IT201800006898A1

IT201800006898A1 - HIGH PERFORMANCE VOLUMETRIC FLUID MACHINE WITH HYDRAULIC POWER TRANSMISSION AND ALTERNATE MOTION ROTOR

Info

Publication number: IT201800006898A1
Application number: IT102018000006898A
Authority: IT
Inventors: Simone Costarella
Original assignee: Simone Costarella
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2020-01-03

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale avente per titolo: DESCRIPTION of the industrial invention entitled:

“MACCHINA A FLUIDO VOLUMETRICA AD ALTE PRESTAZIONI CON TRASMISSIONE IDRAULICA DI POTENZA E ROTORE A MOTO ALTERNO”, "HIGH PERFORMANCE VOLUMETRIC FLUID MACHINE WITH HYDRAULIC POWER TRANSMISSION AND ROTOR WITH ALTERNATE MOTION",

Stato della tecnica. State of the art.

Di seguito si riportano alcune riflessioni e aspetti significativi della macchina a fluido volumetrica attualmente impiegata per comprimere gas ad alta pressione, ovvero il compressore alternativo a stantuffo. Below are some reflections and significant aspects of the volumetric fluid machine currently used to compress gas at high pressure, that is the reciprocating piston compressor.

Il punto di forza del compressore alternativo a stantuffo è il sistema di tenuta dei gas che viene realizzata per mezzo delle fasce elastiche interposte tra lo stantuffo e la canna; la geometria cilindrica delle fasce, unitamente alla presenza dell’olio, consente di realizzare e mantenere nel tempo una tenuta ottima. Si deve notare che questo sistema di tenuta è possibile adottarlo grazie al fatto che il moto dello stantuffo è alterno; d’altra parte, il moto alterno dello stantuffo, a causa delle forze di inerzia, produce perdite meccaniche e limita il regime di rotazione della macchina. La trasformazione del moto rotatorio continuo dell’albero in moto alterno dello stantuffo avviene per mezzo del meccanismo biella-manovella, un sistema meccanico semplice ma che presenta alcuni inconvenienti. The strong point of the reciprocating piston compressor is the gas sealing system which is achieved by means of the elastic bands interposed between the piston and the barrel; the cylindrical geometry of the bands, together with the presence of oil, allows for an excellent seal to be created and maintained over time. It should be noted that this sealing system can be adopted thanks to the fact that the piston motion is alternate; on the other hand, the alternating motion of the plunger, due to the forces of inertia, produces mechanical losses and limits the rotation speed of the machine. The transformation of the continuous rotary motion of the shaft into alternating motion of the plunger takes place by means of the connecting rod-crank mechanism, a simple mechanical system that has some drawbacks.

Il limite del sistema biella-manovella-stantuffo è che il cilindro in cui scorre lo stantuffo costituisce sia la coppia cinematica con lo stantuffo stesso, sia la camera di compressione. Per chiarire, si potrebbe migliorare il compressore a stantuffo se si riuscisse a svincolare del tutto la geometria della camera da quello del cinematismo, perché si avrebbero vincoli meno restrittivi tra i parametri di progetto, il che consentirebbe di ottimizzarli indipendentemente l’uno dall’altro; si potrebbe per esempio variare l’alesaggio del cilindro indipendentemente dalla corsa dello stantuffo. The limitation of the connecting rod-crank-piston system is that the cylinder in which the piston slides constitutes both the kinematic torque with the piston itself and the compression chamber. To clarify, the piston compressor could be improved if it were possible to completely separate the geometry of the chamber from that of the kinematics, because there would be less restrictive constraints between the design parameters, which would allow them to be optimized independently of each other. ; for example, the cylinder bore could be varied regardless of the piston stroke.

L’ideale è che tutte le perdite meccaniche siano affidate ad una trasmissione lasciando che la camera di compressione abbia soltanto la funzione di contenere il gas. The ideal is that all mechanical losses are entrusted to a transmission, leaving the compression chamber only to contain the gas.

In questa direzione è per esempio la soluzione con manovellismo “testa a croce”, con il quale venivano realizzati i primi compressori frigoriferi. Lo stantuffo è mosso da un’asta fissata, per una estremità, ad una “testa a croce” a sua volta mossa dal meccanismo biella-manovella. In this direction, for example, the solution with “cross head” crank mechanism, with which the first refrigeration compressors were made. The plunger is moved by a rod fixed, at one end, to a "cross head" in turn moved by the connecting rod-crank mechanism.

Poiché l’asta di comando dello stantuffo è dotata di solo moto rettilineo alterno, in questi compressori il cilindro è chiuso da entrambe le parti e vengono sfruttate per la compressione le due camere fra stantuffo e cilindro dalla parte dell’asta e dalla parte opposta (compressori a doppio effetto). È noto che l’efficienza di questo tipo di macchine è molto alta, ma hanno l’inconveniente di essere lente e ingombranti. Il compressore a stantuffo presenta inoltre l’inconveniente dello spazio morto, ovvero lo spazio in cui rimane confinato, senza essere mandato, il gas compresso; la quantità di gas che non viene mandata aumenta al crescere della pressione di mandata e costituisce una sensibile perdita energetica. Per raggiungere alte pressioni di mandata è necessario che la compressione si svolga in più stadi, sia per ovviare al problema dello spazio nocivo, sia per poter contenere la temperatura e aumentare l’efficienza della compressione raffreddando il gas compresso tra uno stadio e il successivo, e anche per limitare le sollecitazioni meccaniche impiegando stantuffi con diametro inferiore per gli stadi successivi al primo. Maggiore è il numero degli stadi di compressione e migliore è il rendimento globale di compressione, tuttavia le perdite meccaniche aumentano e aumenta anche l’ingombro della macchina. Per sottrarre calore durante la compressione si potrebbe iniettare acqua all’interno del cilindro ma ciò comporta, oltre ad altri inconvenienti, la formazione di un disco liquido sul cielo dello stantuffo che provoca l’urto dello stantuffo stesso contro la testata e quindi una sovrasollecitazione meccanica. (Alcuni compressori per frigoriferi possono disporre della testata mobile per ovviare a tale inconveniente consentendo di espellere l’eventuale liquido frigorigeno). Since the control rod of the piston has only alternating rectilinear motion, in these compressors the cylinder is closed on both sides and the two chambers between piston and cylinder on the rod side and on the opposite side are used for compression ( double-acting compressors). It is known that the efficiency of this type of machines is very high, but they have the drawback of being slow and bulky. The piston compressor also has the drawback of dead space, that is, the space in which the compressed gas remains confined, without being sent; the quantity of gas that is not sent increases as the delivery pressure increases and constitutes a significant energy loss. To reach high delivery pressures it is necessary that the compression takes place in several stages, both to overcome the problem of harmful space, and to be able to contain the temperature and increase the efficiency of the compression by cooling the compressed gas between one stage and the next. and also to limit mechanical stresses by using pistons with a smaller diameter for the stages following the first. The greater the number of compression stages, the better the overall compression efficiency, however the mechanical losses increase and the overall dimensions of the machine also increase. To remove heat during compression, water could be injected into the cylinder but this involves, in addition to other drawbacks, the formation of a liquid disk on the piston crown which causes the piston itself to collide with the head and therefore mechanical overstress. . (Some refrigeration compressors may have a movable head to overcome this inconvenience by allowing any refrigerant to be expelled).

