IT202100004148A1 - Assieme di viti per pompa a tre viti e pompa a tre viti comprendente detto assieme - Google Patents
Assieme di viti per pompa a tre viti e pompa a tre viti comprendente detto assieme Download PDFInfo
- Publication number
- IT202100004148A1 IT202100004148A1 IT102021000004148A IT202100004148A IT202100004148A1 IT 202100004148 A1 IT202100004148 A1 IT 202100004148A1 IT 102021000004148 A IT102021000004148 A IT 102021000004148A IT 202100004148 A IT202100004148 A IT 202100004148A IT 202100004148 A1 IT202100004148 A1 IT 202100004148A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- screw
- screws
- lateral
- assembly
- central
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 17
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
- F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
- F04C2/16—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
- F04C2/165—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type having more than two rotary pistons with parallel axes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
- F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
- F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
- F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
- F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
- F04C18/165—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type having more than two rotary pistons with parallel axes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
- F04C2/084—Toothed wheels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2240/00—Components
- F04C2240/20—Rotors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
- Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
Description
DESCRIZIONE
Campo di applicazione
La presente invenzione fa riferimento ad un assieme di viti per pompa volumetrica ad ingranaggi, in particolare per pompa a tre viti. L?invenzione fa inoltre riferimento ad una pompa a tre viti comprendente l?assieme di viti sopra detto.
L?invenzione trova utile applicazione negli svariati settori industriali nei quali le pompe ad ingranaggi, ed in particolare le pompe a tre viti, sono tradizionalmente impiegate.
Un tipico campo d?impiego nel quale le pompe a tre viti si fanno apprezzare ? quello degli impianti di sollevamento, ma esse sono ampiamente utilizzate anche in altri settori per svariate applicazioni: idraulica di potenza, lubrificazione, raffreddamento, filtrazione, trasferimento. A titolo esemplificativo e non limitativo, altri settori industriali in cui ? applicata la pompa a tre viti oltre a quello degli impianti di sollevamento includono oil & gas, chimico, navale, mobile, agroalimentare, power generation ed energie alternative, industria della carta, industria farmaceutica.
Arte nota
La pompa a tre viti, ideata dall?ingegnere svedese Carl Montelius nel 1923, ? una pompa volumetrica oggi ampiamente diffusa in diversi settori industriali. Essa presenta infatti efficienza complessiva notevole, buona affidabilit?, prezzo ragionevole, basso livello di emissioni acustiche e di vibrazioni nella trasmissione del flusso.
La pompa a tre viti presenta una terna di viti, una conduttrice centrale e due condotte laterali. Le viti, preferibilmente a due principi elicoidali, sono montate in parallelo all?interno di un involucro e ingranano fra loro generando volumi chiusi fra il proprio corpo e l?involucro. Le camere chiuse che si vengono cos? a formare sono in numero direttamente proporzionale alla lunghezza delle viti ? dette anche rotori ? e inversamente proporzionale al passo dei principi elicoidali. Le camere chiuse sono occupate dal fluido di lavoro che, durante la rotazione delle viti, avanza in modo continuo da una porta di aspirazione ad una porta di mandata.
Il profilo della terna di viti ? progettato affinch? sia la sola vite di azionamento ad erogare la pressione. Questa, data la configurazione della pompa, non ? esposta a forze radiali e conferisce cos? alla macchina la buona efficienza complessiva precedentemente accennata. Come precedentemente detto, le due viti condotte sono a folle e guidate dal fluido in pressione. Gli unici impedimenti alla loro rotazione sono gli attriti viscosi con il fluido di lavoro e gli attriti radenti con la vite centrale e con l?involucro in cui sono contenute. Per questo motivo, l?usura dei fianchi delle viti ? quasi nulla anche dopo prolungati periodi di lavoro.
A quasi un secolo dalla sua nascita, la pompa a tre viti mostra ancora l?aspetto caratteristico concepito dal suo ideatore, caratterizzato da un tipico rapporto tra i diametri dei profili frontali della vite della vite conduttrice centrale e delle viti condotte laterali. Indicando ?li e ?le i diametri rispettivamente interno ed esterno della vite laterale e con ?ci e ?ce i diametri rispettivamente interno ed esterno della vite centrale, le dimensioni ?li: ?le: ?ci: ?ce seguono infatti il rapporto 1:3:3:5, considerato ottimale in quanto presenterebbe il miglior rapporto possibile fra area occupata dal fluido e area piena definita dal materiale delle viti.
In tale rapporto, si nota che il diametro esterno della vite laterale ?le e il diametro interno della vite centrale ?ci sono sempre rigidamente uguali. L?uguaglianza fra tali diametri ? considerata nell?arte nota come un assioma assoluto, sul quale si basa la progettazione di qualsiasi pompa a tre viti.
