ES2628343T3 - Compresor - Google Patents

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ES2628343T3
ES2628343T3 ES07828567.3T ES07828567T ES2628343T3 ES 2628343 T3 ES2628343 T3 ES 2628343T3 ES 07828567 T ES07828567 T ES 07828567T ES 2628343 T3 ES2628343 T3 ES 2628343T3
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Hiroaki Kojima
Hiroki Kamiishida
Kouki Morimoto
Kazuo Ida
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Daikin Industries Ltd
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Abstract

Un compresor que tiene un receptáculo cerrado (1), un elemento de compresión (2) colocado dentro del receptáculo cerrado (1), y un motor (3) que está colocado dentro del receptáculo cerrado (1) y que mueve el elemento de compresión (2) mediante un eje (12), donde una parte de estructura integral (8) está formada montando integralmente el elemento de compresión (2) y un rotor (6) del motor (3) mediante el eje (12), donde la parte de estructura integral tiene una frecuencia natural superior a cinco veces un número máximo de rotaciones del compresor en su operación, caracterizado porque una bobina (520) de un estator (5) del motor (3) está dispuesta en devanado concentrado, una porción de diámetro pequeño (610a) y una porción de gran diámetro (610b) están dispuestas dentro de un núcleo de rotor de forma cilíndrica (610) del rotor (6), el eje (12) está fijado a la porción de diámetro pequeño (610a), un cojinete (7) dispuesto en el elemento de compresión (2) para soportar el eje (12) está insertado en la porción de gran diámetro (610b), con el eje (12) sustentado en voladizo por el cojinete (7).

Description

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DESCRIPCION
Compresor Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un compresor a usar, por ejemplo, en acondicionadores de aire, refrigeradores y analogos.
Antecedentes de la invencion
Se ha facilitado convencionalmente un compresor que tiene un receptaculo cerrado, un elemento de compresion colocado dentro del receptaculo cerrado, y un motor colocado dentro del receptaculo cerrado y que sirve para accionar el elemento de compresion mediante un eje, y en el que una parte de estructura integral esta formada montando integralmente el elemento de compresion y un rotor del motor mediante el eje (vease JP 3586145 B). El documento US 5.087.170 representa la tecnica anterior mas proxima a la materia de la invencion y describe un compresor rotativo que tiene las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1.
El documento US2006/0171835 describe otro ejemplo de un compresor rotativo segun la tecnica anterior.
Resumen de la invencion
Problema tecnico
Sin embargo, con el compresor convencional mostrado anteriormente, existe la probabilidad de que la parte de estructura integral del elemento de compresion y el rotor puedan tener una frecuencia natural cinco veces el numero de rotaciones del compresor en su operacion. Con la frecuencia natural de la parte de estructura integral igual a cinco veces el numero de rotaciones del compresor en su operacion, se producira el problema de mucho ruido y vibraciones durante la operacion del compresor.
Consiguientemente, un objeto de la presente invencion es proporcionar un compresor que permita evitar el mucho ruido y las vibraciones durante la operacion del compresor.
Solucion del problema
Con el fin de lograr el objeto anterior de la invencion se facilita un compresor que tiene las caractensticas de la reivindicacion 1. Segun el compresor de la invencion, dado que la frecuencia natural de la parte de estructura integral del elemento de compresion y el rotor es superior a cinco veces el numero maximo de rotaciones del compresor en su operacion, se puede evitar un ruido grande y las vibraciones durante la operacion del compresor dentro de un rango del numero de rotaciones del compresor en su operacion.
Segun el compresor de la invencion, dado que el cojinete dispuesto en el elemento de compresion para soportar el eje esta insertado en la porcion de gran diametro del nucleo del rotor, puede reducirse el tamano axial de la parte de estructura integral del elemento de compresion y el rotor, lo que permite lograr una reduccion de las variaciones y una mejora de la rigidez, de modo que la frecuencia natural puede incrementarse de forma mas fiable. Asf, se puede reducir el mucho ruido y las vibraciones durante la operacion y tambien se puede reducir el costo.
En una realizacion, un refrigerante en el receptaculo cerrado es dioxido de carbono.
Segun el compresor de la realizacion, dado que el refrigerante en el receptaculo cerrado es dioxido de carbono, que es un refrigerante que tiene gran capacidad de refrigeracion por unidad de volumen, la reduccion del tamano de la camara de cilindro del elemento de compresion hace que estreche el diametro del eje asf como el diametro del cojinete, dando lugar a una menor rigidez y a dificultar el aumento de la frecuencia natural. Por lo tanto, la disposicion en la que el cojinete esta insertado en la porcion de gran diametro del nucleo de rotor es especialmente efectiva para incrementar la frecuencia natural del compresor usando un refrigerante de gran capacidad de refrigeracion.
