ES2880450T3 - Máquina de desplazamiento positivo simétrica cilíndrica - Google Patents

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Abstract

Máquina volumétrica cilíndrica simétrica, máquina (1) que comprende un alojamiento (2) con dos rotores cooperantes (6a, 6b) en su interior, a saber, un rotor exterior (6a) montado de forma rotativa en el alojamiento (2) y un rotor interior (6b) montado de forma rotativa en el rotor exterior (6a), por lo que una cámara de compresión (8) se encuentra entre los rotores (6a, 6b), que se moverá por rotación de los rotores (6a, 6b) desde el lado de entrada (9a) de los rotores (6a, 6b) al lado de salida (9b) de los rotores (6a, 6b), caracterizada por que el lado de entrada (9a) del rotor exterior (6a) está provisto de un ventilador (12), para suministrar aire a la cámara de compresión (8).

Description

DESCRIPCIÓN
Máquina de desplazamiento positivo simétrica cilindrica
La presente invención se refiere a una máquina volumétrica cilindrica simétrica.
Una máquina volumétrica también se conoce con el nombre de "máquina de desplazamiento positivo".
En particular, la invención está destinada a máquinas tales como expansores, compresores y bombas con una simetría cilindrica con dos rotores, a saber, un rotor interior montado de forma rotativa en un rotor exterior.
Tales máquinas ya son conocidas y se describen en el documento US 1.892.217, entre otros. También se sabe que los rotores pueden tener una forma cilindrica o cónica.
Se sabe que tales máquinas pueden accionarse mediante un motor eléctrico.
De la solicitud de patente belga N.0 BE 2017/5459 ya se sabe que el motor eléctrico se puede montar alrededor del rotor exterior, por lo que el estátor del motor impulsa directamente el rotor exterior.
Tal máquina tiene muchas ventajas en relación con las máquinas conocidas en las que el árbol del motor está conectado por medio de una transmisión con el eje del rotor del rotor exterior o interior.
De este modo, la máquina no solo será mucho más compacta, de tal modo que la huella sea más pequeña, también significa que se requieren menos sellos de árbol y cojinetes.
La eficacia de la máquina está determinada en gran medida por la relación de llenado de la llamada cámara de compresión, este es un espacio entre los lóbulos de los rotores que se moverá por rotación de los rotores desde el lado de entrada al lado de salida y, de este modo, disminuye de volumen de tal modo que el gas encerrado en el espacio se comprimirá.
El documento WO 2015 124918 divulga una máquina rotatoria de desplazamiento positivo con un rotor rotatorio exterior y uno interior rotatorio.
El propósito de la presente invención es mejorar la relación de llenado de tal máquina.
Para este fin, la invención se refiere a una máquina volumétrica cilindrica simétrica, por lo que la máquina comprende un alojamiento con dos rotores que cooperan en la misma, a saber, un rotor exterior montado de forma rotativa en el alojamiento y un rotor interior montado de forma rotativa en el rotor exterior, por lo que una cámara de compresión se encuentra entre los rotores, que se mueve por rotación de los rotores desde el lado de entrada al lado de salida, caracterizado por que el lado de entrada del rotor exterior está provisto de un ventilador, para suministrar aire a la cámara de compresión.
Esto proporciona la ventaja de que el ventilador garantizará un flujo de aire centripeto en la entrada, de tal modo que se obtenga un mejor llenado de la cámara de compresión. Por lo tanto, aumentará el rendimiento de la máquina. Esto también compensará cualquier reducción prematura del volumen de la cámara de compresión que ocurra antes de que se cierre.
Otra ventaja es que el aire aspirado activamente también es adecuado para enfriar, por ejemplo, un motor que impulsa la máquina, la salida o el aceite que se utiliza para la lubricación y/o enfriamiento de los componentes de la máquina. Esto se puede realizar enviando el aire aspirado a lo largo o a través de dichos componentes antes de que termine en la cámara de compresión.
En una realización práctica, el rotor exterior está provisto de una unión sobre su lado de entrada en donde el ventilador está integrado, que se une al rotor exterior.
Esta unión puede consistir en un elemento cilindrico hueco, que se coloca con su eje en la extensión del eje del rotor exterior.
De acuerdo con una caracteristica preferente de la invención, el rotor exterior está montado de forma rotativa en el alojamiento por medio de un cojinete sobre o a dicha fijación.
