ES2335944T3 - Compresor de varias etapas. - Google Patents
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Abstract
Compresor de varias etapas (1) para la compresión de gases con una zona de baja presión (2) y una zona de alta presión (5), en el que en la zona de baja presión (2) se proporciona al menos un compresor helicoidal (3) y en la zona de alta presión (5), al menos un compresor de émbolo (6) que comprende dos cilindros (7) y se proporciona un motor común (4) para el accionamiento del compresor helicoidal (3) y del compresor de émbolo (6), en el que el eje longitudinal de un cigüeñal (8) del motor (4) se dispone esencialmente de forma horizontal y el motor (4) se dispone lateralmente al lado del compresor de émbolo (6), caracterizado por que en los cilindros (7) está alojado respectivamente un émbolo escalonado o los cilindros (7) están configurados con doble acción y los cilindros (7), cuyos ejes longitudinales se disponen esencialmente de forma horizontal, se disponen en la zona de alta presión (5) girados entre sí 180º.
Description
Compresor de varias etapas.
La invención se refiere a un compresor de varias
etapas para la compresión de gases con una zona de baja presión y
una zona de alta presión, en el que en la zona de baja presión se
proporciona al menos un compresor helicoidal y en la zona de alta
presión, al menos un compresor de émbolo que comprende dos cilindros
y se proporciona un motor común para el accionamiento del compresor
helicoidal y del compresor de émbolo, en el que el eje longitudinal
de un cigüeñal del motor se dispone esencialmente de forma
horizontal y el motor, lateralmente al lado del compresor de
émbolo.
La combinación de un compresor rotativo,
particularmente de un compresor helicoidal, en la zona de baja
presión con un compresor de émbolo en la zona de alta presión se
conoce fundamentalmente a partir del documento WO 03/010436 A1 del
solicitante. En este caso, se muestra para la compresión elevada del
gas a comprimir un compresor de émbolo de varias etapas, en el que
los cilindros de las etapas individuales del compresor se disponen
entre sí en forma de V. El accionamiento del compresor de émbolo y
del compresor de baja presión se realiza en este caso mediante un
cigüeñal común.
A partir del documento FR 1 231 185 A se conoce
un compresor de varias etapas de otro tipo para la compresión de
gases, en el que no se proporciona ningún compresor helicoidal en la
zona de baja presión. Además de eso, se dispone el motor sobre el
compresor de baja presión y de alta presión y el cigüeñal se dispone
verticalmente, de manera que el compresor de varias etapas presenta
un centro de gravedad situado extremadamente alto.
A partir del documento FR 944 598 A se conoce
asimismo un compresor de varias etapas para la compresión de gases,
en el que en la zona de baja presión se proporciona un compresor
centrífugo. Por lo tanto, solamente es posible una compresión
relativamente reducida en la zona de baja presión. Además de eso, la
desviación del dispositivo es muy grande.
A partir del documento GB 597 437 A se conoce un
compresor de aire de otro tipo para aviones, en el que se
proporciona un compresor de celda de ala en una primera etapa del
compresor.
Además se conoce a partir del documento DE 4 313
573 A1 proporcionar un compresor helicoidal para la compresión de
baja presión y un compresor de émbolo de alta presión accionado de
forma separada del compresor helicoidal para la compresión de alta
presión.
Adicionalmente, a partir del documento DE 199 32
433 A1 se conoce un método para la mejora de la rentabilidad de
compresores volumétricos, donde en este documento se describe que un
compresor centrífugo se acciona por el motor de accionamiento de un
compresor de émbolo o por un motor separado.
Además, a partir del documento US 4.662.826 se
conoce una bomba de vacío de otro tipo, en la que se aspira gas en
primer lugar con ayuda de una bomba rotativa de vacío y,
posteriormente, por una bomba de émbolo acoplada al cigüeñal de la
bomba rotativa de vacío. Sin embargo, en este caso no se realiza
ninguna compresión interna del gas a aspirar, de manera que, en
comparación con una compresión de alta presión de varias etapas, no
se tiene que tener en cuenta un posible calentamiento del gas a
comprimir o una producción de condensado.
