ITCO20120023A1 - Regolazione dei tempi di apertura di una valvola azionata da camma, compressore alternativo e metodo - Google Patents

Description

TITLE / TITOLO

ADJUSTING OPENING TIMES OF A CAM ACTUATED VALVE, RECIPROCATING COMPRESSOR AND METHOD / REGOLAZIONE DEI TEMPI DI APERTURA DI UNA VALVOLA AZIONATA DA CAMMA, COMPRESSORE ALTERNATIVO E METODO

ARTE NOTA CAMPO TECNICO

Le realizzazioni dell'oggetto divulgato dal presente documento si riferiscono in generale alle valvole azionate da camma utilizzate nei compressori alternativi e, più nello specifico, ai meccanismi che servono per cambiare, entro l'intervallo di tempo di un ciclo di compressione, l'istante di apertura della valvola azionata da camma e/o per cambiare l'intervallo di tempo durante il quale è aperta la stessa valvola.

TRATTAZIONE DELL'ARTE NOTA

I compressori sono utilizzati in motori, turbine, generazione di energia, applicazioni criogeniche, lavorazione di gas e petrolio e così via., allo scopo di aumentare la pressione di un fluido. Una particolarità che occorre tenere presente in relazione ai compressori utilizzati nel settore petrolifero e del gas è il fatto che spesso il fluido compresso è corrosivo e infiammabile. L'American Petroleum Institute (API), l'organizzazione che stabilisce gli standard settoriali riconosciuti per le apparecchiature utilizzate nel settore del petrolio e del gas, ha emesso il documento API618 (di cui si allega come riferimento la versione disponibile a giugno 2011), in cui viene riportato l'insieme completo dei requisiti minimi per i compressori alternativi. Le valvole e i compressori che saranno trattati nel presente documento sono pertanto considerati conformi ai suddetti requisiti. In altre parole, si pensa che gli esperti in materia non considerino le valvole e i compressori utilizzati in settori diversi, ad esempio quello automobilistico, come elementi simili alle valvole e ai compressori utilizzati nell'industria petrolifera e del gas.

Di norma, le valvole utilizzate nei compressori alternativi sono di tipo automatico e passano da uno stato di chiusura (cioè impediscono al fluido di passare) a uno di apertura (cioè consentono al fluido di passare) e viceversa in base alla pressione differenziale presente nella valvola automatica. L’uso di valvole attuate al posto di valvole automatiche ha il vantaggio che lo spazio nocivo (ovvero una parte del volume della camera di compressione dalla quale il fluido compresso non può essere scaricato) occupato dalle valvole si riduce rispetto alle valvole automatiche. Tuttavia, in questi compressori l'azionamento richiede grandi forze, lunghi spostamenti e brevi tempi di risposta, per quanto concerne le gamme di parametri che caratterizzano gli attuatori disponibili al momento.

Il meccanismo che potrebbe essere utilizzato per fornire le grandi forze richieste e i brevi tempi di attuazione impiega delle camme che ruotano in maniera continua. Un problema legato a questo meccanismo convenzionale è che l'istante in cui la valvola si apre durante il ciclo di compressione e l'intervallo di tempo durante il quale la valvola rimane aperta vengono stabiliti in maniera fissa in base alla posizione angolare e alla copertura angolare della parte oblunga della camma che ruota per generare lo spostamento che azionerà la valvola.

Sarebbe consigliabile fornire dei metodi e dei gruppi valvola per le valvole azionate da camma nei compressori alternativi per consentire la regolazione dell'istante di apertura della valvola azionata da camma durante il ciclo di compressione e/o l'intervallo di tempo durante il quale la valvola rimane aperta.

RIEPILOGO

Alcune realizzazioni prevedono dei meccanismi di azionamento valvole, tra cui le camme e i relativi metodi che consentono di regolare la messa in fase (cioè l'istante in cui la valvola si apre durante il ciclo di compressione e/o l'intervallo di tempo durante il quale la valvola rimane aperta) delle valvole azionate da camma. Essere in grado di regolare la messa in fase delle valvole ha il vantaggio della flessibilità, perciò consente di ottimizzare il ciclo di compressione di diversi fluidi di lavoro e/o le condizioni di compressione.