Le circonferenze individuate dai suddetti diametri rappresentano i diametri primitivi utilizzati per realizzare le curve che costituiscono i profili ideali ? ovvero i profili prima delle modifiche generalmente adottate per eliminare gli spigoli vivi. La considerazione alla base di questa scelta progettuale ? che due cilindri di base di ugual diametro, presentando uguale velocit? tangenziale e ruotando con velocit? angolari contrapposte, rotolano l?uno sull?altro senza strisciamento, con conseguente minor dispersione di calore ovvero di energia.
Peraltro, una riduzione del diametro esterno della vite laterale ?le rispetto al diametro interno della vite centrale ?ci, oltre a determinare un rotolamento con strisciamento con conseguente usura e perdita di efficienza, non porterebbe alcun vantaggio dato che si avrebbe una diminuzione dell?area trasversale vuota entro la quale ? intrappolato il fluido di lavoro, ovvero una diminuzione della cilindrata della pompa. Al contrario, la maggiorazione del diametro esterno della vite laterale ?le rispetto al diametro interno della vite centrale ?ci appariva impossibile negli studi dell?arte nota, dato che porta ad una compenetrazione dei profili elicoidali generati durante la rotazione delle viti.
Scelti quindi i suddetti diametri uguali fra loro, nell?arte nota si ricavano il fianco della vite centrale e della vite laterale applicando le equazioni dell?epitrocoide, una rulletta che si ottiene unendo i punti descritti nello spazio da un punto fissato ad una distanza p dal centro di un cerchio di raggio r facendo rotolare tale cerchio all?esterno di un altro cerchio di raggio rb. L?epitrocoide definisce il profilo trasversale dei fianchi delle rispettive viti; avanzando lungo l?asse di rotazione della vite il profilo ruota in maniera continua a definire un?elica.
Le note equazioni parametriche note dell?epitrocoide sono le seguenti:
L?equazione polare ? invece la seguente:
In figura 5, relativa all?arte nota, sono indicati con R1 e d1 i parametri relativi alla costruzione del fianco della vite centrale, mentre sono indicati con R2 e d2 i parametri relativi alla costruzione del fianco della vite laterale. Per le considerazioni precedentemente fatte, il raggio di base r ? uguale per entrambe le costruzioni. Come si pu? osservare, si ha nello specifico che i raggi R1 ed R2 del cerchio rotante sono anch?essi pari ad r per entrambe le costruzioni. Nella costruzione del fianco della vite centrale, inoltre, il punto di tracciatura giace all?estremit? del raggio r1 del cerchio rotante, e la curva risultante prende il nome di epicicloide. La sola variabile di progetto da stabilire resta quindi la distanza dal centro del punto d2, che disegna il fianco della vite laterale e che determina rispettivamente il diametro esterno della vite centrale e quello interno della vite laterale. La scelta di tale parametro punta ad ottimizzare la cilindrata, ossia il volume della vite occupato dal fluido, senza d?altra parte pregiudicare la resistenza meccanica delle viti.
In termini concreti, si ottiene il tipico rapporto 1:3:3:5 fra i diametri delle viti scegliendo un valore di d2 pari a 5/3 d1, scegliendo ad esempio i seguenti parametri:
R1 = R2 =1.5
r = 1.5
d2 = 2.5 (che genera il fianco della vite condotta)
d1 = 1.5 (che genera il fianco della vite conduttrice ovvero di azionamento)
Essendo tali profili omotetici una volta creata questa relazione di base con un semplice effetto di scala ? possibile ottenere profili di qualunque dimensione.
Va osservato che i profili ideali generati con le equazioni dell?epitrocoide presentano spigoli vivi. Detti spigoli sono facilmente deformabili. Le possibili deformazioni sugli spigoli rischiano di promuovere rumore e vibrazioni anomale durante il funzionamento della pompa, o addirittura di danneggiare irreparabilmente la pompa stessa. Inoltre, gli spigoli sono difficilmente realizzabili con precisione all?utensile, e i conseguenti errori di forma che si possono generare localmente portano a indesiderate difficolt? di ingranamento delle viti. Per i motivi sopra detti, nell?arte nota i profili ideali vengono generalmente modificati smussando i suddetti spigoli vivi, in particolare sulla vite condotta che presenta spigoli pi? acuti e potenzialmente pi? critici. La smussatura pu? essere effettuata in maniera semplice tagliando lo spigolo con una linea retta, o in maniera pi? raffinata con profili di raccordo ad arco di cerchio o ad arco ellittico. Quest?ultima soluzione ? quella che minimizza i trafilamenti ovvero le perdite volumetriche.
