ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La obtención de frío a bajas temperaturas, en las escalas comprendidas en aproximadamente entre los-60° C y - 120° C, se consigue mediante dispositivos o aparatos turbo-refrigeradores, en los que la regulación de la productividad y la temperatura se consiguen mediante la instalación de los dispositivos de carga en forma de un aparato turbocompresor o un electro-generador de alta frecuencia. Como evolución más avanzada de los dispositivos de carga pueden citarse los que tienen forma de un casquillo liso y cilíndrico que abarca una parte del

eje con pequeña holgura radial, de manera que a través de válvulas especiales en la holgura se envía el líquido engrasante que se utiliza en los cojinetes.

Estos aparatos turbo-refrigeradores suelen funcionar por el principio del ciclo de aire recuperativo refrigerador con un turboexpansor, estando compuesto el conjunto del turbo-refrigerador por un compresor, un bloque de secado de aire, un intercambiador de calor recuperativo, un sistema de engrase, un sistema de mando y el propio turboexpansor.

Los defectos principales que presentan este tipo de turbo-refrigeradores conocidos, son la pequeña escala de regulación de potencia de la turbina, usualmente entre el 10% y el 15% de la nominal, así como la fuerte acción desestabilizante hidromecánica sobre el rotor, al régimen de incitación de los procesos auto-oscilantes no- estacionarios. Como resultado se disminuye bruscamente el área del funcionamiento dinámico-estable del aparato.

El turboexpansador es una unidad de alta velocidad (turbina de expansión), en la cual el aire comprimido resultante de la expansión adiabática se enfría hasta que está a bajas temperaturas (entre-120° y-60°C). La turbina de expansión consta de los siguientes elementos : - la etapa de turbina-equipada con rueda de transmisión axial-radial con alabe de perfil completo.

- el grupo del rotor incluye asientos deslizantes supersensibles cuyo principio de funcionamiento es hidrostático (es un elemento básico del eje giratorio); - el dispositivo de carga está realizado a modo de frenos de rozamiento hidrodinámico situados en el soporte libre del eje;

De este modo, el soporte libre del eje es la parte opuesta a la parte de turbina del eje del expansor de turbina, situada detrás del grupo del rotor.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El aparato turbo-refrigerador que se preconiza ha sido concebido para resolver esa problemática a plena satisfacción, en base a una solución sencilla y no por ello menos eficaz, de manera que el propio aparato, presenta unas características tales que permiten asegurar las condiciones óptimas de refrigeración en diferentes regímenes de temperatura, así como un funcionamiento estable del turboexpansor, en gran escala y en la posibilidad de regular la temperatura con precisión de hasta 1° C.

Más concretamente, la característica fundamental de novedad que incluye el aparato turbo-refrigerador, es que el turboexpansor está dotado de un dispositivo de carga montado en la consola libre del eje del propio turboexpansor, en forma de un casquillo con canales anulares y donde la longitud relativa a los elementos laborales de fricción hacia el radio es de 0,1-0, 2 en la parte de rotor, contando además con canales axiales en anchura relativa a los elementos de trabajo de 0,1 a 0,2 en la superficie de respuesta de la parte de estátor del casquillo o dispositivo de carga.

Mediante el aparato de la invención, la regulación de la temperatura de trabajo se realiza por intercambio de la cantidad de aire aumentando la cantidad del mismo que va desde el turboexpansor hasta el intercambiador de calor recuperativo, con lo que se cambia la potencia del turboexpansor y el régimen de velocidad de trabajo.

Como consecuencia de la nueva concepción del dispositivo de carga, en forma de casquillo cilíndrico con canales axiales y anulares realizados en las superficies de trabajo de las partes de rotor y estátor del casquillo, se consigue que el líquido de engrase que se envía a la holgura de trabajo, atraiga, como consecuencia de la rotación del eje, el aire que rodea al casquillo, cuya cantidad varía según la capacidad de rotación del eje, y como consecuencia de ello surge la fricción hidrodinámica del medio considerablemente emulsificado.

De esta manera, la regulación de la potencia de freno se realiza a través del cambio de la cantidad del producto engrasante con el que se alimenta la holgura de trabajo de los elementos del casquillo, gracias a lo cual se consigue el cambio, en una amplia escala de la viscosidad mecánica, de la emulsión que se crea en la holgura de trabajo, y como resultado de todo ello la escala de regulación de la potencia de la turbina y, consecuentemente, de la cantidad de frío producido, se aumenta hasta valores de 70-80% de la nominal.

Como consecuencia de la rotura de la capa engrasante originada por los canales axiales y anulares en la superficie del casquillo correspondiente al dispositivo de carga, se ven disminuidas bruscamente las fuerzas hidrodinámicas no-estacionarias que actúan sobre el rotor, y a través de los cuales se consigue una disminución considerable del nivel de la acción incitante sobre el rotor, la cual regula el mantenimiento de los regímenes estables de trabajo de la turbina en toda la escala de trabajo de las velocidades de rotación.

