ES2909572T3 - Lubricant supply passage for compressors - Google Patents
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Abstract
Máquina de fluidos (20) que comprende: una carcasa (36); un primer rotor (22) fijado a un primer árbol (34), pudiendo girar el primer rotor y el primer árbol alrededor de un primer eje, en la que el primer árbol es se apoya de manera giratoria en la carcasa; un segundo rotor (24) se apoya en un segundo árbol (50), pudiendo girar el segundo rotor alrededor de un segundo eje, en la que el segundo rotor está configurado para girar alrededor del segundo árbol y en la que el segundo árbol se apoya en la carcasa y se fija con respecto a ella; un colector (61) que contiene un volumen de lubricante en su interior; un primer paso de lubricante para suministrar lubricante del colector a una interfaz dinámica asociada con el primer rotor; y un segundo paso de lubricante para suministrar lubricante del colector a una interfaz dinámica asociada con el segundo rotor; en la que una presión diferencial creada dentro la máquina de fluidos suministra el lubricante del colector al primer paso de lubricante y al segundo paso de lubricante simultáneamente.fluid machine (20) comprising: a housing (36); a first rotor (22) fixed to a first shaft (34), the first rotor and the first shaft being rotatable about a first axis, wherein the first shaft is rotatably supported on the casing; a second rotor (24) is supported by a second shaft (50), the second rotor being able to rotate about a second axis, in which the second rotor is configured to rotate about the second shaft and in which the second shaft is supported on the casing and is fixed relative to it; a manifold (61) containing a volume of lubricant therein; a first lubricant passageway for supplying manifold lubricant to a dynamic interface associated with the first rotor; and a second lubricant passageway for supplying manifold lubricant to a dynamic interface associated with the second rotor; wherein a differential pressure created within the fluid machine supplies the lubricant from the manifold to the first lubricant passage and the second lubricant passage simultaneously.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Paso de suministro de lubricante para compresoresLubricant supply passage for compressors
AntecedentesBackground
La materia objeto que se describe en este documento se refiere en general a máquinas de fluidos y, más en concreto, a máquinas de fluidos tales como compresores.The subject matter described in this document relates generally to fluid machines and, more specifically, to fluid machines such as compressors.
Se ha constatado que los refrigerantes de uso común, tales como los R-410A en un ejemplo no limitativo, tienen un potencial de calentamiento global (GWP) inaceptable, de modo que se dejarán de utilizar para muchas aplicaciones de HVAC&R. Los refrigerantes no inflamables de bajo GWP están reemplazando a los refrigerantes existentes en muchas aplicaciones, aunque tienen una densidad más baja y no poseen la misma capacidad de enfriamiento que los refrigerantes existentes. Los refrigerantes de reemplazo requieren un compresor capaz de proporcionar un desplazamiento significativamente mayor, tal como un compresor de tornillo.Commonly used refrigerants, such as R-410A in a non-limiting example, have been found to have unacceptable Global Warming Potential (GWP) such that they will be discontinued for many HVAC&R applications. Low GWP non-flammable refrigerants are replacing existing refrigerants in many applications, although they have a lower density and do not possess the same cooling capacity as existing refrigerants. Replacement refrigerants require a compressor capable of providing significantly higher displacement, such as a screw compressor.
El compresor de tornillo existente normalmente utilizaba rodillos, bolas u otros cojinetes de rodillos para colocar con precisión los rotores y minimizar la fricción durante el funcionamiento a alta velocidad. Sin embargo, para aplicaciones típicas de HVAC&R, los compresores de tornillo existentes con cojinetes de rodillos dan lugar a una máquina de fluidos inaceptablemente grande y costosa.Existing screw compressors typically used roller, ball, or other roller bearings to accurately position the rotors and minimize friction during high-speed operation. However, for typical HVAC&R applications, existing screw compressors with roller bearings result in an unacceptably large and expensive fluid machine.
Los documentos US 3922114 A, US 3811805 A, US 2013/058822 A1, US 2016/097572 A1, US 4211522 A y US 5662 463 A dan a conocer máquinas de fluidos conocidas.US 3922114 A, US 3811805 A, US 2013/058822 A1, US 2016/097572 A1, US 4211522 A and US 5662 463 A disclose known fluid machines.
Por lo tanto, existe la necesidad en la técnica de una máquina de fluidos rentable y de tamaño apropiado que minimice la fricción al tiempo que permita una colocación y una alineación precisas de los rotores.Therefore, there is a need in the art for an appropriately sized, cost effective fluid machine that minimizes friction while allowing for precise positioning and alignment of the rotors.
En un primer aspecto, se proporciona máquina de fluidos que incluye una carcasa; un primer rotor fijado a un primer árbol, pudiendo girar el primer rotor y el primer árbol alrededor de un primer eje, en la que el primer árbol se apoya de manera giratoria en la carcasa; un segundo rotor se apoya en el segundo árbol, pudiendo girar el segundo rotor alrededor de un segundo eje, en la que el segundo rotor está configurado para girar alrededor del segundo árbol y en la que el segundo árbol se apoya en la carcasa y se fija con respecto a ella; un colector que contiene un volumen de lubricante en su interior, un primer paso de lubricante para suministrar lubricante del colector a una interfaz dinámica asociada con el primer rotor, y un segundo paso de lubricante para suministrar lubricante del colector a una interfaz dinámica asociada con el segundo rotor. Una presión diferencial creada dentro la máquina de fluidos suministra el lubricante del colector al primer paso de lubricante y al segundo paso de lubricante simultáneamente.In a first aspect, a fluid machine is provided including a housing; a first rotor fixed to a first shaft, the first rotor and the first shaft being rotatable about a first axis, wherein the first shaft is rotatably supported on the casing; a second rotor is supported on the second shaft, the second rotor being rotatable about a second axis, wherein the second rotor is configured to rotate about the second shaft and wherein the second shaft is supported on the housing and fixed regarding her; a manifold containing a volume of lubricant therein, a first lubricant passage for supplying manifold lubricant to a dynamic interface associated with the first rotor, and a second lubricant passage for supplying manifold lubricant to a dynamic interface associated with the first rotor. second rotor. A differential pressure created within the fluid machine supplies lubricant from the manifold to the first lubricant passage and the second lubricant passage simultaneously.
