PT1247023E - Compressor de parafuso injectado com água - Google Patents

Description

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Descrição "Compressor de parafuso injectado com água" A presente invenção refere-se a um compressor de parafuso injectado com água compreendendo dois rotores que cooperam, que se encontram montados em apoios num invólucro, em que este invólucro limita um compartimento de rotor no qual os rotores se encontram colocados e no qual sai um circuito de água para a injecção de água, e que se encontra munido com uma entrada e uma saída e em que os rotores se encontram suportados por meio de fusos, ambos no lado da entrada e no lado da saída, em apoios deslizantes hidrodinâmicos radiais lubrificados com água, encontrando-se também suportados axialmente no lado da saída, e em que, no lado da entrada, oposto às extremidades frontais dos fusos, se encontra realizado pelo menos um compartimento.

Em tais compressores que são injectados com água, a água é utilizada como um lubrificante em vez de óleo, para os rotores assim como os seus apoios.

Nesta água podem ser adicionados aditivos tais como um agente anticorrosivo e/ou um agente que provoca uma queda do ponto de congelamento.

Isto torna possível obter ar comprimido sem óleo de um modo simples e arrefecer os rotores, de modo que a temperatura de compressão pode ser mantida sob controlo, sendo por um lado a eficiência de compressão grande, sendo 2 que para evitar problemas de vedação que surgiriam se os apoios fossem lubrificados com óleo, dado que a água pode não penetrar em tais apoios e por outro lado nenhum óleo pode verter no ar comprimido.

Estes compressores compreendem apoios deslizantes e hidrodinâmicos para o posicionamento radial e hidrostático ou apoios deslizantes hidrodinâmicos para o posicionamento axial dos rotores, ao contrário dos compressores lubrificados a óleo que geralmente utilizam apoios rolantes.

Os apoios deslizantes axiais nos quais é adicionada água, têm que absorver a força axial, exercida nos rotores pelo gás comprimido.

Um tal compressor encontra-se descrito na WO 99/13224. No lado de entrada, oposto a cada uma das extremidades frontais dos fusos, encontra-se formado um compartimento no qual se encontra ligado um tubo de descarga que abre para dentro do compartimento do rotor, não muito longe da entrada.

Os compartimentos opostos às extremidades frontais dos fusos recolhem o líquido lubrificante aquoso que vem dos apoios radiais através de elementos de restrição, encontram-se eles sob uma pressão limitada.

Além disso, também no lado da entrada, oposto aos fusos ou a anéis fixados nestes fusos, encontram-se formados espaços nos quais se encontra ligado um tubo de descarga do mesmo modo que comunica com o compartimento do rotor nas proximidades da entrada. 3

Consequentemente, as forças axiais em cada rotor têm que ser absorvidas quase exclusivamente pelo apoio axial no lado da saída, apoio axial este que é um apoio combinado hidrodinâmico/hidrostãtico.

Dado que os diâmetros dos apoios axiais se encontram restringidos pela distância média entre os rotores, a magnitude da força reactiva que pode ser gerada no apoio será determinada pela pressão de água no apoio.

No caso de apoios axiais hidrostáticos, a pressão de alimentação, necessária para absorver a força axial acima mencionada, irá ser maior do que a pressão de saída do elemento do compressor, sendo com tais apoios necessária uma bomba adicional para aumentar a pressão de fornecimento da água para os apoios hidrostáticos.

No caso de apoios axiais hidrodinâmicos, a velocidade tem que ser suficientemente elevada de modo a ser passível de formar pressão hidrodinâmica suficiente, o que torna impossível por um lado o reiniciar da pressão, e que limita fortemente a magnitude de velocidade e deste modo o campo da acção do compressor.

