ES2813078T3

ES2813078T3 - Compresor de tornillo con engranaje magnético

Info

Publication number: ES2813078T3
Application number: ES17822967T
Authority: ES
Inventors: Jagadeesh Tangudu; Vishnu M Sishtla
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2021-03-22
Anticipated expiration: 2037-12-13
Also published as: US20200040898A1; US11293438B2; CN110073109A; EP3555477A1; CN110073109B; EP3555477B1; WO2018111985A1

Abstract

Un compresor de tornillo (12) que comprende: una carcasa (20) que tiene un puerto de succión y un puerto de descarga; un rotor macho (28) giratorio con respecto a dicha carcasa en torno a un primer eje (A); un rotor hembra (30) giratorio con respecto a dicha carcasa en torno a un segundo eje (B); y un sistema de engranajes magnéticos que incluye un primer engranaje magnético (60) asociado con dicho rotor macho y un segundo engranaje magnético (62) asociado con dicho rotor hembra, estando dicho primer engranaje magnético y dicho segundo engranaje magnético posicionados de tal manera que un campo magnético de dicho primer engranaje magnético interactúe con dicho segundo engranaje magnético para impulsar la rotación de dicho rotor hembra en torno a dicho segundo eje; caracterizado porque dicho primer engranaje magnético (60) y dicho segundo engranaje magnético (62) forman un par de engranajes magnéticos y dicho sistema de engranajes magnéticos incluye una pluralidad de dichos pares de engranajes magnéticos; donde un primer par de engranajes magnéticos de dicha pluralidad de pares de engranajes magnéticos se posiciona adyacente a un extremo de succión de dicho rotor macho (28) y dicho rotor hembra (30), y un segundo par de engranajes magnéticos de dicha pluralidad de pares de engranajes magnéticos se posiciona adyacente a un extremo de descarga de dicho rotor macho y dicho rotor hembra; y donde cada uno de los engranajes magnéticos asociados con el rotor macho es sustancialmente idéntico, y cada uno de los engranajes magnéticos asociados con el rotor hembra es sustancialmente idéntico.

Description

DESCRIPCIÓN

Compresor de tomillo con engranaje magnético

ANTECEDENTES

Las realizaciones de esta descripción se refieren generalmente a sistemas de refrigeración de enfriadores y, más particularmente, a la separación del lubricante de refrigerante en un compresor de un sistema de refrigeración de enfriador.

Los sistemas refrigerantes se utilizan en muchas aplicaciones acondicionar un entorno. La carga de enfriamiento o calentamiento del entorno puede variar con las condiciones ambientales, el nivel de ocupación, otros cambios en las demandas de carga sensible y latente, y a medida que los puntos de ajuste de temperatura y/o humedad se ajustan por un ocupante del entorno.

Los compresores de tipo tornillo se usan comúnmente en aplicaciones de acondicionamiento de aire y refrigeración. En tal compresor, los rotores o tornillos lobulados entrelazados macho y hembra se giran en torno a sus ejes para bombear el fluido de trabajo (por ejemplo, refrigerante) desde un extremo de entrada de baja presión a un extremo de salida de alta presión. Durante la rotación, los lóbulos secuenciales del rotor macho sirven como pistones que conducen el refrigerante aguas abajo y lo comprimen dentro del espacio entre un par adyacente de lóbulos de rotor hembra y el alojamiento. Asimismo, los lóbulos secuenciales del rotor hembra producen la compresión del refrigerante dentro de un espacio entre un par adyacente de lóbulos de rotor macho y el alojamiento. Los espacios entre lóbulos de los rotores macho y hembra en los que se produce la compresión forman bolsas de compresión (descritas, como alternativa, como porciones macho y hembra de una bolsa de compresión común unida en una zona de malla). Típicamente, el compresor está dotado de lubricante, tal como aceite, que se utiliza para lubricar los cojinetes y otras superficies de rodadura. El aceite se mezcla con el refrigerante, de modo que el refrigerante que sale del compresor incluye una buena cantidad de aceite. Esto es algo indeseable, ya que en un sistema refrigerante cerrado, a veces puede ser difícil mantener un suministro adecuado de lubricante para lubricar las superficies del compresor.

