ES2581731T3 - Máquina de émbolos rotativos de funcionamiento en seco con silenciador reactivo - Google Patents

Abstract

Máquina de émbolos rotativos (10) de funcionamiento en seco con silenciador reactivo(50, 60), que comprende al menos dos émbolos rotativos montados en una carcasa sobre árboles y disposiciones de cojinete, que se engranan entre sí con un movimiento opuesto, para definir un espacio de alimentación, estando acoplados los árboles entre sí operativamente mediante trenes de engranajes, presentando el silenciador una cámara de silenciamiento (51, 61), una abertura de entrada (58, 68) y una abertura de salida (59, 69), caracterizada porque la cámara de silenciamiento está dividida por una o varias paredes de separación (55, 63a, 65) paralelas a la dirección axial en dos o más partes de cámara (51b-e, 61b,d), que definen conjuntamente una cámara de varios flujos, estando previsto a través de cada parte de cámara un tubo interno (52b-e, 62b,d), que conduce gas a través de la cámara de silenciamiento, y sobre los tubos internos están previstas varias ranuras (54, 64) orientadas esencialmente en la dirección perimetral, circulando la mayor parte del gas a través del tubo interno.

Description

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DESCRIPCION

Maquina de embolos rotativos de funcionamiento en seco con silenciador reactivo Campo tecnico

La invencion se refiere a una maquina de embolos rotativos de funcionamiento en seco con silenciador reactivo para gases o mezclas de gas-vapor, que presenta al menos dos embolos rotativos montados en una carcasa sobre arboles y disposiciones de cojinete, que se engranan entre sf con un movimiento opuesto, para definir un espacio de alimentacion, estando acoplados los arboles entre sf operativamente sobre trenes de engranaje dentados. A este respecto, por de funcionamiento en seco debe entenderse que los propios embolos rotativos no se lubrican mediante medios de lubricacion tales como aceite lubricante o similares.

Estado de la tecnica

Las maquinas de embolos rotativos de funcionamiento en seco, en particular los compresores helicoidales y los sopladores de embolos rotativos con la construccion de tipo Roots, aunque tambien las maquinas de expansion de embolos rotativos, funcionan hoy en dfa con presiones diferenciales relativamente elevadas (de hasta 7 bar) y numeros de revoluciones (de hasta aproximadamente 20.000 1/min). Un problema que existe en general en estas maquinas de embolos rotativos es que una parte del medio ya comprimido vuelve a la camara de alimentacion desde el conducto de lado de presion al abrir la camara de alimentacion hacia el lado de presion y conduce asf a fuertes pulsaciones o fenomenos de vibracion tanto en el compresor como en el conducto de alimentacion de lado de presion conectado aguas abajo. Estas pulsaciones son las responsables del alto nivel de ruido de tales maquinas, en particular en el rango de baja frecuencia. Las maquinas de embolos rotativos de este tipo se conocen, por ejemplo, por el documento DE 32 38 015. En los compresores helicoidales, que debido a los embolos muy retorcidos presentan una compactacion interna, ademas del fenomeno descrito anteriormente segun la contrapresion al abrir la camara de alimentacion hacia el lado de presion tambien puede producirse una salida repentina del medio de alimentacion sobrecomprimido previamente.

Debido a los elevados numeros de revoluciones habituales hoy en dfa, el espectro de frecuencia del sonido emitido presenta ademas tambien en el caso de frecuencias en el rango de kilohercios un elevado nivel de ruido. Este rango de frecuencia se percibe por parte del ofdo humano en la mayona de los casos como molesto. Para reducir este nivel de ruido hasta los valores necesarios o prescritos por ley se usan silenciadores, pudiendo diferenciarse basicamente dos tipos. Estos son, por un lado, los silenciadores de absorcion, que trabajan con diferentes materiales de absorcion, tal como lana de acero o mineral, y, por otro lado, los denominados silenciadores resonadores o reactivos, que trabajan sin tales materiales, unicamente mediante la forma y el dimensionamiento especiales del silenciador.