Ovviamente introducendo le correzioni geometriche sopra descritte, si perde la perfetta coniugazione sulla linea dei fianchi delle viti, quindi bisogna ricalcolare completamente il profilo sia per la vite condotta che quella di azionamento.
Va osservato ancora una volta che la pompa a tre viti, cos? come descritta in questo capitolo relativo all?arte nota, nasce agli inizi del ?900, e che il profilo delle viti ? rimasto sostanzialmente inalterato fino ad oggi. I miglioramenti finora introdotti hanno sempre riguardato modifiche strutturali o di materiale.
D?altra parte, ? sempre sentita l?esigenza di miglioramenti su macchine di cos? ampia diffusione, in particolare riguardo all?aumento della portata e alla riduzione degli ingombri radiali e assiali.
Il problema tecnico della presente invenzione ? pertanto quello di escogitare un assieme di viti e una corrispondente pompa a tre viti con portata sensibilmente maggiore rispetto alle pompe dell?arte nota di analoghe dimensioni.
Sommario dell'invenzione
L?idea di soluzione che sta alla base della presente invenzione ? quella di realizzare un assieme di viti e una corrispondente pompa a tre viti rivedendo il tradizionale rapporto 1:3:3:5 fra i diametri ?li: ?le: ?ci: ?ce.
La richiedente ha infatti osservato come sia possibile discostarsi anche sensibilmente da tale rapporto, considerato nell?arte nota come il miglior possibile compromesso fra cilindrata della pompa e resistenza meccanica dei rotori.
Il rapporto 1:3:3:5 dell?arte nota definisce un interasse s fra la vite centrale e quella laterale pari ai 3/5 del diametro esterno della vite centrale ?ce: l?interasse fra le due viti ? infatti determinato dalla somma del raggio esterno della vite laterale e del raggio interno della vite centrale. Si ? notato che una diminuzione del rapporto fra interasse s e diametro esterno della vite centrale ?ce definisce una maggiore area utile, a parit? di diametro ?ce, per l?intrappolamento del fluido di lavoro. Inoltre, un minore interasse s diminuisce l?ingombro radiale della pompa. Idealmente, l?interasse s pu? essere ridotto fino ad un valore pari a met? del diametro esterno della vite centrale ?ce: tale valore non pu? per? essere concretamente raggiunto, dato che coinciderebbe con un diametro interno della vite laterale ?li nullo.
D?altra parte, nell?arte nota si ? sempre evitato l?uso di rapporti s/?ce inferiori a 3/5 per motivi di solidit? strutturale: infatti al diminuire del rapporto diminuisce drasticamente il diametro interno della vite laterale ?li, ovvero il nocciolo pieno che dovrebbe garantire la resistenza meccanica di questa.
La richiedente ha per? osservato che la diminuzione del diametro interno della vite laterale ?li pu? essere compensata riducendo opportunamente l?angolo di apertura del fianco ? nelle viti laterali. Tale angolo di apertura si definisce, sul profilo trasversale della vite, come l?angolo al centro sotteso fra i due punti di intersezione dell?epitrocoide che genera il profilo con la circonferenza primitiva della vite, a cavallo della porzione cava occupabile dal fluido di lavoro. L?angolo di apertura del dente ? sulle viti laterali ? univocamente correlato all?analogo angolo di apertura del dente ? sulla vite centrale. La richiedente ha determinato che la variazione di tali angoli non modifica l?area complessiva d?intrappolamento del fluido di lavoro, ovvero la cilindrata ? un?invariante rispetto alla scelta di tali angoli. Cos?, si pu? opportunamente scegliere l?angolo di apertura del fianco ? in maniera da consentire un?adeguata resistenza meccanica della vite, in particolare mantenendo tale angolo preferibilmente inferiore a 90?.
Grazie a tali osservazioni, si ? ridefinito il rapporto s/?ce, preferibilmente compreso fra il 52% e il 56% e idealmente pari al 54%.
Il problema tecnico sopra prospettato ? pertanto risolto da un assieme di viti secondo la rivendicazione 1 e da una rispettiva pompa a tre viti secondo la rivendicazione 15.
Il problema tecnico ? quindi risolto da un Assieme di viti per pompa a tre viti, comprendente: una vite centrale e almeno una vite laterale, entrambe dotate di uno o pi? principi elicoidali, detta vite laterale essendo predisposta per ingranarsi a detta vite centrale con asse della vite laterale parallelo all?asse della vite centrale , laddove l?interasse fra la vite centrale e la vite laterale ? superiore alla met? e inferiore ai 3/5 di un diametro esterno della vite centrale.
Come sopra accennato, l?interasse fra la vite centrale e la vite laterale ? preferibilmente compreso fra 52% e 56% del diametro esterno della vite centrale, e ancor preferibilmente pari al 54%.
