lateral con una carcasa que presenta una estructura de panal, la cual le da robustez,

figura 10, un compresor de canal lateral con una carcasa que está fabricada de un disipador de calor prensado por extrusión y

figura 11, una rueda de álabes con álabes auxiliares.

La figura 1 muestra una sección a través de un compresor de canal lateral 1. El canal se encuentra entre el rotor 3 y el casco de carcasa 2 en la zona Y que está representada en forma ampliada en la figura 3. La carcasa de un motor 4 puede estar fijada directamente al casco de carcasa 2. El rotor 3 está fijado al árbol del motor mediante un sistema de muelle de disco/tuerca en la zona Z. La zona Z está representada en forma ampliada en la figura 4. Una tapa 5 está fijada con tornillos 6 al casco de carcasa 2 y protege el rotor 3, que rota a más de 10.000 rpm, contra contacto.

La tapa 5 puede ser hermética con respecto al casco de carcasa 2. Esto reduce la indolencia de la juntura 32 externa. En el espacio entre el rotor 3 y la tapa 5 se genera una presión que se encuentra entre la presión en la entrada y la presión en la salida. Si se asume que la presión en la entrada es aproximadamente análoga a la presión ambiente, entonces la tapa 5 reduce la diferencia de presión en la juntura 32 poco antes de la salida, lo cual reduce la corriente de pérdida correspondientemente.

Para que la tapa 5 pueda ser un componente que sea lo más sencillo posible, que por ejemplo, se estampe o se corte de una chapa, el casco de carcasa 2 presenta un borde 10. El casco de carcasa 2 con el canal, las junturas, las aletas de refrigeración, así como la entrada y la salida, es de por sí un componente complicado.

Para la evacuación de calor, el casco de carcasa 2 puede estar equipado con aletas de refrigeración 7. Para una mejora adicional de la evacuación de calor puede estar colocada una rueda de ventilador 9 en el lado del árbol del motor que está opuesto al rotor 3. Un tubo conductor de aire 8 asegura que el aire transportado por la rueda de ventilador 9 pase en lo posible completamente a través de las aletas de refrigeración 7. El tubo conductor de aire 8 puede estar sujetado firmemente en muescas 14 en las aletas de refrigeración 7, lo cual posibilita un montaje y un desmontaje sencillos del tubo conductor de aire 8. En otro modelo de fabricación, el tubo conductor de aire 8 también puede estar pegado firmemente.

En lugar de la rueda de ventilador 9 axial representada en la figura 1 puede utilizarse también una rueda de ventilador radial. En una rueda de ventilador radial, las paletas están dispuestas en forma típica entre dos discos, siendo un disco accionado y presentando el otro un agujero central, a través del cual se aspira aire. El radio externo del disco accionado es más pequeño que el radio interno del tubo de aireación 8 en aproximadamente la distancia de los dos discos. El radio externo del disco perforado es insignificantemente más pequeño que el diámetro interno del tubo de aireación 8 y el tubo de aireación 8 es al menos tan largo, que llega hasta el disco perforado y queda un intersticio estrecho entre el disco perforado y el tubo de aireación 8. El radio del disco perforado no es crítico, pero puede elegirse aproximadamente tan grande, que la superficie del agujero en el disco perforado sea aproximadamente tan grande como la superficie libre entre el disco accionado y el tubo de aireación 8.

La figura 2 muestra una vista en perspectiva del compresor de canal lateral 1 representado en la figura 1. Las flechas indican que por la rueda de ventilador 9 se aspira aire de refrigeración, se lo conduce por medio del tubo de aireación 8 a las aletas de refrigeración 7 y que a continuación fluye por las aletas de refrigeración 7 en forma aproximadamente radial hacia fuera, al entorno. Adicionalmente, la figura 2 muestra una entrada 11 y una salida 12 para el aire que transporta el rotor 3, así como ojales de fijación 13.

La figura 3 muestra en forma ampliada la zona Y. En las junturas 31 y 32, el rotor 3 y el casco de carcasa 2 se aproximan en forma particular. En la juntura 31, que se encuentra internamente, está previsto en forma ejemplar un sello de cámara de volumen muerto 33. Éste tiene el objetivo de arremolinar en lo posible la corriente de aire que fluye a través del intersticio de obturación entre el rotor 3 y el casco de carcasa 2, y hacer así que la resistencia de flujo del intersticio de obturación sea lo más grande posible. En lo posible no debe haber hilos de corriente que ingresen al siguiente punto de estrangulación.

