ES2646516T3 - Compresores centrífugos de vapor de refrigerante - Google Patents

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bearing
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Michael Creamer
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VENUS SYSTEMS Ltd
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Abstract

Un compresor centrífugo (10) para comprimir un vapor de refrigerante en un ciclo de refrigeración, comprendiendo el compresor: un árbol de transmisión del impulsor (28) soportado por un primer y un segundo cojinete radial (32) para la rotación dentro del carcasa del compresor; y un conjunto de impulsor que incluye al menos una rueda impulsora centrífuga (22, 24) montada en el árbol de transmisión del impulsor (28) para girar con el árbol de transmisión del impulsor (28); caracterizado por que el primer y el segundo cojinete radial (32) son cojinetes de fluido hidrodinámico en los que el fluido de cojinete es el vapor de refrigerante, comprendiendo además el compresor un conducto para suministrar una porción del vapor de refrigerante desde el conjunto de impulsor al primer y al segundo cojinetes de fluido; y comprendiendo además el compresor (10) una alimentación de vapor de refrigerante tomada de dos o más regiones de la rueda o ruedas del impulsor (22, 24) del conjunto de impulsor, que incluye una región de presión relativamente baja y una región de presión relativamente alta; comprendiendo el compresor además una disposición de válvula para conectar selectivamente la región de mayor presión o la región de menor presión de la(s) rueda(s) del impulsor al conducto que suministra vapor de refrigerante a los cojinetes radiales (32).

Description

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DESCRIPCION
Compresores centrlfugos de vapor de refrigerante Campo de la invencion
Esta invencion se refiere a compresores centrlfugos de vapor, en particular, aunque no necesariamente exclusivamente, a compresores centrlfugos de vapor accionados electricamente (por ejemplo, accionados por un motor electrico). Los compresores de acuerdo con las realizaciones de la presente invencion son particularmente adecuados para su uso en circuitos y sistemas de refrigeracion, tales como aquellos que se usan en sistemas de aire acondicionado, en sistemas de expansion directa (DX), en sistemas de agua helada y en otros sistemas de refrigeracion, as! como para refrigeradores (por ejemplo, refrigeradores comerciales) y para el enfriamiento de procesos industriales.
Antecedentes
Los sistemas de agua helada y los sistemas DX se utilizan normalmente para el aire acondicionado en edificios comerciales. Tambien se utilizan para el enfriamiento de procesos y otras numerosas aplicaciones. Por lo general, incluyen al menos un circuito de refrigeracion para proporcionar agua o aire helado que despues se utiliza en los intercambiadores de calor para refrigerar el aire que recircula en las estaciones de datos o en el conducto de aire acondicionado dentro de los edificios.
Un circuito de refrigeracion tlpico para tales aplicaciones utiliza un fluido refrigerante circulante y funciona en un ciclo de refrigeracion por compresion de vapor. El refrigerante entra en un compresor en un estado de vapor sobrecalentado y se comprime a una presion mayor, elevando la temperatura de saturacion del vapor de refrigerante al mismo tiempo. El vapor sobrecalentado de la salida de descarga del compresor pasa a un condensador, en el que se enfrla, se desrecalienta y el vapor se condensa a continuacion a un llquido saturado y luego a un llquido subenfriado. En los sistemas de aire acondicionado de los edificios, el calor eliminado del refrigerante, al condensarse a un estado llquido, normalmente se lo lleva el aire ambiente. La salida del refrigerante llquido subenfriado del condensador pasa a continuacion a traves de un dispositivo de expansion, en el que sufre una reduccion brusca de presion, lo que da lugar a una evaporacion adiabatica por cambio brusco de presion de una proporcion del llquido refrigerante. Esto disminuye drasticamente la temperatura de saturacion del refrigerante llquido restante, que ahora se convierte en una mezcla de llquido y vapor. La mezcla de refrigerante pasa posteriormente a un evaporador, a traves del cual fluye el agua o el aire a enfriar. La parte llquida de la mezcla de refrigerante llquido/vapor frlo se evapora y, al hacerlo, elimina el calor del agua o el aire que circula para enfriarlo. El vapor de refrigerante sobrecalentado de la salida del evaporador vuelve a la entrada del compresor y el ciclo comienza de nuevo.
Se han utilizado diversos tipos de compresores para circuitos de refrigeracion, incluidos los compresores rotativos, de tornillo, de desplazamiento, alternativos y centrlfugos.
De los tipos de compresores disponibles, los compresores centrlfugos han demostrado ser populares durante muchos anos, ya que operan con un simple movimiento rotativo continuo, con relativamente pocas piezas moviles, han demostrado ser confiables y requieren poco mantenimiento. Aunque las relaciones de compresion alcanzadas en compresores centrlfugos conocidos (normalmente aproximadamente de 3:1 a 4:1) no son tan altas como las que pueden lograrse con otros tipos de compresores, el aumento de presion y el consiguiente aumento de temperatura son adecuados para las aplicaciones convencionales para las que se utilizan.
En la mayorla de los compresores centrlfugos conocidos, as! como en otros tipos de compresores, se anade aceite al refrigerante recirculante para lubricar los cojinetes del compresor (u otras partes moviles). El aceite debe elegirse cuidadosamente para no reaccionar negativamente con el refrigerante y debe circular libremente con el refrigerante; un cambio en el tipo de refrigerante normalmente requerira un cambio del aceite.
El sistema de refrigeracion tambien debe disenarse cuidadosamente para asegurar que el aceite que circula con el refrigerante regrese al compresor, ya sea fluyendo alrededor del sistema completo y regresando por arrastre de velocidad, gravedad y/o por desvlo/dimensionamiento apropiado de la tuberla, o puede colocarse un separador de aceite en la salida del compresor y una ruta de retorno independiente provista para que el aceite regrese al compresor desde el separador de aceite.
Mas recientemente, para evitar las complejidades asociadas con la lubricacion con aceite, se han propuesto compresores centrlfugos libres de aceite.
Un ejemplo de un compresor libre de aceite es el compresor Danfoss Turbocor™, que es un compresor centrlfugo de dos etapas que utiliza cojinetes magneticos. Estos cojinetes magneticos requieren un sistema de control complejo para garantizar que funcionan correctamente y que sean seguros a prueba de fallos si hay una perdida de energla electrica.
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La patente de Estados Unidos 2004179947 describe otro ejemplo de un compresor centrlfugo libre de aceite, en este caso utilizando cojinetes autolubrificantes de vapor (a veces denominados cojinetes de gas "dinamicos" o "hidrodinamicos") para soportar el arbol giratorio del compresor, donde el movimiento giratorio del arbol dentro del propio cojinete genera la presion necesaria en el vapor para soportar el arbol. Los documentos WO 00/55506 y WO 94/295597 describen otros ejemplos de compresores centrlfugos de refrigerante que utilizan cojinetes de gas dinamicos radiales, en los que se utiliza el propio refrigerante como fluido del cojinete.
La patente japonesa 2004044954 describe un compresor de refrigerante de una sola etapa de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1, que emplea cojinetes radiales hidrostaticos, es decir, cojinetes presurizados externamente, en los que el fluido del cojinete es el propio refrigerante. A velocidades de funcionamiento normales, se suministra una porcion de vapor de refrigerante desde la salida de vapor del compresor a los cojinetes para proporcionar el flujo presurizado necesario para que los cojinetes floten. Sin embargo, a velocidades bajas del compresor, los cojinetes se presurizan con un suministro de vapor de refrigerante de un acumulador. La patente de Estados Unidos 2009/311089 describe otro ejemplo de un compresor que incluye cojinetes radiales hidrostaticos.
Sumario de la invencion
La presente invencion se refiere en general a proporcionar un compresor centrlfugo de refrigerante mejorado que puede mejorar uno o mas de los problemas asociados con compresores conocidos.
En un primer aspecto, la presente invencion proporciona un compresor centrlfugo como se define en la reivindicacion 1.
Los cojinetes de fluido son cojinetes que soportan la carga que transportan unicamente sobre una capa delgada de fluido (es decir, llquido o vapor/gas) en un espacio entre cojinetes entre las superficies opuestas del cojinete de una parte interna del cojinete asegurada al arbol de transmision del impulsor y una parte externa del cojinete asegurada a una estructura de soporte, por ejemplo una carcasa del compresor, separada y rodeando al arbol. En el presente caso, el fluido es un vapor, es decir, el propio vapor de refrigerante.
Los cojinetes de fluido hidrodinamicos de la presente invencion son autoportantes y no requieren ninguna presurizacion externa para que los cojinetes floten a velocidades de funcionamiento normales. Sin embargo, puede utilizarse la provision de un conducto para suministrar una porcion de vapor desde el conjunto del impulsor a los cojinetes para mantener un flujo de vapor a traves de los cojinetes incluso a velocidades de funcionamiento normales en las que los cojinetes son autoportantes. Esto es ventajoso porque puede ayudar a prevenir la entrada de suciedad y, en los casos en que sea necesario o deseable, tambien puede ayudar a enfriar los cojinetes. Este tipo de cojinete hidrodinamico con un suministro de una porcion del vapor del conjunto del impulsor (o de una fuente externa) se denomina a veces en la siguiente description como un cojinete "hlbrido".
El compresor tambien incluira normalmente una carcasa que rodea el arbol de transmision. El compresor puede comprender ademas un motor para accionar la rotation del arbol de transmision del impulsor. El motor puede montarse dentro de la carcasa del compresor.
En algunas realizaciones, el conducto a traves del que se suministra una porcion de vapor desde el conjunto del impulsor a los cojinetes sera un pasaje formado en la carcasa del compresor. El pasaje puede terminar en cada cojinete adyacente a la parte exterior del cojinete, alimentandose el vapor en el espacio entre las dos superficies de cojinete a traves de uno o mas orificios que se extienden a traves de la parte exterior del cojinete. El pasaje puede terminar, por ejemplo, en un canal anular alrededor de la periferia exterior de la parte del cojinete exterior, en cuyo caso existen preferentemente multiples orificios espaciados alrededor del canal, extendiendose cada orificio a traves de la parte del cojinete exterior desde este canal hasta el espacio entre cojinetes. Los orificios estan separados preferentemente a la misma distancia. Preferentemente hay cuatro o mas orificios.