Il diametro esterno della vite centrale ? preferibilmente superiore a 5 volte il diametro interno della vite laterale, ancor preferibilmente superiore a 10 volte il diametro interno della vite laterale.
Il diametro interno della vite centrale ? preferibilmente compreso fra 60% e il 99% del diametro esterno della vite laterale, ancor pi? preferibilmente fra il 68% e il 98%, ancor pi? preferibilmente fra l?85% e il 92%.
Preferibilmente, il diametro interno della vite centrale ? inferiore al diametro della rispettiva circonferenza primitiva e il diametro esterno della vite laterale ? superiore al diametro della rispettiva circonferenza primitiva.
Preferibilmente, il diametro esterno della vite laterale ? compreso fra 1 volta e 1.3 volte il diametro della rispettiva circonferenza primitiva, ancor preferibilmente ? compreso fra 1 volta e 1.2 volte, ancor preferibilmente il diametro esterno della vite laterale ? pari ad 1.1 volte il diametro della rispettiva circonferenza primitiva.
Le caratteristiche e i vantaggi della ruota dentata e dell?apparato della presente invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un loro esempio di realizzazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.
Breve descrizione dei disegni
In tali disegni:
- la figura 1 mostra schematicamente una pompa a tre viti che pu? montare l?assieme di viti secondo l?invenzione;
- la figura 2 mostra schematicamente, in vista laterale, una porzione della vite centrale dell?assieme di viti secondo l?invenzione;
- la figura 3 mostra schematicamente, in vista laterale, una porzione della vite centrale dell?assieme di viti secondo l?invenzione;
- la figura 4 mostra una sezione trasversale dell?assieme di viti secondo la presente invenzione in configurazione operativa, con identificazione in retino delle aree di intrappolamento del fluido;
- la figura 5 mostra uno schema relativo alla generazione dei profili delle viti in una pompa a tre viti dell?arte nota;
- la figura 6 mostra un primo passo di un procedimento concettuale per la generazione del profilo dei fianchi in un assieme di viti secondo la presente invenzione;
- la figura 7 mostra un secondo passo di un procedimento concettuale per la generazione del profilo dei fianchi in un assieme di viti secondo la presente invenzione;
- la figura 8 mostra un terzo passo di un procedimento concettuale per la generazione del profilo dei fianchi in un assieme di viti secondo la presente invenzione;
- la figura 9 mostra un quarto passo di un procedimento concettuale per la generazione del profilo dei fianchi in un assieme di viti secondo la presente invenzione;
- la figura 10 confronta il profilo di una vite centrale secondo la presente invenzione con il profilo di una vite centrale secondo l?arte nota;
- la figura 11 confronta il profilo di una vite laterale secondo la presente invenzione con il profilo di una vite laterale secondo l?arte nota;
- la figura 12 confronta il profilo di una vite centrale secondo la presente invenzione con il profilo di una vite centrale secondo l?arte nota, con identificazione in tratteggio dell?area di intrappolamento di fluido supplementare;
- la figura 13 confronta il profilo di una vite laterale secondo la presente invenzione con il profilo di una vite laterale secondo l?arte nota, con identificazione in tratteggio dell?area di intrappolamento di fluido supplementare;
- la figura 14 illustra le forze agenti sui rotori condotti in una generica pompa a tre viti.
Descrizione dettagliata
Con riferimento alla suddetta figura 1, con 10 ? globalmente indicata una pompa a tre viti, mentre con un 1 ? indicato l?assieme di viti 2, 3 montato su di essa. Come precedentemente descritto, la presente invenzione riguarda nello specifico i profili 20, 30 di dette viti 2, 3, che nelle figure 10-13 ? raffrontato ad un corrispondente profilo 20?, 30? dell?arte nota. I nuovi profili 20, 30 definiscono, in sezione, un volume supplementare V nel quale ? intrappolato il fluido da pompare rispetto ai corrispondenti profili 20?, 30? dell?arte nota.
? opportuno notare che le figure rappresentano viste schematiche e non sono disegnate in scala, ma sono invece disegnate in modo da enfatizzare le caratteristiche importanti dell?invenzione. Ulteriormente, nelle figure, i diversi elementi sono rappresentati in modo schematico, la loro forma potendo variare a seconda dell?applicazione desiderata. ? inoltre opportuno notare che nelle figure numeri di riferimento identici si riferiscono ad elementi identici per forma o funzione.