Los silenciadores de absorcion silencian muy bien en particular altas frecuencias, pero tienen varias desventajas. Por un lado, solo silencian de manera insuficiente el rango de frecuencia inferior debido al grosor muy reducido del material de absorcion en comparacion con la longitud de onda acustica o no lo silencian en absoluto. Los silenciadores de absorcion tambien se ensucian facilmente debido a su estructura de malla fina, en particular en el caso de gases de escape cargados con lfquidos o solidos, lo que impide de manera creciente el funcionamiento correcto del silenciador. Ademas pueden transportarse fibras u otros componentes del material de absorcion, lo que puede conducir en la instalacion conectada aguas abajo a problemas graves y por tanto no es deseable.

Los silenciadores de reflexion estan compuestos en general por un tubo interno y un tubo externo (de la camara), que estan conectados entre sf, para permitir el paso de gas. Funcionan segun el principio de que el sonido que entra en la camara con la circulacion de gas a traves del tubo interno mas pequeno se devuelve debido a la brusca variacion de la seccion transversal.

La frecuencia lfmite y la intensidad de la atenuacion dependen en este caso en gran medida de la geometna del silenciador. Para obtener una atenuacion lo mas intensa posible, la proporcion de diametro de la camara con respecto a diametro del tubo interno (D/d) tiene que ser lo mas grande posible. Dado que la frecuencia lfmite fgr, por encima de la cual disminuye enormemente el efecto de atenuacion acustica, es en una primera aproximacion inversamente proporcional al diametro de la camara (fgr ~ 1/D), por otro lado el diametro externo de la camara no puede ser demasiado grande, para posibilitar la atenuacion de altas frecuencias.

Por motivos de espacio no se quiere que el diametro de la camara sea demasiado grande, de modo que puede intentarse mantener la proporcion de los diametros a un valor grande y limitar el diametro externo, reduciendo el diametro del tubo interno. Sin embargo, de este modo se aumenta tambien la resistencia a la corriente, lo que naturalmente no es deseable, dado que de este modo se provoca un mayor consumo de potencia de la maquina de embolos rotativos conectada aguas arriba.

Una solucion la ofrece la disposicion paralela de varios tubos internos y la division simultanea del tubo externo (la denominada variedad de flujos). Un ejemplo se muestra en el documento EP 1 117 965. El diametro interno de los

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tubos individuals se selecciona de tal manera que se obtiene como resultado la misma resistencia a la corriente que en el caso de un unico tubo interno grande. En el caso de 4 tubos internos, se cumple por ejemplo que dpequeno = dgrande / 2. Por el contrario, el diametro de la camara D se reduce a la mitad, de modo que la frecuencia lfmite de la atenuacion puede aproximadamente doblarse.

Para mejorar la atenuacion de otra manera se usan los denominados tubos internos de Helmholtz, en los que estan previstos orificios en una posicion axial determinada en la superficie lateral exterior del tubo interno. Estos pueden estar distribuidos de manera homogenea por toda la superficie lateral exterior, como se describe por ejemplo en el documento US 2,241,010, o pueden estar presentes solo en determinados puntos por medio de chapas perforadas, vease por ejemplo el documento EP 0 798 694.

Ademas, el tubo externo esta dividido a menudo en camaras dispuestas axialmente de diferente longitud (y con ello diferentes frecuencias de resonancia), estando conectada cada una de las camaras a traves de los orificios en la superficie lateral exterior del tubo interno con el tubo interno que conduce el sonido. Un ejemplo se muestra en la publicacion DE 296 12 322.

Por los documentos DE 1166970 y DE 19855708 se conocen dos soluciones adicionales en forma de silenciadores de resonancia.

Sin embargo, ninguna de dichas soluciones puede utilizarse de manera satisfactoria con las maquinas de embolos rotativos mencionadas al principio, que, como se ha mencionado, generan un nivel de ruido muy elevado. En particular, tales silenciadores senan o bien muy grandes y con ello ocupanan mucho espacio y senan caros o bien conllevanan una disminucion de presion demasiado grande, lo que tiene un efecto negativo sobre el consumo de potencia, la eficacia y los costes de la maquina de embolos rotativos.