Tal como no compressor de acordo com a WO 99/13224, os apoios axiais no lado da saída são apoios combinados hidrodinâmicos/hidrostáticos, onde as desvantagens acima mencionadas se encontram de algum modo reduzidas, sendo que na prática parece que é necessária uma bomba para alimentar 4 os apoios axiais, não podendo o compressor trabalhar sob elevadas pressões. A invenção tem como objectivo proporcionar um compressor de parafuso injectado com água com apoios lubrificados com água que não apresentam as desvantagens acima mencionadas, permitindo consequentemente um apoio mais eficiente, em que, como resultado, não é necessária qualquer bomba para alimentar os apoios hidrostáticos por um lado, sendo que, no caso de apoios hidrodinâmicos axiais, o elemento compressor apresenta por outro lado um campo de acção maior.

Este objectivo é alcançado de acordo com a invenção em que, somente no lado de entrada, o compartimento que se encontra proporcionado oposto âs extremidades frontais dos fusos, encontra-se directamente ligado a uma fonte de fluído sob uma pressão que é igual a pelo menos 70% da pressão de saída do compressor.

Devido â pressão no compartimento ou compartimentos opostos às extremidades frontais no lado da entrada, é criada uma pressão axial nas extremidades frontais dos fusos em direcção ao lado da saída que contraria a força axial exercida pelo gás comprimido nos rotores.

De preferência, encontra-se proporcionado um compartimento no lado da entrada, oposto a cada fuso, encontrando-se cada compartimento directamente ligado a uma fonte de um fluído sob uma pressão que é igual a pelo menos 70% da pressão de saída do compressor. 5 O compartimento oposto às extremidades frontais dos fusos no lado de entrada pode ser ligado à parte do circuito da água em que praticamente prevalece a pressão de saída do compressor, de modo que o fluído é a água de injecção para os rotores.

De acordo com outra forma de realização da invenção, o compartimento acima mencionado encontra-se ligado ao interior do compartimento do rotor.

Neste caso, não somente água mas também uma mistura de gás e água é proporcionada para o compartimento. Este compartimento encontra-se de preferência ligado ao compartimento do rotor por meio de uma conduta que se encontra ligada à parede do compartimento do rotor de tal modo que uma mistura de gás e água irá fluir através da conduta que ainda contém relativamente muita água. 0 apoio axial dos fusos no lado da saída pode ser realizado por apoios deslizantes hidrodinâmicos que se encontram também ligados à parte do circuito da água que se encontra praticamente situado na pressão de saída, de modo que também com tais apoios deslizantes o fornecimento de água é simples. 0 apoio axial dos fusos no lado da saída pode também ser formado por apoios hidrostáticos contendo cada um, um anel que rodeia o fuso e que se encontra ligado a um rebordo que se salienta radialmente no lado dos corpos dos rotores, com um compartimento, em cada um dos lados do invólucro, em anel 6 cheio com água sob pressão que se encontra ligado à parte do circuito da água em que a pressão de saída prevalece na prática.

De preferência, a saída do compressor abre para um separador de água, e a parte do circuito de água que se encontra praticamente situada na pressão de saída é uma conduta que se encontra ligada à parte do colector da água do referido separador de água. O compressor pode ser accionado através do lado de saída.

De modo a explicar melhor as características da invenção, serão descritas somente como exemplo algumas formas de realização preferidas de um compressor de parafuso injectado com água de acordo com a invenção, sem pretender ser limitativo de qualquer modo, tomando como referência os desenhos anexos. As figuras representam:

Figura 1 esquema de um compressor de parafuso de acordo com a invenção;

Figura 2 parte que se encontra indicada com F2 na figura 1 numa escala ampliada;

Figura 4

Figura 3 parte análoga àquela na figura 2, mas tomando como referência a outra forma de realização; esquema de um elemento de um compressor de parafuso análogo àquele da figura 1, mas tomando como referência outra forma de realização da invenção. 7 O compressor do parafuso injectado com água apresentado nas figuras 1 e 2, compreende principalmente um invólucro 1 e dois rotores que cooperam, nomeadamente um rotor fêmea 2 e um rotor macho 3 que se encontram montados em apoio no referido invólucro 1.

