ITBZ20060021A1

ITBZ20060021A1 - MACHINE WORKING AS A PUMP OR AS A TURBINE MADE UP OF TWO OSCILLANT ROTORS WITH IDENTICAL FREQUENCY AND WITH A DIFFERENT STAGE OF 180 DEGREES; ON EACH ROTOR TWO IDENTICAL TUBULAR CIRCUITS ARE FIXED, EACH OF WHICH, BY MEANS OF TWO PAIRS OF V

Info

Publication number: ITBZ20060021A1
Authority: IT
Inventors: Gino Franch
Original assignee: Gino Franch
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2007-11-23

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Essa si articola nei seguenti paragrafi: It is divided into the following paragraphs:

A) Descrizione delle figure; A) Description of the figures;

B) Riassunto del funzionamento della macchina; B) Summary of machine operation;

C) Vantaggi della macchina C) Advantages of the machine

D) Rivendicazioni. D) Claims.

A) Descrizione delle figure e particolari del funzionamento A) Description of the figures and details of the operation

La fig. 1/5 rappresenta lo schema dei componenti necessari al funzionamento della macchina. In essa i due rotori R1ed R2oscillano nell'intervallo φ (+φ0, -φο) intorno a due assi paralleli 00' e 0,0'1con identica frequenza e fase diversa di 180°. L'oscillazione può essere effettuata anche intorno ad unico albero con un identico intervallo . L'oscillazione eguale ed opposta di R1ed R2è generata dalla velocità di rotazione dell’albero delle manovelle a di cui alla Fig. 2/5, al quale sono direttamente collegate le due manovelle maidi eguale lunghezza. Le manovelle trasmettono il moto oscillatorio ai due rotori per mezzo delle rispettive bielle b1e b2, Fig. 1/5 represents the diagram of the components necessary for the operation of the machine. In it, the two rotors R1 and R2 oscillate in the interval φ (+ φ0, -φο) around two parallel axes 00 'and 0,0'1 with identical frequency and different phase of 180 °. The oscillation can also be performed around a single tree with an identical interval. The equal and opposite oscillation of R1 and R2 is generated by the rotation speed of the crankshaft a in Fig. 2/5, to which the two cranks of equal length are directly connected. The cranks transmit the oscillatory motion to the two rotors by means of the respective connecting rods b1 and b2,

Nella figura sono rappresentati gli assi baricentrici dei due circuiti C1e C2fissati al rotore Ri e dei due circuiti C3e C4fissati ai rotore R2. Ciascun circuito è curvato secondo una semicirconferenza di raggio baricentrico rbfissato sul corrispondente rotore. The figure shows the barycentric axes of the two circuits C1 and C2 fixed to the rotor Ri and of the two circuits C3 and C4 fixed to the rotor R2. Each circuit is curved according to a semicircle with a barycentric radius fixed on the corresponding rotor.

Ai due estremi di ciascun circuito Clè inserita una identica valvola con contemporanea apertura e chiusura; ciò al fine di stabilire la massima indipendenza dagli altri circuiti e di permettere il funzionamento della macchina sia come pompa che come turbina. At the two ends of each Clè circuit, an identical valve is inserted with simultaneous opening and closing; this in order to establish maximum independence from the other circuits and to allow the machine to function both as a pump and as a turbine.

Ciascun circuito ha identica sezione Sc, identica lunghezza lci= πrbe contiene una identica massa ove p è la densità volumica di mc. La massa può essere liquida, pastosa o solido-spezzettata. Each circuit has the same section Sc, identical length lci = πrb and contains an identical mass where p is the density of mc. The mass can be liquid, pasty or solid-chopped.