Descripcion de la invencion

Por tanto, un objetivo de la presente invencion es desarrollar una maquina de embolos rotativos de funcionamiento en seco con silenciador reactivo, que presenta un efecto de atenuacion grande con un consumo de potencia adicional lo mas reducido posible debido al silenciador. Este objetivo se alcanza mediante una maquina de embolos rotativos de funcionamiento en seco con silenciador reactivo con las caractensticas definidas en la reivindicacion 1.

Configuraciones ventajosas adicionales se obtienen de las reivindicaciones dependientes.

Por lo demas se desea que la atenuacion sea eficaz no solo con respecto a la amplitud del sonido en determinadas frecuencias sino por todo el rango de frecuencia.

En cuanto al efecto de atenuacion, la invencion trata de las aberturas de conexion en la superficie lateral exterior de un tubo interno de Helmholtz. Se ha descubierto que mas orificios (o mejor dicho, un mayor porcentaje de superficie de los orificios) conllevan mejores propiedades de atenuacion. Esto puede tener lugar, por un lado, mediante un aumento de los propios orificios individuales. Extrapolado al caso extremo, los orificios pasan a ser ranuras, que se forman principalmente de manera transversal a la extension axial, es decir en la direccion perimetral sobre la superficie lateral exterior del tubo interno. Unicamente quedan algunos nervios para la conexion mecanica del tubo interno. Mediciones han dado como resultado que mediante el uso de las ranuras en lugar de orificios se mejora mucho de manera sorprendentemente el efecto de atenuacion.

Por tanto, la presente invencion proporciona una maquina de embolos rotativos de funcionamiento en seco con silenciador reactivo, que comprende al menos dos embolos rotativos montados en una carcasa sobre arboles y disposiciones de cojinete, que se engranan entre sf con un movimiento opuesto, para definir un espacio de alimentacion, estando acoplados los arboles entre sf operativamente mediante trenes de engranajes, y presentando el silenciador una camara de silenciamiento, una abertura de entrada y una abertura de salida. La maquina de embolos rotativos con silenciador reactivo se caracteriza porque la camara de silenciamiento esta dividida por una o varias paredes de separacion (55, 63a, 65) paralelas a la direccion axial en dos o mas partes de camara (51b-e, 61b,d), que definen conjuntamente una camara de varios flujos, estando previsto a traves de cada parte de camara un tubo interno (52b-e, 62b,d), que conduce gas a traves de la camara de silenciamiento, y sobre los tubos internos varias ranuras orientadas esencialmente en la direccion perimetral, circulando la mayor parte del gas a traves del tubo interno.

En comparacion con el estado de la tecnica, de este modo se obtiene una atenuacion mejorada claramente de la presion acustica, que se genera por la maquina de embolos rotativos.

Por otro lado, puede conseguirse un mayor porcentaje de superficie de los orificios mediante varias posiciones, en las que se concentran los orificios. Pueden calcularse/modelarse matematicamente casos en los que en el tubo interno hay dos posiciones en lugar de una posicion, en la que estan dispuestos los orificios. Mediciones experimentales del solicitante han dado como resultado que una disposicion de los orificios en la parte delantera y en el centro del tubo interno (dado el caso de manera repetida para cada segmento de camara) da como resultado la

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mejor atenuacion acustica.

Preferiblemente, las ranuras en la direccion perimetral estan separadas por nervios. De esta manera puede aprovecharse practicamente todo el penmetro para la superficie de ranuras, encargandose los nervios al mismo tiempo de la estabilidad del tubo.

Preferiblemente, la proporcion de superficie de nervios con respecto a superficie de ranuras es menor del 30%, de manera especialmente preferible es menor del 25%, y en particular es menor del 20%. Estos valores son considerablemente mejores que los valores correspondientes para chapas perforadas y proporcionan una salida mejorada de la presion acustica a traves de las ranuras, sin poner en peligro la estabilidad del tubo.