A partir del documento WO 2002/044564 A1 se
conoce un compresor de émbolo de varias etapas para la producción
de aire comprimido para vehículos sobre carriles, que consiste
esencialmente en una unidad de accionamiento y una unidad de
compresor post-conectado y presenta una etapa de
baja presión y al menos una de alta presión. Cada uno de los codos
situados sobre un cigüeñal presenta dos émbolos opuestos colocados
en el mismo, donde los codos adyacentes se disponen esencialmente
desplazados entre sí 180º, en este caso, los émbolos se pueden
disponer situados verticalmente, tumbados horizontalmente o en forma
de V.
A partir del documento FR 2 369 962 A se conoce
una bomba de gas respiratorio en la que a ambos lados de un motor
eléctrico se proporcionan bombas de émbolo con culatas y un
ventilador asignado.
El documento DE 199 47 444 A1 muestra una bomba
de gas especial de otro tipo para la obtención de gases anestésicos,
en la que se proporcionan varios compresores de émbolo conectados
en serie que presentan dos etapas, que se configuran con doble
acción. La configuración de dos etapas en el caso de la bomba de gas
se proporciona particularmente para conseguir un compresor para
pequeñas cantidades de suministro y para zonas de alta presión.
A partir del documento DE 29 39 298 A1 se
muestra de forma general una instalación de compresor de émbolo,
que presenta un compresor horizontal de cilindros opuestos en el que
se disponen casquillos del émbolo de un cilindro escalonado girados
180º y opuestos.
A partir del documento GB 458 333 A se conoce
además una unidad combinada de motor de combustión y bomba o
compresor. La unidad de bomba o compresor presenta un cigüeñal con
tres codos, donde dos codos adyacentes se disponen desplazadas
entre sí 180º, cuyos cilindros correspondientes se disponen opuestos
entre sí en un plano horizontal.
Ahora es objetivo de la presente invención crear
un compresor de varias etapas del tipo que se ha mencionado al
principio que, con respecto a compresores de varias etapas
comparables, presenta un comportamiento de vibración mejorado.
De acuerdo con la invención, esto se consigue
por que en los cilindros se aloja respectivamente un émbolo
escalonado o los cilindros están configurados con doble acción y los
cilindros, cuyos ejes longitudinales se disponen esencialmente
horizontales, se disponen girados entre sí 180º en la zona de alta
presión. Por la disposición opuesta girada 180º de los cilindros se
produce una marcha esencialmente con menos vibraciones de los
émbolos alojados en los cilindros para la compresión del gas a
comprimir. Junto con el compresor helicoidal que se proporciona en
la zona de baja presión se produce por tanto un compresor de varias
etapas extremadamente compacto, con el que se puede conseguir una
compresión relativamente alta de un gas a comprimir, donde
simultáneamente se mantienen reducidas las vibraciones producidas
por el compresor de varias etapas. Por esto, el compresor de varias
etapas de acuerdo con la invención es particularmente apropiado para
el uso en instalaciones móviles de compresor al igual que en
instalaciones de compresor montadas en un barco. A este respecto
también es particularmente ventajoso que el compresor de émbolo,
cuyos al menos dos cilindros se disponen girados entre sí 180º, es
decir, en un denominado tipo constructivo de cilindros opuestos,
presenta un centro de gravedad comparativamente profundo con
respecto a cilindros convencionales, por ejemplo, dispuestos entre
sí en forma de V.
Para mantener el centro de gravedad total del
compresor de varias etapas lo más bajo posible, lo que tiene una
importancia particular en instalaciones móviles de compresor, el
motor se dispone lateralmente al lado del compresor de émbolo.