Opcionalmente, durante el funcionamiento de la máquina de fluidos, la presión diferencial se forma entre una alta presión adyacente a al menos un extremo de la carcasa y una baja presión en un lugar central del primer rotor y el segundo rotor.Optionally, during operation of the fluid machine, differential pressure builds up between a high pressure adjacent to at least one end of the housing and a low pressure at a central location of the first rotor and the second rotor.
Opcionalmente, el primer rotor y el primer árbol se montan de manera giratoria en la carcasa sin cojinetes de rodillos. Optionally, the first rotor and the first shaft are rotatably mounted in the housing without roller bearings.
Opcionalmente, en el que al menos una superficie de la carcasa y el primer árbol definen la interfaz dinámica asociada con el primer rotor.Optionally, wherein at least one surface of the casing and the first shaft define the dynamic interface associated with the first rotor.
Opcionalmente, la al menos una superficie de la carcasa dispuesta en contacto directo con el primer árbol funciona como un cojinete.Optionally, the at least one housing surface arranged in direct contact with the first shaft functions as a bearing.
Opcionalmente, la al menos una superficie de la carcasa dispuesta en contacto directo con el primer árbol incluye una primera superficie dispuesta en contacto directo con una parte del primer árbol adyacente a un primer extremo, y una segunda superficie dispuesta en contacto directo con una parte del primer árbol adyacente a un segundo extremo. Optionally, the at least one housing surface disposed in direct contact with the first shaft includes a first surface disposed in direct contact with a portion of the first shaft adjacent a first end, and a second surface disposed in direct contact with a portion of the first shaft. first tree adjacent to a second endpoint.
Opcionalmente, el primer paso de lubricante incluye una primera parte para el suministro de lubricante a la primera superficie y una segunda parte, distinta de la primera parte, para el suministro de lubricante a la segunda superficie. Optionally, the first lubricant passageway includes a first part for supplying lubricant to the first surface and a second part, other than the first part, for supplying lubricant to the second surface.
Opcionalmente, el primer paso de lubricante comprende, además: una cavidad formada en una parte de la carcasa adyacente al primer árbol, un paso que se extiende axialmente a través de al menos una parte del primer árbol, al menos un orificio radial que acopla la cavidad y el paso, y una ranura que se extiende desde la cavidad hasta un interior de un bolsillo de compresión formado entre el primer rotor y el segundo rotor y la carcasa.Optionally, the first lubricant passage further comprises: a cavity formed in a portion of the casing adjacent the first shaft, a passage extending axially through at least a portion of the first shaft, at least one radial hole engaging the cavity and the passage, and a slot extending from the cavity to an interior of a compression pocket formed between the first rotor and the second rotor and the casing.
Opcionalmente, el primer paso de lubricante comprende, además: un orificio escariado formado en la interfaz entre la carcasa y el bolsillo de compresión.Optionally, the first lubricant passage further comprises: a counterbore formed at the interface between the casing and the compression pocket.
Opcionalmente, el primer paso de lubricante comprende: una ranura que se extiende desde el colector hasta un interior de un (del) bolsillo de compresión formado entre el primer rotor y el segundo rotor y la carcasa. Optionally, the first lubricant passage comprises: a slot extending from the manifold to an interior of a compression pocket formed between the first and second rotors and the casing.
Opcionalmente, el segundo rotor comprende una parte de trabajo que puede girar con respecto al segundo árbol. El segundo árbol y la parte de trabajo definen la interfaz dinámica asociada con el segundo rotor.Optionally, the second rotor comprises a working part rotatable with respect to the second shaft. The second tree and the working part define the dynamic interface associated with the second rotor.
Opcionalmente, el segundo paso de lubricante comprende, además: un primer paso que se extiende axialmente a través de al menos una parte del segundo árbol, un segundo paso formado en una periferia exterior del segundo árbol y al menos un orificio radial que acopla el primer paso y el segundo paso.Optionally, the second lubricant passage further comprises: a first passage extending axially through at least a portion of the second shaft, a second passage formed on an outer periphery of the second shaft, and at least one radial hole engaging the first step and the second step.
Opcionalmente, el segundo paso se extiende axialmente de manera que un primer extremo del segundo paso se acopla de manera fluida a una primera parte de la carcasa y un segundo extremo opuesto del segundo paso se acopla de manera fluida a una segunda parte de la carcasa.Optionally, the second passage extends axially such that a first end of the second passage fluidly engages a first housing part and an opposite second end of the second passage fluidly engages a second housing part.
Opcionalmente, se forma un orificio escariado en la carcasa donde al menos uno del primer paso de lubricante y el segundo paso de lubricante entra en un bolsillo de compresión formado entre el primer rotor y el segundo rotor. Optionally, a counterbore is formed in the housing where at least one of the first lubricant passage and the second lubricant passage enters a compression pocket formed between the first rotor and the second rotor.
Opcionalmente, la máquina de fluidos comprende un rebaje formado en la carcasa en comunicación fluida con el orificio escariado, estando dispuesto el rebaje en ángulo hacia una interfaz entre el primer rotor y el segundo rotor. Optionally, the fluid machine comprises a recess formed in the housing in fluid communication with the counterbore, the recess being angled toward an interface between the first rotor and the second rotor.
Opcionalmente, al menos uno de un ángulo, una longitud, una anchura y una profundidad del rebaje está optimizado para controlar un flujo de lubricante hacia el bolsillo de compresión.Optionally, at least one of a recess angle, length, width and depth is optimized to control a flow of lubricant into the compression pocket.
