Rotor de compresor de engranaje para aplicaciones de gases fríos.

Rotor de compresor de engranaje (2) para aplicaciones de gases fríos con un árbol de piñón (16),

con unsegmento de dentado (18) con un dentado (14), al menos una rueda motriz (6) con un buje de rueda motriz (8) y unelemento de junta (10), dispuesto entre el segmento de dentado (18) y el buje de rueda motriz (8) y que soporta unajunta (12), en donde el buje de rueda motriz (8) y el segmento de junta (10) forman una región común (4), coherentede forma enteriza, de un material, caracterizado porque el buje de rueda motriz (8) y el segmento de junta (10) estánformados por un primer material y el segmento de dentado (18) de un segundo material, y porque el primer materiales más tenaz en frío que el segundo material.

Rotor de compresor de engranaje para aplicaciones de gases fríos La invención se refiere a un rotor de compresor de engranaje para aplicaciones de gases fríos con un árbol de piñón, con un segmento de dentado con un dentado, al menos una rueda motriz con un buje de rueda motriz y un elemento de junta, dispuesto entre el segmento de dentado y el buje de rueda motriz y que soporta una junta.

Los turbocompresores se usan en la industria en la generación de energía de múltiples formas. De este modo se utilizan por ejemplo compresores de engranaje para descomponer el aire, en donde se separan entre sí el oxígeno y el nitrógeno procedentes del aire ambiente. Para esto un compresor de aire aspira el aire filtrado y lo comprime hasta la presión requerida. Después de esto se refrigera el aire y se descompone en sus componentes principales, es decir en nitrógeno y oxígeno así como en una pequeña parte de gases nobles. Las unidades de compresor comprimen oxígeno y nitrógeno a continuación, para alimentarlos por ejemplo a un sistema de conductos para su utilización ulterior.

Para la compresión del oxígeno es necesario separar entre sí con cuidado el aceite lubricante para los cojinetes del rotor de compresor y el medio de transporte oxígeno, a causa del riesgo de explosiones. Por ello, para la separación gaseosa y el mantenimiento de la presión en el lado del procesamiento entre un cojinete y una rueda motriz del rotor, que produce la compresión, está dispuesta una junta laberíntica, en especial una junta multi-cámara.

Mediante la refrigeración y la descomposición a continuación del aire, la rueda motriz del turbocompresor está sometida a temperaturas muy bajas inferiores a -30º C. En otros procesos de separación gaseosa pueden alcanzarse temperaturas inferiores a -150ºC. Para evitar un comportamiento de rotura por fragilidad a estas bajas temperaturas es necesario utilizar materiales tenaces en frío para la producción de la rueda motriz. Si se materializan bajas temperaturas en un compresor de engranaje es necesario proteger contra roturas por fragilidad, como consecuencia de la baja temperatura de funcionamiento, no sólo las ruedas motrices sino también el árbol de rotor dentro de las regiones de junta hasta los puntos de cojinete.

La rueda motriz, respectivamente las ruedas motrices, y el árbol de rotor en la región de junta se fabrican en el caso de aplicaciones de gases fríos normalmente con acero tenaz en frío de alta aleación. Por motivos de la capacidad de producción y de la capacidad de montaje, el árbol de piñón y las ruedas motrices están ejecutados por separado. Para que el árbol de piñón, respectivamente el árbol de rotor en la región de dentado, cumpla elevados requisitos mecánicos, es conocido producir el árbol de piñón con un material distinto al de la rueda motriz, respectivamente su buje.

De los documentos US 1 808 792 A, US 3 874 824 A, US 1 853 973 A y US 5 482 437 A se conocen ya compresores de la clase definida al comienzo, que presentan una adecuación limitada para el funcionamiento a temperaturas bajas.

Una tarea de la presente invención consiste en indicar un rotor de compresor de engranaje para un turbocompresor, que disponga de una elevada resistencia para aplicaciones a baja temperatura.

Esta tarea es resuelta mediante un rotor de compresor de engranaje de la clase citada al comienzo, en el que conforme a la invención el segmento de junta y el buje de rueda motriz, en especial toda la rueda motriz, forman una región común, coherente de forma enteriza, de un primer material y el segmento de dentado de un segundo material. Por medio de esto una gran región del rotor está fabricada con el primer material, que está adaptado en sus características a las condiciones de funcionamiento de la rueda motriz. El riesgo de la fragilidad en frío puede evitarse con este diseño. Aparte de esto el punto de unión entre los dos materiales está desplazado muy hacia dentro en la región de funcionamiento en caliente. El segmento de dentado está situado en la región de funcionamiento en caliente y puede ejecutarse con un material de dentado convencional. Esto conduce a unas dimensiones de engranaje muy pequeñas y, de este modo, a costes reducidos así como a reducidas pérdidas mecánicas.

El turbocompresor es de forma conveniente un compresor de engranaje. El segmento de dentado puede formar parte de un engranaje que une mecánicamente el rotor de compresor de engranaje a un accionamiento, por ejemplo un motor eléctrico. El elemento de junta puede soportar una parte o una mitad de una junta, en especial una junta laberíntica para obturar un entorno de la región de compresor, respectivamente de la rueda motriz, con respeto a un cojinete del rotor, en especial un cojinete conductor de aceite.

