IT201800007789A1 - Modulo pompante stand-alone e omogeneizzatore ad alta pressione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“MODULO POMPANTE STAND-ALONE E OMOGENEIZZATORE AD

ALTA PRESSIONE”

La presente invenzione ha per oggetto un modulo pompante stand-alone e un omogeneizzatore ad alta pressione. L’invenzione qui proposta trova impiego nell’industria alimentare, in particolare nel settore lattierocaseario. L’invenzione può trovare impiego anche nell’industria chimica o farmaceutica.

Come è noto, gli apparati per omogeneizzare fluidi frantumano le particelle uniformandone le dimensioni, riducendo così la dimensione media e la varianza della distribuzione delle dimensioni delle particelle.

Tali apparati per omogeneizzare, pur nelle diverse varianti realizzative ad oggi conosciute, comprendono una pompa ad alta pressione ed una valvola omogeneizzante.

Al di là delle diverse soluzioni presenti sul mercato, la pompa ad alta pressione è una pompa volumetrica a pistoni che si muovono di moto alternativo tramite un albero a gomiti (o albero a camme), sincroni e sfasati tra loro di un angolo di 360°/n, dove n è il numero dei pistoni.

In accordo con una soluzione nota, la valvola omogeneizzante, posta a valle della pompa a pistoni, comprende una prima camera ricevente il fluido ad alta pressione dalla mandata della pompa ed una seconda camera in grado di fornire in uscita il fluido a bassa pressione omogeneizzato. L’azione omogeneizzante è ottenuta facendo passare forzatamente il fluido attraverso una intercapedine di dimensioni ridotte ricavata tra la prima e la seconda camera.

L’azionamento è ottenuto mediante un motore elettrico che aziona l’albero a gomiti tramite un riduttore e una opportuna catena cinematica di riduzione.

Poiché l’albero a gomiti è realizzato con angoli relativi fissi, lo sfasamento tra le pulsazioni dei pistoni è anch’esso fisso.

Recentemente, la Richiedente ha sviluppato un omogeneizzatore ad alta pressione in cui ciascun pistone è associato ad un corrispondente cilindro oleodinamico, con relativo circuito idraulico. Una unità elettronica di controllo regola in modo indipendente le valvole proporzionali dei circuiti di ciascun cilindro, imponendo una legge di moto ai singoli pistoni.

Tale soluzione è descritta in WO 2014/097075.

In questo contesto, scopo della presente invenzione è proporre un modulo pompante stand-alone e un omogeneizzatore ad alta pressione che consentano di aumentare ulteriormente l’efficienza di omogeneizzazione. Altro scopo della presente invenzione è proporre un omogeneizzatore ad altra pressione avente un grado di flessibilità maggiore, in termini di portata e di pressione, rispetto alle soluzioni note.

Altro scopo della presente invenzione è proporre un omogeneizzatore ad alta pressione che sia configurabile e adattabile in funzione di specifiche mutevoli nel tempo, ad esempio per diverse applicazioni.

Altro scopo della presente invenzione è proporre un omogeneizzatore ad alta pressione di facile manutenzione rispetto alle soluzioni note.

In settori del tutto diversi, come quello aerospaziale, sono noti attuatori elettro-idrostatici (indicati generalmente come EHA, acronimo di “Electro-Hydrostatic Actuators”), cioè attuatori idraulici comandati direttamente da sistema pompa-motore elettrico. Un esempio dell’impiego di un attuatore EHA è illustrato in US 2018/0087547 per controllare la posizione di superfici di aeromobili, ad esempio flaps.

Si deve segnalare che il termine “attuatore elettro-idrostatico” è impiegato da alcuni costruttori, quale ad esempio Moog, mentre altri costruttori parlano di attuatore servo-idraulico (indicato generalmente come SHA, acronimo di “Servo-Hydraulic Actuator”) o, più genericamente, di sistemi idraulici azionati mediante motore brushless.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un modulo pompante stand-alone per impiego in un omogeneizzatore ad alta pressione, comprendente:

- un collettore di aspirazione di un fluido;

- una testata di compressione ricevente il fluido da detto collettore di aspirazione, detta testata di compressione comprendendo almeno un pistone associato ad un corrispondente cilindro oleodinamico;

- un collettore di mandata ricevente il fluido da detta testata di compressione,

- mezzi di attuazione lineari configurati per comandare il moto alternativo di detto almeno un pistone.

In accordo con una forma realizzativa, i mezzi di attuazione lineari consistono in un attuatore elettro-idrostatico il quale comprende un motore elettrico e una pompa direttamente comandata dal motore elettrico, detta pompa essendo operativamente attiva su detto pistone.