Además de eso, para una configuración plana y que, por tanto,
presenta un centro de gravedad profundo, es adecuado que el eje
longitudinal de un cigüeñal del motor al igual que el eje
longitudinal de los cilindros se dispongan esencialmente de forma
horizontal.
Con respecto a una configuración particularmente
compacta del compresor de varias etapas es adecuado proporcionar al
motor común dos extremos de árbol, de manera que de forma sencilla
se pueden acoplar el compresor rotativo y el compresor de émbolo en
lados de salida opuestos en el motor.
Alternativamente, para una configuración
particularmente compacta se puede concebir asimismo que el compresor
helicoidal esté acoplado al compresor de émbolo accionado por el
motor. En este caso, se necesita solamente un único cigüeñal,
mediante el que se accionan tanto el compresor helicoidal como el
compresor de émbolo.
Ya que el compresor de varias etapas de acuerdo
con la invención debe ser apropiado particularmente también para la
utilización móvil en barcos y camiones, es adecuado que el compresor
de varias etapas presente una desviación o anchura comparativamente
baja sin reducir la eficacia. Esto se consigue por que en los
cilindros se aloja respectivamente un émbolo escalonado o los
cilindros se configuran con doble acción. Por la desviación
comparativamente corta se puede alojar el compresor de varias etapas
ventajosamente en contenedores ISO que presentan una anchura de
2,54 m (8 pies) y tienen una longitud de 6,079 m (20 pies) o 12,9 m
(40 pies). Los compresores de varias etapas conocidos hasta ahora,
que presentaban tanto un compresor rotativo como uno de émbolo, en
los que, sin embargo, los compresores de émbolo se disponían entre
sí en forma de V, por el contrario, no se podían alojar en
contenedores ISO, lo que complicaba considerablemente una
utilización móvil.
Para delimitar la temperatura final del
compresor en la zona de alta presión hasta un valor permitido, es
adecuado que el compresor de émbolo presente varias etapas del
compresor. En el caso de un grado de compresión demasiado alto en
una única etapa de compresión, debido al aumento de la temperatura
del gas a comprimir, una compresión adicional en una única etapa de
compresión sería ineficaz.
Para una regulación eficaz del compresor de
varias etapas es adecuado que se proporcione entre las etapas
individuales del compresor al menos un equipo de regulación, donde
se pueden proporcionar como equipo de regulación válvulas de
descarga, válvulas de derivación, espacios nocivos ajustables,
reguladores de revolución y otros accesorios. Particularmente se
pueden utilizar para el control o la regulación del compresor de
varias etapas diversos componentes mecánicos, neumáticos,
hidráulicos, eléctricos o electrónicos, por lo que se posibilita
tanto un control o una regulación local como un accionamiento a
distancia.
Con respecto a una compresión eficaz en las
etapas individuales del compresor es adecuado que se proporcione
entre las etapas individuales del compresor al menos un equipo de
amortiguación, un dispositivo de refrigeración, un separador de
condensado, un dispositivo de secado o un separador de gas. En este
caso, las etapas del compresor "individuales" pueden estar
asignadas por un lado tanto a la zona de baja presión como, por otro
lado, a la zona de alta presión, o, sin embargo, ambas se pueden
asignar a la zona de alta presión.
La invención se explicará todavía con más
detalle a continuación mediante ejemplos de realización preferidos
representados en los dibujos a los que, sin embargo, no debe estar
limitada. Individualmente muestran en el dibujo:
La Figura 1, esquemáticamente una vista en
perspectiva de un compresor de varias etapas, en el que un compresor
rotativo y un compresor de émbolo se disponen en un tipo
constructivo de cilindros opuestos en lados de salida opuestos de
un motor central de accionamiento;
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La Figura 2, esquemáticamente una vista en
perspectiva de un ejemplo de realización adicional, en el que el
compresor rotativo está acoplado al cigüeñal del compresor de émbolo
realizado en un tipo constructivo de cilindros opuestos;
La Figura 3, esquemáticamente un diagrama de
bloques de conexiones de un compresor de varias etapas con un
compresor de alta presión de dos etapas;
La Figura 4, esquemáticamente una vista en
sección de un ejemplo de realización adicional con un compresor de
émbolo de dos etapas realizado en un tipo constructivo de cilindros
opuestos;
La Figura 5, esquemáticamente una vista en
sección de un cilindro con un émbolo escalonado; y
La Figura 6, esquemáticamente una vista en
sección de un cilindro con doble acción.
