ES2905687T3 - Máquina de tipo espiral - Google Patents

Abstract

Una máquina de desplazamiento de tipo espiral, adaptada para mover un fluido de trabajo entre un entorno de baja presión y un entorno de alta presión, comprendiendo la máquina de desplazamiento de tipo espiral: una carcasa (80); un par de espirales que comprende una espiral orbital (30) y una espiral fija (20), teniendo dichas espirales fija y orbital unos respectivos álabes de espiral (22, 32) que se ajustan entre sí; un medio de anillo de Oldham (50) acoplado a dichas espirales fija y orbital (20, 30) para impedir la rotación de dicha espiral orbital (30) pero permitiendo que dicha espiral orbital (30) disfrute de un movimiento orbital alrededor de un eje de dicha espiral fija (20); un árbol de accionamiento rotativo (71) que tiene un eje de rotación y está adaptado para un movimiento rotativo alrededor de dicho eje de rotación; un medio de cojinete (67) que soporta dicho árbol de accionamiento rotativo (71) dentro de dicha carcasa y permite que dicho árbol de accionamiento rotativo disfrute de un movimiento rotativo dentro de dicha carcasa; un medio de cojinete de accionamiento excéntrico (45) situado en dicho árbol de accionamiento, junto a dicho par de espirales, y acoplado funcionalmente a dicha espiral orbital (30) de tal modo que la rotación de dicho árbol de accionamiento corresponda al movimiento orbital de dicha espiral orbital; encerrando dicha carcasa al menos dicho medio de cojinete de accionamiento excéntrico (45), al menos una parte de dicho par de espirales (20, 30) y al menos una parte de dicho árbol rotativo (71); teniendo dicha espiral fija (20) una lumbrera de baja presión (21) ubicada en una parte radialmente exterior del álabe de espiral (22) de la misma y comunicada con dicho entorno de baja presión; teniendo dicha espiral orbital (30) una lumbrera de alta presión (39) dispuesta en una parte radialmente central del álabe de espiral (32) de la misma; y un recorrido interno acoplado a la lumbrera de alta presión (39) que da como resultado que dicho entorno de alta presión esté ubicado en el interior de dicha carcasa, y caracterizada por que la lumbrera de alta presión (39) está situada, con relación a dicho medio de cojinete de accionamiento excéntrico (45), de tal manera que el fluido a alta presión pasa directamente desde la lumbrera de alta presión, por encima de dicho medio de cojinete de accionamiento excéntrico (45) y, desde allí, a través de una trayectoria de flujo, hasta dicho interior de dicha carcasa (80), por lo que el flujo de fluido sirve para pasar primero por encima del medio de cojinete de accionamiento y al menos de una superficie adyacente (36) de dicha espiral orbital (30).

Description

DESCRIPCIÓN

Máquina de tipo espiral

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a máquinas de desplazamiento de tipo espiral adaptadas como compresor, expansor (motor neumático), bomba de líquido o motor hidráulico. Más en particular, de acuerdo con un aspecto, la presente invención se refiere a las denominadas máquinas de lado alto, en las que el mecanismo compresor dentro de la carcasa está rodeado por un fluido de trabajo a alta presión. De acuerdo con otro aspecto, la presente invención se refiere a una disposición única del sistema de accionamiento interno que simplifica la fabricación de la máquina de tipo espiral y que permite una fácil adaptación a diversos tipos de motor (es decir, compresor o bomba) o a diversos dispositivos de transferencia de potencia (es decir, expansor o motor). De acuerdo con un aspecto adicional, la presente invención se refiere a una máquina de este tipo que utiliza un acoplamiento (o anillo) de Oldham para evitar la rotación de la espiral orbital con respecto a la espiral fija. De acuerdo con otro aspecto adicional, la presente invención se refiere a compresores herméticos o semiherméticos en los que el motor y el compresor están sellados dentro de un recinto que contiene el fluido de trabajo a comprimir.

Antecedentes de la invención

Las máquinas de desplazamiento de tipo espiral se emplean comúnmente como compresores para diversos gases, incluyendo aire y refrigerantes. Sin embargo, se adaptan fácilmente para su uso como expansor de vapor comprimido (por ejemplo, un motor neumático), bomba de líquido o motor hidráulico. Durante el funcionamiento normal, las máquinas de tipo espiral presentan una elevada presión en la región central del par de espirales y baja presión alrededor de la periferia exterior. El fluido fluye desde el exterior hacia el interior en los compresores y las bombas y desde el interior hacia el exterior en los expansores y los motores.

En el caso de las denominadas máquinas de lado bajo, en las que la carcasa que contiene el mecanismo de espiral contiene fluido de trabajo a un nivel de baja presión, se proporcionan medios para aislar el fluido a alta presión que pasa a través de la lumbrera de alta presión de la espiral fija, a veces a través de un simple tubo de descarga conectado a la espiral fija y, más comúnmente, a través de un colector de alta presión o volumen pulsante integrado en la carcasa externa y que además se comunica externamente a través de un tubo o accesorio de alta presión.

En cuanto a las denominadas máquinas de lado alto, el flujo de baja presión está conectado directamente al par de espirales por la periferia y el flujo de alta presión sale por el centro del par de espirales y pasa a través de una carcasa externa que contiene el flujo presurizado. El flujo de alta presión sirve para enfriar los cojinetes y cualquier otro componente que genere calor, tal como motores o mecanismos deslizantes. La espiral orbital tiene normalmente un cojinete de accionamiento ubicado en el centro de la espiral por el lado opuesto a los álabes helicoidales. Para aislar este sistema de accionamiento con respecto al flujo de fluido directo, la lumbrera de alta presión está generalmente ubicada en el centro de la espiral fija, por el lado del juego de espirales opuesto al cojinete de accionamiento. La lumbrera de alta presión de la espiral fija se comunica directamente con el interior de la carcasa externa. En tal disposición, se proporcionan medios para que el flujo pase alrededor del juego de espirales y se comunique entre la lumbrera de descarga, situada a un lado del juego de espirales, y el resto de la carcasa externa situada al otro lado. Esta puede adoptar la forma de una carcasa externa agrandada o de un medio especial de paso de gas para transportar el fluido. Estas opciones representan en cierta medida un mayor tamaño y peso para el conjunto general del compresor, junto con las correspondientes complicaciones de fabricación. El documento US2004/101428 A1 da a conocer una máquina de tipo espiral para fluidos que tiene una lumbrera de alta presión ubicada en una parte radialmente central de la espiral orbital y aislada del cojinete de accionamiento por un sello tubular.

En consecuencia, un aspecto de la invención está dirigido a mejorar el estado de la técnica en lo que se refiere al recorrido de fluido a alta presión en una máquina de lado alto para evitar las desventajas asociadas a la conducción de un fluido de trabajo a alta presión entre una lumbrera de alta presión de la espiral fija y la carcasa externa del compresor.

En todas estas configuraciones, un árbol de accionamiento, que se usa para aplicar o extraer la potencia mecánica, está provisto de un medio de cojinete de apoyo para soportar las cargas radiales y permitir la rotación libre del árbol de accionamiento. Interpuesto entre el árbol de accionamiento y la espiral orbital existe un cojinete de accionamiento excéntrico que puede adoptar la forma de un cojinete excéntrico, un denominado bloque deslizante o un buje excéntrico, todos los cuales sirven para proporcionar un accionamiento excéntrico para la conexión entre el árbol de accionamiento y la espiral orbital y accionar la espiral orbital en una trayectoria circular, es decir, una órbita circular sin rotación. El cojinete de accionamiento excéntrico puede adoptar la forma de un cojinete fijado rígidamente al árbol de accionamiento y que arrastra la espiral orbital a través de un radio orbital fijo, o puede adoptar la forma de un denominado accionamiento radialmente adaptable en el que la posición radial de la espiral orbital con respecto al centro del árbol de accionamiento puede variar en respuesta a la desalineación y las variaciones de tolerancia, con el fin de mantener en todo momento un contacto positivo entre las paredes de los álabes de la espiral orbital y la espiral fija.

