IT9020004A1 - Macchina fluidodinamica rotante a variazione di volume - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione industriale dal titolo:

"Macchina fluidodinamica rotante a variazione di volume"

RIASSUNTO

La macchina comprende uno spazio interno cilindrico (3), in cui è inserito coassialmente un albero (4) su cui è montata girevolmente una successione di pale radiali (6) che rasentano la circonferenza periferica di detto spazio cilindrico, ed un rotore (9) girevole in modo eccentrico in detto spazio cilindrico e provvisto di rullini girevoli (8) circonferenzialmente distanziati, paralleli all'asse di rotazione del rotore (9), ciascuno dei quali è scorrevolmente attraversato da una di dette pale (6).(Fig.l)

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una macchina fluidodinamica rotante a variazione di volume.

Tra le macchine di quel genere sono note quelle a pale centrifughe libere, che prevedono un cilindro esterno, il cui spazio interno è suddiviso in camere circonferenzialmente successive da pale radiali rotanti che per effetto centrifugo sono portate a strisciare con la loro estremità esterna contro la parete interna del cilindro. Questo genera un consumo irregolare delle stesse e non permette la definizione di un profilo stabile dell'estremità della pala, in quanto essa striscia sul cilindro con angoli di incidenza variabili durante la rotazione .

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare una macchina fluidodinamica rotante a variazione di volume nella quale le pale durante la loro rotazione attorno ad un asse centrale sfiorino senza strofinio la superficie interna del cilindro.

In accordo con 1'invenzione tale scopo è raggiunto attraverso una macchina fluidodinamica rotante a variazione di volume caratterizzata dal fatto di comprendere uno spazio interno cilindrico, in cui è inserito coassialmente un albero su cui è girevolmente montata una successione di pale radiali che rasentano la circonferenza periferica di detto spazio cilindrico, ed un rotore girevole in modo eccentrico in detto spazio cilindrico e provvisto di rullini girevoli circonferenzialmente distanziati, paralleli all'asse di rotazione del rotore, ciascuno dei quali è scorrevolmente attraversato da una rispettiva di dette pale.

In tal modo durante la rotazione del rotore e quindi delle pale, per effetto dell'eccentricità del rotore, varia lo spazio da esse delimitato tra il rotore e il cilindro, creando così il desiderato effetto di variazione volumetrica. Variando l'eccentricità del rotore, varia conseguentemente la portata della macchina.

Grazie al loro montaggio girevole su un albero coassiale al cilindro esterno, le pale possono essere fatte passare molto vicino alla parete interna del cilindro ma non in contatto con essa, e quindi senza strisciare e così essere assoggettate ad usura.

L'estrema precisione di rasentamento tra le parti in movimento e quelle fisse consente la tenuta della compressione, ma sono anche previsti eventuali segmenti di tenuta, ove la meccanica ne richieda e se ne renda utile e possibile l'applicazione.

I rullini girevoli associati al rotore e attraversati dalle pale consentono d'altra parte alle pale di oscillare, e così ridurre ulteriormente l'usura, e nello stesso tempo assolvono il compito della tenuta di compressione tra le pale e il rotore.

La macchina secondo l'invenzione può assumere varie configurazioni. Per esempio può costituire un compressore, una pompa a portata fissa o variabile con o senza inversione del flusso, un motore idraulico a velocità fissa o variabile, un motore ad aria compressa, un motore a combustione interna, un variatore di rapporti continuo idraulico, un misuratore di volumi .

Le caratteristiche della presente invenzione saranno rese maggiormente evidenti da alcune sue forme di realizzazione pratica illustrate a titolo di esempio, non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 illustra in sezione trasversale una macchina idraulica secondo la presente invenzione;

la figura 2 illustra ancora in sezione trasversale la stessa macchina di figura 1 in posizione ruotata;

la figura 3 illustra in sezione trasversale una variante della macchina delle figure 1 e 2, in particolare una pompa a portata variabile con possibilità di inversione del senso di flusso, fermo restando il senso di rotazione;

la figura 4 è una sezione assiale secondo la linea 4-4 di figura 3;

la figura 5 illustra in sezione trasversale un'altra variante della macchina, in particolare una pompa a portata variabile con inversione del senso del flusso;

la figura 6 è una sezione assiale secondo la linea 6-6 di figura 5;

la figura 7 è una sezione assiale di un motore rotante a combustione interna;

la figura 8 è una sezione trasversale secondo la linea 8-8 di figura 7;

la figura 9 è una sezione trasversale secondo la linea 9-9 di figura 7 ;

le figure 10, 11, 12 illustrano vari esempi di possibili abbinamenti di pale, boccole e rullini nelle macchine delle precedenti figure.