En una forma de realizacion preferida, las ranuras estan previstas en el sentido de circulacion en el tercio delantero y/o el tercio central y/o el tercio trasero del tubo interno. Mediciones han dado como resultado que de este modo pueda conseguirse un efecto de atenuacion optimo adaptado a las condiciones de uso (espectro de frecuencia y amplitud del sonido de la maquina de embolos rotativos, diametro del tubo, tipo de introduccion de gas).

El silenciador se divide preferiblemente por al menos una pared de division de tal manera que esta(s) define(n) en el sentido de circulacion varias camaras de silenciamiento, pasando un tubo interno a traves de al menos una camara de silenciamiento. Estas camaras de silenciamiento pueden usarse para la atenuacion alrededor de diferentes frecuencias de resonancia o servir como camaras de distribucion o acumulacion. Debe indicarse que la pared o las paredes de division dividen el silenciador en el sentido de circulacion en camaras, de modo que en el caso de una corriente desviada se producen las denominadas disposiciones plegadas, siendo el sentido de circulacion en una camara contrario o tambien perpendicular al sentido de circulacion en una camara adyacente, dividida por la pared de division.

Preferiblemente, una o varias camaras de silenciamiento estan divididas por una o varias paredes de separacion paralelas a la direccion axial en dos o mas partes de camara, que definen conjuntamente una camara o camaras de varios flujos, estando previsto a traves de cada parte de camara un tubo interno. En este sentido, los respectivos tubos internos son habitualmente paralelos entre sf Por tanto, de una manera eficaz se multiplica la frecuencia lfmite del efecto de atenuacion acustica, sin aumentar la resistencia a la corriente del silenciador y por tanto el consumo de energfa de la maquina de embolos rotativos.

Preferiblemente, en la maquina de embolos rotativos con silenciador reactivo segun la invencion, los ejes de la abertura de entrada y de la abertura de salida del silenciador forman un angulo de esencialmente 90° entre sf Esta disposicion es especialmente favorable para aquellas maquinas de embolos rotativos, que debido a su tamano relativamente reducido se colocan sobre el silenciador y utilizan el mismo como base.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 representa esquematicamente una maquina de embolos rotativos con un silenciador reactivo con una camara de un solo flujo conectado;

la figura 2 representa esquematicamente una maquina de embolos rotativos con un silenciador reactivo con varias camaras de un solo flujo conectado;

la figura 3 representa esquematicamente una maquina de embolos rotativos con un silenciador reactivo con varias camaras plegado de un solo flujo conectado;

la figura 4a muestra esquematicamente una maquina de embolos rotativos con un silenciador reactivo con varias camaras recto de varios flujos conforme a la invencion;

la figura 4b es un corte a traves del silenciador a lo largo de la lmea A-A en la figura 4a;

la figura 5a es una representacion esquematica de una maquina de embolos rotativos con un silenciador reactivo con varias camaras plegado de varios flujos conforme a la invencion; y

la figura 5b es un corte a traves de la disposicion de la figura 5a a lo largo de la lmea A-A.

Modos para la realizacion de la invencion

En la figural se muestra una primera forma de realizacion. La salida de una maquina de embolos rotativos 10 esta conectada a traves de bridas 11 y un tubo 12 con la entrada de un silenciador de reflexion 20. El silenciador 20, al que fluye el gas evacuado de la maquina de embolos rotativos, cargado acusticamente, esta compuesto por una camara de silenciador 21 y un tubo interno 22 que pasa a traves de la misma, que presenta la misma seccion transversal que el tubo 12 o la salida de la maquina de embolos rotativos 10, para generar una disminucion de presion lo mas reducida posible. Sobre el tubo interno 22 estan previstas en el sentido de circulacion (indicadas

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mediante flechas) en el tercio delantero y el tercio central ranuras 24, cuyo tamano puede ser diferente. Las ranuras 24 estan separadas en la direccion perimetral por nervios 25, de modo que en la figura 1, ademas de las que pueden verse, hay mas ranuras 24 en el lado dirigido en sentido opuesto al observador. Mediante las ranuras, una gran parte de la presion acustica, que porta el gas que entra, puede expandirse a la camara de silenciador 21, sin que cantidades destacables de gas salgan del propio tubo interno 22 a la camara de silenciador 21. Por tanto se obtiene un efecto de atenuacion acustica de banda ancha sorprendentemente bueno, que no puede conseguirse con las chapas perforadas convencionales.

