IT201600071644A1

IT201600071644A1 - Trasmissione a velocita' variabile con azionatore ausiliario e sistema che la utilizza

Info

Publication number: IT201600071644A1
Application number: IT102016000071644A
Authority: IT
Inventors: Paul John Bradley; Gianluca Boccadamo; Giuliano Milani
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2018-01-08
Also published as: EP3482490B1; KR102377181B1; JP2019535966A; US20200182334A1; KR20190025656A; BR112018076533A2; CN109643963B; CN109643963A; WO2018007567A2; WO2018007567A3; ES2923876T3; US10948053B2; EP3482490A2; JP6768138B2; BR112018076533B1

Description

"TRASMISSIONE A VELOCITA' VARIABILE CON AZIONATORE AUSILIARIO E SISTEMA CHE LA UTILIZZA"

Descrizione

Campo tecnico

L'oggetto della presente descrizione concerne sistemi comprendenti una macchina condotta e un azionatore. Più specificamente, forme di realizzazione qui descritte concernono sistemi in cui un azionatore a velocità costante aziona in rotazione una macchina ruotante a velocità variabile.

Arte anteriore

In molte applicazioni industriali esiste l'esigenza di azionare un carico ruotante utilizzando azionatori, i quali ruotano ad una velocità di rotazione costante, quali motori elettrici. In alcune circostanze il carico ruotante è una turbomacchina, ad esempio un compressore. Grandi compressori centrifughi o assiali sono tipicamente usati in gasdotti per pressurizzare gas da trasportare lungo il gasdotto. Grandi compressori centrifughi o assiali sono anche usati in cosiddette applicazioni LNG, per la liquefazione di gas naturale. Compressori sono usati in tali installazioni per elaborare fluidi refrigeranti, che sono usati in un ciclo chiuso per raffreddare gas naturale.

In alcune applicazioni la velocità di rotazione del carico ruotante richiede di essere modificata e può essere modulata ad esempio fra circa il 70% e circa il 105% della velocità di rotazione nominale. Motori elettrici possono ruotare a velocità variabile interponendo un azionatore a frequenza variabile fra la rete di distribuzione della potenza elettrica e il motore elettrico. Azionatori a frequenza variabile sono componenti complessi costosi ed ingombranti, poiché essi devono convertire potenze nominali molto elevate richieste dal motore elettrico. Applicazioni tipiche di motori elettrici per azionare grandi compressori possono richiedere potenze da 1 a molte decine di MW.

Esiste pertanto la necessità di sistemi che consentono un modo più conveniente di modulare la velocità di rotazione di un carico a velocità variabile azionato da un azionatore principale.

Sommario dell'invenzione

Secondo un primo aspetto, allo scopo di affrontare i sopra menzionati inconvenienti dell'arte anteriore, viene descritto un sistema comprendente un azionatore principale configurato per ruotare ad una velocità di rotazione sostanzialmente costante e un carico ruotante configurato per essere azionato in rotazione dall'azionatore principale. Il sistema comprende inoltre un controllore, per regolare in maniera controllabile una velocità di rotazione del carico, e una trasmissione a velocità variabile, disposta fra l'azionatore principale e il carico e comprensiva di una disposizione di ingranaggi sommatori di velocità avente un primo albero di ingresso, un secondo albero di ingresso e un albero di uscita. E' inoltre previsto un azionatore ausiliario, il quale è meccanicamente accoppiato al secondo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità ed è configurato per azionare in rotazione il secondo albero di ingresso. Il primo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità è meccanicamente accoppiato all'azionatore principale; e l'albero di uscita della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità è meccanicamente accoppiato al carico ruotante. La velocità dell'albero di uscita è una combinazione della velocità dell'azionatore principale e dell'azionatore ausiliario. Agendo sull'azionatore ausiliario il rapporto di trasmissione fra l'azionatore principale e il carico può essere modificato. In questo modo l'azionatore principale può essere fatto ruotare ad una velocità di rotazione costante, cioè fissa, mentre la velocità di rotazione del carico può essere modulata controllando il funzionamento dell'azionatore ausiliario.

Se l'azionatore principale è un motore elettrico, può essere evitato un azionatore a frequenza variabile per l'azionatore principale. Un motore elettrico molto più piccolo può essere usato come azionatore ausiliario, nel qual caso un azionatore a frequenza variabile di limitata potenza nominale è sufficiente per controllare la velocità di rotazione del carico.