Per quanto riguarda le sollecitazioni meccaniche il sistema stantuffo-biella-manovella comporta l’insorgere di forze non equilibrate, dovute alla pressione del gas e alle accelerazioni degli organi mobili, che producono perdite meccaniche, vibrazioni, usura, e limitano il regime di rotazione della macchina. As regards the mechanical stresses, the piston-connecting rod-crank system involves the onset of unbalanced forces, due to the gas pressure and the accelerations of the moving parts, which produce mechanical losses, vibrations, wear, and limit the rotation speed of the machine.

Descrizione dell’invenzione. Description of the invention.

1. La macchina oggetto dell’invenzione (figg.1-18), di seguito denominata macchina, è costituita da due componenti principali: la trasmissione idraulica di potenza, di seguito denominata trasmissione (1) (fig.2, 3), e il rotore a moto alterno, di seguito denominato rotore (2) (figg.2, 7). La trasmissione trasforma il moto rotatorio continuo dell’albero (3) (fig.3) in moto rotatorio alterno del rotore, la cui corsa angolare è pari a 10°, e trasmette potenza tramite acqua in pressione; l’acqua raggiunge la pressione massima di 500 bar. Il rotore, connesso idraulicamente con la trasmissione, ha la funzione di comprimere o di espandere gas (aria in particolare, vapore) con una pressione massima di 300 bar. Se la macchina funziona come compressore, la trasmissione, con la rotazione dell’albero trascinato da un motore, aumenta la pressione dell’acqua determinando così la spinta idrostatica che produce la rotazione del rotore e la conseguente compressione del gas; viceversa, quando la macchina funziona come motore, il rotore, ricevendo la spinta dal gas in pressione, aumenta la pressione dell’acqua provocando in tal modo la rotazione dell’albero motore e quindi dell’utilizzatore ad esso collegato. 1. The machine object of the invention (figs. 1-18), hereinafter referred to as machine, consists of two main components: the hydraulic power transmission, hereinafter referred to as transmission (1) (fig. 2, 3), and the alternating motion rotor, hereinafter referred to as rotor (2) (figs. 2, 7). The transmission transforms the continuous rotary motion of the shaft (3) (fig. 3) into alternating rotary motion of the rotor, whose angular stroke is equal to 10 °, and transmits power through pressurized water; the water reaches a maximum pressure of 500 bar. The rotor, hydraulically connected to the transmission, has the function of compressing or expanding gas (air in particular, steam) with a maximum pressure of 300 bar. If the machine works as a compressor, the transmission, with the rotation of the shaft driven by an engine, increases the water pressure thus determining the hydrostatic thrust that produces the rotation of the rotor and the consequent compression of the gas; vice versa, when the machine works as a motor, the rotor, receiving the thrust from the pressurized gas, increases the water pressure thus causing the rotation of the motor shaft and therefore of the user connected to it.

2. La trasmissione e il rotore sono disposti l’una adiacente all’altro nella direzione assiale dell’albero di trasmissione della potenza (3 fig.3); l’albero fuoriesce dalla macchina soltanto da un lato della stessa (lato destro fig. 2) per accoppiarsi, tramite una flangia (4 fig.2), al volano (non rappresentato nelle figure); sulla flangia è calettata una puleggia per il collegamento, tramite cinghia, di organi ausiliari. Il volano permette l’accoppiamento della macchina o ad un motore, nel caso in cui la macchina stessa funzioni come compressore, oppure ad un utilizzatore nel caso in cui la macchina sia motrice. 2. The transmission and the rotor are arranged adjacent to each other in the axial direction of the power transmission shaft (3 fig. 3); the shaft comes out of the machine only from one side of the same (right side fig. 2) to couple, through a flange (4 fig. 2), to the flywheel (not shown in the figures); a pulley is keyed on the flange for the connection, by means of a belt, of auxiliary parts. The flywheel allows the coupling of the machine or to an engine, if the machine itself functions as a compressor, or to a user if the machine is a driving force.

3. La trasmissione (fig.3) è costituita da quattro unità uguali (1a), (1b), (1c), (1d) (fig.3) come quella rappresentata in (fig.5) e di seguito denominata modulo. Ciascuno dei quattro moduli (fig.5) è costituito dai seguenti componenti: l’eccentrico (4), i pattini (5a), (5b), il distanziale (6). Il distanziale è un componente fisso mantenuto in posizione tramite la forza tangenziale di attrito statico dovuta alla forza normale delle viti di collegamento (figg.11, 16). L’eccentrico è un cilindro cavo ed è calettato sull’albero della trasmissione (figg.3, 12) con l’asse baricentrico spostato rispetto all’asse di rotazione (O) (fig.5) dell’albero stesso. I pattini sono componenti simmetrici rispetto a tre piani e scorrono nelle rispettive guide prismatiche ricavate nel distanziale e sono tangenti all’eccentrico in corrispondenza di uno spigolo (fig.5) dei pattini stessi, essendo così dotati di moto rettilineo alterno durante la rotazione dell’eccentrico stesso. I pattini sono mantenuti a contatto con l’eccentrico grazie alla spinta esercitata dall’acqua in pressione (viene data spiegazione in merito più avanti). Come si evince dalla (fig.3), i moduli hanno a due a due la stessa disposizione geometrica; i moduli intermedi (1b) e (1c) sono ruotati di 180° nel piano su cui giacciono rispetto ai moduli estremi (1a) e (1d). Tale disposizione consente di bilanciare le spinte idrostatiche, di notevole entità, esercitate radialmente sugli eccentrici; i quattro eccentrici, essendo a due a due angolarmente opposti, danno luogo ad un sistema di forze equilibrato; di conseguenza l’albero, al quale gli eccentrici sono connessi, è soggetto soltanto ad una coppia e non scarica sui cuscinetti (fig.12) le spinte idrostatiche. I cuscinetti sono radenti in bronzo-grafite e sono immersi in acqua. 3. The transmission (fig.3) consists of four identical units (1a), (1b), (1c), (1d) (fig.3) like the one represented in (fig.5) and hereinafter referred to as module. Each of the four modules (fig.5) consists of the following components: the eccentric (4), the shoes (5a), (5b), the spacer (6). The spacer is a fixed component held in position by the tangential force of static friction due to the normal force of the connecting screws (figs. 11, 16). The eccentric is a hollow cylinder and is keyed onto the transmission shaft (figs. 3, 12) with the barycentric axis displaced with respect to the rotation axis (O) (fig.5) of the shaft itself. The pads are symmetrical components with respect to three planes and slide in the respective prismatic guides obtained in the spacer and are tangent to the eccentric at an edge (fig. 5) of the pads themselves, thus being provided with alternate rectilinear motion during the rotation of the eccentric himself. The skids are kept in contact with the eccentric thanks to the thrust exerted by the pressurized water (explanation is given on this later). As can be seen from (fig.3), the modules have the same geometric arrangement two by two; the intermediate modules (1b) and (1c) are rotated by 180 ° in the plane on which they lie with respect to the extreme modules (1a) and (1d). This arrangement makes it possible to balance the hydrostatic thrusts, of considerable entity, exerted radially on the eccentrics; the four eccentrics, being two by two angularly opposite, give rise to a balanced system of forces; consequently the shaft, to which the eccentrics are connected, is subject only to a torque and does not discharge the hydrostatic thrusts on the bearings (fig. 12). The bearings are bronze-graphite sliding bearings and are immersed in water.