Como indica la flecha en la figura 3, el aire gira en el canal en el sentido de las agujas del reloj. Para repeler esa corriente circulante de aire, el intersticio de obturación corre en la juntura 31 desde el canal hacia abajo a la izquierda, antes de que el intersticio de obturación se amplíe a la cámara de volumen muerto 33. En otras palabras, la orientación del sello está elegida de tal modo, que la elevación más alta está dirigida opuesta al sentido de movimiento de la molécula de aire.

La cámara de volumen muerto tiene una sección con forma aproximadamente circular, estando cortado del rotor 3, un segmento circular más pequeño y del casco de carcasa 2, un segmento circular más grande. En forma correspondiente al desarrollo del intersticio de obturación, la corriente de pérdida ingresa por arriba a la derecha en la cámara de volumen muerto, fluye a través de ésta e impacta en el lado opuesto sobre el casco de carcasa 2. Por ello y por medio del movimiento del rotor 3 con respecto al casco de carcasa 2 se arremolina el aire, lo cual estimula el efecto de compresión de la cámara de volumen muerto.

El sello de cámara de volumen muerto 33 está representado en forma meramente ejemplar en la juntura 31 interna. Puede estar previsto alternativa o adicionalmente en la juntura 32 externa en lo esencial en forma puntualmente simétrica con respecto al centro de la sección de canal, la cual es de forma aproximadamente circular.

La figura 4 muestra ampliada una primera forma de fabricación para la zona Z. Se reconoce el alojamiento de rotor 41 que por ejemplo está pegado al árbol de motor 40 o fijado a éste mediante un ajuste a presión fuerte. El muelle de disco 42 está aprisionado entre una brida del alojamiento de rotor 41 y el rotor 3. De su lado, el rotor 3 se aprieta por la arandela 44 y la tuerca 43 contra el muelle de disco 42. Apretando o aflojando la tuerca 43 con respecto al alojamiento de rotor 41, el muelle de disco 42 se comprime en mayor o menor grado y el intersticio de obturación entre el rotor 3 y el casco de carcasa 2 se reduce o bien, se amplía. El guiado del rotor 3 se determina sobre todo por la calidad del ajuste entre el rotor 3 y el alojamiento de rotor 41. El alojamiento de rotor 41 y el rotor 3 pueden encajar uno en otro en unión de forma. La unión de forma puede producirse por medio de salientes o aplanamientos.

La figura 5 muestra un segundo modelo de fabricación para la zona Z. En este modelo de fabricación falta la arandela. Adicionalmente está prevista una contratuerca 46 para evitar un desatornillado involuntario de la tuerca 43 durante la operación. El rotor 45 presenta una cavidad para la tuerca 43, de modo que el rotor 45 puede servir como llave de tuerca durante el montaje. Esa cavidad puede ser hexagonal para transmitir el par en forma óptima a la tuerca 43. La cavidad también puede ser rectangular, siendo el lado rectangular corto análogo a la abertura de llave de la tuerca y siendo el efecto de la cavidad entonces más bien comparable a una llave de boca. Aun más importante es que la unión de forma entre la tuerca 43 y el rotor 45 asegura junto con la contratuerca 46 una transmisión confiable de par del árbol de motor 40 mediante el alojamiento de rotor 41 al rotor 45 e impide con ello un resbalamiento. También en este modelo de fabricación está previsto un ajuste entre el alojamiento de rotor 41 y el rotor 45.

La figura 6 muestra el tercer modelo de fabricación para la zona Z. En este modelo de fabricación, el agujero central en el rotor 48 presenta en la zona inferior un ajuste 50 y en la zona superior una rosca 49 que reemplaza la tuerca 43. En otro modelo de fabricación, la rosca 49 puede extenderse sobre todo el agujero central en el rotor 48.

Para simplificar el ajuste del intersticio de obturación, el extremo del árbol de motor 40, que es opuesto al rotor 3, que sobresale de la carcasa del motor o de la rueda de ventilador 9, puede estar realizado con forma cuadrada, hexagonal, pero en ningún caso redonda.

La figura 7 muestra una sección a través de otro modelo de fabricación de un compresor de canal lateral según el invento. En el compresor de canal lateral representado en la figura 7 no están montados el tubo de aireación 8 y la rueda de ventilador 9. Sin embargo, las aletas de refrigeración 7 presentan muescas 14, de modo que pueda asegurarse en forma sencilla un tubo de aireación 8. También el árbol de motor se proyecta hacia abajo más allá de la carcasa del motor, de modo que también pueda enchufarse una rueda de ventilador 9. La zona X interesante está representada en forma ampliada en la figura 8.