In altre forme di realizzazione l'azionatore ausiliario può essere una turbomacchina, ad esempio un turboespantore. In alcune forme di realizzazione, il carico ruotante può essere un compressore di gas e il turboespantore può essere azionato da gas elaborato dal compressore di gas.

L'azionatore ausiliario può essere meccanicamente accoppiato al secondo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità direttamente o indirettamente, cioè con l'interposizione di uno o più ingranaggi formanti ad esempio un ruotismo ordinario.

Il primo albero di ingresso può essere meccanicamente accoppiato all'azionatore principale direttamente o indirettamente, ad esempio attraverso una scatola di ingranaggi. Analogamente, l'albero di uscita della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità può essere meccanicamente accoppiato al carico in maniera diretta o indiretta, cioè ad esempio con l'interposizione di una scatola di ingranaggi od altro dispositivo addizionale di regolazione della velocità.

In alcune forme di realizzazione il carico può essere una turbomacchina, ad esempio un compressore, quale un compressore centrifugo, un compressore assiale un compressore misto assiale-radiale, o simile. Altri possibili carichi ruotanti possono comprendere compressori alternativi, in cui l'azionatore principale fa ruotare l'albero a gomito del compressore alternativo.

Anche se la disposizione qui descritta è particolarmente utile e vantaggiosa in sistemi in cui l'azionatore principale è un motore elettrico, altri azionatori principali possono essere usati al posto di questo, quali turbine a gas o turbine a vapore. Il sistema qui descritto è idoneo in tutte le situazioni in cui l'azionatore principale è una macchina principale a velocità fissa o costante. Il sistema è utile ogni qual volta l'azionatore principale è configurato per ruotare ad una velocità di rotazione sostanzialmente costante, il che comprende non soltanto quegli azionatori, i quali sono vincolati a ruotare ad una velocità costante (quali motori elettrici privi di un azionatore a frequenza variabile od altri dispositivi di conversione della frequenza), ma anche quelli che sono fatti funzionare preferibilmente a velocità costante ad esempio allo scopo di massimizzarne l'efficienza.

In forme di realizzazione particolarmente vantaggiose, la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità comprende un ruotismo epicicloidale. Nel senso più ampio qui utilizzato un ruotismo epicicloidale è una disposizione di almeno due ruote dentate mutuamente ingrananti, in cui almeno una di dette ruote dentate è supportata folle su un organo ruotante, il quale ruota attorno all'asse di rotazione dell'altra di dette almeno due ruote dentate mutuamente ingrananti.

Nelle configurazioni qui descritte il ruotismo epicicloidale ha almeno due gradi di libertà ed almeno tre ruote dentate ingrananti, di cui almeno una (satellite) è supportata folle su un organo (porta satellite) che ruota attorno ad un asse di rotazione fisso dell'altra delle ruote dentate ingrananti formanti il ruotismo.

Secondo un ulteriore aspetto, viene qui descritto un metodo per comandare un carico ruotante a velocità variabile, comprendente le seguenti fasi:

- ruotare il carico ruotante con un azionatore principale a velocità costante attraverso una disposizione di ingranaggi sommatori di velocità comprensiva di un primo albero di ingresso, un secondo albero di ingresso e un albero di uscita, il primo albero di ingresso essendo meccanicamente accoppiato all'azionatore principale;

- variare la velocità del carico ruotante fornendo potenza ausiliaria al secondo albero di ingresso attraverso un azionatore ausiliario, e controllare una velocità di rotazione del carico regolando la velocità dell'azionatore ausiliario. Caratteristiche e forme di realizzazione sono descritte qui di seguito e ulteriormente definite nelle rivendicazioni allegate, che formano parte integrale della presente descrizione. La sopra riportata breve descrizione individua caratteristiche delle varie forme di realizzazione della presente invenzione in modo che la seguente descrizione dettagliata possa essere meglio compresa e affinché i contribuiti alla tecnica possano essere meglio apprezzati. Vi sono, ovviamente, altre caratteristiche dell’ invenzione che verranno descritte più avanti e che verranno esposte nelle rivendicazioni allegate. Con riferimento a ciò, prima di illustrare diverse forme di realizzazione dell’invenzione in dettaglio, si deve comprendere che le varie forme di realizzazione dell’invenzione non sono limitate nella loro applicazione ai dettagli costruttivi ed alle disposizioni di componenti descritti nella descrizione seguente o illustrati nei disegni. L’invenzione può essere attuata in altre forme di realizzazione e attuata e posta in pratica in vari modi. Inoltre si deve comprendere che la fraseologia e la terminologia qui impiegate sono soltanto ai fini descrittivi e non devono essere considerate limitative.