En la Figura 1 se muestra un compresor de varias
etapas 1, en el que en una zona de baja presión 2 se proporciona un
compresor helicoidal 3. El compresor helicoidal 3 está acoplado a un
motor de accionamiento central que acciona mediante un cigüeñal
adicional el compresor de émbolo 6 que se proporciona asimismo en la
zona de alta presión 5. En este caso, el compresor de émbolo 6
presenta dos cilindros 7 que se disponen girados entre sí 180º, de
manera que el compresor de émbolo 6 está realizado en un denominado
tipo constructivo de cilindros opuestos, en el que los émbolos 7'
alojados en los cilindros 7 (compárese con la Figura 3) tienen un
recorrido en el mismo plano de movimiento. Por esto, debido a la
anulación de las fuerzas de masa de primer orden se produce una
alta estabilidad de marcha del compresor de émbolo 6, de manera que
el compresor de varias etapas 1 presenta con respecto a los
dispositivos conocidos un comportamiento de vibración mejorado.
Además de eso, por esto se consigue también un tipo constructivo
plano y corto, de manera que particularmente el centro de gravedad
se sitúa comparativamente profundo con respecto a dispositivos
conocidos, lo que es particularmente ventajoso durante el uso del
compresor de varias etapas 1 en barcos.
En la Figura 2 se muestra un ejemplo de
realización alternativo, donde en este caso el motor de
accionamiento 4 presenta solamente un cigüeñal 8 que acciona con
intercalación de una masa de inercia 9 mediante un acoplamiento 10
el compresor de émbolo 6 realizado en un tipo constructivo de
cilindros opuestos. Por el mismo cigüeñal se puede accionar después
el compresor helicoidal 3 que se proporciona en la zona de baja
presión 2.
En las Figuras 1 y 2 se puede observar
particularmente que al compresor helicoidal que se proporciona en la
zona de baja presión 2 se asigna de manera convencional una válvula
reguladora de entrada 11, mediante la que se regula la entrada de
aire y, en el caso de un descenso del compresor de varias etapas 1,
se cierra la entrada de aire. Además de eso, se pueden observar
también filtros de aire 12 del motor de accionamiento 4, al igual
que el filtro de aceite 13 o el filtro de combustible 14. Sin
embargo, solamente es esencial la disposición de los dos cilindros
7 del compresor de émbolo 6 en un tipo constructivo de cilindros
opuestos.
En el esquema de conexiones en la Figura 3 se
puede observar que entre el compresor rotativo o helicoidal 3 en la
zona de baja presión 2 y la zona de alta presión 5, en la que se
proporciona un compresor de émbolo 6 con dos etapas del compresor
6', 6'', se proporciona un dispositivo de refrigeración 15 para la
refrigeración del gas que presenta una temperatura elevada debido a
la compresión interna y posteriormente un separador de condensado
16 para posibilitar una compresión eficaz en la zona de alta presión
5 post-conectada. Además de eso, se proporciona un
amortiguador de pulsación 17 para limitar las vibraciones de presión
del gas a comprimir. Posteriormente, el gas ya previamente
comprimido entra en la zona de alta presión 5, en la que se
proporciona un compresor de émbolo 6 de varias etapas, en el que en
cada etapa del compresor 6, 6' se proporcionan dos cilindros 7 o
émbolos 7' opuestos, de manera que, aparte del tipo constructivo
compacto del compresor de varias etapas 1 y de la alta eficacia de
la compresión, se garantiza también una alta estabilidad de marcha
de la disposición total, por lo que el compresor de varias etapas 1
es apropiado particularmente para el uso en instalaciones de
compresor móviles así como en barcos.