En un segundo aspecto, se proporciona un método para lubricar una o más interfaces dinámicas de una máquina de fluidos, comprendiendo la máquina de fluidos una carcasa. El método incluye suministrar lubricante desde un colector a una interfaz dinámica asociada con un primer rotor fijado a un primer árbol de la máquina de fluidos a través de un primer paso de lubricante, en el que el primer rotor y el primer árbol pueden girar alrededor de un primer eje, y en el que el primer árbol se apoya de manera giratoria en la carcasa; y suministrar lubricante desde un colector a una interfaz dinámica asociada con un segundo rotor que se apoya en un segundo árbol de la máquina de fluidos a través de un segundo paso de lubricante, en el que el segundo el rotor puede girar alrededor de un segundo eje, en el que el segundo rotor está configurado para girar alrededor del segundo árbol y en el que el segundo árbol se apoya en la carcasa y se fija con respecto a ella. El segundo paso de lubricante es distinto del primer paso de lubricante. El suministro de lubricante a la interfaz dinámica asociada con el primer rotor y la interfaz dinámica asociada con el segundo rotor se produce de manera automática y simultánea en respuesta a una presión diferencial creada dentro de la máquina de fluidos durante el funcionamiento de la máquina de fluidos.In a second aspect, a method of lubricating one or more dynamic interfaces of a fluid machine is provided, the fluid machine comprising a housing. The method includes supplying lubricant from a manifold to a dynamic interface associated with a first rotor attached to a first shaft of the fluid machine through a first lubricant passageway, wherein the first rotor and first shaft are rotatable about a first shaft, and in which the first shaft is rotatably supported in the housing; and supplying lubricant from a manifold to a dynamic interface associated with a second rotor bearing on a second shaft of the fluid machine through a second lubricant passage, wherein the second rotor is rotatable about a second axis , in which the second rotor is configured to rotate about the second shaft and in which the second shaft is supported by and fixed with respect to the casing. The second lubricant step is different from the first lubricant step. The supply of lubricant to the dynamic interface associated with the first rotor and the dynamic interface associated with the second rotor occurs automatically and simultaneously in response to a differential pressure created within the fluid machine during operation of the fluid machine. .
Opcionalmente, el suministro de lubricante desde el colector a la interfaz dinámica asociada con el primer rotor y el suministro de lubricante desde el colector a la interfaz dinámica asociada con el segundo rotor se produce sin una bomba o una válvula de control.Optionally, the supply of lubricant from the manifold to the dynamic interface associated with the first rotor and the supply of lubricant from the manifold to the dynamic interface associated with the second rotor occurs without a pump or control valve.
Opcionalmente, el suministro de lubricante desde el colector a la interfaz dinámica asociada con el primer rotor comprende, además: suministrar lubricante a través de un primer paso a una primera superficie de cojinete, extendiéndose el primer paso a través de una abertura formada en el primer árbol del primer rotor, y suministrar lubricante a través de un segundo paso a una segunda superficie de cojinete.Optionally, supplying lubricant from the manifold to the dynamic interface associated with the first rotor further comprises: supplying lubricant through a first passage to a first bearing surface, the first passage extending through an opening formed in the first shaft of the first rotor, and supplying lubricant through a second passage to a second bearing surface.
Opcionalmente, suministrar lubricante desde la interfaz dinámica asociada con el primer rotor y la interfaz dinámica asociada con el segundo rotor a un bolsillo de compresión formado entre el primer rotor y el segundo rotor.Optionally, supply lubricant from the dynamic interface associated with the first rotor and the dynamic interface associated with the second rotor to a compression pocket formed between the first rotor and the second rotor.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La materia objeto, que es considerada como la invención, se señala de manera particular y se reivindica claramente en las reivindicaciones al final de la memoria descriptiva. Lo anterior y otras características y ventajas de la invención son evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, que describe realizaciones de la invención solo a modo de ejemplo, en relación con los dibujos adjuntos en los que:The subject matter, which is considered to be the invention, is particularly pointed out and clearly claimed in the claims at the end of the specification. The foregoing and other features and advantages of the invention are apparent from the following detailed description, which describes embodiments of the invention by way of example only, taken in conjunction with the accompanying drawings in which:
La figura 1 es una vista en sección transversal de una máquina de fluidos;Figure 1 is a cross-sectional view of a fluid machine;
La figura 2 es una vista en perspectiva de una parte de trabajo de una máquina de fluidos;Figure 2 is a perspective view of a working part of a fluid machine;
La figura 3 es una vista en sección transversal de una máquina de fluidos que incluye un paso de suministro de lubricante;Figure 3 is a cross-sectional view of a fluid machine including a lubricant supply passageway;
La figura 4 es una vista en sección transversal de una parte de trabajo de una máquina de fluidos;Figure 4 is a cross-sectional view of a working part of a fluid machine;
La figura 5 es una vista en sección transversal en perspectiva de una carcasa de una máquina de fluidos; La figura 6 es una vista en perspectiva de un segundo árbol de una máquina de fluidos; yFigure 5 is a perspective cross-sectional view of a fluid machine housing; Figure 6 is a perspective view of a second shaft of a fluid machine; Y
La figura 7 es una vista frontal de una superficie de un alojamiento de cojinete orientado hacia un bolsillo de compresión de la máquina de fluidos.Figure 7 is a front view of a bearing housing surface facing a compression pocket of the fluid machine.
La descripción detallada explica realizaciones de la invención, junto con ventajas y características, solo a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos. The detailed description explains embodiments of the invention, together with advantages and features, by way of example only and with reference to the drawings.