Efectos ventajosos de la invencion
Segun el compresor de la invencion, dado que la frecuencia natural de la parte de estructura integral del elemento de compresion y el rotor es superior a cinco veces el numero maximo de rotaciones del compresor en su operacion, se puede evitar un ruido grande y las vibraciones durante la operacion del compresor dentro de un rango del numero de rotaciones del compresor en su operacion.
Breve descripcion de los dibujos
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La figura 1 es una vista en seccion longitudinal que representa una realizacion del compresor de la invencion.
La figura 2 es una vista en planta de una parte principal del compresor.
Y la figura 3 es un grafico que representa la relacion entre la frecuencia natural de la parte de estructura integral del elemento de compresion y el rotor y el nivel de ruido del compresor.
Descripcion de realizaciones
La presente invencion se describira a continuacion en detalle por medio de su realizacion ilustrada en los dibujos acompanantes.
La figura 1 representa una vista en seccion longitudinal segun una realizacion del compresor de la invencion. El compresor incluye un receptaculo cerrado 1, un elemento de compresion 2 colocado dentro del receptaculo cerrado 1, y un motor 3 colocado dentro del receptaculo cerrado 1 y que sirve para accionar el elemento de compresion 2 mediante un eje 12.
Este compresor es el denominado compresor rotativo del tipo de cupula vertical de alta presion, en el que el elemento de compresion 2 esta colocado debajo y el motor 3 esta colocado encima dentro del receptaculo cerrado 1. El elemento de compresion 2 es movido por un rotor 6 del motor 3 mediante el eje 12. Un terminal electrico 140 a conectar electricamente al motor 3 esta montado en el receptaculo cerrado 1.
El elemento de compresion 2 aspira un gas refrigerante de un acumulador (no representado) a traves de un tubo de aspiracion 11. El gas refrigerante puede obtenerse controlando un condensador no representado, un mecanismo de expansion y un evaporador que constituyen un acondicionador de aire como un ejemplo de un sistema de refrigeracion en combinacion con el compresor. Este refrigerante es, por ejemplo, dioxido de carbono, HC, HFC tal como R410A, HCFC tal como R22.
En este compresor, un gas refrigerante comprimido a alta temperatura y presion alta es descargado del elemento de compresion 2 llenando el receptaculo cerrado 1, mientras que el gas refrigerante pasa a traves de un intervalo entre un estator 5 y el rotor 6 del motor 3 para enfriar el motor 3. El gas refrigerante es descargado a continuacion fuera de un tubo de descarga 13 dispuesto en el lado superior del motor 3.
Un deposito de aceite 9, en el que se acumula aceite lubricante, esta formado en la porcion inferior de una region de alta presion dentro del receptaculo cerrado 1. Este aceite lubricante pasa desde el deposito de aceite 9 mediante un paso de aceite (no representado) dispuesto en el eje 12 a mover al cojinete u otras porciones de contacto deslizante del elemento de compresion 2 y el motor 3, lubricando las porciones de contacto deslizante. Este aceite lubricante es, por ejemplo, aceite de polialquilen glicol (polietilenglicol o polipropilenglicol, etc), aceite de eter, aceite de ester o aceite mineral.
El elemento de compresion 2 incluye un cilindro 21 montado en una superficie interior del receptaculo cerrado 1, y un elemento de chapa de extremo de lado superior 50 y un elemento de chapa de extremo de lado inferior 60 montados en extremos abiertos superior e inferior del cilindro 21, respectivamente. Una camara de cilindro 22 esta definida por el cilindro 21, el elemento de chapa de extremo de lado superior 50 y el elemento de chapa de extremo de lado inferior 60.
El elemento de chapa de extremo de lado superior 50 tiene una porcion de cuerpo en forma de disco 51, y una porcion saliente 52 dispuesta hacia arriba en el centro de la porcion de cuerpo 51. El eje 12 esta insertado en la porcion de cuerpo 51 y la porcion saliente 52.
En la porcion de cuerpo 51 se ha dispuesto un agujero de descarga 51a que comunica con la camara de cilindro 22. Una valvula de descarga 31 esta montada en la porcion de cuerpo 51 de manera que este colocada en un lado de la porcion de cuerpo 51 enfrente del lado en el que se dispone el cilindro 21. Esta valvula de descarga 31 es, por ejemplo, una valvula de lamina que abre y cierra el agujero de descarga 51a.
