ITBO20130502A1 - Pompa volumetrica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

POMPA VOLUMETRICA

La presente invenzione ha per oggetto una pompa volumetrica.

Più in particolare la presente invenzione riguarda una pompa volumetrica utilizzata per il trasporto di liquidi alimentari, quali ad esempio quelli tipici del settore enologico.

Come noto, le pompe volumetriche utilizzate in campo enologico presentano un rotore alloggiato all’interno di una camera di contenimento nella quale convergono il condotto di entrata e quello di uscita del liquido da pompare.

Nel settore enologico le pompe volumetriche sono normalmente utilizzate per il trasferimento dei fluidi, quali mosto o vino nelle sue varie fasi di produzione, da un contenitore all’altro.

È infatti necessario, e sempre più con i rigidi protocolli imposti sia dal mercato che dai vari disciplinari (di consorzi, zone geografiche, zone tipiche etc.), effettuare con grande efficienza il trasbordo dei suddetti fluidi da una botte o contenitore ad un’altro, intendendo genericamente con il termine botte sia tini che botti.

Nelle suddette pompe volumetriche è presente un rotore dotato di una pluralità di palette elasticamente deformabili, generalmente realizzate in gomma, il quale rotore è calettato sull’albero di un rispettivo motore.

Lo sviluppo della camera di contenimento e quello del rotore non sono concentrici (in altre parole o sono disposti eccentricamente oppure, ad esempio, la camera di contenimento presenta una zona schiacciata verso il rotore) in modo che durante la rotazione del rotore, per un tratto, le rispettive palette si appoggino sulla superficie interna della camera e striscino su di essa.

In questo modo, l’aspirazione e la successiva compressione del liquido sono ottenute mediante la deformazione elastica delle palette del rotore. In altre parole, durante la rotazione del rotore le palette vengono continuamente deformate per aspirare e poi spingere il liquido verso il condotto di uscita.

Le pompe volumetriche sopra sommariamente descritte presentano tuttavia importanti inconvenienti.

Un inconveniente è dato dal fatto che la direzione di travaso è strettamente correlata al verso di rotazione del rotore per cui, per invertire il flusso, operazione assolutamente frequente nella normale attività di una cantina, occorre invertire il senso di rotazione del rotore con conseguente veloce deterioramento delle palette deformabili.

Infatti, come noto in qualsiasi materiale, flessioni alterne (cioè compressioni alternate a trazioni) portano ad un rapido deterioramento delle caratteristiche meccaniche del materiale e, facilmente, alla rottura del pezzo.

Inoltre, nei periodi di non uso il rotore si trova per lungo tempo fermo (si pensi all'uso tipicamente stagionale di questo genere di pompe), per cui le palette tendono ad assumere una configurazione deformata e ad irrigidirsi con una certa piegatura che, se invertita in caso di cambio di senso del travaso, porta più facilmente alla rottura.

Inoltre, se da una parte potrebbe essere utile, ai fini della problematica appena evidenziata, disporre di palette cedevoli, dall’altra, tali palette non sarebbero in grado di imprimere la necessaria spinta al liquido, deformandosi esse stesse invece di spingere il fluido.

La stessa richiedente ha sviluppato in passato una soluzione di pompa che contribuiva a risolvere tali problematiche, attivando un’inversione del flusso di liquido senza la necessità invertire il senso di rotazione della girante o rotore, procedendo altresì a variare la posizione reciproca tra il rotore e la rispettiva camicia o camera di contenimento.

Tale soluzione, tecnicamente efficiente si è rivelata talvolta non particolarmente gradita dagli utilizzatori in quanto richiedeva, per la suddetta inversione, l’azionamento di una leva. Poiché, infatti, questa operazione manuale necessitava della presenza fisica di un operatore, essa impediva in sostanza una gestione da remoto delle attività della pompa, cosa che invece è ormai richiesta dal mercato.

Ulteriore inconveniente connesso all’utilizzo delle pompe volumetriche di tipo noto è dato dall’elevato rumore generato durante la rotazione della girante. Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire una pompa volumetrica in grado di superare i citati inconvenienti.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire una pompa volumetrica di migliorata efficienza e di pratico e funzionale utilizzo.

