ES2955108T3 - Compresor de flujo axial - Google Patents
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Abstract
Un compresor de flujo axial (10) comprende: un rotor (31) que tiene palas de rotor (34); un primer miembro de presión (41) que está conectado a una superficie extrema del rotor (31); un segundo miembro de presión (42) que está conectado a la otra superficie extrema del rotor (31); un eje de rotor (46) que pasa a través de un primer miembro de presión (41), el rotor (31) y el segundo miembro de presión (42); y una tuerca (43) que fija el primer miembro de presión (41) y el segundo (42) miembro de presión (42) con el rotor (31) sostenido entre el primer miembro de presión (41) y el segundo miembro de presión (42). El eje del rotor (46) está hecho de un material que tiene un coeficiente de expansión lineal menor que el material utilizado para constituir al menos parcialmente el rotor (31). El material utilizado para constituir al menos parcialmente el rotor (31) puede ser aluminio o una aleación de aluminio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Compresor de flujo axial
Campo técnico
La presente invención se refiere a un compresor de flujo axial que comprime, por ejemplo, vapor de agua.
Técnica antecedente
Un rotor utilizado para un compresor tal como un compresor de flujo axial se ajusta de forma segura a una porción del árbol del rotor y, por lo tanto, se evita que se desplace en las direcciones circunferenciales con respecto a la porción del árbol del rotor cuando el compresor de flujo axial está en operación. Por ejemplo, el siguiente documento 1 de patente divulga que el ajuste de un rotor y una porción del árbol del rotor se realiza mediante acoplamiento de llave, acoplamiento de dientes o ajuste poligonal.
Sin embargo, como se indica incluso en el siguiente documento 1 de patente, el acoplamiento de llave tiene la desventaja de que un orificio de ajuste puede agrandarse para hacer vibrar de este modo la porción del árbol del rotor. El acoplamiento de dientes o el ajuste poligonal requieren una gran cantidad de tiempo y mano de obra para el trabajo de acoplamiento, lo que aumenta los costes de fabricación.
Lista de documentos de la técnica anterior
Documentos de patente
Documento 1 de patente: Publicación abierta al público del modelo de utilidad japonés No. JP 5-21200 A
El documento US 3554668 A divulga un rotor de turbomáquina que tiene un tambor de rotor hecho de anillos y dos campanas de extremo. A lo largo del centro del tambor (9) del rotor, se extiende un perno de unión que penetra en la campana del extremo izquierdo y la campana del extremo derecho donde se enrosca una tuerca en el perno de unión. El documento FR 900 312 A divulga un tambor de rotor de turbocompresor. Los anillos centrados están sostenidos por un disco delantero izquierdo y un disco delantero derecho. Un perno de anclaje se extiende penetrando el disco delantero izquierdo y el disco delantero derecho donde se enrosca una tuerca en el perno de anclaje.
El documento US 3032 260 A divulga un aparato giratorio. Una barra de unión penetra en los miembros extremos respectivos y se atornilla con una tuerca izquierda y otra derecha.
El documento US 4349291 A divulga un aparato para asegurar una rueda a un árbol giratorio. Un perno penetra en un miembro exterior y lo presiona hacia un árbol. El perno se atornilla en el árbol.
El documento US 3059901 A divulga una construcción de rotor que tiene una pluralidad de ruedas de rotor montadas con palas. Las ruedas del rotor están sostenidas por broches espaciados circunferencialmente. Se proporciona un árbol adapatador pero no penetra en las ruedas del rotor.
El documento US 2654565 A divulga las características del preámbulo de la reivindicación 1 y, en particular, muestra una construcción de rotor para compresores en la que en una funda interior está dispuesta una funda de tensión exterior. Dentro de la funda interior, se inserta un árbol de tensión. Fuera de la funda de tensión exterior, se disponen discos o ruedas. Fuera de los discos, se disponen las palas.
Resumen de la invención
La presente invención resolverá el problema mencionado. Es un objeto de la presente invención proporcionar un compresor de flujo axial capaz de suprimir los costes necesarios para trabajar las partes de ajuste de un rotor y una porción del árbol del rotor y ajustar el rotor de forma segura con respecto a la porción del árbol del rotor.
Este objeto se soluciona mediante un compresor de flujo axial que tiene las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se exponen desarrollos adicionales.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista esquemática que muestra una configuración de un compresor de flujo axial de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 2 es una vista en sección que muestra principalmente la parte de ajuste de una paleta de rotor y un primer miembro de presión.
La figura 3 es una vista en sección que muestra principalmente la parte de ajuste de una paleta de rotor y un espaciador.
La figura 4 es una vista en sección que muestra principalmente una parte de ajuste de una paleta de rotor y un espaciador en un compresor de flujo axial de acuerdo con otra realización de la presente invención.
Descripción de las realizaciones
A continuación se describirá en detalle una realización de la presente invención con referencia a los dibujos.