Una cubierta de silenciador del tipo de copa 40 esta montada en la porcion de cuerpo 51 en su lado opuesto al cilindro 21 de manera que cubra la valvula de descarga 31. La cubierta de silenciador 40 esta fijada a la porcion de cuerpo 51 por un elemento de fijacion 35 (por ejemplo, un perno). La porcion saliente 52 esta insertada en la cubierta de silenciador 40.
La cubierta de silenciador 40 y el elemento de chapa de extremo de lado superior 50 definen una camara de silenciador 42. La camara de silenciador 42 y la camara de cilindro 22 estan en comunicacion entre sf mediante el agujero de descarga 51a.
La cubierta de silenciador 40 tiene una porcion de agujero 43. La camara de silenciador 42 y un lado exterior de la cubierta de silenciador 40 estan en comunicacion entre sf mediante la porcion de agujero 43.
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El elemento de chapa de extremo de lado inferior 60 tiene una porcion de cuerpo en forma de disco 61, y una porcion saliente 62 colocada hacia abajo en el centro de la porcion de cuerpo 61. El eje 12 esta insertado en la porcion de cuerpo 61 y la porcion saliente 62.
En resumen, una porcion de extremo del eje 12 es soportada por el elemento de chapa de extremo de lado superior 50 y el elemento de chapa de extremo de lado inferior 60. Es decir, el elemento de chapa de extremo de lado superior 50 y el elemento de chapa de extremo de lado inferior 60 constituyen un cojinete 7, y el eje 12 esta sustentado en voladizo por el cojinete 7. Una porcion de extremo (en el lado de extremo de soporte) del eje 12 entra en la camara de cilindro 22.
En el lado de extremo de soporte del eje 12 se ha colocado un pasador excentrico 26 de manera que este colocado dentro de la camara de cilindro 22 del elemento de compresion 2. El pasador excentrico 26 esta montado en un rodillo 27. El rodillo 27 esta colocado de forma rotativa en la camara de cilindro 22 de modo que se ejerza una accion de compresion por el movimiento de giro del rodillo 27.
Con referencia a la accion de compresion de la camara de cilindro 22, como se representa en la figura 2, la camara de cilindro 22 esta dividida internamente por una cuchilla 28 provista integralmente del rodillo 27. Es decir, en una camara en el lado derecho de la cuchilla 28, el tubo de aspiracion 11 esta abierto en la superficie interior de la camara de cilindro 22 formando una camara de aspiracion (camara de presion baja) 22a. En una camara en el lado izquierdo de la cuchilla 28, el agujero de descarga 51a (representado en la figura 1) se abre en la superficie interior de la camara de cilindro 22 formando una camara de descarga (camara de presion alta) 22b.
Casquillos en forma de media columna 25, 25 estan colocados en contacto estrecho con ambas superficies de la cuchilla 28 proporcionando una junta estanca. La lubricacion con el aceite lubricante se implementa entre la cuchilla 28 y los casquillos 25, 25.
Entonces, cuando el pasador excentrico 26 gira excentricamente junto con el eje 12, el rodillo 27 montado en el pasador excentrico 26 gira mientras la superficie circunferencial exterior del rodillo 27 se mantiene en contacto con la superficie circunferencial interior de la camara de cilindro 22.
Cuando el rodillo 27 gira en la camara de cilindro 22, la cuchilla 28 se mueve de un lado al otro mientras que ambas caras laterales de la cuchilla 28 son sujetadas por los casquillos 25, 25. Entonces, el gas refrigerante a presion baja es aspirado desde el tubo de aspiracion 11 a la camara de aspiracion 22a y comprimido a una presion alta en la camara de descarga 22b, de modo que se descargue un gas refrigerante a presion alta por el agujero de descarga 51a (representado en la figura 1).
A continuacion, como se representa en la figura 1, el gas refrigerante descargado por el agujero de descarga 51a es descargado mediante la camara de silenciador 42 hacia fuera de la cubierta de silenciador 40.
Como se representa en la figura 1, el motor 3 tiene el rotor 6, y el estator 5 colocado radialmente fuera del rotor 6 con un entrehierro interpuesto entremedio. Es decir, el motor 3 es un motor del tipo de rotor interior.
El estator 5 tiene un nucleo de estator 510, aisladores 530 colocados mirando a ambas caras de extremo axial, respectivamente, del nucleo de estator 510, y una bobina 520 enrollada alrededor del nucleo de estator 510 y los aisladores 530 en comun.