4. Tra i quattro moduli della trasmissione sono interposte tre piastre (7), (8), (9), (fig.3), e la trasmissione stessa è chiusa lateralmente con altre due piastre (10), (11) (fig.12). Le piastre hanno la funzione di contenere la pressione dell’acqua, di mantenere in posizione i distanziali dei moduli della trasmissione, e di realizzare la tenuta idraulica laterale degli eccentrici e dei pattini che sono entrambi tangenti alle piastre stesse (fig.12). Per contenere la spinta dell’acqua in pressione all’interno della trasmissione e per mantenere in posizione i distanziali sono impiegate quattordici viti di collegamento M10 con testa cilindrica incassata (figg.11, 16). 4. Three plates (7), (8), (9), (fig. 3) are interposed between the four transmission modules, and the transmission itself is closed laterally with two other plates (10), (11) (fig. .12). The plates have the function of containing the water pressure, of keeping the spacers of the transmission modules in position, and of realizing the lateral hydraulic seal of the eccentrics and of the shoes which are both tangent to the plates themselves (fig. 12). Fourteen M10 connection screws with recessed cylindrical head are used to contain the thrust of the water under pressure inside the transmission and to keep the spacers in position (figs. 11, 16).

5. Per comprendere il principio di funzionamento del modulo e quindi della trasmissione, si consideri che la macchina funzioni come compressore e che l’eccentrico di ciascun modulo ruoti in senso orario a partire dalla posizione rappresentata in (fig.5). I due pattini (5a), (5b), essendo tangenti all’eccentrico durante la sua rotazione, realizzano la tenuta idraulica tra la camera superiore (C1) e quella inferiore (C2). L’eccentrico, ruotando in senso orario, produce l’aumento di volume della camera (C1) e nello stesso tempo la riduzione di volume della camera (C2), determinando così l’aumento della pressione dell’acqua contenuta nella stessa camera (C2) e la simultanea riduzione di pressione nella camera (C1). Il liquido in pressione, generato nella camera (C2) di ogni modulo da ciascuno dei quattro eccentrici, viene spostato e inviato al rotore, nelle omonime camere (C2) (fig.6), il quale riceve in tal modo la spinta idrostatica che ne determina la rotazione di 10° simultanea allo spostamento angolare di 180° degli eccentrici e quindi dell’albero. Mentre il rotore si sposta, lo stesso volume di acqua ricevuto dalle camere (C2) dei moduli viene inviato, con pressione inferiore, nelle camere (C1) dei moduli stessi; la trasmissione e il rotore spostano quindi ciclicamente lo stesso volume di acqua, a pressioni diverse, per realizzare la trasmissione del moto e quindi della potenza. L’ ulteriore rotazione di 180° degli eccentrici determina l’aumento della pressione nelle camere (C1) e quindi l’inversione del moto del rotore che riceve l’acqua in pressione nelle omonime camere (C1) (fig.9). Si sottolinea che il volume di acqua spostato dalla trasmissione e inviato al rotore (e viceversa), è pari alla somma dei volumi di liquido spostato da ognuno dei quattro eccentrici. 5. To understand the operating principle of the module and therefore of the transmission, consider that the machine works as a compressor and that the eccentric of each module rotates clockwise starting from the position represented in (fig.5). The two shoes (5a), (5b), being tangent to the eccentric during its rotation, make the hydraulic seal between the upper chamber (C1) and the lower one (C2). The eccentric, rotating clockwise, produces an increase in the volume of the chamber (C1) and at the same time a reduction in the volume of the chamber (C2), thus causing an increase in the pressure of the water contained in the same chamber (C2 ) and the simultaneous reduction of pressure in the chamber (C1). The pressurized liquid, generated in the chamber (C2) of each module by each of the four eccentrics, is moved and sent to the rotor, in the homonymous chambers (C2) (fig. 6), which thus receives the hydrostatic thrust which it determines the rotation of 10 ° simultaneous to the angular displacement of 180 ° of the eccentrics and therefore of the shaft. As the rotor moves, the same volume of water received by the chambers (C2) of the modules is sent, with lower pressure, into the chambers (C1) of the modules themselves; the transmission and the rotor therefore cyclically move the same volume of water, at different pressures, to achieve the transmission of motion and therefore of power. The further rotation of 180 ° of the eccentrics determines the increase in pressure in the chambers (C1) and therefore the inversion of the motion of the rotor that receives the pressurized water in the homonymous chambers (C1) (fig.9). It is emphasized that the volume of water displaced by the transmission and sent to the rotor (and vice versa) is equal to the sum of the volumes of liquid displaced by each of the four eccentrics.

6. La disposizione geometrica dei moduli (di cui al punto 3) è tale che le camere (C1) e (C2) (fig.5) del modulo (1a) (fig.3) siano in comunicazione idraulicamente con le omonime camere del modulo (1d) e del rotore (2) (fig.6), e che le camere (C1) e (C2) (fig.5) del modulo (1b) (fig.3) siano in comunicazione idraulicamente con le omonime camere del modulo (1c) e del rotore (2) (fig.6), come si evince dalle (figg.17,18) che mostrano i condotti di connessione tra le camere dei moduli e le omonime camere del rotore. Durante il funzionamento della macchina le camere (C1) e (C2) dei moduli sono ciclicamente e alternativamente in pressione, e ciascuna di esse può raggiungere la pressione massima di 500 bar. L’andamento della pressione, in funzione dello spostamento angolare del rotore, è tale che all’aumento della pressione nelle camere (C1) corrisponda la riduzione della pressione nelle camere (C2). 6. The geometric arrangement of the modules (referred to in point 3) is such that the chambers (C1) and (C2) (fig.5) of the module (1a) (fig.3) are in hydraulic communication with the homonymous chambers of the module (1d) and rotor (2) (fig.6), and that the chambers (C1) and (C2) (fig.5) of module (1b) (fig.3) are in hydraulic communication with the homonymous chambers of the module (1c) and of the rotor (2) (fig. 6), as can be seen from (figs.17,18) which show the connection ducts between the module chambers and the homonymous rotor chambers. During the operation of the machine the chambers (C1) and (C2) of the modules are cyclically and alternately under pressure, and each of them can reach the maximum pressure of 500 bar. The pressure trend, as a function of the angular displacement of the rotor, is such that the increase in pressure in the chambers (C1) corresponds to the reduction in pressure in the chambers (C2).

7. La pressione delle camere (C1) (fig.5) determina, su ciascuno dei due pattini (5a), (5b), (fig.5) del modulo, quattro spinte idrostatiche uguali a risultante nulla che agiscono sulle quattro facce laterali del pattino stesso; le facce laterali del pattino non sono piane ma presentano un profilo ad arco di cerchio (dettaglio B fig.5), e la spinta idrostatica su una faccia è uguale alla spinta esercitata sulla faccia opposta, sia perché le superfici hanno la stessa area sia perché la pressione dell’acqua che agisce su di esse è la stessa. La pressione della camera (C2) (fig.5) determina, su ciascuno dei due pattini (5a), (5b), (fig.5) del modulo, una forza sulla faccia quadra prospiciente l’eccentrico (sez. C-C fig.5) che tende ad allontanare i pattini dall’eccentrico stesso. 7. The pressure of the chambers (C1) (fig.5) determines, on each of the two shoes (5a), (5b), (fig.5) of the module, four hydrostatic thrusts equal to zero resultant which act on the four lateral faces of the skate itself; the lateral faces of the pad are not flat but have an arc-shaped profile (detail B fig. 5), and the hydrostatic thrust on one face is equal to the thrust exerted on the opposite face, both because the surfaces have the same area and because the pressure of the water acting on them is the same. The pressure of the chamber (C2) (fig. 5) determines, on each of the two shoes (5a), (5b), (fig. 5) of the module, a force on the square face facing the eccentric (section C-C fig. 5) which tends to move the shoes away from the eccentric itself.