Alternativa o adicionalmente, la alimentation parcial de vapor del conjunto del impulsor a uno o mas de los cojinetes puede suministrarse a traves de un conducto en el arbol de transmision del impulsor e inyectarse en el espacio entre cojinetes a traves de orificios en la parte del cojinete interior.
Al usar un cojinete hlbrido de fluido de acuerdo con las realizaciones de la presente invencion, no hay necesidad de un lubricante de aceite y se evitan los problemas de compatibilidad entre el aceite y los refrigerantes. Esto potencialmente abre oportunidades para usar refrigerantes que no se han usado en el pasado. El uso del propio refrigerante, vapor o llquido, para que los cojinetes floten, simplifica el diseno y evita la necesidad de un suministro independiente de fluido del cojinete.
Ademas, se eliminan totalmente los componentes complejos y costosos tales como bombas de aceite, separadores de aceite, filtros de aceite, controles de nivel de aceite, calentadores de carter del compresor y calentadores de separadores de aceite, junto con el riesgo de fallos o de apagado del sistema en caso de un mal funcionamiento del sistema de aceite. La presencia de humedad (vapor de agua) en aceites altamente higroscopicos modernos, combinados con refrigerante, puede llevar a la formation de acidos, que luego atacan los arrollamientos del motor y
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provocan encobrado en partes de alta temperatura. Por lo tanto, la eliminacion completa del aceite en el sistema de refrigeracion elimina estos problemas, una causa frecuente de fallos en el compresor/sistema. La ausencia de aceite tambien facilita mucho la adaptacion de un nuevo refrigerante porque no hay necesidad de considerar la compatibilidad entre los aceites y los nuevos refrigerantes.
Como se ha indicado anteriormente, los cojinetes radiales en las realizaciones de la invencion son cojinetes hidrodinamicos, en los que a velocidades de funcionamiento normales el movimiento rotatorio del arbol dentro del propio cojinete genera la presion necesaria en el vapor para soportar el arbol. Las superficies de los cojinetes orientadas al arbol giratorio normalmente estan ranuradas (y generalmente deben estarlo cuando el fluido del cojinete es vapor, como en el caso presente) para mejorar la estabilidad y la fiabilidad de los cojinetes y asegurar una capacidad de carga y una rigidez adecuadas a alta velocidad. Las ranuras estan inclinadas en la direccion de rotacion y normalmente son ranuras en espiral.
De acuerdo con la presente invencion, y en contraste con la tecnica anterior a la que se ha hecho referencia anteriormente, los cojinetes de fluido hidrodinamicos (es decir, autoportantes) de la presente invencion se suministran con vapor de refrigerante presurizado desde al menos una rueda impulsora centrlfuga.
Al proporcionar un suministro de vapor presurizado a los cojinetes desde la rueda impulsora, es posible minimizar el tiempo de puesta en marcha del compresor durante el cual los cojinetes no estan flotando porque aun no han alcanzado una velocidad a la que la presion creada por su rotacion es suficiente para soportar la carga gravitatoria del arbol. Especialmente si el suministro de vapor proviene de una region de alta presion de una rueda impulsora, una vez que el impulsor comienza a girar, puede proporcionar un suministro presurizado de vapor de refrigerante a los cojinetes para aumentar la presion generada por la rotacion del propio cojinete hidrodinamico.
Al menos una rueda impulsora del conjunto del impulsor tendra generalmente una pluralidad de alabes y una caja del impulsor alrededor de la rueda impulsora, los alabes del impulsor y la caja del impulsor definen los pasajes de flujo del vapor de refrigerante a traves del conjunto del impulsor.
De acuerdo con otro aspecto que no es parte de la invencion, se proporciona un metodo para conectar y girar el arbol de un compresor que comprende las etapas de: desplazar un arbol del compresor desde una posicion estatica (de reposo) a una posicion elevada (activa) usando un cojinete hidrodinamico introduciendo un caudal volumetrico de vapor, preferentemente a una presion dada, a traves del cojinete para crear una fuerza de elevacion entre las superficies de cojinete.
El vapor puede estar en un estado de vapor sobrecalentado a alta presion, como un llquido saturado dispuesto para hervir en un vapor saturado o en un estado de vapor sobrecalentado que se expande rapidamente al contacto con los componentes del cojinete hidrodinamico y/o del arbol para generar suficiente fuerza para levante el arbol de una superficie interna de las superficies de cojinete del compresor centrlfugo.
Una vez que el arbol alcanza la velocidad de funcionamiento, se establece un equilibrio dinamico autoportante, como se describe a continuacion.
Aunque no forma parte de la invencion, se proporciona un metodo para desconectar un compresor que comprende las etapas de: hacer descender un arbol del compresor controlando el flujo de gas, a traves de una salida, para eliminar cualquier efecto de elevacion provisto por el gas y, por lo tanto, para poner el arbol en contacto con las superficies de los cojinetes.
Una vez que la velocidad de rotacion del compresor es suficiente para que los cojinetes hidrodinamicos sean autoportantes, ya no se requiere el suministro de vapor de refrigerante de una rueda impulsora y podrla desconectarse (y en algunas formas de realizacion se desconecta). Sin embargo, en las realizaciones preferidas de la invencion, se mantiene el suministro de vapor de refrigerante desde la rueda impulsora. Esto tiene la ventaja de mantener un flujo de vapor de refrigerante a traves del cojinete, que puede servir para inhibir la entrada de suciedad (o para eliminar la suciedad del cojinete) y tambien puede servir para enfriar el cojinete, si es necesario. Este flujo de vapor puede ser continuo durante el funcionamiento del compresor. Alternativamente, puede conectarse y desconectarse (por ejemplo, mediante el funcionamiento de una valvula) de forma intermitente, por ejemplo para proporcionar un flujo de vapor para enfriar los cojinetes solo cuando se detecta un aumento en la temperatura de los cojinetes por encima de un umbral predeterminado.
La presion de suministro de la rueda impulsora requerida para mantener un flujo estable de vapor a traves de los cojinetes una vez que el compresor esta acelerado no es tan alta como la presion requerida (o al menos deseada) para ayudar a que los cojinetes floten en el arranque y a velocidades bajas. De acuerdo con la invencion, por lo tanto, se toma una alimentacion de vapor de refrigerante desde dos (o mas) regiones diferentes de la rueda o ruedas del conjunto del impulsor, incluyendo una region de presion relativamente baja y una region de presion relativamente alta, y el compresor comprende ademas una disposicion de valvulas para conectar selectivamente la region de mayor presion o la region de menor presion de la(s) rueda(s) impulsora(s) al conducto que suministra vapor de refrigerante a los cojinetes radiales (y en algunas realizaciones tambien al cojinete de empuje). De esta manera, el
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vapor de refrigerante puede suministrarse desde una region de mayor presion del conjunto del impulsor durante el funcionamiento a baja velocidad, por ejemplo durante el arranque y el apagado, y una vez que el compresor se acelera y los cojinetes hidrodinamicos son autoportantes, el suministro puede conectarse para suministrar vapor de refrigerante desde la region de presion mas baja de la(s) rueda(s) impulsora(s), para mantener un flujo de vapor a traves de los cojinetes para enfriar e inhibir la entrada de suciedad.
Al utilizar multiples tomas de vapor, por ejemplo tres o cuatro o mas, en diferentes regiones de presion de la(s) rueda(s) impulsora(s), con una disposicion de valvulas adecuada para suministrar selectivamente vapor de las tomas, una por una a los cojinetes radiales, la presion del suministro de vapor de refrigerante puede seleccionarse basandose en la velocidad de rotacion del arbol (mayor presion para velocidades mas bajas y menor presion para velocidades mas altas). Mediante el control apropiado de tal disposicion, la resistencia del propio cojinete puede ser adecuada para regular el flujo del vapor de refrigerante, evitando la necesidad de un orificio de regulacion de flujo separado.
Cuando la presurizacion de los cojinetes se consigue utilizando vapor de refrigerante de la disposicion del impulsor o de dentro de los propios cojinetes en cojinetes hidrodinamicos, o de una combinacion de ambos, inevitablemente habra perlodos en el arranque, cuando el compresor comience a partir de la velocidad cero y en el apagado, cuando el compresor frena hasta detenerse, donde hay contacto entre el arbol y la superficie del cojinete orientada hacia el arbol. Aunque es probable que el desgaste resultante de estos perlodos de contacto sea mlnimo, en algunos casos puede ser deseable evitar incluso estos cortos perlodos de contacto. En consecuencia, en algunas realizaciones, se proporciona un suministro externo de vapor de refrigerante presurizado que es independiente del funcionamiento del compresor y puede conectarse a los cojinetes para suministrar el vapor de refrigerante presurizado a los cojinetes a bajas velocidades para que los cojinetes floten antes de que la velocidad de rotacion del arbol sea suficiente para crear una presion adecuada dentro de los cojinetes para que sean autoportantes y/o de que la disposicion del impulsor del compresor sea capaz de proporcionar un suministro de vapor de refrigerante a una presion adecuada para soportar el arbol en los cojinetes. Los cojinetes de los compresores de acuerdo con algunos aspectos de la invencion pueden tener una alimentacion de vapor desde un suministro externo en lugar del suministro de vapor de la rueda impulsora descrito anteriormente. En algunas realizaciones, el suministro externo puede continuarse durante el funcionamiento normal del compresor (es decir, entre los perlodos de arranque y apagado), por ejemplo para proporcionar un flujo de vapor para ayudar a evitar la entrada de suciedad en los cojinetes y/o para enfriar los cojinetes si es necesario. Este flujo puede ser intermitente, por ejemplo, encendiendose (por ejemplo, mediante el funcionamiento de una valvula apropiada) para proporcionar un flujo de vapor para enfriar los cojinetes solo cuando se detecta un aumento en la temperatura del cojinete por encima de un umbral predeterminado.
El suministro externo de vapor presurizado puede comprender un recipiente de presurizacion de refrigerante que puede capturar y almacenar vapor de refrigerante presurizado del compresor/sistema de refrigeracion cuando el compresor funciona a velocidades de funcionamiento normales. El vapor de refrigerante presurizado almacenado en este recipiente puede utilizarse para presurizar los cojinetes durante el funcionamiento a baja velocidad del compresor al apagarse y al ponerse en marcha.