Secondo una realizzazione esemplificativa, è presente un compressore alternativo configurato per eseguire dei cicli di compressione allo scopo di comprimere un fluido. Il compressore alternativo comprende (A) un corpo che contiene una camera di compressione all'interno della quale viene compresso il fluido; (B) una camma con una parte oblunga, la camma è posizionata all'interno del corpo ed è configurata per ruotare attorno a uno specifico asse allo scopo di eseguire una rotazione durante ciascun ciclo di compressione; (C) un elemento di azionamento installato all'interno del corpo e configurato per ricevere uno spostamento lineare o angolare generato dalla parte oblunga della camma; e (D) una valvola installata sul percorso del flusso del fluido verso o proveniente dalla camera di compressione e configurata per passare allo stato aperto grazie all'elemento di azionamento. Il compressore alternativo comprende anche un sistema di controllo configurato per regolare l'istante di apertura della valvola durante il ciclo di compressione.

Secondo un'altra realizzazione esemplificativa, è presente un compressore alternativo configurato per eseguire dei cicli di compressione. Il compressore alternativo comprende (A) un corpo che contiene una camera di compressione all'interno della quale viene compresso il fluido; (B) una camma con una parte oblunga che è posizionata all'interno del corpo ed è configurata per ruotare attorno a uno specifico asse allo scopo di eseguire una rotazione durante ciascun ciclo di compressione; (C) uno stelo installato all'interno del corpo e configurato per essere mantenuto a contatto con la camma in modo da eseguire un movimento lineare rispetto all'asse di rotazione; e (D) una valvola configurata per passare dallo stato aperto a quello chiuso e viceversa grazie al movimento lineare dello stelo. Il compressore alternativo comprende inoltre un sistema di controllo configurato per regolare, entro il periodo del ciclo di compressione, un intervallo di tempo durante il quale la valvola rimane aperta.

In un'altra realizzazione esemplificativa, viene proposto un metodo per regolare la messa in fase della valvola del compressore alternativo. Il metodo prevede una camma con un profilo configurato in maniera tale che almeno (1 ) la posizione angolare della parte oblunga e (2) l'angolo coperto dalla parte oblunga presentino una variazione uniforme lungo l'asse di rotazione della camma. Il metodo comprende inoltre la modifica della posizione lungo la camma, l'asse di rotazione in cui l'albero è mantenuto a contatto con la camma stessa per ottenere, dopo la modifica, almeno (1) la parte oblunga della camma in una posizione angolare finale diversa da quella iniziale e (2) un angolo finale coperto dalla parte oblunga diverso da quello iniziale. Secondo un'altra realizzazione esemplificativa, è presente un meccanismo a camma che può essere utilizzato per azionare la valvola posizionata nel percorso di flusso del fluido verso o proveniente dalla camera di compressione di un compressore alternativo. Il meccanismo a camma comprende una camma configurata per ruotare attorno all'asse specifico allo scopo di eseguire una rotazione durante ciascun ciclo di compressione; inoltre, il profilo della camma prevede che le relative pareti esterne non siano parallele all'asse di rotazione. Il meccanismo a camma comprende inoltre un elemento di azionamento configurato per ricevere uno spostamento lineare o angolare generato dalla parte oblunga della camma, per far aprire la valvola. Il meccanismo a camma comprende infine un sistema di controllo configurato per regolare l'istante di apertura della valvola durante ciascun ciclo di compressione. BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

I disegni tecnici allegati alla descrizione dettagliata, e di cui costituiscono parte integrante, rappresentano una o più forme di realizzazione e, unitamente alla descrizione, spiegano tali forme di realizzazione. Nei disegni:

la Figura 1 rappresenta un diagramma schematico di un gruppo di azionamento secondo una realizzazione esemplificativa;

la Figura 2 rappresenta un meccanismo a camma secondo una realizzazione esemplificativa;

la Figura 3 è un diagramma schematico di un meccanismo a camma secondo una realizzazione esemplificativa;

la Figura 4 mostra un profilo camma tridimensionale non convenzionale secondo una realizzazione esemplificativa;

la Figura 5 è un grafico che illustra l'effetto della modifica dell'istante di apertura della valvola secondo una realizzazione esemplificativa;

le Figure 6A e 6B mostrano le sezioni trasversali di una camma con un profilo tridimensionale non convenzionale secondo un'altra realizzazione esemplificativa; la Figura 7 è un grafico che illustra l'effetto della modifica dell'intervallo di tempo durante il quale la valvola rimane aperta secondo una realizzazione esemplificativa; le Figure 8A e 8B sono diagrammi schematici di un meccanismo a camma secondo un'altra realizzazione esemplificativa;

la Figura 9 rappresenta un diagramma schematico di un compressore alternativo secondo un'altra realizzazione esemplificativa; e

la Figura 10 è un diagramma di flusso che illustra un metodo per la regolazione delle caratteristiche di messa in fase per l'apertura della valvola di un compressore alternativo secondo una realizzazione esemplificativa.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