In particolare, il motore elettrico è un motore brushless.

In accordo con un’altra forma realizzativa, i mezzi di attuazione lineari consistono in un attuatore meccanico.

In accordo con un’altra forma realizzativa, i mezzi di attuazione lineari consistono in un attuatore elettromeccanico.

In accordo con un’altra forma realizzativa, i mezzi di attuazione lineari consistono in un attuatore pneumatico.

In accordo con un’altra forma realizzativa, i mezzi di attuazione lineari consistono in un attuatore elettromagnetico.

La testata di compressione può comprendere una pluralità di pistoni.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un omogeneizzatore ad alta pressione comprendente: - almeno un modulo pompante stand-alone secondo la presente invenzione;

- una valvola omogeneizzante;

- una unità di controllo configurata per comandare i mezzi di attuazione lineari del modulo pompante stand-alone in modo tale che il pistone del modulo pompante sia movimentato in accordo ad una legge di moto prestabilita tale per cui è definito un profilo di spinta a portata costante. In accordo con una variante realizzativa, l’omogeneizzatore ad alta pressione comprende una pluralità di moduli pompanti. In tal caso, l’unità di controllo è configurata per comandare i mezzi di attuazione lineari di ciascun modulo pompante in modo tale che ciascun pistone sia movimentato in accordo ad una corrispondente legge di moto prestabilita, indipendente dalle leggi di moto degli altri pistoni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva, di un modulo pompante stand-alone e di un omogeneizzatore ad alta pressione, come illustrato nei disegni in cui:

- la figura 1 illustra parte di un modulo pompante stand-alone, in vista prospettica, secondo la presente invenzione;

- le figure 2a, 2b illustrano schematicamente una forma realizzativa dei mezzi di attuazione lineari (qui elettro-idrostatici) applicati ad un pistone del modulo pompante di figura 1;

- la figura 3 illustra lo schema a blocchi di un omogeneizzatore ad alta pressione, secondo la presente invenzione;

- le figure 4 e 5 sono grafici di portata, rispettivamente riferiti a due pistoni e a tre pistoni di pompaggio.

Con riferimento alle figure, il numero 1 indica un modulo pompante standalone per impiego in un omogeneizzatore ad alta pressione 100.

Il modulo pompante stand-alone 1 (di seguito più brevemente “modulo pompante”) comprende un collettore di aspirazione 2 di un fluido a valle del quale si trova una testata di compressione 3 a valle della quale si trova un collettore di mandata 4.

La testata di compressione 3 comprende almeno un pistone 10 associato ad un corrispondente cilindro oleodinamico 11 che comprende un circuito oleodinamico in cui circola olio (per la trasmissione del moto). La testata di compressione 3 riceve il fluido dal collettore di aspirazione 2 e lo manda al collettore di mandata 4.

Vantaggiosamente, il modulo pompante 1 comprende mezzi di attuazione lineari 5 configurati per comandare il moto alternativo del pistone 10.

Per mezzi di attuazione lineare si intendono mezzi che comandano il pistone attraverso una catena cinematica lineare, cioè mezzi che trasformano il moto rotativo di un motore in moto lineare tramite un sistema meccanico.

In accordo con una forma realizzativa preferita, illustrata schematicamente nelle figure 2(a)-2(b), i mezzi di attuazione lineari 5 consistono in un attuatore elettro-idrostatico il quale comprende un motore elettrico 6 e una pompa 7 direttamente comandata dal motore elettrico 6, la quale è operativamente attiva sul pistone 10.

In particolare, il motore elettrico 6 è di tipo brushless. Il motore brushless 6 mette in rotazione la pompa 7 la quale, in funzione del tipo di impulso che riceve, può girare in un senso oppure nell’altro, agendo sul pistone 10 e mettendo così in pressione la camera anteriore o la camera posteriore del cilindro oleodinamico 11.

I mezzi di attuazione elettro-idrostatici 5 regolano la pressione e la portata dell’olio erogato al cilindro oleodinamico 11 e quindi la spinta e la velocità di avanzamento del corrispondente pistone 10 senza necessità di impiegare valvole proporzionali. Ciò differisce dalla soluzione proposta in WO 2014/097075, dove invece è presente una valvola proporzionale per ciascun cilindro oleodinamico.

La testata di compressione 3 può comprendere una pluralità di pistoni 10, ciascuno dei quali è associato ad un corrispondente cilindro oleodinamico 11 che comprende un corrispondente circuito oleodinamico.