Alternativa o adicionalmente, puede proporcionarse un suministro externo de vapor presurizado cuando sea necesario (por ejemplo, en el arranque y/o apagado) usando un vaporizador. El vaporizador calienta un refrigerante llquido para generar, preferentemente solo cuando sea necesario, un vapor de refrigerante saturado o, mas preferentemente, sobrecalentado que puede suministrarse a continuacion a los cojinetes. El refrigerante llquido puede extraerse del circuito de refrigeracion del que forma parte el compresor o puede provenir de un suministro separado. Puede haber recipientes vaporizadores separados para su uso en las operaciones de arranque y apagado o pueden usarse los mismos recipientes para ambas operaciones.
En algunos casos, tanto si se utiliza o no un suministro externo de vapor de refrigerante presurizado, puede ser deseable un perlodo de "funcionamiento en seco" (es decir, rotacion en la que exista contacto entre el arbol y la superficie del cojinete) en el arranque para generar algo de calor en el cojinete antes de que se inyecte el vapor de refrigerante. Esto se debe a que durante los perlodos en los que se para el compresor, es posible que se produzca condensacion de vapor de refrigerante en los cojinetes. Puede ser inconveniente hacer funcionar el arbol de transmision del compresor con este tipo de cojinete cuando hay llquido refrigerante presente. Mediante el funcionamiento en seco durante un perlodo inicial, el calor de friccion generado hara que se evapore cualquier llquido en los cojinetes, tras lo cual puede introducirse el vapor de refrigerante puro.
Como alternativa o ademas del funcionamiento en seco, uno o mas de los cojinetes pueden tener un elemento de calentamiento asociado. Este elemento de calentamiento puede utilizarse para elevar la temperatura de los componentes del cojinete en el arranque antes de la inyeccion del vapor de refrigerante o para mantener la temperatura del cojinete durante la inyeccion de vapor al apagarse. Al elevar o mantener la temperatura de los cojinetes por encima de la temperatura de saturacion del refrigerante, puede evitarse la condensacion.
Tanto si se utilizan elementos de calentamiento o un perlodo de funcionamiento en seco para elevar la temperatura del cojinete en el arranque o en el apagado, se proporcionan preferentemente uno o mas sensores de temperatura para detectar la temperatura del cojinete. Un sistema de control puede utilizar la salida del sensor de temperatura
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para determinar cuando la temperatura del cojinete es igual o superior a la temperatura de saturacion del refrigerante y para activar posteriormente el suministro de vapor de refrigerante desde el vaporizador o recipiente de presurizacion. De forma similar, al apagarse, puede utilizarse la salida del sensor de temperatura para controlar el funcionamiento del elemento de calentamiento si es necesario para mantener la temperatura del cojinete lo suficientemente alta como para evitar la condensation y la formation de llquido.
En algunas realizaciones, sera deseable asegurar que se haya hecho flotar a los cojinetes de fluido hidrodinamicos (es decir, que se haya formado una pellcula de vapor entre las superficies de cojinete opuestas) antes de que el arbol de transmision del impulsor se accione para girar. Especialmente en el caso de cojinetes hidrodinamicos que comprenden ranuras en una o ambas superficies de cojinete, se ha descubierto que el suministro de vapor presurizado desde una fuente externa puede actuar sobre los cojinetes estacionarios para aplicar una fuerza rotativa a la parte del cojinete interno con respecto a la parte del cojinete externo que causa la rotation del arbol de transmision del impulsor. Esta rotacion es en direction inversa en comparacion con el funcionamiento normal del compresor. Esta rotacion solo ocurrira una vez que se haya hecho flotar a los cojinetes. Por lo tanto, al usar un sensor para detectar esta rotacion inversa del arbol, un sistema de control puede determinar, basandose en la existencia de esta rotacion, que se ha hecho flotar a los cojinetes y puede enviarse una senal para iniciar el accionamiento (por ejemplo, por el motor electrico) del arbol de transmision del impulsor. El flujo de vapor presurizado a los cojinetes puede entonces terminarse o reducirse.
En otras realizaciones pueden utilizarse medios alternativos para detectar cuando se ha hecho flotar a los cojinetes, por ejemplo, sensores de proximidad para detectar la separation entre las partes de cojinete interno y externo.
En general, sera importante garantizar que la alineacion axial entre el arbol y los cojinetes radiales se mantenga durante el funcionamiento del compresor, lo que permite la expansion termica en uso. Para ayudar a permitir la alineacion de los cojinetes, pueden montarse en la carcasa del compresor mediante soportes elasticos. Los soportes elasticos adecuados incluyen diafragmas elasticos y anillos “O”. Particularmente cuando se utilizan anillos “O”, el soporte elastico tambien puede proporcionar de forma util amortiguacion de vibraciones adicional al rotor.
Se cree que el uso de un soporte elastico para cojinetes hidrodinamicos en un compresor de refrigerante es unico y se ve como beneficioso incluso en los casos en los que el llquido del cojinete no es el propio vapor de refrigerante.
De acuerdo con esto, en otro aspecto, la presente invention proporciona un compresor centrlfugo para comprimir un vapor de refrigerante en un ciclo de refrigeration, en el que los cojinetes radiales primero y segundo son cojinetes hidrodinamicos y estan montados en la carcasa del compresor mediante soportes elasticos. Como se ha senalado anteriormente, los soportes elasticos pueden ser diafragmas elasticos o anillos “O”.
En compresores centrlfugos del tipo a los que se refiere la presente invencion, es normal utilizar un cojinete de empuje, ademas de los cojinetes radiales, para resistir el movimiento lateral del arbol de transmision del impulsor en una direccion axial, causado por la action reactiva de uno o mas impulsores, ya que crean una presion de suction en el ojo de entrada del impulsor.
El compresor puede comprender ademas un cojinete de empuje. El cojinete de empuje es un cojinete de fluido y el fluido es el propio vapor de refrigerante, como en los cojinetes radiales. Tambien de forma similar a los cojinetes radiales de las realizaciones preferidas, los cojinetes de empuje pueden ser hidrostaticos, hidrodinamicos o una combination hlbrida de los dos, que toman un suministro de vapor de refrigerante presurizado desde el conjunto de impulsor del compresor. El suministro de refrigerante presurizado puede tomarse desde la misma region de la disposition del impulsor que para los cojinetes radiales o de una region diferente, dependiendo de los requisitos de presion de suministro especlficos de los cojinetes en cualquier instalacion dada.
En algunas realizaciones de la invencion, el compresor es un compresor de etapas multiples, que comprende una pluralidad de impulsores a traves de los que el vapor de refrigerante fluye en serie. La primera etapa eleva la presion de vapor a una presion intermedia y la segunda etapa posteriormente toma el vapor a esta presion intermedia y eleva aun mas la presion. De esta manera, es posible un mayor aumento de la presion total dentro del compresor unico sin exceder las velocidades de vapor aceptables en la salida del impulsor o sin incurrir en una eficiencia de funcionamiento reducida. En general, un compresor de dos etapas sera adecuado para la mayorla de las aplicaciones, pero las realizaciones de la invencion pueden tener tres o cuatro etapas o mas, dependiendo de los requisitos de la aplicacion prevista.
Cuando se utilizan dos o mas impulsores, al menos dos de los impulsores estan orientados preferentemente de manera opuesta entre si en una direccion axial, ya sea con sus lados planos enfrentados entre si o con sus lados posteriores enfrentados entre si. Como las entradas del impulsor estan en el centro de sus lados planos, se favorece una disposicion dorso contra dorso (es decir, con los lados posteriores enfrentados entre si), para no obstruir el acceso de entrada de vapor a las entradas. Al disponer los impulsores de esta manera, la fuerza de empuje lateral producida por un impulsor contrarresta la del otro, reduciendo la fuerza lateral total en el cojinete de empuje. Sin embargo, todavla es probable que haya cierto desequilibrio en general, porque el empuje producido por el impulsor en la segunda etapa de mayor presion normalmente sera mayor que el producido por el impulsor de primera etapa.
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De forma mas general, es preferible disponer los impulsores de modo que sus fuerzas reactivas se autocancelen, todo lo posible, o en parte. En lo que se refiere a la cancelacion del empuje parcial, puede disenarse un cojinete de empuje para soportar el empuje axial residual. Siguiendo este enfoque, la carga del cojinete de empuje es menor que la que serla el caso con dos (o mas) impulsores dispuestos en serie en el flujo de vapor, todos orientados en la misma direccion. Por ejemplo, en una disposicion de tres etapas (es decir, tres impulsores), puede ser posible aproximarse a equilibrar las fuerzas axiales orientando la etapa del impulsor de mayor presion en una direccion y las otras dos etapas de presion inferior en una orientacion opuesta.
Mientras que los impulsores en un compresor de etapas multiples pueden estar todos dispuestos en un extremo del arbol de transmision del impulsor, es preferible que esten dispuestos en ambos extremos. Por lo tanto, en un compresor de dos etapas, es preferible tener un impulsor en cada extremo del arbol. En un compresor de cuatro etapas, es probable que sea preferible tener dos impulsores en un extremo del arbol y dos en el otro. Esto proporciona una disposicion mas equilibrada. Al separar las dos (o mas) etapas, la conexion de canalizaciones entre una etapa y la siguiente tambien proporciona una ubicacion conveniente para la introduction de vapor de refrigerante adicional desde un circuito economizador, si esta presente. Esta conexion de tuberlas tambien puede utilizarse para ubicar un refrigerador intermedio entre las dos etapas. La refrigeration intermedia podrla ser a traves de la elimination de calor natural o de la inyeccion de refrigerante llquido entre las etapas del impulsor. Esta tuberla tambien puede acomodar una disposicion de difusores para mejorar la eficiencia general del compresor, como es el caso en la presente invention.
Algunas realizaciones del compresor de la presente invencion pueden configurarse para utilizarse con el arbol de transmision del impulsor orientado sustancialmente de forma horizontal, mientras que otras pueden configurarse para utilizarse con el arbol de transmision del impulsor orientado sustancialmente de forma vertical. Una orientacion vertical tiene la ventaja de que los cojinetes radiales tienen menos carga axial y la mayor area superficial del cojinete de empuje da lugar a esfuerzos reducidos.