El documento JP HO1182590 A describe electroimanes de tipo placa instalados en una porción final del eje de cada rotor de un compresor de tornillo de modo que se pueda transmitir la rotación entre cada rotor. El documento WO 2004/031585 A1 describe el uso de rotores magnéticos como mecanismo para girar un par de rotores de tornillo en direcciones opuestas sin usar engranajes de sincronización. El documento JP 2006 316662 A describe una bomba con un par de rotores de bomba con un par de ejes de transmisión e imanes en forma de anillo que giran integralmente con los ejes de transmisión con una pluralidad de dientes.

RESUMEN

Según un primer aspecto, la invención proporciona un compresor de tornillo que comprende: una carcasa que tiene un puerto de succión y un puerto de descarga; un rotor macho giratorio con respecto a dicha carcasa en torno a un primer eje; un rotor hembra giratorio con respecto a dicha carcasa en torno a un segundo eje; y un sistema de engranajes magnéticos que incluye un primer engranaje magnético asociado con dicho rotor macho y un segundo engranaje magnético asociado con dicho rotor hembra, estando dicho primer engranaje magnético y dicho segundo engranaje magnético posicionados de tal manera que un campo magnético de dicho primer engranaje magnético interactúe con dicho segundo engranaje magnético para impulsar la rotación de dicho rotor hembra en torno a dicho segundo eje; caracterizado porque dicho primer engranaje magnético y dicho segundo engranaje magnético forman un par de engranajes magnéticos y dicho sistema de engranajes magnéticos incluye una pluralidad de dichos pares de engranajes magnéticos; donde un primer par de engranajes magnéticos de dicha pluralidad de pares de engranajes magnéticos se posiciona adyacente a un extremo de succión de dicho rotor macho y dicho rotor hembra, y un segundo par de engranajes magnéticos de dicha pluralidad de pares de engranajes magnéticos se posiciona adyacente a un extremo de descarga de dicho rotor macho y dicho rotor hembra; y donde cada uno de los engranajes magnéticos asociados con el rotor macho es sustancialmente idéntico, y cada uno de los engranajes magnéticos asociados con el rotor hembra es sustancialmente idéntico.

Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, dicho campo magnético de dicho primer engranaje magnético interactúa con un campo magnético de dicho segundo engranaje magnético a medida que dicho primer engranaje magnético gira en torno a dicho primer eje para impulsar la rotación de dicho segundo engranaje magnético en torno a dicho segundo eje.

Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, la rotación de dicho primer engranaje magnético en torno a dicho primer eje en la primera dirección impulsa la rotación de dicho segundo engranaje magnético en torno a dicho segundo eje en una segunda dirección opuesta a dicha primera dirección.

Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, dicho primer engranaje magnético y dicho segundo engranaje magnético están alineados magnéticamente para transmitir un par requerido a dicho primer engranaje magnético y dicho segundo engranaje magnético.

Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, dicho primer engranaje magnético y dicho segundo engranaje magnético no están dispuestos en contacto físico. Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, dicho primer engranaje magnético tiene una primera configuración y dicho segundo engranaje magnético tiene una segunda configuración, siendo dicha primera configuración y dicha segunda configuración idénticas.

Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, dicho primer engranaje magnético tiene una primera configuración y dicho segundo engranaje magnético tiene una segunda configuración, siendo dicha primera configuración y dicha segunda configuración distintas.

Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales que comprenden un motor acoplado operativamente a dicho rotor macho.

Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, dicho compresor de tornillo es un componente de un sistema de refrigeración.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La materia objeto que se considera como la presente descripción, se señala particularmente y se reivindica claramente en las reivindicaciones al término de la memoria descriptiva. Lo anterior y otras características y ventajas de la presente descripción resultan evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y tomada conjuntamente con los dibujos que la acompañan, en los cuales:

La figura 1 es un diagrama esquemático de un ejemplo de un sistema de refrigeración;

La figura 2 es una vista en sección transversal de un ejemplo de una porción de un compresor de tornillo de un sistema de refrigeración; y

La figura 3 es un diagrama esquemático en sección transversal simplificado de un compresor de tornillo según una realización.