Como se muestra en la figura 1, un compresor 10 de flujo axial de acuerdo con la realización es un compresor para un refrigerador y se proporciona en un circuito 14 refrigerante que incluye un evaporador 12 y un condensador 13. El compresor 10 de flujo axial comprime vapor de agua como fluido de trabajo (refrigerante) evaporado en el evaporador 12. El vapor de agua es un vapor de baja presión y temperatura relativamente baja, y después de comprimirse en el compresor 10 de flujo axial de acuerdo con la realización, el vapor de agua como fluido de trabajo tiene una temperatura en el rango de, por ejemplo, de 5°C a 150°C bajo una presión atmosférica o inferior en una región desde una abertura de succión hasta una abertura de descarga del compresor 10 de flujo axial. En el caso de que el compresor 10 de flujo axial esté provisto de varias etapas de paletas de rotor, por ejemplo, siete etapas de paletas del rotor, el vapor de agua tiene una temperatura en el rango de por ejemplo, de 5°C a 250°C. A través del circuito 14 refrigerante, el fluido de trabajo comprimido en el compresor 10 de flujo axial se envía al condensador 13 y allí se condensa. De esta manera, el fluido de trabajo sufre cambios de fase y circula a través del circuito 14 refrigerante. El evaporador 12 evapora el refrigerante y, por lo tanto, suministra calor frío a un medio de calentamiento secundario, y el medio de calentamiento secundario se suministra a una unidad de usuario (no mostrada) que enfría un objeto a enfriar, tal como el aire de la habitación.
El compresor 10 de flujo axial incluye una porción 20 de compresión que tiene un espacio de compresión CS para comprimir un fluido de trabajo, un motor 22 eléctrico que acciona la porción 20 de compresión y una porción 24 reductora de velocidad que reduce la velocidad de flujo del fluido de trabajo descargado del espacio de compresión CS. El compresor 10 de flujo axial incluye una caja 26 formada por: una primera porción 27 de caja dispuesta en la porción 20 de compresión y que tiene forma cilíndrica; una segunda porción 28 de caja dispuesta en un lado extremo (lado corriente arriba) de la porción 20 de compresión; y una tercera porción 29 de caja dispuesta en la porción 24 reductora de velocidad en el otro extremo (lado corriente abajo) de la porción 20 de compresión.
La porción 20 de compresión incluye la primera porción 27 de caja y un rotor 31 dentro de la primera porción 27 de caja. El espacio entre la primera porción 27 de caja y el rotor 31 funciona como el espacio de compresión CS para comprimir un fluido de trabajo. El espacio de compresión CS incluye una abertura CS1 de succión a la izquierda y una abertura CS2 de descarga a la derecha de la figura 1. A través de la abertura CS1 de succión a la izquierda, el fluido de trabajo evaporado en el evaporador 12 es aspirado hacia el espacio de compresión CS, comprimido a medida que avanza hacia la derecha y descargado desde la abertura CS2 de descarga.
En la superficie circunferencial interior de la primera porción 27 de caja, una pluralidad de paletas 33 estacionarias están fijadas separadas entre sí en las direcciones axiales. La primera porción 27 de caja está colocada de tal manera que las direcciones axiales son horizontales.
El rotor 31 incluye una pluralidad de paletas 34 del rotor separadas entre sí en las direcciones axiales y alternadas con las paletas 33 estacionarias, y una pluralidad de espaciadores 35. Cada espaciador 35 es un miembro cilíndrico y está dispuesto dentro en las direcciones radiales de la paleta 33 estacionaria correspondiente y entre las paletas 34 del rotor adyacentes correspondientes. La figura 1 muestra las cuatro paletas 34 del rotor y los cuatro espaciadores 35, pero la presente invención no está limitada a esta configuración.
La paleta 34 del rotor incluye una porción 37 de saliente cilíndrica y una porción 38 de paleta alrededor y unida con la porción 37 de saliente. Como se describe más adelante, la paleta 34 del rotor está hecha de aluminio o aleación de aluminio y se forma una unidad cortando un solo espacio en blanco. La porción 37 de saliente está formada en las direcciones periféricas con una pluralidad de porciones 38 de paleta y tiene superficies circunferenciales exterior e interior al ras con las de los espaciadores 35.
La porción 20 de compresión incluye un árbol 40 accionador, un primer miembro 41 de presión, un segundo miembro 42 de presión, una tuerca 43 como ejemplo de la porción de fijación y un miembro 44 del disco. El árbol 40 accionador incluye una porción 46 del árbol del rotor y una porción 47, 47 del árbol de extremo dispuestas en cada extremo de la porción 46 del árbol del rotor.
La porción 46 del árbol del rotor está en el centro axial de la primera porción 27 de caja y se extiende en las direcciones axiales de la misma. Ambos extremos de la porción 46 del árbol del rotor están fuera de las paletas 34 del rotor y los espaciadores 35 en las direcciones axiales y están provistos de una porción 46a de rosca externa (figura 2).
El primer miembro 41 de presión está dispuesto en contacto con la paleta 34 del rotor más corriente arriba mientras que el segundo miembro 42 de presión está dispuesto en contacto con el espaciador 35 fuera de la paleta 34 del rotor más corriente abajo. Los miembros 41 y 42 primero y segundo de presión están dispuestos opuestos en las direcciones axiales, aunque tengan la misma configuración.
El primer miembro 41 de presión tiene forma de disco y el miembro 41 de presión está formado con un orificio 41a pasante central para insertar la porción 46 del árbol del rotor.
Como se muestra ampliado en la figura 2, el orificio 41a pasante central es un orificio escalonado que tiene un paso en el medio y está formado por una parte de diámetro pequeño que tiene un diámetro interior en el que se puede insertar la porción 46 del árbol del rotor, mientras que la tuerca 43 no, y una parte de gran diámetro que tiene un diámetro interior en el que se puede insertar la tuerca 43.