La figura 8 muestra la fijación del motor 4 al casco de carcasa 2 mediante un disco oscilante 61. También en este modelo de fabricación, el rotor 3 está fijado al árbol de motor 60 mediante un alojamiento de rotor 64, una arandela 65, así como una tuerca 66. Un disco de muelle es prescindible, dado que las medidas de intersticio pueden ajustarse mediante tornillos de ajuste 63, pero se lo puede montar adicionalmente. La carcasa del motor está fijada directamente al disco oscilante 61, por ejemplo, mediante adhesivo o tornillos. Muelles 62 aprietan el disco oscilante 61 contra los tornillos de ajuste 63 e inhiben de este modo un juego. El disco oscilante 61, los muelles 62, así como los tornillos de ajuste 63 pueden denominarse dispositivo oscilante.

En otro modelo de fabricación no representado puede faltar el disco oscilante 61. Las cabezas de los tornillos de ajuste 63 descansan en agujeros escalonados en el casco de carcasa 2. La carcasa del motor presenta agujeros roscados para los tornillos de ajuste. Muelles 62 separan a presión la carcasa del motor y el casco de carcasa 2 contra los tornillos de ajuste 63 para suministrar tensión y suprimir un juego. Para facilitar el proceso de ajuste, el rotor 3 presenta encima de los tornillos de ajuste agujeros pasantes, a través de los cuales son accesibles las cabezas de los tornillos de ajuste.

La figura 9 muestra una vista en perspectiva del compresor de canal lateral representado en la figura 7. Particularmente está representada la estructura en panal 71 que le otorga resistencia adicional al casco de carcasa y que lleva a un ahorro de material en el caso de una resistencia prefijada. Si la estructura de panal 71 está dirigida hacia arriba, como es el caso en la figura 9, de modo que pueda ascender aire calentado, la estructura de panal apoya la acción de las aletas de refrigeración 7.

En la figura 10 está representado otro modelo de fabricación de un compresor de canal lateral, en el que el casco de carcasa 81 está fabricado de un perfil prensado por extrusión.

La figura 11 muestra un rotor 93 con álabes funcionales 94 y álabes intermedios 95. En el estado montado del rotor 93, los álabes funcionales 94 llegan, salvo un intersticio de obturación, hasta el interruptor. Los álabes intermedios 95 presentan en el estado montado una distancia notable al interruptor. En un modelo de fabricación, su altura es 2/3 de la altura de los álabes funcionales. Los álabes intermedios sirven para la reducción de ruido.

En otro modelo de fabricación, particularmente la arista del lado de salida del interruptor está dispuesta diagonalmente frente a los álabes del rotor. Esto sirve para la reducción de ruidos. Es particularmente favorable si el ángulo entre esa arista y los álabes del rotor está elegido de tal modo, que esa arista pase sobre el espacio entre las aristas delanteras de dos álabes adyacentes. El límite del lado de salida del interruptor también puede componerse de varias aristas. En el caso de dos aristas, ese límite tiene forma de flecha, en el caso de más aristas ese límite tiene forma aserrada con un sinnúmero de dientes de sierra. La longitud particularmente favorable de una distancia de álabes de las aristas en dirección tangencial se mantiene en este caso.

Al igual que la arista del lado de salida, la arista del lado de entrada del interruptor puede correr diagonalmente y componerse de varias aristas. También aquí, la longitud preferida en dirección tangencial es una distancia de álabe.

No obstante que anteriormente se asumió que el compresor de canal lateral según el invento se emplea sobre todo para el transporte de aire, también pueden transportarse otros gases o hasta muy en general, fluidos. Debido a la reducida compresibilidad de los fluidos, aquí no se tiene el problema de que el fluido arrastrado mediante el interruptor se expanda en la zona de la entrada.

Lista de caracteres de referencia

1

Compresor de canal lateral

2

Casco de carcasa

3

Rotor

4

Motor

5

Tapa

6

Tornillo

7

Aleta de refrigeración

8

Tubo conductor de aire

9

Rueda de ventilador

10

Borde

11

Entrada

12

Salida

13

Ojal de fijación

14

Muesca

31, 32

Juntura

33

Sello de cámara de volumen muerto

40

Arbol de motor

41

Alojamiento de rotor

42

Muelle de disco

43

Tuerca

44

Arandela

45

Rotor

46

Contratuerca

47

Escalón

48

Rotor

49

Rosca

50

Ajuste

52

Casco de carcasa

60

Arbol de motor

61

Disco oscilante

62

Muelle

63

Tornillo de ajuste

64

Alojamiento de rotor

65

Arandela

66

Tuerca

71

Estructura de panal

81

Casco de carcasa

93

Rotor

94

Alabe funcional

95

Alabe intermedio

Z, Y, X

Zonas

Claims (13)

1. Compresor de canal lateral con: un casco de carcasa (2), un rotor (3, 45, 48) que está alojado con rotación con respecto al casco de carcasa (2) de tal modo, que entre el casco de carcasa (2) y el rotor (3, 45, 48) hay dos junturas anulares (31, 32), caracterizado porque las medidas de intersticio de la primera y la segunda juntura (31, 32) se ajustan mediante un sistema de muelle de disco/tuerca (42, 43).