La seguente descrizione delle realizzazioni esemplificative fa riferimento ai disegni tecnici allegati. Numeri di riferimento uguali, ricorrenti in disegni diversi, rappresentano elementi simili o identici. La seguente descrizione dettagliata non limita l'invenzione. Al contrario, il campo di applicazione dell'invenzione è definito dalle rivendicazioni incluse. Le seguenti realizzazioni sono esaminate, per ragioni di semplicità, in relazione alla terminologia e alla struttura di valvole azionate da camma per compressori alternativi utilizzati nel settore petrolifero e del gas. Tuttavia, le realizzazioni che saranno successivamente discusse non si limitano a questi compressori, ma si possono applicare ad altri compressori.

In tutta la descrizione dettagliata, il riferimento a "una realizzazione" indica che una particolare caratteristica, struttura o proprietà descritta in relazione a una realizzazione è inclusa in almeno una realizzazione dell'oggetto divulgato. Pertanto, l'utilizzo dell'espressione "in una realizzazione" in vari punti della descrizione dettagliata non farà necessariamente riferimento alla medesima realizzazione. Inoltre, le particolari funzioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo adatto in una o più realizzazioni.

Uno degli obiettivi delle realizzazioni descritte di seguito è far sì che le valvole azionate da camma per i compressori alternativi siano dotate di messa in fase regolabile e dei rispettivi metodi. Nell'industria petrolifera e del gas, l'attuatore 110, che spesso è un motore elettrico, viene posizionato preferibilmente fuori dal corpo del compressore 130 per far sì che non sia a contatto col fluido di lavoro (che può essere infiammabile), come illustrato nella Figura 1. Un albero 120 (che può essere ruotato o spostato linearmente) penetra nel corpo del compressore 130 per trasmettere il movimento di azionamento generato dall'attuatore 110.

La Figura 2 illustra un meccanismo a camma 200 comprendente una camma 210 che può ruotare in continuo attorno a uno specifico asse 220, ad esempio, eseguendo una rotazione completa durante ciascun ciclo di compressione del compressore alternativo. La camma 210 è dotata di una parte oblunga 215 che si estende oltre l'asse di rotazione 220 (cioè tutte le distanze tra qualsiasi punto della parte oblunga 215 e l'asse di rotazione 220 sono maggiori rispetto al raggio R della parte restante della camma 210). Uno stelo 230 viene mantenuto a contatto con la circonferenza della camma mentre rimane orientato lungo l'asse 235. Lo stelo 230 può essere spinto verso la camma 210 da uno sforzo di contropressione causato da una differenza di pressione nelle estremità opposte dello stelo 230 o da parte di un altro meccanismo di contropressione che potrebbe essere anche semplicemente una molla (ma potrebbe avere anche varie altre realizzazioni). Mentre la camma 210 ruota, lo stelo 230 esegue un movimento lineare durante il quale si allontana dall'asse di rotazione 220, per poi scivolare nuovamente all'indietro sempre verso lo stesso asse di rotazione 220. Questo movimento lineare può essere utilizzato per azionare una valvola lineare o può essere convertito in uno spostamento angolare per azionare una valvola rotativa.

La Figura 3 è il diagramma schematico di un meccanismo 300 che può essere utilizzato per azionare la valvola lineare di un compressore alternativo. Gli attuatori 320 e 330 (ad esempio motori elettrici) configurati per fornire rispettivamente un movimento rotatorio e uno spostamento angolare, si trovano all'esterno del corpo del compressore 310.

L'attuatore a camma 320 garantisce un movimento rotatorio caratterizzato da una velocità angolare ω attorno a uno specifico asse 325. Tale movimento rotatorio viene trasmesso alla camma 340 attraverso un albero a camme 350 che penetra nel corpo del compressore 310. Una tenuta 345 evita che il fluido di lavoro all'interno del compressore alternativo 310 fuoriesca nella posizione in cui l'albero a camme 350 penetra nel corpo del compressore 310. La camma 340 esegue una rotazione durante ciascun ciclo di compressione.