In particolare, è scopo della presente invenzione fornire una pompa volumetrica in grado di mantenersi in efficienza per lungo tempo anche a seguito di frequenti e reiterate inversioni del senso di rotazione del rotore. Ulteriore scopo della presente invenzione è proporre una pompa volumetrica ad elevato rendimento.

Le caratteristiche tecniche dell’invenzione, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate, ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano forme di realizzazione puramente esemplificative e non limitative, in cui:

- la figura 1 illustra una vista schematica in elevazione frontale, una porzione di una pompa volumetrica realizzata in accordo con la presente invenzione;

- la figura 2 illustra, in una vista prospettica schematica, un particolare di figura 1, in configurazione non assemblata;

- la figura 3 illustra, in una vista schematica in elevazione frontale, il particolare di figura 2;

- la figura 4 illustra, in una vista schematica in elevazione frontale con alcune parti asportate, il particolare di figura 2 in una sua configurazione d’uso;

- la figura 5 illustra, in una vista schematica in elevazione frontale con alcune parti asportate, una variante realizzativa del particolare di cui alle figure 2 e 3;

- la figura 6 illustra una ellisse.

- la figura 7 illustra una rappresentazione schematica di fasi operative della pompa volumetrica secondo la presente invenzione;

- la figura 8 illustra una sezione del particolare di figura 3, secondo la linea VIII-VIII.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, con il numero 1 di riferimento è indicata nel suo complesso una porzione di pompa volumetrica comprendente un rotore 2 ed una camera 3 di contenimento del rotore 2 stesso.

Il rotore 2 presenta una pluralità di palette 4 deformabili.

Vantaggiosamente le palette 4 sono realizzate almeno parzialmente in gomma, naturale o sintetica.

La citata camera 3 di contenimento presenta una superficie 5 interna definita anche come camicia.

La superficie interna o camicia 5 presenta un profilo 6.

Il profilo 6 della camicia 5 ha sviluppo non circolare in quanto, come noto, è previsto un tratto in cui le palette 4 devono flettersi per modificare il volume compreso tra due palette 4 successive, determinando così il funzionamento della pompa volumetrica.

Con riferimento alla figura 1, la camera 3 di contenimento del rotore 2 presenta un primo condotto 7 ed un secondo condotto 8 di passaggio di un liquido da pompare.

I citati primo e secondo condotto 7, 8 sono entrambi in comunicazione di fluido con la camera 3 di contenimento del rotore 2.

In funzione del senso di rotazione del rotore 2, i citati condotti 7, 8 di passaggio del liquido assumono alternativamente la funzione di condotto d’uscita e di condotto d’ingresso del liquido rispetto alla camera 3 di contenimento.

Secondo il senso di rotazione del rotore 2 illustrato in figura 1, rappresentato dalla freccia F, il primo condotto 7 definisce un condotto di uscita del liquido pompato dalla pompa verso gli utilizzatori mentre il secondo condotto 8 definisce un condotto d’ingresso del liquido nella pompa.

I citati primo e secondo condotto 7, 8 si affacciano sulla camera 3 di contenimento mediante rispettive bocche 7a, 8a.

Le bocche 7a, 8a presentano conformazione ellittica.

Secondo quanto illustrato in figura 2, il rotore 2 presenta un asse A1 centrale ed un nocciolo 9 centrale.

Dal nocciolo 9 centrale si origina la citata pluralità di palette 4 deformabili le quali emergono radialmente dal nocciolo 9 stesso.

Le palette 4 sono distribuite angolarmente equidistanziate sulla periferia del nocciolo 9.

Secondo quanto illustrato in figura 8, il rotore 2 presenta un’anima 10 metallica la quale comprende una porzione 11 cilindrica ed una flangia 12 tra loro solidali.

La pompa 1 volumetrica presenta inoltre un albero rotante, non illustrato, atto a trascinare in rotazione il rotore 2 attorno ad un suo rispettivo asse A2 di rotazione. Quando il rotore 2 è assemblato nella pompa 1, i due assi A1 e A2 coincidono.

La flangia 12 vantaggiosamente ma non necessariamente presenta un foro 13 scanalato visibile in figura 2, atto ad impegnarsi con un rispettivo profilo scanalato, non illustrato, ricavato sul citato albero.