2. Compresor de canal lateral, según la reivindicación 1, caracterizado porque el casco de carcasa (2) está fabricado de una pieza entre la primera y la segunda juntura (31, 31), y el casco de carcasa está sellado contra el ambiente por medio de una tapa (5) de reducida altura constructiva, encontrándose el rotor (3, 45, 48) esencialmente en el casco de carcasa.

3. Compresor de canal lateral, según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el rotor (3, 45, 48) está fijado a un alojamiento de rotor (41) mediante un muelle de disco (42) y una tuerca (43), presentando el alojamiento de rotor (41) una rosca para enroscar la tuerca (43), estando sujetado el muelle de disco (42) entre una brida del alojamiento de rotor (41) y el rotor (3, 45, 48), de modo que el muelle de disco (42) aprieta el rotor (3, 45, 48) contra la tuerca (43), pudiendo desplazarse el rotor (3, 45, 48) axialmente con respecto al alojamiento de rotor (41), apretando o aflojando de la tuerca (43).

4. Compresor de canal lateral, según la reivindicación 3, caracterizado porque el rotor (45) presenta un escalón (47) que establece una unión de forma con la tuerca (43) y una contratuerca (46) está apretada contra la tuerca (43) y de tal modo, que está asegurada una transmisión de par del alojamiento de rotor (41) a la tuerca (43).

5. Compresor de canal lateral, según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el rotor (48) está fijado a un alojamiento de rotor (41) mediante una contratuerca (46), presentando el rotor una rosca (49), presentando el alojamiento de rotor (41) una rosca para enroscar el rotor (48) y la contratuerca (46), estando apretada la contratuerca (46) contra el rotor (48) y estando asegurada de este modo una transmisión de par del alojamiento de rotor (41) al
rotor (48).

6. Compresor de canal lateral, según una de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado porque el sistema de muelle de disco/tuerca (42, 43) está fijado sobre el árbol (40) de un motor, estando fijada la carcasa del motor (4) al casco de carcasa (2).

7. Compresor de canal lateral, según una de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado por un motor (4), a cuyo árbol (60) está fijado el rotor (3, 45, 48), estando fijada la carcasa del motor (4) mediante tornillos (63) y muelles (62) al casco de carcasa (2) de tal modo, que por rotación de los tornillos (63) se comprimen los muelles (62) en mayor o menor grado y la posición y la orientación del motor (4) y del rotor (3, 45, 48) con respecto al casco de carcasa (2) están establecidas por la profundidad de enroscado de los tornillos (63).

8. Compresor de canal lateral, según la reivindicación 7, caracterizado porque la carcasa del motor (4) está unida firmemente con el disco oscilante (61) que a su vez está unido con el casco de carcasa (2) mediante los tornillos (63) y los muelles (62).

9. Compresor de canal lateral, según una de las reivindicaciones 7 hasta 8, caracterizado porque una rueda de ventilador (9) está fijada al extremo, que está opuesto al rotor (3, 45, 48) del árbol de motor (40, 60) y el casco de carcasa (2) presenta aletas de refrigeración (7), estando colocadas y formadas las aletas de refrigeración (7) de tal modo, que el aire transportado por la rueda de ventilador (9) pasa a través de las aletas de refrigeración (7).

10. Compresor de canal lateral, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el casco de carcasa (2) presenta en su lado exterior una estructura de panal (41).

11. Compresor de canal lateral, según una de las reivindicaciones 1 hasta 10, caracterizado porque al menos una de las junturas (31, 32) anulares presenta una cámara de volumen muerto (33).

12. Compresor de canal lateral, según una de las reivindicaciones 1 hasta 11, caracterizado porque el casco de carcasa (2) es una pieza fundida o un perfil prensado por extrusión mecanizado.

13. Compresor de canal lateral, según una de las reivindicaciones 1 hasta 12, caracterizado porque el rotor (3, 45, 48) presenta dos tipos de álabes, a saber, álabes funcionales (94) y álabes intermedios (95).