ES2961928T3

ES2961928T3 - Compresor de tornillo con corte de aceite, y método

Info

Publication number: ES2961928T3
Application number: ES15797826T
Authority: ES
Inventors: Masao Akei; Yifan Qiu
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2024-03-14
Anticipated expiration: 2035-11-17
Also published as: EP3234366A1; CN107002679B; US20170356448A1; WO2016099746A1; EP3234366B1; US10288070B2; CN107002679A

Abstract

En un compresor de tornillo (20), un cojinete del extremo de succión del rotor macho (96) y un cojinete del extremo de descarga (90 1, 90 2, 90 3) montan la porción del eje del extremo de succión del rotor macho (39) y la porción del eje del extremo de descarga (40). . Un cojinete del extremo de succión del rotor hembra (98) y un cojinete del extremo de descarga (92 1, 92 2) montan la porción del eje del extremo de succión del rotor hembra (41) y la porción del eje del extremo de descarga (42). Al menos una válvula (182; 282; 382 1,382 2,382 3; 82; 582-1,582-2; 682-1,682-2; 782-1,782-2) está a lo largo de una trayectoria de flujo de lubricante y tiene una condición energizada y una condición desenergizada. . Al menos una restricción (184; 84-1,84-2; 84-1, 84-2,84-3; 484 1,484-2,84-3; 84 1,84 2,584; 84-1,84-2,684; 84-1,84-2,784) está a lo largo de la trayectoria del flujo de lubricante. Al menos una válvula y al menos una restricción están posicionadas para crear una diferencia de presión de lubricante que desvía los rotores alejándolos de un extremo de descarga de la carcasa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Compresor de tomillo con corte de aceite, y método

Antecedentes

La presente invención se refiere a los compresores de tomillo. Más concretamente, la invención se refiere a la lubricación de compresores de tornillo.

Los compresores del tipo de tornillo se utilizan comúnmente en aplicaciones de aire acondicionado y refrigeración. En las solicitudes de Patente US 4173440 A, WO2013/153970 A1, US 2012/207634 A1 o WO2013/175817 A1 se dan a conocer ejemplos de estos compresores.

En un compresor de este tipo, rotores o tornillos lobulados macho y hembra interconectados se hacen girar alrededor de sus ejes para bombear el fluido de trabajo (refrigerante) de un extremo de entrada de baja presión a un extremo de salida de alta presión. Durante la rotación, los lóbulos secuenciales del rotor macho sirven como pistones que impulsan el refrigerante hacia abajo y lo comprimen en el interior del espacio entre un par adyacente de lóbulos del rotor hembra y el alojamiento. Asimismo, los lóbulos secuenciales del rotor hembra producen la compresión del refrigerante en el interior de un espacio entre un par adyacente de lóbulos del rotor macho y el alojamiento. Los espacios entre lóbulos de los rotores macho y hembra en los que se produce la compresión forman bolsas de compresión (descritas alternativamente como partes macho y hembra de una bolsa de compresión común, unidas en una zona de malla). En una implementación, el rotor macho es coaxial con un motor de accionamiento eléctrico, y está soportado por cojinetes en los lados (extremos) de entrada y salida de su parte de trabajo lobulada. De manera similar, el rotor hembra puede estar soportado por cojinetes en los lados de entrada y salida de su parte de trabajo lobulada. Pueden estar dispuestos múltiples rotores hembra acoplados a un rotor macho determinado, o viceversa.

Cuando uno de los espacios entre lóbulos está expuesto a un orificio de entrada, el refrigerante entra en el espacio esencialmente a la presión de aspiración. A medida que los rotores continúan girando, en algún momento durante la rotación el espacio ya no está en comunicación con el orificio de entrada, y el flujo de refrigerante hacia el espacio se corta. Una vez cerrado el orificio de entrada, el refrigerante es comprimido mientras los rotores continúan girando. En algún momento durante la rotación, cada espacio cruza el orificio de salida asociado y el proceso de compresión cerrada termina. Cada uno del orificio de entrada y el orificio de salida puede ser radial, axial o una combinación híbrida de un orificio axial y un orificio radial.

En funcionamiento, la diferencia de presión a través del compresor produce una carga de empuje sobre los rotores. La presión en el extremo de descarga de los rotores será mayor que la del extremo de aspiración, lo que producirá una fuerza de empuje neta del extremo de descarga al extremo de aspiración. Para hacer frente a dichas fuerzas, los rotores habitualmente pueden tener un cojinete de empuje en un extremo. En varios compresores, los cojinetes de empuje a modo de ejemplo son unidireccionales, en el sentido de que absorben cargas de empuje, o reaccionan a las mismas, en una sola dirección. Esta dirección se selecciona para absorber la carga de empuje de funcionamiento desde el extremo de descarga hacia el extremo de aspiración (en lo sucesivo denominado empuje hacia arriba, para facilitar la referencia).

En situaciones concretas tales como una pérdida involuntaria de potencia, se pierde la fuerza de empuje hacia arriba. Es posible que los rotores todavía tengan inercia rotacional. Sin embargo, la pérdida de la fuerza de empuje puede permitir que uno o ambos rotores se desplacen hacia abajo, poniendo en contacto la cara del extremo de descarga de la parte lobulada de dicho rotor con una cara adyacente de la carcasa de salida (por ejemplo, una cara hacia arriba de una carcasa del cojinete de descarga a lo largo de un plano del extremo de descarga). Este contacto puede ser perjudicial.

Una solución a dichos problemas es agregar un cojinete de empuje adicional posicionado para absorber cargas de empuje hacia abajo antes de que el extremo del rotor entre en contacto con la carcasa. Por ejemplo, esto puede implicar montar en uno o ambos rotores un cojinete de empuje unidireccional adicional, en general, similar, pero orientado de manera opuesta con respecto al cojinete de empuje, que absorbe las cargas de empuje hacia arriba. No obstante, esto añade costes y potencialmente compromete la eficiencia.

