Varilla accionadora para el pistón de un compresor alternativo.

Una varilla accionadora para el pistón de un compresor alternativo del tipo que comprende:

un bloque de cilindro (10) que define, en su interior, una cámara de compresión (11); un pistón (20) que alterna axialmente dentro de la cámara de compresión (11) de acuerdo con el eje de esta última; un medio accionador (DM) montado en el bloque de cilindro (10) para aplicar fuerzas alternativas al pistón (20); y una varilla accionadora (50) acoplada al pistón (20) y al medio accionador (DM), caracterizada por que la varilla accionadora (50) comprende un manojo de "n" varillas (51) dispuestas lado a lado a lo largo del eje de la varilla accionadora (50), presentando cada varilla (51) una sección transversal que se dimensiona y configura para impartir a la varilla accionadora (50), conjuntamente con las otras varillas (51), una rigidez axial suficiente para transmitir las fuerzas alternativas de aplicación en el pistón (20), así como una flexibilidad, en al menos una dirección transversal al eje de la varilla accionadora (50), que es suficiente para absorber, al menos sustancialmente, las fuerzas ejercidas sobre el pistón (20), en dicha dirección transversal, mediante la varilla accionadora (50) y mediante el medio accionador (DM) en la región de la cámara de compresión (11).

Varilla accionadora para el pistón de un compresor alternativo Campo de la invención

La presente invención se refiere a una varilla accionadora de aplicación en un compresor alternativo con un motor eléctrico del tipo rotativo o lineal, construyéndose dicha varilla accionadora para acoplar operativamente un medio accionador a un pistón que va a alternar en el interior de una cámara de compresión del compresor, de acuerdo con el eje de dicha cámara.

Técnica anterior

Los compresores alternativos que se accionan mediante un motor eléctrico rotativo o lineal comprenden generalmente un bloque de cilindro que define, internamente, una cámara de compresión dentro de la que alterna axialmente un pistón acoplado a un medio accionador montado en el bloque de cilindro y asociado operativamente con el motor eléctrico del compresor.

El pistón se acopla al medio accionador para permitir que se transfieran fuerzas entremedias y para hacer que el pistón se mueve dentro de la cámara de compresión de acuerdo con una dirección axial que coincide con el eje de dicha cámara de compresión para minimizar las fuerzas de reacción transversales del bloque de cilindro contra el pistón dentro de la cámara de compresión. Tal como se conoce, las fuerzas de reacción transversales del bloque de cilindro contra el pistón pueden provocar una fricción excesiva entre el pistón y el bloque de cilindro, conduciendo a un aumento del consumo de energía, reduciendo por tanto la eficacia del compresor, y a un desgaste acelerado de los componentes sometidos a altos niveles de fricción, reduciendo la vida útil del compresor.

Un compresor alternativo conocido con un motor eléctrico lineal, tal como se ¡lustra en la Figura 1 de los dibujos adjuntos, comprende un bloque de cilindro 10 que define, internamente, una cámara de compresión 11 que presenta un eje 12 y con un pistón 20 alternando axialmente en su interior. La cámara de compresión 11 tiene un extremo que se cierra generalmente mediante una placa de válvula 13 y mediante una culata de cilindro 14, estando provista la placa de válvula 13 de una válvula de succión 13a y una válvula de descarga 13b de construcción adecuada para controlar la admisión y descarga de gas en relación con la cámara de compresión 11 tras el movimiento del pistón 20.

En la construcción conocida ¡lustrada en la Figura 1, el pistón 20 se acopla operativamente al medio accionador DM, que en el caso de un compresor con un motor eléctrico lineal, comprende un accionador 30 con la forma de una estructura tubular, concéntrico y externo respecto a la cámara de compresión 11 y que soporta un elemento magnético 31 para recibir operativamente un Impulso, con el accionador 30, tras la activación de un motor eléctrico lineal 40 montado en el bloque de cilindro 10 alrededor de la cámara de compresión 11. En este ejemplo, el medio accionador comprende además a un conjunto de resortes 60 montados entre el bloque de cilindro 10 y el pistón 20.