Con riferimento alle figure 2 e 8, la flangia 12 è disposta in posizione mediana rispetto all’asse A1 del rotore 2, così da permettere vantaggiosamente il posizionamento di opportuni organi di guarnizione all’interno dell’ingombro assiale del rotore 2 stesso, in ciò limitando l’ingombro complessivo della pompa 1.

Il citato e non illustrato albero rotante, unitamente a organi motori di tipo noto e anch’essi non illustrati, definisce per la pompa volumetrica 1, rispettivi mezzi di movimentazione del rotore 2, atti a porre il rotore 2 stesso in rotazione attorno al rispettivo asse A2 di rotazione, determinando così l’azione di pompaggio del liquido.

Secondo quanto illustrato nelle allegate figure, ciascuna paletta 4 è raccordata bilateralmente al nocciolo 9 mediante due rispettive porzioni 14 di collegamento le quali porzioni 14 presentano un profilo P ellittico.

Con l’espressione profilo ellittico riferita alle porzioni 14 di collegamento delle palette 4 al nocciolo 9 del rotore 2, nella presente trattazione si intende che il profilo P di tali porzioni 14 è conformato sostanzialmente come un arco di ellisse e, più precisamente, l’arco di perimetro compreso tra due intersezioni successive del perimetro con gli assi dell’ellisse.

In altre parole, anche con riferimento alla figura 6 in cui è marcato con tratto più spesso, il citato profilo P ellittico rappresenta sostanzialmente un quarto del perimetro dell’ellisse, cioè il perimetro esterno di ciascuno dei quattro spicchi in cui appare suddivisa l’ellisse dai suoi assi X1 maggiore e X2 minore.

Valutazioni sperimentali hanno confermato come risultati ottimali nella resistenza delle palette 4 si ottengano con profili P ellittici appartenenti ad un’ellisse presentante un rapporto tra asse maggiore ed asse minore compreso tra 2 e 10.

Vantaggiosamente, si è rilevato ottimale selezionare profili P ellittici appartenenti ad un’ellisse presentante un rapporto tra asse maggiore ed asse minore compreso tra 4 e 8.

Ancor più vantaggiosamente si è ritenuto di selezionare profili P ellittici appartenenti ad un’ellisse presentante un rapporto tra asse maggiore ed asse minore compreso tra 6 e 7.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il rotore 2 presenta un bordo 15 assiale di estremità che sul fianco delle palette 4 presenta uno spessore s1 ridotto rispetto allo spessore s2 delle palette 4 stesse.

Vantaggiosamente tale ridotto spessore s1 permette di limitare l’estensione della gomma del rotore 2 a contatto con i coperchi laterali. Infatti, a seguito della flessione cui sono ciclicamente sottoposte, le palette 4 si deformano assialmente con una sorta di escrescenza che va a strisciare sul coperchio metallico, non illustrato, posto alle estremità assiali del rotore 2, realizzato solitamente in acciaio inox.

Vantaggiosamente, mediante la riduzione della dimensione del bordo 15 rispetto allo spessore s2 della paletta 4, si ottiene una sensibile riduzione dell’attrito tra rotore 2 e coperchi e, quindi, in definitiva, un miglior rendimento della pompa.

Ulteriore vantaggio connesso con il suddetto spessore ridotto del bordo 15 è dato dalla minore usura della gomma del rotore 2, per cui la gomma stessa non si abrade, riducendo pertanto il distacco delle porzioni abrase che conseguentemente non inquinano il liquido circolante all’interno della camera 3.

Secondo quanto illustrato nelle figure da 1 a 4, il rotore 2 presenta una pluralità di bugne 16 emergenti dal nocciolo 9.

Ciascuna bugna 16 si sviluppa longitudinalmente lungo il citato asse A1 centrale del rotore 2 ed è interposta tra due palette 4 successive.

Vantaggiosamente, il profilo P1 di ciascuna bugna 16 è semi-ellittico.

La presenza delle bugne 16 permette vantaggiosamente di ridurre in maniera marcata il cosiddetto spazio nocivo del rotore 2.

Si intende come spazio nocivo il volume occupato dal liquido che ricircola all’interno della pompa 1 volumetrica.

