ITCO20130055A1 - Assieme testacroce-asta di pistone per compressore alternativo - Google Patents

Description

Crosshead-piston rad assemblyfor a reciprocating compressor / Assieme

testacroce-asta di pistone per compressore alternativo.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a un assieme testacroce-asta di pistone, in particolare all'interno di un compressore alternativo.

Nel campo tecnico delle macchine alternative (ovvero macchine aventi un pistone che si muove all'interno di un cilindro, come ad esempio i motori a combustione interna), il pistone viene generalmente connesso in maniera diretta a un albero a gomiti mediante un'asta di collegamento. Nello specifico, l'asta di collegamento viene connessa all'albero a gomiti tramite un perno di biella. In questa disposizione, tuttavia, le forze oblique derivanti dall'asta di collegamento vengono trasmesse direttamente al pistone, poiché, con il movimento rotatorio dell'albero a gomiti, il perno di biella (e quindi la direzione verso cui la forza viene applicata) si sposta da un lato all'altro.

Queste forze trasversali risultano tollerabili nelle macchine alternative più piccole. Tuttavia, in quelle di dimensioni maggiori, come ad esempio un grande compressore alternativo, le forze prodotte risulterebbero molto più rilevanti e determinerebbero di conseguenza un livello intollerabile di usura sul pistone e sul cilindro, aumentando inoltre la frizione complessiva.

Pertanto, diventa necessario disaccoppiare il movimento trasversale del perno di biella dal movimento assiale del pistone. Per eseguire questa funzione, un testacroce collega un'asta di pistone (che fa parte del pistone) a un'asta di collegamento (che è collegata all'albero a gomiti tramite il perno di biella). Le forze oblique trasmesse dall'asta di collegamento vengono assorbite dal testacroce stesso e ciò consente all'asta di pistone di spostarsi lungo il proprio asse con un carico trasversale trascurabile.

L'assieme testacroce-asta di pistone è noto nello stato dell'arte e comprende un pistone e un testacroce. Il pistone comprende una testa, che è inserita all'interno di un cilindro, e un'asta collegata alla testa. Il testacroce comprende un corpo principale con una prima estremità collegata all'albero a gomiti e una seconda estremità connessa all'asta di pistone. Inoltre, il testacroce è dotato di cuscinetti collegati al corpo principale e innestati in assetto scorrevole su una parete interna del cilindro. I cuscinetti stessi assorbono le suddette forze oblique, consentendo al testacroce di mantenere l'allineamento rispetto all'asse longitudinale del pistone. Più in dettaglio, il testacroce noto comprende una flangia che è collegata al corpo principale, in particolare sulla seconda estremità. L'asta dispone di uno spallamento e di un collo. La flangia presenta un foro passante all'interno del quale l'asta, e in particolare la parte del collo, può essere inserita, mentre lo spallamento dell'asta viene posizionato in contatto con una superficie della flangia. In altre parole, l'asta viene parzialmente inserita all'interno del foro della flangia, in modo tale che dall'altro lato emerga un'estremità filettata.

Per assemblare il pistone al testacroce - viene avvitato un- dado all'estremità -filettata, così che la flangia risulti bloccata tra il dado e lo spallamento dell'asta. La flangia viene quindi imbullonata al corpo principale del testacroce. Durante le normali operazioni del pistone, i carichi sono principalmente di tipo assiale. Ciò determina infatti una concentrazione di sollecitazioni nella zona dell'asta compresa tra il collo e lo spallamento.

Il principale svantaggio dell'assieme testacroce-asta di pistone noto è costituito dal fatto che una tale concentrazione di sollecitazioni in un'aera molto ridotta risulta spesso sufficiente a determinare la deformazione plastica del materiale dell'asta, compromettendo così l'integrità strutturale dell'asta.

RIEPILOGO

Un primo aspetto dell'invenzione è pertanto rivolto a un assieme testacroce-asta di pistone per un compressore alternativo. Questo assieme comprende un'asta di pistone e un testacroce dotato di un foro. Un elemento di congiunzione è collegato all'asta e inserito almeno parzialmente all'interno del foro di modo da congiungere il testacroce al pistone.

In questo modo, si ottiene il vantaggio di migliorare la resistenza complessiva dell'assieme, poiché l'elemento di congiunzione è separato dall'asta di pistone e può essere pertanto prodotto con un materiale più solido.

Un altro aspetto dell'invenzione si riferisce al fatto che l'asta possiede una superficie di contatto per la ricezione dell'elemento di congiunzione, mentre quest'ultimo dispone di una superficie di fissaggio per l’aggancio della superficie di contatto dell'asta. In questo modo, infatti, il contatto tra l'asta e l'elemento di congiunzione viene distribuito su un'area relativamente ampia e ciò consente di ridurre ulteriormente la sollecitazione meccanica in quest'area.