Al pistón 20 se acopla directa o Indirectamente un extremo de una varilla accionadora 50 cuyo extremo opuesto se acopla a los resortes 60, resortes helicoidales por ejemplo, que se montan de tal manera que ejercen fuerzas axiales opuestas sobre el pistón 20 tras su movimiento alternativo axial en el Interior de la cámara de compresión 11 provocado por el medio accionador DM que comprende el accionador 30 y los resortes 60. El pistón 20, el accionador 30 y los resortes 60 forman el conjunto resonante del compresor con un motor lineal.

Estos compresores se diseñan y construyen para que el eje del movimiento alternativo axial del pistón 20 coincida con los ejes tanto del pistón 20 como de la cámara de compresión 11, Intentando minimizar o Incluso suprimir las fuerzas de reacción transversales entre el pistón 20 y el bloque de cilindro 10. Sin embargo, durante el uso, dichos ejes pueden desalinearse y de esta manera pueden ocurrir fuerzas de reacción transversales entre el pistón 20 y el bloque de cilindro 10 a causa de algunas características constructivas Inherentes a los compresores, tal como los errores geométricos en la construcción de los resortes helicoidales y la rigidez transversal de los mismos cuando se deforman axial y elásticamente. Además de los aspectos anteriores, debería considerarse el hecho de que las desalineaciones ocurren normalmente en la construcción y ensamblaje de componentes mecánicos, ya que normalmente no se logra la perfección en términos de dimensiones y formas de los diferentes componentes de un dispositivo mecánico.

En la construcción ¡lustrada en la Figura 1, la varilla accionadora 50 tiene la forma de una varilla axial generalmente tubular y transversalmente rígida, por donde el conjunto de plstón-acclonador se comporta como un único cuerpo sobre el que se aplican fuerzas axiales magnéticas del motor lineal 40 que no producen, sobre el pistón 20, componentes transversales capaces de provocar una fricción excesiva entre dicho pistón 20 y el bloque de cilindro 10.

Sin embargo, los resortes 60 ejercen sobre el conjunto de plstón-acclonador, no solo las fuerzas axiales resultantes de la compresión de los mismos durante el movimiento del pistón 20, sino también fuerzas transversales cuya

intensidad varía como una función de los errores de construcción y ensamblaje del los resortes 60. Tales fuerzas transversales Indeseables, producidas por la deformación operativa de los resortes, tienden a desalinear el pistón 20 en relación con el eje de la cámara de compresión 11, dando lugar a fuerzas de reacción transversales del bloque de cilindro 10, así como una consiguiente mayor fricción entre este último y el pistón 20 que alterna axialmente dentro de la cámara de compresión 11.

La patente de Estados Unidos US 5.525.845, de Sumpower Inc., describe una solución constructiva para el problema antes mencionado, de acuerdo con la que la varilla accionadora, que puede montarse de diferentes maneras entre el pistón y el medio accionador, se construye para presentar una rigidez axial obligatoria y también flexibilidad transversal suficiente para evitar que todas las fuerzas transversales que actúan sobre el pistón, Incluyendo la fuerza ejercida por la propia varilla accionadora, sobrepasen las fuerzas transversales de centralización aplicadas al pistón mediante un cojinete neumático proporcionado entre este último y el bloque de cilindro.

Esta solución anterior usa una varilla accionadora de una única pieza dimensionada para presentar la rigidez axial necesaria y una flexibilidad transversal en un grado compatible con las fuerzas transversales de centralización producidas sobre el pistón mediante el cojinete neumático. Dicha solución de la técnica anterior no permite una flexibilidad adecuada en las dimensiones de la varilla accionadora en relación con los compresores en los que la fuerza axial que se va a transmitir o soportar mediante la varilla accionadora requiere un área en sección transversal para esta última que dificulta, en la longitud disponible para la varilla accionadora de una única pieza, que esta última presente la flexibilidad transversal deseada. Se sugiere el uso de múltiples varillas (Figura 8) solo en una relación separada, estando cada varilla dimensionada para presentar las características deseadas de rigidez axial y flexibilidad transversal. Esta es una construcción compleja, que requiere la provisión del cojinete neumático para mantener el pistón adecuadamente centralizado en la cámara de compresión.