8. I pattini di ciascun modulo sono mantenuti a contatto con l’eccentrico in corrispondenza di uno spigolo dei pattini stessi grazie alla spinta idrostatica esercitata sulla faccia opposta a quella prospiciente l’eccentrico (fig.5) e dovuta alla pressione dell’acqua contenuta nelle camere (C3a) e (C3b) (fig.5) la quale deve essere maggiore della pressione presente nella camera (C2) (fig.5), ovvero sufficiente a mantenere i pattini a contatto con gli eccentrici durante la loro rotazione per realizzare la tenuta idraulica tra le camere (C1) e (C2), e per equilibrare la forza di inerzia dovuta all’accelerazione dei pattini stessi dotati di moto rettilineo alterno. La pressione necessaria a mantenere i pattini a contatto con gli eccentrici viene ottenuta con un sistema idraulico (14) (fig.12) costituito da un pistone che scorre assialmente all’interno di un cilindro; il pistone presenta due diametri diversi che delimitano quattro camere, due a destra (14b) e (14c), e due a sinistra (14a) e (14d). La camera destra (14b) è connessa idraulicamente con le camere (C2) (fig.5) dei moduli tramite due canali (fig.4) ricavati nella piastra (9) (figg.3,12) della trasmissione. La camera sinistra è collegata idraulicamente con le camere (C3a) e (C3b) (fig.4) tramite due canali ricavati nella piastra (7) (figg.3,12) della trasmissione. Il pistone riceve la spinta idrostatica dall’acqua presente nella camera destra (14b) e si sposta verso il lato sinistro, trasmettendo così la stessa pressione dalle camere (C2) alle camere (C3a) e (C3b) (mantenendo separate idraulicamente le camere stesse), e vi aggiunge la pressione fornita dall’esterno della macchina tramite la camera (14c) (fig.12). 8. The pads of each module are kept in contact with the eccentric at one edge of the pads themselves thanks to the hydrostatic thrust exerted on the face opposite to that facing the eccentric (fig. 5) and due to the water pressure contained in chambers (C3a) and (C3b) (fig. 5) which must be greater than the pressure present in chamber (C2) (fig. 5), i.e. sufficient to keep the pads in contact with the eccentrics during their rotation to achieve the hydraulic seal between the chambers (C1) and (C2), and to balance the inertia force due to the acceleration of the pads themselves equipped with alternating rectilinear motion. The pressure necessary to keep the pads in contact with the eccentrics is obtained with a hydraulic system (14) (fig. 12) consisting of a piston that slides axially inside a cylinder; the piston has two different diameters that delimit four chambers, two on the right (14b) and (14c), and two on the left (14a) and (14d). The right chamber (14b) is hydraulically connected to the chambers (C2) (fig. 5) of the modules by means of two channels (fig. 4) obtained in the plate (9) (figs. 3.12) of the transmission. The left chamber is hydraulically connected to the chambers (C3a) and (C3b) (fig. 4) by means of two channels obtained in the plate (7) (figs 3,12) of the transmission. The piston receives the hydrostatic thrust from the water present in the right chamber (14b) and moves towards the left side, thus transmitting the same pressure from the chambers (C2) to the chambers (C3a) and (C3b) (keeping the chambers hydraulically separated ), and adds the pressure supplied from the outside of the machine through the chamber (14c) (fig. 12).

9. La pressione aggiuntiva che spinge i pattini contro gli eccentrici non deve scendere al di sotto di un livello minimo, in base al regime di rotazione della macchina, per evitare che i pattini stessi si distacchino dagli eccentrici; la trasmissione dispone quindi di una valvola unidirezionale (figg.13,14) che fa immettere acqua nelle camere (C3a) e (C3b) (fig4) nel caso in cui la pressione presente nelle stesse raggiunga il valore minimo prestabilito. Quando la pressione delle camere (C2) (fig.5), durante il funzionamento ciclico della trasmissione, risulta essere inferiore alla pressione presente nelle camere (C3a) e (C3b) (fig4), il pistone inverte il suo moto e si sposta verso destra anche per mezzo della spinta ricevuta dall’esterno tramite la pressione della camera (14d) (fig12). 9. The additional pressure that pushes the pads against the eccentrics must not fall below a minimum level, according to the rotation speed of the machine, to prevent the pads themselves from detaching from the eccentrics; the transmission therefore has a one-way valve (figs.13,14) which causes water to enter the chambers (C3a) and (C3b) (fig4) if the pressure present in them reaches the minimum preset value. When the pressure of the chambers (C2) (fig. 5), during the cyclic operation of the transmission, is lower than the pressure present in the chambers (C3a) and (C3b) (fig4), the piston reverses its motion and moves towards right also by means of the thrust received from the outside through the pressure of the chamber (14d) (fig12).

10. Le camere (C3a) e (C3b) (figg.4, 5) di ciascun modulo sono tutte connesse tra di loro tramite le camere di raccordo (12), (13), (fig.12) realizzate nelle piastre laterali di chiusura (10), (11), (fig.12), e tale connessione è resa possibile dalla disposizione geometrica dei moduli. Si osservi la rappresentazione della trasmissione di (fig.4) in cui si nota il modulo (1d) in vista con linee continue, coincidente con il modulo (1a), e il modulo (1c), coincidente con il modulo (1b), raffigurato con linee a tratti. Osservando il lato sinistro della (fig.4) si nota che, essendo i moduli (1b) e (1c) uguali ai moduli (1a) e (1d) ma ruotati rispetto a questi ultimi di 180° nel piano su cui giacciono (come già spiegato al punto -3-), il pattino (5b) del modulo (1d), quando l’eccentrico ruota, si sposta con verso opposto rispetto a quello con cui si muove il pattino (5a) del modulo (1c) (rappresentato con linee a tratti); i due pattini intermedi della trasmissione spostano quindi lo stesso volume di acqua rispetto ai pattini estremi ma in direzione opposta, e quindi il volume complessivo delle camere (C3a) e (C3b) (fig.4), durante il moto dei pattini, rimane costante. 10. The chambers (C3a) and (C3b) (figs. 4, 5) of each module are all connected to each other by means of the connecting chambers (12), (13), (fig. 12) made in the side plates of closure (10), (11), (fig. 12), and this connection is made possible by the geometric arrangement of the modules. Observe the representation of the transmission of (fig. 4) in which we see the module (1d) in view with solid lines, coinciding with the module (1a), and the module (1c), coinciding with the module (1b), depicted with dashed lines. Observing the left side of (fig. 4) it can be seen that, being the modules (1b) and (1c) equal to the modules (1a) and (1d) but rotated with respect to the latter by 180 ° in the plane on which they lie (as already explained at point -3-), the sliding block (5b) of module (1d), when the eccentric rotates, moves in the opposite direction to that with which the sliding block (5a) of module (1c) (shown with dashed lines); the two intermediate shoes of the transmission therefore move the same volume of water with respect to the extreme shoes but in the opposite direction, and therefore the overall volume of the chambers (C3a) and (C3b) (fig. 4), during the movement of the shoes, remains constant .