La Fig. 1/5 ha le seguenti caratteristiche: Fig. 1/5 has the following characteristics:

- gli assi di rotazione 001e O’O'i dei due rotori Ri e R2e l'asse OO3dell'albero delle manovelle amasono paralleli; - le due manovelle maie m^ fissate ad amasono eguali ed opposte e l'angolo di rotazione Θ di ma1coincide con l’angolo di rotazione è nullo l’angolo φ di rotazione di R1e gli assi delle due bielle b1e b2, gli assi delle manovelle ma1e ma2e l’asse 003di rotazione di a,™, appartengono ad un piano parallelo a quello degli assi dei due rotori; inoltre gli angoli di rotazione di Ri e R2sono rispettivamente <p0e -φ0, ove cp0è l’angolo massimo di rotazione di ciascun rotore. - the rotation axes 001e O’O'i of the two rotors Ri and R2 and the axis OO3 of the crankshaft amas parallel; - the two cranks maie m ^ fixed to amas are equal and opposite and the rotation angle Θ coincides with the rotation angle is zero the rotation angle φ of R1 and the axes of the two connecting rods b1 and b2, the axes of the cranks ma1e ma2e the rotation axis 003 of a, ™, belong to a plane parallel to that of the axes of the two rotors; moreover, the angles of rotation of Ri and R2 are respectively <p0e -φ0, where cp0 is the maximum rotation angle of each rotor.

L’angolo massimo di rotazione φ0soddisfa la relazione: The maximum angle of rotation φ0 satisfies the relationship:

(1) sen è il raggio del piede delle bielle. Dalla relazione (1) si deduce: l’angolo φ0massimo della rotazione di Ri; l’angolo φ può essere espresso con buon approssimazione dalla relazione la quale è soddisfatta per 6=0° e 0=90°. Derivando la (2) rispetto a Θ si deduce che la velocità angolare di Ri è (3) dalla quale si ha la velocità della massa mcdel circuito espressa da , ove rbè il raggio baricentrico della sezione del circuito. Nell’ipotesi si ha dalla (4) l’accelerazione angolare da cui risulta la forza d’inerzia applicata alla massa (1) sen is the radius of the foot of the connecting rods. From the relation (1) we deduce: the maximum angle φ0 of the rotation of Ri; the angle φ can be expressed with a good approximation by the relation which is satisfied for 6 = 0 ° and 0 = 90 °. By deriving (2) with respect to Θ we deduce that the angular velocity of Ri is (3) from which we have the velocity of the mass mcd of the circuit expressed by, where rb is the barycentric radius of the section of the circuit. In the hypothesis we have from (4) the angular acceleration which results in the inertia force applied to the mass

Da (4) e (6) si deduce la potenza sviluppata dalla f, e dalla vcin ogni circuito Ci espressa da , il cui segno è uguale al segno del prodotto cosφsen φ. From (4) and (6) we deduce the power developed by f, and from vcin each circuit Ci expressed by, whose sign is equal to the sign of the product cosφsen φ.

Si osserva: a) un dispositivo meccanico (vedi sotto) impone in Δθ=90° l'apertura contemporanea delle due valvole disposte ai due estremi di ogni circuito attivo; con ciò è stabilito l'intervallo di circolazione della massa in esso contenuta; b) nel funzionamento della macchina come sopra indicato agiscono contemporaneamente due circuiti, di cui uno fissato a Ri e l’altro a R2con verso di orientamento opposto; ciò implica il raddoppio della potenza e la completa equilibratura della macchina; c) la lunghezza Ι0=π rbdi ogni circuito può essere aumentata con l'aggiunta di N0circonferenze in modo che la massa contenuta in ogni C, diventa It is observed: a) a mechanical device (see below) forces in Δθ = 90 ° the simultaneous opening of the two valves arranged at the two ends of each active circuit; with this the circulation interval of the mass contained therein is established; b) in the operation of the machine as indicated above, two circuits act simultaneously, one of which is fixed to Ri and the other to R2 with the opposite direction; this implies the doubling of the power and the complete balancing of the machine; c) the length Ι0 = π rb of each circuit can be increased by adding N0 circles so that the mass contained in each C becomes

La Fig. 2/5 rappresenta l’albero delle manovelle ama, il quale trasmette ai circuiti Ci energia meccanica da un motore esterno per il funzionamento della macchina come pompa; oppure trasmette all'utilizzatore l’energia ricavata dalla macchina nel funzionamento come turbina. Fig. 2/5 represents the shaft of the Ama cranks, which transmits mechanical energy to the Ci circuits from an external motor for the operation of the machine as a pump; or it transmits to the user the energy obtained by the machine in operation as a turbine.