Un terzo aspetto dell'invenzione si riferisce al fatto che l'elemento di congiunzione dispone di una prima e di una seconda estremità. L'asta presenta un alloggiamento per la ricezione della prima estremità dell'elemento di congiunzione. La suddetta superficie di contatto è situata all'interno dell'alloggiamento, mentre la superficie di fissaggio è collocata sulla prima estremità dell'elemento di congiunzione. Questa disposizione riduce ulteriormente la distribuzione delle sollecitazioni all'interno dell'elemento di congiunzione e dell'asta, poiché le sollecitazioni non si concentrano in un'area molto ridotta, come nel caso dell'asta dell'arte nota.

Un quarto aspetto dell'invenzione si riferisce a una filettatura femmina presente sulla superficie di contatto dell'asta. L'elemento di congiunzione comprende una filettatura maschio sulla superficie di fissaggio e può quindi connettersi alla filettatura femmina. Ciò semplifica l'assemblaggio dell'asta con l'elemento di congiunzione.

Ulteriori dettagli e realizzazioni specifiche risulteranno riferiti ai disegni allegati, in cui:

- la Figura 1 è una vista prospettica di un assieme testacroce-asta di pistone secondo una realizzazione della presente invenzione;

- la Figura 2 è una vista in sezione longitudinale dell'assieme testacroce-asta di pistone della figura 1 e

- la Figure 3 è una vista schematica in sezione longitudinale di un dettaglio deH'assieme testacroce-asta di pistone delle figure 1 e 2.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

La seguente descrizione delle forme d'eseczione esemplificative fa riferimento ai disegni allegati. Numeri di riferimento uguali, ricorrenti in disegni diversi, rappresentano elementi simili o identici. La seguente descrizione dettagliata non limita l'invenzione. Al contrario, il campo di applicazione dell'invenzione è definito dalle rivendicazioni in appendice.

In tutta la descrizione dettagliata, il riferimento a "una forma d'esecuzione" indica che una particolare caratteristica, struttura o proprietà descritta in relazione a una forme d'esecuzione è inclusa in almeno una forma d'esecuzione dell'oggetto divulgato. Pertanto, l'utilizzo dell'espressione "in una forma d'esecuzione" in vari punti della descrizione dettagliata non farà necessariamente riferimento alla medesima forma d'esecuzione. Inoltre, le particolari caratteristiche, strutture o proprietà possono essere combinate in una o più forme d'esecuzione in qualsivoglia modalità appropriata.

In riferimento alle figure allegate, con il numera 1 viene indicato un assieme testacroce-asta di pistone secondo una forma d'esecuzione della presente invenzione. L'assieme testacroce-asta di pistone 1 comprende un'asta di pistone 4 e un testacroce 3.

L'asta di pistone 4 stessa può essere effettivamente collegata a una testa di pistone (non illustrata nelle figure) in modo tale da definire un pistone. L'asta di pistone 4 può quindi imprimere alla testa un movimento alternativo così che questa possa, ad esempio, comprimere un fluido operativo in un cilindro (che non è parte della presente invenzione e non viene illustrato nelle figure allegate). Il fluido operativo può essere, ad esempio, idrogeno, biossido di carbonio, metano, etilene o miscele di idrocarburi.

L'asta di pistone 4 si sviluppa effettivamente lungo l'asse longitudinale "A". In altre parole, l'asta di pistone 4 viene allungata nella direzione dell'asse longitudinale "A", come mostrato nella figura 2. In fase operativa, l'asta scorre lungo l'asse longitudinale "A" per muovere la testa del pistone.

Per il collegamento con il pistone, in particolare con l'asta di pistone 4, il testacroce 3 è dotato di un foro 5. Inoltre, l'assieme 1 comprende un elemento di congiunzione 6. Questo elemento di congiunzione 6 è collegato all'asta di pistone 4 ed è inserito almeno parzialmente nel foro 5 in modo tale da connettere il testacroce 3 al pistone.

Risulta pertanto vantaggiosamente possibile produrre l'elemento di congiunzione 6 con un materiale diverso rispetto a quello dell'asta di pistone 4. In particolare, risulta vantaggioso produrre l'elemento di congiunzione 6 con un materiale più solido e l'asta di pistone 4 con un materiale dal costo ridotto, poiché l'elemento di congiunzione 6 è soggetto a una sollecitazione meccanica superiore, come risulterà evidente da una parte seguente della presente divulgazione.

Più in dettaglio, l'asta di pistone 4 presenta una superficie di contatto 7 per la ricezione dell'elemento di congiunzione 6. L'elemento di congiunzione 6 presenta una superficie di fissaggio 8 che può agganciarsi alla superficie di contatto 7 dell'asta di pistone 4. In particolare, è importante notare che l'interazione tra la superficie di fissaggio 8 e la superficie di contatto 7 viene distribuita su un'area ampia. Ciò risulta vantaggioso, poiché favorisce una riduzione complessiva della sollecitazione meccanica.