Come già esposto al punto -6-, le camere (C1) e (C2) di ciascun modulo (fig.4) sono connesse idraulicamente con le omonime camere del rotore (2) (fig.7) tramite i quattro condotti che si sviluppano all’interno della trasmissione (figg.17,18). Il rotore ha sei risalti radiali a due a due uguali e diametralmente opposti di seguito denominati palette (P1), (P2) (fig.7); in particolare le palette (P1) hanno una dimensione radiale maggiore rispetto alle restanti quattro (P2). Il rotore è inserito all’interno di uno statore (15) (fig.7); lo statore e il rotore sono disegnati in modo tale da realizzare dodici camere, a due a due uguali e diametralmente opposte, di cui quattro (C1) (C2) contengono l’acqua che collega il rotore alla trasmissione, e le rimanenti (C3a), (C3b), (C4a), (C4b), (fig.7) sono impiegate per ospitare il gas che deve essere compresso o espanso. Le camere diametralmente opposte si trovano sempre alla stessa pressione in modo tale che la risultante delle forze applicate al rotore sia nulla in ogni condizione di funzionamento e il rotore stesso sia soggetto soltanto ad una coppia; il rotore quindi non è sottoposto a forze non equilibrate che diano luogo a perdite per attrito sensibili e alla conseguente usura degli accoppiamenti meccanici. Il rotore compie in modo ciclico una corsa angolare pari a 10° e ruota rispetto al suo asse baricentrico (O) (fig.7), che coincide con l’asse della trasmissione, guidato dal profilo interno dello statore in corrispondenza delle quattro palette (P2) (fig.7). As already explained in point -6-, the chambers (C1) and (C2) of each module (fig. 4) are hydraulically connected with the homonymous rotor chambers (2) (fig. 7) through the four ducts that develop inside the transmission (figs.17,18). The rotor has six radial projections two by two equal and diametrically opposite, hereinafter referred to as vanes (P1), (P2) (fig.7); in particular the vanes (P1) have a larger radial dimension than the remaining four (P2). The rotor is inserted inside a stator (15) (fig.7); the stator and the rotor are designed in such a way as to create twelve chambers, two by two equal and diametrically opposite, of which four (C1) (C2) contain the water that connects the rotor to the transmission, and the remaining ones (C3a) , (C3b), (C4a), (C4b), (fig.7) are used to house the gas to be compressed or expanded. The diametrically opposite chambers are always at the same pressure so that the resultant of the forces applied to the rotor is zero in any operating condition and the rotor itself is subjected to only one torque; the rotor is therefore not subjected to unbalanced forces which give rise to significant friction losses and consequent wear of the mechanical couplings. The rotor cyclically performs an angular stroke equal to 10 ° and rotates with respect to its barycentric axis (O) (fig. 7), which coincides with the axis of the transmission, guided by the internal profile of the stator in correspondence with the four blades ( P2) (fig. 7).

Si consideri la configurazione iniziale del rotore rappresentata in (fig.6) e il caso in cui la macchina funzioni come compressore di aria. L’acqua in pressione, prodotta dalla trasmissione e immessa nelle camere (C2), esercita una spinta sulla superficie delle palette (P2) in modo da far ruotare il rotore in senso antiorario (figg.6,7); il volume delle camere (C4a) aumenta, e viene aspirata l’aria che entra dalla parte superiore delle camere stesse, in direzione radiale, attraverso una luce di sezione rettangolare che si estende per l’intera profondità assiale del rotore (50 mm). La luce di aspirazione viene aperta tramite una valvola a saracinesca comandata idraulicamente (V1) (fig.7). L’aria viene aspirata dalla parte posteriore della macchina tramite i condotti (F3) (figg.7,12,15). Durante la fase di aspirazione le camere (C4a) sono separate dalle camere adiacenti (C3a) per mezzo delle valvole a saracinesca (V2) (figg.7,8), comandate idraulicamente, che sono tangenti al profilo del rotore, durante l’intera corsa di aspirazione, grazie alla spinta ricevuta dal fluido di comando. Al termine della fase di aspirazione il rotore ha compiuto una corsa angolare pari a 10° e si trova nella configurazione rappresentata in (fig.9). Successivamente, le valvole di aspirazione (V1) si chiudono idraulicamente, e il rotore inverte il suo moto e ruota in senso orario grazie alla trasmissione che manda acqua in pressione nelle camere (C1) (fig.7); le valvole (V2), che si trovano tra le camere (C4a) e (C3a), rimangono ferme nella posizione raggiunta alla fine della fase precedente di aspirazione (fig.9) e non seguono quindi il profilo del rotore. Le valvole (V2) si spostano radialmente verso il centro del rotore, seguendone il profilo durante la sua rotazione, soltanto quando il fluido che le comanda viene messo in pressione, mentre rientrano nella loro sede statorica grazie al profilo del rotore che funge da camma; si tratta quindi, al contrario delle valvole di aspirazione (V1), di valvole a semplice effetto. L’aria aspirata, presente nelle camere (C4a), viene compressa e simultaneamente spostata nelle camere adiacenti (C3a) (fig.7) grazie alle valvole (V2) che rimangono in posizione di apertura fornendo una luce di forma rettangolare che si estende per l’intera profondità assiale del rotore (50 mm). Terminata la seconda fase, il rotore si ritrova nella configurazione inziale (fig.6), l’aria compressa contenuta nella camere (C3a) subisce una ulteriore compressione non appena il rotore si muove in senso antiorario, dato che le valvole (V2) rimangono tangenti al rotore seguendone il profilo; raggiunta la pressione desiderata, l’aria viene mandata in direzione radiale attraverso la luce aperta dalle valvole a comando idraulico (V3) (figg.7,8) e quindi per mezzo dei condotti (F1) (fig.7) che si sviluppano in senso assiale ed escono dalla parte posteriore della macchina (fig.10). Consider the initial configuration of the rotor represented in (fig. 6) and the case in which the machine works as an air compressor. The pressurized water, produced by the transmission and introduced into the chambers (C2), exerts a thrust on the surface of the vanes (P2) in order to make the rotor rotate counterclockwise (Figs. 6.7); the volume of the chambers (C4a) increases, and the air that enters from the upper part of the chambers is sucked in, in a radial direction, through a rectangular section opening that extends over the entire axial depth of the rotor (50 mm). The intake port is opened by a hydraulically operated gate valve (V1) (fig. 7). The air is sucked in from the rear of the machine through the ducts (F3) (figs 7,12,15). During the suction phase the chambers (C4a) are separated from the adjacent chambers (C3a) by means of the gate valves (V2) (figs. 7,8), hydraulically controlled, which are tangent to the profile of the rotor, during the entire suction stroke, thanks to the thrust received by the control fluid. At the end of the suction phase, the rotor has completed an angular stroke equal to 10 ° and is in the configuration shown in (fig. 9). Subsequently, the intake valves (V1) close hydraulically, and the rotor reverses its motion and rotates clockwise thanks to the transmission that sends pressurized water into the chambers (C1) (fig.7); the valves (V2), which are located between the chambers (C4a) and (C3a), remain stationary in the position reached at the end of the previous suction phase (fig. 9) and therefore do not follow the profile of the rotor. The valves (V2) move radially towards the center of the rotor, following its profile during its rotation, only when the fluid that controls them is put under pressure, while they reenter their stator seat thanks to the profile of the rotor which acts as a cam; therefore, unlike the intake valves (V1), they are single-acting valves. The sucked air, present in the chambers (C4a), is compressed and simultaneously moved to the adjacent chambers (C3a) (fig. 7) thanks to the valves (V2) which remain in the open position providing a rectangular shaped port that extends for the entire axial depth of the rotor (50 mm). At the end of the second phase, the rotor returns to its initial configuration (fig. 6), the compressed air contained in the chamber (C3a) undergoes further compression as soon as the rotor moves counterclockwise, since the valves (V2) remain tangents to the rotor following its profile; once the desired pressure has been reached, the air is sent in a radial direction through the opening opened by the hydraulically controlled valves (V3) (figs. 7,8) and then by means of the ducts (F1) (fig. 7) which develop in axial direction and come out from the rear of the machine (fig. 10).