In ambedue i casi l’energia è trasmessa utilizzando la serie dei seguenti componenti: l'albero delle manovelle ama, collegato alle due manovelle ma1e ma2collegate alle bielle b1e b2e queste collegate ai rotori R1e R2ciascuno collegato ai rispettivi circuiti attivi C1, C2, e C3, C4. In both cases the energy is transmitted using the series of the following components: the crankshaft ama, connected to the two cranks ma1e ma2 connected to the connecting rods b1e b2 and these connected to the rotors R1 and R2 each connected to the respective active circuits C1, C2, and C3 , C4.

Nella Fig. 3/5 sono rappresentati i seguenti componenti: 1) il rotore Ri che può oscillare nell'intervallo φ(φ0, -φ0) ; si ha φ=φ0sinΦ la quale esprime la relazione tra I angolo Θ dell’albero ama delle manovelle ed il corrispondente angolo φ di rotazione del rotore, 2) i due circuiti tubolari C1e C2rispettivamente fissati al rotore R1nell'intervallo essi sono sottoposti al moto oscillatorio In Fig. 3/5 the following components are represented: 1) the rotor Ri which can oscillate in the interval φ (φ0, -φ0); we have φ = φ0sinΦ which expresses the relationship between the angle Θ of the shaft ama of the cranks and the corresponding angle φ of rotation of the rotor, 2) the two tubular circuits C1 and C2 respectively fixed to the rotor R1 in the interval they are subjected to the oscillatory motion

3) le dentiere Dei,r e De2,2· fissate al telaio di sostegno, che, con la 3) the dentures Dei, r and De2,2 · fixed to the support frame, which, with the

rotazione di Ri, si possono accoppiare agli alberi a-, delle valvole ( , allo scopo di permettere la rotazione del liquido solo negli intervalli di ampiezza rotation of Ri, valves (a-, can be coupled to the shafts, in order to allow the rotation of the liquid only in the amplitude intervals

nei quali soltanto la potenza sviluppata ha segno costante; 4) le valvole (ΝΛ, Vr) disposte agli estremi di Ci e (V2, V2) disposte agli estremi di C2, in modo da creare l’indipendenza dei vari circuiti; 5) i componenti di ciascuna valvola sono: - il disco Dei dì apertura e chiusura della valvola; - l'albero avi ruotante su due cuscinetti Cui fissati al rotore; - la dentatura fissata su la quale, al variare dell’angolo di rotazione di R, si accoppia con la dentiera Deifissata al telaio di sostegno, determinando, con la rotazione di R^ la prevista apertura e la chiusura della valvola; 6) il moto oscillatorio in φ(φ0, -Φο) è esteso a tutta la massa mc= π rBScp contenuta in un Ci; perciò essa sviluppa nel corrispondente intervallo di ampiezza Δφ=90° la forza d'inerzia relativa alla massa contenuta nell'intervallo Δφ=180°; 7) le due dentiere Deie Der sono accoppiate per cp=0° con gli alberi aVie aVr per l'apertura delle valvole^, Vr); e per φ= φ0ιper la chiusura delle stesse; mentre le dentiere De2sono D^· sono accoppiate con gli alberi aV2e aV2· per l'apertura delle valvole per la chiusura delle stesse. in which only the developed power has a constant sign; 4) the valves (ΝΛ, Vr) arranged at the ends of Ci and (V2, V2) arranged at the ends of C2, so as to create the independence of the various circuits; 5) the components of each valve are: - the valve opening and closing disk Dei; - the avi shaft rotating on two Cui bearings fixed to the rotor; - the fixed toothing on which, upon varying the rotation angle of R, it is coupled with the denture De-fixed to the support frame, determining, with the rotation of R ^ la, the expected opening and closing of the valve; 6) the oscillatory motion in φ (φ0, -Φο) is extended to the whole mass mc = π rBScp contained in a Ci; therefore it develops in the corresponding amplitude interval Δφ = 90 ° the inertia force relative to the mass contained in the interval Δφ = 180 °; 7) the two dentures Deie Der are coupled for cp = 0 ° with the shafts aVie aVr for the opening of the valves ^, Vr); and for φ = φ0ι for closing them; while the ratchets De2 are D ^ · are coupled with the shafts aV2 and aV2 · for opening the valves for closing them.