El primer miembro 41 de presión está formado con: una porción 41b de ajuste del lado del rotor que sobresale de una superficie extrema en las direcciones axiales de una parte del borde periférico de la misma; y una porción 41c de ajuste del lado del extremo que sobresale de la otra superficie extrema en las direcciones axiales de una parte del borde periférico de la misma, estando unidas ambas porciones 41b y 41c.
La porción 41b de ajuste del lado del rotor tiene una forma de anillo concéntrica con el orificio 41a pasante central si se ve en las direcciones axiales y tiene una superficie de extremo plana en las direcciones axiales. La porción 41b de ajuste del lado del rotor se ajusta a una porción 37a de ajuste de extremo formada en la porción 37 de saliente de la paleta 34 del rotor.
La paleta 34 del rotor más corriente arriba tiene la porción 37a de ajuste de extremo de la porción 37 de saliente formada en la superficie extrema de la misma (superficie extrema exterior en las direcciones axiales del rotor 31) en el lado de la abertura CS1 de succión. La porción 37a de ajuste de extremo tiene forma de anillo concéntrica con la porción 37 de saliente y tiene una superficie de extremo plana en las direcciones axiales. La porción 37a de ajuste del extremo se ajusta en la porción 41b de ajuste del lado del rotor del primer miembro 41 de presión mediante ajuste a presión o similar. Por lo tanto, la porción 41b de ajuste del lado del rotor del primer miembro 41 de presión se ajusta a la porción 37a de ajuste del extremo de la paleta 34 del rotor y, por lo tanto, el centro axial del primer miembro 41 de presión coincide con el centro axial de la paleta 34 del rotor más corriente arriba. Tanto la porción 37a de ajuste del extremo como la porción 41b de ajuste del lado del rotor tienen una superficie de extremo plana en las direcciones axiales, lo que suprime los costes necesarios para trabajar la porción 37 de saliente y el primer miembro 41 de presión, ya que también se aplica al segundo miembro 42 de presión.
La porción 41c de ajuste del lado del extremo tiene forma de anillo si se ve en las direcciones axiales y está ajustada a una porción 47a de brida formada en el extremo de la porción 47 del árbol de extremo. La porción 47a de brida tiene forma de anillo concéntrica con la porción 41c de ajuste del lado del extremo. La porción 47a de brida se ajusta en la porción 41c de ajuste del lado del extremo, por lo que la porción 47 del árbol de extremo y el primer miembro 41 de presión se vuelven coaxiales entre sí, y en este estado, la porción (primera porción del árbol de extremo) 47 del árbol de extremo y el primer miembro 41 de presión se fijan mutuamente mediante pernos 49. La porción 47 del árbol de extremo tiene una porción 47b cóncava que se hunde hacia adentro desde su superficie extrema en el lado de la porción 47a de brida, y la porción 47b cóncava puede recibir la tuerca 43 y una parte extrema de la porción 46 del árbol del rotor.
De manera similar al primer miembro 41 de presión, el segundo miembro 42 de presión está formado con un orificio pasante central como un orificio escalonado, y una porción de ajuste del lado del rotor y una porción de ajuste del lado del extremo. La porción de ajuste del lado del rotor del segundo miembro 42 de presión se ajusta a una porción de ajuste del extremo del espaciador 35 fuera de la paleta 34 del rotor más corriente abajo. La porción de ajuste del extremo está formada en la superficie del extremo del espaciador 35 (superficie del extremo exterior en las direcciones axiales del rotor 31) en el lado de la abertura CS2 de descarga y tiene la misma forma que la porción 37a de ajuste del extremo de la paleta 34 del rotor más corriente arriba. La porción de ajuste del lado del extremo del segundo miembro 42 de presión se ajusta a una porción de brida de la porción (segunda porción del árbol de extremo) 47 del árbol de extremo en el lado de descarga, y la porción de brida tiene la misma forma que la porción 47a de brida de la primera porción 47 del árbol de extremo.
La tuerca 43 se enrosca en la porción 46a de rosca externa de la porción 46 del árbol del rotor insertada a través del orificio 41a pasante central. De esta manera, el primer miembro 41 de presión y el segundo miembro 42 de presión se sujetan con las tuercas 43 desde ambos lados en las direcciones axiales sosteniendo el rotor 31 (las paletas 34 del rotor y los espaciadores 35) entre los miembros 41 y 42 de presión. La tuerca 43 se aprieta hasta un valor de torque predeterminado para sujetar así el primer miembro 41 de presión y el segundo miembro 42 de presión. Se establece el "valor de torque predeterminado", como se describe más adelante, teniendo en cuenta el hecho de que la diferencia de coeficiente de expansión lineal entre el rotor 31 y la porción 46 del árbol del rotor o la diferencia de volumen de expansión entre ambos en operación hace que la fuerza de acoplamiento de la tuerca 43 sea mayor en operación que cuando el rotor 31 está ensamblado. Por lo tanto, las paletas 34 del rotor adyacentes entre sí y el espaciador 35 están ajustados entre sí.
