ES2908501T3 - Compresor de tornillo con rotor de motor externo - Google Patents

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Abstract

Un compresor de tornillo (100) que comprende: un alojamiento; un primer rotor (104) montado dentro del alojamiento mediante un primer árbol (118), pudiendo el primer rotor y el primer árbol rotar en torno a un primer eje con respecto al alojamiento, en donde el primer rotor comprende, además, una primera cavidad hueca (110); un segundo rotor (106) que puede rotar en torno a un segundo eje con respecto al alojamiento, estando el segundo rotor engranado con el primer rotor; y un motor (102) que comprende un estátor de motor (130) y un rotor de motor (132); en donde el motor (102) está enclavado dentro de la primera cavidad hueca (110) del primer rotor (104) de tal manera que el motor es coaxial con el primer eje; el estátor de motor (130) está acoplado al primer árbol mediante al menos un cojinete (134); y el rotor de motor (132) está dispuesto concéntricamente con el estátor de motor (130); caracterizado por que el rotor de motor (132) está dispuesto radialmente hacia fuera del estátor de motor (130).

Description

DESCRIPCIÓN
Compresor de tomillo con rotor de motor externo
Las realizaciones de la divulgación se refieren a compresores y, más particularmente, a un motor para accionar uno o más tornillos en torno a un eje de rotación en un compresor de tipo tornillo.
Los compresores de tornillo se utilizan comúnmente en aplicaciones de aire acondicionado y refrigeración. En un compresor de este tipo, los rotores o tornillos lobulados macho y hembra engranados son hechos rotar en torno a sus ejes respectivos para bombear un fluido de trabajo desde un extremo de entrada de baja presión hasta un extremo de salida de alta presión. Durante la rotación, los lóbulos secuenciales del rotor macho sirven como pistones que accionan un refrigerante aguas abajo y lo comprimen dentro del espacio entre un par adyacente de lóbulos de rotor hembra y el alojamiento. Así mismo, los lóbulos secuenciales del rotor hembra producen una 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.
Se puede utilizar un motor eléctrico para accionar una rotación de los rotores o tornillos en torno a los ejes respectivos. En algunas implementaciones, el rotor eléctrico está dispuesto coaxial con, y desplazado de, el rotor macho, a lo largo de la longitud del rotor macho. Tal situación del motor da como resultado una mayor longitud axial del compresor. En otras implementaciones, el motor se puede montar mediante una disposición en voladizo, lo cual puede tener efectos sobre la velocidad de funcionamiento del compresor. El documento US 2013/058823 A1 divulga una bomba de vacío de tornillo con un rotor macho, un rotor hembra, un estátor y un motor o motores de accionamiento.
De acuerdo con una realización, un compresor de tornillo incluye un alojamiento, un primer rotor montado dentro del alojamiento mediante un primer árbol, pudiendo el primer rotor y el primer árbol rotar en torno a un primer eje con respecto al alojamiento, y pudiendo un segundo rotor rotar en torno a un segundo eje con respecto al alojamiento. El segundo rotor está engranado con el primer rotor. Un motor está enclavado dentro del primer rotor de tal manera que el motor es coaxial con el primer eje. El motor comprende, además, un estátor de motor acoplado al primer árbol mediante al menos un cojinete, y un rotor de motor dispuesto concéntricamente con, y radialmente hacia fuera de, el estátor de motor.
El motor es un motor de rotor externo.