Adicionalmente, se proporciona una disposición de contrapesos para lograr un equilibrio dinámico entre las diversas masas que orbitan, rotan y se trasladan dentro de la máquina. Habitualmente, un contrapeso primario más cercano a la espiral orbital proporciona a la máquina un equilibrio estático. Sin embargo, la separación axial entre los planos de desequilibrio de los componentes móviles y el plano de acción del contrapeso primario da como resultado un momento de vuelco que tiende a imponer una carga de tipo bamboleo sobre el árbol y, en consecuencia, sobre el bastidor del compresor, lo que genera vibraciones indeseables. Para contrarrestar este desequilibrio dinámico, se proporciona un contrapeso secundario hacia el extremo del árbol opuesto a la espiral orbital (al otro lado de dicho contrapeso primario) para crear un momento de vuelco compensatorio. También se puede agregar al contrapeso principal un desequilibrio de masa equivalente para mantener el equilibrio estático. En cierto modo, se puede decir que la máquina de tipo espiral tiene tres contrapesos: un contrapeso mayor para proporcionar un equilibrio estático y dos contrapesos menores, de desequilibrio idéntico, separados 180 grados entre sí y separados axialmente para proporcionar un equilibrio dinámico con uno de los contrapesos menores situado en la misma ubicación que el contrapeso mayor. Por lo tanto, el contrapeso primario puede consistir en la combinación del contrapeso mayor y uno de los contrapesos menores, mientras que el contrapeso secundario es simplemente el otro contrapeso menor.

El desplazamiento entre el centro del árbol de accionamiento y el centro de dicho cojinete de accionamiento excéntrico define una referencia angular que orienta rotacionalmente el árbol de accionamiento. Todas las masas en movimiento dentro de la máquina pueden estar definidas por su posición axial a lo largo del eje del árbol de accionamiento y por su orientación angular con respecto a la referencia angular del cojinete de accionamiento excéntrico. Asimismo, las ubicaciones del contrapeso primario y el contrapeso secundario también están definidas por las posiciones axiales a lo largo del eje del árbol de accionamiento y sus posiciones angulares con respecto a la referencia angular del cojinete de accionamiento excéntrico. Los desequilibrios de masa de estos contrapesos se eligen para contrarrestar los desequilibrios de masa de todas las masas en movimiento.

En las máquinas de espiral normales, el medio de accionamiento, el contrapeso principal y el contrapeso secundario son todos ellos componentes separados ubicados en ubicaciones axiales separadas a lo largo del árbol de accionamiento. Normalmente, el contrapeso primario está interpuesto entre el cojinete de apoyo y el medio de accionamiento y dicho contrapeso secundario está colocado en el extremo opuesto del árbol de accionamiento. Durante la fabricación, se deben proporcionar medios de ubicación para posicionar estos contrapesos correctamente, tanto axial como angularmente, sobre el árbol de accionamiento. Dichos medios de ubicación pueden consistir en elementos de ubicación entre los contrapesos y el árbol de accionamiento, pueden consistir en accesorios externos o pueden consistir en una combinación de elementos de ubicación y accesorios. Esta construcción requiere la fabricación, alineación y montaje de una serie de componentes durante la fabricación de la máquina de espiral, todo lo cual aumenta el coste de fabricación. En algunos diseños, el árbol de accionamiento y el contrapeso principal se pueden combinar en un solo componente, pero con el mismo diseño general.

El medio de cojinete de apoyo incluye normalmente dos cojinetes que soportan el árbol de accionamiento principal y que, a su vez, están soportados por una estructura, bastidor o cárter. En las máquinas de tipo espiral en las que se integra un motor (para compresores o bombas) o un dispositivo de transferencia de potencia (por ejemplo, un generador para expansores o motores hidráulicos), el motor o el dispositivo de transferencia de potencia están soportados por la estructura o bastidor y están ubicados entre los dos cojinetes, o justo por fuera de los dos cojinetes. El componente de rotor del motor o dispositivo de transferencia de potencia va fijado al árbol de accionamiento. El resultado de una integración tan estrecha es que el árbol de accionamiento, los contrapesos y la estructura o bastidor están en gran medida diseñados especialmente para un único motor o dispositivo de transferencia de potencia. Esto tiene la ventaja de reducir el contenido de material cuando se produce en grandes cantidades la maquinaria más grande, pero es relativamente inflexible o difícil de cambiar si se desean variaciones de diseño del motor o del dispositivo de transferencia de potencia.

Un requisito para el funcionamiento adecuado de las máquinas de tipo espiral es que las dos espirales deben estar restringidas con respecto a cualquier rotación relativa entre las mismas. La espiral orbital sigue una trayectoria circular u órbita con respecto a la espiral fija, pero no se permite una rotación relativa. En algunos diseños, ambas espirales están adaptadas para girar juntas sobre ejes desplazados (a diferencia de la disposición de órbita fija convencional), pero ambas giran a la misma velocidad y la fase angular entre las dos espirales sigue siendo la misma, lo que significa que no giran la una con respecto a la otra.

Se pueden usar varios mecanismos diferentes para evitar la rotación relativa entre las dos espirales, pero hoy en día es de uso común un acoplamiento de Oldham (que comprende un anillo de Oldham y unas características de coincidencia en las dos espirales respectivas). Un anillo de Oldham normal comprende un cuerpo sólido, más o menos en forma de anillo. El cuerpo puede tener una forma oblonga o irregular para adaptarse a otras características de la máquina, pero generalmente seguirá el patrón de un anillo cerrado. Unas proyecciones axiales o radiales del cuerpo del anillo de Oldham están provistas de unas superficies o chaveteros que se extienden axialmente y se acoplan con unas correspondientes superficies de las respectivas espirales para completar el conjunto de acoplamiento y evitar la rotación relativa entre las espirales, al tiempo que autorizan la acción orbital.

La parte de forma anular del anillo de Oldham es normalmente plana y de un espesor más o menos uniforme, estando generalmente distribuida alrededor de un plano radial en todos los puntos alrededor del anillo. Un plano radial que pase a través del centroide del anillo de Oldham dividirá el anillo de Oldham en dos porciones continuas de forma anular. Así, el cuerpo principal del anillo de Oldham tendrá un espacio reservado específicamente para contenerlo y permitir un movimiento libre durante el funcionamiento. Este espacio dedicado se suma a la altura total (es decir, la longitud axial) de la máquina de tipo espiral y, por lo tanto, aumenta el tamaño y el peso de la máquina de espiral.

Por lo tanto, un aspecto de la presente invención está dirigido a mejorar el estado de la técnica en lo que respecta al diseño de un acoplamiento de Oldham para evitar la necesidad de un espacio axial dedicado para el acoplamiento y, por lo tanto, reducir el tamaño total de la máquina de desplazamiento.

En algunas aplicaciones en las que el fluido de trabajo (vapor) debe aislarse del aire exterior (tal como en un circuito de refrigeración), el compresor y el motor de accionamiento están contenidos dentro de una carcasa sellada que aísla el fluido de trabajo con respecto al ambiente exterior. El vapor fluye alrededor del compresor y del motor y proporciona refrigeración, especialmente al motor.

El motor de accionamiento, normalmente un motor eléctrico, suele estar integrado en el conjunto general del compresor. El estator del motor está integrado en el bastidor del compresor y el rotor del motor está montado directamente en el árbol del compresor, que también incorpora el medio de accionamiento del compresor (p. ej., un cojinete excéntrico) y unos contrapesos que pueden estar colocados a ambos lados del motor o incluso sujetos directamente al rotor. Esta disposición proporciona una economía y simplicidad aceptables al minimizar el número de componentes separados que forman la combinación de motor y compresor. Sin embargo, un compresor dado está dedicado a un tamaño y diseño de motor en particular. Los cambios físicos en el motor suelen requerir grandes cambios en el bastidor del compresor y el árbol de accionamiento para acomodar el nuevo motor.

En los compresores más grandes, la línea de motores suele estar estandarizada con tamaños y configuraciones de motor comunes que se encuentran a través de una selección relativamente limitada de proveedores de motores. Rara vez es necesario cambiar a un motor de diferente tamaño y el diseño del compresor puede ser relativamente estable con respecto a la selección del motor.

Pero en el caso de los compresores más pequeños, existe una gran variedad de tipos de motores y fabricantes entre los que elegir. Estos motores normalmente están disponibles como módulos preempaquetados, con la carcasa de motor, el árbol y los cojinetes integrados en un solo producto destinado a una amplia gama de aplicaciones, entre las cuales un pequeño compresor de espiral es solo una de ellas.

Por lo tanto, otro aspecto de la presente invención está dirigido a un diseño general de compresor que permita el uso de una gama de motores preempaquetados de diversos tamaños con cambios mínimos o nulos en el compresor o en el motor.