La presenza dello spazio nocivo quando quest’ultimo è occupato da liquido non costituirebbe particolare inconveniente nel funzionamento della pompa, se non con riguardo ad un eventuale deterioramento del liquido stesso che, ad esempio può subire un indesiderato riscaldamento. Quando però, ad esempio in fase di adescamento del liquido, lo spazio nocivo è occupato da un gas, quale l’aria, questa circostanza può creare problemi perché il gas è comprimibile e ritarda quindi l’azione efficace di pompaggio del liquido.

Mediante la realizzazione delle citate bugne 16 si è pertanto provveduto a limitare considerevolmente il volume dello spazio nocivo, con il vantaggio di rendere più rapido l’adescamento del liquido.

Con riferimento alla figura 4, in cui alcune palette 4 sono rappresentate nella loro configurazione di massima flessione, è evidente come la presenza delle bugne 16 non interferisca con le palette 4, grazie al profilo P1 semi-ellittico con il quale le bugne 16 stesse sono realizzate.

La figura 5 rappresenta un rotore 2 realizzato privo delle bugne 16 sopra descritte.

Con riferimento alla figura 7, in essa è rappresentata schematicamente una successione di posizioni significative assunte da due palette 4 adiacenti, in movimento secondo il verso della freccia F, con l’evidenziazione, mediante aree tratteggiate, del volume compreso tra le palette 4 stesse.

L’area tratteggiata V1 rappresenta il volume compreso tra due palette 4 successive, alla chiusura del tratto TP pompante a volume costante.

Il tratto TP pompante è quello compreso tra la fine della bocca 8a d’ingresso del liquido e l’inizio della bocca 7a di uscita, secondo il senso della freccia F.

Lungo il tratto TP pompante il volume di liquido tra le palette 4 deve restare costante per il corretto funzionamento della pompa.

L’area tratteggiata V2 rappresenta il volume di liquido compreso tra due palette 4 successive, all’interno del tratto TR rifluente.

Il tratto TR rifluente è il tratto compreso tra la fine della bocca 7a di uscita del liquido e l’inizio della bocca 8a di ingresso, secondo il senso della freccia F.

Sperimentalmente si è notato come l’efficienza delle pompe note fosse in parte condizionata dalla variazione del volume tra due palette 4 nel tratto TR rifluente tra la bocca 7a di uscita e la bocca 8a di ingresso del liquido. Si è pertanto realizzato un profilo 6 della camicia 5 in grado di garantire il mantenimento costante del volume tra le palette 4 all’interno del tratto TR rifluente.

Si indica con αRl’angolo che insiste sul citato tratto TR rifluente mentre con αPè indicato l’angolo tra due palette adiacenti. Per qualsiasi rotore 2 il valore dell’angolo αPsi ricava dalla seguente relazione αP= 360°/NUMERO DI PALETTE.

Sperimentalmente si è potuto constatare che risultati ottimali in termini di efficienza della pompa si hanno quando tra i due citati angoli sussiste la seguente relazione:

αR> αP

Secondo quanto illustrato in figura 7 pertanto, il tratto TR rifluente sul quale insiste l’angolo αRè realizzato di estensione tale da determinare la chiusura del volume V2 tra due palette 4 adiacenti nel percorso tra la bocca 7a di uscita e la bocca 8a d’ingresso.

Sempre con riferimento alla figura 7, l’area tratteggiata V3 rappresenta il volume compreso tra due palette 4 successive, all’apertura del tratto TP pompante.

Poiché, come detto, il tratto TP pompante è a volume costante, ne consegue che il volume V3 all’apertura del tratto TP coincide con il volume V1 alla chiusura del medesimo tratto.

Secondo quanto illustrato nelle figure allegate, e in particolare in figura 7, il tratto di profilo 6 comprendente il tratto TR rifluente e le bocche 7a e 8a è definito come tratto TO operativo.

Ebbene, sempre con riferimento alle figure allegate, tale tratto TO operativo del profilo 6 è definito dalla successione di cinque porzioni curve a curvatura alternata.