Il ciclo di compressione è costituito quindi da quattro fasi (aspirazione, prima compressione, seconda compressione, mandata) e si svolge con tre corse angolari del rotore. Si osservi che, facendo riferimento alla (fig.7), mentre nelle camere (C4a) avviene la prima fase di aspirazione, simultaneamente nelle camere (C4b) si realizza la seconda fase di prima compressione, e nelle camere (C3a) si svolgono le ultime due fasi di seconda compressione e mandata. Quindi, per ogni corsa del rotore si ha il completamento di un ciclo di compressione e quindi una mandata di aria compressa, ovvero due mandate per ogni giro dell’albero di trasmissione. Si noti che le fasi appena descritte si svolgono simultaneamente nelle camere omonime e diametralmente opposte, al fine di bilanciare le spinte dell’aria sul rotore (come già esposto al punto -11-). The compression cycle therefore consists of four phases (suction, first compression, second compression, delivery) and takes place with three angular strokes of the rotor. It should be noted that, referring to (fig. 7), while the first suction phase takes place in the chambers (C4a), the second first compression phase takes place in the chambers (C4b), and in the chambers (C3a) the last two phases of second compression and delivery. Therefore, for each stroke of the rotor there is the completion of a compression cycle and therefore a delivery of compressed air, or two deliveries for each revolution of the transmission shaft. Note that the phases just described take place simultaneously in the homonymous and diametrically opposite chambers, in order to balance the air thrusts on the rotor (as already explained in point -11-).

Le camere in cui avviene il ciclo di compressione del gas hanno un alto rapporto superficievolume grazie alla loro forma stretta e allungata, e tale caratteristica aumenta la potenza termica scambiata tra il gas e le pareti metalliche del rotore e dello statore; la sottrazione di calore durante la compressione comporta l’aumento dell’efficienza della compressione stessa. Per sottrarre calore efficacemente e contenere la temperatura di fine compressione viene iniettata acqua nelle camere (C4a) e (C4b) tramite quattro ugelli (F2) (fig.7), uno per camera, ricavati nello statore, e che si estendono per l’intera profondità dello statore stesso (50 mm). L’acqua iniettata e polverizzata nelle camere (C4a) e (C4b) viene spostata, con il gas compresso, nelle camere ad alta pressione (C3a) e (C3b), e quindi successivamente espulsa unitamente al gas, senza creare sovrasollecitazioni sensibili, tramite le valvole di mandata (V3) (fig.7). L’acqua consente inoltre di ridurre approssimativamente a zero lo spazio nocivo, la cui entità riveste particolare importanza per le camere (C3a) e (C3b) (fig.7) in cui si raggiungono pressioni elevate. Si noti che, anche in assenza di acqua, in seguito alla geometria del rotore e dello statore ed al loro accoppiamento, lo spazio nocivo è molto ridotto. The chambers in which the gas compression cycle takes place have a high surface-to-volume ratio thanks to their narrow and elongated shape, and this characteristic increases the thermal power exchanged between the gas and the metal walls of the rotor and stator; the subtraction of heat during compression leads to an increase in the efficiency of the compression itself. To remove heat effectively and contain the temperature at the end of compression, water is injected into the chambers (C4a) and (C4b) through four nozzles (F2) (fig. 7), one per chamber, obtained in the stator, and which extend for the full depth of the stator itself (50 mm). The water injected and pulverized in the chambers (C4a) and (C4b) is moved, with the compressed gas, into the high pressure chambers (C3a) and (C3b), and then subsequently expelled together with the gas, without creating sensitive overstresses, through the delivery valves (V3) (fig. 7). The water also allows the harmful space to be reduced to approximately zero, the extent of which is of particular importance for the chambers (C3a) and (C3b) (fig.7) in which high pressures are reached. Note that, even in the absence of water, due to the geometry of the rotor and the stator and their coupling, the harmful space is very small.

L’acqua, entrando in contatto con le pareti del rotore e dello statore, consente di controllarne la temperatura e quindi le dilatazioni termiche differenziali; di conseguenza, il gioco tra rotore e statore può essere contenuto in modo tale da limitare i trafilamenti di gas, i quali si realizzano, internamente alle camere, in direzione tangenziale, e verso l’esterno delle camere in direzione radiale. La tenuta, in direzione tangenziale, del gas contenuto nelle camere (C3a) e (C3b) (fig.7), è affidata all’accoppiamento rotore-statore, realizzato con superfici cilindriche, in corrispondenza della testa delle palette (P2) (fig.7). La tenuta del gas presente nelle camere (C4a) e (C4b) (fig.7) è garantita dalla testa flottante (16) (figg.7,12), ovvero un organo mobile in direzione radiale che viene mantenuto a contatto, per mezzo di superfici cilindriche, con la sommità delle palette (P1) tramite un attuatore idraulico. La stessa testa flottante costituisce battuta per le valvole a saracinesca (V1) (fig.7). La tenuta del gas in direzione radiale è affidata ad un risalto (18) (fig.8), detto labbro di tenuta, ricavato lungo l’intero perimetro e su entrambi i lati del rotore; il labbro si accoppia con le superfici piane delle piastre laterali di chiusura (10) e (17) (fig.12) che sono serrate sullo statore con viti a testa cilindrica incassata (fig.10). Tra il rotore e le piastre si hanno due camere (C5) (fig.12), una per lato, confinate dal labbro di tenuta, e tali camere contengono acqua che serve per migliorare la tenuta radiale del gas, e per raffreddare il rotore. The water, coming into contact with the walls of the rotor and stator, allows you to control the temperature and therefore the differential thermal expansion; consequently, the clearance between rotor and stator can be contained in such a way as to limit gas leaks, which occur, inside the chambers, in a tangential direction, and towards the outside of the chambers in a radial direction. The seal, in the tangential direction, of the gas contained in the chambers (C3a) and (C3b) (fig. 7), is entrusted to the rotor-stator coupling, made with cylindrical surfaces, at the head of the vanes (P2) (fig. .7). The tightness of the gas present in the chambers (C4a) and (C4b) (fig. 7) is guaranteed by the floating head (16) (figs 7,12), that is a member moving in a radial direction which is kept in contact, by means of of cylindrical surfaces, with the top of the vanes (P1) by means of a hydraulic actuator. The same floating head forms a stop for the gate valves (V1) (fig. 7). The gas seal in the radial direction is entrusted to a projection (18) (fig. 8), called the sealing lip, obtained along the entire perimeter and on both sides of the rotor; the lip mates with the flat surfaces of the side closing plates (10) and (17) (fig. 12) which are tightened on the stator with recessed cylindrical head screws (fig. 10). Between the rotor and the plates there are two chambers (C5) (fig. 12), one on each side, confined by the sealing lip, and these chambers contain water which serves to improve the radial seal of the gas, and to cool the rotor.

