IT201600075023A1

IT201600075023A1 - Dispositivo e metodo di monitoraggio di un flusso di olio misto ad aria

Info

Publication number: IT201600075023A1
Application number: IT102016000075023A
Authority: IT
Inventors: Walter Divisi
Original assignee: Dropsa Spa
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2018-01-18
Also published as: CN107631160A; US20180017211A1; EP3273135B1; EP3273135A1; US10465846B2

Description

"Dispositivo e metodo di monitoraggio di un flusso di olio misto ad aria"

CAMPO DELL'INVENZIONE

Il presente trovato è relativo a un dispositivo e a un metodo di monitoraggio di un flusso di olio misto ad aria.

In particolare si riferisce a un dispositivo di monitoraggio a sensore fotoelettrico.

STATO DELLA TECNICA

Come noto negli impianti di lubrificazione aria/olio, un flusso di olio in pressione viene miscelato ad un flusso di aria compressa. Il flusso di aria misto a olio viene veicolato su di un componente meccanico ottenendo un effetto combinato di abbassamento di temperatura del componente e una lubrificazione particolarmente efficacie.

Anche se le componenti degli attuali impianti di lubrificazione risultano estremamente affidabili, in situazioni particolarmente critiche, è necessario monitorare in linea il flusso di olio misto ad aria erogato dal sistema di lubrificazione, in quanto, specialmente quando le portate di olio sono molto ridotte (lubrificazione minimale), è possibile che si verifichino dei malfunzionamenti.

Allo scopo sono stati ideati dei dispositivi di monitoraggio del flusso di olio, che tramite un sensore fotoelettrico, rilevano il flusso di olio all'interno di un condotto.

Tali dispositivi funzionano abbastanza bene in presenza di un flusso di olio continuo, privo di aria, ma sono difficilmente adattabili ai sistemi aria/olio. In particolare, se le portate di olio sono molto basse, come avviene in contesti di lubrificazione minimale, le performance dei noti dispositivi non sono accettabili.

RIASSUNTO DELL'INVENZIONE

Scopo del presente trovato è quello di fornire un dispositivo e un metodo di monitoraggio di un flusso di olio misto ad aria, che superi gli inconvenienti tecnici della tecnica nota.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di fornire un dispositivo e un metodo di monitoraggio che sia in grado di rilevare con precisione un flusso di olio in una linea di lubrificazione aria/olio.

Questo ed altri scopi vengono raggiunti da un dispositivo e da un metodo realizzati secondo gli insegnamenti tecnici delle annesse rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'innovazione risulteranno evidenti dalla descrizione di una forma preferita ma non esclusiva del dispositivo, illustrata a titolo esemplificativo e quindi non limitativo nei disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica semplificata in esploso di un dispositivo secondo il presente trovato;

la figura 2 è una vista in sezione semplificata del dispositivo di figura 1 quando assemblato;

le figure 3A-3C sono viste schematiche che illustrano il principio di funzionamento del dispositivo di figura 1;

la figura 4 è una vista schematica di un sistema di lubrificazione aria olio in cui può essere installato il dispositivo del presente trovato.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

Con riferimento alle figure citate viene mostrato un dispositivo di monitoraggio di un flusso di olio misto ad aria, indicato complessivamente con il numero di riferimento 1. Si tratta di un flusso di olio minimale. Nel presente testo per flusso di olio minimale si intende un flusso molto basso, che va da 10 mm cubi al minuto a 100 mm cubi al minuto, ma preferibilmente tra 30 e 40 mm cubi al minuto (una goccia al minuto).

II dispositivo comprende un alloggiamento 4 o telaio, di supporto per una pluralità di elementi disposti al suo interno. Nello specifico l'alloggiamento 4 presenta un corpo cavo 4B e un coperchio 4A fissato al corpo cavo 4B tramite opportune viti o altri mezzi idonei. Una guarnizione 4C può essere interposta tra il corpo cavo 4B e il coperchio 4A.