Compendio

Un aspecto de la invención implica un compresor de tornillo, que comprende: un alojamiento que tiene un orificio de aspiración y un orificio de descarga. Un rotor macho está dotado de: un eje; una parte lobulada que se prolonga desde un extremo de aspiración hasta un extremo de descarga; una parte de árbol del extremo de aspiración; y una parte de árbol del extremo de descarga. Un rotor hembra está dotado de: un eje; una parte lobulada que se prolonga desde un extremo de aspiración hasta un extremo de descarga, e interconectada con la parte lobulada del rotor macho; una parte de árbol del extremo de aspiración; y una parte de árbol del extremo de descarga. Un cojinete del extremo de aspiración del rotor macho monta la parte de árbol del extremo de aspiración del rotor macho, en la carcasa. Un cojinete del extremo de descarga del rotor macho monta la parte de árbol del extremo de descarga del rotor macho, en la carcasa. Un cojinete del extremo de aspiración del rotor hembra monta la parte de árbol del extremo de aspiración del rotor hembra, en la carcasa. Un cojinete del extremo de descarga del rotor hembra monta la parte de árbol del extremo de descarga del rotor hembra, en la carcasa. Al menos una válvula está dispuesta a lo largo de una trayectoria del flujo de lubricante, y tiene una situación energizada y una situación no energizada. Al menos una limitación está dispuesta a lo largo de la trayectoria del flujo de lubricante. La al menos una válvula y la al menos una limitación están posicionadas para crear una diferencia de presión de lubricante que desvía los rotores alejándolos de un extremo de descarga de la carcasa. Al menos uno de dicho rotor macho y dicho rotor hembra está soportado sin un cojinete posicionado para reaccionar al empuje en una dirección de aspiración-a-descarga.

La al menos una válvula está posicionada para, en la situación no energizada, bloquear el flujo de lubricante hacia los cojinetes del extremo de aspiración.

La al menos una válvula está posicionada a lo largo de la trayectoria del flujo de lubricante entre los cojinetes del extremo de descarga y los cojinetes del extremo de aspiración.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, la al menos una válvula comprende una sola válvula posicionada entre los cojinetes del extremo de descarga del rotor macho y los cojinetes del extremo de descarga del rotor hembra en un extremo de más arriba de la válvula única, y los cojinetes del extremo de aspiración del rotor macho y los cojinetes del extremo de aspiración del rotor hembra en un extremo de más abajo de la válvula única.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, la al menos una válvula comprende, además, una segunda válvula, posicionada a lo largo de una rama de la trayectoria del flujo de lubricante entre un tronco de la trayectoria del flujo de lubricante y los lóbulos del rotor.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, la al menos una válvula comprende: una primera válvula, posicionada a lo largo de una primera rama de la trayectoria del flujo de lubricante, entre los cojinetes del extremo de descarga del rotor macho y los cojinetes del extremo de aspiración del rotor macho; y una segunda válvula, posicionada a lo largo de una segunda rama de la trayectoria del flujo de lubricante, entre los cojinetes del extremo de descarga del rotor hembra y los cojinetes del extremo de aspiración del rotor hembra.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, la al menos una válvula comprende, además, una tercera válvula, posicionada a lo largo de una rama de la trayectoria del flujo de lubricante, entre un tronco de la trayectoria del flujo de lubricante y los lóbulos del rotor.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, la al menos una limitación está posicionada a lo largo de la trayectoria del flujo de lubricante entre los cojinetes del extremo de descarga y los cojinetes del extremo de aspiración.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, un motor está dispuesto en el interior de la carcasa, formando la parte de árbol del extremo de aspiración del rotor macho un árbol del motor.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, está dispuesto uno solo de dicho cojinete del extremo de aspiración del rotor hembra que es un cojinete de rodillos de no empuje.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, uno o ambos: el rotor hembra está soportado por uno o más cojinetes de no empuje y solo un cojinete de empuje que es un cojinete de empuje unidireccional; y el rotor macho está soportado por uno o más cojinetes de no empuje y uno o más cojinetes de empuje que son cojinetes de empuje unidireccionales de orientación similar.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el único cojinete de empuje que soporta el rotor hembra es el cojinete del extremo de descarga del rotor hembra; y el uno o más cojinetes de empuje que soportan el rotor macho son el cojinete del extremo de descarga del rotor macho.

Otro aspecto de la invención implica un sistema de compresión de vapor que comprende el compresor, y que comprende, además: un intercambiador de calor de evacuación de calor; un dispositivo de expansión; un intercambiador de calor de absorción de calor; y una trayectoria del flujo de refrigerante que se extiende a través del compresor en dirección descendente desde el orificio de aspiración hasta el orificio de descarga, y que pasa desde el orificio de descarga secuencialmente a través del intercambiador de calor de evacuación de calor, el dispositivo de expansión y el intercambiador de calor de absorción de calor, y regresa al orificio de aspiración.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el sistema comprende, además, un separador, en el que la trayectoria del flujo de lubricante se extiende desde el separador.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, un método para usar el compresor comprende hacer funcionar el compresor en modo motorizado, en donde: el motor acciona los rotores para comprimir el fluido aspirado a través del orificio de aspiración y descargar el fluido comprimido a través del orificio de descarga; y la al menos una válvula está en la situación energizada. El método comprende, además, finalizar la alimentación eléctrica con el fin de finalizar el accionamiento del motor; y cambiar la al menos una válvula a la situación no energizada, para dejar que dicha diferencia de presión de lubricante aleje los rotores de dicho extremo de descarga de la carcasa.

