ITFR20100013A1 - Topologia e funzionamento di una macchina volumetrica rotante con paletta fissa adiale e concenytrica rispetto all'asse di rotazione e con asdsoluta assenza di particolari meccanici soggetti a variaioni di moto - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione avente per TITOLO :

TOPOLOGIA E FUNZIONAMENTO DI UNA MACCHINA VOLUMETRICA ROTANTE CON PALETTA FISSA , RADIALE E CONCENTRICA RISPETTO ALL’ASSE DI ROTAZIONE E CON ASSOLUTA ASSENZA DI PARTICOLARI MECCANICI SOGGETTI A VARIAZIONI DI MOTO .

L’invenzione si colloca nel campo delle macchine volumetriche rotanti . Questa macchina è una evoluzione di quella descritta nella domanda di brevetto FR2009A000014 ed ha quindi lo stesso titolo , tutti gli organi ruotano a velocità costante e nel suo insieme il rotore è equilibrato .

Rispetto alla precedente , quella di seguito descritta , si presenta semplificata nel funzionamento , nei particolari costruttivi e nelle lavorazioni meccaniche necessarie .

Per avere un punto di riferimento si può paragonare il funzionamento della macchina descritta nelle Fig,2 , 2a e 2b con un compressore a lobi di tipo ROOTS rispetto al quale si possono evidenziare seguenti vantaggi :

1 ) semplicità delie lavorazioni meccaniche ( quelle di precisione sono tutte circolari ) , nelle macchine a lobi le superimi sono le generatrici di contatto fra i lobi che possono essere a due o più cuspidi .

2) maggiore efficienza dovuta alla presenza di una fase di compressione progressiva , nel caso delle macchine a lobi abbiamo un tipo di compressione a riflusso ( volumi di fluido vengono trasportati da un ambiente a bassa pressione a un ambiente a pressione più alta ) che è notoriamente meno efficiente rispetto ad una compressione

Descrizione

Come indicato in Fig. I . la macchina è composta da :

- un numero “ n “ di settori “ S “ aventi larghezza " w “ identici tra di loro , composti come successivamente specificato .

- una condotta in pressione “ K “ di diametro interno “ d “ concentrica all’asse “ al “

della macchina e solidale allo statore “ ST “ , come indicato nelle Fig. 2 e Fig.3 .

- due coperchi laterali di chiusura “ c “ dove alloggiano i cuscinetti dei due assi

di rotazione “ al “ ed “ a2 “ .

Il settore “ S ” può avere due conformazioni diverse a seconda che si voglia avere un funzionamento da compressore o da macchina di espansione ( motore ) , le due topologie sono indicate rispettivamente in Fig.2 e Fig. 3 , in entrambi i casi i settori sono composti dalle seguenti parti :

( RT ) Rotore : corona cilindrica che ruota rispetto all'asse principale ( “ al “)

sulla quale è alloggiata la pala “ P “ di profondità h = R I - R2 Le sezioni del rotore per ogni settore “ S “ sono montate sfasate tra dì loro di un angolo

“ A = 360 / n

( S T ) Statore ; parte fissa della macchina in cui sono ricavati i condotti di aspirazione

( “ in ” nel caso del compressore ) o scarico ( “ out " nel caso di Fig.3 ) e le sedi entro cui possono ruotare lìberamente il rotore RT e la valvola di commutazione VC ;

( VC } Valvola di Commutazione

Ricavata da un cilindro di raggio R3 ed altezza “ W “ ruota sull’asse “a2” della macchina ed ha le seguenti funzioni :

- mantenere la separazione tra “ in “ ed “ out “ ( vedi Fig, 2 e Fig.3)

- permettere il passaggio della pala ( solidale ad RT ) per il completamento del giro

Le sezioni della valvola VC per ogni settore “ S “ sono montate sfasate tra di loro di un angolo :

( VP ) Valvola di pala

Come indicato nelle Fig.2 e Fig.3 tale valvola è costituita dalie feritoie praticate sia sul rotore “ RT “ ( per un angolo “ a “ } che sulla condotta “ K “ per un angolo “ b “ , tale condotta è solidale allo statore “ ST “ ed è posta all’ interno del rotore “ RT

La valvola di pala costituisce la valvola di uscita nel funzionamento da compressore vedi ( Fig.2) mentre è la valvola di ingresso nel caso della macchina di espansione ( Fig.3 ) .

Descrizione del funzionamento di un singolo settore :

Vincoli cinematici :

a) Quando il rotore RT ruota in senso orario la valvola VC deve ruotare in senso antiorario .

b) La velocità di rotazione dì VC è pari alla metà della velocità di RT .

In questo modo , grazie alla simmetria di VC , dopo che RT ha compiuto una rotazione , compiuto una rotazione di 180° ritrovandosi quindi praticamente posizione

Partendo dalla condizione indicata in Fig. 2 facendo ruotare la pala in senso orario con una coppia impressa dall’esterno sull’asse di " RT " volumi di fluido saranno aspirati dal lato di aspirazione “ in” mentre per il volume che si trova nel lato della pala opposto all’aspirazione avrà inizio una fase di compressione , Quando “ RT " supera la posizione indicata in Fig.2a le feritoie praticate su di esso e quelle fatte sulla condotta “ K “ iniziano a sovrapporsi permettendo quindi al fluido di trasferirsi nella condotta in pressione ( " out " ) questo fino ad arrivare nella posizione di Fig. 2b dove si chiude la valvola " VP " , questo mezzo giro è quello che si può definire la " fase di lavoro “ della macchina seguito da una “ fase di trasferimento " durante la quale non viene compiuto lavoro ma si ha un riequilibrio delle pressioni all’ interno del settore . Alla fine della fase di trasferimento il rotore si riporta nella posizione indicata in di Fig.2