Preferentemente, la carcasa del compresor esta disenada para evitar que el llquido refrigerante entre al compresor independientemente de su orientacion. Las configuraciones de cojinetes tambien pueden seleccionarse para proporcionar un diseno universal que pueda ejecutarse en orientacion vertical u horizontal dependiendo de los requisitos de la instalacion especlfica.
En una configuration orientada verticalmente, la(s) rueda(s) impulsora(s) esta(n) dispuesta(s) preferentemente sobre el arbol, de modo que la fuerza neta resultante de las diferencias de presion a traves de la(s) rueda(s) impulsora(s) actua para elevar el conjunto del impulsor hacia arriba, aliviando (es decir, negando parcial o totalmente) el peso gravitacional en un cojinete de empuje (o cojinetes de empuje) del arbol y la consiguiente carga en el cojinete de empuje que de otro modo soportarla el peso total del arbol, del motor y el conjunto del impulsor.
Puede proporcionarse un grado de control de la capacidad del sistema de refrigeracion en realizaciones que no son parte de la invencion controlando la velocidad del motor y del impulsor. Sin embargo, este enfoque es limitado. Por lo tanto, para realizaciones que no son parte de la invencion en las que se requiere un mayor control de capacidad para el compresor, pueden emplearse tambien paletas de gula de entrada variable en la entrada al impulsor. Para realizaciones de compresores de multiples etapas que no forman parte de la invencion, pueden usarse alabes de gula de entrada variables para una o mas de las etapas de compresion del impulsor. Por ejemplo, en un compresor de dos etapas, algunas realizaciones que no son parte de la invencion pueden usar alabes de gula de entrada variable solo en la primera etapa y otras formas de realization que no forman parte de la invencion pueden usar alabes de gula de entrada variable para ambas etapas. Convenientemente, en realizaciones en las que los impulsores de las dos etapas estan dispuestos en extremos opuestos del arbol de transmision del impulsor, hay acceso facil a los lados de entrada de ambos impulsores para facilitar la instalacion y el servicio de modulos de paletas de gula de entrada variable.
Los compresores de acuerdo con la invencion se usan preferentemente junto con un sistema de control. El sistema de control puede implementarse en hardware o en software o en una combination de ambos. Puede implementarse en un controlador logico programable (PLC por sus siglas en ingles, programmable logic controller) o en un PC en miniatura, por ejemplo. Preferentemente, el controlador funciona para controlar el compresor basandose en las demandas termicas del circuito de refrigeracion y/o del sistema de agua helada o del sistema DX del cual forma parte. El sistema de control preferentemente actua tambien para proteger el compresor contra operaciones fuera de especificacion, para evitar danos al compresor, en el que, por ejemplo, hay un fallo en otras partes del sistema que impone demandas potencialmente daninas al compresor.
Para ayudar con la detection de fallos, con el diagnostico y con la monitorizacion general del rendimiento, el sistema de control puede mantener un historial de eventos, es decir, un registro periodico de los parametros de rendimiento del sistema y de los estados de funcionamiento que pueden cuestionarse en una fecha posterior o en tiempo real. En algunas realizaciones que no forman parte de la invencion, la monitorizacion remota puede facilitarse integrando el sistema de control del compresor con un sistema de gestion del edificio, por ejemplo. La monitorizacion remota tambien puede proporcionarse mediante la transmision de datos de rendimiento a un dispositivo de monitorizacion remota, por ejemplo, de forma inalambrica. Preferentemente, el sistema de control tambien es capaz de monitorizar
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el estado y condition de los sensores del compresor y, opcionalmente, del circuito de refrigeration del sistema de refrigeration del que forma parte. El sistema de control tambien monitoriza preferentemente su propio estado e informa en consecuencia.
Tambien es preferible monitorizar el estado de los cojinetes del compresor. Opcionalmente, el sistema de control puede hacer esto. El estado de los cojinetes puede monitorizarse, por ejemplo, midiendo la lectura de potencia absorbida en el inversor. Un aumento en la lectura de potencia en relation con lo que se espera para una condicion de funcionamiento dada a una velocidad de arbol especificada, por ejemplo, indica un desgaste probable del cojinete o un problema. Adicional o alternativamente, la condicion del cojinete puede monitorizarse midiendo la temperatura y/o la vibration del cojinete.
Breve descripcion de los dibujos
Las realizaciones de la invention se describen ahora a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
la figura 1 muestra una grafica de entalpla-presion para un ciclo de refrigeracion de compresion de vapor con un compresor de dos etapas y un circuito economizador;
la figura 2 muestra esquematicamente las tomas de presion en una disposition de impulsor centrlfugo para suministrar un suministro de vapor de refrigerante presurizado a un cojinete radial y a un cojinete de empuje de acuerdo con la presente invencion;
la figura 3 es un esquema de sistema de un circuito de refrigeracion de acuerdo con una realization que no forma parte de la presente invencion;
las figuras 4 a 7 muestran configuraciones de compresor alternativas que pueden emplearse en realizaciones que no forman parte de la presente invencion;
la figura 8 es una vista en section esquematica a traves del compresor del sistema de la figura 3;
la figura 9 es una vista en seccion del compresor de la figura 8 que muestra mas detalles de las tomas de
suministro de vapor de refrigerante a los cojinetes laterales y de empuje, de acuerdo con la invencion;
la figura 10 es un diagrama de bloques esquematico del sistema de la figura 3, que incluye un sistema de control
y protection y un controlador de la velocidad del motor (inversor de potencia);
la figura 11 es una vista en seccion esquematica de un recipiente de separation que puede utilizarse en la
entrada al compresor de algunas realizaciones que no forman parte de la presente invencion;
la figura 12 es una vista general de un ejemplo de un sistema de control y monitorizacion para su uso con una
realizacion del compresor que no forma parte de la presente invencion;
la figura 13 es un ejemplo de un diagrama de flujo para su uso con el sistema de la figura 12;
la figura 14 ilustra un ciclo de funcionamiento a modo de ejemplo para un compresor de acuerdo con una
realizacion que no forma parte de la presente invencion;
las figuras 15 a 17 muestran esquematicamente tres configuraciones posibles para una disposicion de vaporizador que puede utilizarse para suministrar vapor de refrigerante a los cojinetes de fluido de una realizacion de la presente invencion, por ejemplo, en el arranque y/o en el apagado; y
las figuras 18a, 18b y 18c ilustran una disposicion de conductos para el suministro de vapor de refrigerante
desde una rueda impulsora a cojinetes o a un compresor de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
Descripcion detallada
La figura 3 muestra un circuito de refrigeracion que no es una realizacion de la presente invencion y podrla utilizarse, por ejemplo, para generar agua helada a un sistema de aire acondicionado de edificios. En una forma preferida, los parametros de funcionamiento del sistema podrlan disenarse para proporcionar una salida de calor suficiente para calentar un suministro de agua caliente a baja presion para el edificio, ademas del agua helada para el sistema de aire acondicionado.
Un fluido refrigerante circula por todo el sistema de refrigeracion, que funciona en un ciclo de refrigeracion por
compresion de vapor (vease figura 1). El refrigerante entra en un compresor centrlfugo de dos etapas 10 en un
estado de vapor sobrecalentado y se comprime, en dos etapas (etapa de presion inferior 1 y etapa de presion mas alta 2) a una presion y temperatura mas altas. El vapor de refrigerante sobrecalentado de la segunda etapa de la salida de descarga del compresor pasa a un condensador 12, donde se enfrla, el sobrecalentamiento y el calor latente de condensation se eliminan y el vapor se condensa a un llquido, a continuation se enfrla mas a un estado llquido subenfriado. La salida del refrigerante llquido subenfriado del condensador pasa a continuacion a traves de un dispositivo de expansion (por ejemplo, la valvula de expansion 14), donde experimenta una reduction brusca de presion, dando lugar a una evaporation adiabatica por cambio brusco de presion de una proportion del llquido refrigerante. Esto disminuye drasticamente la temperatura de saturation del refrigerante llquido restante, dando lugar a una mezcla de llquido y vapor. El refrigerante pasa posteriormente a un evaporador 16, a traves del cual fluye el fluido secundario a enfriar (normalmente agua o aire). La parte llquida de la mezcla de refrigerante llquido/vapor frlo se evapora y, al hacerlo, elimina la energla termica del fluido secundario que circula para enfriarlo. El vapor de refrigerante saturado absorbe mas energla termica para convertirse en un vapor de refrigerante
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sobrecalentado. Desde la salida del evaporador, el vapor de refrigerante sobrecalentado vuelve a la entrada del compresor y el ciclo comienza de nuevo.
En este ejemplo, se utiliza un economizador para mejorar la eficiencia del compresor y del sistema de refrigeracion al que sirve. Una porcion significativa del flujo total de masa de refrigerante llquido que sale del condensador 12 entra en el circuito primario del intercambiador de calor del economizador 18 antes del dispositivo de expansion primario. El llquido refrigerante restante entra en un segundo dispositivo de expansion (por ejemplo, la valvula de expansion 20) y fluye a traves del circuito secundario del mismo intercambiador de calor del economizador 18, donde se evapora a una temperatura de saturacion mas baja que la temperatura del flujo de llquido refrigerante primario, subenfriando de este modo la mayor parte del llquido refrigerante antes de que entre en el dispositivo de expansion primario 14.
El flujo de vapor sobrecalentado de salida secundaria del economizador se reintroduce en el flujo de vapor de refrigerante principal entre las dos etapas de compresion del impulsor del compresor 10. La presion de evaporacion y la temperatura dentro del economizador se encuentran en un punto intermedio entre la presion de evaporacion en la etapa de entrada del impulsor de la primera etapa 22 y la presion de descarga en la salida del impulsor de la segunda etapa 24. Convenientemente, la canalizacion 26 que conecta la salida de la primera etapa 22 a la entrada de la segunda etapa 24 proporciona una ubicacion facilmente accesible para introducir este flujo de vapor de refrigerante del economizador. El flujo del economizador que regresa a la etapa intermedia del compresor realiza un importante desrecalentamiento del flujo principal de refrigerante, mejorando la eficiencia general del ciclo de calentamiento/enfriamiento.