El cambio provoca la diferencia de presión bloqueando la trayectoria del flujo de lubricante hacia los cojinetes del extremo de aspiración mientras deja abierta la trayectoria del flujo de lubricante hacia los cojinetes del extremo de descarga.

En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores: la diferencia de presión de lubricante existe antes de la finalización; y la al menos una limitación ralentiza la caída de la diferencia de presión de lubricante después de la finalización.

Los detalles de una o más realizaciones se exponen en los dibujos adjuntos y en la descripción que sigue. Otras características, objetos y ventajas serán evidentes a partir de la descripción y de los dibujos, y a partir de las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 es una vista longitudinal central, en sección, de un compresor.

La FIG. 2 es una vista longitudinal parcial, en sección, del compresor de la FIG. 1, tomada a lo largo de la línea 2-2.

La FIG. 3 es una vista esquemática de un sistema de compresión de vapor que incluye el compresor de la FIG.

1.

La FIG. 4 es una vista longitudinal central parcial, en sección (en general opuesta a la FIG. 1) de un compresor de la técnica anterior con las trayectorias de flujo de lubricante mostradas esquemáticamente.

La FIG. 5 es una vista longitudinal parcial, en sección, de un compresor modificado de la FIG. 4 con trayectorias de flujo de lubricante alternativas, que corresponde a un ejemplo que no forma parte de la invención reivindicada.

La FIG. 6 es una vista longitudinal central parcial, en sección, de una primera modificación según la invención del compresor de la FIG. 5 a modo de ejemplo con las trayectorias de flujo de lubricante mostradas esquemáticamente.

La FIG. 7 es una vista longitudinal central parcial, en sección, de una segunda modificación según la invención, del compresor de la FIG. 5 a modo ejemplo con las trayectorias de flujo de lubricante mostradas esquemáticamente.

La FIG. 8 es una vista longitudinal central, parcial, en sección, de una tercera modificación según la invención, del compresor de la FIG. 5 a modo ejemplo con las trayectorias de flujo de lubricante mostradas esquemáticamente.

La FIG. 9 es una vista longitudinal central parcial, en sección, de una cuarta modificación del compresor de la FIG. 5 a modo ejemplo con las trayectorias de flujo de lubricante mostradas esquemáticamente, que corresponde a un ejemplo que no forma parte de la invención reivindicada.

La FIG. 10 es una vista longitudinal central parcial, en sección, de una quinta modificación según la invención, del compresor de la FIG. 5 a modo ejemplo con las trayectorias de flujo de lubricante mostradas esquemáticamente.

La FIG. 11 es una vista longitudinal central parcial, en sección, de una sexta modificación según la invención, del compresor de la FIG. 5 a modo ejemplo con las trayectorias de flujo de lubricante mostradas esquemáticamente.

La FIG. 12 es una vista longitudinal central parcial, en sección, de una séptima modificación según la invención, del compresor de la FIG. 5 a modo ejemplo con las trayectorias de flujo de lubricante mostradas esquemáticamente.

Números de referencia y designaciones iguales en los diversos dibujos indican elementos similares.

Descripción detallada

La FIG. 1 muestra un compresor 20 que tiene un conjunto 22 de alojamiento que contiene un motor 24 que acciona los rotores 26 y 28 que tienen respectivos ejes longitudinales centrales 500 y 502. En la realización a modo de ejemplo, el rotor 26 tiene un cuerpo lobulado macho o parte de trabajo 30, que se prolonga entre un primer extremo 31 y un segundo extremo 32. La parte de trabajo 30 está interconectada con un cuerpo lobulado hembra o parte de trabajo 34 del rotor hembra 28. La parte de trabajo 34 tiene un primer extremo 35 y un segundo extremo 36. Cada rotor incluye partes de árbol (por ejemplo, muñones 39, 40, 41 y 42, formados de una sola pieza con la parte de trabajo asociada) que se prolongan desde los extremos primero y segundo de la parte de trabajo asociada. Cada uno de estos muñones de árbol está montado en el alojamiento mediante uno o más conjuntos de cojinetes (explicados a continuación) para girar alrededor del eje del rotor asociado.

En la realización a modo de ejemplo, el motor es un motor eléctrico que tiene un rotor y un estátor. Uno de los muñones de árbol de uno de los rotores 26 y 28 puede estar acoplado al rotor del motor para permitir que el motor accione ese rotor alrededor de su eje. Cuando es accionado de esta manera en un primer sentido de funcionamiento alrededor del eje, el rotor acciona el otro rotor en un segundo sentido opuesto. El conjunto 22 de alojamiento a modo de ejemplo incluye un alojamiento de rotor 48 que tiene una cara del extremo de más arriba/entrada 49 aproximadamente a medio camino a lo largo de la longitud del motor, y una cara del extremo de más abajo/descarga 50 esencialmente coplanaria con los extremos 32 y 36 del cuerpo del rotor. También son posibles muchas otras configuraciones.

El conjunto 22 de alojamiento a modo de ejemplo comprende, además, un alojamiento de motor/entrada 52 que tiene un orificio de entrada/aspiración 53 en un extremo de más arriba, y que tiene una cara de más abajo 54 montada en la cara de más abajo del alojamiento del rotor (por ejemplo, mediante pernos a través de ambas piezas del alojamiento). El conjunto 22 incluye, además, un alojamiento 56 de salida/descarga que tiene una cara 57 de más arriba montada en la cara de más abajo del alojamiento del rotor, y que tiene un orificio de salida/descarga 58. Cada uno del alojamiento del rotor a modo de ejemplo, el alojamiento del motor/entrada y el alojamiento de salida 56 puede estar formado como piezas fundidas sujetas a un mecanizado de acabado adicional.