Come si vede dalla figura 1, il corpo cavo presenta due fori passanti 20 ove sono fissati una coppia di attacchi 6A, 6B, vantaggiosamente del tipo automatico, e configurati per essere accoppiati con una linea di lubrificazione aria/olio tradizionale.

Fra i due attacchi, all'intero del corpo cavo 4B, è previsto un elemento tubolare 2.

Quando gli attacchi sono accoppiati ad una linea di lubrificazione su cui risulta installato il dispositivo 1, un flusso di aria/olio scorre attraverso l'elemento tubolare 2, che risulta inserito a tenuta nella linea stessa (in serie).

Un esempio di un sistema di lubrificazione 40 ove può essere efficacemente impiegato il dispositivo 1 è schematizzato in figura 4. Esso può comprendere un serbatoio di lubrificante 30, ad esempio dell'olio, e mezzi di innalzamento della pressione dell'olio 31 (ad esempio una pompa).

In alcune forme di realizzazione il serbatoio 30 può essere posto in pressione (ad esempio tramite un sistema pneumatico), e dunque l'olio può presentarsi in pressione già all'uscita del serbatoio stesso.

È inoltre presente almeno un regolatore del flusso dell'olio 32 (vantaggiosamente del tipo con valvola a spillo) e almeno un miscelatore 33 dell'olio con un flusso d'aria. Il miscelatore miscela l'aria al fine di ottenere una buona distribuzione di particelle oleose nel flusso di aria, indirizzato dal condotto 34 verso un'utenza U (ad esempio un cuscinetto) .

Nel sistema 40 rappresentato in figura 4, l'aria in pressione è fornita da un compressore 35 (ad esempio di tipo alternativo con annesso serbatoio di aria compressa), che immette aria in pressione, eventualmente regolata da una valvola 36, nel miscelatore 33.

In alcuni sistemi varie parti del sistema possono essere integrate in un unico elemento modulare M, ad esempio del tipo descritto nel documento brevettuale EP2333395 Al, qui incorporato per riferimento.

Il dispositivo 1 può essere posto in serie al condotto 34, tramite gli attacchi 6A e 6B, per rilevare la presenza di un flusso di aria mista ad olio che fluisce nel condotto 34 stesso.

Tornando alla descrizione del dispositivo 1, si nota che, associati all'elemento tubolare 2, sono presenti almeno un primo ed un secondo sensore fotoelettrico 3A, 3B. I due sensori fotoelettrici sono sostanzialmente identici, ma sono montati sull'elemento tubolare (in modo da poter leggere un flusso di aria/olio presente nello stesso) in modo assialmente distanziato (di L), e ad angolazioni diverse rispetto all'asse dell'elemento tubolare.

Nello specifico ciascun sensore comprende un emettitore E affacciato direttamente (o indirettamente) ad un ricevitore R. L'emettitore può essere del tipo a LED e può emettere una radiazione infrarossa, con una lunghezza d'onda compresa tra 0,7 pm a Imm, preferibilmente tra 0,7 pm e 3 pm, (ma ancora più preferibilmente tra 0,8 pm e 1 pm) . In ogni caso l'emettitore deve emettere una radiazione a cui l'elemento tubolare 2 risulta almeno parzialmente trasparente. Vantaggiosamente l'elemento tubolare è realizzato in una plastica quasi trasparente (ad esempio PA6, commercializzato sotto il nome commerciale Rilsan, da Arkema). Tali elementi tubolari sono anche noti come 'clear tubes'. A titolo di esempio l'elemento tubolare può avere un diametro esterno compreso tra l,5mm e 7mm.

Il ricevitore R può essere un fototransistor.

Secondo il presente trovato, il primo 3A e il secondo sensore fotoelettrico 3B sono accoppiati all'elemento tubolare in modo che la prima e la seconda linea ottica A, B dei sensori risultino reciprocamente angolate.

