Compresor de tornillo (1) que comprende al menos un rotor macho (2) y al menos un rotor hembra (3) girandorespectivamente alrededor de un primer eje (O1) y un segundo eje (02) de rotación,

mostrando dicho rotor macho(2), en una sección transversal, lóbulos (4) y valles (6) que engranan con los correspondientes valles (5) y lóbulos (7)del rotor hembra (3), teniendo dichos lóbulos (4) del rotor macho (2) y dichos valles (5) del rotor hembra (3) perfilesal menos parcialmente generados mediante la envolvente de un perfil (p) de cremallera, caracterizado porque losperfiles de los lóbulos (4) del rotor macho (2) y de los valles (5) del rotor hembra (3) tienen partes generadasmediante la envolvente de la primera curva (z1) del perfil (p) de cremallera, extendiéndose dicha primera curva (z1),en un marco de referencia cartesiano (X, Y), entre un primer punto (H) y un segundo punto (Q) y que tiene unaconvexidad en la dirección positiva del eje de abscisas (X), cayendo dicho primer punto (H) sobre el eje de abscisas(X) a una distancia desde el origen (O) del marco de referencia cartesiano (X, Y) igual a un añadido (h1) del rotormacho (2).

Compresor de tornillo.

Campo técnico y técnica antecedente

La presente invención se refiere a un compresor de tornillo para aire o gas, en particular para su uso en aplicaciones de presión (por ejemplo en el transporte de granulados o polvos, o en el tratamiento de agua) y en aplicaciones de vacío (por ejemplo en sistemas de escape de gas, humos o vapor) .

Como es bien conocido, un compresor de tornillo comprende al menos un rotor macho y al menos un rotor hembra que engranan juntos durante la rotación alrededor de los ejes respectivos y se alojan en el interior de un cuerpo de carcasa. Cada uno de los rotores tiene nervaduras en forma de tornillo que engranan con las correspondientes ranuras en forma de tornillo del otro rotor. Tanto el rotor macho como el hembra muestran, en su sección transversal, un número predeterminado de lóbulos (o dientes) que corresponden a sus nervaduras y de valles que corresponden a sus ranuras. El número de lóbulos del rotor macho puede ser diferente del número de lóbulos del rotor hembra. Ya en la década de 1970, los perfiles simétricos de los lóbulos y valles de los rotores se sustituyeron por perfiles asimétricos para mejorar la eficiencia volumétrica de los compresores de tornillo.

Como en todos los compresores volumétricos, la eficiencia volumétrica del compresor de tornillo depende de la holgura entre los dos rotores y entre los rotores y el cuerpo que los aloja (formado por dos cilindros conectados juntos) . Adicionalmente, la eficiencia volumétrica del compresor de tornillo está influenciada por la abertura presente entre la corona del cuerpo de la carcasa y la cabeza de los rotores cuando comienzan a engranar. A través de la abertura, el gas contenido entre los valles de los rotores se sitúa en comunicación con el área de entrada del compresor; por ello el gas fluye hacia atrás hacia esta última y la eficiencia volumétrica disminuye. En sección transversal, en correspondencia con esta abertura hay un área de sopladura que tiene la forma de un triángulo con lados curvilíneos formados por las partes en punta de los lóbulos de los dos rotores. El área de sopladura se debe minimizar por medio de un diseño preciso de los perfiles de los rotores de modo que se maximice la eficiencia volumétrica.

Comenzando por la definición del perfil de uno de los dos rotores (por ejemplo el rotor hembra) y aplicando el principio de “perfiles conjugados”, extraído de la teoría de ruedas dentadas y engranajes, es posible obtener el perfil del otro rotor (en este caso el rotor macho) . Se debería observar, por razones de integridad, que los dos perfiles son conjugados si y solamente si un perfil envuelve las variadas posiciones que el otro perfil adopta en el movimiento relativo definido por las dos guías (en el caso específico de los rotores, las guías son circunferencias) . La aplicación del principio de perfiles conjugados para generar los rotores de un compresor de tornillo se describe, por ejemplo, en el documento US5454701.