La Fig. 4/5 rappresenta una valvola con comando meccanico per l’apertura e la chiusura, che dipende dal moto alternato dei rotori Ri e R2. La suddetta operazione comprende i seguenti componenti: a) un disco simmetricamente fissato ad un albero 2) il cui asse appartiene ad un diametro del disco; b) due cuscinetti 3) fissati al tubo 4) , intorno al quale può ruotare l'albero; c) una dentiera fissata all’albero 2), la quale, al variare dell'angolo di rotazione del rotore Ri, si accoppia con una dentiera fissata al telaio di sostegno causando una rotazione di 90°, la quale provoca l’apertura o la chiusura della valvola. Fig. 4/5 represents a valve with mechanical control for opening and closing, which depends on the reciprocating motion of the rotors Ri and R2. The above operation comprises the following components: a) a disk symmetrically fixed to a shaft 2) whose axis belongs to a diameter of the disk; b) two bearings 3) fixed to the tube 4), around which the shaft can rotate; c) a ratchet fixed to the shaft 2), which, when the rotation angle of the rotor Ri varies, is coupled with a ratchet fixed to the support frame causing a rotation of 90 °, which causes the opening or closing the valve.

La valvola descritta ha il vantaggio che in essa è sempre nullo il momento applicato all'asse 2) e generato da una risultante di forze parallele aitasse del tubo. The described valve has the advantage that in it the moment applied to the axis 2) and generated by a resultant of forces parallel to the axis of the tube is always zero.

Nella Fig. 5/5 vi è rappresentata una valvola costituita da: a) un tubo il cui interno ha la forma di un parallelepipedo Pn con sezione rettangolare aoX b0ed altezza h0; per il tubo può scorrere il liquido secondo il verso indicato; b) una chiusura ed una apertura effettuata da un parallelepipedo ΡΛavente sezione rettangolare a0x b0ed altezza h0; è possibile la rotazione di ΡΛall'interno di Pr1intorno al suo lato b0parallelo a b|poiché bo = brE, ove ε è la tolleranza necessaria e sufficiente affinché di P^ possa ruotare all’interno di Pr1; c) un albero di rotazione arfissato a PMcon asse g-g' parallelo al lato b0; è inoltre fissato sul piano opposto di PMin modo che: 1) P3⁄4possa ruotare all’interno di Pr1con una rotazione massima di ove a è l’angolo di chiusura della valvola; 2) per a =0 ΡΛsia completamente contenuto all'interno di Pr1; perciò per a =0 la sezione del tubo aix b|è costante, al variare di b|, e la valvola non ha perdite idrauliche dovute ai suoi organi di apertura e chiusura. In Fig. 5/5 there is represented a valve consisting of: a) a tube whose interior has the shape of a parallelepiped Pn with a rectangular section aoX b0 and height h0; for the tube the liquid can flow according to the indicated direction; b) a closure and an opening made by a parallelepiped ΡΛ having a rectangular section a0x b0 and height h0; it is possible to rotate ΡΛ within Pr1 around its side b0 parallel to b | since bo = brE, where ε is the necessary and sufficient tolerance for P ^ to rotate within Pr1; c) a rotation shaft fixed to PM with axis g-g 'parallel to side b0; it is also fixed on the opposite plane of PM so that: 1) P3⁄4 can rotate inside Pr1 with a maximum rotation of where a is the closing angle of the valve; 2) for a = 0 ΡΛ is completely contained within Pr1; therefore for a = 0 the section of the pipe aix b | is constant, as b | varies, and the valve has no hydraulic losses due to its opening and closing members.