La figura 2 ilustra una forma de realizacion, en la que un silenciador 30, que como anteriormente en la figura 1 esta conectado a una maquina de embolos rotativos 10, esta dividido por dos paredes de division e33 n una camara de distribucion 31a, una camara de silenciamiento 31b y una camara de acumulacion 31c. Un tubo interno 32 pasa a traves de la camara de silenciamiento 31b, tubo que presenta en su superficie lateral exterior en el sentido de circulacion en el tercio delantero, central y trasero ranuras 34, por las que puede salir la presion acustica a la camara de silenciador 31b. En este caso, la camara de distribucion 31a o la camara de acumulacion 31c provocan un retardo y en cada caso una aceleracion posterior del gas que entra en el silenciador 30, antes o despues de que se produzca la atenuacion en la camara de silenciador 31b. Por consiguiente, las camaras 31a y 31c funcionan igualmente como camaras de silenciador, pero segun el principio de reflexion convencional.

Una disposicion, en la que la maquina de embolos rotativos 10 utiliza el silenciador 40 como base, se ilustra en la figura 3. En este sentido, los ejes de la entrada 48 y la salida 49 forman un angulo de 90°. El silenciador 40 esta dividido por dos paredes de division 43 en una camara de entrada 41a, una camara de desviacion 41b y una camara final 41c. El gas expulsado desde la maquina 10 se conduce en primer lugar a la camara de entrada 41a, desde donde llega a traves de un tubo pasante 45 a la camara de desviacion 41b. Desde allf, circula a traves de un tubo 42a cerrado de vuelta a traves de la camara de entrada 41a y a la camara final 41c, en la que hay un tubo interno 42b dotado de ranuras 44 circundantes (sin nervios) en el tercio delantero y central. Debido a la “desviacion” de la corriente de gas se habla tambien de una disposicion de silenciador “plegada”.

Un ejemplo de realizacion de la invencion, en el que se utiliza la variedad de flujos, se muestra en la figura 4a. De nuevo, un silenciador 50 sirve como base para la maquina de embolos rotativos 10, de modo que los ejes de la entrada y la salida del silenciador 50 forman un angulo de 90°. Dos paredes de division 53 dividen el silenciador 50 en una camara de entrada (camara de distribucion) 51a, una camara de salida (camara de acumulacion) 51f y una camara de silenciador que se encuentra entre las mismas. Como se muestra en la figura 4b, esta ultima se divide por dos paredes de separacion 55 dispuestas en el sentido de circulacion en la camara de silenciador en perpendicular entre sf en cuatro partes de camara 51b,c,d,e dispuestas esencialmente en paralelo entre sf, pasando a traves de cada una de las partes de camara un tubo interno 52b,c,d,e correspondiente. La camara de silenciador tambien esta dividida en varios flujos. Sobre cada tubo interno 52b,c,d,e estan previstas en cada caso en el tercio delantero y trasero ranuras 54, que posibilitan una salida de presion acustica a las partes de camara 51b,c,d,e. A este respecto, la suma de las secciones transversales de los tubos internos corresponde a la seccion transversal de un tubo interno de un solo flujo correspondiente o al diametro de la tubuladura de entrada del silenciador, de modo que no se produce un aumento de la resistencia a la corriente. Al mismo tiempo puede mantenerse una proporcion elevada de diametro de parte de camara (diametro externo) con respecto a diametro de tubo interno.