Otra posibilidad para la generación de perfiles de dos rotores involucra el uso de la misma cremallera generatriz, como se muestra como por ejemplo, en los documentos WO97/43550, US4643654 y GB2418455, desvelando este último las características del preámbulo de la reivindicación 1. Mediante rodadura, sin deslizamiento, la guía del perfil de la cremallera generatriz respectivamente sobre la guía del rotor macho y sobre la guía del rotor hembra, se determinan los perfiles de los dos rotores como la envolvente de las posiciones adoptadas por el perfil de cremallera en sí.

Uno de los problemas que se afrontan cuando se diseñan los perfiles de rotores de compresores de tornillo se refiere a la definición de sus perfiles por medio de herramientas de corte, que tienden a desgastarse fácilmente. En particular, la construcción del rotor hembra es especialmente crítica, dado que el reducido grosor de sus lóbulos limita las tensiones permitidas durante el corte de los mismos lóbulos.

En este contexto, la tarea técnica en la base de la presente invención es proponer un compresor de tornillo que supere las limitaciones de la técnica precedente anteriormente mencionada.

Divulgación de la invención

En particular, es un objetivo de la presente invención proporcionar un compresor de tornillo que sea fácil y económico de construir usando herramientas de corte fáciles de fabricar en las que el desgaste se reduzca en comparación con soluciones de la técnica precedente.

Otro objetivo de la presente invención es proponer un compresor de tornillo que permita la optimización de la eficiencia volumétrica, es decir el maximizado del volumen transportado en una rotación completa de los dos rotores.

La tarea técnica definida y los objetivos especificados en el presente documento se consiguen substancialmente mediante un compresor de tornillo que comprende las características técnicas descritas en una o más de las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

Serán más evidentes las características y ventajas adicionales de la presente invención a partir de la siguiente descripción aproximada, y por ello no restrictiva, de una realización preferida, pero no exclusiva, del compresor de tornillo como se ilustra en los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 ilustra una sección transversal de un compresor de tomillo de acuerdo con la presente invención;

- la figura 2 ilustra una sección transversal de una parte (lóbulo del rotor macho) del compresor de tornillo de la figura 1;

- la figura 3 ilustra una sección transversal de una parte diferente (valle del rotor hembra) del compresor de tornillo de la figura 1;

- la figura 4a ilustra el gráfico de una primera realización de un perfil de cremallera usado para construir el compresor de la figura 1;

- la figura 4b ilustra una vista ampliada de una parte del perfil de cremallera de la figura 4a;

- la figura 5a ilustra el gráfico de una segunda realización de un perfil de cremallera usado para construir el compresor de la figura 1;

- la figura 5b ilustra una vista ampliada de una parte del perfil de cremallera de la figura 5a;

- la figura 6 ilustra una parte (primera curva) del perfil de cremallera de las figuras 4 y 5 y el método de construcción de la misma;

- la figura 7 ilustra el área de sopladura del compresor de tornillo de la figura 1, en una configuración más próxima, en sección transversal.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

Con referencia a las figuras, 1 indica un compresor de tornillo que comprende al menos un rotor macho 2 y al menos un rotor hembra 3, conjugados entre sí. En la realización descrita ilustrada en el presente documento, está presente un único rotor macho 2 y un único rotor hembra 3 alojados en el interior de un cuerpo de carcasa 8 (parcialmente ilustrado en la figura 7) . En particular, dicho cuerpo de carcasa 8 se obtiene mediante la unión de dos cilindros que se comunican mutuamente de modo que forman una única cavidad de carcasa para los rotores 2, 3. En una realización alternativa (no ilustrada) , se proporciona una pluralidad de pares conjugados de rotores macho 2 y rotores hembra 3. Como se ha ilustrado en la figura 1, el rotor macho 2 gira alrededor de un primer eje O1 de rotación, mientras que el rotor hembra 3 rota alrededor de un segundo eje 02 de rotación. En particular, el primer eje O1 se localiza a una distancia I (comúnmente conocida mediante la expresión “distancia central”) del segundo eje 02 de rotación. El primer eje O1 y el segundo eje 02 son mutuamente paralelos. Cada uno de dichos rotores 2, 3 tiene nervaduras con forma de tornillo que engranan con las ranuras con forma de tornillo formadas entre las nervaduras con forma de tornillo correspondientes del otro rotor 2, 3. En consecuencia, en sección transversal, el rotor macho 2 muestra lóbulos 4 (o dientes) y valles que engranan con los correspondientes valles 5 y lóbulos 7 (o dientes) del rotor hembra 3.