De acuerdo con la presente invencion, como se ilustra en la figura 2, y como se analiza mas adelante, los cojinetes radiales 32 y los cojinetes de empuje 34 que soportan y sujetan el arbol 28 del compresor, son cojinetes de vapor hidrodinamicos en los que el fluido de cojinete es el propio vapor de refrigerante circulante. En el ejemplo ilustrado en el presente documento, el vapor de refrigerante se toma de las tomas 34, 36 en la caja del impulsor de la etapa 2 y se hace pasar a traves de conductos (mostrados esquematicamente en la figura 2 con llneas de trazos) fabricados en la carcasa del compresor a los cojinetes 32, 34, para suministre vapor a los cojinetes a presion. Los cojinetes 32, 34 son, por lo tanto, un hlbrido entre los tipos de cojinetes hidrostaticos e hidrodinamicos, y podrlan denominarse convenientemente "cojinetes hlbridos". En otras realizaciones, el suministro de vapor a los cojinetes puede tomarse de la caja del impulsor de la etapa 1, de una combinacion de tomas en las cajas del impulsor de la etapa 1 y 2, o de una fuente de vapor externo. En el ejemplo mostrado en la figura 2, se utilizan tomas de presion separadas 34, 36 para el cojinete radial 32 y para el cojinete de empuje 34, para que al cojinete de empuje 34 pueda suministrarsele el vapor de refrigerante a una presion mas alta.
El compresor que no forma parte de la invencion que se muestra en el sistema a modo de ejemplo de la figura 3, y que se analiza con mayor detalle a continuation, es un compresor de dos etapas, con los impulsores 22, 24 para las dos etapas montados en los extremos opuestos del arbol de transmision 28, estando orientados los dos impulsores 22, 24 en direcciones axiales opuestas (dorso contra dorso) para ayudar a minimizar las fuerzas axiales de empuje mediante la autocancelacion. Los conceptos de la invencion tambien pueden aplicarse, sin embargo, a otras configuraciones de compresor, cuyos ejemplos se muestran en las figuras 4 a 7.
La figura 4 muestra una configuration de una sola etapa. La figura 5 muestra una configuration de dos etapas con ambos impulsores 51, 52 montados en el mismo extremo del arbol del compresor y orientados axialmente en la misma direction. La figura 6 muestra una configuracion de tres etapas con los impulsores de las etapas 1 y 2, 61, 62, 63 en un extremo del arbol del compresor, orientados en la misma direccion axial, y el impulsor de la etapa 3 en el otro extremo del arbol orientado en la direccion opuesta, por lo que esta dorso contra dorso con el impulsor de la etapa 2. La figura 7 muestra una configuracion de cuatro etapas con los impulsores de las etapas 1 y 2, 71, 72, en un extremo del arbol y los impulsores de las etapas 3 y 4, 73, 74, en el otro extremo. Los impulsores de las etapas 1 y 2, 71, 72, orientados en la direccion opuesta a los impulsores de las etapas 3 y 4, 73, 74. El experto en la materia apreciara que son posibles otras numerosas configuraciones de compresores dentro del alcance de la invencion.
Haciendo referencia nuevamente al sistema de la figura 3, as! como a la vista ampliada del compresor de ese sistema mostrado en la figura 8, se describiran ahora con mas detalle los componentes del sistema y algunas posibles variantes del sistema.
Compresor
El compresor es un diseno centrlfugo de dos etapas con una relation de presion global de, en este ejemplo, aproximadamente 19:1. La velocidad de rotation del punto de diseno se selecciono a 21000 rpm para proporcionar el mejor compromiso entre mantener el numero Mach relativo de la punta de entrada de la etapa 1 en un nivel manejable (1,3) al tiempo que se minimizan los diametros del impulsor. El compresor esta dimensionado para lograr 400 kW de refrigeracion, con la incorporation de un circuito economizador. Como resultado, el compresor de la segunda etapa esta disenado para un flujo masico de refrigerante aproximadamente 50 % mayor que el de la primera etapa. El consumo total de energla del arbol del compresor es de 224 kW en la condition de flujo maximo. El calor de elimination resultante de 624 kW en este ejemplo puede eliminarse a la atmosfera, por lo que es util
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emplearlo para calentar un fluido secundario (agua o aire). Otras variantes del compresor, ya sea como un diseno centrlfugo de una etapa o de etapas multiples, funcionaran a relaciones de compresion mas bajas que 19:1. Estas relaciones de compresion seran en algunas realizaciones del orden de 3:1 -5:1 y se aplicaran a diversos refrigerantes para proporcionar la mayor eficiencia operativa. El intervalo de temperaturas de saturacion de evaporacion y de temperaturas de saturacion de condensation que a su vez definen estas relaciones de compresion podrla ser, por ejemplo:
Temperatura de saturacion de la evaporacion: -5 °C o inferior
Temperatura de saturacion de condensacion: 60 °C o superior
En consecuencia, las temperaturas de saturacion operativas haran que el compresor sea adecuado para su uso en sistemas que sirven para aplicaciones de refrigeration bajo cero, enfriamiento de procesos y refrigeration de centros de datos, climatizacion de confort y de procesos y muchas otras aplicaciones.
Ademas, el intervalo de temperaturas de saturacion de condensacion propuesto permitira que este diseno de compresor con sus caracterlsticas tecnicas y de eficiencia auxiliares se aplique no solo en el norte de Europa, sino tambien en regiones de temperatura mas alta, como partes de EE. UU., Japon, Oriente Medio, Extremo Oriente y Australasia donde ciertos sistemas de refrigeracion y de aire acondicionado no pueden funcionar a menos que el compresor pueda desarrollar una temperatura de saturacion de condensacion lo suficientemente alta, mientras se mantiene la temperatura de saturacion de evaporacion requerida a un nivel suficientemente bajo.
El compresor incluye las siguientes caracterlsticas:
a) Impulsores de compresores centrlfugos gemelos 22, 24 (a veces denominados "ruedas") que funcionan en serie. Para algunas aplicaciones, puede ser adecuado un solo impulsor.
b) Cojinetes "hlbridos" 32, 34 (radiales y de empuje) que permiten que el arbol 28 que lleva las ruedas 22, 24 del compresor centrlfugo gire a velocidades muy altas (alrededor de 60.000 rpm o hasta 100.000 rpm o incluso 200.000 rpm o mas ) sin la necesidad de aceite lubricante. El 99 % de los sistemas de refrigeracion y de aire acondicionado del mundo utiliza aceite para lubricar los compresores y este aceite se transporta de forma inadvertida e innecesariamente por todo el sistema de refrigeracion de forma continua. Esto se debe al hecho de que todos los compresores bombean continuamente una proportion de su carga de aceite lubricante junto con el refrigerante del sistema de recirculation. Este aceite impide la eficiencia de la transferencia de calor de los intercambiadores de calor, consume una proporcion de la energla electrica de entrada del compresor, lo que reduce la eficiencia general del sistema, requiere un dimensionado cuidadoso de las canalizaciones de refrigeracion para garantizar velocidades adecuadas para el retorno del aceite al compresor y a menudo requiere refrigeracion por aceite, separadores de aceite, bombas de aceite, calentadores de aceite, controles de nivel de aceite y otros componentes para garantizar un funcionamiento satisfactorio. El diseno libre de aceite del compresor de la presente invention tiene, por lo tanto, un gran impacto en la eficiencia, el coste inicial y en el mantenimiento continuo de dichos sistemas.
Una ventaja clave de los cojinetes hlbridos sobre un cojinete alternativo de baja friction (cojinetes magneticos) es que, en caso de un fallo de energla electrica, el arbol simplemente puede descansar sin la necesidad de proporcionar una fuente de alimentation auxiliar y temporal, como es el caso de los cojinetes magneticos. Mas importante aun, los cojinetes de tipo hlbrido no requieren energla electrica y, por lo tanto, este tipo de compresor sera mas eficiente en este aspecto particular.
c) Inyeccion de vapor del cojinete hidrostatico-Para reducir el desgaste y extender la vida util de los cojinetes hidrostaticos, debe abordarse el desgaste que se produce al iniciar y detener la rotation del arbol. En consecuencia, el sistema a modo de ejemplo puede emplear un sistema de inyeccion de vapor de refrigerante para pasar vapor a los cojinetes para "hacer flotar" el arbol antes del arranque y esto tambien se aplicara a los cojinetes hidrostaticos de empuje. Preferentemente, el refrigerante se filtrara finamente antes de entrar a los cojinetes para protegerlos de las partlculas/contaminantes del sistema. El sistema de inyeccion de vapor tambien podrla emplearse para mantener las temperaturas de cojinete dentro de llmites razonables, en caso de que la friccion minima generada provoque un aumento inaceptable de la temperatura.
d) Diseno del motor de alta eficiencia-La mayoria de los motores de accionamiento del compresor funcionan a una eficiencia de aproximadamente del 80 % al 90 % y la energia de calor residual se absorbe por el vapor de refrigerante que pasa por los arrollamientos del motor y posteriormente a traves del mecanismo del compresor en la mayoria de los sistemas de refrigeracion y de aire acondicionado del mundo. La eficiencia del motor prevista para las realizaciones de la presente invencion sera preferentemente del orden de hasta el 98,5 % y, por consiguiente, solo el 1,5 % de elimination de calor pasara al vapor de refrigerante que atraviesa el motor. Esto da como resultado un condensador mas pequeno, menor flujo de fluido secundario del condensador (normalmente aire o agua), bombas de agua y motores de ventilador mas pequenos, dando lugar a una menor entrada de energia electrica, y a una mayor eficiencia general del sistema, conocida como Coeficiente de rendimiento calorifico (COP por sus siglas en ingles Coefficient of Performance).