Descripción detalladaDetailed description
Con referencia ahora a las figuras 1 y 2, se ilustra una máquina de fluidos 20. En la realización no limitativa ilustrada, la máquina de fluidos 20 es un compresor de tornillo opuesto. Sin embargo, otras realizaciones adecuadas de una máquina de fluidos, tal como, por ejemplo, una bomba, un motor de fluidos o un motor, también están dentro del ámbito de aplicación de la invención. La máquina de fluidos 20 incluye un primer rotor 22 engranado con un segundo rotor 24. En una realización, el primer rotor 22 es un rotor macho que tiene una parte de trabajo 26 con lóbulos macho y el segundo rotor 24 es un rotor hembra que incluye una parte 28 con lóbulos hembra. Por otro lado, el primer rotor 22 puede ser un rotor hembra y el segundo rotor 24 puede ser un rotor macho. La parte de trabajo 26 del primer rotor 22 incluye al menos un primer lóbulo helicoidal 30 y al menos un segundo lóbulo helicoidal 32. En la realización no limitativa ilustrada, el primer rotor 22 incluye dos partes separadas que definen los primeros lóbulos helicoidales 30 y los segundos lóbulos helicoidales 32. En otra realización, el primer rotor 22, incluidos los lóbulos helicoidales primero y segundo 30, 32, puede formarse como una sola pieza integral.Referring now to Figures 1 and 2, a fluid engine 20 is illustrated. In the illustrated non-limiting embodiment, the fluid engine 20 is an opposed screw compressor. However, other suitable embodiments of a fluid machine, such as, for example, a pump, a fluid motor, or a motor, are also within the scope of the invention. The fluid machine 20 includes a first rotor 22 in mesh with a second rotor 24. In one embodiment, the first rotor 22 is a male rotor having a working portion 26 with male lobes and the second rotor 24 is a female rotor including a part 28 with female lobes. On the other hand, the first rotor 22 may be a female rotor and the second rotor 24 may be a male rotor. Working portion 26 of first rotor 22 includes at least one first helical lobe 30 and at least one second helical lobe 32. In the illustrated non-limiting embodiment, first rotor 22 includes two separate portions defining first helical lobes 30 and second helical lobes. second helical lobes 32. In another embodiment, the first rotor 22, including the first and second helical lobes 30, 32, may be formed as a single integral piece.
La máquina de fluidos 20 incluye un primer árbol 34 fijado para girar con el primer rotor 22. La máquina de fluidos 20 incluye además una carcasa 36 que se apoya de manera giratoria en el primer árbol 34 y que encierra al menos parcialmente el primer rotor 22 y el segundo rotor 24. Un primer extremo 38 y un segundo extremo 40 de la carcasa 36 están configurados para apoyarse de manera giratoria en el primer árbol 34. En la realización no limitativa ilustrada, el primer extremo inferior 38 de la carcasa 36 está formado por un alojamiento de cojinete inferior 42 y el segundo extremo superior 40 de la carcasa 36 está formado por un alojamiento de cojinete superior distinto 44. Una carcasa de rotor 46 puede extenderse entre los alojamientos de cojinete superior e inferior 42, 44 y acoplarlos. Sin embargo, también se contemplan aquí realizaciones en las que el alojamiento de cojinete inferior 42 y/o el alojamiento de cojinete superior 44 están formados íntegramente con la carcasa de rotor 46.Fluid machine 20 includes a first shaft 34 fixed to rotate with first rotor 22. Fluid machine 20 further includes a housing 36 rotatably abutting first shaft 34 and at least partially enclosing first rotor 22. and second rotor 24. A first end 38 and a second end 40 of casing 36 are configured to rotatably abut first shaft 34. In the illustrated non-limiting embodiment, lower first end 38 of casing 36 is formed by a lower bearing housing 42 and the second upper end 40 of the housing 36 is formed by a separate upper bearing housing 44. A rotor housing 46 may extend between and engage the upper and lower bearing housings 42, 44. However, embodiments in which the lower bearing housing 42 and/or the upper bearing housing 44 are integrally formed with the rotor housing 46 are also contemplated herein.
El primer árbol 34 de las realizaciones ilustradas está acoplado directamente a un motor eléctrico 48 que sirve para accionar la rotación del primer árbol 34 alrededor de un eje X. En este documento se contempla cualquier tipo adecuado de motor eléctrico 48, incluidos, entre otros, por ejemplo, un motor de inducción, un motor de imán permanente (PM) y un motor de reluctancia conmutada. En una realización, el primer rotor 22 se fija al primer árbol 34 mediante una pieza de sujeción, un acoplamiento, una formación integral, un ajuste con apriete y/o cualquier estructura o método adicional conocido por un experto en la materia (no mostrado), de manera que el primer rotor 22 y el primer árbol 34 giren alrededor del eje X al unísono.The first shaft 34 of the illustrated embodiments is directly coupled to an electric motor 48 which serves to drive rotation of the first shaft 34 about an axis X. Any suitable type of electric motor 48 is contemplated herein, including but not limited to for example, an induction motor, a permanent magnet (PM) motor, and a switched reluctance motor. In one embodiment, the first rotor 22 is attached to the first shaft 34 by a clamp, a coupling, an integral formation, an interference fit, and/or any additional structure or method known to one skilled in the art (not shown). , so that the first rotor 22 and the first shaft 34 rotate about the axis X in unison.
La máquina de fluidos 20 incluye además un segundo árbol 50 que sirve para que se apoye de manera giratoria el segundo rotor 24. El segundo rotor 24 incluye un orificio 52 que se extiende axialmente dentro del cual es recibido el segundo árbol 50. En una realización, el segundo árbol 50 es estacionario o fijo con respecto a la carcasa 36 y el segundo rotor 24 está configurado para girar alrededor del segundo árbol 50. Sin embargo, también se contemplan aquí realizaciones en las que el segundo árbol 50 también puede girar con respecto a la carcasa 36.The fluid machine 20 further includes a second shaft 50 which serves to rotatably support the second rotor 24. The second rotor 24 includes an axially extending bore 52 within which the second shaft 50 is received. In one embodiment , the second shaft 50 is stationary or fixed with respect to the housing 36 and the second rotor 24 is configured to rotate about the second shaft 50. However, embodiments in which the second shaft 50 can also rotate with respect to the second shaft 50 are also contemplated here. to casing 36.