Estructuralmente, el aparato turbo-refrigerador incluye dos parte fundamentales, una correspondiente al

compresor y otra correspondiente al refrigerador, de manera que la parte correspondiente al compresor comprende a su vez el compresor propiamente dicho, un bloque refrigerador, un separador de aceite y de humedad, un bloque de secado, un filtro de limpieza fina y un filtro de presión baja, mientras que la parte de refrigeración comprende a su vez un intercambiador de calor recuperativo, una válvula de corte, una protección automática del turboexpansor, cámaras de refrigeración, equipo de bombas con refrigerador de aceite, acomodador de aceite, filtro superfino de limpieza de aceite y válvula de retención, así como el propio turboexpansor al que está asociado el dispositivo de carga como elemento fundamental de la invención.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento (de acuerdo con un ejemplo de realización práctica del mismo) se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente : La figura 1. -Muestra el esquema correspondiente al diagrama de bloques del aparato-refrigerador objeto de la invención.

La figura 2. -Muestra una vista en alzado lateral del detalle correspondiente al dispositivo de carga que se monta sobre el turboexpansor que forma parte del aparato- refrigerador de la invención.

La figura 3. -Muestra un detalle en sección

correspondiente a la línea de corte A-B de la figura anterior.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN Como se puede ver en las figuras referidas, y en relación concretamente con la figura 1, puede verse como el aparato turbo-refrigerador objeto de la invención comprende dos partes fundamentales, una referenciada en general con la letra A y la otra referenciada en general con la letra B, correspondiendo la primera al conjunto del compresor y la segunda al conjunto de refrigeración.

La parte A correspondiente al grupo o conjunto compresor comprende los bloques correspondientes al compresor (1) propiamente dicho, un bloque refrigerador de extremo (2), un bloque separador de aceite y humedad (3), un bloque de secado (4), un filtro de limpieza fina (5) y un filtro de presión baja (6).

En cuanto a la parte de refrigeración B, incluye un bloque (7) correspondiente a un intercambiador de calor recuperativo, una válvula aérea de corte (8), un turboexpansor (9), un bloque de protección automática (10) del propio turboexpansor y una pareja de bloques (11) correspondientes a sendas cámaras de refrigeración, complementándose con un equipo de bombas (12), con un refrigerador de aceite (13), un acomodador de aceite (14), unos filtros superfinos de limpieza de aceite (15) y una válvula de retención (16).

La novedad de la invención consiste en que en la consola libre del eje del turboexpansor (9) va montado un dispositivo de carga (17) que constituye un freno cilíndrico e hidráulico en forma de casquillo, cuya

configuración física corresponde al detalle representado en las figuras 2 y 3, donde la parte del rotor (18) de dicho turboexpansor (17) está afectada de una pluralidad de canales anulares (19) con la longitud relativa de los elementos de fricción hacia el radio del casquillo de 0,1-0, 2.

Por su parte, en la superficie de respuesta de la parte de estátor (20) del citado casquillo correspondientes al turboexpansor (17), está afectada de canales axiales (21) con la anchura relativa de los elementos de trabajo hacia el radio del casquillo de 0,1- 0,2.

En base a las características del turbo- refrigerador descrito, el funcionamiento es como sigue : El aire comprimido y limpiado en la parte A correspondiente al conjunto compresor, previamente enfriado en el intercambiador de calor recuperativo (7), pasa a través de la válvula (8) al turboexpansor, donde se aumenta y se enfría hasta la temperatura necesaria.

Una parte de ese aire aumentado y enfriado vuelve al intercambiador de calor recuperativo (7), mientras que la otra parte (que es la mayoría) va al enfriamiento del consumidor del aire frío en las cámaras de refrigeración (11).

La regulación de la temperatura de trabajo se realiza sobre el cambio de la velocidad de rotación del turboexpansor (9), que se consigue por medio de la regulación de la alimentación del medio engrasante que entra en la holgura de trabajo del dispositivo de carga (17), donde por medio de los canales anulares (19) y

axiales (21) se realiza la emulsificación del medio engrasante.

Debido al gran cambio de la viscosidad dinámica de la emulsión creada se cambia la potencia de freno que actúa sobre el turboexpansor (9) permitiendo asegurar la regulación del régimen de temperatura con una precisión de hasta 1° C, consiguiéndose la estabilidad de vibración del turboexpansor (9) a las auto-oscilaciones semi- frecuenciales, evitándose el sobrecalentamiento de aceite con la alta frecuencia de rotación de la turbina que llega a más de 100.000 revoluciones por minuto.