La ventaja es que se puede utilizar un cojinete más pequeño. De hecho, la propia fijación puede estar provisto de un collar orientado radialmente hacia dentro, por ejemplo, de tal modo que el cojinete se pueda unir a o sobre este collar. Con la intención de mostrar mejor las características de la invención, algunas realizaciones preferentes de una máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con la invención se describen a continuación por medio de un ejemplo, sin ninguna naturaleza limitante, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en donde:
la figura 1 muestra esquemáticamente una máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con la invención; la figura 2 muestra una sección transversal de acuerdo con la linea 11-11 de la figura 1;
la figura 3 muestra esquemáticamente una realización alternativa de la sección indicada en la figura 1 con F3; la figura 4 muestra una variante de la figura 3;
la figura 5 muestra esquemáticamente otra variante de la figura 3.
La máquina 1 mostrada esquemáticamente en la figura 1 es un dispositivo compresor en este caso.
De acuerdo con la invención también es posible que la máquina 1 se refiera a un dispositivo de expansión. La invención también puede referirse a un dispositivo de bomba.
La máquina 1 es una máquina volumétrica cilindrica simétrica 1. Esto significa que la máquina 1 tiene una simetría cilindrica, es decir, las mismas propiedades simétricas que un cono.
La máquina 1 comprende un alojamiento 2 que está provisto de una abertura de entrada 3 para aspirar el gas a comprimir y de una abertura de salida 4 para el gas comprimido. El alojamiento define una cámara 5.
Dos rotores cooperantes 6a, 6b, a saber, un rotor exterior 6a montado de forma rotativa en el alojamiento 2 y un rotor interior 6b montado de forma rotativa en el rotor exterior 6a están ubicados en la cámara 5 en el alojamiento 2 de la máquina 1.
Ambos rotores 6a, 6b están provistos de lóbulos 7 y pueden convertirse entre si de forma cooperativa, por lo que entre los lóbulos 7 se crea una cámara de compresión 8, cuyo volumen puede reducirse mediante la rotación de los rotores 6a, 6b, de tal modo que el gas que queda atrapado en esta cámara de compresión 8 se comprime. El principio es muy similar al de los rotores de tornillo cooperantes adyacentes conocidos.
Durante la rotación de los rotores 6a, 6b, dicha cámara de compresión 8 se mueve desde un extremo 9a de los rotores 6a, 6b al otro extremo 9b de los rotores 6a, 6b.
El extremo 9a también se denominará el lado de entrada 9a del rotor interior y exterior 6a, 6b y el extremo 9b del rotor interior y exterior 6a, 6b se denominará el lado de salida 9b en lo que sigue.
En el ejemplo mostrado, los rotores 6a, 6b tienen forma cónica, por lo que el diámetro D, D' de los rotores 6a, 6b disminuye en la dirección axial X-X'. Sin embargo, esta no es necesario para la invención; el diámetro D, D' de los rotores 6a, 6b también puede ser constante o variar de otra manera en la dirección axial X-X'.
Tal diseño de rotores 6a, 6b es adecuado tanto para un compresor como para un dispositivo de expansión. Como alternativa, los rotores 6a, 6b también puede tener una forma cilindrica con un diámetro constante D, D'. Entonces pueden tener un tono variable, de tal modo que haya una relación de volumen incorporada, en el caso de un compresor o dispositivo de expansión, o un tono constante, en el caso de que la máquina 1 se refiera a un dispositivo de bomba. El eje 10 del rotor exterior 6a y el eje 11 del rotor interior 6b son ejes fijos 10, 11, esto significa que los ejes 10, 11 no se moverán en relación con el alojamiento 2 de la máquina 1, sin embargo, no corren en paralelo, sino que están ubicados en un ángulo a entre si, por lo que los ejes se cruzan en el punto P.
Sin embargo, esta no es necesario para la invención. Por ejemplo, si los rotores 6a, 6b tienen un diámetro constante D, D', no obstante, los ejes 10, 11 pueden correr en paralelo.
De acuerdo con la invención, el lado de entrada 9a del rotor exterior 6a está provisto de un ventilador 12, para suministrar aire a la cámara de compresión 8.
Esto significa que el ventilador 12 girará con el rotor exterior 6a, de tal modo que cuando los rotores 6a, 6b giran, el ventilador 12 también comenzará a correr.