Lo stelo della valvola 365 viene mantenuto a contatto con la circonferenza della camma 340. Mentre la camma 340 ruota, lo stelo della valvola 365 si sposta linearmente (come indicato dalla freccia su e giù nello stelo stesso 365) rispetto all'asse di rotazione 325. Ciò significa che quando la parte oblunga della camma 340 è orientata verso lo stelo della valvola 365 al di sotto dell'asse 325, come mostrato mediante la linea continua, lo stelo della valvola 365 si allontana ulteriormente dall'asse 325. Quando la parte oblunga è orientata nella direzione contraria, lontano dallo stelo della valvola 365, sopra l'asse 325, come mostrato con la linea tratteggiata, lo stelo della valvola sarà più vicino all'asse 325.

Mentre il compressore alternativo esegue i cicli di compressione, la camma 340 che è montata su un portacamma 355 si trova in posizioni fisse longitudinali e assiali rispetto all'albero a camme 350. Tuttavia, mentre il compressore alternativo non esegue i cicli di compressione, la camma 340 e il portacamma 355 possono essere spostati rispetto all'albero a camme 350.

In una realizzazione, viene consentito lo spostamento longitudinale mediante la presenza di scanalature assiali intrecciate 360 sulla superficie interna del portacamma 355 e sulla superficie esterna dell'albero a camme 350. Come conseguenza della modifica della posizione longitudinale della camma 340 rispetto all'albero a camme 350, il punto di contatto 366 tra lo stelo della valvola 365 e la camma 340 si sposterà lungo la camma 340, in un punto compreso tra le posizioni A e B.

Il portacamma 355 si sposta in direzione longitudinale (cioè parallelamente all'asse 325) quando anche il cursore portacamma 370 si sposta in direzione longitudinale a causa di uno spostamento angolare generato dall'attuatore di posizione camma 330. L'attuatore di posizione camma 330 comprende (oppure è comandato da) un sistema di controllo 331 configurato per iniziare lo spostamento angolare di azionamento che provoca a sua volta lo spostamento lineare del cursore portacamma 370. L'attuatore di posizione camma 330 ruota l'albero di azionamento posizione camma 335 che penetra nel corpo del compressore 310. Una tenuta 375 evita che il fluido all'interno del compressore alternativo possa fuoriuscire nel punto in cui l'albero di posizione camma 335 penetra nel corpo 310. La rotazione dell'albero di azionamento posizione camma 335 viene convertita in uno spostamento longitudinale del cursore portacamma 370 (come indicato dalla freccia destra e sinistra) per la presenza di un accoppiamento 380 (ad esempio una filettatura esterna sull'albero 335 e una interna sul cursore portacamma 370) tra l'albero di azionamento posizione camma 335 e il cursore portacamma 370. Un elemento di guida 385 si interfaccia con il cursore portacamma 370 e con la parete interna del corpo compressore 310. Si può considerare che l'attuatore 330, l'albero di azionamento posizione camma 335, il cursore portacamma 370, l'elemento di guida 385 e il portacamma 355 siano tutti componenti del sistema di controllo configurato per regolare l'istante di apertura della valvola.

In questa realizzazione, la camma 340 ha un profilo tridimensionale non convenzionale, come mostrato nella Figura 4, pertanto, in alcune sezioni trasversali della camma 440, compreso l'asse di rotazione 425, le pareti esterne della camma non sono parallele al relativo asse di rotazione. Normalmente, una camma è dotata di pareti esterne effettivamente parallele al relativo asse di rotazione in tutte le sezioni trasversali, compreso l'asse di rotazione.

Nella sezione trasversale della camma 440 perpendicolare all'asse di rotazione 425, considerare una linea che collega il punto in cui l'asse di rotazione 425 interseca la sezione trasversale e il punto, lungo la circonferenza della camma, più lontano dall'asse di rotazione 425. La posizione angolare della parte oblunga 441 in tale sezione trasversale è rappresentata dall'angolo tra questa linea e la direzione di riferimento (la direzione di riferimento è indipendente dalla sezione trasversale).