La descripción detallada explica realizaciones de la presente descripción, junto con ventajas y características, a título de ejemplo con referencia a los dibujos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Con referencia ahora a la figura 1, se ilustra esquemáticamente un ejemplo de un ciclo convencional de compresión de vapor o refrigeración 10 de un sistema de acondicionamiento de aire. Un refrigerante R está configurado para circular a través del ciclo de compresión de vapor 10, de modo que el refrigerante R absorbe calor cuando se evapora a baja temperatura y presión y libera calor cuando se condensa a una temperatura y presión más altas. En este ciclo 10, el refrigerante R fluye en el sentido horario como se indica por las flechas. El compresor 12 recibe vapor refrigerante del evaporador 18 y lo comprime a una temperatura y presión más altas, pasando el vapor relativamente caliente al condensador 14, donde se enfría y se condensa a un estado líquido mediante una relación de intercambio de calor con un medio refrigerante, tal como aire o agua. El refrigerante líquido R pasa a continuación del condensador 14 a una válvula de expansión 16, donde el refrigerante R se expande a un estado bifásico de líquido/vapor a baja temperatura a medida que pasa al evaporador 18. Después de la adición de calor en el evaporador, el vapor a baja presión regresa al compresor 12 donde se repite el ciclo.

Con referencia ahora a la figura 2, un ejemplo de una porción de un compresor de tornillo convencional 12, comúnmente usado en sistemas de acondicionamiento de aire, se ilustra con más detalle. El compresor de tornillo 12 tiene un conjunto de carcasa 20 que incluye una carcasa principal 22, una carcasa del lado de descarga 24 y una cubierta final 26. Montados dentro de la carcasa principal 22 se encuentran un rotor macho 28 y un rotor hembra 30 que tienen los respectivos ejes longitudinales A y B. Como se muestra, los ejes longitudinales A, B son generalmente paralelos entre sí. El rotor macho 28 incluye un cuerpo lobulado 32 montado en torno a un primer eje 34 configurado para girar en torno al eje longitudinal A y el rotor hembra 30 incluye un cuerpo lobulado 36 montado en torno a un segundo eje 38 configurado para girar en torno al eje longitudinal B. El cuerpo lobulado 32 del rotor macho 28 y el cuerpo lobulado 36 del rotor hembra 30 pueden tener el mismo, o como alternativa, un número diferente de dientes formados en los mismos. El rotor macho 28 y el rotor hembra 30 están dispuestos de manera que los dientes del rotor macho 28 estén interpuestos con los dientes del rotor hembra 30.

Se pueden usar uno o más cojinetes, tal como cojinetes de deslizamiento, por ejemplo, para montar el rotor macho 28 y el rotor hembra 30 en la carcasa 20. Por ejemplo, un extremo de succión de los ejes 34, 38 de los rotores macho y hembra 28, 30 está montado en la carcasa 20 a través de uno o más cojinetes de entrada 40, y un extremo de descarga de los ejes 34, 38 de los rotores macho y hembra 28, 30 está montado en la carcasa 20 con uno o más cojinetes de salida 42 para girar en torno al eje de rotor asociado A, B. Como alternativa, o además, un cojinete de empuje 44 puede posicionarse en el extremo de descarga de los rotores 28, 30 para impedir la traslación de los rotores 28, 30 a lo largo de sus respectivos ejes longitudinales A, B durante el funcionamiento del compresor 12. En la realización ilustrada, no limitativa, el cojinete de empuje 44 está dispuesto directamente adyacente al extremo aguas abajo de los cojinetes de deslizamiento de salida 42. Además, se pueden proporcionar uno o más dispositivos de sellado de eje 46 entre la carcasa principal 22 y los respectivos rotores 28, 30, y entre la carcasa del lado de descarga 24 y los respectivos rotores 28, 30.

Un par de engranajes de sincronización 48, 50 está montado en los ejes 34, 38 del rotor macho 28 y el rotor hembra 30, respectivamente. El engranaje de sincronización 48 del rotor macho 28 y el engranaje de sincronización 50 del rotor hembra 30 están dispuestos en acoplamiento engranado de tal manera que la rotación de uno de los engranajes de sincronización, tal como el engranaje de sincronización 48 asociado con el rotor macho 28, por ejemplo, se transmite al otro engranaje de sincronización, tal como el engranaje de sincronización 50 asociado con el rotor hembra 30, por ejemplo. Como resultado de este acoplamiento, los engranajes de sincronización 48, 50 están configurados para girar el rotor macho 28 y el rotor hembra 30 en direcciones opuestas. Un motor, ilustrado esquemáticamente en M, acoplado al eje 34, 38 de uno de los rotores es operativo para impulsar ese rotor, ilustrado como rotor macho 28, en torno a su eje de rotación A. A través del acoplamiento entre los engranajes de sincronización 48, 50, el otro rotor 30 gira de manera similar en torno a su respectivo eje de rotación B. Aunque en el presente documento se ilustra y describe un tipo de compresor y una configuración particulares, están dentro del alcance de la invención otros compresores, tal como los que tienen tres rotores, por ejemplo.