16. Durante il funzionamento della macchina, l’acqua impiegata per trasmettere potenza tra la trasmissione e il rotore raggiunge pressioni elevate fino al valore massimo di 500 bar; se si supera tale valore limite di esercizio per il quale la macchina è stata progettata, intervengono le quattro valvole di massima pressione (V4) (sez.F-F fig.8) che sono collocate all’interno dello statore in prossimità delle camere (C1) e (C2) (figg.7,8). L’acqua in pressione passa dai condotti (F4) (sez.F-F fig.8), apre la valvola (V4) che è precaricata idraulicamente, ed esce dalla parte posteriore della macchina (fig.10) tramite i condotti (F5) e (F6) (sez. G-G fig.8). Le stesse valvole di massima pressione (V4) consentono anche di reimmettere nella macchina l’acqua che trafila, durante la trasmissione di potenza, dalle camere ad alta pressione. Il reintegro dell’acqua viene effettuato in modo alterno nelle camere (C1) e (C2), ovvero quando le camere (C1) si trovano in pressione si reintegra il fluido nelle camere (C2) e viceversa. Tutto il fluido che trafila dalle camere ad alta pressione viene drenato all’interno del volume (C6) (fig.12) della trasmissione in prossimità dell’albero e degli eccentrici, e viene fatto circolare all’interno della trasmissione stessa tramite una pompa di ricircolo (18) (fig.16), collegata direttamente all’albero, per asportare la potenza termica sviluppata; il liquido in eccesso si sposta all’interno delle camere del rotore (C5) (fig.12), e quindi all’esterno della macchina tramite i condotti (F7) (figg.10,12). (Si precisa che il sistema di comando idraulico di tutte le valvole, i circuiti idraulici e gli organi ausiliari esterni alla macchina non sono oggetto della presente invenzione). 16. During the operation of the machine, the water used to transmit power between the transmission and the rotor reaches high pressures up to the maximum value of 500 bar; if this operating limit value for which the machine has been designed is exceeded, the four maximum pressure valves (V4) (section F-F fig. 8) intervene and are located inside the stator near the chambers (C1) and (C2) (figs 7,8). The pressurized water passes through the pipes (F4) (section F-F fig. 8), opens the valve (V4) which is hydraulically preloaded, and exits from the rear part of the machine (fig. 10) through the pipes (F5) and (F6) (section G-G fig. 8). The same maximum pressure valves (V4) also allow the water that leaks from the high pressure chambers to be reintroduced into the machine during power transmission. The water replenishment is carried out alternately in the chambers (C1) and (C2), or when the chambers (C1) are under pressure, the fluid is reintegrated in the chambers (C2) and vice versa. All the fluid that leaks from the high pressure chambers is drained inside the volume (C6) (fig. 12) of the transmission near the shaft and the eccentrics, and is circulated inside the transmission itself by means of a pump recirculation (18) (fig. 16), connected directly to the shaft, to remove the thermal power developed; the excess liquid moves inside the rotor chambers (C5) (fig.12), and then outside the machine through the ducts (F7) (figs.10.12). (It should be noted that the hydraulic control system of all the valves, the hydraulic circuits and the auxiliary organs external to the machine are not the subject of the present invention).

17. La macchina ha un funzionamento reversibile, ovvero può effettuare, oltre alla compressione come descritto nei punti precedenti, anche l’espansione dell’aria compressa (o di altri gas, vapori) ed erogare potenza meccanica. L’inversione del funzionamento è resa possibile dal comando idraulico delle valvole che avviene dall’esterno della macchina con un sistema elettroidraulico (tecnica nota). È sufficiente cambiare la fasatura delle valvole rispetto alla rotazione del rotore e la macchina si converte da compressore a motore e viceversa, e ciò può avvenire durante il moto dell’albero di trasmissione della potenza. Il funzionamento della macchina come motore prevede le stesse fasi descritte per il ciclo di compressione, ma in ordine inverso: l’immissione di gas ad alta pressione (valore massimo 300 bar), tramite le valvole (V3) (fig.7) e il primo stadio di espansione, il secondo stadio di espansione nelle camere e lo scarico per mezzo delle valvole (V1) (fig.7). Rispetto alla compressione, durante l’espansione del gas si ha un raffreddamento del gas stesso, e quindi è necessario fornire potenza termica durante il processo di espansione. Come già esposto al punto -14-, le camere hanno un alto rapporto superficie-volume che favorisce lo scambio termico tra le pareti rotoriche, le pareti statoriche, e il gas; la cessione di calore al gas può essere aumentata per mezzo dell’acqua, eventualmente preriscaldata, iniettata e polverizzata tramite gli ugelli (F2) ricavati nello statore. Inoltre, per aumentare il lavoro interno sviluppato dall’espansione del gas, si può innalzare la temperatura del gas stesso prima che venga immesso nella macchina per essere espanso. 17. The machine has a reversible operation, that is, in addition to compression as described in the previous points, it can also expand compressed air (or other gases, vapors) and deliver mechanical power. The inversion of the operation is made possible by the hydraulic control of the valves which occurs from outside the machine with an electro-hydraulic system (known technique). It is sufficient to change the valve timing with respect to the rotation of the rotor and the machine converts from compressor to motor and vice versa, and this can happen during the motion of the power transmission shaft. The operation of the machine as an engine involves the same phases described for the compression cycle, but in reverse order: the injection of gas at high pressure (maximum value 300 bar), through the valves (V3) (fig. 7) and the first expansion stage, the second expansion stage in the chambers and exhaust by means of the valves (V1) (fig. 7). With respect to compression, during the expansion of the gas the gas itself is cooled, and therefore it is necessary to provide thermal power during the expansion process. As already explained in point -14-, the chambers have a high surface-volume ratio which favors the heat exchange between the rotor walls, the stator walls, and the gas; the transfer of heat to the gas can be increased by means of water, possibly preheated, injected and pulverized through the nozzles (F2) obtained in the stator. Furthermore, to increase the internal work developed by the expansion of the gas, the temperature of the gas itself can be raised before it is introduced into the machine to be expanded.

18. La regolazione della potenza erogata dalla macchina funzionante come motore viene effettuata grazie al comando idraulico delle valvole (V3) (figg.7,8) che consente di regolare la quantità di gas immessa nelle camere di espansione tramite la variazione del tempo di apertura delle valvole stesse. Nel caso in cui la macchina funzioni come compressore viene regolata la portata di gas aspirato tramite la chiusura anticipata delle valvole (V1) (fig.7), e tale sistema di regolazione non comporta perdite energetiche sensibili. 18. The regulation of the power supplied by the machine functioning as motor is carried out thanks to the hydraulic control of the valves (V3) (figs. 7,8) which allows to regulate the quantity of gas introduced into the expansion chambers by varying the opening time of the valves themselves. If the machine works as a compressor, the intake gas flow rate is regulated by the early closing of the valves (V1) (fig. 7), and this regulation system does not involve significant energy losses.

