Un compresor alternativo de desplazamiento positivo que comprende una o más unidades de cilindros (30),

pistones respectivos (5, 5') que se mueven alternativamente dentro de dichas unidades de cilindro (30), al menos un motor (25) que tiene un eje de accionamiento respectivo (3') con un porta planetas (3), un planeta (20) que, en combinación con dicho porta planetas (3) y con una rueda de corona (2; 26) con dentado interior realiza el denominado mecanismo de manivela "no convencional" en el que un punto "B" en la línea del círculo primitivo de un piñón (4) del planeta (20) se mueve de acuerdo con un movimiento rectilíneo alternativo durante el funcionamiento del compresor, incluyendo además el compresor una carcasa (27) con una cubierta correspondiente (32) y que se caracteriza porque - al menos una parte, pero preferentemente todos, los componentes del planeta (20) de dicho mecanismo de manivela "no convencional", están formados de material sinterizado, preferentemente acero sinterizado; - el compresor alternativo de desplazamiento positivo comprende además un sistema de lubricación (31; 31a, 31b; 31c) que envía de una manera precisa aceite lubricante bajo presión a las superficies que están en contacto mutuo y en movimiento de rotación relativo entre sí y que pertenecen a los componentes (3, 20) de dicho mecanismo de manivela "no convencional", extrayendo dicho sistema de lubricación (31; 31a; 31b; 31c) la energía mecánica requerida para su movimiento directamente del porta planetas (3), sin requerir, por lo tanto, ninguna otra clase de medios de suministro de energía

Campo técnico

La presente invención se refiere a mejoras realizadas en compresores de desplazamiento positivo, de una etapa y/o de etapas múltiples. Los compresores pertenecen a una clase de máquinas de realización de trabajos y tienen innumerables aplicaciones en casi cualquier campo técnico (plantas que hacen uso del aire comprimido, funcionamiento de martillos neumáticos, frenos para vehículos de carretera/ferrocarril, accionamiento de máquinas en minas, suministro de aire comprimido a plantas usadas para el llenado de bombonas (botellas), plantas de refrigeración, bombas de calor, etc.).

Las mejoras anteriores conciernen a:

a) un mecanismo de manivela específico, de aquí en adelante denominado como "no convencional", realizado con un material de excelentes características tribológicas y asociado con un sistema de lubricación específico;

b) un sistema de válvulas particular que incluye las válvulas de aspiración y descarga, que tiene muchas ventajas, por ejemplo una mayor fiabilidad del compresor, un número de componentes reducido, fácil montaje, etc.

Técnica antecedente

Los compresores de desplazamiento positivo, alternativos, generalmente funcionan aumentando el valor de la presión de un fluido gaseoso por medio de la energía mecánica extraída de un motor eléctrico o un motor de combustión.

Los compresores en base al mecanismo clásico de manivela (véase la Figura 1) para la conversión de un movimiento rotativo de un motor en un movimiento alternativo rectilíneo, tienen varios inconvenientes, los más importantes de los cuales son:

- La cantidad de fuerza de fricción, abreviada como "Fia", que se añade a la fuerza debida a la acción de los gases sobre los sellos (anillos del pistón o anillos de sellado) y que actúan entre las paredes laterales del pistón y la pared del cilindro durante el deslizamiento del pistón, debido a la reacción al empuje ejercido por la oblicuidad de la biela del pistón (biela de conexión);

- la acción de vuelco ejercida por la biela del pistón sobre el pistón, por cuya razón este último normalmente tiene una longitud suficiente para limitar esta acción y para reducir el riesgo de agarrotamiento, produciendo por ello, sin embargo, un aumento del peso y de las dimensiones con un incremento concomitante de las fuerzas de inercia.

- La ley de movimiento del pistón no es perfectamente sinusoidal sino que contiene armónicos de un orden superior y esto produce las bien conocidas dificultades de equilibrado. Estos armónicos, incluyendo el de orden más bajo, no se pueden equilibrar de modo simple por contrapesos; en su lugar, requieren la utilización de ejes de rotación inversa. Realmente, un principio de las técnicas anteriores que resolvería brillantemente los problemas inherentes de los mecanismos de manivela convencionales, se muestra en las Figuras 2 y 3 y en las Figuras 4 y 5.