Con especial referencia a la figura 2, el primer rotor 22 se muestra incluyendo cuatro primeros lóbulos helicoidales 30 y al menos cuatro segundos lóbulos helicoidales 32. La realización no limitativa ilustrada, pretende ser solo un ejemplo y una persona con conocimientos normales en la materia debe entender que cualquier número adecuado de primeros lóbulos helicoidales 30 y segundos lóbulos helicoidales 32 está dentro del ámbito de aplicación de la invención. Tal como se muestra, los primeros lóbulos helicoidales 30 y los segundos lóbulos helicoidales 32 tienen configuraciones helicoidales opuestas. En la realización no limitativa ilustrada, los primeros lóbulos helicoidales 30 están a la izquierda y los segundos lóbulos helicoidales 32 están a la derecha. Alternativamente, los primeros lóbulos helicoidales 30 pueden estar a la derecha y los segundos lóbulos helicoidales 32 pueden estar a la izquierda.With particular reference to Figure 2, the first rotor 22 is shown including four first helical lobes 30 and at least four second helical lobes 32. The illustrated non-limiting embodiment is intended to be an example only and one of ordinary skill in the art should to understand that any suitable number of first helical lobes 30 and second helical lobes 32 is within the scope of the invention. As shown, the first helical lobes 30 and the second helical lobes 32 have opposing helical configurations. In the illustrated non-limiting embodiment, the first helical lobes 30 are on the left and the second helical lobes 32 are on the right. Alternatively, the first helical lobes 30 may be on the right and the second helical lobes 32 may be on the left.
Al incluir lóbulos 30, 32 con configuraciones helicoidales opuestas, se crean flujos axiales opuestos entre los lóbulos helicoidales primeros y segundos 30, 32. Debido a la simetría de los flujos axiales, las fuerzas de empuje resultantes de los lóbulos helicoidales 30, 32 son generalmente iguales y opuestas, de modo que las fuerzas de empuje se cancelan sustancialmente entre sí. Como resultado de ello, esta configuración de los lóbulos helicoidales opuestos 30, 32 proporciona una ventaja de diseño ya que se puede reducir o eliminar la necesidad de cojinetes de empuje en la máquina de fluidos.By including lobes 30, 32 with opposing helical configurations, opposing axial flows are created between the first and second helical lobes 30, 32. Due to the symmetry of the axial flows, the thrust forces resulting from the helical lobes 30, 32 are generally equal and opposite, so that the buoyant forces substantially cancel each other. As a result, this configuration of the opposed helical lobes 30, 32 provides a design advantage in that the need for thrust bearings in the fluid engine can be reduced or eliminated.
El segundo rotor 24 tiene una primera parte 54 configurada para engranar con los primeros lóbulos helicoidales 30 y una segunda parte 56 configurada para engranar con los segundos lóbulos helicoidales 32. Para lograr un acoplamiento por engrane adecuado entre el primer rotor 22 y el segundo rotor 24, cada parte 54, 56 del segundo rotor 24 incluye uno o más lóbulos 58 con una configuración opuesta a los lóbulos helicoidales correspondientes 30, 32 del primer rotor 22. En la realización no limitativa ilustrada, la primera parte 54 del segundo rotor 24 tiene al menos un lóbulo derecho 58a, y la segunda parte 56 del segundo rotor 24 incluye al menos un lóbulo izquierdo 58b.The second rotor 24 has a first portion 54 configured to engage with the first helical lobes 30 and a second portion 56 configured to engage with the second helical lobes 32. To achieve a proper meshing engagement between the first rotor 22 and the second rotor 24 , each portion 54, 56 of the second rotor 24 includes one or more lobes 58 with an opposite configuration to the corresponding helical lobes 30, 32 of the first rotor 22. In the illustrated non-limiting embodiment, the first portion 54 of the second rotor 24 has at least one right lobe 58a, and the second portion 56 of the second rotor 24 includes at least one left lobe 58b.
En una realización, la primera parte 54 del segundo rotor 24 está configurada para girar independientemente de la segunda parte 56 del segundo rotor 24. Sin embargo, aquí también se contemplan realizaciones en las que las partes primera y segunda 54, 56 se acoplan de manera giratoria. Cada parte 54, 56 del segundo rotor 24 puede incluir cualquier número de lóbulos 58. En una realización, el número total de lóbulos 58 formados en cada parte 54, 56 del segundo rotor 24 es generalmente mayor que en la parte correspondiente del primer rotor 24. Por ejemplo, si el primer rotor 22 incluye cuatro primeros lóbulos helicoidales 30, la primera parte 54 del segundo rotor 24 configurada para engranar con los primeros lóbulos helicoidales 30 puede incluir cinco lóbulos helicoidales 58a. Sin embargo, las realizaciones en las que el número total de lóbulos 58 en una parte 54, 56 del segundo rotor 24 es igual a un grupo correspondiente de lóbulos helicoidales (es decir, los primeros lóbulos helicoidales 30 o los segundos lóbulos helicoidales 32) del primer rotor 22 están también dentro del ámbito de aplicación de la invención.In one embodiment, the first portion 54 of the second rotor 24 is configured to rotate independently of the second portion 56 of the second rotor 24. However, embodiments in which the first and second portions 54, 56 are mutually coupled are also contemplated here. rotary. Each portion 54, 56 of second rotor 24 may include any number of lobes 58. In one embodiment, the total number of lobes 58 formed on each portion 54, 56 of second rotor 24 is generally greater than that on the corresponding portion of first rotor 24. For example, if the first rotor 22 includes four first helical lobes 30, the first portion 54 of the second rotor 24 configured to mesh with the first helical lobes 30 may include five helical lobes 58a. However, embodiments in which the total number of lobes 58 in a portion 54, 56 of the second rotor 24 is equal to a corresponding group of helical lobes (i.e., the first helical lobes 30 or the second helical lobes 32) of the first rotor 22 are also within the scope of the invention.