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f) Control del inversor-Se preve un inversor electronico personalizado para accionar el motor del compresor a la velocidad requerida y para variar la velocidad del motor con el fin de regular el flujo masico de refrigerante a traves del evaporador y del sistema de refrigeracion para adaptar la capacidad de refrigeracion o la capacidad de calentamiento a la carga instantanea de enfriamiento o de calentamiento. Esto da como resultado un control preciso de la temperatura (o de la presion de evaporation) y minimiza el consumo de energla. Ademas, cuando el sistema funciona a una velocidad inferior a la velocidad maxima/flujo masico/capacidad de refrigeracion- calentamiento, el evaporador y el condensador se vuelven “sobredimensionados”. Esto aumenta su capacidad de intercambio de calor al tiempo que mejora dramaticamente la eficiencia del compresor y el COP del sistema como resultado de la menor demanda de relation de compresion. En consecuencia, el aumento en la eficiencia del sistema es exponencial a la hora de reducir los niveles de capacidad. La calda de presion a traves del dispositivo de expansion tambien se reduce en estas condiciones, mejorando aun mas la eficiencia del compresor y el COP del sistema.
El inversor tambien proporcionara preferentemente la protection del motor del compresor contra lo siguiente:
• Sobretension
• Bajas tensiones
• Sobrecorriente
• Bajas corrientes
• Angulo de fase
• Fallo de fase
• Fallo de tierra
g) Relaciones de compresion normales: Las relaciones de compresion normales en los sistemas convencionales de refrigeracion y de aire acondicionado son del orden de 3:1 -5:1 y se utiliza una amplia familia de refrigerantes (junto con aceites lubricantes minerales o sinteticos adecuados) para cumplir con la temperatura de saturation de funcionamiento requerida en el evaporador para el enfriamiento/refrigeracion y en el condensador para adaptarse a la temperatura del fluido secundario (por ejemplo, agua o aire ambiente) en el que debe eliminarse el calor del sistema de refrigeracion. La gama de refrigerantes disponibles actualmente es extremadamente amplia e incluye HFC, HFO, CO2, aire, hidrocarburos, amonlaco y otros. La aplicacion primaria del compresor a modo de ejemplo descrito en el presente documento esta dirigida a una relacion de compresion de aproximadamente 20,1:1, siendo esta sustancialmente mayor que en cualquier compresor centrlfugo de la tecnica anterior.
h) Los impulsores 22, 24 estan montados en cualquier extremo del arbol 28 en una disposition dorso contra dorso. Esto tiene tres beneficios principales:
• Las cargas de empuje axial estan parcialmente equilibradas, ya que el empuje del impulsor de la primera etapa 22 actua en la direction opuesta al impulsor de la segunda etapa 24. Esto minimiza la carga en el cojinete de empuje 34;
• Las paletas de gula de entrada variable (“VIGV” por sus siglas en ingles Variable inlet guide vanes) pueden incorporarse facilmente en ambas etapas, mientras que si las ruedas estuvieran montadas en el mismo extremo del arbol, serla practicamente imposible encontrar el espacio para las VIGV para la segunda etapa; y
• La mezcla del vapor del economizador puede lograrse facilmente: no se necesitaran disposiciones de porte complejos.
Intervalo de temperatura de aplicacion
El sistema de la figura 3 se ha disenado inicialmente para manejar el intervalo de temperatura mas arduo previsto, que es:
a) Enfriar un medio secundario como aire o agua (u otro llquido) a una temperatura de aproximadamente 5 °C, lo que requiere una temperatura de evaporacion del refrigerante y una presion de saturacion equivalente de aproximadamente 0 °C.
b) Calentar un medio como aire o agua (u otro llquido) a una temperatura de aproximadamente 80 °C, lo que requiere una temperatura de condensation y una presion de saturacion equivalente de aproximadamente 90 °C.
Por lo tanto, pueden atenderse muchas otras aplicaciones mediante variantes del sistema, que normalmente funcionan a temperaturas de evaporacion/condensacion entre -5 °C (o mas baja) y 60 °C (o mas alta).
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Ademas, este compresor tambien puede aplicarse como un solo compresor o como una disposicion de multiples compresores de modo que uno o mas compresores cumplan los requisitos del mismo sistema/circuito de refrigeracion, proporcionando as! un grado de cantidad de reserva, de capacidad de reserva y/o mayor flexibilidad en el control de capacidad variable para que coincida con el requisito de carga termica. Dichos compresores pueden funcionar de manera individual o mutua, preferentemente con la velocidad de funcionamiento y el ajuste del angulo de paleta de gula de entrada en armonla para asegurar que ambos compresores desarrollen la misma relacion de compresion para mantener la estabilidad del sistema de refrigeracion. El sistema de control y proteccion se ha disenado para adaptarse a las aplicaciones de compresores individuales y multiples.
Fluidos de trabajo
Las industrias de sistemas de refrigeracion y de aire acondicionado se atienden mediante una amplia gama de fluidos conocidos como refrigerantes. Estos se seleccionan especlficamente para adaptarse a los requisitos de la aplicacion y el equipo esta disenado especlficamente para proporcionar un rendimiento optimo con el fluido seleccionado en los parametros de funcionamiento requeridos. Las realizaciones de la presente invencion pueden adaptarse para encajar con una amplia gama de parametros de funcionamiento de aplicacion y con una amplia gama de fluidos de trabajo. Estos fluidos/refrigerantes comprenden tanto un solo fluido (Azeotropo) o una mezcla de 2-3 fluidos (Zeotropos) y a continuacion se enumeran algunos, pero no todos, de los fluidos con los que las realizaciones de la invencion pueden adaptarse para funcionar:
Hidrofluorocarburos (HFC) (y cualquier combinacion de los mismos)
Los HFC son productos qulmicos fabricados por el hombre que contienen el elemento fluor, utilizados predominantemente como refrigerantes y como agentes propulsores de aerosoles. Son gases incoloros, inodoros y qulmicamente no reactivos. Se utilizan principalmente como sustitutos de los CFC y los HCFC que danan el ozono.
Estos incluyen, por ejemplo, pero no exclusivamente:
R134a
R23
R32
R43
R125
R143a
R152a
R227ea
R236fa
R245fa
R365mfc
R407A
R407C
R410A
R507
R508B
R437A
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Hidrocarburos (HC) (y cualquier combinacion de los mismos)
Los HC son compuestos organicos que se componen completamente de Hidrogeno y Carbono, utilizados predominantemente como refrigerantes y como agentes propulsores de aerosoles. En algunos casos, se absorben facilmente en el aceite lubricante, reduciendo as! sus propiedades lubricantes, lo que puede provocar potencialmente el fallo del compresor. Los compresores de acuerdo con las realizaciones de la invencion superaran este problema evitando el uso de aceites lubricantes.
Estos incluyen, por ejemplo, pero no exclusivamente:
• Etano
• Propano
• Propeno
• Butano
• Buteno
• Isobutano
• Pentano
• Penteno
• Combinaciones de dos o mas de los anteriores.
Hidrofluorolefinas (HFO)
Una nueva familia de refrigerantes actualmente en proceso de introduction a la industria. (Como en 2012/2013)
Otros refrigerantes no sintetizados (y cualquier combinacion de los mismos)
Incluyendo, por ejemplo, pero no exclusivamente:
R744 (CO2)
R718 (agua)
R728 (nitrogeno)
R729 (aire)
R740 (argon)
Aplicaciones
Las realizaciones de la presente solicitud se adaptan a una gran variedad de aplicaciones diferentes que incluyen sistemas de refrigeration, sistemas de aire acondicionado y sistemas de bombas de calor.
Las aplicaciones a modo de ejemplo incluyen, por ejemplo, pero no exclusivamente:
Enfriadores de agua DX (sistemas de expansion directa)
Refrigeracion de confort
Enfriamiento del proceso (alta temperatura y temperatura media)
Salas de datos informaticos y centros de datos Refrigeracion a baja temperatura Refrigeracion por temperatura ultrabaja Refrigeracion a temperatura media Refrigeracion de supermercados Cuartos frlos Expositores
Automatization industrial Refrigeracion lactea
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• Aire acondicionado de control cerrado
• Farmaceuticas
Los conceptos de la presente invencion pueden adaptarse para funcionar con fluidos alternativos variando simplemente el tamano flsico/la forma flsica/las propiedades flsicas de los siguientes componentes:
Ruedas del compresor centrlfugo Paletas de gula de entrada
Cojinetes laterales/autolubrificantes hidrostaticos/hlbridos Cojinetes de empuje hidrostaticos/hlbridos Potencia del motor (kW) y velocidad (rpm)
Carcasa de la rueda y carcasa de las paletas de gula de entrada Potencia del inversor (kW) y velocidad/frecuencia (Hz)
Sistema de control y proteccion
Control del sistema
Como se muestra en la figura 10, el inversor electronico 1010 se utiliza para acelerar el control y proteger el motor 82 (figura 8). Ademas, sin embargo, se proporciona un sistema de control y proteccion 1020 para el compresor 10. Este tambien puede controlar y proteger el sistema de refrigeracion 1030 en su conjunto.
El sistema de control normalmente tendra entradas de presiones y temperaturas del sistema y entrada de energla. Puede, por ejemplo, controlar uno o dos o mas de: velocidad del motor, angulo de paleta de gula de entrada, valvulas de expansion termostaticas (que dejan entrar refrigerante al evaporador y al economizador del circuito de refrigeracion) y velocidad del ventilador del condensador (donde el condensador elimina el calor a la atmosfera y los ventiladores se utilizan para ayudar a mantener el compresor dentro de los intervalos de parametros de funcionamiento deseados y, preferentemente, tambien para maximizar la eficiencia del sistema y el rendimiento termico). Las valvulas de expansion tambien pueden controlarse para ayudar a proteger el compresor de la entrada de refrigerante llquido.