Objetos y sumario de la invención

En consecuencia, es un objetivo de la presente invención ubicar la lumbrera de alta presión de una máquina de tipo espiral de lado alto en el centro de la espiral orbital, de modo que el fluido a alta presión pase directamente desde el centro de la espiral orbital por encima del medio de cojinete de accionamiento. La lumbrera de entrada o de baja presión se puede ubicar entonces en una parte radialmente exterior de la espiral fija, que puede tener una placa de base sólida, evitando así cualquier necesidad de proporcionar medios para la comunicación fluida entre la espiral fija y la carcasa del compresor (que está a alta presión).

Es un objetivo relacionado simplificar en gran medida la estructura alrededor del juego de espirales y, en algunos casos, proporcionar la opción de que la propia espiral fija forme una pared extrema exterior de la carcasa del compresor.

De acuerdo con la invención, el fluido a alta presión pasa directamente desde el centro de la espiral orbital por encima del medio de cojinete de accionamiento acoplado a la espiral orbital y, por lo tanto, a través de una trayectoria directa entre la lumbrera de alta presión y el interior de la carcasa del compresor. El lubricante arrastrado por el flujo de vapor sirve para lubricar el medio de cojinete de accionamiento y otros componentes mecánicos de la máquina de desplazamiento. Esta disposición es adecuada para sistemas en los que el flujo de fluido está contenido dentro de un bucle cerrado y está presente una cantidad fija de lubricante recirculado. Sin embargo, esto puede adaptarse fácilmente a sistemas de ciclo abierto, en los que el fluido pasa una vez a través de la máquina de desplazamiento y no recircula, proporcionando medios para inyectar lubricante en el flujo de entrada y, opcionalmente, para extraerlo del flujo de salida.

Como resultado, la máquina de espiral de lado alto es más sencilla, más compacta y más fácil de fabricar que una máquina de lado alto equivalente con la lumbrera de alta presión en el centro de la espiral fija.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, la máquina de espiral combina el medio de cojinete de accionamiento excéntrico, el contrapeso principal y el contrapeso secundario en un solo componente o módulo (denominado artefacto en la descripción) que puede fijarse al extremo del árbol de accionamiento, adyacente a la espiral orbital. Este módulo está diseñado como una sola pieza unitaria, adecuada para operaciones de fundición, moldeo, formación o mecanizado, de modo que los tamaños y ubicaciones de los contrapesos necesarios, en relación con dicho medio de cojinete de accionamiento excéntrico, forman parte integral de la pieza ya formada y no se requiere ningún subconjunto, operación de alineación, o característica de alineación. Dado que todas las relaciones angulares están integradas en el módulo de accionamiento, no hay necesidad de una alineación angular entre el módulo de accionamiento y el árbol de accionamiento. El módulo o artefacto está diseñado de preferencia para ser montado en el extremo de un árbol de accionamiento, aunque el módulo también podría estar formado integralmente con el árbol de accionamiento.

De acuerdo con otro aspecto de esta invención, el módulo de accionamiento puede estar estandarizado, en términos de la interfaz con el motor o el dispositivo de transferencia de potencia, para que una amplia variedad de motores o dispositivos de transferencia de potencia puedan ser adaptados fácilmente a un modelo particular de máquina de espiral.

El árbol de accionamiento y el medio de cojinete de apoyo del árbol pueden estar empaquetados como parte del conjunto del motor o del dispositivo de transferencia de potencia. Esto permite un fácil acceso a una amplia gama de motores u otros dispositivos de accionamiento producidos comercialmente, sin necesidad de cambios significativos de diseño para integrar varios dispositivos diferentes en una máquina de tipo espiral. Solo hay que considerar los detalles de la sujeción del dispositivo, la alineación y la sujeción del módulo de accionamiento al árbol de accionamiento. La vida útil nominal del cojinete de dicho dispositivo, cuando se aplica a la máquina de espiral, sería simplemente una de las especificaciones del producto junto con otras especificaciones de rendimiento.

Otro aspecto más de la presente invención es mejorar el acoplamiento de Oldham para la máquina de espiral. En una realización de la presente invención, el cuerpo principal del anillo de Oldham puede considerarse dividido en cuatro segmentos en forma de arco. Un primer par de segmentos diametralmente opuestos forma un puente entre las correspondientes superficies de la espiral orbital para el acoplamiento de Oldham y encaja con ellas de forma deslizante. El primer par de segmentos ocupa aproximadamente el mismo nivel, es decir, la misma posición axial, que la placa base de la espiral orbital pero sin extenderse más allá de la superficie del suelo de la espiral orbital. El espacio entre los extremos del par de segmentos está ocupado por las pestañas de chaveta de Oldham existentes en la espiral orbital. El primer par de segmentos ocupa un espacio que de otro modo no se usaría en la máquina. El segundo par de segmentos diametralmente opuestos (orientados generalmente a 90 grados con respecto al primer par) forma un puente entre las correspondientes superficies de la espiral fija para el acoplamiento de Oldham y encaja con ellas de manera deslizante. El segundo par de segmentos ocupa un nivel que comienza alrededor del suelo de la placa base de la espiral orbital (también de la superficie de la punta de la espiral fija) y se aleja del suelo de la espiral orbital pero no se extiende a lo largo del plano definido por el suelo de la espiral orbital. Esto hace que la disposición de acoplamiento sea más compacta. La simetría del anillo de Oldham de este diseño elimina cualquier polaridad o lateralidad, por lo que es imposible instalarlo incorrectamente.

Los extremos de los pares de segmentos pueden extenderse favorablemente de modo que se solapen sobre una distancia razonable en un plano radial o lateral común. Con los pares de segmentos fusionados entre sí en las zonas de solape, el anillo de Oldham se convierte en un solo objeto sólido que puede fabricarse mediante diversos métodos.

No es necesario proporcionar específicamente ningún espacio axial particular para alojar el anillo de Oldham. El espacio que ocupa, con el primer par de segmentos extendiéndose entre las pestañas de chaveta de la espiral orbital y con el segundo par de segmentos puenteado sobre las pestañas de chaveta, es un espacio que ya está presente en el diseño del compresor y que no se usa nada más. No hay necesidad de proporcionar un espacio libre a lo largo de un único plano axial, tal como el que se requiere para alojar el anillo plano convencional de los acoplamientos de Oldham de la técnica anterior.

Otro aspecto más de la presente invención es diseñar la máquina de espiral para permitir la incorporación de una unidad motriz preempaquetada que incluya estator, rotor, carcasa, cojinetes y árbol, como es habitual en los motores disponibles comercialmente. La unidad motriz se puede sujetar al bastidor del compresor y luego se puede conectar un módulo de accionamiento al extremo del árbol del motor. El árbol del motor y los cojinetes sirven como árbol y cojinetes del compresor principal. Los cambios de diseño, si los hay, que acompañan a un cambio de motor se limitan a los detalles de conexión de la unidad motriz al bastidor del compresor y de la conexión del módulo de accionamiento al árbol del motor.

Otros aspectos, objetivos y ventajas de la invención se dan a conocer en la siguiente descripción detallada, en las reivindicaciones adjuntas y en las figuras adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista isométrica despiezada de una máquina de tipo espiral, en este caso un compresor de acuerdo con una realización de la presente invención, según se mira desde el extremo de la espiral.

La Figura 2 es una vista isométrica despiezada del mismo compresor según se mira desde el extremo del motor.

La Figura 3 representa una vista isométrica en sección transversal del mismo compresor.

La Figura 4 representa una vista ortográfica en sección transversal del mismo compresor.

La Figura 5 es una vista isométrica de una espiral fija de acuerdo con la presente invención.

La Figura 6 es una vista ortográfica en planta de la misma espiral fija.

La Figura 7 es una vista isométrica de una espiral orbital según se mira desde delante o desde el lado del álabe de acuerdo con la presente invención.

La Figura 8 es una vista isométrica de la espiral orbital según se mira desde detrás o desde el lado opuesto al álabe de acuerdo con la presente invención.

La Figura 9 es una vista ortográfica lateral en sección transversal de la misma espiral orbital.

La Figura 10 es una vista isométrica de un anillo de Oldham según se usa en la presente invención.

La Figura 11 es una vista isométrica de un anillo de Oldham dividido en secciones mostrando un plano divisorio. La Figura 12 es una vista ortográfica lateral en sección transversal de la carcasa de accionamiento.