La posizione angolare della parte oblunga 441 della camma 440 nella Figura 4 varia per sezioni trasversali diverse lungo l'asse di rotazione 425. Ad esempio, nella sezione trasversale perpendicolare all'asse di rotazione 425 sulla destra del profilo camma, la linea 442 collega il punto O (dove l'asse di rotazione 425 interseca questa sezione trasversale) e il punto 443 che si trova lungo la circonferenza della camma ed è il più lontano dal punto O. Se la direzione di riferimento è la linea 444, che è parallela alla linea 442, la posizione angolare della parte oblunga 441 nella sezione trasversale sulla destra della camma 440 sarà 0. Se la linea 446 è parallela al punto di collegamento O’ della linea 442’ in cui l'asse di rotazione 425 interseca la sezione trasversale sulla sinistra della camma 440 e il punto 443’ lungo la circonferenza della camma che è il più lontano dall'asse di rotazione 425 in questa sezione trasversale di sinistra; la posizione angolare della parte oblunga 441 nella sezione trasversale di sinistra è Φ. La posizione angolare della parte oblunga 441 varia leggermente per le diverse sezioni trasversali per tutta la lunghezza della camma, tra 0 e Φ. La parte oblunga ha la stessa posizione angolare per tutte le sezioni trasversali per tutta la lunghezza di una camma convenzionale.

A causa di questo profilo tridimensionale non convenzionale, quando la camma 340 si sposta lungo il relativo asse di rotazione, nella sezione trasversale della camma perpendicolare all'asse di rotazione, nel punto di contatto con lo stelo della valvola 365, la posizione angolare finale della parte oblunga dopo che la camma si è spostata è diversa dalla relativa posizione angolare iniziale (prima di spostare la camma).

La Figure 5 mostra graficamente l'effetto della diversa posizione angolare della parte oblunga sull'istante di apertura della valvola. L'asse x indicato nel grafico rappresenta i valori angolari dell'angolo di manovella che corrisponde a un tempo durante il ciclo di compressione (un albero a gomiti che esegue una rotazione completa di 0-360 durante ogni ciclo del compressore). L'asse y nel grafico mostra lo stato della valvola. Prima di regolare la posizione della camma lungo il relativo asse, la valvola rimane aperta per un periodo prestabilito, come mostrato dalla linea continua 510. Quando la posizione della camma si sposta lungo l'asse di rotazione portando a una diversa posizione angolare della parte oblunga, la valvola rimane aperta per lo stesso periodo di tempo, ma si apre in un istante del processo diverso da quello in cui si apriva prima dello spostamento della camma, come mostrato dalla linea tratteggiata 520. Quindi, l'istante di apertura della valvola viene regolato mediante la messa a punto della posizione angolare della parte oblunga.

In un'altra realizzazione, la camma 340 è dotata di un profilo convenzionale, ma che può essere ruotato rispetto all'albero a camme 350 mediante ingranaggi elicoidali 360 che sostituiscono le scanalature assiali presenti nella realizzazione precedente. Gli ingranaggi elicoidali 360 si trovano tra l'albero a camme 350 e il portacamma 355 e convertono la traslazione del portacamma 355 (ad esempio con la spinta del cursore portacamma 370) in una rotazione rispetto all'albero a camme 350. In questo caso, le bussole (non mostrate) possono essere posizionate tra il portacamma 355 e il relativo cursore 370 per trasportare il tiro assiale degli ingranaggi elicoidali 360 durante il funzionamento regolare ed evitare di trasmettere una forza tangenziale al cursore portacamma 370.

Pertanto, l'istante di apertura della valvola durante il ciclo di compressione può essere regolato (1) spostando il punto di contatto tra lo stelo della valvola e la camma lungo la relativa lunghezza nel caso in cui la camma sia dotata di un profilo non convenzionale con la posizione angolare della parte oblunga che varia lungo la lunghezza della camma, oppure (2) cambiando la posizione angolare della parte oblunga della camma normale, quando gli ingranaggi elicoidali consentono alla camma di avere uno spostamento angolare rispetto all'albero a camme.

Secondo un'altra realizzazione, una camma 640 può avere un diverso tipo di profilo non convenzionale anche con le pareti esterne non parallele all'asse di rotazione. Per la camma 640, l'angolo coperto dalla parte oblunga della camma varia lungo la lunghezza della camma stessa. L'angolo coperto dalla parte oblunga viene definito dalle linee che collegano i punti sulla circonferenza della camma che separano la parte oblunga (quando la distanza tra un punto sulla circonferenza e il centro di rotazione O aumenta rispetto al raggio della camma) dal resto della camma. La Figura 6A mostra la sezione trasversale della camma 640 perpendicolare al relativo asse di rotazione in cui la parte oblunga copre il primo angolo α-ι, mentre la Figura 6B mostra un'altra sezione trasversale della camma in cui la parte oblunga copre un secondo angolo <3⁄4 che è maggiore rispetto a ai (αι<α2). L'angolo coperto dalla parte oblunga varia leggermente (cioè non in modo scalare) per tutta la lunghezza della camma 640. Al contrario, una camma convenzionale è dotata di un profilo con pareti esterne parallele all'asse di rotazione e l'angolo coperto dalla parte oblunga sarà costante per tutta la relativa lunghezza.