El primer rotor comprende, además, una primera cavidad hueca, estando el motor situado dentro de la primera cavidad hueca.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, la primera cavidad hueca está dispuesta adyacente a un primer extremo del primer rotor.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el estátor de motor incluye al menos una bobina electromagnética espaciada en torno a una periferia exterior del estátor de motor, y el rotor de motor incluye al menos un imán espaciado en torno a una periferia interior del rotor de motor.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el estátor de motor está situado de manera fija dentro de la primera cavidad hueca.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el rotor de motor está formado como parte de un cuerpo del primer rotor.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el al menos un imán y la al menos una bobina electromagnética están alineados axialmente.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el primer árbol está formado integralmente con el primer rotor.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el primer árbol está acoplado al primer rotor.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el primer árbol se extiende a través de una abertura formada en el estátor de motor.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el segundo rotor comprende, además, una segunda cavidad hueca.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales que comprenden un segundo árbol para montar de manera rotatoria el segundo rotor, en donde el segundo árbol se extiende a través de la segunda cavidad hueca.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el segundo árbol es estacionario.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el segundo rotor está acoplado al segundo árbol mediante al menos un cojinete.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el primer rotor es un rotor macho y el segundo rotor es un rotor hembra.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, en realizaciones adicionales, el primer rotor es un rotor hembra y el segundo rotor es un rotor macho.
Las siguientes descripciones no se deberían considerar limitantes de ninguna manera. Haciendo referencia a los dibujos adjuntos, los elementos similares se numeran de la misma manera:
la figura 1 es una vista en sección transversal simplificada de un compresor de tornillo que corresponde a la técnica anterior, y
la figura 2 es una vista en sección transversal de una porción de un compresor de tornillo de acuerdo con una realización.
En el presente documento, se presenta una descripción detallada de una o más realizaciones del aparato y método divulgados a modo de ejemplificación y no de limitación haciendo referencia a las figuras.
El término "aproximadamente" pretende incluir el grado de error asociado con la medición de la cantidad particular basándose en el equipo disponible en el momento de presentar la solicitud.
La terminología utilizada en el presente documento tiene el fin de describir únicamente las realizaciones particulares y no pretende ser una limitación de la presente divulgación. Como se utiliza en el presente documento, las formas en singular "un", "una" y "el/la" también pretenden incluir las formas en plural, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entenderá, además, que las expresiones "comprende" y/o "que comprende", cuando se utilizan en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características establecidas, integrantes, etapas, operaciones, elementos y/o componentes, pero no excluyen la presencia o adición de una o más de otras características, integrantes, etapas, operaciones, componentes de elementos y/o grupos de estos.
Ahora, haciendo referencia a la figura 1, un ejemplo de un compresor de tornillo 20 existente, comúnmente utilizado en sistemas de calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración, se ilustra con más detalle. El compresor de tornillo 20 incluye un conjunto de alojamiento 32 que contiene un motor 34 y dos o más rotores de tornillo engranados 36, 38 que tienen unos ejes longitudinales centrales A y B respectivos. En la realización ilustrada, el rotor 36 tiene un cuerpo lobulado macho 40 que se extiende entre un primer extremo 42 y un segundo extremo 44. El cuerpo lobulado macho 40 está engranado con un cuerpo lobulado hembra 46 del otro rotor 38. El cuerpo lobulado hembra 46 del rotor 38 tiene un primer extremo 48 y un segundo extremo 50. Cada rotor 36, 38 incluye unas porciones de árbol 52, 54, 56, 58 que se extienden desde el primer y el segundo extremos 42, 44, 48, 50 de la porción de trabajo 40, 46 asociada. Las porciones de árbol 52 y 56 están montadas en el alojamiento 32 mediante uno o más cojinetes de entrada 60 y las porciones de árbol 54 y 58 están montadas en el alojamiento 32 mediante uno o más cojinetes de salida 62 para su rotación en torno a los ejes de rotor A, B asociados.
En el compresor de tornillo existente, el motor 34 está acoplado a una porción de árbol extendida 52 del rotor 36 y se puede hacer funcionar para accionar ese rotor 36 en torno a su eje A. Cuando se acciona de esta manera en una primera dirección de funcionamiento, el rotor 36 acciona al otro rotor 38 en una segunda dirección opuesta. Como se muestra, el conjunto de alojamiento 32 incluye un alojamiento de rotor 64 que tiene una cara de extremo aguas arriba/de entrada 66 y una cara de extremo aguas abajo/de descarga 68 esencialmente coplanarias con los segundos extremos de rotor 44 y 50. Si bien en el presente documento se ilustra y describe una configuración particular de un compresor de tornillo, otros compresores, tales como que tienen tres rotores de tornillo, por ejemplo, también se encuentran dentro del alcance de la invención.