La Figura 13 es una representación ortográfica de un motor según se usa en la presente invención.

La Figura 14 es una vista isométrica del artefacto de accionamiento utilizado en la presente invención.

La Figura 15 es una vista ortográfica en planta del artefacto de accionamiento.

La Figura 16 es una vista ortográfica lateral en sección transversal del artefacto de accionamiento.

La Figura 17 es una representación esquemática del sistema de accionamiento incluyendo el cojinete de accionamiento y el cubo de accionamiento de la espiral orbital.

La Figura 18 es una vista ortográfica lateral en sección transversal del módulo motocompresor.

La Figura 19 es una vista isométrica en sección transversal de la carcasa del compresor.

Descripción detallada de la una o más realizaciones preferidas

La máquina de espiral de una realización de la presente invención está ilustrada en las Figuras de los Dibujos adjuntos, que ilustran las partes componentes de la misma. Generalmente, el compresor de espiral 10 de la presente realización incluye un módulo motocompresor 11 con una galería de accionamiento 12. Entre el módulo 11 y una carcasa de compresor principal 80 está definida una cámara de motor 14. El par de espirales está representado en este caso como una espiral fija 20 y una correspondiente espiral orbital 30, cuya espiral fija tiene una lumbrera de entrada (baja presión) 21 ubicada en una parte radialmente hacia afuera y un álabe helicoidal de espiral fija 22 que tiene una superficie de punta 23. La espiral fija 20 tiene también una cara plana 24, un reborde 25, un suelo piloto 26 con un diámetro exterior 27, y un diámetro piloto 28. En el centro del álabe de la espiral existe un rebaje ciego o lumbrera de espejo 29, que se explicará más adelante.

La espiral orbital 30, que tiene una trayectoria orbital 31 definida con respecto a la espiral fija 20, tiene un álabe de espiral 32, varias almohadillas antiempuje 33, una pluralidad de caras planas 34, un cubo de accionamiento 35 en el lado opuesto al álabe 32, teniendo el cubo de accionamiento un diámetro interior 36 que define un punto de contacto 37 con el cojinete de accionamiento, un centro 38 del cubo de accionamiento y una lumbrera de descarga 39 que penetra en la espiral 30 más o menos por el eje o centro.

Un artefacto de accionamiento 40 para lograr el movimiento orbital de la espiral 30 se compone de un orificio de árbol 41, una muñequilla excéntrica 42 que tiene un centro de muñequilla 43, y un cojinete de accionamiento 45 que tiene un diámetro exterior 46 predeterminado del cojinete de accionamiento. El orificio de árbol 41 tiene un centro de orificio de árbol 47 ubicado en el eje principal de accionamiento del compresor. Para evitar la oscilación o vibración causadas por el movimiento excéntrico de la espiral orbital, el artefacto de accionamiento 40 incluye también un contrapeso principal 48 y un contrapeso secundario 49.

La restricción de cualquier rotación de la espiral orbital 30 con respecto a la espiral fija se logra mediante un anillo de Oldham 50, que en este caso aparece compuesto por cuatro segmentos arqueados, y cuya forma define unas superficies de chaveta 54 que encajan de modo deslizante con las caras planas 24 y 34 de las espirales fija y orbital 20 y 30, comprendiendo el anillo un plano divisorio lateral 56, un primer par de segmentos 57 y un segundo par de segmentos 58.

Se muestra una carcasa de accionamiento 60, que aloja los componentes antes mencionados, con una superficie de brida trasera 61, una superficie plana 62 para acoplar el motor, un orificio piloto 63 y una cara plana 66, para encajar el suelo piloto 26 de la espiral fija, que tiene un diámetro exterior 68. Una lumbrera de salida 69 permite el paso del vapor del fluido de trabajo comprimido.

La potencia motriz para la espiral orbital es proporcionada en este caso por un motor eléctrico 70, que tiene un árbol de motor 71 con un centro o eje de árbol 77, una superficie plana 72 y un diámetro piloto 73. Se proporciona un conjunto de pernos de motor 74 o fijaciones similares para sujetar el motor a la carcasa de accionamiento.

Se muestra la carcasa de compresor 80 con una superficie plana o brida 81, una junta tórica 83 y una ranura anular de junta tórica 84, un anillo de retención 85 y una ranura anular de anillo de retención 86, un orificio 87, un conducto de alimentación eléctrica 88 y un conducto de descarga 89.

Con referencia primero a las Figuras 1 a 4 de los dibujos, el compresor de espiral 10 incluye una espiral fija 20 y una espiral orbital 30. La espiral fija 20 y la espiral orbital 30 constituyen un par de espirales convencionales, cada una de las cuales tiene un respectivo álabe 22 y 32, en forma de involuta, que encajan entre sí para formar unos pares de huecos móviles sellados que tienen forma de media luna. El principio de tipo espiral es bien conocido en la técnica y puede emplearse para transportar, comprimir o expandir diversos fluidos y gases.

Con referencia adicional a las Figuras 5-9, la espiral orbital 30 es impulsada a través de una trayectoria circular por medio del artefacto de accionamiento 40 que incluye una muñequilla excéntrica 42 y un cojinete de accionamiento 45 que, juntos, fuerzan a la espiral orbital 30 a entrar en contacto con la espiral fija 20. La espiral orbital 30 y la espiral fija 20 se ponen en contacto entre sí a través del álabe de espiral orbital 32 y el álabe de espiral fija 22. El artefacto de accionamiento 40, que incluye el cojinete de accionamiento 45, fuerza además a la espiral orbital 30 a moverse por una trayectoria circular que está definida por la geometría del álabe de espiral orbital 32 y el álabe de espiral fija 22. La espiral orbital 30 está obligada a moverse en un plano lateral, sin rotación, por medio del anillo de Oldham 50. Cuatro de las ocho superficies de chaveta 54 del anillo de Oldham 50 encajan de modo deslizante con la espiral fija 20, a través de un conjunto de cuatro caras planas 24, y las otras cuatro superficies de chaveta 54 del anillo de Oldham 50 encajan de modo deslizante con la espiral orbital 30 a través de un conjunto de cuatro caras planas 34.

Dentro de la técnica, el anillo de Oldham normalmente está enchavetado entre las espirales como en la presente invención o entre la espiral orbital y una estructura fija dentro del compresor, tal como un cárter o una carcasa de cojinetes (por ejemplo, la carcasa de accionamiento 60). El enchavetado a una estructura fija requiere la etapa adicional de alinear angularmente la espiral fija con la estructura para proporcionar la orientación angular adecuada entre la espiral orbital y la espiral fija. El enchavetado a una estructura fija ofrece la opción de permitir que el anillo de Oldham encaje detrás de la espiral orbital, es decir, entre la espiral orbital y la estructura, lo que puede ofrecer ventajas en cuanto al tamaño diametral (más pequeño) del anillo, facilitando adicionalmente un menor diámetro del compresor en general. Sin embargo, el enchavetado a una estructura fija requiere añadir a la estructura (p. ej., la carcasa de accionamiento 60) unas superficies mecanizadas con precisión para encajar el anillo de Oldham y las características de alineación de precisión tanto en la estructura como en la espiral fija, para facilitar la operación de alineación de la espiral, ya sea una autoalineación o una alineación mediante accesorios. El enchavetado entre las dos espirales proporciona una alineación angular directa e integrada, sin necesidad de accesorios u operaciones de alineación adicionales. Las espirales se convierten en autoalineables. El enchavetado entre las espirales también tiende a concentrar las diversas características de precisión en las dos partes de espiral y permite una fabricación más simple y menos precisa (y por lo tanto menos costosa) de los componentes que no sean las espirales.

En las máquinas de espiral convencionales de la técnica anterior, con el anillo de Oldham enchavetado entre las espirales, el cuerpo del anillo es normalmente un anillo sólido de un espesor generalmente constante distribuido uniformemente alrededor de un plano lateral. Unos postes, que se extienden axialmente desde el cuerpo del anillo, encajan en unas ranuras de chaveta o caras planas de los dos componentes de espiral. El cuerpo del anillo puede estar ubicado entre las dos espirales con unos postes que se extienden desde ambos lados del cuerpo del anillo de Oldham, o el cuerpo puede estar ubicado debajo de la espiral orbital con unos postes que se extienden desde un lado del cuerpo del anillo de Oldham y con algunas características directamente enchavetadas en la espiral orbital adyacente y algunas características que se extienden más allá de la espiral orbital para enchavetarse en la espiral fija. En ambos casos, se debe reservar un espacio axial específico para el cuerpo del anillo, todo a un mismo nivel.