Gli esperti del ramo pertanto comprenderanno che il concetto su cui si basa la descrizione può essere prontamente utilizzato come base per progettare altre strutture, altri metodi e/o altri sistemi per attuare i vari scopi della presente invenzione. E’ importante, quindi, che le rivendicazioni siano considerate come comprensive di quelle costruzioni equivalenti che non escono dallo spirito e dall’ambito della presente invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Una comprensione più completa delle forme di realizzazione illustrate dell’invenzione e dei molti vantaggi conseguiti verrà ottenuta quando la suddetta invenzione verrà meglio compresa con riferimento alla descrizione dettagliata che segue in combinazione con i disegni allegati, in cui: la

Fig.1 illustra schematicamente una prima forma di realizzazione di un sistema secondo la presente descrizione; la

Fig.2 illustra schematicamente una seconda forma di realizzazione di un sistema secondo la presente descrizione; le

Figg.3 e 4 illustrano sezioni di trasmissione a velocità variabile del sistema delle Figg.1 e 2; la

Fig.5 illustra schematicamente una ulteriore forma di realizzazione di un sistema secondo la presente descrizione; le

Figg.6 e 7 illustrano sezioni di una trasmissione a velocità variabile del sistema della Fig.5; la

Fig.8 illustra una sezione secondo la linea VIII-VIII della Fig.7.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione

La descrizione dettagliata che segue di forme di realizzazione esemplificative si riferisce ai disegni allegati. Gli stessi numeri di riferimento in disegni differenti identificano elementi uguali o simili. Inoltre, i disegni non sono necessariamente in scala. Ancora, la descrizione dettagliata che segue non limita l’invenzione. Piuttosto, l’ambito dell’invenzione è definito dalle rivendicazioni accluse.

Il riferimento in tutta la descrizione a “una forma di realizzazione” o “la forma di realizzazione” o “alcune forme di realizzazione” significa che una particolare caratteristica, struttura o elemento descritto in relazione ad una forma di realizzazione è compresa in almeno una forma di realizzazione dell’oggetto descritto. Pertanto la frase “in una forma di realizzazione” o “nella forma di realizzazione” o “in alcune forme di realizzazione” in vari punti lungo la descrizione non si riferisce necessariamente alla stessa o alle stesse forme di realizzazione. Inoltre le particolari caratteristiche, strutture od elementi possono essere combinati in qualunque modo idoneo in una o più forme di realizzazione.

Riferendosi ora alla Fig.1, in una forma di realizzazione un sistema 1 comprende un azionatore principale 3 e un carico ruotante 5. Nella forma di realizzazione esemplificativa della Fig.1 il carico ruotante 5 è comprensivo di due macchine ruotanti 5A e 5B. Una o entrambe le macchine ruotanti 5A, 5B possono comprendere un compressore, ad esempio un compressore centrifugo o un compressore assiale, o un compressore alternativo, o una loro combinazione. Nella descrizione che segue verrà considerato in via esemplificativa che entrambe le macchine ruotanti 5A, 5B siano compressori. Secondo lo schema della Fig.1 i due compressori 5A, 5B sono meccanicamente accoppiati ad un singolo albero 7 e ruotano pertanto alla stessa velocità. In altre forme di realizzazione, non mostrate, una scatola di ingranaggi può essere disposta ad esempio fra i due compressori 5A, 5B cosicché questi ultimi possano ruotare a velocità di rotazione differenti.

Nella forma di realizzazione della Fig.1 l'azionatore principale 3 può comprendere un motore elettrico, alimentato da una rete di distribuzione di potenza elettrica 9. L'azionatore principale 3 può ruotare ad una velocità fissa, cioè ad una velocità di rotazione costante, cosicché possa essere evitato un azionatore a frequenza variabile.

Allo scopo di modificare la velocità di rotazione del carico 5, una trasmissione a velocità variabile 11 è disposta lungo la linea d'albero fra l'azionatore principale 3 e il carico 5. La trasmissione a velocità variabile 11 può essere funzionalmente accoppiata ad un controllore 12, il quale è inoltre interfacciato al carico 5 o al processo, di cui il carico 5 forma parte. Il controllore 12 può essere configurato per modificare la velocità di rotazione dell'albero 7, che collega meccanicamente una uscita della trasmissione a velocità variabile 11 al carico 5, rispetto alla velocità di rotazione fissa di un albero 13 che collega meccanicamente l'attuatore principale 3 ad un ingresso della trasmissione a velocità variabile 11.