Volviendo a la figura 1, durante el funcionamiento de la máquina de fluidos 20 de una realización, un gas u otro fluido, tal como, por ejemplo, un refrigerante de bajo GWP, es arrastrado a un lugar central mediante un proceso de succión generado por la máquina de fluidos 20. La rotación del primer rotor 22 y el segundo rotor 24 comprime el refrigerante y fuerza el refrigerante hacia los extremos exteriores 38, 40 de la carcasa 36 debido a la estructura y función de los rotores helicoidales opuestos 22, 24. El refrigerante comprimido es dirigido por un paso de gas interno dentro de la carcasa 36 y descargado a través del extremo superior 40 de la carcasa 36. El refrigerante descargado pasa a través del motor eléctrico 48 y sale por la salida de descarga 59.Returning to Figure 1, during operation of the fluid machine 20 of one embodiment, a gas or other fluid, such as, for example, a low GWP refrigerant, is drawn to a central location by a suction process generated by the fluid machine 20. The rotation of the first rotor 22 and the second rotor 24 compresses the coolant and forces the coolant towards the outer ends 38, 40 of the casing 36 due to the structure and function of the opposed helical rotors 22, 24. The compressed refrigerant is directed by an internal gas passage within the casing 36 and discharged through the upper end 40 of the casing 36. The discharged refrigerant passes through the electric motor 48 and exits through the discharge outlet 59.
Con referencia ahora a las figuras 3-7, la máquina de fluidos 20 incluye uno o más pasos de suministro de lubricante para proporcionar un lubricante desde un colector 61 a las interfaces dinámicas de la máquina 20. En una realización, el colector 61 que contiene un volumen de lubricante, tal como, por ejemplo, aceite, está ubicado adyacente y en comunicación con el alojamiento de cojinete inferior 42. Un primer paso de árbol 60 se extiende axialmente a través de al menos una parte del primer árbol 34. En la realización no limitativa ilustrada, el primer paso de árbol 60 se extiende desde cerca del extremo inferior 38 de la carcasa 36 hasta cerca del extremo superior 40 de la carcasa 36. Referring now to Figures 3-7, the fluid machine 20 includes one or more lubricant supply passages for providing a lubricant from a manifold 61 to the dynamic interfaces of the machine 20. In one embodiment, the manifold 61 containing a volume of lubricant, such as, for example, oil, is located adjacent to and in communication with the lower bearing housing 42. A first shaft passage 60 extends axially through at least a portion of the first shaft 34. In the illustrated non-limiting embodiment, the first shaft passage 60 extends from near the lower end 38 of the housing 36 to near the upper end 40 of the housing 36.
Como se muestra mejor en las figuras 4 y 5, en una realización, una cavidad 68 formada en el alojamiento de cojinete superior 64 está configurada para rodear una periferia de una parte del primer árbol 34. Al menos un orificio radial 70 se extiende entre el primer paso de árbol 60 hasta la superficie exterior del árbol 34 para suministrar lubricante a la cavidad 68. En la realización no limitativa ilustrada, dos orificios radiales 70 se extienden en direcciones opuestas entre sí desde el primer paso de árbol 60 hasta la superficie exterior del árbol 34. Además, una o más superficies del orificio formadas en la parte de cojinete superior 44 y configuradas para ponerse en contacto con el primer árbol 34 pueden funcionar como un cojinete. Por ejemplo, con referencia a la figura 5, una primera superficie 72 dispuesta junto a un primer lado de la cavidad 68 puede funcionar como un cojinete principal y una segunda superficie 74, dispuesta junto a un segundo lado opuesto de la cavidad 68, puede funcionar como un cojinete auxiliar. Igualmente, el orificio formado en una parte de cojinete inferior 62 para recibir una parte del primer árbol 34 incluye una superficie 76 que puede funcionar como cojinete.As best shown in Figures 4 and 5, in one embodiment, a cavity 68 formed in the upper bearing housing 64 is configured to surround a periphery of a portion of the first shaft 34. At least one radial hole 70 extends between the first shaft passage 60 to the outer surface of shaft 34 to supply lubricant to cavity 68. In the illustrated non-limiting embodiment, two radial holes 70 extend in opposite directions from each other from the first shaft passage 60 to the outer surface of the shaft. shaft 34. In addition, one or more bore surfaces formed in the upper bearing portion 44 and configured to contact the first shaft 34 may function as a bearing. For example, referring to Figure 5, a first surface 72 disposed adjacent a first side of cavity 68 may function as a main bearing and a second surface 74 disposed adjacent an opposite second side of cavity 68 may function as a main bearing. as an auxiliary bearing. Similarly, the hole formed in a lower bearing portion 62 to receive a portion of the first shaft 34 includes a surface 76 that can function as a bearing.
En una realización, una ranura 80 se extiende por la longitud axial de la superficie 72. Esta ranura 80 está dispuesta en comunicación fluida con la cavidad 68 y está configurada para distribuir lubricante de la cavidad 68 por la longitud axial de la primera superficie 72. Por otro lado, o, además, una ranura 84 se extiende por la longitud axial de la superficie 76. La ranura 84 está configurada para distribuir lubricante desde el colector 61 dispuesto junto a la carcasa de cojinete inferior 42.In one embodiment, a groove 80 extends the axial length of surface 72. This groove 80 is disposed in fluid communication with cavity 68 and is configured to distribute lubricant from cavity 68 along the axial length of first surface 72. On the other hand, or in addition, a groove 84 extends the axial length of surface 76. Groove 84 is configured to dispense lubricant from manifold 61 disposed adjacent lower bearing housing 42.