B) RIASSUNTO DEL FUNZIONAMENTO DELLA MACCHINA B) SUMMARY OF MACHINE OPERATION

Da quanto sopra risultano le seguenti grandezze in funzione dell’angolo Θ di rotazione dell’albero delle manovelle: From the above, the following quantities result as a function of the rotation angle Θ of the crankshaft:

1 φ che esprime l’angolo di oscillazione del rotore; 1 φ which expresses the angle of oscillation of the rotor;

2) che esprìme la velocità della massa contenuta nel circuito attivo; 2) which expresses the speed of the mass contained in the active circuit;

3) sen0 che esprime la forza d’inerzia applicata alla massa contenuta in Q. 3) sin0 which expresses the inertia force applied to the mass contained in Q.

Dalla 2) e dalla 3) si deduce il valore della potenza istantanea sviluppata dal circuito attivo:: From 2) and 3) the value of the instantaneous power developed by the active circuit is deduced:

4) 4)

Il valore di Pcè positivo per sen0 coscp >0 ossia per 0 compreso negli intervalli 0 (0°, 90°) e 0 (180°, 270°), nei quali la macchina funziona come pompa; mentre la macchina funziona come turbina negli intervalli 0 (90°, 180°) e 0 (270°, 360°) nei quali è sen0cos0<O. The value of Pc is positive for sen0 coscp> 0 that is for 0 included in the intervals 0 (0 °, 90 °) and 0 (180 °, 270 °), in which the machine works as a pump; while the machine works as a turbine in the intervals 0 (90 °, 180 °) and 0 (270 °, 360 °) in which it is sin0cos0 <O.

Si deducono i valori 0° di apertura e di chiusura, indicati con 0°Ae con 0°c, degli intervalli sopra indicati, a cui soddisfano i quattro circuiti attivi nel funzionamento come pompa e come turbina . The 0 ° opening and closing values are deducted, indicated with 0 ° A and 0 ° c, of the ranges indicated above, which satisfy the four active circuits in operation as a pump and as a turbine.

Essi sono riportati nella seguente tabella. They are shown in the following table.

Integrando la 4) in 0 (0°, 90°) si deduce la potenza sviluppata da C·, in 0 (0°, 90°) By integrating the 4) in 0 (0 °, 90 °) we deduce the power developed by C ·, in 0 (0 °, 90 °)

La macchina è costituita da quattro circuiti identici, di cui solo due funzionanti nello stesso intervallo. Perciò si deduce che la potenza sviluppata dalla macchina è: The machine consists of four identical circuits, of which only two operating in the same range. Therefore it can be deduced that the power developed by the machine is:

Il valore della potenza sviluppata dalla macchina nel funzionamento come pompa e come turbina è di eguale valore assoluto e di segno contrario. The value of the power developed by the machine in operation as a pump and as a turbine is of equal absolute value and of opposite sign.

Si osserva inoltre che la macchina può lavorare con sostanze liquide, pastose e solide di tipo granulare. It is also noted that the machine can work with liquid, pasty and solid substances of the granular type.

C) VANTAGGI DELLA MACCHINA C) ADVANTAGES OF THE MACHINE

La macchina presenta i sottoelencati vantaggi: The machine has the following advantages:

1) Elevato rendimento dovuto all’assenza di componenti dissipativi come pale direzionali, giranti palettate e stantuffi. Le otto valvole in essa impiegate hanno perdite trascurabili, poiché esse sono manovrate in assenza di conduzione del liquido e perché la loro sezione dopo l'apertura è praticamente identica a quella del tubo conduttore e perché ciascuna funziona solo per un quarto di circonferenza. 1) High efficiency due to the absence of dissipative components such as directional blades, bladed impellers and pistons. The eight valves used in it have negligible losses, since they are operated in the absence of liquid conduction and because their section after opening is practically identical to that of the conducting tube and because each works only for a quarter of a circumference.