Un posible enfoque para mejorar el control y la proteccion es usar una variante del sistema ClimaCheck™ disponible comercialmente. El sistema ClimaCheck™ se usa convencionalmente para analizar el rendimiento del sistema utilizando los sensores existentes de presion, temperatura y entrada de energla del sistema (y puede usarse de esta manera en las realizaciones de la presente invencion, se use o no como parte del control del sistema). La tecnologla ClimaCheck™ permite analizar un sistema de aire acondicionado o de refrigeracion con una precision del 5-7 % de la realidad. Los siguientes parametros pueden determinarse de manera dinamica en intervalos de 1 s, 2 s, 5 s, 10 s, 30 s, 60 s y de 5 minutos y pueden ponerse instantaneamente a disposicion de un operario o grabarse para futuras consultas:
Capacidad de refrigeracion (kW)
Capacidad de calentamiento (kW)
Entrada de energla (kW)
Calor de eliminacion (kW)
Temperatura de evaporacion Temperatura de condensacion Subenfriamiento Sobrecalentamiento
Coeficiente de rendimiento calorlfico (COP del sistema en modos de refrigeracion y calentamiento)
Eficiencia isentropica del compresor Coste de funcionamiento
Emisiones de CO2 y Potencial indirecto de calentamiento global Caudal masico de flujo secundario en el evaporador Caudal masico de flujo secundario en el condensador
ClimaCheck™ tambien proporciona una advertencia anticipada de perdida de refrigerante, de funcionamiento inestable del sistema y de funcionamiento fuera de los llmites del sistema seguro. Pueden enviarse automaticamente correos electronicos/mensajes de texto a varios destinatarios en tales circunstancias. El distribuidor de ClimaCheck™ en todo el Reino Unido es Business Edge Limited. El PLC principal (Controlador logico programable) que se encuentra dentro de ClimaCheck™ tambien puede programarse para convertirse en un dispositivo de control y proteccion y tambien puede encontrarse en la misma red que ClimaCheck™. En consecuencia, las lecturas derivadas de sensores de temperatura y presion, de transformadores de corriente, etc., pueden utilizarse para el analisis de rendimiento de ClimaCheck™ y para el "control y proteccion" del compresor y el sistema de refrigeracion.
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Recipiente de separacion
En algunas realizaciones, que no son parte de la presente invencion, puede ser deseable utilizar un recipiente de separacion en el sistema antes de la entrada del compresor. En la figura 11 se muestra un ejemplo de dicho recipiente, que podrla denominarse "Acumulador de aspiracion/Recipiente de filtro".
El fin principal de este recipiente 1110 es actuar como un deposito de emergencia aguas arriba del compresor 10 para atrapar cualquier "trago" de llquido que pueda desarrollarse en la llnea de aspiracion que conduce al compresor
10. Esto, por ejemplo, puede surgir cuando la valvula de expansion 14 que controla el flujo de refrigerante llquido en el evaporador 16 funciona de forma defectuosa o si tal valvula 14 esta configurada incorrectamente con un valor de sobrecalentamiento demasiado bajo.
Otra aplicacion para este recipiente 1110 es cuando el compresor puede utilizarse dentro de un sistema de bomba de calor-cuando tales sistemas invierten el ciclo, el exceso de llquido a menudo puede dirigirse hacia el compresor 10. Aqul, el acumulador de aspiracion/filtro combinado 1110 proporcionara un volumen suficiente para recibir tales tragos de llquido. Cuando esto ocurre, el compresor 10 sigue extrayendo vapor solo desde el recipiente 1110 para proteger las ruedas centrlfugas 22, 24 del compresor, mientras evapora progresivamente el llquido en forma de vapor antes del proceso de compresion.
En una disposicion de este tipo, el compresor y el sistema en el que esta contenido podrlan emplear el uso de una conexion inferior 1120 en la base del acumulador de aspiracion para permitir que cualquier acumulacion de llquido se dirija a otra parte, ya sea para su reutilizacion dentro del sistema o para otros fines directamente relacionados con la funcion del compresor.
Una funcion secundaria del acumulador de aspiracion/recipiente de filtro 1110 es proporcionar un alto grado de filtracion en la entrada al compresor 10. Cuando pueda existir cualquier material particulado dentro del sistema de refrigeracion o pueda desarrollarse como resultado de un mal funcionamiento del componente o como resultado de un mantenimiento o instalacion deficiente del sistema, el filtro de alto grado garantizara que el vapor puro solo pase a la entrada de la rueda centrlfuga de la primera etapa 22 del compresor para proteger las ruedas 22, 24 y los conjuntos de placa autolubrificante/placa de empuje 32, 34.
En una aplicacion adicional del acumulador de aspiracion/recipiente de filtro, el vapor fluye desde los cojinetes hlbridos del compresor y/o el vapor de otras partes del sistema de refrigeracion puede conectarse a este componente para que actue como un "punto de recoleccion de vapor" para proteger el impulsor de la primera etapa de cualquier llquido presente en estas llneas de vapor y para detener cualquier materia particulada que de lo contrario entrarla en el compresor, evitando as! el dano del cojinete y del impulsor.
Acumulador de aspiracion magnetico
En lo que concierne a cualquier material particulado que contenga hierro, podrla incluirse un dispositivo de captura magnetica podrla incluirse dentro de una canalizacion o dentro de un acumulador de aspiracion/recipiente de filtro aguas arriba del compresor de la presente invencion o, de hecho, de cualquier tipo de compresor. Es probable que la incidencia en el circuito de refrigeracion de este material particulado que contiene hierro sea muy baja; sin embargo, cualquier material ferroso que pueda estar dentro del propio sistema al comienzo de la construccion podrla capturarse de esta manera.
Sistema de monitorizacion y control remoto
Haciendo referencia brevemente a las figuras 12 y 13, se muestra una descripcion esquematica de un sistema de monitorizacion y control remoto para supervisar un sistema HVAC (sistema de calefaccion, ventilacion y aire acondicionado) 1100 que incluye un compresor, como se ha descrito anteriormente. Los sensores 1110-1118 se ubican normalmente alrededor del edificio 1150 y pueden medir la temperatura local de la habitation o la temperatura externa (ambiental). Cada sensor 1110-1118 proporciona una entrada en el sistema de control 1160, como el que se vende bajo la marca ClimaCheck™ y que incluye un microprocesador 1160 que opera bajo el control del software propietario (opcionalmente modificado por un usuario) y de algoritmos especialmente disenados
Un transceptor 1170 esta conectado al microprocesador 1160 y esta adaptado para comunicarse con los dispositivos de comunicacion moviles 1180, a traves de los sistemas 'GPS', as! como a los terminales convencionales de ordenadores fijos 1190, por ejemplo, a traves de Internet (Nube) o de redes convencionales de telecomunicaciones.
Haciendo referencia brevemente a la figura 13, se muestra un diagrama de flujo de los menus tlpicos que se proporcionan a un ingeniero de mantenimiento para verificar o actualizar el estado de una unidad de aire acondicionado o de un calentador/enfriador de agua (no mostrado) en el que se proporciona automaticamente una senal de temperatura de los sensores 1110-1118. En respuesta a una solicitud o para realizar un chequeo, un usuario debe introducir ciertos datos especlficos de ubicacion, contrasenas y datos de autenticacion (tales como codigos de ID de usuario) para poder tener acceso a uno de varios sistemas controlables, a traves de un enlace de
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datos. Estos sistemas varlan desde una escala local, como la temperatura de una habitacion o el piso de un edificio 1150, a una escala mayor, como la puesta en marcha de toda una planta de tratamiento de agua o un sistema HVAC completo para todo un edificio o complejo de edificios, por ejemplo un centro comercial o un bloque de oficinas.
Una vez que se ha obtenido el acceso al controlador del sistema, y sujeto a anulaciones de seguridad y otros sistemas a prueba de fallos, un usuario introduce las actualizaciones deseadas o nuevas condiciones de temperatura y estas se traducen en comandos a las valvulas locales o al compresor. Se transmite una confirmacion de recepcion del comando o una nueva configuracion desde el transceptor 1170 en el sistema de control y se confirma la recepcion de las instrucciones y de la actualizacion de las condiciones/parametros particulares.
Ciclo de funcionamiento del compresor
La figura 14 ilustra un ciclo de funcionamiento a modo de ejemplo de un sistema de compresor de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. En este ejemplo, el sistema incluye una disposicion de vaporizador para suministrar vapor de refrigerante a los cojinetes hlbridos del compresor en el arranque y apagado para hacer flotar los cojinetes en momentos en los que la velocidad de rotacion del arbol de transmision del impulsor no es lo suficientemente rapida para que los cojinetes hidrodinamicos sean autoportantes. Como se analiza con mas detalle a continuacion, en este ejemplo, la disposicion de vaporizador tiene una camara de vaporizacion para generar vapor saturado y una camara de sobrecalentamiento para sobrecalentar el vapor saturado antes de que se alimente a los cojinetes.
El ciclo se describira con referencia a los puntos de funcionamiento marcados en la figura con numeros en clrculos:
1. Un comando "Inicio" en respuesta a la instruccion del sistema de control "vaporizador activado". En este punto, la camara de vaporizacion esta generando vapor saturado.
2. Sobrecalentador activado-el vapor saturado de la camara de vaporizacion se sobrecalienta en la camara de sobrecalentamiento.
3. Inyeccion de vapor sobrecalentado a los cojinetes autolubrificantes/de empuje para hacer flotar estos cojinetes.
4. Una vez que los cojinetes estan flotando, el motor de accionamiento arranca y acelera las ruedas del compresor de vapor centrlfugo a una "velocidad preestablecida" a la que los cojinetes son autosostenidos (carrete equilibrado para cojinetes hlbridos). La presion de una o mas tomas de presion en una o mas ruedas del impulsor tambien esta disponible en este punto de funcionamiento para proporcionar un soporte adicional a los cojinetes autolubrificantes/de empuje.
5. Vaporizador/apagado de suministro de vapor sobrecalentado.
5-8 Vaporizador recargado con refrigerante llquido listo para la proxima operacion.
6. Aceleracion del motor de accionamiento a "ventana de velocidad de funcionamiento".
7-8 Ajuste de la velocidad dentro de este intervalo para controlar el flujo masico de refrigerante desarrollado por las ruedas del impulsor del compresor para alcanzar el objetivo de consigna del sistema de refrigeracion haciendo coincidir la capacidad de refrigeracion con la carga termica instantanea. Tambien se ajusta el angulo VIGV en una o mas entradas de rueda centrlfuga junto con la velocidad de la rueda impulsora, para lograr un control fino del flujo masico de refrigerante, pero a la maxima eficiencia de funcionamiento, evitando al mismo tiempo las condiciones de "sobrecarga" o "estrangulamiento".
8. Un comando "Parada” en respuesta a la instruccion del sistema de control.
9. Vaporizador activado
10. Sobrecalentador activado
11. Inyeccion de vapor sobrecalentado a los cojinetes autolubrificantes/de empuje para soportar los cojinetes a medida que la velocidad del impulsor disminuye por debajo de la velocidad a la que los cojinetes son autosostenidos.