En algunas aplicaciones, es deseable eliminar todos o al menos una parte de los componentes mecánicos del compresor de tornillo 12 que requieren lubricación, tal como, por ejemplo, los engranajes de sincronización 48, 50. Con referencia ahora a la figura 3, en una realización, los engranajes de sincronización 48, 50 asociados con el rotor macho 28 y el rotor hembra 30 de un compresor de tornillo 12 se reemplazan con los engranajes magnéticos 60, 62 respectivamente. Aunque el compresor de tornillo 12 se ilustra y se describe en el presente documento con respecto a los engranajes magnéticos, debe entenderse que también se consideran dentro del alcance de la descripción alternativas adecuadas, tales como acopladores magnéticos, por ejemplo. En la realización no limitativa ilustrada, un par de engranajes magnéticos 60, 62 está montado adyacente tanto al lado de succión como al lado de descarga de los rotores 28, 30. Sin embargo, las realizaciones que tienen solo un par de engranajes magnéticos 60, 62, o como alternativa, que tienen más de dos pares de engranajes magnéticos 60, 62 también están dentro del alcance de la descripción.

Los engranajes magnéticos 60, 62 pueden formarse a partir de un material magnético de manera que una superficie externa del engranaje 60, 62 se magnetice localmente para producir una pluralidad de pequeños polos magnéticos. La fuerza magnética interactiva de los polos magnéticos de cada engranaje 60, 62 puede funcionar de manera similar a los dientes de un engranaje mecánico convencional. Como resultado, el campo magnético generado por uno o más engranajes magnéticos 60 asociados con el rotor macho 28 está configurado para interactuar con el campo magnético de uno o más engranajes magnéticos 62 asociados con el rotor hembra 30. Por consiguiente, el par se transmite entre los engranajes magnéticos 60, 62 por su atracción y repulsión mutuas. Como resultado, la rotación del uno o más engranajes magnéticos 60 del rotor macho 28 impulsa la rotación del uno o más engranajes magnéticos 62 del rotor hembra 30, haciendo así que el rotor hembra 30 gire en torno a su eje B. Un espacio de aire, ilustrado esquemáticamente en 64, está dispuesto entre los engranajes magnéticos 60, 62 de manera que los engranajes 60, 62 no estén en contacto físico entre sí.

El tamaño y la configuración de cada uno de los engranajes magnéticos 60, 62 en el compresor 12 pueden seleccionarse basándose en la transmisión de par deseada. Los parámetros que afectan a la magnitud del par transmitido entre los engranajes magnéticos biaxiales 60, 62 incluyen: la distancia entre los engranajes magnéticos 60, 62, el espesor de una capa de material magnético de los engranajes magnéticos 60, 62, el espesor de una capa de material conductor magnético de los engranajes 60, 62, el número de polos magnetizados en los engranajes magnéticos 60, 62 y el radio interno y externo de la capa de material magnético. En una realización, la configuración de los engranajes magnéticos 60 asociados con el rotor macho 28 es sustancialmente idéntica a la configuración de los engranajes magnéticos 62 asociados con el rotor hembra 30. Sin embargo, en otras realizaciones, los engranajes magnéticos 60, 62 asociados con el rotor macho y hembra 28, 30 pueden ser diferentes. Además, cada uno de los engranajes magnéticos 60 asociados con el rotor macho 28 es sustancialmente idéntico, y cada uno de los engranajes magnéticos 62 asociados con el rotor hembra 30 es idéntico, de manera que el par se transmite de manera uniforme entre cada par de engranajes magnéticos 60, 62.

Al usar un engranaje magnético 60, 62 para sincronizar la rotación de los rotores 28, 30 del compresor de tornillo 12, la operación sin contacto del mismo elimina la necesidad de lubricación, reduciendo así tanto la contaminación como el coste del sistema. Además, los engranajes magnéticos 60, 62 eliminan los problemas relacionados con la fricción y el desgaste, lo que mejora la eficiencia al reducir las pérdidas por fricción del sistema. Como resultado, los engranajes magnéticos prolongan la vida útil de los componentes y reducen tanto el ruido como la vibración causados por la rotación de los rotores 28, 30.