Un segundo paso de árbol 86 se extiende axialmente a través de la carcasa de cojinete inferior 42 y al menos una parte del segundo árbol 50. En la realización no limitativa ilustrada, el segundo paso de árbol 86 se extiende aproximadamente por la mitad de la longitud axial del segundo árbol 50. Sin embargo, aquí se contempla un paso de árbol 86 de cualquier longitud. Con referencia ahora a la figura 6, se forma un paso 88 que se extiende axialmente por una periferia exterior del segundo árbol 50 y al menos un orificio radial 90 acopla de manera fluida el paso de árbol 86 y el paso axial 88. En una realización, el orificio radial está dispuesto generalmente en el centro con respecto al paso axial de manera que una parte del lubricante se distribuye en dos direcciones con respecto al orificio radial 90. Sin embargo, también se contemplan aquí realizaciones en las que el orificio radial 90 está dispuesto junto a un extremo del paso 88 o en otro lugar. El paso axial 88 está configurado para distribuir lubricante en la interfaz formada entre el segundo árbol 50 y el orificio 52 formado en el segundo rotor 24. En una realización, el paso axial 88 se extiende entre los alojamientos de cojinete superior e inferior 44, 42.A second shaft pitch 86 extends axially through the lower bearing housing 42 and at least a portion of the second shaft 50. In the illustrated non-limiting embodiment, the second shaft pitch 86 extends approximately half the length axis of the second shaft 50. However, a shaft pitch 86 of any length is contemplated here. Referring now to Figure 6, an axially extending passage 88 is formed through an outer periphery of second shaft 50 and at least one radial bore 90 fluidly engages shaft passage 86 and axial passage 88. In one embodiment , the radial hole is disposed generally centrally with respect to the axial passage such that a portion of the lubricant is distributed in two directions with respect to the radial hole 90. However, embodiments in which the radial hole 90 is located are also contemplated here. disposed adjacent to one end of the passage 88 or elsewhere. Axial passage 88 is configured to distribute lubricant at the interface formed between second shaft 50 and bore 52 formed in second rotor 24. In one embodiment, axial passage 88 extends between upper and lower bearing housings 44, 42. .
Durante el funcionamiento de la máquina de fluidos 20, la descarga de presión relativamente alta en los extremos exteriores 38, 40 de la carcasa 36, y la succión de presión relativamente baja en un lugar central del primer rotor 22 y el segundo rotor 24, impulsan o extraen lubricante del colector 61 a través de los pasos de suministro de lubricante asociados con los rotores primero y segundo 22, 24. Más en concreto, el lubricante fluirá desde el colector 61 a través del primer paso de árbol 60, a la ranura axial 84 formada en la superficie 76 del alojamiento de cojinete inferior 42, y a través del segundo paso de árbol 86 simultáneamente. Los pasos de suministro de lubricante están destinados a lubricar las superficies 72, 74 y 76 de los alojamientos de cojinete superior e inferior 42, 44 que funcionan como cojinetes para el primer árbol 34, y la interfaz entre el segundo árbol 50 y el segundo rotor 24 para reducir la fricción entre ellos.During operation of the fluid machine 20, the relatively high pressure discharge at the outer ends 38, 40 of the casing 36, and the relatively low pressure suction at a central location of the first rotor 22 and second rotor 24, drive or draw lubricant from the manifold 61 through the lubricant supply passages associated with the first and second rotors 22, 24. More specifically, the lubricant will flow from the manifold 61 through the first shaft passage 60, to the axial groove 84 formed on the surface 76 of the lower bearing housing 42, and through the second shaft passage 86 simultaneously. The lubricant supply passages are intended to lubricate the surfaces 72, 74 and 76 of the upper and lower bearing housings 42, 44 which function as bearings for the first shaft 34, and the interface between the second shaft 50 and the second rotor. 24 to reduce friction between them.
Se puede formar un orificio escariado 78, 82, 92, 94 en las superficies del alojamiento de cojinete inferior 42 y del alojamiento de cojinete superior 44 que están orientadas respectivamente hacia los rotores primero y segundo 22, 24. El orificio escariado 78 puede disponerse en comunicación fluida con la ranura 80. El orificio escariado 82 puede disponerse en comunicación fluida con la ranura 84. Como resultado de ello, el lubricante fluirá a cada uno de los orificios escariados 78, 82 después de lubricar las respectivas superficies 72, 74 y 76. Además, el orificio escariado 92, 94 puede disponerse en comunicación fluida con el paso axial 88. Como resultado, el lubricante fluirá a los orificios escariados 92, 94 después de lubricar la interfaz entre el segundo árbol 50 y el segundo rotor 24. En una realización, un rebaje 96 puede extenderse desde uno o más de los orificios escariados 78, 82, 92, 94 en ángulo hacia la interfaz entre el primer rotor 22 y el segundo rotor 24. Aunque la máquina de fluido ilustrada y descrita en este documento incluye un rebaje formado en cada uno de los orificios escariados, las realizaciones en las que ninguno o solo algunos de los orificios escariados incluyen un rebaje también están dentro del ámbito de aplicación de la invención.A counterbore 78, 82, 92, 94 may be formed in the surfaces of the lower bearing housing 42 and the upper bearing housing 44 that face respectively toward the first and second rotors 22, 24. The counterbore 78 may be arranged in fluid communication with the groove 80. The counterbore 82 may be disposed in fluid communication with the groove 84. As a result, the lubricant will flow to each of the counterbores 78, 82 after lubricating the respective surfaces 72, 74 and 76. In addition, the counterbore hole 92, 94 may be disposed in fluid communication with the axial passage 88. As a result, lubricant will flow into the counterbore 92, 94 after lubricating the interface between the second shaft 50 and the second rotor 24. In one embodiment, a recess 96 it may extend from one or more of the counterbored holes 78, 82, 92, 94 at an angle toward the interface between the first rotor 22 and the second rotor 24. Although the fluid machine illustrated and described herein includes a recess formed in each one of the counterbores, embodiments where none or only some of the counterbores include a recess are also within the scope of the invention.