La pompa a tre viti 10 comprende in modo noto un corpo pompa 5 con una porta d?aspirazione S e una porta di mandata D. Entro il corpo pompa ? montato un assieme di viti 1 con una vite centrale 2 centrale conduttrice, solidale ad un albero motore 4, e due viti laterali 3 condotte. Gli assi zl delle viti laterali 3 e l?asse zc della vite centrale 2 sono paralleli fra loro e le viti ingranano l?una con l?altra. Il movimento di rotazione della vite centrale 2 trascina cos? le due viti laterali 3 e nei vani racchiusi fra i contrapposti filetti porta un fluido F dalla porta d?aspirazione S alla porta di mandata D, come illustrato in figura 4.
La vite centrale 2 presenta due principi 21, 22 con passo fisso pc; le viti laterali 3 presentano anch?esse due principi con passo pl uguale a quello della vite centrale 2.
Il profilo 20 della vite centrale 2 presenta quindi in sezione trasversale due porzioni di cresta circolari, raccordate al fondo cilindrico da fianchi sensibilmente convessi.
Il profilo 30 della vite laterale 3 presenta anch?essa in sezione trasversali due porzioni di cresta circolari, raccordate al fondo cilindrico da fianchi sensibilmente concavi.
Si osserva che, in maniera nota, le due viti laterali 3 sono uguali fra loro ovvero presentano medesimo profilo 30.
Come sopra accennato, la presente invenzione risiede nella specifica conformazione dei profili 20, 30 dei fianchi delle viti 2, 3.
La forma realizzativa preferita qui descritta illustra una conformazione preferita di tali profili, illustrando come questa venga ricavata a partire dai profili dell?arte nota.
Come descritto nel corrispondente paragrafo della presente descrizione, i profili dell?arte nota sono realizzati a partire da una condizione di equivalenza fra diametro interno della vite centrale e diametro esterno della vite laterale. Si ha quindi, come visualizzato in figura 5, un interasse s? pari al diametro interno della vite centrale 2 ovvero al diametro esterno della vite laterale 3. Inoltre, nell?arte nota il diametro interno della vite laterale ? pari ad 1/3 del rispettivo diametro esterno, e il diametro esterno della vite centrale ? pari a 5/3 del diametro interno. Si ha quindi il tipico rapporto fra diametri 1:3:3:5.
Per ottenere i nuovi profili, si modifica innanzitutto il rapporto sopra detto, individuando una nuova parametrizzazione che consenta di aumentare la cilindrata della pompa senza pregiudicare la resistenza meccanica delle viti. Questo nuovo rapporto fra i diametri ??li: ??le: ??ci: ??ce, illustrato in figura 6, ? convenientemente scelto come 0.4:2.7:2.7:5, e consente di incrementare la sezione di aspirazione di circa il 7%. Seguendo le parametrizzazioni proposte rispetto ai diametri, rispetto all?arte nota il nuovo interasse S ? stato quindi ridotto dal valore di 3 al valore di 2.7.
A partire dai nuovi parametri, si generano dei profili ideali per le due viti, utilizzando le equazioni dell?epitrocoide come descritto nella disamina dell?arte nota. Come precedentemente descritto, l?epitrocoide ? la curva che si ottiene unendo i punti descritti nello spazio da un punto fissato ad una determinata distanza dal centro di un cerchio di raggio facendo rotolare tale cerchio all?esterno di un altro cerchio: la distanza dal cerchio e il raggio dei cerchi sono in questo caso determinati dai diametri interni ed esterni scelti per le due viti. L?epitrocoide ? esternamente e internamente raccordata alle circonferenze definite dai diametri interno ed esterno scelti per entrambe le viti, determinando i profili ideali visibili in figura 7.
L?altro parametro da determinare ? il punto di partenza p, p?, p?? per la generazione dell?epitrocoide. In realt?, il parametro che caratterizza le viti ? l?angolo ? sotteso dalla corda che unisce due punti di partenza successivi p?, p?? delle epitrocoidi che generano il profilo sulla vite centrale 2: tale valore ? univocamente legato al corrispondente angolo ? sull?altra vite 3. Tali angoli, di seguito definiti angolo di apertura del dente ? e angolo di apertura del fianco ? definiscono la lunghezza dell?arco di circonferenza che unisce i fianchi sul profilo esterno della vite centrale 2 e la lunghezza dell?arco di circonferenza fra due denti successivi della vite laterale 3. Essi determinano da una parte la superficie cilindrica in contatto strisciante con l?alloggiamento delle viti, dall?altra la resistenza meccanica dell?elica definita sulla vite. La richiedente ha determinato, mediante analisi geometriche, che il volume utile per l?intrappolamento del fluido di lavoro risulta essere un invariante rispetto alla scelta degli angoli di apertura del dente ? e del fianco ?. Per questo motivo, gli angoli possono essere selezionati a piacimento sulla base di considerazioni unicamente tribologiche e meccaniche, senza impattare la cilindrata della pompa.