En la Figura 4 se muestra un ejemplo de
realización adicional del compresor de varias etapas 1, donde en
este caso se puede observar particularmente el motor 4 común
dispuesto de forma central, que presenta un cigüeñal 8 con dos
terminaciones de árbol 8', donde se acciona por una terminación de
árbol 8' en la zona de baja presión 2 un compresor helicoidal y por
la otra terminación de árbol 8,' el compresor de émbolo 6 de dos
etapas.
En este caso, las dos etapas del compresor 6, 6'
del compresor de émbolo 6 realizado en un tipo constructivo de
cilindros opuestos pueden estar realizadas, como se puede observar
en las Figuras 5 y 6, como émbolo escalonado 15 o como cilindro con
doble acción 16. Por ambas variantes de realización se puede
conseguir un tipo constructivo comparativamente corto del compresor
de émbolo 6 y, por tanto, en la disposición prevista de acuerdo con
la invención de los cilindros 7, que se dispone girada entre sí
180º, se puede conseguir en la zona de alta presión 5 una
desviación comparativamente reducida del dispositivo 1 total, ya que
el compresor de émbolo 6 presenta con respecto a la anchura la
mayor extensión de todo el dispositivo 1. Por esto, se posibilita
particularmente la instalación del compresor de varias etapas 1 en
contenedores ISO, que presentan una anchura de 2,44 m (8 pies), lo
que es muy ventajoso para la utilización móvil, particularmente
también en barcos, junto con el centro de gravedad situado de modo
profundo de todo el dispositivo.
Claims (8)
1. Compresor de varias etapas (1) para la
compresión de gases con una zona de baja presión (2) y una zona de
alta presión (5), en el que en la zona de baja presión (2) se
proporciona al menos un compresor helicoidal (3) y en la zona de
alta presión (5), al menos un compresor de émbolo (6) que comprende
dos cilindros (7) y se proporciona un motor común (4) para el
accionamiento del compresor helicoidal (3) y del compresor de
émbolo (6), en el que el eje longitudinal de un cigüeñal (8) del
motor (4) se dispone esencialmente de forma horizontal y el motor
(4) se dispone lateralmente al lado del compresor de émbolo (6),
caracterizado por que en los cilindros (7) está alojado
respectivamente un émbolo escalonado o los cilindros (7) están
configurados con doble acción y los cilindros (7), cuyos ejes
longitudinales se disponen esencialmente de forma horizontal, se
disponen en la zona de alta presión (5) girados entre sí 180º.
2. Compresor de varias etapas de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado por que el compresor
helicoidal (3) y el compresor de émbolo (6) están acoplados al
motor (4) en lados de salida opuestos.
3. Compresor de varias etapas de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el compresor
helicoidal (3) está acoplado al compresor de émbolo (6) accionado
por el motor.
4. Compresor de varias etapas de acuerdo con una
de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el
compresor de émbolo (6) presenta varias etapas del compresor (6',
6'').
5. Compresor de varias etapas de acuerdo con una
de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que entre
las etapas del compresor individuales (2, 5; 6', 6'') se proporciona
al menos un equipo de regulación.
6. Compresor de varias etapas de acuerdo con una
de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que entre
las etapas del compresor individuales (2, 5; 6', 6'') se proporciona
al menos un equipo de amortiguación (17), un dispositivo de
refrigeración (15), un separador de condensado (16), un dispositivo
de secado o un separador de gas.
7. Uso de un compresor de varias etapas de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 en una instalación
móvil de compresor.
8. Uso de un compresor de varias etapas de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 en una instalación de
compresor montada en un barco.
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