Durante la fase di lavoro avremo sulla paia una forza

Dove PS è la pressione sulla faccia della pala lato “ out " e PA è la pressione sulla faccia della pala lato “ in “ e sull’asse di RT una coppia resistente

Passiamo ora al funzionamento della macchina in Fig, 3 :

quando il rotore supera la posizione indicata in Fig.3 , portandosi verso la posizione di Fig.3a il volume adiacente al lato della pala opposto allo scarico “out " , grazie all’apertura della valvola “ VP “ tende a portarsi alla pressione della condotta " in “ . A partire dal punto indicato in Fig,3a andando verso Fig.3b abbiamo una fase dì espansione con conseguente diminuzione della pressione mentre nel lato dello scarico il volume fuoriesce dalla luce di scarico per essere sostituito dal volume espanso del ciclo precedente , segue quindi la fase di trasferimento al termine deila quale ci si riporta nella posizione dì Fig.3 .

Il numero “ n “ di settori " S “ va stabilito in modo che l’area di apertura totale delle valvole VP si mantenga costante nell’arco di un giro completo .

I vari settori sono separati da setti di separazione di sezione indicata in Fig.4 e di spessore W.

Nel caso in cui il rapporto R3 / R2 = 2 l’angolo della fase di lavoro è pari a 180° se invece R3 / R2 < 2 si riduce il volume di lavoro ma aumentano sia l'angolo di lavoro che il rapporto tra volume in pressione e volume espanso . In Fig.5 è riportato a titolo di esempio il disegno di una macchina di espansione con rapporto R3 / R2 = 1.7 .

Restano ferme le condizioni necessarie riguardo ai vincoli cinematici sopra elencati .

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI I ) Macchina volumetrica rotante a paletta radiale , costituita da un rotore RT sulla superficie del quale è montato o ricavato da un unico pezzo , parallelamente all’asse o in modo elicoidale , un setto di separazione ( pala ) che ruota internamente ad uno statore ST . Come indicato in Fig.2 , il rotore ad ogni giro , comprime e sposta il volume di fluido compreso nella semicorona cilindrica tra RT ed ST verso l'uscita ( “ out " ) della macchina di compressione attraverso la valvola VP tramite la pala e la valvola VC che ruota ad una velocità pari alla metà ed in senso opposto della velocità di RT , detti organi possono essere azionati da qualsiasi sistema meccanico , elettrico , pneumatico , idraulico o da una combinazione di essi , adatto a garantire la velocità suddetta e la fase rispetto ad RT .
2. 2) Macchina volumetrica rotante a paletta radiale , costituita da un rotore RT sulla superficie del quale è montato o ricavato da un unico pezzo , parallelamente all’asse o in modo elicoidale , un setto di separazione ( pala ) che ruota internamente ad uno statore ST . Come indicato in Fig.3 , il rotore ad ogni giro , viene spostato dal fluido proveniente dalla valvola VP , tale fluido dopo aver subito una fase di decompressione viene espulso verso l’uscita ( " out “ ) della macchina di espansione tramite la pala e la valvola VC che ruota ad una velocità pari alla metà ed in senso opposto della velocità di RT , detti organi possono essere azionati da qualsiasi sistema meccanico , elettrico , pneumatico , idraulico o da una combinazione di essi , adatto a garantire la velocità suddetta e la fase rispetto ad RT .
3. 3) Tutte le parti costituenti le macchine secondo le rivendicazioni ( 1 ) e ( 2 ) durante il funzionamento a regime , sono sottoposte esclusivamente a moti rotatori costanti .
4. 4) Le macchine secondo le rivendicazioni ( 1 ) e ( 2 ) sono in grado di funzionare senza lubrificazione nel volume di lavoro in quanto all’interno dello stesso tutte le parti ruotano senza contatto essendo mantenute le minime distanze consentite dalle tolleranze di lavorazione .
5. 5) La valvola VC delle macchine secondo le rivendicazioni ( I ) e ( 2 ) ha molteplici funzioni : permettere il passaggio della pala per il completamento di un giro completo del rotore , mantenere la separazione delle camere “ in “ ed “ out " indicate nelle Fig. 2 e Fig.3 .
6. 6) La valvola VC delle macchine secondo le rivendicazioni ( I ) e ( 2 ) può essere composta da “ n ” pezzi uguali aventi la sezione indicata in Fig, 2 o Fig.3 tali pezzi ruotano sull’ asse “ a2 “ indicato in Fig. 1 e sono sfasati tra di loro di un angolo pari a 180/n . 7) li rotore RT delle macchine secondo le rivendicazioni { I ) e ( 2 ) può essere composto da “ n “ pezzi uguali aventi la sezione indicata in Fig. 2 o Fig.3 tali pezzi ruotano sull’ asse “ al “ indicato in Fig.1 e sono sfasati tra di loro di un angolo pari a 360/n . 8) Le macchine secondo le rivendicazioni ( 1 ) e ( 2 ) possono essere realizzate con rapporti R3/R2 < 2 come indicato a titolo di esempio in Fig.5 . 9} Le macchine secondo le rivendicazioni ( I } e ( 2 ) possono essere utilizzate per la costruzione di turbine a gas secondo lo schema classico di una turbogas .