La Fig.2 illustra una ulteriore forma di realizzazione di un sistema secondo la presente descrizione. Gli stessi numeri di riferimento indicano gli stessi componenti, elementi o parti mostrate nella Fig.1 e che non verranno descritti nuovamente. La differenza principale fra il sistema della Fig.1 e il sistema della Fig.2 è una scatola di ingranaggi 15 disposta fra l'albero di uscita 8 della trasmissione a velocità variabile 11 e l'albero 7, il quale trasmette il movimento al carico 5. La scatola di ingranaggi 15 può essere usata ad esempio se il rapporto di velocità richiesto fra la velocità di rotazione dell'albero di uscita dell'azionatore principale 3 e la velocità di rotazione del carico 5 non può essere raggiunto dalla sola trasmissione a velocità variabile 11.

Riferendosi ora alla Fig.3, continuando a riferirsi alle Figg.1 e 2, verrà descritta una possibile forma di realizzazione della trasmissione a velocità variabile 11. La trasmissione a velocità variabile 11 comprende una disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 comprensiva di un primo albero di ingresso 23, di un secondo albero di ingresso 25 e di un albero di uscita 27. L'albero di uscita 27 è meccanicamente accoppiato all'albero 7 o può essere parte di esso. L'albero di uscita 23 è meccanicamente accoppiato all'albero 13 o può formare parte di esso.

Nella forma di realizzazione della Fig.3 la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 è un ruotismo epicicloidale. Il ruotismo epicicloidale 21 comprende una corona 31 e un porta satelliti 33, che supporta una pluralità di satelliti 35. Ciascun satellite 35 è montato folle su uno stelo 37 vincolato al porta satelliti 33 e ruotante con esso. Il ruotismo epicicloidale 31 comprende inoltre un solare 39 accoppiato all'albero di uscita 27 e ruotante con esso.

Nella forma di realizzazione della Fig.3 la corona 31 è una ruota dentata interna e i satelliti 35 ingranano con la corona interna 31. I satelliti 35 ingranano inoltre con il solare 39. Il porta satelliti 33 è montato sul primo albero di uscita 23 e ruota con esso attorno all'asse della corona 31 e del solare 39, cosicché la corona 31, il solare 39 e il porta satelliti 33 sono coassiali.

La corona 31 ruota integralmente con una ruota dentata 41, che riceve il moto da un azionatore ausiliario 43. Nella forma di realizzazione della Fig.3 l'azionatore ausiliario 43 è meccanicamente accoppiato ad un ingranaggio 41 attraverso un pignone 45 che è montato su un albero motore 47 dell'azionatore ausiliario 43. Pertanto il ruotismo epicicloidale 21 ha due gradi di libertà e riceve potenza in ingresso dall'azionatore principale 3 e dall'azionatore ausiliario 43.

Nella forma di realizzazione della Fig.3 l'azionatore ausiliario 43 è un motore elettrico. Il motore elettrico 43 è alimentato dalla rete di distribuzione di potenza elettrica 9. Allo scopo di far ruotare il motore elettrico 43 a velocità variabile, un azionatore a frequenza variabile (VFD) 49 è disposto fra la rete di distribuzione di potenza elettrica 9 e il motore elettrico 43.

Come noto, il rapporto di velocità τ0fra la prima ruota dentata e l'ultima ruota dentata del ruotismo epicicloidale è dato dalla formula di Willis

in cui:

Ωnè la velocità di rotazione dell'ultima ruota del ruotismo epicicloidale

Ωpè la velocità di rotazione del porta satelliti

Ω1è la velocità di rotazione della prima ruota dentata del ruotismo epicicloidale Come mostrato dalla formula di Willis, il rapporto di trasmissione tra il primo albero di ingresso 23 e l'albero di uscita 27 può essere regolato modulando la velocità di rotazione della corona 31. La velocità di rotazione della corona 31 può essere controllata controllando la velocità di rotazione dell'azionatore ausiliario, cioè del motore elettrico 43, il che è ottenuto per mezzo dell'azionatore a frequenza variabile 49.