Debería apreciarse además que la provisión de múltiples varillas dispuestas separadas y simétricas en relación con el eje de la cámara de compresión, tal como se sugiere en la Figura 8 de la patente de Estados Unidos US 5.525.845, no elimina completamente las deficiencias ya analizadas en relación con la varilla accionadora de una única pieza. La disposición anterior propuesta proporciona una pluralidad de varillas separadas entre sí, conectando el conjunto de resortes planos de un compresor de motor lineal con la estructura que soporta el bloque de cilindro. Estas múltiples varillas pueden dimensionarse para proporcionar, conjuntamente, la rigidez necesaria y el grado deseado de flexibilidad en la dirección transversal. Sin embargo, debido al hecho de estar separadas, dichas múltiples varillas de la técnica anterior no absorben las fuerzas transversales producidas por desalineaciones angulares del eje del medio accionador en relación con el eje de la cámara de compresión. Tales desalineaciones no se absorben mediante las varillas separadas, ya que estas últimas tendrían que deformarse axialmente, parcialmente por expansión y parcialmente por construcción. Por otro lado, la rigidez axial obligatoria de las... [Seguir leyendo]

1. Una varilla acclonadora para el pistón de un compresor alternativo del tipo que comprende: un bloque de cilindro

(10) que define, en su Interior, una cámara de compresión (11); un pistón (20) que alterna axialmente dentro de la cámara de compresión (11) de acuerdo con el eje de esta última; un medio acclonador(DM) montado en el bloque de cilindro (10) para aplicar fuerzas alternativas al pistón (20); y una varilla acclonadora (50) acoplada al pistón (20) y al medio acclonador (DM), caracterizada por que la varilla accionadora (50) comprende un manojo de "n" varillas (51) dispuestas lado a lado a lo largo del eje de la varilla accionadora (50), presentando cada varilla (51) una sección transversal que se dlmenslona y configura para impartir a la varilla acclonadora (50), conjuntamente con las otras varillas (51), una rigidez axial suficiente para transmitir las fuerzas alternativas de aplicación en el pistón (20), así como una flexibilidad, en al menos una dirección transversal al eje de la varilla acclonadora (50), que es suficiente para absorber, al menos sustanclalmente, las fuerzas ejercidas sobre el pistón (20), en dicha dirección transversal, mediante la varilla accionadora (50) y mediante el medio acclonador (DM) en la reglón de la cámara de compresión

(11).

2. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 1, caracterizada por que cada una de las varillas (51) presenta un área en sección transversal correspondiente a 1/n del área en sección transversal necesaria para Impartir a la varilla accionadora (50) la rigidez axial suficiente, dlmenslonándose y configurándose la sección transversal de las varillas (51) para que la suma de los momentos de Inercia de las varillas (51), en dicha dirección transversal, sea una fracción del momento de inercia, en dicha dirección transversal, de una varilla accionadora de una única pieza que tiene un área en sección transversal correspondiente a la suma de las áreas en sección transversal de las varillas (51).

3. La varilla acclonadora según lo expuesto en la reivindicación 2, caracterizada porque la suma de los momentos de inercia de las varillas (51) se corresponde con una fracción "n" del momento de Inercia de una varilla accionadora (50) de una única pieza con un área en sección transversal correspondiente a la suma de las áreas en sección transversal de las varillas (51).