Como se muestra en la figura 3, la paleta 34 del rotor y el espaciador 35, mutuamente adyacentes, están ajustados entre sí. Específicamente, la porción 37 de saliente de la paleta 34 del rotor tiene una primera porción 37b de ajuste formada en el lado de la cara del extremo que mira hacia el espaciador 35 y que sobresale en la dirección axial. La porción 37 de saliente es cilíndrica, y la primera porción 37b de ajuste tiene una forma de anillo concéntrica con la porción 37 de saliente a lo largo de la parte circunferencial interior de la porción 37 de saliente y tiene una superficie extrema plana en las direcciones axiales. Por otro lado, el espaciador 35 tiene una segunda porción 35a de ajuste formada en el lado de la cara del extremo del mismo que mira hacia la porción 37 de saliente de la paleta 34 del rotor y que sobresale en la dirección axial. La segunda porción 35a de ajuste tiene una forma de anillo concéntrica con el
espaciador 35 a lo largo de la parte circunferencial exterior del espaciador 35 y tiene una superficie de extremo plana en las direcciones axiales. Dado que el diámetro interior de la segunda porción 35a de ajuste corresponde al diámetro exterior de la primera porción 37b de ajuste, ambas porciones 37b y 35a se ajustan entre sí para acoplar así la paleta 34 del rotor y el espaciador 35 concéntricamente. En resumen, la paleta 34 del rotor y el espaciador 35 están separados y luego se ajustan entre sí. Tanto la primera porción 37b de ajuste de la porción 37 de saliente como la segunda porción 35a de ajuste del espaciador 35 tienen una superficie de extremo plana en las direcciones axiales, lo que suprime los costes necesarios para trabajar la porción 37 de saliente y el espaciador 35.
El espaciador 35 y la porción 37 de saliente tienen un diámetro interno mucho más grande que el diámetro exterior de la porción 46 del árbol del rotor. Entre la parte cilíndrica formada por el espaciador 35 conectado y la porción 37 de saliente y la porción 46 del árbol del rotor, por lo tanto, se forma un espacio que se extiende en las direcciones axiales, y se proporciona un miembro 44 del disco en este espacio o un espacio 31a interior del rotor 31. El espaciador 35 se forma hacia adentro desde la segunda porción 35a de ajuste con una porción 35b cóncava que tiene un ancho correspondiente al grosor del miembro 44 del disco. La periferia del miembro 44 del disco se inserta en la porción 35b cóncava, y en este estado, el miembro 44 del disco no se encuentra en el espaciador 35 con un perno 51. En otras palabras, el miembro 44 del disco está en sándwich sin brecha entre la porción 37 de saliente de la paleta 34 del rotor y el espaciador 35.
El miembro 44 del disco está posicionado perpendicularmente a la porción 46 del árbol del rotor y formado en el centro con un orificio 44a pasante que penetra en las direcciones del grosor. La porción 46 del árbol del rotor se inserta en el orificio 44a pasante y, por lo tanto, se soporta con cada miembro 44 del disco en una pluralidad de lugares en el medio del mismo.
Se genera una diferencia de temperatura entre las paletas 34 del rotor corriente arriba y las paletas 34 del rotor corriente abajo en operación. En consecuencia, una relación posicional relativa entre cada miembro 44 del disco y la porción 46 del árbol del rotor cambia en la dirección axial de la porción 46 del árbol del rotor, como resultado de la expansión térmica de las paletas 34 del rotor y los espaciadores 35 en contacto con ellos. En vista de lo anterior, es preferible hacer que la porción 46 del árbol del rotor se mueva fácilmente con respecto a cada miembro 44 del disco en la dirección axial para operar el compresor 10 de flujo axial durante mucho tiempo. Así, una superficie interior del orificio 44a pasante de cada miembro 44 del disco y una superficie exterior de la porción 46 del árbol del rotor pueden formarse en una superficie lisa mediante un tratamiento superficial tal como pulido u otros medios.
Las paletas 34 del rotor están todas hechas de aluminio o aleación de aluminio y los espaciadores 35 están todos hechos de aluminio o aleación de aluminio; en otras palabras, el rotor 31 está hecho de aluminio o aleación de aluminio. Por otro lado, la porción 46 del árbol del rotor está hecha de titanio o aleación de titanio, que es un material que tiene un coeficiente de expansión lineal más bajo que el del aluminio. Por lo tanto, el compresor 10 de flujo axial genera calor en operación para expandir así el rotor 31 en más volumen que la porción 46 del árbol del rotor en las direcciones axiales. Las paletas 34 del rotor también pueden estar hechas de un material diferente al mencionado anteriormente.
El primer miembro 41 de presión y el segundo miembro 42 de presión están hechos de acero inoxidable o aleación de acero inoxidable, y el miembro 44 del disco está hecho de aluminio o aleación de aluminio. El primer miembro 41 de presión, el segundo miembro 42 de presión y el miembro 44 del disco también pueden estar hechos de un material diferente al mencionado anteriormente.
En la realización, las paletas 34 del rotor que incluyen la paleta 34 del rotor más corriente arriba están hechas de aluminio o aleación de aluminio. Al menos la paleta 34 del rotor más corriente arriba puede someterse a un recubrimiento anódico, evitando así eficazmente que las paletas 34 del rotor se erosionen mientras se aligeran las paletas 34 del rotor. Además, la paleta 34 del rotor más corriente arriba puede estar hecha de titanio, aleación de titanio, acero inoxidable o aleación de acero inoxidable, evitando así que la paleta 34 del rotor más corriente arriba se erosione y, al mismo tiempo, hacerla más duradera.