In tal caso, l’attuatore elettro-idrostatico 5 è configurato per comandare il moto alternativo di ciascun pistone 10 in modo indipendente dal moto degli altri pistoni 10.

Con il numero 100 è indicato un omogeneizzatore ad alta pressione 100 comprendente:

- almeno un modulo pompante 1 (in figura 3 sono illustrati tre moduli pompanti 1);

- una valvola omogeneizzante 20;

- una unità di controllo 40 configurata per comandare il motore elettrico 6 del modulo pompante 1 in modo tale che il pistone 10 sia movimentato in accordo ad una legge di moto prestabilita tale per cui è definito un profilo di spinta a portata costante.

La valvola omogenizzante 20 è di tipo noto e non sarà ulteriormente descritta.

Preferibilmente, il modulo pompante 1 comprende un trasduttore di pressione operativamente attivo sul collettore di mandata 4. L’unità di controllo 40 è preferibilmente una unità di controllo retroazionata configurata per correggere una pressione di set-point in ingresso in funzione del segnale di pressione rilevato dal trasduttore di pressione. L’unità di controllo 40 può essere costituita da un modulo elettronico, opportunamente programmato per svolgere le funzionalità descritte, cui possono corrispondere diverse entità hardware e/o routine software facenti parte del modulo programmato.

In alternativa o in aggiunta, tali funzionalità possono essere svolte da una pluralità di moduli elettronici distribuiti.

L’unità di controllo 40 può avvalersi inoltre di uno o più processori per l’esecuzione di istruzioni contenute in moduli di memoria.

Se il modulo pompante 1 dell’omogeneizzatore 100 comprende più di un pistone 10, allora l’unità di controllo 40 è configurata per comandare il motore elettrico 6 di ciascun modulo pompante 1 in modo tale che il ciascun pistone 10 del modulo pompante 1 sia movimentato in accordo ad una legge di moto prestabilita tale per cui è definito un profilo di spinta complessivo a portata costante. La legge di moto di ciascun pistone 10 è indipendente dalle leggi di moto degli altri pistoni 10 del medesimo modulo pompante 1.

L’omogeneizzatore 100 può comprendere più moduli pompanti 1 disposti in parallelo. Ciascun modulo pompante 1 è comandabile in modo indipendente dall’altro. Ipotizzando che ciascun modulo pompante 1 abbia un solo pistone 10, l’unità di controllo 40 è configurata per comandare il motore elettrico 6 di ciascun modulo pompante 1 in modo tale che il corrispondente pistone 10 sia movimentato in accordo ad una legge di moto prestabilita e indipendente dalle leggi di moto dei pistoni 10 degli altri moduli pompanti 1. In altre parole, l’unità di controllo 40 è configurata per imporre a ciascun pistone 10 un profilo di camma virtuale.

Preferibilmente, il profilo di camma virtuale è stabilito in funzione delle caratteristiche del prodotto, della pressione, della portata e di eventuali altri parametri di interesse.

Preferibilmente, l’omogeneizzatore 100 comprende una pluralità di moduli pompanti 1 identici, mentre il modulo pompante iniziale (anche detto di front-end) comprende alcuni componenti aggiuntivi.

In particolare, il modulo pompante di front-end comprende un manometro e una valvola di sicurezza (non illustrati).

Le leggi di moto imposte ai pistoni 10 dei moduli pompanti 1 dipendono dal numero e dalla tipologia di moduli pompanti installati. Tali leggi di moto (ovvero profili di camma virtuale) sono definiti all’interno di un software caricato nell’unità di controllo 40. La sommatoria delle leggi di moto (in termini di portata) definisce un profilo di spinta a portata costante.

Le figure 4 e 5 mostrano l’andamento pulsante dei vari pistoni 10 all’interno del singolo modulo pompante 1 oppure appartenenti a moduli pompanti 1 diversi. I grafici delle portate sono simili a quelli proposti nel documento WO 2014/097075.

In alternativa all’attuatore elettro-idrostatico, è anche possibile scegliere tra i seguenti mezzi di attuazione lineari 5:

- attuatore meccanico;

- attuatore elettromeccanico;

- attuatore pneumatico;

- attuatore elettromagnetico.

Ad esempio, un attuatore meccanico lineare è rappresentato dal sistema pignone-cremagliera. Un altro attuatore meccanico lineare è rappresentato da un albero a gomiti con un albero per ogni modulo.