Tal como já mencionado, pode ser adicionado um aditivo à água. 0 invólucro 1 encerra um compartimento 4 do rotor que se encontra proporcionado num extremo afastado, denominado o lado de entrada, com uma entrada 5 que compreende uma abertura de entrada para o gás a ser comprimido, e na outra extremidade afastada, denominada o lado de saída, com uma saída 6 para o gás comprimido e água injectada.

Nesta saída 6 encontra-se ligada uma conduta de saída 7 que sai num separador de água 8 para dentro do qual abre uma conduta de descarga 9 para o gás comprimido no topo, e no qual se encontra ligada uma conduta de água 10 no fundo para transportar a água de volta para o compartimento 4 do rotor dentro do qual a referida conduta 10 de água sai através das aberturas 10a e 10b. 0 separador de água 8 e a conduta de água 10 fazem parte de um circuito da água 11. Dado que a pressão, nomeadamente a pressão de saída, na conduta de saída 7 é relativamente elevada durante a operação normal do elemento do compressor de parafuso, praticamente a mesma pressão de saída irá prevalecer no separador de água 8, sendo que a conduta de 8 água 10 írã formar uma parte do circuito de água 11 que se encontra praticamente situada na pressão de saída do compressor de parafuso. O rotor fêmea 2 compreende um corpo de parafuso 12 e dois fusos 13 e 14, em que o rotor macho 3 apresenta também um corpo 15 em forma de parafuso e dois fusos 16 e 17.

No lado da entrada, os fusos 13 e 16 dos rotores 2 e 3 encontram-se radialmente montados em apoios no invólucro 1 por meio de apoios 18 e 19 deslizantes hidrodinâmicos lubrificados com água. Onde estes apoios deslizantes 18 e 19 se encontram situados, os fusos 13 e 16 encontram-se munidos com um revestimento especial.

Oposto às extremidades frontais dos fusos 13 e 16, respectivamente, encontram-se proporcionados compartimentos 20 e 21 fechados numa parte da extremidade 22 do invólucro 1 que se encontram ligados directamente à conduta de água 10, e deste modo à parte do circuito de água 11 que se encontra situado na pressão de saída, através dos ramais 23, 24 respectivamente, de modo que é exercida uma pressão nas extremidades frontais dos referidos fusos 13 e 16 durante o funcionamento do compressor. A água de fuga que verte dos referidos compartimentos 20 e 21 através dos fusos 13 e 16 flui para o compartimento 4 do rotor e proporciona a água para os apoios deslizantes radiais 18 e 19. 9

No lado da saída, os fusos 14 e 17 dos rotores 2 e 3 no invólucro 1 encontram-se, respectivamente, radialmente suportados num apoio deslizante hidrodinâmico 25, 26 e respectivamente axialmente suportados no apoio deslizante hidrostático 27, 28.

Cada um dos apoios deslizantes hidrostáticos axiais 27 e 28 compreende um anel 2 9 que se encaixa num rebordo 3 0 do fuso 14 ou 17 no lado dos corpos 12 ou 15, e contém respectivamente um compartimento 31, 32 em anel - realizado no invólucro 1 em ambos os lados direccionados radialmente do referido anel 29.

Os dois compartimentos 31 e 32 em anel encontram-se ligados a uma conduta de água 34 através de uma conduta 33, 33A, respectivamente, que por sua vez se encontra ligada à conduta de água 10 acima mencionada e deste modo à parte da pressão de saída do circuito de água 11.

Em cada uma das condutas 33 e 33A encontra-se proporcionado, tal como é normal com apoios deslizantes hidrostáticos, um elemento de restrição 35. O fuso 17 encontra-se estendido no exterior do invólucro 1, onde pode ser acoplado a um propulsor que não se encontra representado na figura 1. O rotor fêmea 2 não se encontra ligado a este propulsor, mas é accionado pelo motor fêmea 3.