2) Cambiamento del funzionamento della macchina da pompa a turbina solo variando gli intervalli di apertura dei quattro circuiti, quindi senza alcuna modifica dei componenti interni. 2) Changing the operation of the machine from pump to turbine only by varying the opening intervals of the four circuits, therefore without any modification of the internal components.

3) Identico funzionamento della macchina al variare del verso di rotazione dell'albero delle manovelle. 3) Identical operation of the machine when the direction of rotation of the crankshaft varies.

4) Isolamento del liquido pompato dall'ambiente esterno particolarmente utile nel caso di pompaggio di liquidi velenosi o di liquidi surriscaldati. 4) Isolation of the pumped liquid from the external environment particularly useful in the case of pumping poisonous liquids or overheated liquids.

5) Possibilità, al variare della velocità di rotazione dell'albero delle manovelle, di ottenere pressioni, velocità e potenze da minime ad elevate. 5) Possibility, by varying the rotation speed of the crankshaft, to obtain pressures, speeds and powers from minimum to high.

6) Limitate spese di manutenzione per la semplicità dei suoi componenti. 7) La macchina, con le sue particolari caratteristiche, è adatta a risolvere difficili problemi riguardanti la trasmissione e l’utilizzazione di potenza meccanica. 6) Limited maintenance costs due to the simplicity of its components. 7) The machine, with its particular characteristics, is suitable for solving difficult problems concerning the transmission and use of mechanical power.

Claims

D) CLAIMS In relation to the patent application concerning what is illustrated in the above description, to which reference is made for the interpretation of what is reported below, the undersigned presents the following claims. 1) The mechanical opening of the valves (V-i, V'i) and (V3, V3) in 0 (0 °, 90 °) and of the valves (V2, V2) and (V4, V4) in 0 (180 °, 270 °) when operating as a pump; the opening of (V, .V'O and (V3, V3) in 0 (90 °, 180 °) and of (V2, V2) and (V4y4) in 0 (270 °, 360 °) in turbine operation .

2) The connection of the active circuits from the inlet to the outlet of the machine in operation as a pump so that the speed of the mass contained in Ci, C4 has to the left and to the right the mass contained in C2, C3; and in the operation of the machine as a turbine, the speed of the aforesaid masses is in the opposite direction.

3) The length of each active circuit equal to half of a circumference, at each end of which there is a valve; however, the two valves have simultaneous opening and closing at the fourth part of said circumference.

4) The elongation of the circuit referred to in Riv. 3) with the addition of a section of pipe with a length equal to an integer number N0 of circumferences, in order to increase the power of the machine in proportion to the length of the circuit.

5) The disc valve rotating around a shaft whose axis coincides with a disc diameter with the advantage of simplicity and safety of operation, reduced losses and zero moment of inertia forces applied to the disc.

6) The valve with opening and closing obtained by rotating a parallelepiped, contained in another, with the advantage of a reduced angle of rotation for its implementation and the absence of mechanical parts in the conduction pipe.

7) The 180 ° phase shift of the oscillatory motion of the two identical rotors with the double advantage of balancing the support frame and doubling the power developed by the machine.

8) The operation of the machine with the simultaneous use of a right-hand circuit and a left-hand circuit arranged on a different rotor; with the advantage of a complete balancing of the machine.

9) The variation of the operation of the machine as a pump or as a turbine obtained by adding the angle Δθ = ± 90 ° to the opening and closing angle of the valves of the active circuits.

10) The use of the machine for the transport of substances as well as liquids, also pasty and solid, of the chopped type.