Como se muestra en la figura 1, la porción 47, 47 del árbol de extremo en cada extremo está soportada por un cojinete 55, 55 y es coaxial con la porción 46 del árbol del rotor. El cojinete 55 soporta la porción 47 del árbol de extremo en una porción 47c principal del mismo con la porción 47 del árbol de extremo giratoria. La porción 47c principal es opuesta a la porción 47a de brida y se extiende coaxialmente con la porción 46 del árbol del rotor.
Ambos cojinetes 55 y 55 están colocados en una carcasa 56 corriente arriba en un extremo y una carcasa 57 corriente abajo en el otro extremo, respectivamente. La carcasa 56 corriente arriba y la segunda porción 28 de caja forman un espacio cilíndrico entre ellos y este espacio se convierte en un espacio de corriente arriba US para hacer fluir el fluido de trabajo conducido al espacio de compresión CS. Por otro lado, la carcasa 57 corriente abajo y la tercera porción 29 de caja forman un espacio cilíndrico entre ellos y este espacio se convierte en un espacio de corriente abajo DS para hacer fluir el fluido de trabajo conducido desde el espacio de compresión CS.
Cada carcasa 56, 57 está soportada en la segunda porción 28 de caja o en la tercera porción 29 de caja a través de una pluralidad de miembros 59, 59 de soporte, cada uno de los cuales tiene forma de barra y está dispuesto radialmente en las direcciones circunferenciales. Cada miembro 59, 59 de soporte tiene una forma aerodinámica en sección y por lo tanto no bloquea el flujo de un fluido de trabajo incluso en el espacio corriente arriba US y el espacio
corriente abajo DS. La figura muestra un ejemplo en el que el miembro 59 de soporte entra en la carcasa 57 en el espacio corriente abajo DS, pero esta parte que entra en la carcasa 57 no tiene necesariamente forma de barra.
El miembro 59 de soporte está formado por pasajes 59a de suministro y descarga para suministrar y descargar un lubricante. El lubricante se introduce desde el exterior de la segunda porción 28 de caja y la tercera porción 29 de caja, se alimenta a través de un pasaje 59a de suministro y descarga al cojinete 55 y se descarga a través del otro pasaje 59a de suministro y descarga desde el cojinete 55.
La porción 47 del árbol de extremo en el lado de la abertura CS2 de descarga está dentro de la carcasa 57 corriente abajo y está conectada a un árbol 22a giratorio del motor 22 eléctrico a través de un acoplamiento 61 flexible. El árbol 40 accionador de la porción 20 de compresión está conectado sin ningún engranaje de aceleración al árbol 22a giratorio del motor 22 eléctrico y, por lo tanto, el rotor 31 tiene la misma aceleración de rotación que la del motor 22 eléctrico.
La porción 24 de reducción de velocidad descrita anteriormente tiene el espacio corriente abajo DS formado con la tercera porción 29 de caja. La tercera porción 29 de caja tiene una porción 29a de superficie circunferencial exterior conectada a un extremo de la primera porción 27 de caja en las direcciones axiales, una porción 29b de superficie circunferencial interior hacia adentro desde la porción 29a de superficie circunferencial exterior y que se extiende en direcciones axiales, una porción 29c de superficie de extremo que conecta los extremos de la porción 29a de superficie circunferencial exterior y la porción 29b de superficie circunferencial interior en las direcciones axiales.
La porción 29a de superficie circunferencial exterior está formada con un puerto 65 de salida conectado a tuberías para conducir, al condensador 13, un fluido de trabajo cuya velocidad de flujo se reduce dentro del espacio corriente abajo DS.
La porción 29b de superficie circunferencial interior está formada con una porción 66 de soporte de motor que se extiende hacia adentro en las direcciones radiales desde la parte de conexión del mismo a la carcasa 57. El motor 22 eléctrico se coloca hacia adentro desde la porción 29b de superficie circunferencial interior de la porción 24 reductora de velocidad y se une a la porción 66 de soporte de motor.
En el compresor 10 de flujo axial de acuerdo con la realización, a medida que gira el árbol 22a giratorio del motor 22 eléctrico, el árbol 40 accionador de la porción 20 de compresión gira a la misma aceleración de rotación para girar el rotor 31 alrededor de su eje. Esta rotación hace que un fluido de trabajo dentro del espacio corriente arriba US sea succionado a través de la abertura CS1 de succión hacia el espacio de compresión CS, comprimido y enviado a la derecha de la figura 1 en el espacio de compresión CS y descargado a través de la abertura CS2 de descarga al espacio corriente abajo DS. En la porción 24 de reducción de velocidad, la velocidad de flujo del fluido de trabajo se reduce y se recupera la presión del mismo, y luego se descarga a través del puerto 65 de salida.