Si procede quindi all?applicazione di una geometria aggiuntiva g al di sopra del profilo ideale della vite laterale condotta 3. Tale geometria aggiuntiva g, rappresentata in figura 8, si sviluppa all?esterno del diametro primitivo, e raccorda il fianco f definito dall?equazione dell?epitrocoide ad una circonferenza di troncatura Ct, di diametro superiore al diametro esterno della vite laterale precedentemente impostato ??le, ovvero di diametro superiore rispetto al diametro della circonferenza primitiva Cpl. La geometria aggiuntiva g definisce cos? una costa c del profilo della vite, che si raccorda al fianco nel punto p precedentemente identificato. Il punto di raccordo p fra la costa c definita dall?epitrocoide e il fianco f definito dalla geometria aggiuntiva sar? preferibilmente un punto di flesso, non un punto angoloso. La geometria aggiuntiva g pu? essere selezionata in maniera opportuna a seconda delle scelte di progetto, ad esempio potr? essere una curva ellittica o una funzione spline.
Una volta ottenuto il profilo definitivo della vite laterale 3, si ottiene per interpolazione il profilo della vite centrale 2. I due profili definitivi sono illustrati in figura 9. Come si pu? notare, alla base della costa c? della vite centrale 2 definita dall?epitrocoide si sviluppa un fianco f? di raccordo ad una nuova circonferenza interna rispetto alla circonferenza primitiva Cpc. La ridefinizione dei profili porta cos? ad una variazione dei diametri interni ed esterni delle due viti. In particolare, il diametro interno della vite centrale ?ci ? ora inferiore al diametro esterno della vite laterale ?le. Il rapporto fra i diametri definitivi ?li: ?le: ?ci: ?ce, utilizzando la parametrizzazione precedente, ? ora 0.4:2.97:2.43:5.
La modifica apportata rispetto ai profili ideali illustrati in figura 7 porta ad un ulteriore aumento della cilindrata della pompa a parit? di diametro delle viti pari a circa il 10%. L?aumento di cilindrata complessivo rispetto all?arte nota risulta quindi pari a circa il 17%. Inoltre, gli ingombri radiali della pompa diminuiscono per via della riduzione dell?interasse fra le viti.
Il miglioramento sopra descritto si pu? ben notare nelle figure 12, 13; infatti l?area tratteggiata rappresenta un incremento di volume frontale libero che pu? essere occupato dal fluido pompato con conseguente aumento di cilindrata a parit? di diametri esterni delle viti.
Un vantaggio della pompa secondo la presente invenzione risulta dalle dimensioni particolarmente compatte, in particolare in senso radiale, ma anche assiale poich? a parit? di portata il passo delle viti risulter? essere pi? corto.
Un ulteriore vantaggio deriva dall?inferiore quantit? di materiale necessario per la realizzazione della pompa, che si traduce in costi di produzione limitati.
Altri vantaggi della pompa secondo la presente invenzione riguardano le sue caratteristiche prestazionali. In particolare, la pompa presenta pari rendimento volumetrico ma un miglior ripple di pressione, un rumore ridotto e una prevalenza netta positiva di aspirazione (NPSH) inferiore.
Ovviamente un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potr? apportare alla ruota dentata e all?apparato sopra descritti numerose modifiche e varianti, tutte comprese nell'ambito di protezione dell'invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.
Claims (15)
1. Assieme di viti (1) per pompa a tre viti (10), comprendente: una vite centrale (2) e almeno una vite laterale (3), entrambe dotate di uno o pi? principi elicoidali (21, 22), detta vite laterale (3) essendo predisposta per ingranarsi a detta vite centrale (2) con asse della vite laterale (zl) parallelo all?asse della vite centrale (zc), laddove l?interasse (S) fra la vite centrale (2) e la vite laterale (3) ? superiore alla met? e inferiore ai 3/5 di un diametro esterno (?ce) della vite centrale (2).
2. Assieme di viti (1) secondo la rivendicazione 1, laddove l?interasse (S) fra la vite centrale (2) e la vite laterale (3) ? compreso fra 52% e 56% del diametro esterno della vite centrale (?ce).
3. Assieme di viti (1) secondo la rivendicazione 2, laddove l?interasse (S) fra la vite centrale (2) e la vite laterale (3) ? sostanzialmente pari al 54% del diametro esterno della vite centrale (?ce).
4. Assieme di viti (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove il diametro esterno della vite centrale (?ce) ? superiore a 5 volte il diametro interno della vite laterale (3).
5. Assieme di viti (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove il diametro esterno della vite centrale (?ce) ? superiore al diametro esterno della vite laterale (?le), un diametro interno della vite centrale (?ci) essendo inferiore al diametro esterno della vite laterale (?le).