Haciendo referencia a las Figuras 10 y 11, en la presente invención, aunque el anillo de Oldham 50 es un único componente sólido, conceptualmente se compone de cuatro segmentos colocados en dos ubicaciones axiales diferentes. Un par de segmentos 57 se extiende entre las cuatro superficies planas 34 o 24 de la espiral orbital 30 o la espiral fija 20, respectivamente, y un par de segmentos 58 se extiende entre las cuatro superficies planas 24 o 34 de la otra espiral, es decir, la espiral fija 20 o la espiral orbital 30, respectivamente. Los pares de segmentos 57 y 58 están unidos por sus extremos en un solo plano de simetría 56. Como regla general, las partes del par de segmentos 57 no cruzan el plano hacia el lado ocupado por el par de segmentos 58 y, del mismo modo, las partes del par de segmentos 58 no cruzan el plano hacia el lado ocupado por el par de segmentos 57. Como resultado, el anillo de Oldham 50 no requiere que se le reserve un espacio axial dedicado. Por el contrario, cada par de segmentos se extiende únicamente entre su respectivo conjunto de superficies planas 24 ó 34 y ocupa dentro del compresor un espacio axial que de otro modo no se utilizaría. Si se desea, los pares de segmentos 57 y 58 pueden retirarse aún más del plano 56 con unos segmentos extendidos axialmente que unan los pares de segmentos 57 y 58 por los cuatro pares de extremos de los segmentos.

El anillo de Oldham 50 ha sido diseñado para ser totalmente simétrico en el sentido de que el par de segmentos 57 es idéntico al par de segmentos 58 y el anillo de Oldham 50 puede instalarse en el compresor en cualquiera de las cuatro orientaciones posibles, es decir, no es posible montarlo incorrectamente. Puede ser deseable, en algunos casos, permitir que el anillo no sea simétrico a lo largo del plano 56, tal como para tener un espacio diferente entre las superficies planas 24 de la espiral fija 20 y las superficies planas 34 de la espiral orbital 30. El par de segmentos 57 o el par de segmentos 58 también pueden ser no simétricos, en el sentido de que el par de segmentos 57 puede comprender dos segmentos de formas diferentes o el par de segmentos 58 puede comprender dos segmentos de formas diferentes. Pero ya sea que el anillo esté diseñado simétricamente o no simétricamente, seguirá habiendo dos segmentos operando en un lado de un plano lateral 56 y dos segmentos operando en el otro lado del plano 56.

Haciendo referencia a la Figura 12 además de las Figuras 1-4, la carcasa de accionamiento 60 está anidada dentro de la espiral fija 20. La cara plana 66 encaja con el suelo piloto 26 de la espiral fija para establecer la posición axial y la perpendicularidad entre la carcasa de accionamiento 60 y la espiral fija 20. El diámetro exterior 68 encaja con el diámetro piloto 28 de la espiral fija para establecer la concentricidad de la línea central entre la carcasa de accionamiento 60 y la espiral fija 20. En este ejemplo, los componentes se autoalinean mediante este encaje entre las características 66 y 26 y entre las características 68 y 28. Alternativamente, parte o la totalidad de esta alineación entre la espiral fija 20 y la carcasa de accionamiento 60 puede proporcionarse mediante accesorios externos para algunos o todos los atributos de alineación, proporcionándose medios para mantener la alineación después de haber retirado los accesorios.

Haciendo referencia adicional a la Figura 13, el motor 70 está unido a la carcasa de accionamiento 60 y el árbol de motor 71 penetra en la carcasa de accionamiento por el lado de la espiral. En este ejemplo, el motor 70 está asegurado a la carcasa de accionamiento 60 mediante tres pernos 74, aunque se pueden usar otros medios de fijación. El motor 70 está alineado axial y perpendicularmente con la carcasa de accionamiento 60 a través de la superficie plana 72 que encaja con la superficie plana 62 de la carcasa de accionamiento 60. El motor 70 está alineado concéntricamente con la carcasa de accionamiento 60 a través del diámetro piloto 73, que encaja con el orificio piloto 63 de la carcasa de accionamiento 60. Alternativamente, parte o la totalidad de la alineación entre el motor 70 y la carcasa de accionamiento 60 puede proporcionarse a través de accesorios externos, proporcionándose medios para mantener la alineación después haber retirado los accesorios. En la presente invención, el motor 60 es un motor eléctrico, pero se entiende que el motor 60 podría ser un motor hidráulico, un motor neumático o cualquier otro motor primario que proporcione una salida de rotación.

Con referencia ahora a las Figuras 14-16, el artefacto de accionamiento 40 está conectado al árbol de motor 71. En este ejemplo, el artefacto de accionamiento 40 presiona sobre el árbol 71 a través de un ajuste de interferencia entre el orificio de árbol 41 y el árbol 71, pero se entiende que se puede usar cualquiera de una amplia variedad de métodos de fijación, incluyendo la combinación del artefacto de accionamiento 40 y el árbol 71 en un único componente. El artefacto de accionamiento 40 está alineado concéntrica y perpendicularmente con el árbol 71 a través del ajuste a presión en el árbol 71. La posición axial del artefacto de accionamiento 40 con respecto al motor 70 puede determinarse por las características físicas situadas en el orificio de árbol 41 y en el árbol de motor 71, o adyacentes a los mismos, o por los accesorios externos durante la fabricación o el montaje.

El cojinete de accionamiento 45 está montado sobre la muñequilla excéntrica 42. En este ejemplo, el cojinete de accionamiento 45 es un cojinete de bolas montado a presión sobre la muñequilla 42; sin embargo, se pueden usar otros tipos de cojinetes, incluido un disco macizo con un orificio liso apoyado directamente contra la muñequilla excéntrica 42. El cojinete de accionamiento 45 está alineado con el artefacto de accionamiento 40 mediante el ajuste entre el cojinete de accionamiento 45 y la muñequilla 42 y mediante características de ubicación axial, tales como un tope mecánico, o mediante accesorios externos.

Las cargas axiales, la cadena de alineación axial, perpendicular y concéntrica entre la espiral fija 20, la carcasa de accionamiento 60, el motor 70 y el artefacto de accionamiento 40, incluido el cojinete de accionamiento 45, se combina toda ella para determinar la posición del cojinete de accionamiento 45 en relación con la espiral fija 20 en el conjunto de compresor. La espiral orbital 30 está interpuesta entre la espiral fija 20 y el cojinete de accionamiento 45. La espiral orbital 30 no está rígidamente obligada a estar en una posición u orientación particular con respecto a cualquier otro componente del compresor. La espiral orbital 30 puede moverse libremente lateral o radialmente, dentro de los límites de la geometría de los álabes 22 y 32 de las espirales fija y orbital, y también dentro de los límites del espacio libre radial entre el cojinete de accionamiento 45 y el diámetro interior del cubo de accionamiento 36. La espiral orbital 30 es libre de moverse axialmente dentro de la holgura permitida por el espacio definido entre la superficie de punta 23 de la espiral fija y la cara plana 66 de la carcasa de accionamiento 60. De esta manera, cuando el compresor no está en funcionamiento, se puede decir que la espiral orbital 30 está "suelta" dentro del conjunto, sin que se le imponga una posición u orientación particulares.

En el conjunto, el cojinete de accionamiento 45 está situado dentro del diámetro interior 36 del cubo de accionamiento de la espiral orbital y, cuando es accionado por el motor 70 a través del artefacto de accionamiento 40, el diámetro exterior del cojinete de accionamiento 46 actúa contra el diámetro interior del cubo de accionamiento 36, en el punto de contacto 37, para empujar el álabe de espiral orbital 32 contra el álabe de espiral fija 22, en el plano lateral o radial, y para seguir una trayectoria de órbita circular definida por el contacto resultante entre el álabe de espiral fija 22 y el álabe de espiral orbital 32.