Nel presente testo, con il termine linea ottica del sensore fotoelettrico (line of sight), si intende l'asse A, B di quella regione spaziale in cui l'emettitore risulta affacciato direttamente o indirettamente (se si tratta di un sensore a riflessione) al ricevitore.

Le figure dalla 3A alla 3C mostrano in maniera molto schematica il posizionamento dei sensori fotoelettrici 3A, 3B rispetto all'elemento tubolare. Come si può facilmente notare la prima linea ottica A (del primo sensore fotoelettrico 3A) è allineata ad un primo diametro DI dell'elemento tubolare mentre la seconda linea ottica B (del secondo sensore fotoelettrico 3B) è allineata ad un secondo diametro D2 dell'elemento tubolare. Il primo e il secondo diametro DI, D2 risultando reciprocamente angolati di un angolo a > 0, e vantaggiosamente di 90°± 5°. L'angolo a tuttavia può essere compreso tra 30°± 5° e 90°± 5°.

Qualora fossero presenti più di due sensori, ad esempio tre, l'angolo a potrebbe essere vantaggiosamente di 30°± 5°.

I sensori possono essere montati sull'elemento tubolare 2 senza interferenza o con interferenza minima, e possono essere sorretti direttamente o indirettamente dall'alloggiamento 4.

La disposizione dei sensori sull'elemento tubolare 2 risulta particolarmente vantaggiosa in quando si è verificato che le micro-quantità di olio (normalmente delle piccole gocce P) sospinte dall'aria si dispongono nell'elemento tubolare 4 lungo una fascia F che ha un'altezza di circa 1/4 del diametro dell'elemento tubolare 2.

La distribuzione delle particelle non ha un andamento costante lungo l'elemento tubolare e queste ultime possono procedere anche a spirale lungo le pareti del tubo. Il posizionamento della fascia F può anche dipendere in larga misura dall'orientamento spaziale dell'elemento tubolare (e quindi del dispositivo 1) o della pressione e velocità dell'aria all'interno di quest'ultimo, e quindi risulta difficile determinare a priori quale parte della parete del tubo 'vede' lo scorrere delle particelle d'olio.

Le particelle si distribuiscono in maniera non prevedibile specialmente quando l'elemento tubolare viene installato in posizione verticale (cosa che avviene spesso negli impianti di lubrificazione), ciò causando, nei dispositivi di monitoraggio convenzionali, molti errori di lettura.

La presenza di un sensore fotoelettrico doppio (o triplo ecc) permette di rilevare la scia di olio che viaggia lungo la parete del tubo, in qualsiasi posizione essa si trovi.

Nelle figure 3A-3C sono mostrate alcune configurazioni che può assumere il flusso di particelle P di olio all'interno dell'elemento tubolare 2.

Quando le particelle di olio sospinte dall'aria si distribuiscono nella configurazione di figura 3A, ovvero nella parte bassa dell'elemento tubolare, il primo sensore fotoelettrico 3A fornisce una lettura accurata della presenza di olio all'interno dell'elemento tubolare. Il secondo sensore 3B invece rileva un passaggio di olio più basso o nullo.

Infatti il fascio di radiazioni emesse dall'emettitore E del primo sensore, viene attenuato dalla presenza delle particelle P d'olio (che devia le radiazioni o le assorbe). Il ricevitore R del primo sensore, dunque, riceve una quantità di radiazioni molto inferiore rispetto a quelle emesse e quindi rileva una quantità di olio che fluisce nell'elemento tubolare 2. Cosa che non avviene per il secondo sensore, in questa configurazione .

Viene quindi considerata la sola lettura fornita dal primo sensore 3A.

Quando le particelle P si distribuiscono invece secondo la configurazione illustrata in figura 3B, ovvero lungo un lato dell'elemento tubolare, la lettura corretta sarà quella fornita dal secondo sensore 3B.

In una situazione come quella rappresentata in figura 3C, si otterrà una lettura da entrambi i sensori, e verrà considerata la lettura ottenuta dal sensore che rileva un valore più alto del flusso dell'olio.