6. Assieme di viti (1) secondo la rivendicazione 5, laddove il diametro interno della vite centrale (?ci) ? compreso fra il 60% e il 99% del diametro esterno della vite laterale (?le).
7. Assieme di viti (1) secondo la rivendicazione 2, laddove il diametro interno della vite centrale (?ci) ? compreso fra l?85% e il 92% del diametro esterno della vite laterale (?le).
8. Assieme di viti (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove il diametro interno della vite centrale (?ci) ? inferiore al diametro della rispettiva circonferenza primitiva (Cpi) e il diametro esterno della vite laterale (?le) ? superiore al diametro della rispettiva circonferenza primitiva (Cpl).
9. Assieme di viti (1) secondo la rivendicazione 8, laddove il diametro esterno della vite laterale (?le) ? compreso fra 1 volta e 1.3 volte il diametro della rispettiva circonferenza primitiva (Cpl).
10. Assieme di viti (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove il profilo trasversale della vite laterale (3) presenta un fianco (f) che segue l?andamento di un?epitrocoide, detto fianco (f) essendo raccordato ad una circonferenza di troncamento (Ct) per mezzo di una costa (c).
11. Assieme di viti (1) secondo la rivendicazione 10, laddove fianco (f) e costa (c) si uniscono in un punto di flesso sul profilo trasversale della vite laterale (3).
12. Assieme di viti (1) secondo una delle rivendicazioni 10 o 11, laddove detta costa (c) della vite laterale (3) ? curvilinea ed ? raccordata al fianco (f) e alla circonferenza di troncamento (Ct) senza punti angolosi.
13. Assieme di viti (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove le viti laterali (3) sono due, uguali fra loro, e predisposte per ingranarsi ai due lati della vite centrale con asse della vite laterale (zl) parallelo all?asse della vite centrale (zc).
14. Assieme di viti (1) secondo la rivendicazione 13, laddove la vite centrale (2) comprende un primo principio (21) ed un secondo principio (22) aventi uguale passo (pc), ed entrambe le viti laterali (3) comprendono un primo principio (31) ed un secondo principio (32) aventi uguale passo (pl), il passo (pc) dei principi della vite centrale (2) essendo uguale al passo (pl) dei principi delle viti laterali (3).
15. Pompa a tre viti (10) comprendente un corpo pompa (5), una porta di aspirazione (S) una porta di mandata (D) e un assieme di viti (1) secondo una delle rivendicazioni 13 o 14, laddove la vite principale (2) e le viti laterali (3) sono disposte girevoli e ingranate fra loro entro il corpo pompa (5), la rotazione di dette viti principale (2) e laterali (3) trascinando un fluido (F) dalla porta di aspirazione (S) alla porta di mandata (D).
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000004148A IT202100004148A1 (it) | 2021-02-23 | 2021-02-23 | Assieme di viti per pompa a tre viti e pompa a tre viti comprendente detto assieme |
| KR1020237032149A KR20230159435A (ko) | 2021-02-23 | 2021-12-28 | 삼중 나사 펌프용 나사 조립체 및 상기 조립체를 포함하는 삼중 나사 펌프 (Screw assembly for a triple screw pump and triple screw pump comprising said assembly) |
| JP2023574751A JP2024507410A (ja) | 2021-02-23 | 2021-12-28 | ３軸スクリューポンプ用スクリュー組立体および該組立体を含む３軸スクリューポンプ |
| PCT/EP2021/087714 WO2022179746A1 (en) | 2021-02-23 | 2021-12-28 | Screw assembly for a triple screw pump and triple screw pump comprising said assembly |
| US18/278,352 US20240125322A1 (en) | 2021-02-23 | 2021-12-28 | Screw assembly for a triple screw pump and triple screw pump comprising said assembly |
| CN202180094470.7A CN117043465A (zh) | 2021-02-23 | 2021-12-28 | 用于三螺杆泵的螺杆组件以及包括所述组件的三螺杆泵 |
| EP21840068.7A EP4298348A1 (en) | 2021-02-23 | 2021-12-28 | Screw assembly for a triple screw pump and triple screw pump comprising said assembly |
| BR112023016957A BR112023016957A2 (pt) | 2021-02-23 | 2021-12-28 | Montagem de parafuso para uma bomba de parafuso triplo e bomba de parafuso triplo que compreende a referida montagem |
| TW110149386A TW202237983A (zh) | 2021-02-23 | 2021-12-29 | 用於三螺桿泵的螺桿組合件及包括該組合件的三螺桿泵 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000004148A IT202100004148A1 (it) | 2021-02-23 | 2021-02-23 | Assieme di viti per pompa a tre viti e pompa a tre viti comprendente detto assieme |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| IT202100004148A1 true IT202100004148A1 (it) | 2022-08-23 |