Como se ha descrito hasta ahora, en la realización, el primer miembro 41 de presión y el segundo miembro 42 de presión sostiene el rotor 31 desde ambos lados en las direcciones axiales. El compresor 10 de flujo axial genera calor cuando comprime vapor de agua en operación para expandir, en las direcciones axiales, el rotor 31 en más volumen que la porción 46 del árbol del rotor porque la porción 46 del árbol del rotor está hecha de un material que tiene un coeficiente de expansión lineal más bajo que el del aluminio que hace el rotor 31. Por lo tanto, el rotor 31 se expande para aumentar la fuerza de presión entre el rotor 31 y el primer miembro 41 de presión y la fuerza de presión entre el rotor 31 y el segundo miembro 42 de presión, haciendo así que la fuerza de acoplamiento de la tuerca 43 sea mayor en operación que cuando el rotor 31 está ensamblado. Por lo tanto, sin acoplamiento de dientes, acoplamiento de llave o similar, el rotor 31 puede ajustarse en los miembros 41 y 42 de presión para evitar que el rotor 31 se desplace relativamente en las direcciones circunferenciales, suprimiendo así los costes necesarios para trabajar las partes de ajuste. En particular, las superficies de los extremos de las partes de ajuste en las direcciones axiales (por ejemplo, las superficies de los extremos de la porción 41b de ajuste del lado del rotor o la porción 37a de ajuste del extremo en las direcciones axiales) se vuelven sustancialmente planas, lo que suprime significativamente los costes necesarios para trabajar las partes de ajuste. Además, el rotor 31 se puede fijar a la porción 46 del árbol del rotor sin un trabajo complicado y, en operación, se puede obtener una fuerza de acoplamiento mediante la cual se evita que el rotor 31 gire en las direcciones circunferenciales con respecto a la porción 46 del árbol del rotor. La porción 41b de ajuste del lado del rotor del primer miembro 41 de presión se ajusta a la porción 37a de ajuste del extremo formada en la porción 37 de saliente de la paleta 34 del rotor más corriente arriba del rotor 31. El primer miembro 41 de presión está hecho de un material (acero inoxidable) que tiene un coeficiente de expansión lineal más bajo que el aluminio que hace que el rotor 31 y, por lo tanto, en operación, se expanda en las direcciones radiales en menos volumen que el rotor 31 en las direcciones radiales. En operación, por lo tanto, la porción 41b de ajuste del lado del rotor (el primer miembro 41 de presión) se ajusta más firmemente a la porción 37a de ajuste de extremo (el rotor 31) que cuando el rotor 31 está ensamblado. Lo mismo se aplica al ajuste del segundo miembro 42 de presión y el rotor 31. Además, el rotor 31 está hecho de aluminio o aleación de aluminio y por lo tanto se vuelve más ligero. Dado que el fluido de trabajo es vapor de agua y la temperatura del vapor de agua introducido en el compresor 10 de flujo axial se ajusta, por ejemplo, a 150°C o menos bajo una presión atmosférica o menos, el rotor 31 puede estar hecho de aluminio o aleación de aluminio y, por lo tanto, puede ser más liviano y forjado con mayor precisión. Además, el rotor 31 y los miembros 41 y 42 de presión (y la paleta 34 del rotor y el espaciador 35) pueden ajustarse entre sí para evitar que se desplacen relativamente en las direcciones circunferenciales, incluso si las superficies extremas de los mismos en las direcciones
axiales son superficies de contacto planas y en forma de anillo en las direcciones circunferenciales. Esto ahorra una estructura de ajuste por acoplamiento de dientes, acoplamiento de llave o similar, suprimiendo así los costes necesarios para trabajar las partes de ajuste. En el caso de que el compresor 10 de flujo axial esté provisto de varias etapas de paletas de rotor, por ejemplo, siete etapas de paletas de rotor, las paletas del rotor corriente abajo pueden estar hechas de titanio o una aleación de titanio, porque la temperatura de una porción de corriente abajo del compresor 10 de flujo axial llega a ser de aproximadamente 250°C.
Además, en la realización, dado que el espaciador 35 y la paleta 34 del rotor están separados y ajustados entre sí, cuando el compresor 10 de flujo axial está en operación, las fuerzas de presión de los miembros 41 y 42 de presión aumentan según la diferencia entre el volumen de expansión del rotor 31 y el volumen de expansión de la porción 46 del árbol del rotor, obteniendo así una fuerza de acoplamiento mediante la cual se puede evitar que el espaciador 35 y la paleta 34 del rotor giren mutuamente en direcciones circunferenciales. Además, la paleta 34 del rotor y el espaciador 35 están separados y, por lo tanto, pueden trabajarse individualmente, mejorando así la capacidad de trabajo del rotor 31 utilizando pequeños espacios en blanco para trabajar.
Además, en la realización, el espacio 31a interior del rotor 31 formado con la porción 46 del árbol del rotor tiene un diámetro mayor que la porción 46 del árbol del rotor y está provisto del miembro 44 del disco, ahuecando así una parte central del rotor 31 para aligerar el rotor 31. Además, el miembro 44 del disco soporta una parte media de la porción 46 del árbol del rotor, elevando así la frecuencia natural de la porción 46 del árbol del rotor.
Adicionalmente, en la realización, la porción 46 del árbol del rotor está hecha de titanio o aleación de titanio y el miembro 44 del disco está hecho de acero inoxidable o aleación inoxidable. Cuando el compresor 10 de flujo axial está en operación, por lo tanto, la diferencia entre el volumen de expansión térmica del rotor 31 y el volumen de expansión térmica de la porción 46 del árbol del rotor se puede asegurar más fácilmente y la porción 46 del árbol del rotor se vuelve más rígida.
La presente invención no se limita a la realización anterior y, por lo tanto, pueden esperarse diversos cambios, modificaciones y similares sin apartarse del alcance de la presente invención. Por ejemplo, la realización muestra el compresor 10 de flujo axial utilizado para un refrigerador, pero la presente invención no se limita a este ejemplo. Por ejemplo, el compresor 10 de flujo axial puede configurarse, por ejemplo, como un compresor utilizado para un enfriador para obtener agua de enfriamiento, un acondicionador de aire, un concentrador o similar.