4. La varilla acclonadora según lo expuesto en la reivindicación 2, caracterizada porque la suma de los momentos de inercia de las varillas (51) se corresponde con una fracción "n2" del momento de inercia de una varilla acclonadora (50) de una única pieza con un área en sección transversal correspondiente a la suma de las áreas en sección transversal de las varillas (51).

5. La varilla acclonadora según lo expuesto en la reivindicación 2, caracterizada por que las varillas (51) están dispuestas simétricamente alrededor del eje de desplazamiento del pistón (20) y asentadas lateralmente entre sí.

6. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 5, caracterizada por que las varillas (51) son rectilíneas y paralelas entre sí.

7. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 5, caracterizada por que las varillas (51) están dispuestas en una disposición helicoidal.

8. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 5, caracterizada por que las varillas (51) presentan una sección transversal circular con igual flexibilidad en cualquier dirección transversal.

9. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 2, caracterizada por que las varillas (51) son rectilíneas, paralelas y se asientan lateralmente entre sí, teniendo cada varilla (51) una sección transversal rectangular con una dimensión correspondiente a una dimensión (L) de la sección transversal rectangular de una varilla accionadora de una única pieza, y con la otra dimensión (h) correspondiente a la fracción "n" de la otra dimensión (H) de la sección transversal de dicha varilla accionadora de una única pieza, correspondiéndose la sección transversal de esta última con la suma de las áreas en sección transversal de las "n " varillas (51) de la varilla accionadora con múltiples varillas (51).

10. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 2, caracterizada por que las varillas (51) están rodeadas conjunta y medianamente mediante al menos un manguito (80) que ocupa parte de la extensión longitudinal de la varilla accionadora (50).

11. La varilla acclonadora según lo expuesto en la reivindicación 10, caracterizada por que el manguito (80) se define mediante un anillo elástico (81) que presiona las varillas (51) entre sí.

12. La varilla acclonadora según lo expuesto en la reivindicación 10, caracterizada por que el manguito (80) se define mediante un resorte helicoidal (82) montado firmemente alrededor de las varillas (51) de la varilla accionadora (50).

13. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 10, caracterizada por que el manguito (80) se define mediante una extensión de tubo (83) montada con un pequeño huelgo alrededor de las varillas (51) de la

varilla accionadora (50).

14. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 2, caracterizada por que las varillas (51) presentan extremos opuestos que definen los extremos de la varilla accionadora (50), teniendo dichas varillas (51) cada uno de los extremos opuestos fijados conjuntamente a un bloque terminal (90).

15. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 14, caracterizada por que cada bloque terminal (90) comprende un cuerpo tubular (91) que incorpora una cabeza terminal (91a) ampliada girada hacia las varillas

(51) y que presenta, internamente, un alojamiento (91b) definido axialmente a través de la cabeza terminal (91a) ampliada y a través de al menos parte de la extensión del cuerpo tubular (91).

16. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 15, caracterizada por que el cuerpo tubular (91) está roscado externamente, teniendo la cabeza terminal (91a) ampliada la forma de una tuerca hexagonal.

17. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 14, caracterizada por que los extremos opuestos

(52) de las varillas (51) están curvados lateralmente, definiendo una deformación de anclaje, estando moldeado cada bloque terminal (90) sobre uno de los extremos opuestos (52) de las varillas (51).

18. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 17, caracterizada por que cada bloque terminal (90) comprende un cuerpo alargado (92) que incorpora una cabeza terminal (92a) ampliada girada hacia las varillas (51).

19. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 18, caracterizada por que el cuerpo alargado (92) está roscado externamente, teniendo la cabeza terminal (92a) ampliada la forma de una tuerca hexagonal.

20. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 14, caracterizada por que los bloques terminales (90) se forman mediante un par de placas (93) que se fijan entre sí, atrapando entremedias un extremo respectivo de las varillas (51).

21. La varilla accionadora según lo expuesto en la reivindicación 14, caracterizada por que los bloques terminales se definen mediante ojos (94) de un varilla accionadora (50) en la forma de una biela de un compresor alternativo.