Con riferimento alle figure 1 e 2, la macchina comprende una carcassa esterna 1 definente nel suo interno uno spazio cilindrico 3. In esso è montato coassialmente un albero 4 su cui è infilata in modo girevole una boccola 5 su cui sono inserite pale radiali 6, nel caso specifico quattro pale. Ciascuna pala 6 attraversa scorrevolmente un rullino 8 girevolmente alloggiato in un rotore 9, a sua volta girevolmente inserito in modo eccentrico nello spazio cilindrico 3.

Tali rullini 8, assolvono il compito della tenuta di compressione tra le pale 6 e il rotore 9 e consentono uno scorrimento e variazioni di angolo delle pale 6 rispetto al rotore 9 durante la rotazione di quest'ultimo.

Le pale 6, il cui numero può peraltro essere variabile, sono sempre libere tra loro, pur essendo imboccolate sull'albero 4, che ne permette la rotazione ma ne vincola le traiettorie evitando lo strofinio e il relativo attrito contro le pareti della carcassa esterna 1.

In particolare, contrariamente a quanto avviene nella tecnica nota, l'albero 4 fornisce il sostegno su cui le pale 6 esercitano la forza centrifuga diventando neutre verso la carcassa esterna 1.

Nel caso particolare, con riferimento alla figura 2, lo spazio cilindrico 3 è suddiviso in quattro settori: un settore superiore 30 e un settore inferiore 31 per la compressione, un settore 32 per la aspirazione, un settore 33 per lo scarico.

Si ipotizzi un disassamento tra l'asse 34 delle pale 6 e l'asse 35 del rotore 9, un senso di rotazione antioraria, e si supponga di fornire un fluido alla luce di immissione 36. In tal caso si avrà un'aspirazione sul lato destro della pala 6 che entra nel settore 30. Tale aspirazione cesserà quando la pala 6 successiva entrerà nel medesimo settore e per effetto della spinta esercitata dal fianco sinistro di quest'ultima il fluido imprigionato si travaserà necessariamente nel settore 33. Da qui il fluido verrà espulso attraverso la luce di scarico 37.

Con riferimento alla figura 10, ciascun rullino 8 può essere realizzato in un solo pezzo cilindrico e presentare una cavità diametrale 11 con eventuale cavità assiale 10 per il passaggio della pala 6. La pala 6 presenta una parte piana 12 che ad una estremità esterna 13 è provvista di scanalature 14 destinate all'eventuale alloggiamento di guarnizioni di tenuta, mentre all'altra estremità è munita di attacchi 15 con fori 16 attraverso i quali la pala 6 è girevolmente montata sulla boccola 5, esemplificativamente realizzata in due semiboccole assiali, e quindi sull'albero 4.

Con riferimento alla figura 11, in modo alternativo ciascun rullino 8 può essere realizzato in due parti 18, 19 unite assieme e mantenute a distanza reciproca da spalle laterali 20. In tal caso la pala 6, ancora piana, è sagomata con rientranze 51, 52 impegnatili con le spalle 20 ed è analogamente munita di attacchi 15 provvisti di fori 16 per il montaggio girevole sulla boccola 5, in questo caso realizzata in pezzo unico.

Con riferimento alla figura 12, ciascun rullino 8 può pure essere realizzato come due parti distinte 25 poste a una certa distanza per il passaggio della pala 6. In tal caso la pala 6 è a forma rettangolare e all'estremità interna è analogamente provvista di attacchi 15 con fori 16.

E' da notare che in tutti questi casi la boccola 5 è utile solo se l'albero 4 è non girevole.

Con riferimento alle figure 3, 4, vi è illustrata una macchina del tipo precedentemente descritto, in cui il rotore 9, munito di albero di comando 7 ad asse fisso, è inserito in un cilindro 39 registrabile orizzontalmente rispetto a un supporto 40 dell'albero 7 per effetto dell’azione di opportuni mezzi di registazione a vite 41. Agendo su questi mezzi 41 è possibile variare, attraverso lo spostamento del cilindro 39, la posizione dell'asse 34 dell'albero 4 e quindi delle pale 6 rispetto all'asse 35 del rotore 9 e di conseguenza lo spazio interno delle camere di aspirazione 32, compressione 30, 31, scarico 33, realizzando in particolare una pompa a portata variabile.

Se l'asse 34 delle pale 6 si trova spostato come in fig.3 rispetto all'asse 35 del rotore 9, la rotazione antioraria del rotore determinerà uno spostamento di fluido da una luce di immissione 60 a una luce di scarico 61.

Agendo sulla vite di regolazione 41 la portata andrà via via diminuendo fino a raggiungere il valore zero quando gli assi 34 e 35 collimeranno.

Continuando nella regolazione, l'asse 34 verrà a trovarsi spostato dalla parte opposta rispetto all'asse 35 e la stessa rotazione del rotore 9 determinerà uno spostamento di fluido in senso opposto; la portata crescerà pure in verso opposto.

Possibili applicazioni della macchina illustrata nelle figure 3, 4 sono anche motori idraulici, variatori idraulici continui di rapporti, misuratori di quantità di liquidi.