El nucleo de estator 510, hecho de una pluralidad de chapas de acero en capas multiples, esta montado en el receptaculo cerrado 1 por ajuste por contraccion o analogos. El nucleo de estator 510 tiene una porcion anular (no representada), y una pluralidad de porciones dentadas (no representadas) que sobresalen radialmente hacia dentro de una superficie circunferencial interior de la porcion anular y dispuestas circunferencialmente a intervalos iguales. La bobina 520 esta enrollada alrededor de las porciones dentadas individuales y no enrollada sobre la pluralidad de porciones dentadas, es decir, dispuestas en el denominado devanado concentrado.
El rotor 6 tiene un nucleo de rotor 610, e imanes (no representados) incrustados en el nucleo de rotor 610. El nucleo de rotor 610 es de forma cilmdrica y esta formado, por ejemplo, por chapas electromagneticas de acero en capas multiples. Cada uno de los imanes es, por ejemplo, un iman permanente plano de tierras raras, y multiples imanes estan dispuestos en angulos centrales a intervalos iguales en la direccion circunferencial del nucleo de rotor 610.
Dentro del nucleo de rotor 610 se han dispuesto una porcion de diametro pequeno 610a en la parte superior y una porcion de gran diametro 610b en la parte inferior. El diametro interior de la porcion de diametro pequeno 610a es menor que el diametro interior de la porcion de gran diametro 610b. El eje 12 esta fijado a la porcion de diametro pequeno 610a. El cojinete 7 que esta dispuesto en el elemento de compresion 2 para soportar el eje 12 esta insertado en la porcion de gran diametro 610b.
Es decir, una porcion de extremo superior de la porcion saliente 52 del elemento de chapa de extremo de lado
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superior 50 esta insertada en la porcion de gran diametro 610b del nucleo de rotor 610. El diametro interior de la porcion de gran diametro 610b del nucleo de rotor 610 es mas grande que un diametro exterior de la porcion saliente 52, y un extremo inferior del nucleo de rotor 610 esta colocado mas bajo que el extremo superior de la porcion saliente 52.
Una parte de estructura integral 8 se ha formado montando integralmente el elemento de compresion 2 y el rotor 6 mediante el eje 12. La parte de estructura integral 8 tiene una frecuencia natural que es superior a cinco veces el numero maximo de rotaciones del compresor en su operacion.
La figura 3 representa una relacion entre la frecuencia natural de la parte de estructura integral 8 del elemento de compresion 2 y el rotor 6 y el nivel de ruido del compresor. El eje horizontal representa la frecuencia natural (Hz) de la parte de estructura integral 8, y el eje vertical representa ruido 5n (dB). El numero de polos del motor es cuatro, y el numero de rotaciones operativas del compresor es 86s-1.
Como es evidente por la figura 3, el nivel de ruido 5n llega al maximo cuando la frecuencia natural de la parte de estructura integral 8 es 430 Hz. Es decir, el nivel de ruido 5n del compresor es mayor cuando la frecuencia natural de la parte de estructura integral 8 es 430 Hz, que es cinco veces el numero de rotaciones operativas de 86s-1 del compresor.
Segun el compresor de esta constitucion, dado que la frecuencia natural de la parte de estructura integral 8 es superior a cinco veces el numero maximo de rotaciones del compresor en su operacion, se puede evitar mucho ruido y vibraciones durante la operacion del compresor dentro de un rango del numero de rotaciones del compresor en su operacion.
A la inversa, si la frecuencia natural de la parte de estructura integral 8 se pone a cinco veces el numero maximo de rotaciones, se produce mucho ruido al numero maximo de rotaciones. Ademas, si la frecuencia natural de la parte de estructura integral 8 se pone menor que cinco veces el numero maximo de rotaciones, por ejemplo, se pone a cuatro veces el numero maximo de rotaciones, de hecho se puede evitar mucho ruido al numero maximo de rotaciones, pero se produce mucho ruido a un numero de rotaciones que es cuatro quintos del numero maximo de rotaciones.
Ahora se describe una teona de por que se pone la frecuencia natural de la parte de estructura integral 8 superior a cinco veces el numero maximo de rotaciones del compresor en su operacion. Es sabido teoricamente que los componentes de modulacion generados entre componentes fundamentales de fuerza de excitacion de vibracion y 1N componentes debidos a rotaciones vibracionales del rotor, es decir, la fuerza de excitacion de vibracion correspondiente a un producto de multiplicar el numero de rotaciones por (numero de polos ±1) aumenta. Dado que los motores usados de ordinario para compresores tienen en muchos casos cuatro polos, aumenta la fuerza de excitacion de vibracion correspondiente al producto de multiplicar el numero de rotaciones por (numero de polos ±1), es decir por tres o cinco. Consiguientemente, poner la frecuencia natural de la parte de estructura integral 8 superior a cinco veces el numero maximo de rotaciones elimina la probabilidad de coincidencia entre la frecuencia natural y una frecuencia tres o cinco veces el numero de rotaciones dentro de un rango del numero de rotaciones del compresor en su operacion, de modo que se puede evitar mucho ruido y variaciones durante la operacion.