19. Il rendimento della macchina dipende dalle perdite energetiche dovute alla trasmissione di potenza, e dall’efficienza del ciclo di compressione o di espansione. Le dissipazioni causate dagli attriti, in base a quanto esposto nei punti precedenti della descrizione, sono molto contenute in quanto tutti gli organi mobili della macchina non sono soggetti, durante il loro moto, a forze non equilibrate che diano luogo a forze di attrito sensibili. Le perdite meccaniche sono piuttosto dovute ai trafilamenti di acqua in pressione e alle perdite fluidodinamiche dell’acqua stessa; l’incidenza dei trafilamenti sul rendimento meccanico dipende dalla pressione ed è inversamente proporzionale al regime di rotazione della macchina, mentre le resistenze fluidodinamiche crescono all’aumentare della velocità di rotazione. Per quanto concerne il ciclo di compressione o di espansione, come già esposto precedentemente, l’architettura del rotore e dello statore consente di minimizzare le perdite energetiche e di ottenere una efficienza elevata. 19. The performance of the machine depends on the energy losses due to power transmission, and on the efficiency of the compression or expansion cycle. The dissipations caused by friction, on the basis of what is stated in the previous points of the description, are very limited since all the moving parts of the machine are not subject, during their motion, to unbalanced forces that give rise to sensible friction forces. The mechanical losses are rather due to the leakage of pressurized water and the fluid dynamic losses of the water itself; the incidence of leaks on the mechanical performance depends on the pressure and is inversely proportional to the rotation speed of the machine, while the fluid dynamic resistances increase as the rotation speed increases. With regard to the compression or expansion cycle, as already explained above, the architecture of the rotor and stator allows to minimize energy losses and to obtain a high efficiency.

20. Per quanto riguarda le prestazioni, la corsa angolare del rotore, molto corta e pari a 10°, consente di raggiungere un regime di rotazione elevato, in particolare 9000 giri/min; la pressione dell’acqua all’interno della trasmissione, raggiungendo il valore massimo di 500 bar, permette di ottenere una coppia all’albero alta; di conseguenza la potenza utile della macchina è elevata. La corsa angolare del rotore rimane invariata e pari a 10° al crescere delle dimensioni della macchina, e questo aspetto comporta che il regime di rotazione si mantenga relativamente elevato anche nel caso in cui la macchina sia più grande rispetto a quella rappresentata nei disegni a cui si fa riferimento nella presente descrizione. La velocità di rotazione alta comporta inoltre, nel caso in cui la macchina funzioni come compressore, una elevata frequenza di mandata e una conseguente fluttuazione contenuta della portata di gas compresso. 20. As far as performance is concerned, the angular stroke of the rotor, very short and equal to 10 °, allows to reach a high rotation speed, in particular 9000 rpm; the water pressure inside the transmission, reaching the maximum value of 500 bar, allows to obtain a high shaft torque; consequently the useful power of the machine is high. The angular stroke of the rotor remains unchanged and equal to 10 ° as the size of the machine increases, and this aspect means that the rotation speed remains relatively high even if the machine is larger than that shown in the drawings to which reference is made in the present description. The high rotation speed also entails, if the machine works as a compressor, a high delivery frequency and a consequent limited fluctuation of the compressed gas flow rate.

L’assenza di forze di attrito rilevanti, come scritto al punto -19-, determina una modesta usura degli organi in moto relativo, a vantaggio della durata e dell’affidabilità della macchina. Inoltre, i componenti che costituiscono la macchina sono realizzati in acciaio e in lega di alluminio ad alta resistenza, e sono rivestiti superficialmente con il nichel, tranne gli organi in acciaio inossidabile, per la resistenza alla corrosione in acqua. The absence of significant frictional forces, as written in point -19-, determines a modest wear of the parts in relative motion, to the advantage of the duration and reliability of the machine. In addition, the components that make up the machine are made of steel and high-strength aluminum alloy, and are superficially coated with nickel, except for the stainless steel parts, for resistance to corrosion in water.

Claims

CLAIMS of the industrial invention entitled: "HIGH PERFORMANCE VOLUMETRIC FLUID MACHINE WITH HYDRAULIC POWER TRANSMISSION AND ROTOR WITH ALTERNATE MOTION" 1) Volumetric fluid machine characterized by a hydraulic power transmission (1) and by an alternating motion rotor (2) to compress and expand air, gas, steam, at high pressure, in particular air at 300 bar, also in presence of liquid, water in particular, and no lubricating oil.

2) Volumetric fluid machine of claim -1-, wherein said transmission comprises a power transmission shaft (3) and four equal modules (1a), (1b), (1c), (1d), each of the four being said modules consist of two chambers (C1), (C2), an eccentric (4), two identical pads (5a) (5b), and a spacer (6), and is characterized by the fact that it transforms the continuous rotary motion of the said shaft in the alternating rotary motion of said rotor, and vice versa, by means of a high pressure liquid, in particular water at 500 bar.

3) Volumetric fluid machine of claim -2-, characterized in that said modules have the same geometric arrangement two by two in order to balance the hydrostatic thrusts exerted on said shaft, being said intermediate modules (1b) and (1c) rotated by 180 ° in the plane on which they lie with respect to said extreme modules (1a) and (1d).

4) Volumetric fluid machine of claim -2-, in which the said shoes make the hydraulic seal between the two said chambers (C1), (C2) of each of the said modules, and are characterized by the fact that they are hydrostatically balanced for the purpose not to be subjected to high intensity contact and friction forces depending on the fluid pressure.

5) Volumetric fluid machine of claim -2-, characterized by the fact that said shoes are kept in contact with said eccentric at one edge of said shoes by means of a hydrostatic thrust applied on the face opposite to that facing it eccentric.

6) Volumetric fluid machine of claim -2-, characterized in that the said eccentric, by rotating clockwise or counterclockwise, causes the fluid pressure to increase in one of the two said chambers of each of the said modules and the simultaneous reduction of the pressure in the remaining chamber and therefore the cyclic displacement of fluid from said transmission to said rotor and vice versa.

7) Volumetric fluid machine of claim -2-, characterized by the fact that the said rotor has a very short angular stroke, 10 ° in particular, in order to reach a high rotation speed of the said shaft, in particular 9000 rpm .

8) Volumetric fluid machine of claim -1-, characterized by the fact that said rotor is inserted inside a stator (15) in such a way as to create twelve chambers, two by two equal and diametrically opposite, of which four (C1) (C2) contain the liquid that connects the said rotor to the transmission, and the remaining ones (C3a), (C3b), (C4a), (C4b) are used to house the fluid to be compressed or expanded, being the said chambers (C3a), (C3b) smaller than said chambers (C4a), (C4b).

9) Volumetric fluid machine of claim -8-, characterized by the fact that the fluid compression or expansion cycle takes place with three angular strokes of said rotor in such a way that the fluid itself enters one of said chambers and exits from another said chamber by means of hydraulically controlled valves.

10) Volumetric fluid machine of claim -9-, characterized in that the fluid compression or expansion cycle takes place with almost zero dead space.