Come illustrato in figura 5, un'ulteriore forma di realizzazione della macchina prevede la possibilità di variare la posizione dell'asse di rotazione del rotore 9, per esempio per mezzo di aste 23 solidali a supporti 24 del rotore stesso, mantenendo fissa la posizione del cilindro 39. Un opportuno serraggio 42 solidale con una bussola scanalata 43 permette di trasmettere il moto alle pale 6 che vengono a contatto con essa attraverso una parte a forma di martelletto 44. In questa fase la pala 6 soggetta a spinta si renderà motrice nei confronti del rotore 9.

Con riferimento alle figure 7, 8, 9 la macchina secondo l'invenzione può, secondo un'ulteriore forma di realizzazione, essere adatta a funzionare come motore a combustione interna. In questo caso sull'albero 4 è infilato un ingranaggio 45 atto ad accoppiarsi con un corrispondente ingranaggio 46 solidale al rotore 9, dirassato rispetto al cilindro 39, stavolta munito di alette di raffreddamento 50. Nel rotore 9 sono ancora girevolmente alloggiati rullini 8 scorrevolmente attraversati da rispettive pale 6. Ai lati del rotore 9 sono disposte e rese ad esso solidali due turbine 47 e 49 munite di pale 51, 52, comunicanti con la parte interna del rotore mediante successioni circonferenziali di fori 48, cavità assiali 10 dei rullini 8 e passaggi interni 58.

La turbina 47 svolge il compito di aspirare miscela da una bocchetta di ingresso 53 e di convogliarla nella parte interna del rotore 9 attraverso i fori 48 al fine di lubrificare e raffreddare il rotore stesso. La miscela viene poi aspirata dalla turbina 49 e compressa verso un collettore 54. Da qui, supposto di aver impresso al rotore 9 un'iniziale rotazione antioraria, la miscela viene compressa dal rotore 9 fino a raggiungere il valore massimo nel settore di minima ampiezza 55. Tramite l'accensione di una candela 56 inserita in una cameretta di combustione 60 viene determinato lo scoppio della miscela, che per conseguenza imprime al rotore una spinta di rotazione che porta la miscela esplosa in un successivo settore 57 e da qui in un collettore di scarico 59.

Come è rilevabile dalla fig. 8, la pala 6 che si trova in direzione della cameretta di combustione 60 è in grado di mettere in comunicazione i gas di combustione nel settore 56 con quelli freschi del settore 55, innescare l'accensione per via di una sottile ma estesa sezione di comunicazione. La lunghezza della cameretta 60 può estendersi in profondità e contenere più candele 56, mentre la larghezza sarà determinata da esperienze pratiche. Tutto questo può tradursi in una più immediata accensione, rispetto a quella che può dare una candela, così riducendo o addirittura annullando i tempi di anticipo previsti nei sistemi comuni.

Il ciclo così innescato diventa continuo, determinando un moto di rotazione perfetto (tipo turbina), disturbato soltanto da lievi accelerazioni e decelerazioni delle pale ad ogni giro.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina fluidodinamica rotante a variazione di volume caratterizzata dal fatto di comprendere uno spazio interno cilindrico (3), in cui è inserito coassialmente un albero (4) su cui è girevolmente montata una successione di pale radiali (6) che rasentano la circonferenza periferica dello spazio cilindrico (3), un rotore girevole (9) in modo eccentrico in detto spazio cilindrico (3) e provvisto di rullini girevoli (8) circonferenzialmente distanziati, paralleli all'asse di rotazione (35) del rotore (9), ciascuno dei quali è scorrevolmente attraversato da una rispettiva di dette pale (6).
2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'eccentricità del rotore (9) è regolabile mediante spostamento di un cilindro (39) di delimitazione di detto spazio cilindrico (3) rispetto al rotore (9).
3. 3. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'eccentricità del rotore (9) è regolabile mediante spostamento dell'asse (35) del rotore (9) rispeto all’asse di detto albero (4).
4. 4. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che a detto rotore (9) sono rese solidali turbine con pale (51, 52) di immissione e ricircolo di miscela nei confronti di una camera a volume variabile (55, 56) definita tra il rotore (9) e un cilindro esterno (39) munito di mezzi di accensione (56) e di scarico (59) della miscela.
5. 5. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascun rullino (8) presenta cavità laterali comunicanti (10), (11) per il passaggio della pala (6).
6. 6. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascun rullino (8) presenta due parti (18), (19) unite assieme e mantenute a distanza da spalle laterali (20).
7. 7. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascun rullino (8) presenta due parti distinte (25) poste a una certa distanza reciproca per il passaggio delle pale (6).
8. 8. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che dette pale (6) sono munite di attacchi (15) con fori (16) per il montaggio girevole su detto albero (4).
9. 9. Macchina secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una boccola (5) girevolmente interposta tra detto albero (4) e detti attacchi (15) delle pale (6).