En este caso, el ventilador 12 es un ventilador radial 12.
En el ejemplo mostrado en las figuras 1 y 2, el rotor exterior 6a está provisto de una unión 13 sobre el lado de entrada 9a en el que está integrado el ventilador 12, que está unido al rotor exterior 6a.
En este caso, la unión 13 comprende una forma cilindrica hueca, que se coloca con su eje en la extensión del eje 10 del rotor exterior 6a.
El accesorio 13 tiene una pared 14 con un cierto espesor A, por lo que las aspas 15 del ventilador se han montado en esta pared 14.
No se excluye que la altura de una o más de las aspas 15 disminuya axialmente desde el interior hacia el exterior en la dirección radial.
De esta manera se puede acomodar el contorno reducido.
Los rotores 6a, 6b están montados sobre cojinetes en la máquina 1, por lo que el rotor interior 6b en un extremo 9a está montado en la máquina 1 sobre un cojinete 16 y el otro extremo 9b del rotor interior 6b está soportado o sustentado por el rotor exterior 6a por asi decirlo.
En el ejemplo mostrado, el rotor exterior 6a está montado en ambos extremos 9a, 9b en la máquina 1 con cojinetes 17, 18.
Como se muestra en la figura 1, el rotor exterior en el lado de entrada 9a está montado de forma rotativa en el alojamiento 2 por medio de un cojinete 17 sobre o en dicha unión 13.
La unión 13 está provista de un collar 19 orientado radialmente hacia dentro, sobre el que está montado dicho cojinete 17.
En consecuencia, este cojinete 17 puede hacerse mucho más pequeño, es decir, con un diámetro menor, en comparación con el caso en el que el cojinete I 17 está montado directamente sobre el propio rotor exterior 6a. Además, la máquina 1 también está provista de un motor eléctrico 20 que impulsará los rotores 6a, 6b. Este motor 20 está provisto de un rotor de motor 21 y un estátor de motor 22.
En este caso, aunque no necesariamente, el motor eléctrico 20 está montado alrededor del rotor exterior 6a por lo que el estator del motor 22 impulsa directamente el rotor exterior 6a.
En el ejemplo mostrado, esto se realiza porque el rotor exterior 6a también sirve como rotor de motor 21.
El motor eléctrico 20 está provisto de imanes permanentes 23 que están incorporados en el rotor exterior 6a.
Evidentemente, también es posible que estos imanes 23 no estén incorporados en el rotor exterior 6a, pero están montados sobre el exterior del mismo, por ejemplo.
En lugar de un motor eléctrico 20 con imanes permanentes 23 (es decir, un motor síncrono de imán permanente), también se puede aplicar un motor de inducción asincrono, por lo que los imanes se sustituyen por un rotor de jaula de ardilla. La inducción del estator del motor genera una corriente en el rotor de jaula de ardilla.
Por otro lado, el motor 20 también puede ser del tipo de reluctancia o del tipo de inducción o una combinación de tipos. El estátor del motor 22 está montado alrededor del rotor exterior 6a a modo de envoltura, por lo que en este caso se encuentra en el alojamiento 2 de la máquina 1.
De esta forma, la lubricación del motor 20 y los rotores 6a, 6b se pueden controlar juntos, ya que están situados en el mismo alojamiento 2 y, en consecuencia, no están aislados entre sí.
El funcionamiento del dispositivo 1 es muy sencillo y es el siguiente.
Durante el funcionamiento de la máquina 1, el estator 22 del motor impulsará el rotor 21 del motor y, por tanto, impulsará el rotor exterior 6a de la forma conocida.
El rotor exterior 6a ayudará a impulsar el rotor interior 6b, y mediante la rotación del rotor exterior 6a, el ventilador 12 también girará.
Debido al funcionamiento del ventilador 12, el gas será aspirado a través de la abertura de entrada 3. Este gas terminará en la cámara de compresión 8 entre los rotores 6a, 6b.
Debido a que el ventilador 12 asegurará un suministro o flujo activo de gas, se aumentará la relación de llenado de la cámara de compresión 8.
Por otra parte, el gas, cuando el gas se aspire desde la abertura de entrada 3, pasará por el rotor 21 del motor y el estator 22 del motor. De esta manera, el gas podrá asegurar un enfriamiento activo del motor 20.