Las superficies del conjunto 22 de alojamiento se combinan con los cuerpos de rotor 30 y 34 interconectados para definir orificios de entrada y salida a bolsas de compresión que comprimen e impulsan un flujo de refrigerante 504 de una cámara de aspiración (entrada) 60 a la cámara impelente de descarga (salida) 62. Una serie de pares de bolsas de compresión macho y hembra están formadas por el conjunto 22 de alojamiento, el cuerpo del rotor macho 30 y el cuerpo del rotor hembra 34. Cada bolsa de compresión está limitada por superficies externas de rotores interconectados, por partes de superficies cilíndricas de superficies de orificios de rotor macho y hembra en el alojamiento del rotor y sus prolongaciones a lo largo de una válvula deslizante, y partes de la cara 57.

Para el control de la capacidad/descarga, el compresor tiene una válvula deslizante 100 (FIG. 2) dotado de un elemento de válvula 102. El elemento de válvula 102 tiene una parte 104 a lo largo de la zona de malla entre los rotores (es decir, a lo largo de la cúspide 105 de alta presión). El elemento de válvula a modo de ejemplo tiene una primera parte 106 en la cámara impelente de descarga y una segunda parte 108 en la cámara impelente de aspiración. El elemento de la válvula se puede cambiar para controlar la capacidad del compresor y proporcionar descarga. La válvula a modo de ejemplo es desplazada mediante traslación lineal paralela a los ejes del rotor entre las posiciones/situaciones completamente cargada y completamente descargada.

La FIG. 3 muestra, además, un sistema de compresión de vapor 68 que incluye el compresor de la FIG. 1. A lo largo de la trayectoria del flujo de refrigerante principal que continúa hacia abajo del orificio de descarga 58 está dispuesto un primer intercambiador de calor 70 (intercambiador de calor de evacuación de calor en un modo de funcionamiento normal), un dispositivo de expansión 72 y un segundo intercambiador de calor 74 (intercambiador de calor de absorción de calor en el modo de funcionamiento normal). Desde el segundo intercambiador de calor, la trayectoria del flujo regresa al orificio de aspiración 53. Un sistema de lubricación puede extraer lubricante de uno o más lugares en el sistema de compresión de vapor, para devolverlo al compresor. Por ejemplo, un separador 76 puede estar posicionado entre el compresor y el primer intercambiador de calor.

Las FIGs. 4 a 9 muestran esquemáticamente las trayectorias de flujo de lubricante (aceite) de diversos compresores. La disposición básica del hardware es representativa de un compresor ligeramente diferente al mostrado en las FIGs. 1 y 2 vistas opuestas 180° con respecto a las características correspondientes de la FIG. 1. Sin embargo, las diferencias en el hardware básico que se muestran son meramente ilustrativas y no suponen una diferencia en la explicación de las trayectorias de flujo. La FIG. 4 muestra esquemáticamente un sistema de lubricación de la técnica anterior con una línea de suministro de aceite 80 (por ejemplo, una línea de retorno de aceite desde el separador 76). La trayectoria del flujo de aceite 81 (por ejemplo, su tronco) desde/a través de la línea 80 pasa a través de una válvula 82. La válvula 82 a modo de ejemplo es una válvula de solenoide de dos vías, normalmente cerrada. Por lo tanto, la situación predeterminada de la válvula 82 tras la pérdida de energía eléctrica es cerrada. Esto protege el compresor de la inundación de aceite cuando se apaga. Mas abajo de la válvula 82, la trayectoria del flujo de aceite 81 se ramifica desde el tronco hacia una primera rama 81-1, para lubricar los cojinetes del extremo de descarga del rotor macho 90, una segunda rama 81-2, para lubricar los cojinetes del extremo de descarga del rotor hembra 92, una tercera rama 81-3, para lubricar los lóbulos del rotor, una cuarta rama 81-4, para lubricar el cojinete 96 del extremo de aspiración del rotor macho y una quinta rama 81-5, para lubricar el cojinete 98 del extremo de aspiración del rotor hembra. En este ejemplo, las ramas 81-1 y 81-2 respectivamente se ramifican desde una rama más grande para alimentar el extremo de descarga, y las ramas 84-4 y 84-5 también se ramifican desde otra rama más grande para alimentar el extremo de aspiración. Las ramas pasan a través de los respectivos orificios 84-1, 84-2, 84 3, 84-4 y 84-5. Las ramas 81-1 y 81-2 pasan a través de sus respectivos orificios hacia los compartimentos de soporte del extremo de descarga 94 y 96. A continuación, los flujos a lo largo de las ramas 81-1 y 81-2 se vuelven a unir pasando a lo largo de una trayectoria del flujo 83 y un conducto asociado a un orificio en el alojamiento a lo largo de los lóbulos del rotor, para proporcionar lubricación adicional de los lóbulos del rotor más allá de la que pasa a lo largo de la trayectoria del flujo 81-3. Esta unión puede ocurrir a través de un conducto 85 entre los dos compartimientos de cojinete (por ejemplo, permitiendo que el aceite pase del compartimiento hembra 96 al compartimiento macho 94). Desde los cojinetes del extremo de aspiración, el flujo de aceite vuelve a los rotores interconectados y, a su vez, pasa junto con el flujo desde la tercera rama 81-3 y las ramas unidas 81-1 a 81-2 a la cámara impelente de descarga 62. Posteriormente, el separador recupera el aceite y lo devuelve a través de la línea 80.

En la realización a modo de ejemplo, está dispuesto un solo cojinete del extremo de aspiración del rotor macho 96 y un solo cojinete del extremo de aspiración del rotor hembra 98, los cuales son cojinetes de rodillos de no empuje. En la realización a modo de ejemplo, están dispuestos tres cojinetes del extremo de descarga del rotor macho 90, designados secuencialmente de manera individual como: un cojinete de rodillos de no empuje 90 1 cerca de la parte de trabajo lobulada 30; un cojinete de bolas de empuje unidireccional 90-2 que hace tope con el cojinete 90-1, y configurado para resistir también el empuje hacia arriba; y un segundo cojinete de bolas de empuje unidireccional 90-3, orientado de manera similar, que hace tope con el cojinete 90-2.