La Figura 17 muestra una representación esquemática del cojinete de accionamiento 45, con un diámetro exterior 46 y un centro de cojinete de accionamiento 43, situado dentro del cubo de accionamiento 35 que tiene un diámetro interior 36 y un centro 38. El centro de árbol de motor 77 coincide con el centro de la espiral fija 20 y define el centro de rotación del artefacto de accionamiento 40. Durante el funcionamiento normal, cuando el álabe de espiral orbital 32 está en contacto con el álabe de espiral fija 22 y el diámetro exterior de cojinete de accionamiento 46 está empujando contra el diámetro interior de cubo de accionamiento 36, la espiral orbital se ve obligada por la presión y las cargas de inercia a moverse en una trayectoria de órbita circular 31 que está centrada en la espiral fija 20 y que está definida por las geometrías respectivas del álabe de espiral fija 22 y del álabe de espiral orbital 32. En la Figura 17, el árbol de motor 71 y, por lo tanto, también el artefacto de accionamiento 40 giran en el sentido de las agujas del reloj y el centro de cojinete de accionamiento 43 también se mueve en el sentido de las agujas del reloj en una trayectoria circular centrada en el centro de árbol 77.

El diámetro exterior de cojinete de accionamiento 46 hace contacto con el diámetro interior de cubo de accionamiento 36 en el punto de contacto 37 y la dirección instantánea del movimiento de la espiral orbital 30 es hacia la derecha, según se indica en la Figura 17, aunque el centro de cojinete de accionamiento 43 se mueve hacia abajo y hacia la derecha según se indica también en la Figura 17. Suponiendo que no exista deslizamiento entre el diámetro exterior de cojinete de accionamiento 46 y el diámetro interior de cubo de accionamiento 36 en el punto de contacto 37, la diferencia de los vectores de velocidad entre el centro de espiral orbital 38 y el centro de cojinete de accionamiento 43 da como resultado una acción de rodadura entre el cojinete de accionamiento 40 y el diámetro interior de cubo de accionamiento 36. Como resultado de la acción de rodadura, el diámetro exterior de cojinete de accionamiento 46 girará en sentido contrario a las agujas del reloj, según se aprecia en la Figura 17, aunque el sistema de accionamiento gire en el sentido de las agujas del reloj. La velocidad de rotación total del cojinete de accionamiento 45 en relación con la muñequilla 42 será la suma de la rotación inducida por esta acción de rodadura inversa más la velocidad de rotación del árbol de motor 71. Por lo tanto, es necesario diseñar el cojinete de accionamiento 45 para que funcione a una velocidad de rotación algo mayor que la del árbol de motor 71.

La fuerza de contacto Fc entre el diámetro exterior de cojinete de accionamiento 46 y el diámetro interior de cubo de accionamiento 36 se aplica en el punto de contacto 37 y se dirige perpendicularmente a las dos superficies 46 y 36 en el punto de contacto. Esta fuerza de contacto Fc tendrá una componente Ft que actúa en la dirección instantánea del movimiento de la espiral orbital 30. Esta fuerza equilibra una fuerza de compresión de gas generada dentro del par de espirales que se opone a la acción del cojinete de accionamiento 45 y representa la fuerza contra la cual se realiza el trabajo de compresión.

En este ejemplo, el centro de cojinete de accionamiento 43 está posicionado de manera que la línea de acción de la fuerza de contacto Fc actúa en un ángulo a con respecto a la dirección instantánea del movimiento de la espiral orbital. De esta manera, además de generar una componente de fuerza tangencial Ft en la dirección del movimiento de la espiral orbital para realizar el trabajo de compresión, la fuerza de contacto Fc también genera una componente de fuerza radial Fr que actúa para empujar la espiral orbital 30 radialmente hacia afuera para aumentar la carga entre el álabe de espiral orbital 32 y el álabe de espiral fija 22. Esto se puede hacer para contrarrestar una fuerza de gas que actúa radialmente hacia adentro, generada por el conjunto de espirales, que tiende a separar los álabes 32 y 22 de las espirales fija y orbital. En los compresores más grandes, en los que la acción de inercia centrífuga de una espiral orbital más grande y más pesada es suficiente para contrarrestar la fuerza radial del gas, se puede reposicionar el centro de cojinete de accionamiento 43 para reducir o eliminar la componente de fuerza radial Fr, que actúa hacia fuera, de la fuerza de contacto Fc, o incluso para invertir la componente de fuerza radial Fr para actuar radialmente hacia adentro contra la acción de inercia centrífuga de la espiral orbital 30 y así reducir la carga entre los álabes 32 y 22 de las espirales fija y orbital.

La ventaja de este sistema de accionamiento, en lugar de simplemente montar rígidamente el cojinete de accionamiento 45 en el cubo de accionamiento 35, donde la espiral orbital 30 es impulsada en una trayectoria circular fija centrada en el árbol de motor 71, en lugar de la trayectoria definida por los álabes de espiral 22 y 32, está en su tolerancia para las desviaciones de la trayectoria orbital real 31 con respecto al círculo ideal centrado en el árbol de motor 71. Las tolerancias normales de fabricación, tanto dimensionales como de alineación, dan como resultado una trayectoria orbital generada por los álabes que se desvía significativamente de la trayectoria orbital ideal centrada en el árbol. En la disposición de accionamiento de la Figura 17, la espiral orbital 30 puede moverse radialmente hacia adentro y hacia afuera en respuesta a las desviaciones de la trayectoria orbital generada por los álabes. El álabe de espiral orbital 32 y el álabe de espiral fija 22 pueden así permanecer en contacto de sellado continuo. A medida que la espiral orbital 30 se mueve radialmente hacia adentro y hacia afuera, el centro de espiral orbital 38 de la Figura se mueve hacia abajo o hacia arriba, respectivamente, y el punto de contacto 37 se mueve en la dirección de aumentar o disminuir el ángulo de contacto a, también respectivamente.

Si la espiral orbital 30 estuviera obligada a seguir rígidamente una trayectoria circular centrada en el centro de árbol 77, sería necesario reducir el radio de la trayectoria orbital 31 para evitar la interferencia mecánica entre los álabes de espiral 32 y 22 como resultado de las tolerancias de alineación de fabricación y montaje. El sistema de accionamiento radialmente adaptable definido por el artefacto de accionamiento 40 y el cubo de accionamiento 35, según se ilustra en la Figura 17, permite que los álabes de espiral permanezcan en contacto de sellado a pesar de las desviaciones necesarias impuestas por las variaciones de fabricación. También permite desviaciones transitorias de la trayectoria orbital ideal en presencia de contaminantes o líquido en el conjunto de espirales que, de otro modo, darían lugar a interferencias o bloqueos hidráulicos.

Además de proporcionar la función de la muñequilla excéntrica 42 y el cojinete de accionamiento 45, el artefacto de accionamiento 40 también proporciona dos contrapesos, el contrapeso primario 48 y el contrapeso secundario 49. El tamaño, la ubicación y la orientación de los dos contrapesos 48 y 49 se seleccionan y calibran de modo que todo el sistema rotodinámico definido por el artefacto de accionamiento 40, incluido el cojinete de accionamiento 45, la espiral orbital 30 y el anillo de Oldham 50, esté en equilibrio tanto estático como dinámico. En los diseños de máquinas de espiral convencionales, las tres funciones del sistema de accionamiento, es decir, el accionamiento mecánico, el contrapeso primario y el contrapeso secundario, normalmente se llevan a cabo mediante componentes separados distribuidos en ubicaciones separadas a lo largo de un árbol de accionamiento que también incluye un motor integrado.

La presente invención desacopla la función de accionamiento mecánico del motor 70 y permite modificar el sistema de accionamiento (artefacto de accionamiento 40 y cubo de accionamiento de espiral orbital 35) o el motor 70 con poco o ningún impacto sobre el otro. Adicionalmente, las relaciones geométricas específicas entre la muñequilla excéntrica 42 y los dos contrapesos 48 y 49 están "bloqueadas" en un único componente en lugar de requerir el montaje y la alineación de varios componentes en varias operaciones. Cualquier máquina motriz, ya sea eléctrica, hidráulica, neumática o de otro tipo, solo necesita cumplir con los requisitos de potencia del árbol, carga radial del árbol e interfaz mecánica para poder ser aplicada a este compresor. No se necesita un rediseño o reequipamiento significativos para cambiar de un tipo o diseño de motor a otro.