El conjunto de alojamiento 32 comprende, además, un alojamiento de motor/entrada 70 que tiene un puerto de entrada/succión de compresor 72 en un extremo aguas arriba y que tiene una cara aguas abajo 74 montada en la cara aguas arriba de alojamiento de rotor 66 (por ejemplo, mediante unos pernos a través de ambas piezas de alojamiento). El conjunto 32 incluye, además, un alojamiento de salida/descarga 76 que tiene una cara aguas arriba 78 montada en la cara aguas abajo de alojamiento de rotor 68 y que tiene un puerto de salida/descarga 80. El alojamiento de rotor 64 a modo de ejemplo, el alojamiento de motor/entrada 70 y el alojamiento de salida 76 pueden estar formados cada uno como piezas fundidas sometidas a un mecanizado de acabado adicional. El vapor de refrigerante entra en el puerto de entrada o succión 72 con una presión de succión Ps y sale del puerto de descarga 80 del compresor 20 con una presión de descarga Pd. El vapor de refrigerante dentro del mecanismo de compresión de los dos o más rotores 36, 38, entre el puerto de entrada 72 y el puerto de descarga 80 tiene una presión intermedia Pi.
Ahora, haciendo referencia a la figura 2, se ilustra una vista en sección transversal de una porción de un compresor de tornillo 100 de acuerdo con una realización. Si bien el compresor de tornillo 100 de la figura 2 es similar a un compresor de tornillo existente, el compresor de tornillo 100 tiene una longitud axial reducida en comparación con el compresor de tornillo 20 de la figura 1. Como se describirá con más detalle, el motor 102 del compresor de tornillo 100 está integrado en uno de los rotores de tornillo del compresor 100.
Similar a los compresores de tornillo existentes, en la realización ilustrada y no limitante, el compresor de tornillo 100 incluye al menos un primer rotor de tornillo 104 y un segundo rotor de tornillo 106. Como se muestra, el primer rotor de tornillo 104 es un rotor de tornillo macho y el segundo rotor de tornillo 106 es un rotor de tornillo hembra; sin embargo, en otras realizaciones, el primer rotor de tornillo 104 puede ser hembra y el segundo rotor de tornillo 106 puede ser macho. El primer y el segundo rotores de tornillo 104, 106 están dispuestos en acoplamiento engranado en una región de la figura identificada como 108.
Una primera cavidad interna hueca 110 está formada en el primer rotor de tornillo 104 y una segunda cavidad interna hueca 112 está formada en el segundo rotor de tornillo 106. Las cavidades 110, 112, se pueden extender sobre la totalidad o una porción de la longitud de cada rotor de tornillo 104, 106. En la realización ilustrada y no limitante, la primera cavidad 110 está formada en un primer extremo 114 del primer rotor de tornillo 104 y tiene una longitud correspondiente a una longitud del motor 102. La segunda cavidad 112 formada en el segundo rotor 106 también puede estar dispuesta adyacente al primer extremo 116 del segundo rotor 106 y tener una longitud generalmente igual a la primera cavidad 110 de tal manera que la primera cavidad 110 y la segunda cavidad 112 estén generalmente alineadas. Sin embargo, las realizaciones donde la configuración de la segunda cavidad 112 es diferente de la configuración de la primera cavidad 110 también se encuentran dentro del alcance de la divulgación.
El primer rotor de tornillo 104 y el segundo rotor de tornillo 106 están soportados de manera rotatoria por un primer y un segundo árboles 118, 120, respectivamente. En una realización, el primer árbol se extiende a través de la primera cavidad 110 y está configurado para rotar en torno a un eje X con el primer rotor de tornillo 104. Si bien el primer árbol 118 se ilustra como formado integralmente con una porción del primer rotor de tornillo 104, las realizaciones donde el primer árbol 118 es un componente separado acoplado al primer rotor de tornillo 104 también se encuentran dentro del alcance de la divulgación. El segundo árbol 120 se puede extender de manera similar a través de la segunda cavidad 112. En la realización ilustrada y no limitante, el segundo árbol 120 es estacionario y el segundo rotor de tornillo 106 está configurado para rotar en torno a un eje Y con respecto al árbol 120 mediante uno o más cojinetes 122 dispuestos entre el árbol 120 y el rotor de tornillo 106. Sin embargo, en otras realizaciones, el segundo árbol 120 puede estar acoplado a, y configurado para girar con, el segundo rotor de tornillo 106.