L'intervallo di variazione di velocità attorno ad una velocità nominale del carico 5 è usualmente limitato. Il ruotismo epicicloidale 21 può essere progettato così da fornire un rapporto di trasmissione della velocità che è idoneo ad azionare il carico 5 ad una velocità di rotazione preimpostata, che può essere ad esempio la velocità massima (ad esempio 105% della velocità nominale del carico 5). Se è richiesta una differente velocità, ad esempio se il carico deve essere azionato al 100% o a meno del 100% della sua velocità nominale, l'azionatore ausiliario 43 è posto in movimento, per ruotare la corona 31 ad una velocità tale che, sulla base della formula di Willis, l'albero di uscita 27 ruoti alla velocità di rotazione richiesta del carico 5. L'azionatore ausiliario 43 può essere controllato per ruotare in entrambi i versi (orario e antiorario) ed inoltre può essere recuperata energia elettrica attraverso l'azionatore ausiliario 43 quando quest'ultimo frena la corona 31.

Poiché l'intervallo di variazione della velocità di rotazione del carico 5 è relativamente piccolo, la velocità di rotazione della corona 31 e quindi la potenza totale richiesta dall'azionatore ausiliario 43 è modesta se confrontata con la potenza di azionamento fornita dall'azionatore principale 3. Ad esempio, la disposizione può essere impostata cosicché la potenza richiesta dall'azionatore ausiliario 43 è circa il 15% della potenza in ingresso totale quando il carico 5 ruota a circa il 105% della velocità nominale.

L'azionatore a frequenza variabile 49 richiesto per ruotare l'azionatore ausiliario 47 alla desiderata velocità di rotazione può pertanto avere una potenza nominale sostanzialmente bassa se confrontato con un azionatore a frequenza variabile richiesto quando la modulazione della velocità di rotazione è controllata modificando la velocità dell'azionatore principale 3. L'azionatore a frequenza variabile 49 è pertanto sostanzialmente più piccolo e più economico rispetto ad un azionatore a frequenza variabile idoneo per azionare l'azionatore principale 3 a velocità variabile. Inoltre, poiché l'efficienza dell'azionatore a frequenza variabile è inferiore al 100%, un azionatore a frequenza variabile 49 che elabora soltanto una frazione della potenza totale richiesta per azionare il carico 5, riduce anche le perdite di conversione di potenza elettrica totali rispetto ad una disposizione dell'arte corrente, nella quale tutta la potenza elettrica viene convertita da un azionatore a frequenza variabile accoppiato all'azionatore principale 3.

La disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 della Fig.2 è configurata cosicché il solare è montato sull'albero di uscita 27, cioè l'uscita della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità è il solare, mentre il primo albero di ingresso è l'albero 23, meccanicamente accoppiato al porta satelliti 33 e il secondo albero di ingresso è l'albero 25, meccanicamente accoppiato alla corona 31. Questa non è l'unica possibile configurazione per la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità. Come noto agli esperti del ramo, ruotismi epicicloidali possono essere configurati in molti diversi modi e i vari organi ruotanti di essi possono essere usati in modi differenti come organi di ingresso o di uscita.

La Fig.4 illustra una ulteriore forma di realizzazione di una trasmissione a velocità variabile 11, che utilizza una diversa disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21. Gli stessi numeri di riferimento indicano componenti uguali o equivalenti a quelli della Fig.3.

La disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 è ancora un ruotismo epicicloidale e comprende un primo albero di ingresso 23, un secondo albero di ingresso 25 e un albero di uscita 27. L'albero di uscita 27 è meccanicamente accoppiato all'albero 7 o forma parte di esso. L'albero di ingresso 23 è meccanicamente accoppiato all'albero 13 o forma parte di esso.

Il ruotismo epicicloidale 21 della Fig.4 comprende ancora una corona 31 e un porta satelliti 33, che supporta una pluralità di satelliti 35. Ciascun satellite 35 è supportato folle su un rispettivo perno 37 vincolato al porta satelliti 33 e ruotante con esso. Il ruotismo epicicloidale 21 comprende inoltre un solare 39 montato sull'albero di uscita 27 e ruotante con esso. Nella forma di realizzazione della Fig.4 la corona 31 è ancora una ruota dentata interna e i satelliti 35 ingranano con la corona a dentatura interna 31. I satelliti 35 ingranano inoltre con il solare 39. Differentemente dalla forma di realizzazione della Fig.3, in Fig.4 la corona 31 è montata sul primo albero di ingresso 23 e ruota con esso.

Il porta satelliti 33 è provvisto di un ingranaggio 42, che riceve il moto dall'azionatore ausiliario 43. Nella forma di realizzazione della Fig.4 l'azionatore ausiliario 43 è meccanicamente accoppiato all'ingranaggio 42 attraverso un pignone 45 che è montato su un albero motore 47 dell'azionatore ausiliario 43.