El conjunto combinado de la espiral fija 20, la espiral orbital 30, el artefacto de accionamiento 40 (incluyendo el cojinete de accionamiento 45), el anillo de Oldham 50, la carcasa de accionamiento 60 y el motor 70 forman juntos un módulo motocompresor integrado 11 que se puede empaquetar y aplicar de diversas maneras diferentes. En la Figura 18 se ilustra el módulo motocompresor 11. En la presente invención, el módulo motocompresor 11 está montado dentro de una carcasa de compresor 80 semihermética. Además de aparecer en las Figuras 1-4, la carcasa de compresor 80 está ilustrada con detalle en la Figura 19. La superficie de brida posterior 61 de la carcasa de accionamiento 60 se asienta contra la superficie plana 81 de la carcasa de compresor 80 que establece la posición axial del módulo motocompresor 11 dentro de la carcasa de compresor 80. El diámetro exterior de espiral fija 27 coincide con el orificio de carcasa de compresor 87 lo suficiente para un ajuste perfecto, lo que establece la posición radial (concentricidad) de la espiral fija 20 y, por lo tanto, la concentricidad del módulo motocompresor 11 dentro de la carcasa de compresor 80. Un elemento de sellado 83 ajusta dentro de la ranura de sellado 84 en la pared lateral del orificio 87 y sella contra el diámetro exterior de espiral fija 27. Un anillo de retención biselado 85 ajusta dentro de la ranura 86 para anillo de retención de la carcasa de compresor 80 y se asienta contra el reborde de espiral fija 25. La acción de resorte del anillo de retención 85 carga y sujeta el módulo de accionamiento 11 dentro de la carcasa de compresor 80. De esta manera, el módulo motocompresor 11 queda ubicado y asegurado de manera sellada dentro de la carcasa de compresor 80. Se proporcionan uno o varios conductos eléctricos 88 para conducir los cables de alimentación del motor hasta el espacio sellado dentro de la carcasa de compresor 80, y se proporciona un conducto de descarga 89 para que el vapor comprimido salga de la carcasa del compresor.

Este concepto de diseño se puede convertir fácilmente en un compresor de tipo hermético eliminando el anillo de retención 85 y uniendo la carcasa de compresor 80 al diámetro exterior de espiral fija 27 con algún tipo de sello hermético al vapor, tal como soldadura, estampación, soldadura fuerte, soldadura blanda, estampación por laminación, engarce, pegado u otro proceso de unión adecuado. Opcionalmente, además del proceso de unión, se puede usar un sello 83 de tipo anular o aplicar un sellador para asegurar la hermeticidad de la unión frente a los gases. Unos terminales de alimentación y unas conexiones de tubería herméticos y adecuados reemplazarían a los correspondientes componentes roscados y con juntas en este ejemplo de diseño.

Cuando se energiza el motor 70, lo que hace girar el árbol de motor 71 y el artefacto de accionamiento 40, la espiral orbital 30, como se ha descrito anteriormente, es impulsada en una trayectoria circular mientras el álabe de espiral orbital 32 se apoya radialmente contra el álabe de espiral fija 22. La espiral orbital 30 está impedida de cualquier movimiento de rotación por la acción del anillo de Oldham 50, situado entre la espiral orbital 30 y la espiral fija 20. Los álabes de las espirales interactúan de manera convencional, el vapor es transportado desde la lumbrera de entrada 21, comprimido dentro de las cámaras en forma de media luna selladas y descargado al interior de la carcasa de accionamiento 60 a través de la lumbrera de descarga 39. La espiral fija 20 también tiene un rebaje ciego 29 de "lumbrera de espejo" que ayuda al proceso del flujo de descarga.

La lumbrera de descarga de alta presión 39 a través del suelo de la espiral orbital dirige todo el flujo de descarga hacia el sistema de cojinete de accionamiento, lo cual es inusual, si no único, en la práctica actual de las espirales. La disposición normal hace que la descarga fluya a través de la espiral fija 20 (con una lumbrera pasante abierta en lugar del rebaje ciego 29 de lumbrera de espejo) reservando el espacio tras la espiral orbital 30 para los sistemas de cojinete, accionamiento y lubricación que se mantienen intencionadamente separados del flujo directo a través del compresor.

En un circuito convencional de refrigeración o acondicionamiento de aire en bucle cerrado, un porcentaje del lubricante del compresor circula por todo el sistema en un momento dado. Esto se debe en gran parte a la dificultad inherente de separar completamente el lubricante del flujo de refrigerante. Los diseños de compresores convencionales capturan tanto lubricante de retorno como sea posible y lo devuelven a un sumidero interno para reponer el lubricante que se pierde en el flujo de descarga del mecanismo de compresión. Cuando se aplica a un sistema en bucle cerrado, la presente invención dirige todo el lubricante de retorno directamente a las cámaras de compresión y descarga la totalidad del flujo combinado de refrigerante y lubricante en la galería de accionamiento 12, que es el espacio definido por la combinación de la espiral fija 20, la carcasa de accionamiento 60 y el motor 70. La galería de accionamiento 12 contiene, o es adyacente a, todas las partes móviles críticas del compresor, incluyendo el artefacto de accionamiento 40 con el cojinete de accionamiento 45, el anillo de Oldham 50, la interfaz deslizante de punta a suelo entre la espiral fija 20 y la espiral orbital 30, y los cojinetes del árbol del motor.

Son bien conocidos en la técnica los diseños de los llamados compresores de lado alto, tanto con espiral como sin espiral, en los que todo el flujo de retorno pasa a través del mecanismo de compresión y se descarga en el espacio de accionamiento mecánico que opera a presión de descarga ambiente. Sin embargo, los diseños convencionales dirigen el flujo a través de una lumbrera de descarga situada en la espiral fija y a lo largo de una trayectoria separada de la exposición directa al accionamiento mecánico y al sumidero de lubricante. Estos proporcionan medios para separar el flujo de lubricante del flujo de vapor comprimido y devolver el lubricante a un sumidero controlado y aislado, desde el cual un sistema de bombeo de lubricante suministra lubricante a los cojinetes y al accionamiento de la espiral. Los diseños de compresores de lado bajo convencionales (es decir, producidos comercialmente) son muy similares en el sentido de que el flujo de lubricante se separa y se devuelve al sumidero, donde los medios de bombeo y distribución envían el lubricante al sistema de cojinetes y accionamiento. La diferencia más significativa es la presión de aspiración ambiente en el espacio del accionamiento mecánico y que el proceso de separación del lubricante se lleva a cabo corriente arriba, es decir, antes del dispositivo de compresión en lugar de después.

Los compresores lubricados por niebla, incluyendo los de tipo espiral y otros, también son bien conocidos en la técnica. Se aplican más comúnmente en aplicaciones de aire acondicionado de automoción u otras aplicaciones pequeñas de aire acondicionado y refrigeración para transporte. Sin embargo, por regla general, son diseños de lado bajo, con el flujo de descarga saliendo del compresor desde un accesorio conectado directamente a una lumbrera de descarga situada en la espiral fija.

Todos y cada uno de los lubricantes y vapores que pasen a través del compresor 10 se descargarán a través de la lumbrera 39, a través y alrededor del cojinete de accionamiento 45, y hasta la galería de accionamiento 12. El vapor comprimido sale de la galería de accionamiento 12 a través de la lumbrera de salida 69 junto con cualquier lubricante que esté siendo arrastrado por el flujo de vapor. En esta realización, la lumbrera 69 se encuentra en la parte superior de la galería de accionamiento 12, en un esfuerzo por permitir que la gravedad recoja el lubricante en el lado opuesto y en el fondo de la galería de accionamiento 12. Se pueden agregar otros medios, tales como pantallas o deflectores dentro de la galería de accionamiento 12, o alrededor de la lumbrera 69, para separar aún más el flujo de lubricante y tender a retener el lubricante dentro de la galería de accionamiento 12. De esta forma, la galería de accionamiento 12 tiende a actuar como un sumidero de lubricante, pero que no se gestiona. No existen medios para el bombeo o distribución del lubricante. Cualquier suministro de lubricante desde el fondo de la galería de accionamiento 12 se realizará a través de la acción de salpicadura de las piezas móviles y el flujo de vórtice turbulento impulsado por el artefacto de accionamiento rotativo 40. Siempre que el lubricante retorne desde el sistema hasta el compresor 10 a través del flujo de aspiración, no hay necesidad de una reserva de lubricante en la galería de accionamiento 12. Sin embargo, si queda más lubricante residente en la galería de accionamiento 12, eso permitirá un menor porcentaje de circulación de lubricante por el sistema, lo cual es generalmente deseable. Esto también proporciona una reserva de lubricante para las piezas móviles críticas en caso de una pérdida transitoria de retorno de lubricante.