In sostanza, con la presenza di almeno due sensori fotoelettrici disposti come sopra descritto, è possibile ottenere una lettura che risulta sempre ben indicativa del flusso di particelle di olio sospinte dall'aria, all'interno dell'elemento tubolare 2.

Vantaggiosamente quindi i sensori funzionano in modalità "OR" quindi il sensore che fornisce la lettura più alta viene considerato mentre quell'altro viene scartato.

Nell'esempio illustrato i sensori fotoelettrici 3A, 3B sono interiacciati con una unità di controllo che provvede a gestirne le letture.

L'unità di controllo 7 può essere direttamente alloggiata su di un circuito stampato 50 presente nell'alloggiamento, oppure può essere connessa al dispositivo 1 tramite una presa con connettori elettrici 51.

In ogni caso l'unità di controllo 7 può essere configurata in modo da:

a) da ottenere un primo parametro indicativo di una quantità di olio presente nell'elemento tubolare rilevata dal primo sensore,

b) ottenere un secondo parametro correlato alla quantità di olio presente nell'elemento tubolare rilevata dal secondo sensore,

c) determinare la presenza o l'assenza di un flusso di aria/olio nell'elemento tubolare sulla base del primo e/o del secondo parametro.

In sostanza il dispositivo 1 opera secondo un metodo di rilevazione del flusso di aria/olio all'interno di un elemento tubolare 2 comprendente le fasi di:

- ottenere un primo parametro indicativo di una quantità di olio presente nell'elemento tubolare rilevata dal primo sensore con una prima linea ottica A dell'elemento tubolare,

ottenere un secondo parametro correlato alla quantità di olio presente nell'elemento tubolare rilevata dal secondo sensore con una seconda linea ottica B angolata rispetto alla prima,

determinare la presenza o l'assenza di un flusso di aria/olio nell'elemento tubolare sulla base del primo e/o del secondo parametro.

La determinazione della presenza o assenza di un flusso di olio all'interno dell'elemento tubolare può essere effettuata sulla base del parametro ottenuto da quel sensore che rileva la maggiore quantità di olio che fluisce nell'elemento tubolare.

Nello specifico il parametro può essere ottenuto sulla base di una serie di letture effettuate su di un singolo sensore in un tempo predefinito.

Secondo una realizzazione particolarmente vantaggiosa, il parametro è ottenuto sulla base della somma dei valori assoluti delle differenze di più letture consecutive sullo stesso sensore, in un intervallo di tempo predefinito (ad esempio 10 secondi).

In sostanza l'algoritmo previsto per il funzionamento del dispositivo 1 può alternare la lettura su un sensore o l'altro ogni 10 sec. Su ognuno dei due sensori può essere effettuato lo stesso algoritmo rilevazione, che nello specifico può prevedere:

- calcolo la somma dei valori assoluti delle differenze delle 100 letture consecutive (una ogni 100ms, opportunamente filtrate) in 10 secondi

se il risultato è maggiore di quello calcolato 10 secondi prima sull'altro sensore, si aggiorna il valore con quello appena calcolato

- si passa sull'altro sensore

In questo modo il valore ottenuto sarà sempre il maggiore tra i due sensori e tale valore può essere confrontato con dei valori di soglia minima impostati (ad esempio tre valori), così da generare un allarme in caso il valore sia inferiore a quello di soglia.

L'algoritmo sopra descritto permette di rilevare anche il caso in cui l'olio cambia percorso lungo l'elemento tubolare. In questo caso il cambiamento di percorso viene rilevato al massimo entro 10 secondi (che corrispondono all'intervallo di tempo predeterminato).

Secondo un differente algoritmo è possibile operare una somma delle letture dei due sensori, ma nelle prove effettuate tale algoritmo si è verificato meno performante del precedente, dato che nella pratica sembra che l'olio vada sempre o sull'uno o sull'altro sensore.