Se la camma ruota con una velocità angolare costante, la differenza dell'angolo coperto dalle parti oblunghe porterà a una differenza nell'intervallo di tempo durante il quale la valvola rimane aperta, come mostrato graficamente nella Figura 7. Gli assi nel grafico della Figura 7 hanno lo stesso significato di quelli della Figura 5. La linea continua 710 corrisponde all'intervallo di tempo durante il quale la valvola rimane aperta se il punto di contatto tra lo stelo della valvola e la camma si trova in una zona in cui la parte oblunga copre il primo angolo α-ι. La linea tratteggiata 720 corrisponde all'intervallo di tempo durante il quale la valvola rimane aperta se il punto di contatto tra lo stelo della valvola e la camma si trova in una zona in cui la parte oblunga della camma copre il secondo angolo a2.

In una realizzazione, la parte oblunga ha la stessa posizione angolare per tutta la lunghezza della camma, mentre l'angolo coperto dalla posizione oblunga varia per tutta la lunghezza della camma. Tuttavia, in altre realizzazioni, il profilo non convenzionale può combinare (lungo la lunghezza della camma) la variazione della posizione angolare della parte oblunga e la variazione dell'angolo coperto dalla parte oblunga stessa.

L'intervallo di tempo durante il quale la valvola rimane aperta durante il ciclo di compressione può essere modificato anche variando la velocità angolare della camma normale, ad esempio ruotando la camma più lentamente o più velocemente rispetto alla velocità angolare media mentre lo stelo della valvola è a contatto con la relativa parte oblunga. Poiché la durata del ciclo di compressione non varia, la camma ruota rispettivamente in modo più rapido o più lento rispetto alla velocità angolare media mentre lo stelo della valvola non è a contatto con la relativa parte oblunga. Ciò significa che durante ciascun ciclo di compressione la velocità angolare del movimento rotatorio della camma attorno al relativo asse presenta almeno due valori diversi. In questo caso, il sistema di controllo comanda l'attuatore (ad esempio il motore elettrico) che fa ruotare la camma. Il sistema di controllo può trovarsi all'interno o essere collegato a questo attuatore. La variazione della velocità angolare della camma sembra ripresentare la sfida tecnica legata a brevi tempi di attuazione e grosse forze che è stata risolta mediante l'utilizzo di camme a rotazione costante. Tuttavia, le forze necessarie per variare la velocità angolare sono inferiori rispetto a quelle che servono per ottenere uno spostamento lineare o angolare da una situazione statica.

Secondo un'altra realizzazione esemplificativa mostrata nelle Figure 8A e 8B, il meccanismo di azionamento di una valvola rotativa 800 comprende gli attuatoli 820 e 830 (ad esempio motori elettrici) che si trovano fuori dal corpo del compressore 810. L'attuatore a camma 820 ruota l'albero a camme 850 che penetra nel coperchio 815 del corpo compressore 810. Una tenuta 845 evita che il fluido di lavoro fuoriesca dal corpo del compressore 810 nel punto in cui l'albero a camme 850 penetra nel coperchio 815. L'albero a camme 850 trasmette il movimento rotatorio attorno all'asse 825 alle camme 835 e 840, che eseguono una rotazione durante ciascun ciclo di compressione.

Mentre le camme 835 e 840 ruotano, le relative parti oblunghe spostano rispettivamente i bracci 865 e 869 come indicato nella Figura 8B. Le parti oblunghe delle camme 835 e 840 spostano i bracci 865 e 869 in instanti diversi durante il ciclo di compressione per ottenere l'apertura e la chiusura della valvola rotativa con l'albero 868 collegato al relativo rotore (non mostrato). La camma 840 e il braccio 865 sono anche conosciuti rispettivamente come camma e braccio di apertura. La camma 835 e il braccio 869 sono anche conosciuti rispettivamente come camma e braccio di chiusura.