No exterior em relação ao apoio deslizante axial 28, o fuso 17 encontra-se vedado em relação ao invólucro 1 por uma 10 vedação de lábio 3 6 de modo a parar a água de fuga do compartimento 32 em forma de anel. A água de fuga que vai para o interior proporciona a água para o apoio deslizante hidrodinâmico radial 26 do fuso 17.

De um modo semelhante, a água de fuga do apoio deslizante axial 27 proporciona a água para o apoio deslizante hidrodinâmico radial 25.

Dado que o fuso 17 se salienta para o exterior do invólucro 1, não se pode, naturalmente, proporcionar qualquer compartimento numa extremidade frontal deste fuso 17. Tão-pouco oposto à extremidade frontal do fuso 14 irá existir um compartimento que se encontre directamente ligado à parte do circuito da água 11 em que prevalece praticamente a pressão de saída do compressor.

Quando o elemento compressor é activado, uma elevada pressão no lado da saída, nomeadamente a pressão de saída que coincide praticamente com a pressão no separador de água 8, irá exercer uma força axial nos corpos 12 e 15 do rotor na direcção do lado de entrada. Essas forças são largamente compensadas pela pressão contrária nas cabeças dos fusos 13 e 16 no lado da entrada, dado que a pressão da água nos compartimentos 20 e 21 é igual à pressão na saída.

Isto implica que exista pouca força deixada para ser ultrapassada pelos apoios 27 e 28 deslizantes axiais, e que a água sob a pressão de saída do compressor seja suficiente 11 para alimentar os referidos apoios deslizantes hidrostáticos axiais, de modo que não é necessária uma bomba adicional. A queda de pressão sobre o elemento de restrição 35 na conduta 33 ou 33A depende da velocidade do fluxo que vem através da mesma, velocidade de fluxo essa que depende ela própria da posição do anel 29. Quando não é exercida qualquer força axial no apoio, o anel 29 e deste modo os fusos 14 ou 17 irão assumir uma posição de equilíbrio em que as velocidades do fluxo em qualquer dos lados do anel 29 são quase iguais, e as quedas de pressão nos dois elementos de restrição 35 nas condutas 33 e 33A de um fuso 14 ou 17 são quase iguais.

Cada deslocação dos fusos 14 ou 17 perturba o referido equilíbrio e é imediatamente compensada, enquanto é criada uma diferença de pressão nos dois compartimentos 31 e 32 em anel que pertencem aos fusos 14 ou 17.

Somente água de fuga pode fluir para o exterior dos apoios deslizantes axiais 27 e 28 em redor dos fusos 14 e 17. Por este motivo a vedação de lábio 3 6 em redor do fuso 17 encontra-se sem pressão. A forma de realização representada na figura 3 difere somente da forma de realização acima descrita, em que os fusos 14 e 17 se encontram axialmente suportados respectivamente no lado de saída num apoio deslizante hidrodinâmico 37, 38. 12

Também este apoio deslizante hidrodinâmico 37 ou 38 pode apresentar uma realização conhecida. Conforme os rotores 2 e 3 são rodados, uma almofada de água irá levantar os fusos 14 ou 17. Embora a pressão da água não seja muito importante, é vantajoso de um ponto vista estrutural ligar também estes apoios deslizantes 37 e 38 à conduta de água 10 através das condutas 33 e 33A, em que contudo não se encontram proporcionados quaisquer elementos de restrição através da conduta de água 34, de modo que eles também podem ser alimentados com água que se encontra praticamente à pressão de salda do compressor de parafuso. A forma de realização representada na figura 4 difere principalmente da forma de realização representada na figura 1 em que os dois compartimentos 2 0 e 21 no lado da entrada, opostos às extremidades frontais dos fusos 13 e 16, não se encontram directamente ligados à parte de recolha de água do separador de água 8 através dos ramais 23 e 24, mas são directamente alimentadas tal como do compartimento 4 do rotor através de uma conduta 39 separada, de modo que estes compartimentos 20 e 21 são colocados sob uma pressão de 70%, e de preferência ainda mais, da pressão de saída do compressor.