Debido a la rotación, esta cámara de compresión 8 se mueve hacia la salida 4 y al mismo tiempo se reducirá en términos de volumen para realizar así una compresión del gas.
A continuación, el gas comprimido puede salir de la máquina 1 a través de la abertura de salida 4.
No se excluye que, durante la compresión, se inyecta líquido en la máquina 1.
Dicho líquido puede ser tanto agua como un aceite sintético o no sintético.
La figura 3 muestra una realización alternativa del ventilador 12, por lo que ahora es un ventilador axial 12.
En este caso, la unión 13 no es cilindrica, sino más cónica. Esto, sin embargo, no es necesario. El ventilador axial 12 está incorporado en el collar 19 orientado radialmente hacia dentro.
En la figura 4, el ventilador radial 12 de la figura 1 se muestra en combinación con un ventilador axial adicional 12a que se colocan en serie entre sí.
En este caso, el ventilador axial adicional 12a se coloca delante del ventilador radial 12, vista en la dirección del flujo del aire aspirado. También es posible, por supuesto, que el ventilador radial 12 se coloque delante del ventilador axial adicional 12a.
El ventilador axial adicional 12a está montado alrededor de la unión 13.
La figura 5 muestra una variante adicional por lo que en este caso el ventilador 12 es un ventilador mixto axial-radial 12, por lo que las aspas 15 tienen ambas una sección tanto axial como radial.
El funcionamiento del ventilador 12 en las realizaciones de las figuras 3 a 5 es análogo al funcionamiento de la forma de realización de las figuras 1 y 2.
La presente invención no se limita en ningún caso a las realizaciones descritas como ejemplo y que se muestran en los dibujos, pero una máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con la invención puede realizarse en todo tipo de formas y dimensiones, sin alejarse del alcance de la invención, que se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Máquina volumétrica cilindrica simétrica, máquina (1) que comprende un alojamiento (2) con dos rotores cooperantes (6a, 6b) en su interior, a saber, un rotor exterior (6a) montado de forma rotativa en el alojamiento (2) y un rotor interior (6b) montado de forma rotativa en el rotor exterior (6a), por lo que una cámara de compresión (8) se encuentra entre los rotores (6a, 6b), que se moverá por rotación de los rotores (6a, 6b) desde el lado de entrada (9a) de los rotores (6a, 6b) al lado de salida (9b) de los rotores (6a, 6b), caracterizada por que el lado de entrada (9a) del rotor exterior (6a) está provisto de un ventilador (12), para suministrar aire a la cámara de compresión (8).
2. Máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con reivindicación 1, caracterizada por que el rotor exterior (6a) está provisto de una unión (13) sobre su lado de entrada (9a) en el que está incorporado el ventilador (12), y que está unido al rotor exterior (6a).
3. Máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con reivindicación 2, caracterizada por que el rotor exterior (6a)está montado de forma rotativa en el alojamiento (2) por medio de un cojinete (17) sobre o en dicha unión (13).
4. Máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el ventilador (12) es un ventilador radial (12).
5. Máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con reivindicación 4, caracterizada por que se proporciona un ventilador axial adicional (12a) en serie con dicho ventilador radial (12).
6. Máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, caracterizada por que el ventilador (12) es un ventilador axial (12).
7. Máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, caracterizada por que el ventilador (12) es un ventilador mixto axial-radial (12), por lo que las aspas (15) tienen ambas una sección tanto axial como radial.
8. Máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el ventilador (12) comprende un número de aspas (15), cuya altura disminuye axialmente desde el interior hacia el exterior en la dirección radial.
9. Máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el rotor interior (6b) y el rotor exterior (6a) tienen forma cónica.
10. Máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la máquina (1) está provista de un motor eléctrico (2o) con un rotor de motor (21) y un estátor de motor (22) para impulsar el rotor exterior e interior (6a, 6b), por lo que el motor eléctrico (20) está montado alrededor del rotor exterior (6a), por lo que el estátor del motor (22) impulsa directamente el rotor exterior (6a).
11. Máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con reivindicación 10, caracterizada por que el rotor exterior (6a) actúa como el rotor del motor (21).
12. Máquina volumétrica cilindrica simétrica de acuerdo con reivindicación 11, caracterizada por que el motor eléctrico (20) está provisto de imanes permanentes (23) incorporados en el rotor exterior (6a).
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