Ademas, dado que el cojinete 7 esta insertado en la porcion de gran diametro 610b del nucleo de rotor 610, la parte de estructura integral 8 puede ser de tamano axial reducido, lo que permite lograr una reduccion de las variaciones y una mejora de la rigidez, de modo que la frecuencia natural puede incrementarse de forma mas fiable. Asf, se puede reducir mucho ruido y vibraciones durante la operacion y ademas se puede reducir el costo.
Ademas, dado que el refrigerante en el receptaculo cerrado 1 es dioxido de carbono, que es un refrigerante que tiene gran capacidad de refrigeracion por unidad de volumen, la reduccion del tamano de la camara de cilindro 22 del elemento de compresion 2 hace que se estreche el diametro del eje 12 asf como el diametro del cojinete 7, dando lugar a una rigidez menor y a que sea diffcil aumentar la frecuencia natural. Por lo tanto, la disposicion en la que el cojinete 7 esta insertado en la porcion de gran diametro 610b del nucleo de rotor 610 es especialmente efectiva para incrementar la frecuencia natural del compresor usando un refrigerante de gran capacidad de refrigeracion.
Ademas, dado que la bobina 520 esta dispuesta en devanado concentrado, que implica una fuerza electromagnetica mayor y concentrada aplicada a una porcion dentada, la relacion creciente de fuerza de excitacion de vibracion debida a cambios en el entrehierro entre el estator 5 y el rotor 6 es mayor que la del devanado distribuido. Sin embargo, dado que la frecuencia natural de la parte de estructura integral 8 es superior a cinco veces el numero maximo de rotaciones del compresor en su operacion, se puede evitar mucho ruido y vibraciones durante la operacion de forma especialmente efectiva.
Los imanes del rotor 6 son imanes de tierras raras, y los imanes de tierras raras son de gran densidad residual de flujo magnetico y fuerza coercitiva en comparacion con los imanes de ferrita con el fin de poder obtener la necesaria cantidad de flujo magnetico y el lfmite de desmagnetizacion aunque el area y el grosor de imanes se reduzcan, contribuyendo a reducir el tamano del rotor 6. Por ejemplo, con los imanes formados en forma de chapa plana fina,
es posible obtener un espacio ancho que va desde la porcion de diametro pequeno 610a del nucleo de rotor 610, a la que esta fijado el eje 12, a los iimanes, de modo que se puede facilitar la porcion de gran diametro 610b.
La presente invencion no se limita a la realizacion antes descrita. Por ejemplo, el motor 3 tambien puede 5 implementarse con un motor del tipo de rotor exterior. El elemento de compresion 2 tambien puede ser de tipo rotativo en el que su rodillo y cuchilla se disponen independientes uno de otro. El elemento de compresion 2 tambien puede ser de tipo en espiral o de un tipo alternativo distinto del tipo rotativo. El elemento de compresion 2 tambien puede ser del tipo de dos cilindros que tiene dos camaras de cilindro. Tambien es posible colocar el elemento de compresion 2 encima y el motor 3 debajo.
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Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un compresor que tiene un receptaculo cerrado (1), un elemento de compresion (2) colocado dentro del receptaculo cerrado (1), y un motor (3) que esta colocado dentro del receptaculo cerrado (1) y que mueve el
    5 elemento de compresion (2) mediante un eje (12), donde una parte de estructura integral (8) esta formada montando integralmente el elemento de compresion (2) y un rotor (6) del motor (3) mediante el eje (12), donde la parte de estructura integral tiene una frecuencia natural superior a cinco veces un numero maximo de rotaciones del compresor en su operacion, caracterizado porque una bobina (520) de un estator (5) del motor (3) esta dispuesta en devanado concentrado,
    10
    una porcion de diametro pequeno (610a) y una porcion de gran diametro (610b) estan dispuestas dentro de un nucleo de rotor de forma cilmdrica (610) del rotor (6),
    el eje (12) esta fijado a la porcion de diametro pequeno (610a),
    15
    un cojinete (7) dispuesto en el elemento de compresion (2) para soportar el eje (12) esta insertado en la porcion de gran diametro (610b), con el eje (12) sustentado en voladizo por el cojinete (7).
  2. 2. El compresor segun la reivindicacion 1, donde
    20
    un refrigerante en el receptaculo cerrado (1) es dioxido de carbono.
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