Un motor 102 se puede hacer funcionar para accionar la pluralidad de rotores de tornillo 104, 106 en torno a sus ejes X, Y respectivos. Como se muestra, el motor 102 está enclavado dentro de una cavidad 110, 112 de uno de la pluralidad de rotores de tornillo 104, 106. En la realización ilustrada y no limitante, el motor 102 está enclavado dentro de la primera cavidad 110 del primer rotor de tornillo 104; sin embargo, en el presente documento, también se contemplan realizaciones donde el motor 102 está enclavado dentro de la segunda cavidad 112 del segundo rotor de tornillo 106 o una cavidad formada en otro rotor de tornillo.
El motor eléctrico 102 incluye un estátor de motor 130 acoplado de manera fija a un alojamiento (que no se muestra) del compresor de tornillo 100, y un rotor de motor 132 configurado para rotar en torno a uno de los ejes de tornillo. En una realización, el estátor de motor 130 está ubicado en una posición dentro de la primera cavidad 110. El estátor de motor estacionario 130 incluye una abertura 133, a través de la cual se extiende el primer árbol 118. El estátor de motor 130 está acoplado al primer árbol 118 mediante uno o más cojinetes 134. Como resultado, el primer árbol 118 y el primer rotor de tornillo 104 están configurados para rotar en torno a su eje X, con respecto al estátor de motor 130. En una realización, el estátor 130 incluye al menos una bobina electromagnética 136. Las bobinas electromagnéticas 136 pueden estar espaciadas circunferencialmente en torno a la periferia exterior del estátor 130. El número total de bobinas electromagnéticas 136 incluidas en el estátor de motor 130 puede variar en función del rendimiento deseado del motor 102. Por otro lado, al formar la primera cavidad 110 adyacente al primer extremo 114 del primer rotor de tornillo 104, uno o más alambres (que no se muestran) se pueden conectar fácilmente a las bobinas electromagnéticas 136.
El primer rotor de tornillo 104 forma el rotor de motor 132. Por consiguiente, el rotor de motor 132 está dispuesto concéntricamente con, y radialmente hacia fuera de, el estátor de motor 130. El rotor de motor 132 puede incluir uno o más imanes permanentes 138. En la realización ilustrada y no limitante, el uno o más imanes permanentes 138 están situados en una superficie interior 140 del primer rotor de tornillo 104, orientados hacia la primera cavidad 110. Los imanes 138 pueden estar, generalmente, dispuestos circunferencialmente en torno a la superficie 140 del primer rotor de tornillo 104. Como se muestra, los imanes 138 están situados en alineación general con las bobinas electromagnéticas 136 del estátor de motor 130. El rotor de motor 132 está configurado para rotar en torno al eje X con respecto al estátor 130 cuando los imanes 138 del rotor 132 reaccionan con un campo magnético inducido generado cuando las bobinas electromagnéticas 136 del estátor de motor 130 son energizadas. Si bien en el presente documento el rotor de motor 132 se ilustra y describe como un rotor de imán permanente, otros tipos de rotores, tal como un rotor de motor de inducción, por ejemplo, también se encuentran dentro del alcance de la divulgación.
Al enclavar el motor 102 dentro de uno de la pluralidad de rotores de tornillo de un compresor, se puede eliminar la disposición en suspensión necesaria para los compresores de tornillo actuales. Como resultado, se reducirá la longitud global del compresor de tornillo, lo cual permite diseños más compactos. Además, al eliminar la disposición de motor en voladizo, se mejora la velocidad del compresor, lo que mejora el funcionamiento global del compresor. La situación del motor 102 dentro de un rotor también facilitará el aislamiento de la lubricación de cojinete del refrigerante.