De manera similar, están dispuestos dos cojinetes del extremo de descarga del rotor hembra: un cojinete de no empuje 92-1; y un cojinete de bolas de empuje unidireccional 92-2 configurado para resistir el empuje hacia arriba.

La FIG. 4 también muestra juntas de estanqueidad 120, 122 que sellan la carcasa/alojamiento con respecto a las partes de árbol 40 y 42 entre los cojinetes del extremo de descarga y las partes de trabajo lobuladas. La ausencia de una junta de estanqueidad similar del extremo de aspiración ayuda a facilitar el paso del flujo de lubricante desde los cojinetes del extremo de aspiración 96 y 98 a las partes lobuladas del rotor (por ejemplo, en un orificio a lo largo de la cúspide del alojamiento o de otro modo a lo largo de uno o más orificios del rotor).

La FIG. 5 muestra esquemáticamente una modificación del sistema de lubricación de la técnica anterior de la FIG. 4, que corresponde a un ejemplo que no forma parte de la invención reivindicada. Las modificaciones de la FIG. 5 están basadas, en general, en las disposiciones mostradas en el documento PCT/US14/60803, presentado el 16 de octubre de 2014. Hacia abajo de la válvula 82, la trayectoria del flujo de aceite 81 se ramifica desde el tronco hacia una primera rama 81-1, para lubricar los cojinetes 90 del extremo de descarga del rotor macho, una segunda rama 81-2, para lubricar los cojinetes 92 del extremo de descarga del rotor hembra y una tercera rama 81-3, para lubricar los lóbulos del rotor. Las ramas pasan a través de los respectivos orificios 84-1, 84-2, 84-3. Las ramas 81-1 y 81-2 pasan a través de sus respectivos orificios hacia los compartimentos de soporte del extremo de descarga 94 y 96. Desde los respectivos compartimentos de cojinete 94 y 96, las ramas primera y segunda pasan a través de líneas para alimentar los respectivos cojinetes de extremo de aspiración 96 y 98. Desde los cojinetes del extremo de aspiración, el flujo de aceite vuelve a los rotores interconectados y, a su vez, pasa junto con el flujo desde la tercera rama 81-3 hasta la cámara impelente de descarga 62. Posteriormente, el separador recupera el aceite y lo devuelve a través de la línea 80.

En la técnica anterior de referencia a modo de ejemplo de la FIG. 4 o el compresor modificado de la FIG. 5, la presión del gas es alta cerca de los extremos de descarga de las partes de trabajo lobuladas, lo que produce un empuje hacia arriba sobre los rotores en contra de la dirección general del flujo de refrigerante. Esta fuerza hacia arriba abre pequeños espacios entre las caras de los extremos 32 y 36 por un lado y la cara 57 adyacente del alojamiento de descarga 56 por otro lado. Esta fuerza de empuje es resistida por los cojinetes de empuje 90-2 y 90-3 en el rotor macho y 92-2 en el rotor hembra.

Ante una pérdida repentina de energía eléctrica, la presión del refrigerante se liberará produciendo una rotación inversa de los rotores. Esta liberación de presión provocará un colapso del espacio entre los extremos 32, 36 y la cara 57, dañando potencialmente el compresor. Este problema puede ser abordado potencialmente con cojinetes de empuje adicionales orientados a absorber el empuje hacia abajo. No obstante, dichos cojinetes imponen penalizaciones en costes y rendimiento y pueden imponer limitaciones de fabricación adicionales (por ejemplo, tolerancias de ciertas separaciones).

En consecuencia, en varias realizaciones a continuación, se proporcionan medios para crear una diferencia de presión de lubricante, al menos temporal, para desviar los rotores del extremo de descarga de la carcasa para, tras la pérdida de potencia, evitar el impacto de los extremos de descarga de los rotores con la cara adyacente de la carcasa de descarga o mitigar la gravedad de dicho impacto.

La FIG. 6 muestra una configuración según la invención que implica volver a conectar la trayectoria del flujo de lubricante (y su o sus conductos asociados (mostrada como 181 en lugar de 81)). En esta realización, la trayectoria del flujo 181 no se ramifica. Un único orificio 184 está situado hacia arriba de uno de los dos compartimentos de soporte del extremo de descarga (por ejemplo, 96 en este ejemplo). Un conducto 185 está dispuesto entre los dos compartimientos de cojinete 94, 96 de modo que la trayectoria del flujo 181 continúe secuencialmente a través de uno de los compartimientos de cojinete y dentro del siguiente compartimiento de cojinete para lubricar los cojinetes del extremo de descarga de ambos rotores. Hacia abajo del segundo compartimiento de cojinete 94, la trayectoria del flujo pasa a través de una válvula de solenoide 182 normalmente cerrada que, por lo demás, puede ser similar a la válvula de solenoide 82 del compresor de referencia. Hacia abajo de la válvula 182, la trayectoria del flujo/conducto de lubricante procede a lubricar secuencialmente los dos cojinetes del extremo de aspiración. En este ejemplo, la trayectoria del flujo 181 pasa al cojinete del extremo de aspiración del rotor macho y a continuación, a través de un conducto 188, al cojinete del extremo de aspiración del rotor hembra y, desde allí, a través de un conducto 189 que descarga a los lóbulos del rotor (como lo hizo la rama de referencia 81-3). Para facilitar este flujo secuencial a través de los cojinetes del extremo de aspiración, estos pueden tener un sellado adicional con respecto a la referencia de la FIG. 4 para prevenir/resistir fugas directamente desde los cojinetes del extremo de aspiración a los rotores. Se pueden construir juntas de estanqueidad del extremo de aspiración a modo de ejemplo como juntas de estanqueidad de árbol giratorio convencionales utilizando material elástico tal como pTf E para hacer contacto y realizar un sellado contra el árbol giratorio. Sin embargo, debido a que el extremo de aspiración de los rotores de tornillo se mantendrá a la presión de aspiración y se requiere que las juntas de estanqueidad mantengan solo un pequeño diferencial de presión (hasta ~10 psi (~69 kPa)), dichas juntas de estanqueidad del extremo de aspiración pueden ser construidas como juntas de estanqueidad del tipo de no contacto, tal como de laberinto. En lugar de dichas juntas de estanqueidad, se puede unir un collarín de anillo liso al alojamiento del rotor con el fin de crear un espacio estrecho (menos de 0,5 mm) entre el árbol y el alojamiento del rotor. Tras el apagado del compresor de la FIG. 6, el cierre de la válvula 182 atrapa el aceite de más arriba de la misma y provoca un aumento en la presión del aceite en los compartimentos de los cojinetes 94 y 96. Esta presión ejerce una fuerza hacia arriba sobre los rotores que resiste a los rotores que se desplazan hacia abajo para hacer contacto con la superficie 57 de la carcasa de descarga.