Analogamente alla Fig.3, anche in Fig.4 l’azionatore ausiliario 43 è un motore elettrico alimentato dalla rete di distribuzione di potenza elettrica 9. La variazione della velocità di rotazione dell'azionatore ausiliario 43 è ancora ottenuta attraverso un azionatore a frequenza variabile (VFD) 49 disposto fra la rete di distribuzione di potenza elettrica 9 e il motore elettrico 43.

Nella forma di realizzazione della Fig.4 l'azionatore principale 3 trasmette pertanto la potenza principale al carico 5 attraverso la trasmissione a velocità variabile 11, il cui rapporto di trasmissione è modulato agendo sul porta satelliti 33, piuttosto che sulla corona 31 come mostrato nella forma di realizzazione della Fig.3.

In entrambe le forme di realizzazione la velocità di rotazione del carico 5 viene controllata tramite il controllore 12, il quale fornisce un segnale alla trasmissione a velocità variabile 11 per modificare la velocità di rotazione del carico 5 agendo sull'azionatore ausiliario 43.

La Fig.5 illustra uno schema di una ulteriore forma di realizzazione di un sistema secondo la presente descrizione. Il sistema è nuovamente contrassegnato con 1 nel suo complesso e comprende un azionatore principale 3 e un carico 5. L'azionatore principale 3 può essere un azionatore a velocità fissa, quale un motore elettrico. Il carico è qui mostrato come un singolo compressore 5, ad esempio un compressore centrifugo, un compressore assiale, o un compressore alternativo. Una trasmissione a velocità variabile 11 è disposta fra l'azionatore principale 3 e il carico 5 ed è meccanicamente accoppiata all'azionatore principale 3 attraverso l'albero 13 e al carico 5 attraverso l'albero 7. E' previsto un controllore 12, il quale è configurato per controllare la velocità di rotazione del carico 5 attraverso la trasmissione a velocità variabile 11.

Riferendosi ora alla Fig.6, continuando a riferirsi alla Fig.5, viene descritta una possibile forma di realizzazione della trasmissione a velocità variabile 11 per il sistema della Fig.5. La trasmissione a velocità variabile 11 comprende una disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 comprensiva di un primo albero di ingresso 23, un secondo albero di ingresso 25 e un albero di uscita 27. L'albero di uscita 27 è meccanicamente accoppiato all'albero 7 o può formare parte di esso. L'albero di ingresso 23 è meccanicamente accoppiato all'albero 13 o può formare parte di esso.

Nella forma di realizzazione della Fig.6 la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 è un ruotismo epicicloidale configurato sostanzialmente nello stesso modo come in Fig.3. Il ruotismo epicicloidale 21 comprende una corona 31 e un porta satelliti 33, che supporta una pluralità di satelliti 35. Ciascun satellite 35 è montato folle su un perno 37 vincolato al porta satelliti 33 e ruotante con esso. Il ruotismo epicicloidale 21 comprende inoltre un solare 39 montato sull'albero di uscita 27 e ruotante con esso. Nella forma di realizzazione della Fig.6 la corona 31 è un ingranaggio a dentatura interna e i satelliti 35 ingranano con la corona a dentatura interna 31 e con il solare 39. Il porta satelliti 33 è montato sul primo albero di ingresso 23 e ruota con esso.

La corona 31 ruota integralmente con un ingranaggio 41, il quale riceve il moto da un azionatore ausiliario 143. Nella forma di realizzazione della Fig.6 l'azionatore ausiliario 143 è meccanicamente accoppiato all'ingranaggio 41 attraverso un pignone 45 che è montato su un albero motore 47 dell'azionatore ausiliario 43.

Nella forma di realizzazione della Fig.6 l'azionatore ausiliario 143 è un turboespantore, ad esempio un turboespantore centripeto, che può essere provvisto di vani di guida di ingresso variabili 149. Il turboespantore 143 può essere alimentato da gas di processo compresso, alimentato ad esempio attraverso un condotto di ingresso 145 (Fig.5). Il gas di processo compresso si espande nel turboespantore 143 e viene scaricato attraverso un condotto di mandata 147 (Fig.5). Il salto entalpico del gas di processo attraverso il turboespantore 143 viene convertito in potenza meccanica per azionare la corona 31. La quantità di potenza meccanica generata dal turboespantore 143 e quindi la velocità di rotazione della corona 31, e in definitiva il rapporto di trasmissione della trasmissione a velocità variabile 11 possono essere regolati attraverso i vani di guida di ingresso variabili 149 e/o attraverso una valvola di pressione del gas 151. Il controllore 12 può essere funzionalmente collegato a detti componenti per modulare il rapporto di trasmissione della trasmissione a velocità variabile 11 e adattare la velocità di rotazione dell'albero di uscita 27 alla velocità di rotazione richiesta per il carico 5 agendo su entrambi i vani di guida di ingresso variabili 149 e la valvola di pressione del gas 151, o soltanto su uno di tali componenti.