La rueda motriz forma parte de forma conveniente de una etapa de desplome del turbocompresor y está montada convenientemente en voladizo. La rueda motriz sólo tiene que obturarse por medio de esto en un lado con respecto al cojinete de rotor, de tal modo que se mantiene reducida la complejidad de junta.

El rotor de compresor de engranaje es especialmente adecuado para su aplicación en el margen de bajas temperaturas de -30º e inferiores, si el primer material es un material tenaz en frío que es más tenaz en frío que el segundo material. La rueda motriz está protegida por medio de esto especialmente bien contra un comportamiento de rotura por fragilidad, mientras que la región interior del árbol de rotor puede estar ejecutada de forma correspondiente a los requisitos impuestos a la misma. El primer material es en especial un material tenaz en frío, como se define por ejemplo en la norma EN 10.269.

El segundo material es ventajosamente más duro, respectivamente de mayor resistencia que el primer material. El segundo material puede ser un acero templado por cementación, nitrado o muy mejorado, con lo que se tienen en cuenta los elevados requisitos mecánicos impuestos a un engranaje de rueda dentada.

En otra forma de ejecución ventajosa de la invención está dispuesto un cojinete de rotor en la región del segundo material. Mediante una aplicación de calor al cojinete de rotor puede protegerse el segundo material contra un enfriamiento excesivamente intenso. El cojinete de rotor puede ser un cojinete radial, que esté ejecutado en especial como cojinete de deslizamiento hidrodinámico. Un cojinete de este tipo puede abastecerse de aceite lubricante caliente a la temperatura de por ejemplo 45º C, con lo que se produce una aplicación de calor del cojinete de rotor al rotor. Mediante esta aplicación de calor puede protegerse la región de dentado del segundo material contra un enfriamiento excesivamente intenso. Mediante la disposición del cojinete de rotor en la región del segundo material se evita además un mayor calentamiento innecesario del primer material y, de este modo, de la parte exterior axial del rotor.

El cojinete de árbol está dispuesto de forma ventajosa entre el segmento de junta y el segmento de dentado. Mediante el pivotamiento del rotor por fuera del dentado puede conseguirse un pivotamiento estable en voladizo del rotor.

Las dos regiones de material están unidas entre sí convenientemente de forma solidaria en rotación. Esta unión solidaria en rotación puede conseguirse mediante una unión mediante la aportación de material, como por ejemplo una soldadura, una unión por fricción, como por ejemplo un acoplamiento, o una unión positiva de forma. Esta unión está formada de forma ventajosa por un dentado recto, de tal modo que las dos regiones de material engranan una en la otra en unión positiva de forma. Puede evitarse el peligro de un desequilibrio causado por una unión soldada o un resbalamiento de las dos regiones entre sí a causa de una unión por fricción no suficientemente resistente. La unión solidaria en rotación está dispuesta de forma ventajosa entre el segmento de junta y un cojinete de rotor, por ejemplo el cojinete radial.

Una unión Hirth es especialmente adecuada como unión solidaria en rotación entre las dos regiones de rotor, respectivamente regiones de material del rotor. Mediante el dentado Hirth de la unión Hirth se consigue con medios sencillos una unión fija, auto-centrante y desmontable. Los dientes del dentado Hirth están situados estáticamente y en plano de forma adyacente, en el sentido de un acoplamiento en arrastre de fuerza, y están dirigidos radialmente, con lo que se consigue el centrado. Con ayuda de la unión Hirth puede conseguirse una unión constructivamente muy sencilla entre las dos regiones de rotor. Para la unión en arrastre de fuerza es necesario un arriostramiento axial, que a su vez limita la transmisión de fuerza de una región... [Seguir leyendo]

1. Rotor de compresor de engranaje (2) para aplicaciones de gases fríos con un árbol de piñón (16) , con un segmento de dentado (18) con un dentado (14) , al menos una rueda motriz (6) con un buje de rueda motriz (8) y un elemento de junta (10) , dispuesto entre el segmento de dentado (18) y el buje de rueda motriz (8) y que soporta una junta (12) , en donde el buje de rueda motriz (8) y el segmento de junta (10) forman una región común (4) , coherente de forma enteriza, de un material, caracterizado porque el buje de rueda motriz (8) y el segmento de junta (10) están formados por un primer material y el segmento de dentado (18) de un segundo material, y porque el primer material es más tenaz en frío que el segundo material.

2. Rotor de compresor de engranaje (2) según la reivindicación 1, caracterizado porque la rueda motriz (6) está 10 montada en voladizo.

3. Rotor de compresor de engranaje (2) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo material es más duro que el primer material.

4. Rotor de compresor de engranaje (2) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la región (22) del segundo material está dispuesto un cojinete de rotor (24) .

5. Rotor de compresor de engranaje (2) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre el segmento de junta (10) y el segmento de dentado (18) está dispuesto un cojinete de rotor (24) .

6. Rotor de compresor de engranaje (2) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está dispuesta una unión solidaria en rotación (26) de las dos regiones de materia (4, 22) entre el segmento de junta (10) y un cojinete de rotor (24) .

7. Rotor de compresor de engranaje (2) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una unión solidaria en rotación (26) entre las dos regiones de material (4, 22) es una unión Hirth.