En este mecanismo de manivela, al imponer una rotación sobre el eje con la marca O (planetario), el elemento ΩB (piñón) se moverá de tal manera que el punto B se desplazará a sí mismo a lo largo del eje del cilindro de una manera rectilínea. Varias técnicas conocidas han puesto en práctica el mecanismo que se acaba de describir (denominado de aquí en adelante como "no convencional", aunque ya conocido, sólo para distinguirlo del mecanismo clásico de manivela), pero sin embargo, no han tenido éxito dado que ofrecen soluciones técnicas que tienen algunas inconsistencias que impiden un funcionamiento correcto, mientras que en otros casos dan como resultado una gran complejidad estructural que desalienta su uso.

En realidad, esta tecnología no se ha convertido en una aplicación industrial efectiva, a pesar del hecho de que algunas soluciones parecen ser válidas; esto se debe a la estructura compleja y a los problemas de espacio y fiabilidad, que hacen que este sistema sea menos competitivo que el mecanismo de manivela clásico en las configuraciones propuestas hasta el momento.

Resumiendo, este mecanismo de manivela "no convencional" o "no clásico", que se muestra en las Figuras 2, 3, 4, 5 y que se ha adoptado por la presente invención, pero que se ha mejorado adicionalmente en una forma que se va a describir a continuación, tiene las siguientes características.

Comenzamos con el mecanismo de manivela clásico (Figura 1) y dividimos la biela de conexión (biela del pistón)

40

45

50

OB en dos partes idénticas, obteniendo de ese modo dos manivelas OΩ y ΩB (Figura 2). Al imponer a la manivela OΩ una rotación en el sentido contrario a las agujas del reloj y a la manivela ΩB una rotación idéntica pero opuesta "-α ", el punto B necesariamente se mueve de modo rectilíneo a lo largo del eje del cilindro.

Por ello, el ángulo formado entre la biela de conexión y el eje del cilindro es constantemente igual a cero y en consecuencia, el componente de las fuerzas "N", normal a este eje, que se debe a la oblicuidad de la barra de conexión, se reduce a cero. Por otro lado, dado que no existe rotación relativa entre la biela de conexión y el pistón, ya no hay necesidad de proporcionar una conexión articulada en el punto C como en el mecanismo de manivela clásico; en otras palabras, el bulón del pistón se puede eliminar conjuntamente con la biela de conexión y puede formar parte integral del pistón. Desde el punto de vista de su realización práctica, los movimientos de la manivela OΩ y de la manivela auxiliar ΩB se pueden obtener usando un par de ruedas de engranajes, una de las cuales tiene un engranaje interior, con centro en O, se fija con respecto a un bastidor y tiene un diámetro de círculo primitivo 2r, mientras que la segunda rueda del engranaje tiene un dentado externo con un diámetro de círculo primitivo r, engrana con la primera rueda de engranajes y gira alrededor del eje que pasa a través de Ω que es parte integral de la manivela (Figura 3). Las realizaciones prácticas posibles de este mecanismo de manivela "no convencional" se muestran respectivamente en la Figura 4 y la Figura 5. Este es realmente un conjunto de engranajes planetarios particular (Figura 6) en el que el engranaje central (el sol) 1 está ausente y la rueda de corona 2 está bloqueada (Figura 7).

En este tren de engranajes, la manivela OΩ forma el porta planetas 3 mientras que la rueda de engranaje con el dentado externo forma el piñón 4. Desde un punto de vista cinemático, el porta planetas 3 sólo gira alrededor de su propio eje (Oz), mientras que el piñón o planeta 4 se caracteriza por un movimiento compuesto, un movimiento constituido por un giro alrededor del eje a través de Ω, y el otro, de una revolución alrededor del eje que pasa a través de O, junto con el porta planetas 3.

Considerando dos marcos de referencia levógiros Oxyz y Oξηz en los que el primero es un marco absoluto "integral" con la rueda de corona 2 con el dentado interno, y el segundo es un marco relativo "integral" con el porta planetas, siendo su eje común z perpendicular al plano del movimiento, imponiendo una rotación αt= αz al porta planetas (y por lo tanto al marco de referencia Ωξηz) con respecto al marco de referencia Oxyz, se consigue que el planeta 4 — que está obligado a engranar con una rueda dentada que duplica su radio de círculo primitivo— gire un ángulo αr= -2αz con respecto al porta planetas 3, esto es, con respecto al marco de referencia relativo Ωξηz; por lo tanto, el ángulo de giro del planeta 4 con respecto al marco de referencia absoluto Oxyz será αa= αr+ αt = -2αz+ αz=-αz. La Figura 8 muestra varias posiciones del mecanismo de manivela "no convencional" de técnicas anteriores, para varios ángulos de manivela α. Suponiendo que el punto B está fijo a ("parte integral con") el planeta 4, el recorrido (trayectoria) de este punto durante el giro del porta planetas 3, en el marco relativo, será un segmento rectilíneo. El punto B se puede realizar, en la práctica, mediante un pasador y un casquillo, en el que el pistón 5, se puede conectar al planeta 4 mediante una biela 6, fijada al pistón sin una articulación y al planeta 4 a través de dicho pasador. Como ya se ha mencionado, hay varias técnicas conocidas que han puesto en práctica el sistema cinemático... [Seguir leyendo]

1. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo que comprende una o más unidades de cilindros (30), pistones respectivos (5, 5') que se mueven alternativamente dentro de dichas unidades de cilindro (30), al menos un motor (25) que tiene un eje de accionamiento respectivo (3') con un porta planetas (3), un planeta (20) que, en combinación con dicho porta planetas (3) y con una rueda de corona (2; 26) con dentado interior realiza el denominado mecanismo de manivela "no convencional" en el que un punto "B" en la línea del círculo primitivo de un piñón (4) del planeta (20) se mueve de acuerdo con un movimiento rectilíneo alternativo durante el funcionamiento del compresor, incluyendo además el compresor una carcasa (27) con una cubierta correspondiente (32) y que se

caracteriza porque

- al menos una parte, pero preferentemente todos, los componentes del planeta (20) de dicho mecanismo de manivela "no convencional", están formados de material sinterizado, preferentemente acero sinterizado; -el compresor alternativo de desplazamiento positivo comprende además un sistema de lubricación (31; 31a, 31b; 31c) que envía de una manera precisa aceite lubricante bajo presión a las superficies que están en contacto mutuo y en movimiento de rotación relativo entre sí y que pertenecen a los componentes (3, 20) de dicho mecanismo de manivela "no convencional", extrayendo dicho sistema de lubricación (31; 31a; 31b; 31c) la energía mecánica requerida para su movimiento directamente del porta planetas (3), sin requerir, por lo tanto, ninguna otra clase de medios de suministro de energía.

2. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho sistema de lubricación (31; 31a, 31b; 31c) forma un sistema de aspiración y descarga de aceite lubricante, que funciona de acuerdo con un mecanismo de manivela clásico con un pistón y un cilindro.

3. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha rueda de corona (2; 26) está hecha también de material sinterizado, preferentemente acero sinterizado.

4. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, en el que dicho sistema de lubricación (31; 31a, 31b; 31c) comprende un pistón de aspiración (46; 46a; 46b; 46c) que tiene la forma de una aguja que se desliza en el interior de un cilindro-bomba (44; 44a; 44b; 44c) articulado a una carcasa (27), conteniendo el cilindro-bomba una válvula antirretorno (53a; 53b; 53c) y que presenta una entrada de aspiración (45; 45c) localizada por debajo de la superficie del nivel libre del aceite lubricante contenido en la carcasa o cárter de aceite (27); estando provisto también un conducto de descarga, que se localiza aguas abajo de la válvula antirretorno (53a; 53b; 53c) para alimentar el aceite al cuerpo del pistón-bomba (43; 43a; 43b; 43c) y una manivela (41; 41a; 41b; 41c) que se conecta funcionalmente a dicho porta planetas para extraer la energía mecánica de este último y para enviar el aceite lubricante a dichas superficies que están en contacto mutuo y en movimiento rotacional relativo entre sí.

5. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho planeta (20) incluye un piñón (4), un contrapeso (21) y un disco excéntrico (22) que forman una pieza integral que es una pieza monolítica de material sinterizado, preferentemente acero sinterizado.

6. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes excepto la reivindicación 5, en el que dicho planeta (20) incluye un piñón (4), un contrapeso (21) y un disco excéntrico (22) que forman componentes separados, realizados a través de procesos de sinterizado independientes y dentro de moldes separados.

7. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los componentes de material sinterizado que forman el planeta (20) y/o la rueda de corona (2; 26) se someten a tratamientos térmicos tales como el cementado y endurecimiento por sinterizado, teniendo lugar este último proceso simultáneamente con el proceso de sinterizado.

8. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el sistema de lubricación está obligado a oscilar en un plano en virtud de la presencia de un elemento (33) conectado elásticamente (34) con la cubierta (32) de la carcasa (27) e interpuesto entre esta cubierta, por un lado, y el sistema de lubricación y la rueda de corona (2; 26) por otro lado; teniendo dicho elemento

(33) salientes similares a dientes que se acoplan con la extensión o brazos similares a una cruz formados en la circunferencia exterior de la rueda dentada (26).

9. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichas unidades de cilindro (30) comprenden una culata (76; 93), un sistema de válvulas (70, 71, 72; 84, 85, 89) y un cilindro (78; 87), estando formado el sistema de válvulas por una única placa de válvula (70 u 84) y por válvulas de paleta laminar (71, 72; 85, 89) que abren y cierran automáticamente y que, en su

posición de cierre, están en contacto con un lado de dicha placa de válvula (70 u 84) o con una extensión lateral de la parte superior del cilindro (87).

10. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la(s) válvula(s) de descarga (72; 89) de dicho sistema de válvulas forman cada una, una respectiva válvula de paleta laminar (72; 89) que está limitada y conectada en sus extremos a dicha placa de válvula (70; 84) pero que se puede deslizar libremente en sus extremos, de tal manera que es capaz de curvarse y abrir las aberturas de la válvula de descarga formadas en la misma placa de válvula (70; 84).

11. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la válvula de descarga o cada válvula de descarga (72; 89), tiene un elemento de fin de carrera o tope (77) sobre la culata (76; 93).

12. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 11, en el que se asocia un elemento de protección (75, 92) con cada tope (77), teniendo este elemento de protección esencialmente el mismo contorno y forma que la paleta laminar de la válvula de descarga, pero un radio de curvatura adecuado para amortiguar las vibraciones de la paleta laminar (72; 89) y para proteger frente a martillero y desgaste dicho tope o elemento de fin de carrera (77) formado sobre dicha culata.

13. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dicho elemento de protección (75, 92) se fabrica con un material que es más resistente al desgaste que el material usado para fabricar la culata (76, 93) de la unidad de cilindro (30).

14. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo que forma la primera etapa de un compresor de etapas múltiples o un compresor de una etapa, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que un diafragma, o pared divisoria, divide la culata (76) de una unidad de cilindro (30) en un primer compartimento y un segundo compartimiento, estando alojadas la paleta laminar o las paletas laminares de la(s) válvula(s) de descarga (72) dentro del primer compartimento y estando localizado el segundo compartimiento en alienación con la(s) válvula(s) de aspiración (71) de paleta laminar que está(n) localizada(s) en el lado opuesto de la placa de válvula (70) con respecto a la(s) válvula(s) de descarga (72).

15. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dicha(s) válvula(s) de aspiración (71) de paleta laminar forman cada una, una válvula de paleta laminar (71) que está restringida y conectada en sus extremos a dicha placa de válvula (70) pero está libre de deslizarse en estos extremos de modo que sea capaz de curvarse y abrir las aberturas (80) de la válvula de aspiración que se forman sobre la misma placa de válvula (70).

16. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 15, en el que se forman bolsillos o rebajes (81) sobre una cara de la placa de válvula (70) que mira hacia el cilindro (78) para evitar interferencias entre la paleta laminar (71) de la válvula de aspiración y la placa de válvula (70) durante la fase de abertura de la válvula de aspiración.

17. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 9-13, que forma un compresor de etapas múltiples, en el que una unidad de cilindro de una etapa dispuesta aguas abajo de la primera etapa presenta una válvula de aspiración (85) localizada sobre dicha extensión lateral de la parte superior del cilindro (87), de modo que se evite sustancialmente un intercambio de calor entre el fluido absorbido y el fluido comprimido, de descarga, estando dicha válvula de aspiración (85) fijada y sujeta solamente en un extremo entre una extensión de la placa de válvula (84) y dicha extensión lateral de la parte superior del cilindro (87); y en el que, para evitar la rotura debido a la fatiga de la válvula de aspiración, producida por la presión del fluido entrante de la etapa previa, la válvula de aspiración (85) tiene un tope o superficie saliente sobre la placa de la válvula (84).

18. Un compresor alternativo de acuerdo con la reivindicación 17, en el que la culata (93) de la unidad de cilindro encierra una única cámara interior que no tiene pared divisoria y que se cruza por el fluido de descarga, esto es, el fluido de salida.

19. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichas paletas laminares de la válvula de aspiración y de la válvula de descarga están hechas de acero armónico.

20. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las culatas de las unidades de cilindro están hechas de aluminio o de hierro fundido.

21. Un compresor alternativo de desplazamiento positivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones

precedentes, en el que los elementos de protección anti-martillero de las válvulas de paleta laminar de descarga están hechas de acero y tienen un contorno y forma sustancialmente idénticos al contorno y la forma de las válvulas de descarga y, más aún, tienen un radio de curvatura que es ligeramente menor que el de los topes o elementos de fin de carrera (77) antes de la finalización de la operación de ensamblaje de la unidad de cilindro.