El fluido de trabajo no se limita al vapor de agua y, por ejemplo, se puede usar una variedad de fluidos tales como aire, oxígeno, nitrógeno y un gas de proceso de hidrocarburo.
Además, en la realización, el primer miembro 41 de presión está en contacto con la paleta 34 del rotor mientras que el segundo miembro 42 de presión está en contacto con el espaciador 35. Sin embargo, la presente invención no se limita a esto y, por lo tanto, cada miembro 41, 42 de presión puede estar en contacto con la paleta 34 del rotor y el espaciador 35. Específicamente, ambos miembros 41 y 42 de presión pueden estar en contacto con las paletas 34 del rotor correspondiente, ambos miembros 41 y 42 de presión con los espaciadores 35 correspondientes, o el primer miembro 41 de presión con el espaciador 35 mientras que el segundo miembro 42 de presión con la paleta 34 del rotor.
Además, en la realización, el rotor 31 tiene una pluralidad de paletas 34 del rotor, pero la presente invención no se limita a esto y, por lo tanto, el rotor 31 puede tener una única paleta 34 del rotor.
Adicionalmente, en la realización, la paleta 34 del rotor está separada del espaciador 35 pero ambos pueden estar unidos.
Además, en la realización, el miembro 44 del disco está sujeto al espaciador 35 con el perno 51. Sin embargo, la presente invención no se limita a esta configuración. Por ejemplo, como se muestra en la figura 4, el miembro 44 del disco puede estar dispuesto para ser desplazable con respecto al espaciador 35 en la dirección axial de la porción 46 del árbol del rotor. Específicamente, el miembro 44 del disco puede tener una forma cónica truncada circular. En la modificación, una superficie 44b exterior del miembro 44 del disco puede estar inclinada con respecto a la dirección axial y dispuesta en la porción 35b cóncava del espaciador 35. Asimismo, una superficie 35c interior de la porción 35b cóncava puede estar inclinada de tal manera que quede alineada con la superficie 44b exterior del miembro 44 del disco. La superficie 35c interior de la porción 35b cóncava y la superficie 44b exterior del miembro 44 del disco pueden estar en contacto entre sí. El ancho de la porción 35b cóncava en la dirección axial de la porción 46 del árbol del rotor se puede establecer más ancho que el grosor del miembro 44 del disco. La configuración anterior permite mover el miembro 44 del disco en la dirección axial dependiendo de la deformación del espaciador 35 resultante de la fuerza centrífuga o el calor. Por lo tanto, la configuración anterior hace frente con éxito a la deformación del espaciador 35.
A continuación se describirá un esquema de la realización anterior.
(1) En el compresor de flujo axial de acuerdo con la realización anterior, el primer miembro de presión y el segundo miembro de presión sostienen el rotor desde ambos lados en las direcciones axiales de la porción del árbol del rotor. Al comprimir un fluido de trabajo en operación, el compresor de flujo axial genera calor para expandir el rotor en más volumen que la porción del árbol del rotor en las direcciones axiales, porque la porción del árbol del rotor
está hecha de un material que tiene un coeficiente de expansión lineal más bajo que el del material que forma al menos una parte del rotor. Por lo tanto, el rotor se expande para aumentar la fuerza de presión entre el rotor y el primer miembro de presión y la fuerza de presión entre el rotor y el segundo miembro de presión, haciendo que la fuerza de acoplamiento de la porción de fijación sea mayor en operación que cuando el rotor está ensamblado. Por lo tanto, sin acoplamiento de dientes, acoplamiento de llave o similar, el rotor puede ajustarse en los miembros de presión para evitar que el rotor se desplace relativamente en las direcciones circunferenciales. Esto hace posible suprimir los costes necesarios para trabajar las partes de ajuste, fijar el rotor a la porción del árbol del rotor sin un trabajo complicado y obtener una fuerza de acoplamiento en operación mediante la cual se puede evitar que el rotor gire en las direcciones circunferenciales con respecto a la porción del árbol del rotor.
(2) El fluido de trabajo anterior puede ser vapor de agua.
(3) El material que forma al menos una parte del rotor puede ser aluminio o aleación de aluminio.
(4) Es preferible que el rotor incluya una pluralidad de paletas del rotor en las direcciones axiales de la porción del árbol del rotor, y las paletas del rotor que no sean al menos la paleta del rotor más corriente arriba estén hechos de aluminio o aleación de aluminio. De acuerdo con este aspecto, se puede evitar que la paleta del rotor más corriente arriba sea erosionada por el fluido de trabajo (por ejemplo, vapor de agua) y el rotor se vuelve más liviano. (5) La paleta del rotor más corriente arriba puede estar hecha de aluminio o aleación de aluminio y sujeta a un recubrimiento anódico. De acuerdo con este aspecto, si el fluido de trabajo es vapor de agua, se puede evitar que la paleta del rotor más corriente arriba se erosione y el rotor se vuelve aún más ligero.
(6) La paleta del rotor más corriente arriba puede estar hecha de titanio, aleación de titanio, acero inoxidable o aleación inoxidable. De acuerdo con este aspecto, si el fluido de trabajo es vapor de agua, se puede evitar que la paleta del rotor más corriente arriba se erosione y sea más duradera.