Esta conduta encontra-se ligada ao interior do compartimento 4 do rotor através da parede, próxima da extremidade do lado da saída, de modo que a mistura de água e ar comprimido que flui para os compartimentos 20 e 21 através 13 da conduta 39 se encontra situada a uma pressão de mais de 7 0% da pressão de saída, e de preferência o mais próximo possível da referida pressão de saída.

Realizar os ramais a partir da conduta de saída 7 em si não é recomendável, dado que praticamente somente ar comprimido e quase nenhuma água seria proporcionada para os compartimentos 2 0 e 21. Ao ramificar próximo da saída 6, de um ponto de vista axial, mas na caixa do compartimento 4 do rotor, no lugar onde exista relativamente muita água, assegura-se que a mistura de ar e água acima mencionada contenha relativamente muita água, o que é bom para a lubrificação dos fusos 20 e 21.

Atendendo que nas formas de realização de acordo com as figuras 1 a 3, os apoios deslizantes hidrodinâmicos radiais 18 e 19 podem ser alimentados no lado da entrada por meio de água de fuga dos compartimentos 20 e 21, este modo de alimentação dos apoios deslizantes 18 e 19 não é indicado quando é fornecida uma mistura de ar e água para os referidos compartimentos 20 e 21, tal como descrito acima em relação â figura 4. A pressão hidrodinâmica pode variar rapidamente, e, dado que o ar na mistura pode ser comprimido, as variações de pressão irão resultar numa compressão ou expansão do ar, que pode danificar a superfície de apoio.

Este é o motivo por que, tal como representado na figura 4, os apoios 18 e 19 se encontram divididos em dois, 14 nomeadamente uma parte 18A, 19A respectivamente, no lado do

compartimento 4 do rotor, e uma parte 18B, 19B respectivamente, no lado os compartimentos 2 0 e 21, com uma reentrância 40 em anel entre as partes 18A e 18B que se encontra proporcionada em redor do fuso 13 no interior do invólucro 1, e uma reentrância 41 em forma de anel, entre as partes 19A e 19B, que se encontra proporcionada em redor do fuso 16 no interior do invólucro.

As partes 18A e 19B formam o apoio deslizante actual e encontram-se ligadas à parte 10 do circuito de água 11, através de respectivamente uma conduta 42, 43, em que praticamente prevalece a pressão externa, sendo elas exclusivamente alimentadas com água sob pressão da referida parte 10.

As partes 18B e 19B dos apoios deslizantes 18 e 19 funcionam como uma vedação de modo a impedir que demasiado ar com água flua para fora do compartimento 4 do rotor através da conduta 39, o que iria implicar uma perda de eficiência.

As duas reentrâncias 40 e 41 encontram-se ligadas ao lado da entrada do compartimento 4 do rotor através de uma conduta 44 parcialmente comum, de modo que o ar e água que possa possivelmente verter através das partes 18b e 19b é descarregada para o lado da entrada do compartimento 4 do rotor. A invenção não se encontra limitada à forma de realização acima descrita representada nos desenhos anexos. 15

Pelo contrário, um tal compressor de parafuso que é injectado com água pode ser realizado em todo o género de formas de realização alternativas, permanecendo dentro do escopo das reivindicações.

Lisboa, 16 de Fevereiro de 2007

Claims (11)

1 Reivindicações 1. Compressor de parafuso injectado com água compreendendo dois rotores (2-3) cooperantes que se encontram montados sobre apoios num invólucro (1), em que este invólucro (1) limita um compartimento de rotor (4) no qual os rotores (2-3) se encontram situados e no qual sai um circuito de água (11) para a injecção de água, e o qual se encontra munido com uma entrada (5) e uma saída (6) e em que os rotores (2, 3) se encontram suportados, tanto no lado de entrada como no lado de saída, em apoios deslizantes (18, 19 ou 25, 26) hidrodinâmicos radiais lubrificados com água por meio de fusos, encontrando-se também axialmente montados sobre apoios no lado da saída, e em que, no lado de entrada oposto às extremidades frontais dos fusos (13, 16) se encontra realizado pelo menos um compartimento (20, 21), caracterizado por somente no lado da entrada, o compartimento (20, 21) que se encontra realizado oposto às extremidades frontais dos fusos (20, 21) se encontrar directamente ligado a uma fonte (10, 4) de fluído sob pressão que é igual a pelo manos 70% da pressão de saída do compressor.