La presión de descarga que actúa sobre la espiral orbital 30 por el lado del cubo de accionamiento sirve para cargarla contra la espiral fija 20, en oposición a la fuerza axial generada por la presión interna que tiende a separar las espirales. De esta manera, las espirales se cargan a presión entre sí para hacer un contacto de sellado efectivo entre las superficies de punta y de suelo.

Durante la fase de arranque del compresor, los lados de descarga y aspiración están a la misma presión, por lo que no existe ninguna fuerza para empujar las espirales una contra otra. Sin embargo, al arrancar aparece casi inmediatamente una presión, generada internamente por la acción de compresión dentro del conjunto de espirales, que empuja la espiral orbital 30 y tiende a separarla de la espiral fija 20. Durante esta fase de arranque, las almohadillas antiempuje 33, adyacentes a las caras planas 34 de la espiral orbital 30, apoyan contra la cara plana 62 de la carcasa de accionamiento 60. Esto necesariamente da como resultado una holgura axial entre la espiral orbital 30 y la espiral fija 20 que permite fugas entre los volúmenes de compresión adyacentes. Esta fuga da como resultado un rendimiento y un flujo a través del compresor 10 degradados. Sin embargo, si la holgura axial se controla dentro de unos límites razonables, el compresor 10 generará suficiente flujo para crear una contrapresión opuesta a la restricción o carga del sistema, hasta que se desarrolle suficiente presión para superar la fuerza de separación axial del gas y para cargar axialmente la espiral orbital 30 contra la espiral fija 20. De esta manera, el compresor se "ceba" a sí mismo tras un arranque con la presión equilibrada.

Después de salir de la galería de accionamiento 12 a través de la lumbrera 69, el vapor comprimido fluye hacia la cámara de motor 14, donde el vapor absorbe el calor producido por el motor, es decir, el motor es enfriado por el flujo de vapor. Después de fluir alrededor del motor, el vapor sale del compresor a través del conducto de descarga 89. En la presente invención, el conducto de descarga 89 está colocado en el fondo de la cámara de motor 14 para evitar la creación de "trampas" o bolsas en las que podría acumularse el lubricante fuera del flujo de vapor principal. Cualquier lubricante arrastrado por el flujo de vapor de descarga será arrastrado por el flujo y la fuerza de la gravedad hasta el conducto de descarga 89 y fluirá de regreso al sistema para ser devuelto nuevamente al compresor una vez más.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Una máquina de desplazamiento de tipo espiral, adaptada para mover un fluido de trabajo entre un entorno de baja presión y un entorno de alta presión, comprendiendo la máquina de desplazamiento de tipo espiral:

una carcasa (80);

un par de espirales que comprende una espiral orbital (30) y una espiral fija (20), teniendo dichas espirales fija y orbital unos respectivos álabes de espiral (22, 32) que se ajustan entre sí;

un medio de anillo de Oldham (50) acoplado a dichas espirales fija y orbital (20, 30) para impedir la rotación de dicha espiral orbital (30) pero permitiendo que dicha espiral orbital (30) disfrute de un movimiento orbital alrededor de un eje de dicha espiral fija (20);

un árbol de accionamiento rotativo (71) que tiene un eje de rotación y está adaptado para un movimiento rotativo alrededor de dicho eje de rotación;

un medio de cojinete (67) que soporta dicho árbol de accionamiento rotativo (71) dentro de dicha carcasa y permite que dicho árbol de accionamiento rotativo disfrute de un movimiento rotativo dentro de dicha carcasa;

un medio de cojinete de accionamiento excéntrico (45) situado en dicho árbol de accionamiento, junto a dicho par de espirales, y acoplado funcionalmente a dicha espiral orbital (30) de tal modo que la rotación de dicho árbol de accionamiento corresponda al movimiento orbital de dicha espiral orbital;

encerrando dicha carcasa al menos dicho medio de cojinete de accionamiento excéntrico (45), al menos una parte de dicho par de espirales (20, 30) y al menos una parte de dicho árbol rotativo (71);

teniendo dicha espiral fija (20) una lumbrera de baja presión (21) ubicada en una parte radialmente exterior del álabe de espiral (22) de la misma y comunicada con dicho entorno de baja presión;

teniendo dicha espiral orbital (30) una lumbrera de alta presión (39) dispuesta en una parte radialmente central del álabe de espiral (32) de la misma; y

un recorrido interno acoplado a la lumbrera de alta presión (39) que da como resultado que dicho entorno de alta presión esté ubicado en el interior de dicha carcasa, y

caracterizada por que

la lumbrera de alta presión (39) está situada, con relación a dicho medio de cojinete de accionamiento excéntrico (45), de tal manera que el fluido a alta presión pasa directamente desde la lumbrera de alta presión, por encima de dicho medio de cojinete de accionamiento excéntrico (45) y, desde allí, a través de una trayectoria de flujo, hasta dicho interior de dicha carcasa (80), por lo que el flujo de fluido sirve para pasar primero por encima del medio de cojinete de accionamiento y al menos de una superficie adyacente (36) de dicha espiral orbital (30).

2. La máquina de desplazamiento de tipo espiral de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho fluido de trabajo incluye lubricante arrastrado, y dicho recorrido interno está adaptado de tal manera que el lubricante arrastrado al entorno de alta presión dentro de dicha carcasa proporciona lubricación para al menos dicho medio de cojinete de accionamiento excéntrico (45).

3. La máquina de desplazamiento de tipo espiral de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha máquina de tipo espiral está configurada como un compresor y dicho recorrido de fluido interno dirige el flujo de dicho fluido de trabajo en dirección desde dicho entorno de baja presión hacia dicho entorno de alta presión.

4. La máquina de desplazamiento de tipo espiral de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende adicionalmente una trayectoria en bucle cerrado para dicho fluido de trabajo en donde el fluido de trabajo sale por una lumbrera de presión (89) de dicha carcasa y retorna a dicha lumbrera de baja presión (21) de dicha espiral fija, y en donde dicho fluido de trabajo recircula a través de dicha máquina de espiral.

5. La máquina de desplazamiento de tipo espiral de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho medio de cojinete de accionamiento excéntrico (45) está formado como un módulo de accionamiento excéntrico (40) que también incluye un contrapeso primario (48) fijado al mismo y un contrapeso secundario (49) fijado a dicho módulo de accionamiento (40) y separado axialmente de dicho contrapeso primario, por lo que el contrapeso primario y el contrapeso secundario están configurados para proporcionar un equilibrio rotacional estático y dinámico para dicha máquina de desplazamiento de tipo espiral; y en donde dicho contrapeso primario (48) y dicho contrapeso secundario (49) están situados entre dicho par de espirales (20, 30) y dicho medio de cojinete (67).

6. La máquina de desplazamiento de tipo espiral de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha espiral fija tiene una pluralidad de superficies planas (54) en unos primeros planos que son paralelos a un eje orbital de la espiral orbital (30), y la espiral orbital tiene una pluralidad de superficies planas dispuestas en unos segundos planos paralelos a dicho eje orbital y perpendiculares a dichos primeros planos, y dicho medio de anillo de Oldham (50) está dividido por un plano lateral (56) en cuatro segmentos (57, 58) generalmente en forma de arco, incluyendo dos (57) de dichos cuatro segmentos un par de superficies (54) adaptadas para encajar de modo deslizante con las superficies planas (24) de dicha espiral fija (20), e incluyendo dos (58) de dichos cuatro segmentos incluyen un par de superficies (54) adaptadas para encajar de modo deslizante con las superficies planas (34) de dicha espiral orbital (30), para permitir un movimiento orbital entre la espiral fija y la espiral orbital pero para bloquear el movimiento rotacional relativo entre las mismas.

7. La máquina de desplazamiento de tipo espiral según la reivindicación 6, en donde dichos segmentos (57, 58) generalmente en forma de arco se solapan en dicho plano lateral (56), cada uno con un segmento adyacente de dichos segmentos en forma de arco, creando cuatro pares de zonas de solape.

8. La máquina de desplazamiento de tipo espiral de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende una carcasa de accionamiento (60) que tiene una superficie (66) para encajar con una superficie (26) de la espiral fija (20), una superficie (62) sobre la que está montado un motor de accionamiento (70), estando dicho motor de accionamiento acoplado a dicho árbol de accionamiento rotativo (41), pasando dicho árbol de accionamiento rotativo (71) a través de un conducto (67) de dicha carcasa impulsora (60) hasta dicho medio de cojinete de accionamiento excéntrico (45).