Si bien la presente divulgación se ha descrito haciendo referencia a una realización o realizaciones a modo de ejemplo, los expertos en la materia entenderán que se pueden hacer diversos cambios y que los equivalentes se pueden sustituir por elementos de estos sin apartarse del alcance de la presente divulgación. Por otro lado, se pueden hacer muchas modificaciones para adaptar una situación o material particulares a las enseñanzas de la presente divulgación sin apartarse del alcance esencial de esta. Por lo tanto, se pretende que la presente divulgación no se limite a la realización particular divulgada como el mejor modo contemplado para llevar a cabo la presente divulgación, sino que la presente divulgación incluirá todas las realizaciones que se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un compresor de tomillo (100) que comprende:
un alojamiento;
un primer rotor (104) montado dentro del alojamiento mediante un primer árbol (118), pudiendo el primer rotor y el primer árbol rotar en torno a un primer eje con respecto al alojamiento, en donde el primer rotor comprende, además, una primera cavidad hueca (110);
un segundo rotor (106) que puede rotar en torno a un segundo eje con respecto al alojamiento, estando el segundo rotor engranado con el primer rotor; y
un motor (102) que comprende un estátor de motor (130) y un rotor de motor (132);
en donde el motor (102) está enclavado dentro de la primera cavidad hueca (110) del primer rotor (104) de tal manera que el motor es coaxial con el primer eje;
el estátor de motor (130) está acoplado al primer árbol mediante al menos un cojinete (134); y
el rotor de motor (132) está dispuesto concéntricamente con el estátor de motor (130);
caracterizado por que el rotor de motor (132) está dispuesto radialmente hacia fuera del estátor de motor (130).
2. El compresor de tornillo de la reivindicación 1, en donde la primera cavidad hueca (110) está dispuesta adyacente a un primer extremo (114) del primer rotor (104).
3. El compresor de tornillo de la reivindicación 1 o 2, en donde el estátor de motor (130) incluye al menos una bobina electromagnética (136) espaciada en torno a una periferia exterior del estátor de motor, y el rotor de motor (132) incluye al menos un imán (138) espaciado en torno a una periferia interior del rotor de motor.
4. El compresor de tornillo de la reivindicación 3, en donde el estátor de motor (130) está situado de manera fija dentro de la primera cavidad hueca (110).
5. El compresor de tornillo de la reivindicación 3 o 4, en donde el rotor de motor (132) está formado como parte de un cuerpo del primer rotor (104).
6. El compresor de tornillo de la reivindicación 3, 4 o 5, en donde el al menos un imán (138) y la al menos una bobina electromagnética (136) están alineados axialmente.
7. El compresor de tornillo de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en donde el primer árbol (118) está formado integralmente con el primer rotor (104).
8. El compresor de tornillo de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en donde el primer árbol (118) está acoplado al primer rotor (104).
9. El compresor de tornillo de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, en donde el primer árbol (118) se extiende a través de una abertura (133) formada en el estátor de motor (130).
10. El compresor de tornillo de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en donde el segundo rotor (106) comprende, además, una segunda cavidad hueca (112).
11. El compresor de tornillo de la reivindicación 10, que comprende, además, un segundo árbol (120) para montar de manera rotatoria el segundo rotor (106), en donde el segundo árbol se extiende a través de la segunda cavidad hueca (112).
12. El compresor de tornillo de la reivindicación 11, en donde el segundo árbol (120) es estacionario.
13. El compresor de tornillo de la reivindicación 11 o 12, en donde el segundo rotor (106) está acoplado al segundo árbol (120) mediante al menos un cojinete (122).
14. El compresor de tornillo de cualquier reivindicación anterior, en donde el primer rotor (104) es un rotor macho y el segundo rotor (106) es un rotor hembra.
15. El compresor de tornillo de cualquier reivindicación anterior, en donde el primer rotor (104) es un rotor hembra y el segundo rotor (106) es un rotor macho.
ES19729923T 2018-04-27 2019-04-25 Compresor de tornillo con rotor de motor externo Active ES2908501T3 (es)

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