Sono state descritte varie forme di realizzazione dell'innovazione, ma altre potranno essere concepite sfruttando lo stesso concetto innovativo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) di monitoraggio di un flusso di olio minimale misto ad aria, comprendente un elemento tubolare (2) associato ad almeno un primo ed un secondo sensore fotoelettrico (3A, 3B) che emettono una radiazione rispettivamente lungo una prima e una seconda linea ottica (A, B), l'elemento tubolare (2) risultando almeno parzialmente trasparente a detta radiazione, il primo e il secondo sensore fotoelettrico essendo montati sull'elemento tubolare in modo che la prima e la seconda linea ottica (A, B) risultino reciprocamente angolate.
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui la prima linea ottica (A) è allineata ad un primo diametro (DI) dell'elemento tubolare e la seconda linea ottica (B) allineata ad un secondo diametro (D2) dell'elemento tubolare, il primo e il secondo diametro (DI, D2) risultando reciprocamente angolati in una vista in sezione dell'elemento tubolare.
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il primo e il secondo diametro (DI, D2) risultano reciprocamente angolati di un angolo (a) compreso tra 30°± 5° e 90° ± 5°, preferibilmente di 90°± 5°.
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il primo e il secondo diametro (DI, D2) sono assialmente distanziati (L) sull'elemento tubolare.
5. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui l'elemento tubolare (2) è disposto in un alloggiamento (4) che contiene il primo e il secondo sensore fotoelettrico (3A, 3B), l'elemento tubolare (2) essendo dotato di un ingresso e un'uscita associati ad attacchi (6A, 6B) per l'inserimento dell'elemento tubolare in una linea di lubrificazione aria/olio, detti attacchi (6A, 6B) essendo vincolati all'alloggiamento (4).
6. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 3, in cui i sensori fotoelettrici (3A, 3B) sono interfacciati con una unità di controllo (7), configurata in modo da a)ottenere un primo parametro indicativo di una quantità di olio presente nell'elemento tubolare rilevata dal primo sensore, b)ottenere un secondo parametro correlato alla quantità di olio presente nell'elemento tubolare rilevata dal secondo sensore, c)determinare la presenza o l'assenza di un flusso di aria/olio nell'elemento tubolare sulla base del primo e/o del secondo parametro.
Metodo di rilevazione del flusso di aria/olio all'interno di un elemento tubolare (2) comprendente le fasi di: - ottenere un primo parametro indicativo di una quantità di olio presente nell'elemento tubolare rilevata dal primo sensore con una prima linea ottica (A) dell'elemento tubolare, - ottenere un secondo parametro correlato alla quantità di olio presente nell'elemento tubolare rilevata dal secondo sensore con una seconda linea ottica (B) anqolata rispetto alla prima, - determinare la presenza o l'assenza di un flusso di aria/olio nell'elemento tubolare sulla base del primo e/o del secondo parametro.
8. Metodo secondo la rivendicazione precedente in cui, la determinazione della presenza o assenza di un flusso di olio all'interno dell'elemento tubolare è effettuata sulla base del parametro ottenuto da quel sensore che rileva la maqqiore quantità di olio che fluisce nell'elemento tubolare.
9. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui il parametro è ottenuto sulla base di una serie di letture effettuate in un tempo predefinito.
10. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui il parametro è ottenuto sulla base della somma dei valori assoluti delle differenze di più letture consecutive sullo stesso sensore, in un intervallo di tempo predefinito.
11. Sistema di lubrificazione aria/olio comprendente un serbatoio di olio (30), mezzi di innalzamento della pressione dell'olio (31), almeno un regolatore del flusso dell'olio (32), almeno un miscelatore (33) dell'olio con un flusso d'aria in pressione per ottenere un flusso di aria/olio, un condotto (34) atto a veicolare il flusso di aria/olio in corrispondenza di un'utenza (U), detto condotto (34) comprendendo un dispositivo di monitoraggio del flusso secondo una qualunque delle rivendicazioni dalla 1 alla 6.