Aunque la descripción se ha descrito en detalle en relación con solo un número limitado de realizaciones, debería entenderse fácilmente que la invención no está limitada a tales realizaciones descritas. En su lugar, la invención puede modificarse para incorporar cualquier número de variaciones, alteraciones, sustituciones o disposiciones equivalentes no descritas hasta ahora, pero que son acordes con el alcance como se define por las reivindicaciones adjuntas. Además, aunque se han descrito diversas realizaciones de la descripción, ha de entenderse que los aspectos de la descripción pueden incluir solo algunas de las realizaciones descritas. Por consiguiente, la descripción no debe verse como limitada por la descripción anterior, sino que solo está limitada por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un compresor de tomillo (12) que comprende:

una carcasa (20) que tiene un puerto de succión y un puerto de descarga;

un rotor macho (28) giratorio con respecto a dicha carcasa en torno a un primer eje (A);

un rotor hembra (30) giratorio con respecto a dicha carcasa en torno a un segundo eje (B); y

un sistema de engranajes magnéticos que incluye un primer engranaje magnético (60) asociado con dicho rotor macho y un segundo engranaje magnético (62) asociado con dicho rotor hembra, estando dicho primer engranaje magnético y dicho segundo engranaje magnético posicionados de tal manera que un campo magnético de dicho primer engranaje magnético interactúe con dicho segundo engranaje magnético para impulsar la rotación de dicho rotor hembra en torno a dicho segundo eje;

caracterizado porque dicho primer engranaje magnético (60) y dicho segundo engranaje magnético (62) forman un par de engranajes magnéticos y dicho sistema de engranajes magnéticos incluye una pluralidad de dichos pares de engranajes magnéticos;

donde un primer par de engranajes magnéticos de dicha pluralidad de pares de engranajes magnéticos se posiciona adyacente a un extremo de succión de dicho rotor macho (28) y dicho rotor hembra (30), y un segundo par de engranajes magnéticos de dicha pluralidad de pares de engranajes magnéticos se posiciona adyacente a un extremo de descarga de dicho rotor macho y dicho rotor hembra; y

donde cada uno de los engranajes magnéticos asociados con el rotor macho es sustancialmente idéntico, y cada uno de los engranajes magnéticos asociados con el rotor hembra es sustancialmente idéntico.

2. El compresor de tornillo (12) de la reivindicación 1, donde dicho campo magnético de dicho primer engranaje magnético (60) interactúa con un campo magnético de dicho segundo engranaje magnético (62) a medida que dicho primer engranaje magnético gira en torno a dicho primer eje (A) para impulsar la rotación de dicho segundo engranaje magnético en torno a dicho segundo eje (B).

3. El compresor de tornillo (12) de la reivindicación 2, donde la rotación de dicho primer engranaje magnético (60) en torno a dicho primer eje (A) en la primera dirección impulsa la rotación de dicho segundo engranaje magnético (62) en torno a dicho segundo eje (B) en una segunda dirección opuesta a dicha primera dirección.

4. El compresor de tornillo (12) de la reivindicación 1, donde dicho primer engranaje magnético (60) y dicho segundo engranaje magnético (62) están alineados magnéticamente para transmitir un par requerido entre dicho primer engranaje magnético y dicho segundo engranaje magnético.

5. El compresor de tornillo (12) de la reivindicación 1, donde dicho primer engranaje magnético (60) y dicho segundo engranaje magnético (62) no están dispuestos en contacto físico.

6. El compresor de tornillo (12) de la reivindicación 1, donde dicho primer engranaje magnético (60) tiene una primera configuración y dicho segundo engranaje magnético (62) tiene una segunda configuración, siendo dicha primera configuración y dicha segunda configuración idénticas.

7. El compresor de tornillo (12) de la reivindicación 1, donde dicho primer engranaje magnético (60) tiene una primera configuración y dicho segundo engranaje magnético (62) tiene una segunda configuración, siendo dicha primera configuración y dicha segunda configuración distintas.

8. El compresor de tornillo (12) de la reivindicación 1, que comprende además un motor (M) acoplado operativamente a dicho rotor macho (28).

9. El compresor de tornillo (12) de la reivindicación 1, donde dicho compresor de tornillo es un componente de un sistema de refrigeración (10).