12. Desaceleracion del motor de accionamiento a "velocidad predeterminada" (autoportante) (la presion de los impulsores ya no puede suministrarse a los cojinetes)
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13. Motor de accionamiento parado
14. Se detiene el suministro de vapor sobrecalentado a los cojinetes autolubrificantes/de empuje.
Configuraciones del vaporizador
Las figuras 15 a 17 muestran configuraciones posibles a modo de ejemplo para una disposicion de vaporizador que puede utilizarse, como en el ciclo de funcionamiento a modo de ejemplo descrito anteriormente, para proporcionar un suministro de vapor de refrigerante para hacer flotar los cojinetes radiales y/o los cojinetes de empuje a velocidades lentas, por ejemplo, durante el arranque y apagado, especialmente en momentos en los que la velocidad de rotacion del arbol de transmision del impulsor no es suficiente para que los cojinetes sean autoportantes.
En la disposicion que se ve en la figura 15, el refrigerante llquido en una camara de vaporizacion ("recipiente A'') puede calentarse rapidamente mediante un calentador (“HTR”) en la camara para generar vapor saturado (“SV”) a una presion elevada. Este vapor se alimenta posteriormente, por su propia presion, a los cojinetes radiales y a los cojinetes de empuje del compresor a traves de los canales de suministro de vapor (“SAT-VS/SHT-VS”).
La apertura de la salida de vapor dentro de la camara de vaporizacion se eleva por encima de la base de la camara para garantizar que no pueda fluir refrigerante llquido en los canales de suministro de vapor. El nivel del refrigerante llquido en la camara se monitoriza con un sensor de nivel de llquido (“LLS”), controlandose un suministro de refrigerante llquido a la camara, en respuesta a la salida del sensor de nivel de llquido, utilizando una valvula accionada electricamente (“EOV”)
Se utilizan otras valvulas accionadas electricamente (“EOV”) para abrir y cerrar el flujo de vapor de la camara a los cojinetes y tambien para abrir y cerrar un flujo de vapor de uno o mas de los impulsores del compresor a los cojinetes.
En este ejemplo, los calentadores (“HTR”) estan asociados con cada cojinete para elevar la temperatura del cojinete por encima de la temperatura de saturacion del refrigerante para evitar la formation de condensation potencialmente danina en los cojinetes. En este ejemplo, los calentadores se accionan mediante el control del tiristor. Se utilizan sensores de temperatura ("TS") para detectar la temperatura de los cojinetes, utilizandose las senales de estos sensores por el sistema de control principal para controlar los calentadores de los cojinetes y para controlar la conexion del suministro de vapor desde el vaporizador en el arranque.
En la disposicion de vaporizador ilustrada en la figura 15, durante el arranque y el apagado, los cojinetes se alimentan con un suministro de vapor saturado de la camara de vaporizacion. Sin embargo, puede ser mas preferible alimentar el vapor sobrecalentado a los cojinetes, ya que esto reduce aun mas la probabilidad de condensacion de vapor en los cojinetes. La figura 16 muestra una disposicion de vaporizador para lograr esto, en la que se suministra vapor saturado desde la camara de vaporizacion ("recipiente A") a una camara de sobrecalentamiento ("recipiente B''), en la que se sobrecalienta mediante otro calentador (“HTR”) en este segundo recipiente. Se utiliza un sensor de temperatura ("TS") en la camara de sobrecalentamiento para controlar el calentador para garantizar que el vapor pase hacia adelante a los cojinetes en un estado sobrecalentado.
La figura 17 muestra un ejemplo adicional de una posible disposicion para proporcionar a los cojinetes un suministro de vapor. En este ejemplo, en lugar de la camara de vaporizacion tenga una alimentation de refrigerante llquido, en su lugar se suministra vapor de refrigerante desde una region de alta presion del circuito de refrigeration (por ejemplo, la salida del compresor) durante el funcionamiento del compresor. El vapor se almacena en la camara hasta que se requiera para hacer flotar los cojinetes, por ejemplo al apagarse, en cuyo punto se sobrecalienta mas y se eleva en presion mediante un calentador (“HTR”) en la camara y se alimenta a los cojinetes.
Alimentacion de vapor a los cojinetes
La figura 18 muestra, para un compresor de acuerdo con una realization de la invention, un ejemplo para una configuration de canales formada en la carcasa del compresor a traves de la cual puede suministrarse vapor de refrigerante desde una o mas ruedas impulsoras del compresor, o desde una disposicion de vaporizador, a los cojinetes radiales y de empuje del compresor. La figura 18a es una section transversal longitudinal a traves de un extremo del compresor. La figura 18b es una vista en seccion a lo largo de la llnea A-A de la figura 18a y la figura 18c es una vista en seccion a lo largo de la llnea B-B de la figura 18a.
Observando primero la alimentacion al cojinete radial, el vapor pasa desde un suministro (es decir, un impulsor o un vaporizador) a traves de un orificio radial en la carcasa del compresor a un canal anular que rodea la cubierta exterior del cojinete del cojinete radial. Una serie de perforaciones radiales se extienden a traves de la cubierta
exterior del cojinete para extenderse desde este canal anular a la superficie interior del cojinete de la cubierta
exterior del cojinete, de modo que el vapor fluye a presion desde el canal anular a traves de estas perforaciones al
espacio entre las superficies de cojinete de las cubiertas interior y exterior del cojinete. El vapor se descarga a
continuation a cada extremo del espacio entre cojinetes. Las flechas en las figuras 18a y 18c indican el flujo de
vapor a traves de los cojinetes.
El mismo orificio de suministro radial suministra vapor de refrigerante a ambos lados del cojinete de empuje a traves de pasajes que se ramifican en el orificio radial. Mas especlficamente, estos pasajes suministran vapor a las 5 perforaciones que estan espaciadas circunferencialmente a intervalos alrededor de las placas de empuje a cada lado del cojinete de empuje en el extremo del arbol de transmision del impulsor. Las flechas en las figuras 18a y 18b indican el flujo de vapor a traves del cojinete.

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    REIVINDICACIONES
    1. Un compresor centrlfugo (10) para comprimir un vapor de refrigerante en un ciclo de refrigeracion, comprendiendo el compresor:
    un arbol de transmision del impulsor (28) soportado por un primer y un segundo cojinete radial (32) para la rotacion dentro del carcasa del compresor; y
    un conjunto de impulsor que incluye al menos una rueda impulsora centrlfuga (22, 24) montada en el arbol de transmision del impulsor (28) para girar con el arbol de transmision del impulsor (28);
    caracterizado por que el primer y el segundo cojinete radial (32) son cojinetes de fluido hidrodinamico en los que el fluido de cojinete es el vapor de refrigerante, comprendiendo ademas el compresor un conducto para suministrar una porcion del vapor de refrigerante desde el conjunto de impulsor al primer y al segundo cojinetes de fluido; y
    comprendiendo ademas el compresor (10) una alimentacion de vapor de refrigerante tomada de dos o mas regiones de la rueda o ruedas del impulsor (22, 24) del conjunto de impulsor, que incluye una region de presion relativamente baja y una region de presion relativamente alta; comprendiendo el compresor ademas una disposicion de valvula para conectar selectivamente la region de mayor presion o la region de menor presion de la(s) rueda(s) del impulsor al conducto que suministra vapor de refrigerante a los cojinetes radiales (32).
  2. 2. Un compresor centrlfugo (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende ademas un suministro externo de vapor de refrigerante presurizado que es independiente del funcionamiento del compresor y esta adaptado para conectarse a los cojinetes (32) para suministrar vapor de refrigerante presurizado a los cojinetes a bajas velocidades para hacer flotar los cojinetes.
  3. 3. Un compresor centrlfugo (10) de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que el suministro externo de vapor presurizado comprende un recipiente de presurizacion de refrigerante que esta adaptado para capturar y almacenar vapor de refrigerante presurizado del compresor o de un sistema de refrigeracion del que forma parte el compresor cuando el compresor esta funcionando a velocidades de funcionamiento normales.
  4. 4. Un compresor de vapor centrlfugo de acuerdo con la reivindicacion 2 o la reivindicacion 3, que comprende un sensor para detectar si los cojinetes estan flotando o no.
  5. 5. Un compresor de vapor centrlfugo de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que el sensor es un sensor para detectar la rotacion inversa del arbol de transmision del impulsor (28).
  6. 6. Un compresor centrlfugo (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los cojinetes estan montados en la carcasa del compresor mediante soportes elasticos.
  7. 7. Un compresor centrlfugo (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas un cojinete de empuje (34), en donde el cojinete de empuje es un cojinete de fluido en el que el fluido es el propio vapor de refrigerante y esta adaptado para recibir un suministro de vapor de refrigerante presurizado del conjunto de impulsor del compresor.
  8. 8. Un compresor centrlfugo (10) de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que el suministro de refrigerante presurizado se toma de la misma region de la disposicion del impulsor que para los cojinetes radiales (32).
  9. 9. Un compresor centrlfugo (10) de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que el suministro de refrigerante presurizado se toma de una region de la disposicion del impulsor diferente a la de los cojinetes radiales (32).
  10. 10. Un compresor centrlfugo (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el compresor es un compresor de etapas multiples que comprende una pluralidad de impulsores (22, 24) a traves de los que el vapor de refrigerante fluye en serie.
  11. 11. Un compresor centrlfugo (10) de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que al menos dos de los impulsores (22, 24) estan orientados opuestos entre si en una direction axial, ya sea con sus lados planos enfrentados entre si o con sus lados posteriores enfrentados entre si.
  12. 12. Un compresor centrlfugo (10) de acuerdo con la reivindicacion 10 o la reivindicacion 11, en el que los impulsores (22, 24) estan dispuestos en cualquier extremo del arbol de transmision del impulsor (28).
  13. 13. Un sistema de compresor, que comprende un compresor (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores y un sistema de control para monitorizar, controlar y proteger el compresor.
  14. 14. Un sistema de compresor, que comprende una pluralidad de compresores (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 que sirven a un solo circuito de refrigeracion y un sistema de control para monitorizar, controlar y proteger los compresores.
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