In altre parole, percorrendo il tratto TO operativo del profilo 6 secondo il senso di rotazione indicato dalla freccia F, ad una prima porzione PO1 curva avente concavità rivolta verso il centro del rotore 2, fa seguito una seconda porzione PO2 curva avente concavità rivolta verso l’esterno; alla seconda porzione PO2 fa seguito una terza porzione PO3 avente nuovamente concavità rivolta verso il centro, ed a questa una quarta porzione PO4 avente curvatura rivolta verso l’esterno. In ultimo, è presente una quinta porzione PO5 avente concavità rivolta verso il centro. La successione di porzioni PO1, PO2, PO3, PO4, PO5 curve sopra descritta nel tratto TO operativo implica considerevoli vantaggi.

In particolare, mediante la suddetta successione di tratti curvi è ottimizzata l’estensione del tratto TR rifluente compreso tra le due bocche 7a, 8a di uscita e ingresso del liquido.

Vantaggiosamente, la successione di porzioni curve sopra descritta consente di ottenere un tratto TR rifluente avente raggio costante.

La citata successione di porzioni PO1, PO2, PO3, PO4, PO5 curve permette inoltre di conseguire una vantaggiosa riduzione del rumore generato dalla pompa 1 volumetrica.

Si è infatti notato sperimentalmente come tale rumore dipenda in gran parte dal ritorno elastico delle palette 4 che, in uscita dal tratto TR rifluente, si distendono in maniera anche molto rapida. La predisposizione di porzioni curve sopra descritta, essendo le stesse tra loro raccordate grazie alle rispettive concavità alternate, consente vantaggiosamente di minimizzare gli effetti nocivi, in termini di rumore, di tale ritorno elastico.

Vantaggiosamente, nel complesso, le caratteristiche sopra descritte della camicia 5 consentono di minimizzare il rumore e di massimizzare il rendimento della pompa 1 volumetrica.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa volumetrica comprendente: - una camera (3) di contenimento presentante un primo ed un secondo condotto (7, 8) di passaggio di un liquido da pompare, detti condotti (7, 8) essendo entrambi in comunicazione di fluido con detta camera (3) di contenimento; - un rotore (2) alloggiato in detta camera (3), detto rotore (2) presentando un asse (A1) centrale, un nocciolo (9) centrale ed una pluralità di palette (4) deformabili distribuite angolarmente equidistanziate sulla periferia di detto nocciolo (9), dette palette (4) emergendo radialmente da detto nocciolo (9), - mezzi di movimentazione di detto rotore (2) per mettere in rotazione lo stesso attorno ad un rispettivo asse (A2) di rotazione, caratterizzata dal fatto che ciascuna di dette palette (4) presenta, bilateralmente, rispettive porzioni (14) di collegamento al nocciolo le quali porzioni (14) di collegamento hanno profilo (P) ellittico.
2. 2. Pompa volumetrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto profilo (P) ellittico appartiene ad un’ellisse presentante un rapporto tra asse (X1) maggiore ed asse (X2) minore compreso tra 2 e 10.
3. 3. Pompa volumetrica secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto profilo (P) ellittico appartiene ad un’ellisse presentante un rapporto tra asse (X1) maggiore ed asse (X2) minore compreso tra 4 e 8.
4. 4. Pompa volumetrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto profilo (P) ellittico appartiene ad un’ellisse presentante un rapporto tra asse (X1) maggiore ed asse (X2) minore compreso tra 6 e 7.
5. 5. Pompa volumetrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto di comprendere una pluralità di bugne (16) emergenti da detto nocciolo (9), ciascuna di dette bugne (16) sviluppandosi longitudinalmente lungo detto asse (A1) centrale ed essendo interposta tra due palette (4) successive.
6. 6. Pompa volumetrica secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che ciascuna di dette bugne (16) presenta un profilo (P1) semi-ellittico.
7. 7. Pompa volumetrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui detto rotore (2) è realizzato prevalentemente in gomma e comprende un’anima (10) metallica, caratterizzata dal fatto che detta anima (10) metallica comprende una porzione (11) cilindrica ed una flangia (12) solidale a detta porzione (11) cilindrica ed atta ad impegnarsi in rotazione con un rispettivo albero.
8. 8. Pompa volumetrica secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detta flangia (12) è disposta in posizione mediana rispetto all’asse (A1) centrale di detto rotore (2).
9. 9. Pompa volumetrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto che il rotore (2) presenta un bordo (15) assiale di estremità sviluppantesi sul fianco delle palette (4) con uno spessore (s1) inferiore a quello (s2) delle palette (4) stesse.