In alcune forme di realizzazione, come schematicamente mostrato in Fig.5, il gas che viene espanso attraverso il turboespantore 143 è fornito dal compressore 5, cioè una frazione del gas elaborato attraverso il compressore 5 è usato per fornire potenza meccanica attraverso il turboespantore 143. Il turboespantore può essere provvisto di un freno per bloccare il suo albero all'avvio del sistema, se richiesto. Questo può essere in particolare il caso quando il gas che viene espanso attraverso il turboespantore 143 è lo stesso gas elaborato attraverso il compressore 5.

In altre forme di realizzazione può essere prevista una differente sorgente di fluido pressurizzato per alimentare il turboespantore. In ancora ulteriori forme di realizzazione, può essere usata un'altra turbo macchina, ad esempio una pompa, quando è disponibile un liquido pressurizzato quale sorgente di potenza.

Riferendosi ora alla Fig.7, continuando a riferirsi alle Figg.5 e 6, è mostrata una ulteriore forma di realizzazione della trasmissione a velocità variabile 11. La differenza fra le forme di realizzazione delle Figg.6 e 7, riguarda principalmente la differente disposizione degli ingranaggi nel ruotismo epicicloidale 21. Il ruotismo epicicloidale 21 della Fig.7 comprende ancora una corona 31 e un porta satelliti 33, che supporta una pluralità di satelliti 35. Ciascun satellite 35 è montato folle su un rispettivo perno 37 vincolato al porta satelliti 33 e ruotante con esso. Il ruotismo epicicloidale 21 comprende inoltre un solare 39 montato sull'albero di uscita 27 e ruotante con esso. Nella forma di realizzazione della Fig.7 la corona è ancora un ingranaggio a dentatura interna e i satelliti 35 ingranano con la corona a dentatura interna 31. I satelliti 35 ingranano inoltre con il solare 39. Differentemente dalla forma di realizzazione della Fig.6, in Fig.7 la corona 31 è montata sul primo albero di ingresso 23 e ruota con esso.

Il porta satelliti 33 è fornito di un ingranaggio 42, che ruota integralmente con esso. L'ingranaggio 42 riceve il movimento dall'azionatore ausiliario 143. Nella forma di realizzazione della Fig.7 l'azionatore ausiliario 143 è meccanicamente accoppiato all'ingranaggio 42 attraverso un pignone 45 che è calettato su un albero motore 47 dell'azionatore ausiliario 143. In via esemplificativa, un ulteriore ruotismo 46, 48 è disposto fra il pignone 45 e l'ingranaggio 42.

La Fig.8 illustra una sezione secondo la linea VIII-VIII mostrante i componenti principali del ruotismo epicicloidale 21 della Fig.7.

Il funzionamento della trasmissione a velocità variabile 11 della Fig.7 è sostanzialmente lo stesso descritto sopra con riferimento alla Fig.6.

Mentre le forme di realizzazione descritte dell’oggetto qui illustrato sono state mostrate nei disegni e descritte integralmente in quanto sopra con particolari e dettagli in relazione a diverse forme di realizzazione esemplificative, gli esperti nell’arte comprenderanno che molte modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza uscire materialmente dagli insegnamenti innovativi, dai principi e dai concetti sopra esposti, e dai vantaggi dell’oggetto definito nelle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, nelle forme di realizzazione sopra descritte la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità è formata da un ruotismo epicicloidale semplice, in cui ciascun satellite ingrana sia con la corona sia con il solare. In altre forme di realizzazione può essere previsto un ruotismo epicicloidale complesso. In questa classe di ruotismi epicicloidali i satelliti ingranano ciascuno con la corona soltanto o con il solare soltanto. Il porta satelliti in questo caso supporta coppie di satelliti.

Inoltre mentre nelle forme di realizzazione descritte la corona è un ingranaggio a dentatura interna, cioè un anello cavo con denti disposti internamente, in altre forme di realizzazione la corona può essere un ingranaggio a dentatura esterna, sostanzialmente analogo al solare. In effetti in alcuni casi la corona e il solare sono cumulativamente denominati solari.