La figura 2 ilustra los parámetros significativos que caracterizan al rotor macho 2. En particular, se identifica una circunferencia primitiva Cp1 del rotor macho 2, correspondiente también a la guía del rotor macho 2. La medida del radio Rp1 de la circunferencia primitiva Cp1 del rotor macho 2 es proporcional al... [Seguir leyendo]

1. Compresor de tornillo (1) que comprende al menos un rotor macho (2) y al menos un rotor hembra (3) girando respectivamente alrededor de un primer eje (O1) y un segundo eje (02) de rotación, mostrando dicho rotor macho (2) , en una sección transversal, lóbulos (4) y valles (6) que engranan con los correspondientes valles (5) y lóbulos (7) del rotor hembra (3) , teniendo dichos lóbulos (4) del rotor macho (2) y dichos valles (5) del rotor hembra (3) perfiles al menos parcialmente generados mediante la envolvente de un perfil (p) de cremallera, caracterizado porque los perfiles de los lóbulos (4) del rotor macho (2) y de los valles (5) del rotor hembra (3) tienen partes generadas mediante la envolvente de la primera curva (z1) del perfil (p) de cremallera, extendiéndose dicha primera curva (z1) , en un marco de referencia cartesiano (X, Y) , entre un primer punto (H) y un segundo punto (Q) y que tiene una convexidad en la dirección positiva del eje de abscisas (X) , cayendo dicho primer punto (H) sobre el eje de abscisas

(X) a una distancia desde el origen (O) del marco de referencia cartesiano (X, Y) igual a un añadido (h1) del rotor macho (2) .

2. Compresor (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha primera curva (z1) es una rama de hipérbola en la que un punto genérico (S) tiene coordenadas (XS, YS) definidas por las siguientes ecuaciones:

XS = (h1 + RA) – RA / cos <

YS = -HB tg <

siendo dichas ecuaciones paramétricas y dependientes de un primer parámetro (RA) , un segundo parámetro (HB) y un tercer parámetro (<) , siendo dicho primer parámetro (RA) la medida de un radio de una circunferencia auxiliar (u) tangente al perfil (p) de cremallera en dicho primer punto (H) y teniendo su centro (C) cayendo sobre el eje de abscisas (X) , siendo dicho segundo parámetro (HB) la distancia desde el centro (C) de la circunferencia auxiliar (u) de una línea auxiliar (r) paralela al eje de ordenadas (Y) y que pasa a través del eje de abscisas (X) entre dicho primer punto (H) y dicho centro (C) de la circunferencia auxiliar (u) , indicando dicho tercer parámetro (<) un ángulo agudo auxiliar delimitado por el eje de abscisas (X) y por un radio de dicha circunferencia auxiliar (u) que pasa a través de un punto auxiliar (T) que cae sobre dicha línea auxiliar (r) y que tiene una ordenada (YT) igual a la ordenada (YS) de dicho punto genérico (S) que cae sobre dicha rama de hipérbola.

3. Compresor (1) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho primer parámetro (RA) varía entre un valor mínimo igual a la distancia (I) entre dicho primer eje (O1) y dicho segundo eje (O2) de rotación de los rotores (2, 3) y un valor máximo igual a cincuenta veces la distancia (I) entre dichos ejes (O1, 02) de rotación de los rotores (2, 3) .