La configuración de cada rebaje 96, tal como, por ejemplo, el ángulo, la longitud, la anchura y la profundidad, puede optimizarse para controlar la cantidad de flujo de lubricante al bolsillo de compresión. En una realización, el rebaje 96 tiene un contorno lineal y está alineado con la interfaz entre los lóbulos 30, 32 del primer rotor 22 y los lóbulos correspondientes 58a, 58b del segundo rotor 24. En consecuencia, tal como se muestra en la figura 6, el ángulo del rebaje 96 con respecto al eje que se extiende a través del origen tanto del primer como del segundo árbol 34, 50 está comprendido entre 0 grados y 60 grados.The configuration of each recess 96, such as, for example, angle, length, width, and depth, can be optimized to control the amount of lubricant flow to the compression pocket. In one embodiment, the recess 96 has a linear contour and is aligned with the interface between the lobes 30, 32 of the first rotor 22 and the corresponding lobes 58a, 58b of the second rotor 24. Accordingly, as shown in Fig. 6 , the angle of the recess 96 with respect to the axis extending through the origin of both the first and second shafts 34, 50 is between 0 degrees and 60 degrees.
Al colocar el rebaje 96 alineado con el acoplamiento por engrane de los rotores 22, 24, el rebaje se comunica tanto con las áreas de alta como de baja presión adyacentes al primer rotor 22 y al segundo rotor 24. Como resultado de ello, puede fluir lubricante desde el rebaje 96 por el bolsillo de compresión formado entre el primer y el segundo rotor 22, 24. En una realización, la longitud del rebaje 96, medida radialmente desde el origen del orificio para recibir un árbol correspondiente 34 o 50, es mayor que el radio de la raíz del rotor 22 o 24. Además, la longitud del rebaje 96 puede ser mayor que el radio de la raíz, aunque menor que el radio de la punta del rotor 22 o 24 asociado. En una realización, una anchura del rebaje 96, medida perpendicularmente a la longitud, está comprendida entre 1 mm y 10 mm, y una profundidad del rebaje 96 que se extiende en el alojamiento de cojinete inferior o superior 42, 44 está comprendida entre 1 y 5 veces la longitud axial de la holgura entre el rotor 22 o 24 y la superficie adyacente de la carcasa de cojinete inferior o superior 42, 44. Debe entenderse que en realizaciones que incluyen una pluralidad de rebajes, la configuración de los rebajes puede ser la misma o, alternativamente, puede ser diferente.By placing the recess 96 in alignment with the meshing engagement of the rotors 22, 24, the recess communicates with both the high and low pressure areas adjacent to the first rotor 22 and second rotor 24. As a result, it can flow lubricant from the recess 96 by the compression pocket formed between the first and second rotors 22, 24. In one embodiment, the length of the recess 96, measured radially from the origin of the hole to receive a corresponding shaft 34 or 50, is greater than the radius of the root of the rotor 22 or 24. In addition, the length of the recess 96 may be greater than the radius of the root, but less than the radius of the tip of the associated rotor 22 or 24. In one embodiment, a width of the recess 96, measured perpendicular to the length, is between 1 mm and 10 mm, and a depth of the recess 96 extending into the lower or upper bearing housing 42, 44 is between 1 and 10 mm. 5 times the axial length of the clearance between the rotor 22 or 24 and the adjacent surface of the lower or upper bearing housing 42, 44. It should be understood that in embodiments that include a plurality of recesses, the configuration of the recesses may be as same or, alternatively, it can be different.
La máquina de fluidos 20 ilustrada y descrita aquí proporciona una configuración simple y de bajo coste para un sistema de suministro de lubricante. Debido a que la presión de la máquina 20 se usa para arrastrar el fluido a las interfaces respectivas, no se requieren dispositivos costosos, tales como, por ejemplo, una bomba o una válvula de control. Además, debido a que el lubricante es impulsado por la presión diferencial creada durante el funcionamiento de la máquina 20, se proporciona un suministro estable de lubricante en una amplia gama de velocidades de árbol. The fluid machine 20 illustrated and described herein provides a simple, low cost configuration for a lubricant supply system. Because the pressure of the machine 20 is used to draw fluid to the respective interfaces, expensive devices, such as, for example, a pump or control valve, are not required. Furthermore, because the lubricant is driven by the differential pressure created during operation of the machine 20, a stable supply of lubricant is provided over a wide range of shaft speeds.
Aunque la invención se ha descrito en detalle en relación con solo un número limitado de realizaciones, debe entenderse sin dificultad que la invención no se limita a las realizaciones descritas. Más bien, la invención puede modificarse para incorporar cualquier número de variaciones, alteraciones, sustituciones o disposiciones equivalentes no descritas hasta ahora, pero que están en consonancia con el ámbito de aplicación de las reivindicaciones adjuntas. En consecuencia, la invención no debe verse limitada por la descripción anterior, sino solo por el ámbito de aplicación de las reivindicaciones adjuntas. Although the invention has been described in detail in connection with only a limited number of embodiments, it should be readily understood that the invention is not limited to the described embodiments. Rather, the invention may be modified to incorporate any number of variations, alterations, substitutions, or equivalent arrangements not heretofore described, but which are within the scope of the appended claims. Accordingly, the invention should not be limited by the above description, but only by the scope of the appended claims.
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