2. Compressor de parafuso de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por no lado de entrada oposto a cada fuso (13, 16) se encontrar formado um compartimento (20, 21), 2 e em que cada compartimento (20, 21) se encontra directamente ligado a uma fonte (10, 4) de um fluído sob uma pressão que é igual a pelo menos 30% da pressão de saída do compressor.

3. Compressor de parafuso de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o compartimento (20, 21) oposto às extremidades frontais dos fusos (13, 16), no lado da entrada se encontrar ligado à parte (10) do circuito de água (11) em que prevalece praticamente a pressão de saída do compressor, de modo que o fluído forma a água de injecção para os rotores (2-3).

4. Compressor do parafuso de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o compartimento (20, 21) oposto às extremidades frontais dos fusos (13, 16) no lado da entrada se encontrar directamente ligado ao interior do compartimento de rotor (4) por meio de uma conduta (39).

5. Compressor de parafuso de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a referida conduta (39) se encontrar ligada à parede do compartimento do rotor (4) de tal modo que irá fluir uma mistura de gás e água através da conduta que ainda contêm relativamente muita água. 3

6. Compressor do parafuso de acordo com as reivindicações 4 ou 5, caracterizado por o compartimento (20, 21} oposto às extremidades frontais dos fusos (13, 16) no lado de entrada se encontrar ligado ao interior do compartimento do rotor (4) a uma pequena distância da saída (6), quando visto na direcção axial dos rotores (2, 3).

7. Compressor de parafuso de acordo com qualquer das reivindicações 4 a 6, caracterizado por os apoios radiais e hidrodinâmicos (18, 19) apresentarem duas partes (18A, 18B; 19A, 19B) no lado da entrada, em que a parte (18B, 19A) do lado do compartimento do rotor (4) forma o apoio actual, encontrando-se ligada a uma fonte de água sob pressão, de preferência uma parte (10) do circuito de água (11) em que praticamente prevalece a pressão de saída do compressor, em que as outras partes (18B, 19B) dos apoios acima mencionados (18, 19) formam uma vedação e, entre as partes (18A e 18B; 19A e 19B) de cada um dos apoios acima mencionados (18, 19), se encontra proporcionada uma descarga para água e gás a verter.

8. Compressor de parafuso de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o apoio axial dos fusos (14, 17) no lado da saída compreender apoios deslizantes hidrodinâmicos (37, 38) que se 4 encontram ligados à parte (10) do circuito de água (11) em que prevalece praticamente a pressão de saída.

9. Compressor do parafuso de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado por os apoios axiais dos fusos (14, 17) no lado da saída serem apoios hidrostáticos (27, 28) compreendendo cada um, um anel (29) que rodeia o fuso (14, 17) e montado num rebordo (3 0) no lado dos corpos (12, 15) dos rotores (2, 3) com um compartimento (31, 32) em anel cheio com água sob pressão em qualquer dos lados do invólucro, que se encontra ligado à parte (10) do circuito de água (11) em que prevalece praticamente a pressão de saída.

10. Compressor do parafuso de acordo com reivindicações 3 ou 8 ou 9, caracterizado por a saída do compressor fluir para um separador de água (8) e por a parte (10) em que praticamente prevalece a pressão de saída, ser uma conduta que se encontra ligada à parte do colector da água do referido separador de água (8).

11. Compressor de parafuso de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o rotor macho (3) ser accionado pelo lado de saída. Lisboa, 16 de Fevereiro de 2007