La realización de la FIG. 7 según la invención puede representar un rediseño menos ambicioso en relación con la referencia de la realización de la FIG. 5 que realiza la realización de la FIG. 6. La realización de la FIG. 7 mantiene los orificios 84-1 y 84-2. La realización de la FIG. 7 también implica desplazar la válvula de solenoide 282 de dos vías, normalmente cerrada, a lo largo de una trayectoria del flujo de lubricante 281 hacia abajo de los compartimentos de cojinete del extremo de descarga. De este modo, la trayectoria del flujo 281 a modo de ejemplo se une hacia abajo de los cojinetes del extremo de descarga y, a continuación, se ramifica después de la válvula 282 en tres ramas que atienden respectivamente a los dos cojinetes del extremo de aspiración y a los rotores. Este posicionamiento de la válvula de solenoide también crea la presión hacia arriba sobre los rotores ante una pérdida de potencia de manera similar a la realización de la FIG. 6. Al igual que la realización de la FIG. 5, la trayectoria del flujo de lubricante se ramifica para alimentar a los dos compartimentos de cojinetes en paralelo. Las ramas de la trayectoria del flujo se unen tras salir de los compartimentos de cojinetes del extremo de descarga para pasar a la válvula 282 y, desde allí, se ramifican nuevamente para alimentar a los dos cojinetes del extremo de aspiración y a los lóbulos del rotor en paralelo. En consecuencia, el flujo pasa desde los cojinetes del extremo de aspiración a los rotores, como en la realización de la FIG. 5.

La FIG. 8 muestra otra realización según la invención que, en general, preserva las configuraciones de la trayectoria/paso de flujo de aceite 381 de la realización de la FIG. 5. Para ello, tres válvulas de solenoide 382 1, 382-2, 382-3 bloquean respectivamente las tres ramas que alimentan a los cojinetes macho y hembra de los extremos de aspiración y a los lóbulos del rotor. En consecuencia, cuando estas válvulas pierden potencia, el lubricante de alta presión quedará aislado en los compartimentos de cojinetes del extremo de descarga, y proporcionará la fuerza de desviación mencionada anteriormente.

La FIG. 9 muestra otro ejemplo, que no forma parte de la invención reivindicada, en el que la válvula de solenoide se deja en su posición original de la FIG. 5 pero los orificios 484-1,484-2 asociados con los cojinetes se reubican a lo largo de las respectivas ramas asociadas de la trayectoria del flujo 481 (con las ramas 48-1, 481-2 y 481-3) hacia abajo de los compartimentos de cojinetes del extremo de descarga. En funcionamiento normal, los orificios proporcionan una presión en el compartimento del cojinete del extremo de descarga superior a la presión del lubricante que se introduce en los cojinetes del extremo de aspiración y los lóbulos del rotor. Tras una pérdida de potencia, esta diferencia de presión permanecerá instantáneamente pero se disipará rápidamente. Sin embargo, los orificios pueden estar dimensionados de modo que el tiempo de disipación sea suficiente para evitar o mitigar el impacto del rotor con la cara 57 del alojamiento de descarga.

La FIG. 10 muestra una realización según la invención, por lo demás similar a la FIG. 7, con una rama de trayectoria del flujo 581-2 adicional de la trayectoria del flujo 581 para alimentar los lóbulos del rotor. De este modo, mientras que una rama de la FIG. 7 que alimenta los lóbulos del rotor se ramifica desde la trayectoria del flujo 281 de la FIG. 7 más abajo de los cojinetes del extremo de descarga, la rama 581-2 se ramifica hacia arriba de los cojinetes del extremo de descarga. La rama 581-1 de la trayectoria del flujo todavía alimenta secuencialmente a los cojinetes del extremo de descarga y a los cojinetes del extremo de aspiración pasando a través de una válvula intermedia 582-1 de manera similar a la válvula 282 de la FIG. 7. La rama 581-2 está dotada de un orificio 584 hacia arriba de una válvula de solenoide 582-2 normalmente cerrada, por lo demás similar a las válvulas de solenoide explicadas anteriormente.