L'elemento di congiunzione 6 si sviluppa infatti lungo l'asse longitudinale "A" dell'asta di pistone 4. Nello specifico, l'elemento di congiunzione 6 e l'asta di pistone 4 sono coassiali. Preferibilmente, l'elemento di congiunzione 6 risulta simmetrico rispetto all'asse longitudinale "A".

Più in dettaglio, l'elemento di congiunzione 6 presenta una prima estremità 6a e una seconda estremità 6b. L'asta di pistone 4 dispone di un alloggiamento 4a per la ricezione della prima estremità 6a dell'elemento di congiunzione 6. In altre parole, la prima estremità 6a dell'elemento di congiunzione 6 si inserisce nell'alloggiamento 4a dell'asta di pistone 4.

L'asta di pistone 4 è dotata di una superficie di spallamento 16 che definisce un margine dell’alloggiamento 4a. Inoltre, la superficie di spallamento 16 è orientata trasversalmente rispetto all'asse longitudinale "A", preferibilmente in direzione perpendicolare.

Come mostrato nella figura 3, la suddetta superficie di contatto 7 è situata all'interno dell'alloggiamento 4a. La superficie di fissaggio 8 è posta sulla prima estremità 6a dell'elemento di congiunzione 6.

Inoltre, l'alloggiamento 4a è sostanzialmente cilindrico. Di conseguenza, la prima estremità 6a dell'elemento di congiunzione 6 è anch'essa cilindrica, così da garantire un accoppiamento corretto con l'alloggiamento 4a dell'asta di pistone 4. Più in dettaglio, l'asta di pistone 4 comprende una filettatura femmina 9 sulla superficie di contatto 7. L'elemento di congiunzione 6 comprende una filettatura maschio 10 sulla superficie di fissaggio 8 e può quindi connettersi alla filettatura femmina 9.

Come mostrato nella figura 2, l'elemento di congiunzione 6 ha la forma di un tirante d'ancoraggio, che funziona principalmente sotto un<'>carico assiale. Per applicare questo carico durante l'assemblaggio, l'elemento di congiunzione 6 comprende un'ulteriore filettatura maschio 11 situata preferibilmente sulla seconda estremità 6b. L'assieme 1 comprende inoltre un dado 12 connesso all'elemento di congiunzione 6, preferibilmente sulla seconda estremità 6b. Nello specifico, il dado 12 è awitato all'ulteriore filettatura maschio 11 dell'elemento di congiunzione 6. Il testacroce 3 comprende un corpo principale 13, sul quale sono collegati dei pattini 15. I pattini 15 sono noti alle persone qualificate nel settore e non verranno pertanto ulteriormente descritti in dettaglio.

Il testacroce 3 comprende inoltre una flangia 14, che è collegata al corpo principale 13. La funzione della flangia 14 è quella di semplificare l'assemblaggio, giacché l'asta di pistone 4 può essere connessa alla flangia 14, prima che la flangia 14 stessa venga collegata al corpo principale 13.

Come mostrato nella figura 1, nella realizzazione preferita la flangia 14 è una piastra, preferibilmente moderatamente spessa. Il suddetto foro 5 è situato in una zona centrale della flangia 14. Inoltre, il foro 5 si estende attraverso la flangia 14, preferibilmente lungo l'asse longitudinale "A" dell'asta di pistone 4. In altre parole, in condizioni operative, il foro 5 risulta allineato all'asse longitudinale "A" dell'asta di pistone 4.

Infatti, l'elemento di congiunzione 6 si estende attraverso il foro 5 da una parte all'altra della flangia 14. In altre parole, l'elemento di congiunzione 6 attraversa la flangia 14. La suddetta superficie di spallamento 16 viene quindi posizionata a contatto con la flangia 14. L'avvitamento del dado 12 sulla seconda estremità 6b conferisce all'elemento di congiunzione 6 un carico assiale, determinando così una pressione della superficie di spallamento 16 contro la flangia 14.

Sulla flangia 14 sono collocati diversi fori 17. Nello specifico, i fori 17 sono posizionati sui due lati 14a della flangia 14. Più in dettaglio, la flangia 14 presenta due fori 17 su ciascun lato 14a. Per ciascun foro 17 è presente un bullone 18, così che la flangia 14 possa essere collegata al corpo principale.