(7) El rotor puede incluir una pluralidad de paletas de rotor en sus direcciones axiales y un espaciador entre las paletas de rotor adyacentes entre sí, y preferiblemente en este caso, el espaciador y las paletas de rotor pueden estar separados y ajustados entre sí. De acuerdo con este aspecto, cuando el compresor de flujo axial está en operación, las fuerzas de presión de los miembros de presión aumentan según la diferencia entre el volumen de expansión del rotor y el volumen de expansión de la porción del árbol del rotor, obteniendo así una fuerza de acoplamiento por la cual se puede evitar que el espaciador y las paletas del rotor giren mutuamente en dirección circunferencial. Además, las paletas del rotor y el espaciador están separados y, por lo tanto, pueden forjarse individualmente, mejorando así la capacidad de trabajo del rotor utilizando pequeños espacios en blanco para trabajar.
(8) Un espacio interior del rotor atravesado por la porción del árbol del rotor está provisto de una pluralidad de miembros del disco, y la porción del árbol del rotor penetra en los miembros del disco. De acuerdo con este aspecto, el espacio interior del rotor formado con la porción del árbol del rotor tiene un diámetro mayor que la porción del árbol del rotor y está provisto de miembros del disco, ahuecando así una parte central del rotor para aligerarlo. Además, los miembros del disco soportan una parte media de la porción del árbol del rotor, elevando así la frecuencia natural de la porción del árbol del rotor.
(9) La porción del árbol del rotor puede estar hecha de titanio o aleación de titanio. De acuerdo con este aspecto, cuando el compresor de flujo axial está en operación, la diferencia entre el volumen de expansión térmica del rotor y el volumen de expansión térmica de la porción del árbol del rotor se puede asegurar más fácilmente y la porción del árbol del rotor se vuelve más rígida.
Como se ha descrito anteriormente, el compresor de flujo axial de acuerdo con la realización anterior es capaz de suprimir los costes necesarios para trabajar las partes de ajuste de un rotor y una porción del árbol del rotor y ajustar el rotor de forma segura con respecto a la porción del árbol del rotor.
Explicación de códigos
31: rotor
31a: espacio interior
33: paleta estacionaria
34: paleta del rotor
35: espaciador
40: árbol accionador
41: primer miembro de presión
42: segundo miembro de presión
43: tuerca (como ejemplo de la porción de fijación)
44: miembro del disco
46: porción del árbol del rotor
47: porción del árbol de extremo
Claims (8)
1. Un compresor (10) de flujo axial que comprime un fluido de trabajo, que comprende:
un rotor (31) que incluye una paleta (34) de rotor;
un primer miembro (41) de presión que entra en contacto con una superficie extrema del rotor (31);
un segundo miembro (42) de presión que entra en contacto con la otra superficie extrema del rotor (31); una porción (46) del árbol del rotor que penetra en el primer miembro (41) de presión, el rotor (31) y el segundo miembro (42) de presión; y
una porción (43) de fijación que fija el primer miembro (41) de presión y el segundo miembro (42) de presión en la porción (46) del árbol del rotor con el primer miembro (41) de presión y el segundo miembro (42) de presión sosteniendo el rotor (31) entre,
caracterizado porque
una pluralidad de miembros (44) del disco están provistos en un espacio (31a) interior del rotor (31) penetrado por la porción (46) del árbol del rotor, la porción (46) del árbol del rotor penetrando los miembros (44) del disco, la porción (46) del árbol del rotor está hecha de un material que tiene un coeficiente de expansión lineal más bajo que el de un material que forma al menos una parte del rotor (31),
los miembros (44) del disco soportan la porción (46) del árbol del rotor de modo que los miembros (44) del disco se pueden mover con respecto a la porción (46) del árbol del rotor en la dirección axial, y
cada miembro (44) del disco tiene un orificio (44a) pasante, en donde una superficie interior de cada orificio (44a) pasante soporta una superficie exterior de la porción (46) del árbol del rotor.
2. El compresor (10) de flujo axial de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el fluido de trabajo es vapor de agua.
3. El compresor (10) de flujo axial de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material que forma al menos una parte del rotor (31) es aluminio o aleación de aluminio.
4. El compresor (10) de flujo axial de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el rotor (31) incluye una pluralidad de paletas (34) del rotor en las direcciones axiales de la porción (46) del árbol del rotor, y las paletas (34) del rotor que no sean al menos la paleta del rotor más corriente arriba están hechas de aluminio o aleación de aluminio.
5. El compresor (10) de flujo axial de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la paleta (34) del rotor más corriente arriba está hecha de aluminio o aleación de aluminio y está sujeta a un recubrimiento anódico.
6. El compresor (10) de flujo axial de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la paleta (34) del rotor más corriente arriba está hecha de titanio, aleación de titanio, acero inoxidable o aleación inoxidable.
7. El compresor de flujo axial de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el rotor (31) incluye una pluralidad de paletas (34) del rotor en las direcciones axiales del mismo y un espaciador (35) entre las paletas (34) del rotor adyacentes entre sí, y el espaciador (35) y las paletas (34) del rotor están separados y ajustados entre sí.
8. El compresor (10) de flujo axial de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la porción (46) del árbol del rotor está hecha de titanio o aleación de titanio.
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