Finalmente, en la figura 5a se muestra una forma de realizacion adicional de la invencion. En este caso, un silenciador 60 esta dispuesto por encima de la maquina de embolos rotativos 10. Varias paredes de division 63a, b, c, d dividen el silenciador 60 en el sentido de circulacion en camaras 61a, b, c, d, e, estando dispuestas la pared de division 63a en horizontal y las paredes de division restantes en vertical. Ademas, la camara 61b esta dividida por una pared de separacion vertical 65 en dos camaras 61b' y 61b'' con dos flujos. Un tubo interno 62d con seccion transversal cuadrada atraviesa la camara 61d, mientras tubos internos cuadrados 62b' o 62b'' atraviesan en cada caso las camaras 61b' y 61b'', siendo la suma de sus secciones transversales igual a la seccion transversal del tubo interno 62d. Todos los tubos internos 62b', 62b'' y 62d presentan en el sentido de circulacion en el tercio delantero y central ranuras 64 circundantes. La camara 61d, con una seccion transversal igual de camara y tubo interno, es mas larga que la camara 61b y tiene por tanto otra frecuencia de resonancia. Ademas, en este ejemplo de realizacion los ejes de la entrada de silenciador 68 y salida de silenciador 69 estan dispuestos en paralelo y desplazados uno con respecto a otro.

Claims (7)

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2. 2.

   25 3.
3. 4. 30
4. 5.
5. 6.

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6. 7.

   40
7. 8.

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   REIVINDICACIONES

   Maquina de embolos rotativos (10) de funcionamiento en seco con silenciador reactivo(50, 60), que comprende

   al menos dos embolos rotativos montados en una carcasa sobre arboles y disposiciones de cojinete, que se engranan entre sf con un movimiento opuesto, para definir un espacio de alimentacion,

   estando acoplados los arboles entre sf operativamente mediante trenes de engranajes,

   presentando el silenciador una camara de silenciamiento (51, 61), una abertura de entrada (58, 68) y una abertura de salida (59, 69),

   caracterizada porque la camara de silenciamiento esta dividida por una o varias paredes de separacion (55, 63a, 65) paralelas a la direccion axial en dos o mas partes de camara (51b-e, 61b,d), que definen conjuntamente una camara de varios flujos, estando previsto a traves de cada parte de camara un tubo interno (52b-e, 62b,d), que conduce gas a traves de la camara de silenciamiento, y

   sobre los tubos internos estan previstas varias ranuras (54, 64) orientadas esencialmente en la direccion perimetral, circulando la mayor parte del gas a traves del tubo interno.

   Maquina de embolos rotativos (10) con silenciador reactivo segun la reivindicacion 1, caracterizada porque las ranuras estan separadas en la direccion perimetral por nervios (25).

   Maquina de embolos rotativos (10) con silenciador reactivo segun la reivindicacion 2, caracterizada porque la proporcion de superficie de nervios con respecto a superficie de ranuras es menor del 30%.

   Maquina de embolos rotativos (10) con silenciador reactivo segun la reivindicacion 2, caracterizada porque la proporcion de superficie de nervios con respecto a superficie de ranuras es menor del 25%.

   Maquina de embolos rotativos (10) con silenciador reactivo segun la reivindicacion 2, caracterizada porque la proporcion de superficie de nervios con respecto a superficie de ranuras es menor del 20%.

   Maquina de embolos rotativos (10) con silenciador reactivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las ranuras (24, 34, 44, 54, 64) estan previstas en el sentido de circulacion en el tercio delantero y/o el tercio central y/o el tercio trasero del tubo interno (22, 32, 42, 52, 62).

   Maquina de embolos rotativos (10) con silenciador reactivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el silenciador (30, 40, 50, 60) esta dividido por al menos una pared de division (33, 43, 53, 63) de tal manera que esta(s) define(n) en el sentido de circulacion varias camaras de silenciamiento (31a-c; 41a-c; 51a,c; 61a-e), pasando un tubo interno (32; 42a, b; 52b-d; 62b, d) a traves de al menos una camara de silenciamiento.

   Maquina de embolos rotativos (10) con silenciador reactivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los ejes de la abertura de entrada (48, 58) y de la abertura de salida (49, 59) del silenciador (40, 50) forman un angulo de esencialmente 90° entre sf.