Family
ID=75936987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT102021000004148A IT202100004148A1 (it) | 2021-02-23 | 2021-02-23 | Assieme di viti per pompa a tre viti e pompa a tre viti comprendente detto assieme |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240125322A1 (it) |
| EP (1) | EP4298348A1 (it) |
| JP (1) | JP2024507410A (it) |
| KR (1) | KR20230159435A (it) |
| CN (1) | CN117043465A (it) |
| BR (1) | BR112023016957A2 (it) |
| IT (1) | IT202100004148A1 (it) |
| TW (1) | TW202237983A (it) |
| WO (1) | WO2022179746A1 (it) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0209984A1 (en) * | 1985-06-24 | 1987-01-28 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Screw pump |
| EP1655491A2 (en) * | 2004-11-08 | 2006-05-10 | Automotive Motion Technology Limited | Screw pump |
| DE102009028004A1 (de) * | 2008-07-25 | 2010-01-28 | Advics Co., Ltd., Kariya | Schraubenpumpe |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2652192A (en) * | 1947-06-13 | 1953-09-15 | Curtiss Wright Corp | Compound-lead screw compressor or fluid motor |
| CN106121999A (zh) * | 2016-08-26 | 2016-11-16 | 黄山艾肯机械制造有限公司 | 一种耐用的中高压螺杆泵 |
-
2021
- 2021-02-23 IT IT102021000004148A patent/IT202100004148A1/it unknown
- 2021-12-28 BR BR112023016957A patent/BR112023016957A2/pt unknown
- 2021-12-28 JP JP2023574751A patent/JP2024507410A/ja active Pending
- 2021-12-28 US US18/278,352 patent/US20240125322A1/en active Pending
- 2021-12-28 WO PCT/EP2021/087714 patent/WO2022179746A1/en active Application Filing
- 2021-12-28 CN CN202180094470.7A patent/CN117043465A/zh active Pending
- 2021-12-28 KR KR1020237032149A patent/KR20230159435A/ko unknown
- 2021-12-28 EP EP21840068.7A patent/EP4298348A1/en active Pending
- 2021-12-29 TW TW110149386A patent/TW202237983A/zh unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0209984A1 (en) * | 1985-06-24 | 1987-01-28 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Screw pump |
| EP1655491A2 (en) * | 2004-11-08 | 2006-05-10 | Automotive Motion Technology Limited | Screw pump |
| DE102009028004A1 (de) * | 2008-07-25 | 2010-01-28 | Advics Co., Ltd., Kariya | Schraubenpumpe |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240125322A1 (en) | 2024-04-18 |
| WO2022179746A1 (en) | 2022-09-01 |
| JP2024507410A (ja) | 2024-02-19 |
| BR112023016957A2 (pt) | 2024-01-23 |
| KR20230159435A (ko) | 2023-11-21 |
| TW202237983A (zh) | 2022-10-01 |
| CN117043465A (zh) | 2023-11-10 |
| EP4298348A1 (en) | 2024-01-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| IT201600076227A1 (it) | Ruota dentata bi-elicoidale con angolo d’elica variabile e con profilo del dente non incapsulante per apparecchiature idrauliche ad ingranaggi | |
| US4210410A (en) | Volumetric type flowmeter having circular and involute tooth shape rotors | |
| WO2014191362A1 (de) | Spindelkompressor mit hoher innerer verdichtung | |
| US7008201B2 (en) | Gapless screw rotor device | |
| IT202100004148A1 (it) | Assieme di viti per pompa a tre viti e pompa a tre viti comprendente detto assieme | |
| IT202100004139A1 (it) | Assieme di viti per pompa a tre viti e pompa a viti comprendente detto assieme | |
| US2446194A (en) | Pump construction | |
| US2336479A (en) | Pump construction | |
| US6719547B2 (en) | Offset thread screw rotor device | |
| US2952216A (en) | Rotary screw unit for displacing fluid | |
| US4371324A (en) | Helical gear machine with improved high pressure port | |
| JPS648193B2 (it) | ||
| CN109373167B (zh) | 一种双出油道结构的机油泵 | |
| JP3068699U (ja) | ギヤポンプ用歯車 | |
| GB2442478A (en) | Rotary positive-displacement machine | |
| US10451065B2 (en) | Pair of co-operating screw rotors | |
| CN103790637B (zh) | 双轮星旋式的流体机械、发动机、流体马达、压缩机及泵 | |
| RU2174622C2 (ru) | Насос | |
| GB2442476A (en) | Rotary Positive-Displacement Machine | |
| JPS63635B2 (it) | ||
| IT201800005956A1 (it) | Macchina volumetrica ad ingranaggi con denti elicoidali | |
| GB2442477A (en) | Rotary positive-displacement machine |