L'operazione di assemblaggio dell'asta di pistone 4 con il testacroce 3 consiste in quanto segue. L'elemento di congiunzione 6 viene collegato all'asta di pistone 4. Nello specifico, la prima estremità 6a dell'elemento di congiunzione 6 viene avvitata all'interno dell'alloggiamento 4a dell'asta di pistone 4. L'elemento di congiunzione 6 viene quindi inserito all'interno del foro 5 della flangia 14. Il dado 12 viene avvitato sulla seconda estremità 6b dell'elemento di congiunzione 6, per assicurare la flangia 14 contro l'asta di pistone 4, in particolare sulla superficie di spallamento 16. La flangia 14 viene quindi collegata al corpo principale 13. Nello specifico, i bulloni 16 vengono installati nei rispettivi fori 17.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Assieme testacroce-asta di pistone (1) per un compressore alternativo, comprendente un'asta di pistone (4), un testacroce (3) dotato di un foro (5), un elemento di congiunzione (6) collegato a detta asta di pistone (4) e almeno parzialmente inserito all'interno di detto foro (5) per connettere detto testacroce (3) a un pistone.
2. 2. L'assieme testacroce-asta di pistone (1) secondo la precedente rivendicazione, in cui detta asta di pistone (4) possiede una superficie di contatto (7) per la ricezione di detto elemento di congiunzione (6), essendo detto elemento di congiunzione (6) dotato di una superficie di fissaggio (8) per l'aggancio di detta superficie di contatto (7) di detta asta di pistone (4).
3. 3. L'assieme testacroce-asta di pistone (1) secondo una qualsiasi della precedenti rivendicazioni, in cui detto elemento di congiunzione (6) presenta una prima estremità (6a) e una seconda estremità (6b), essendo l'asta di pistone (4) dotata di un alloggiamento (4a) per la ricezione di detta prima estremità (6a) dell'elemento di congiunzione (6).
4. 4. L'assieme testacroce-asta di pistone (1) secondo le rivendicazioni 2 e 3, in cui detta superficie di contatto (7) è situata all'interno di detto alloggiamento (4a), essendo detta superficie di fissaggio (8) posta sulla prima estremità (6a) dell'elemento di congiunzione (6).
5. 5. L'assieme testacroce-asta di pistone (1) secondo la precedente rivendicazione, in cui detto alloggiamento (4a) è sostanzialmente cilindrico.
6. 6. L'assieme testacroce-asta di pistone (1) secondo le rivendicazioni 4 o 5, in cui detta asta di pistone (4) comprende una filettatura femmina (9) su detta superficie di contatto (7), comprendendo detto elemento di congiunzione (6) una filettatura maschio (10) su detta superficie di fissaggio (8) per l'aggancio di detta filettatura femmina (9).
7. 7. L'assieme testacroce-asta di pistone (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta asta di pistone (4) dispone di un asse longitudinale (A) e l'elemento di congiunzione si sviluppa lungo detto asse longitudinale (A).
8. 8. L'assieme testacroce-asta di pistone (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto elemento di congiunzione (6) risulta simmetrico rispetto a detto asse longitudinale (A).
9. 9. L'assieme testacroce-asta di pistone (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto elemento di congiunzione (6) comprende un'ulteriore filettatura maschio (11) sulla seconda estremità (6b).
10. 10. L'assieme testacroce-asta di pistone (1) secondo la precedente rivendicazione, comprendente inoltre un dado (12) connesso a detto elemento di congiunzione (6) sulla seconda estremità (6b).
11. 11. L'assieme testacroce-asta di pistone (1) secondo una qualsiasi della precedenti rivendicazioni, in cui il testacroce (3) comprende un corpo principale (13), una flangia (14) collegata a detto corpo principale (13), con detto foro (5) che si estende attraverso detta flangia (14) preferibilmente lungo l'asse longitudinale (A) dell'asta di pistone (4), con detto elemento di congiunzione (6) che si estende attraverso detto foro (5) da una parte all'altra di detta flangia (14).
12. 12. Un compressore alternativo comprendente un assieme testacroce-asta di pistone (1) secondo una qualsiasi della precedenti rivendicazioni.
13. 13. Metodo per assemblare un testacroce (3) e un pistone, comprendente la fasi relative all'associazione a un'asta di pistone (4) di detto pistone di un alloggiamento (4a) e di una filettatura femmina (9) su una parete di detto alloggiamento (4a); alla dotazione di un elemento di congiunzione (6) comprendente una prima estremità (6a) e una seconda estremità (6b), essendo detta prima estremità (6a) fornita di una filettatura maschio (10) ed essendo detta seconda estremità (6b) fornita di un'ulteriore filettatura maschio (11); aH'avvitamento di detto elemento di congiunzione (6) all'interno di detto alloggiamento (4a) di detta asta di pistone (4); all'inserimento di detto elemento di congiunzione (6) all'interno di un foro (5) di una flangia (14); all'avvitamento di un dado (12) su detta seconda estremità (6b) di detto elemento di congiunzione (6) in modo che la detta flangia (14) risulti bloccata tra detto dado (12) e detta asta di pistone (4); al collegamento di detta flangia (14) al corpo principale (13) di un testacroce (3).