Mentre il compressore alternativo esegue i cicli di compressione, la camma 840 che è montata su un portacamma 855 si trova in una posizione fissa lungo l'albero a camme 850. Tuttavia, mentre il compressore alternativo non esegue i cicli di compressione, la camma 840 e il portacamma 855 possono essere spostati rispetto all'albero a camme 850.

Allo stesso modo delle realizzazioni descritte relativamente alla Figura 3, se la camma 840 ha un profilo 3D non convenzionale come mostrato nella Figura 4, le scanalature assiali 860 sul portacamma 855 e l'albero a camme 850 consentono alla camma 840 e al portacamma 855 di essere spostati lungo l'asse di rotazione 825. In alternativa, se la camma 840 ha un profilo convenzionale, gli ingranaggi elicoidali 860 tra il portacamma 855 e l'albero a camme 850 consentono di ruotare la camma 840 e il portacamma 855 rispetto all'albero a camme 850. Il portacamma 855 non si muove mentre il compressore alternativo esegue i cicli di compressione, quindi vengono mantenute le posizioni della camma 840 rispetto all'albero a camme 850. Nelle varie realizzazioni alternative, la modifica della posizione (longitudinale o angolare) della camma 840 rispetto all'albero a camme porta al cambiamento dell'istante di apertura della valvola. Il portacamma 855 e la camma 840 si spostano rispetto all'albero a camme 850 quando il cursore portacamma 870 si sposta in direzione longitudinale per lo spostamento angolare generato dall'attuatore di posizione camma 830. L'attuatore di posizione camma 830 comprende (o è comandato da) un sistema di controllo 831 configurato per iniziare lo spostamento angolare di azionamento che provoca a sua volta lo spostamento lineare del cursore portacamma 870.

L'attuatore di posizione camma 830 ruota l'albero di azionamento posizione camma 873 che penetra nel coperchio 815. Una tenuta 875 evita che il fluido all'interno del compressore alternativo fuoriesca nel punto in cui l'albero di azionamento posizione camma 873 penetra nel coperchio 815. Lo spostamento angolare dell'albero di azionamento posizione camma 873 viene convertito in uno spostamento longitudinale del cursore portacamma 870 (come indicato dalla freccia destra e sinistra) per la presenza di un accoppiamento 880 tra l'albero di azionamento posizione camma 873 e il cursore portacamma 870. Un elemento di guida 885 si interfaccia con il cursore portacamma 870 e con la parete interna del corpo compressore 810.

Quindi, quando viene modificata la posizione longitudinale o angolare della camma 840 rispetto all'albero a camme 850, cambierà anche l'istante di apertura della valvola. Nella realizzazione mostrata nella Figura 8A, l'istante di chiusura della valvola rimane uguale e, pertanto, tale modifica dell'istante di apertura della valvola andrà a cambiare anche l'intervallo di tempo in cui la valvola rimane aperta.

Tuttavia, in un'altra realizzazione, potrebbero essere presenti dei meccanismi simili a quelli presi in considerazione sopra per regolare l'istante di apertura della valvola, allo scopo di regolare l'istante di chiusura della valvola. In questo caso, la modifica di uno o di entrambi gli istanti di apertura e di chiusura della valvola consente di regolare o soltanto di modificare la durata di apertura della valvola.

Le valvole azionate con i meccanismi a camma che consentono di regolare la messa in fase, come descritto sopra, possono essere utilizzate in un compressore alternativo doppio 900, come mostrato nella Figura 9. Tuttavia, le valvole azionate mediante dei meccanismi dotati di camme possono essere utilizzate anche in compressori alternativi a camera singola.

Il compressore 900 è di tipo alternativo a doppia camera con corpo 910. La compressione avviene all'interno delle specifiche camere 922 e 924 del compressore 900. Il fluido di lavoro con pressione iniziale Pi scorre all'interno delle camere di compressione 922 e 924 attraverso l'ingresso 930 quando si aprono le valvole di aspirazione 932 o 934. Il fluido compresso che ha una seconda pressione P2>Pi viene scaricato dalle camere di compressione 922 e 924 verso un'uscita 940 al momento dell'apertura delle valvole di scarico 942 o 944. La compressione è frutto del movimento in avanti e indietro del pistone 950 tra l'estremità di testa 926 e l'estremità dell'albero 928. Le camere di compressione 922 e 924 operano in fasi diverse del processo ciclico di compressione e il volume della camera di compressione 922 raggiunge il suo valore minimo quando il volume della camera di compressione 924 raggiunge il suo valore massimo e viceversa. Il pistone 950 si sposta per effetto dell'energia ricevuta, ad esempio, da un albero a gomiti (non mostrato) attraverso una testa a croce (non mostrata) e una biella 980. Nella Figura 9, le valvole 932, 934, 942 e 944 vengono illustrate su una parete laterale del corpo di compressione 920. Tuttavia, le valvole 932, 942, 934 e 944 possono essere posizionate, rispettivamente, sull'estremità di testa 926 e/o sull'estremità dell'albero 928.