La FIG. 11 muestra otra variación según la invención más similar a la realización de la FIG. 8 con una trayectoria del flujo 681 de lubricante. El flujo continúa desde los cojinetes del extremo de descarga de un rotor determinado hasta los cojinetes del extremo de aspiración de ese rotor pasando a través de las respectivas válvulas de solenoide 682-1 y 682-2. Mientras que la FIG. 8 agrega una tercera válvula de solenoide 382-3 específica y una rama de flujo principal asociada para la lubricación del rotor, la realización de la FIG. 11 ramifica la lubricación del rotor desde una de las otras dos ramas intermedias entre los dos cojinetes del rotor asociados. En la figura11, esta rama 681-3 sale de la rama de trayectoria del flujo 681-2 que lubrica los cojinetes del extremo de descarga y el cojinete del extremo de aspiración del rotor hembra. La válvula 682-2 está posicionada más abajo de los cojinetes del extremo de descarga del rotor hembra y hacia arriba de la divergencia de la rama 681-3 que alimenta a los rotores desde la rama que alimenta a los cojinetes del extremo de aspiración del rotor hembra. Adicionalmente, una rama de derivación 681-4 proporciona comunicación desde el tronco hasta el extremo de más arriba de la válvula 682-2 en paralelo con la parte de la trayectoria del flujo 681-2 a través de los cojinetes 92 del extremo de descarga del rotor hembra para sortear dichos cojinetes 92. Esta rama de derivación 681-4 lleva una limitación 684. La limitación funciona para limitar el flujo a través de la rama 681-4 a aproximadamente la cantidad necesaria para la rama 681-3 para la lubricación del rotor. Por lo tanto, el caudal hacia los cojinetes del extremo de aspiración 98 del rotor hembra puede ser sustancialmente el mismo que el caudal a través de los cojinetes del extremo de descarga 92.

La variación de la FIG. 12 según la invención tiene una trayectoria del flujo de lubricación 781, por lo demás similar a la variación de la FIG. 11, pero que cambia la alimentación de los rotores desde una rama que sale de la trayectoria del flujo de lubricación del cojinete del rotor hembra 781-2 a una rama 781-3 que sale de la trayectoria del flujo de lubricación del cojinete del rotor macho 781-1. Por lo tanto, está dispuesta una derivación 781-4 similar a la derivación 681-4 de la FIG. 11 pero que está asociada con la trayectoria de flujo/derivación 781-1 del rotor macho. De manera similar, las válvulas asociadas con la trayectoria del flujo del cojinete del rotor macho respectivo y la trayectoria del flujo del cojinete del rotor hembra respectivo se muestran como 782 1 y 782-2.

El compresor y sus trayectorias de flujo, limitaciones (orificios), válvulas y similares pueden ser fabricados mediante diversas técnicas existentes. Las líneas pueden ser conductos separados y/o conductos integrales en el interior de las piezas fundidas/mecanizadas del alojamiento.

Los orificios a modo de ejemplo son limitaciones fijas. Se pueden utilizar orificios convencionales utilizados para la lubricación. Ejemplos habituales tienen aberturas de sección transversal circular (por ejemplo, en una placa plana). El orificio está dimensionado para crear un diferencial de presión cuando el aceite pasa a su través (mientras la válvula de solenoide asociada, si la hay, está abierta). Un diferencial de presión a modo de ejemplo a través del orificio es de al menos el 50 % de la diferencia de presión entre la presión de descarga y la presión de aspiración del compresor.

El tamaño deseado del orificio puede verse influenciado por el tamaño y otros detalles del compresor. Con una sección transversal circular a modo de ejemplo, el diámetro interno a modo de ejemplo está comprendido entre 0,2 mm y 2 mm. Además, la longitud del orificio a modo de ejemplo (a lo largo del recorrido del flujo) puede estar comprendida entre 0,1 mm y 10 mm. El área de la sección transversal del orificio puede representar menos de un 10 % a modo de ejemplo del área de la sección transversal característica de la línea/conducto/trayectoria de flujo asociado que sale del orificio (más estrechamente, menos del 5 % o un ejemplo comprendido entre el 0,10 % y el 5,0 %).

La utilización de “primero”, “segundo” y similares en la descripción y en las siguientes reivindicaciones es solo para la diferenciación dentro de la reivindicación, y no necesariamente indica una importancia relativa o absoluta o un orden temporal. De manera similar, la identificación en una reivindicación de un elemento como “primero” (o similar) no impide que dicho “primer” elemento identifique un elemento al que se hace referencia como “segundo” (o similar) en otra reivindicación o en la descripción.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un compresor de tomillo (20), que comprende:

un alojamiento que tiene un orificio de aspiración (53) y un orificio de descarga (58);

un rotor macho (26) que tiene:

un eje (500);

una parte lobulada (30), que se prolonga desde un extremo de aspiración (31) hasta un extremo de descarga (32);

una parte de árbol del extremo de aspiración (39); y

una parte de árbol del extremo de descarga (40);

un rotor hembra (28) que tiene:

un eje (502);

una parte lobulada (34) que se prolonga desde un extremo de aspiración (35) hasta un extremo de descarga (36), e interconectada con la parte lobulada del rotor macho;

una parte de árbol del extremo de aspiración (41); y

una parte de árbol del extremo de descarga (42);

un cojinete (96) del extremo de aspiración del rotor macho monta la parte de árbol del extremo de aspiración del rotor macho, en la carcasa;

un cojinete (90-1, 90-2, 90-3) del extremo de descarga del rotor macho monta la parte de árbol del extremo de descarga del rotor macho, en la carcasa;

un cojinete (98) del extremo de aspiración del rotor hembra monta la parte de árbol del extremo de aspiración del rotor hembra, en la carcasa;

un cojinete (92-1, 92-2) del extremo de descarga del rotor hembra monta la parte de árbol del extremo de descarga del rotor hembra, en la carcasa.