4. Compresor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno de dichos valles (5) del rotor hembra (3) tiene al menos un lado (FS2) unido con el lóbulo consecutivo (7) del rotor hembra (3) por medio de un primer arco (a) que tiene un radio de una longitud predefinida (RT2) que varía entre un valor mínimo igual al añadido (h2) del rotor hembra (3) multiplicado por 1, 1 y un valor máximo igual al añadido (h2) del rotor hembra (3) multiplicado por 1, 5.

5. Compresor (1) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que cada uno de dichos lóbulos (4) del rotor macho (2) tiene dos lados (FA1, FS1) unidos por medio de un segundo arco (b) que tiene un radio de una longitud predefinida (RT1) que varía entre un valor mínimo igual al doble de la longitud predefinida (RT2) del radio de dicho primer arco

(a) y un valor máximo igual a la longitud predefinida (RT2) del radio de dicho primer arco (a) multiplicada por 2, 5.

6. Compresor (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho perfil (p) de cremallera comprende además una segunda curva (z2) que consiste en un segmento rectilíneo que se extiende entre dicho segundo punto (Q) y un tercer punto (P) , siendo tangente dicha segunda curva (z2) a la primera curva (z1) en dicho segundo punto (Q) y teniendo una extensión que incide en el eje de ordenadas (Y) en un cuarto punto (J) de modo que forme un ángulo agudo (a) principal con dicho eje de ordenadas (Y) .

7. Compresor (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho perfil (p) de cremallera comprende además una tercera curva (z3) que consiste en un arco que se extiende entre dicho segundo punto (Q) y un quinto punto (N) , teniendo dicha tercera curva (z3) y dicha primera curva (z1) en dicho segundo punto (Q) una misma línea tangente

(w) que incide en el eje de ordenadas (Y) en un cuarto punto (J) de tal manera que forme un ángulo agudo (a) principal con dicho eje de ordenadas (Y) .

8. Compresor (1) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho perfil (p) de cremallera comprende además una tercera curva (z3) que consiste en un arco que se extiende entre dicho tercer punto (P) y un quinto punto (N) , siendo tangente dicha tercera curva (z3) a la segunda curva (z2) en dicho tercer punto (P) .

9. Compresor (1) de acuerdo con las reivindicaciones 6 a 8, en el que dicho perfil (p) de cremallera comprende además una cuarta curva (z4) que consiste en un trocoide que se extiende entre dicho primer punto (H) y un sexto

punto (G) , siendo dicha cuarta curva (z4) tangente a la primera curva (z1) en dicho primer punto (H) y generando, mediante la envolvente del rotor macho (2) , un segundo arco (b) que une dos lados (FA1, FS1) de dicho rotor macho (2) .

10. Compresor (1) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho perfil (p) de cremallera comprende además una quinta curva (z5) que se extiende entre dicho sexto punto (G) y un séptimo punto (M) que tiene una distancia desde el eje de ordenadas (Y) igual a un añadido (h2) del rotor hembra (3) , siendo tangente dicha quinta curva (z5) a la cuarta curva (z4) en dicho sexto punto (G) y generando, mediante la envolvente del rotor hembra (3) , un primer arco (a) .

11. Compresor (1) de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dicho perfil (p) de cremallera comprende además una sexta curva (z6) que consiste en un segmento rectilíneo paralelo al eje de ordenadas (Y) y que se extiende entre dicho séptimo punto (M) y un octavo punto (L) situado a una distancia del quinto punto (N) igual a la suma de un primer grosor (T01) de los lóbulos (4) de rotor macho (2) y un segundo grosor (T02) de los lóbulos (7) del rotor

hembra (3) .

12. Compresor (1) de acuerdo con las reivindicaciones 6 a 11, en el que dicho ángulo agudo (a) principal tiene un valor entre 10º y 50º.