Per attuatore elettromeccanico lineare si intende un attuatore che trasforma il moto rotativo di un motore in moto lineare tramite un sistema meccanico a cui è aggiunto un motore elettrico che consente il controllo del movimento. Ad esempio, il motore elettrico è di tipo brushless e trasmette il moto a una vite senza fine che ruota e che tramite un sistema a ricircolo di sfere o a rulli satelliti trasforma il moto rotativo del motore in moto lineare.

Per attuatore pneumatico lineare si intende un attuatore che utilizza aria in pressione per mettere in movimento uno stelo. Ad esempio, si invia aria in pressione in moto alternato ad un lato e all’altro dell’attuatore.

Per attuatore elettromagnetico lineare si intende un attuatore composto da spire di cavi elettrici. Tali spire sono disposte in modo tale che, quando attraversate da corrente, generino un campo elettromagnetico che mette in movimento un attuatore in moto alternato.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del modulo pompante stand-alone e dell’omogeneizzatore ad alta pressione, secondo la presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.

In particolare, è stato ideato un modulo pompante stand-alone con attuatore lineare che consente una elevata flessibilità in termini di capacità produttiva e pressioni operative dell’omogeneizzatore in cui è impiegato. Infatti, l’omogeneizzatore è facilmente scalabile aggiungendo moduli pompanti progettati in funzione delle specifiche esigenze, che possono anche cambiare nel tempo. Si pensi, ad esempio, alla necessità espandere l’omogeneizzatore aggiungendo ulteriori moduli pompanti, per rispondere a mutate esigenze produttive.

Impiegando in particolare una attuazione elettro-idrostatica il singolo modulo pompante mostra una efficienza di omogeneizzazione molto elevata.

La struttura modulare consente anche semplificare le operazioni di manutenzione, andando di volta in volta ad agire direttamente sul modulo pompante nel quale si è verificato il malfunzionamento.

Inoltre, la standardizzazione dei moduli consente di rispondere in modo più rapido ed efficace alle esigenze dei clienti: a partire da un paio di tipologie di moduli standard, combinati in un certo numero, è infatti possibile soddisfare qualsiasi richiesta dei clienti e semplificare la logistica delle scorte.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Modulo pompante stand-alone (1) per impiego in un omogeneizzatore ad alta pressione (100), comprendente: un collettore di aspirazione (2) di un fluido; una testata di compressione (3) ricevente il fluido da detto collettore di aspirazione (2), detta testata di compressione (3) comprendendo almeno un pistone (10) associato ad un corrispondente cilindro oleodinamico (11); un collettore di mandata (4) ricevente il fluido da detta testata di compressione (3), mezzi di attuazione lineari (5) configurati per comandare il moto alternativo di detto almeno un pistone (10).
2. 2. Modulo pompante stand-alone (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di attuazione lineari (5) consistono in un attuatore elettroidrostatico il quale comprende un motore elettrico (6) e una pompa (7) direttamente comandata da detto motore elettrico (6), detta pompa (7) essendo operativamente attiva su detto almeno un pistone (10).
3. 3. Modulo pompante stand-alone (1) secondo la rivendicazione 2, in cui detto motore elettrico (6) è un motore brushless.
4. 4. Modulo pompante stand-alone (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di attuazione lineari (5) consistono in un attuatore meccanico.
5. 5. Modulo pompante stand-alone (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di attuazione lineari (5) consistono in un attuatore elettromeccanico.
6. 6. Modulo pompante stand-alone (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di attuazione lineari (5) consistono in un attuatore pneumatico.
7. 7. Modulo pompante stand-alone (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di attuazione lineari (5) consistono in un attuatore elettromagnetico.
8. 8. Modulo pompante stand-alone (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta testata di compressione (3) comprende una pluralità di pistoni (10).
9. 9. Omogeneizzatore ad alta pressione (100) comprendente: almeno un modulo pompante stand-alone (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8; una valvola omogeneizzante (20); una unità di controllo (40) configurata per comandare i mezzi di attuazione lineari (5) di detto modulo pompante stand-alone (1) in modo tale che detto almeno un pistone (10) del modulo pompante stand-alone (1) sia movimentato in accordo ad una legge di moto prestabilita tale per cui è definito un profilo di spinta a portata costante.
10. 10. Omogeneizzatore ad alta pressione (100) secondo la rivendicazione 9, comprendente: una pluralità di moduli pompanti stand-alone (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, detta unità di controllo (40) essendo configurata per comandare i mezzi di attuazione lineari (5) di ciascun modulo pompante stand-alone (1) in modo tale che ciascun pistone (10) sia movimentato in accordo ad una corrispondente legge di moto prestabilita, indipendente dalle leggi di moto degli altri pistoni (10).