una trayectoria del flujo de lubricante (181; 281; 381; 581; 681; 781);

al menos una válvula (182; 282; 382-1, 382-2, 382-3; 82; 582-1, 582-2; 682-1, 682-2; 782-1, 782-2) a lo largo de la trayectoria del flujo de lubricante y que tiene una situación energizada y una situación no energizada; y al menos una limitación (184; 84-1, 84-2; 84-1, 84-2, 84-3; 484-1,484-2, 84-3; 84-1,84-2, 584; 84-1, 84-2, 684; 84-1, 84-2, 784) a lo largo de la trayectoria del flujo de lubricante,

en donde al menos una válvula y al menos una limitación están posicionadas para crear una diferencia de presión de lubricante que desvía los rotores alejándolos de un extremo (36) de descarga de la carcasa, caracterizado por que

al menos uno de dicho rotor macho y dicho rotor hembra está soportado sin un cojinete posicionamiento para reaccionar al empuje en una dirección de aspiración-a-descarga,

y por que al menos una válvula es una válvula de solenoide y está posicionada para, en la situación no energizada, bloquear el flujo de lubricante hacia los cojinetes del extremo de aspiración (96, 98), en donde al menos una válvula está posicionada a lo largo de la trayectoria del flujo de lubricante (181; 281; 381; 581; 681; 781) entre los cojinetes del extremo de descarga (90-1, 90-2, 90-3, 92-1, 92-2) y los cojinetes del extremo de aspiración (96, 98).

2. El compresor de la reivindicación 1, en el que:

la al menos una válvula comprende una sola válvula posicionada entre los cojinetes del extremo de descarga del rotor macho y los cojinetes del extremo de descarga del rotor hembra en un extremo de más arriba de la válvula única y los cojinetes del extremo de aspiración del rotor macho y los cojinetes del extremo de aspiración del rotor hembra en un extremo de más abajo de la válvula única.

3. El compresor de la reivindicación 2, en el que la al menos una válvula comprende, además:

una segunda válvula, posicionada a lo largo de una rama de la trayectoria del flujo de lubricante entre un tronco de la trayectoria del flujo de lubricante y los lóbulos del rotor.

4. El compresor de la reivindicación 1, en el que la al menos una válvula comprende, además:

una primera válvula, posicionada a lo largo de una primera rama de la trayectoria del flujo de lubricante entre los cojinetes del extremo de descarga del rotor macho y los cojinetes del extremo de aspiración del rotor macho; y

una segunda válvula, situada a lo largo de una segunda rama de la trayectoria del flujo de lubricante entre los cojinetes del extremo de descarga del rotor hembra y los cojinetes del extremo de aspiración del rotor hembra.

5. El compresor de la reivindicación 4, en el que la al menos una válvula comprende una tercera válvula, posicionada a lo largo de una tercera rama de la trayectoria del flujo de lubricante entre un tronco de la trayectoria del flujo de lubricante y los lóbulos del rotor.

6. El compresor de la reivindicación 1, en el que:

la al menos una limitación está posicionada a lo largo de la trayectoria del flujo de lubricante (181; 281; 381; 581; 681; 781) entre los cojinetes del extremo de descarga (90-1, 90-2, 90-3, 92-1, 92-2) y los cojinetes del extremo de aspiración (96, 98).

7. El compresor de la reivindicación 1, que comprende, además:

un motor en el interior de la carcasa, formando la parte de árbol del extremo de aspiración del rotor macho un árbol del motor.

8. El compresor de la reivindicación 1, en el que:

está dispuesto un solo cojinete del extremo de aspiración del rotor hembra que es un cojinete de rodillos de no empuje.

9. El compresor de la reivindicación 1, en el que uno o ambos de:

el rotor hembra está soportado por uno o más cojinetes de no empuje y solo un cojinete de empuje que es un cojinete de empuje unidireccional; y

el rotor macho está soportado por uno o más cojinetes de no empuje y uno o más cojinetes de empuje que son cojinetes de empuje unidireccionales de orientación similar.

10. El compresor de la reivindicación 9, en el que:

el único cojinete de empuje que soporta el rotor hembra es el cojinete del extremo de descarga del rotor hembra; y

el uno o más cojinetes de empuje que soportan el rotor macho es el cojinete del extremo de descarga del rotor macho.

11. Un sistema de compresión de vapor (68) que comprende el compresor de la reivindicación 1 y que comprende, además:

un intercambiador de calor de evacuación de calor (70);

un dispositivo de expansión (72);

un intercambiador de calor de absorción de calor (74); y

una trayectoria del flujo de refrigerante que se extiende a través del compresor en dirección descendente desde el orificio de aspiración hasta el orificio de descarga y que pasa desde el orificio de descarga secuencialmente a través del intercambiador de calor de evacuación de calor, el dispositivo de expansión y el intercambiador de calor de absorción de calor y regresa al orificio de aspiración.

12. El sistema de la reivindicación 11, que comprende, además, un separador (76), en el que:

la trayectoria del flujo de lubricante se extiende desde el separador.

13. Un método para utilizar el compresor de la reivindicación 1, comprendiendo el método:

hacer funcionar el compresor en modo motorizado, en donde:

el motor acciona los rotores para comprimir el fluido aspirado a través del orificio de aspiración y descargar el fluido comprimido a través del orificio de descarga; y

la al menos una válvula está en situación energizada; y

finalizar la alimentación para:

finalizar el accionamiento del motor; y

cambiar la al menos una válvula a la situación no energizada para hacer que dicha diferencia de presión de lubricante deje de desviar los rotores de dicho extremo de descarga de la carcasa.

14. El método de la reivindicación 13, en el que:

el cambio hace que la diferencia de presión bloquee la trayectoria del flujo de lubricante hacia los cojinetes del extremo de aspiración mientras deja abierta la trayectoria del flujo de lubricante hacia los cojinetes del extremo de descarga.

15. El método de la reivindicación 14, en el que la diferencia de presión del lubricante existe antes de la finalización; y

la al menos una limitación retarda la caída de la diferencia de presión del lubricante después de la finalización.