Pertanto l’ambito effettivo delle innovazioni descritte deve essere determinato soltanto in base alla più ampia interpretazione delle rivendicazioni allegate, così da comprendere tutte le modifiche, i cambiamenti e le omissioni. Inoltre, l’ordine o sequenza di qualunque fase di metodo o processo può essere variata o ridisposta secondo forme di realizzazione alternative.

Claims

"TRASMISSIONE A VELOCITA' VARIABILE CON AZIONATORE AUSILIARIO E SISTEMA CHE LA UTILIZZA" Rivendicazioni 1. Un sistema (1) comprendente: - un azionatore principale (3) configurato per ruotare ad una velocità di rotazione sostanzialmente costante; - un carico ruotante (5) configurato per essere azionato in rotazione dall'azionatore principale (3); - un controllore (12), per regolare in maniera controllata una velocità di rotazione del carico; - una trasmissione a velocità variabile (11), disposta fra l'azionatore principale (3) e il carico (5) e comprensiva di una disposizione di ingranaggi sommatori di velocità (21) avente un primo albero di ingresso (23), un secondo albero di ingresso (25) e un albero di uscita (27); - un azionatore ausiliario (43; 143), meccanicamente accoppiato al secondo albero di ingresso (25) della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità (21) e configurato per ruotare il secondo albero di ingresso (25); in cui il primo albero di ingresso (23) della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità (21) è meccanicamente accoppiato all'azionatore principale (3); e in cui l'albero di uscita (27) della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità (21) è meccanicamente accoppiato al carico ruotante (5); la velocità dell'albero di uscita (27) essendo una combinazione di una velocità dell'azionatore principale (3) e di una velocità dell'azionatore ausiliario (43; 143).
2. Il sistema (1) della rivendicazione 1, in cui la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità (21) comprende un ruotismo epicicloidale.
3. H sistema (1) della rivendicazione 2, in cui il ruotismo epicicloidale comprende un solare (39), una corona (31), almeno un satellite (35) supportato da un porta satelliti (33).
4. H sistema (1) della rivendicazione 3, in cui l'azionatore ausiliario (43; 143) è meccanicamente accoppiato alla corona (31) o al porta satelliti (33). 6. Il sistema (1) della rivendicazione 3, 4 o 5, in cui l'albero di uscita (27) è meccanicamente accoppiato al solare (39). 7. Il sistema (1) di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'azionatore ausiliario comprende un motore elettrico a velocità variabile (43). 8. Il sistema (1) della rivendicazione 7, in cui il motore elettrico a velocità variabile (43) è alimentato attraverso un azionatore a frequenza variabile (49). 9. Il sistema (1) di una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6, in cui l'azionatore ausiliario comprende una turbo macchina (143) generatrice di potenza. 10. Il sistema (1) della rivendicazione 9, in cui la turbo macchina generatrice di potenza comprende una turbina a gas o un turboespantore (143). 11. Il sistema (1) della rivendicazione 9 o 10, in cui la turbo macchina generatrice di potenza (143) comprende almeno un dispositivo di regolazione (149; 151) per regolare una portata di gas attraverso la turbomacchina generatrice di potenza (143), funzionalmente accoppiato al controllore (12). 12. Il sistema della rivendicazione 11, in cui il dispositivo di regolazione comprende almeno una valvola di pressione di gas (151) o vani di guida di ingresso variabili (149). 13. Un metodo per il funzionamento di un carico ruotante a velocità variabile (5), comprendente le seguenti fasi: - azionare il carico ruotante (5) con un azionatore principale a velocità costante (3) attraverso una disposizione di ingranaggi sommatori di velocità (21) comprendente un primo albero di ingresso (23), un secondo albero di ingresso (25) e un albero di uscita (27), il primo albero di ingresso (23) essendo meccanicamente accoppiato all'azionatore principale (3); - variare la velocità del carico ruotante (5) alimentando potenza ausiliaria al secondo albero di ingresso (25) tramite un azionatore ausiliario (43; 143), e controllare una velocità di rotazione del carico (5) regolando la velocità dell'azionatore ausiliario (43; 143). 14. Il metodo della rivendicazione 13, in cui l'azionatore ausiliario comprende un motore elettrico (43) o un turboespantore (143). 15. Il metodo della rivendicazione 13, in cui l'azionatore ausiliario (143) comprende un turboespantore; in cui il carico (5) comprende un compressore; ed in cui gas compresso dal compressore viene lavorato attraverso il turboespantore per generare potenza meccanica.