Diversamente da una valvola automatica (che passa da aperta a chiusa in base alla pressione differenziale sui lati opposti della parte mobile della valvola), la valvola 932 è di tipo rotativo azionata da camma che si apre quando riceve lo spostamento angolare da parte del meccanismo 937 indicato nella Figura 9. Il meccanismo 937 comprende una camma (non mostrata) e può essere simile al meccanismo 800 illustrato nelle Figure 8A e 8B, poiché è configurato per fornire uno spostamento angolare allo stelo della valvola per aprire e chiudere la valvola rotativa 932. In una realizzazione alternativa, invece della valvola rotativa, si può azionare la valvola lineare mediante un meccanismo simile al meccanismo 300 indicato nella Figura 3.

Una o più valvole del compressore alternativo 900 possono essere azionate da camma. Alcune realizzazioni possono comprendere una combinazione di valvole azionate da camma e automatiche, anche se tutte le camme sono azionate da camma, soltanto alcune delle camme sono configurate per essere in grado di regolare la messa in fase della valvola. Ad esempio, le valvole di aspirazione (ad esempio 932 e 934) possono essere azionate da camma e configurate per essere in grado di regolare la messa in fase della valvola, mentre le valvole di scarico (ad esempio 942 e 944) possono essere di tipo automatico.

Oltre a essere configurato per azionare la valvola 932, il meccanismo 937 è configurato inoltre per essere in grado di modificare l'istante di apertura della valvola durante il ciclo di compressione e/o l'intervallo di tempo durante il quale la valvola rimane aperta.

Secondo una realizzazione esemplificativa, la Figura 10 è un diagramma di flusso per il metodo 1000 di regolazione delle caratteristiche di messa in fase per l'apertura della valvola di un compressore alternativo. Il metodo 1000 prevede una camma con un profilo tridimensionale configurato in maniera tale da presentare almeno (1) una posizione angolare della parte oblunga e (2) un angolo coperto dalla parte oblunga che varia uniformemente lungo l'asse di rotazione in S1010. Inoltre, il metodo 1000 comprende anche la modifica della posizione lungo l'asse di rotazione in cui lo stelo della valvola è a contatto con la circonferenza della camma per ottenere, dopo la modifica, che almeno (1) la parte oblunga della camma sia in una posizione angolare finale diversa da quella iniziale e (2) l'angolo finale coperto dalla parte oblunga sia diverso da quello iniziale in S1020.

Il metodo 1000 può anche comprendere la rotazione della camma rispetto all'albero a camme configurato per trasmettere un movimento rotatorio alla camma allo scopo di cambiare la posizione angolare della parte oblunga. Inoltre, il metodo 1000 può comprendere la modifica della durata del movimento lineare variando la velocità angolare della camma che ruota attorno allo specifico asse per avere almeno due diversi valori di velocità angolare durante ciascun ciclo di compressione.

Le realizzazioni esemplificative divulgate forniscono gruppi valvola dotati di camme e i relativi metodi per le valvole attuate nei compressori alternativi impiegati nell'industria petrolifera e del gas. Resta inteso che la presente descrizione non intende limitare l'invenzione. Al contrario, le realizzazioni esemplificative includono alternative, modifiche e soluzioni equivalenti rientranti nello spirito e nel campo di applicazione dell'invenzione, come definito dalle rivendicazioni allegate. Inoltre, nella descrizione dettagliata delle realizzazioni esemplificative sono esposti numerosi dettagli specifici, al fine di consentire una comprensione esauriente dell'invenzione rivendicata. Tuttavia, chiunque sia esperto in materia comprenderà che varie realizzazioni possono essere attuate senza tali dettagli.

Nonostante le caratteristiche e gli elementi delle presenti realizzazioni esemplificative siano descritti nelle realizzazioni in particolari combinazioni, ciascuna caratteristica o ciascun elemento può essere utilizzato singolarmente senza le altre caratteristiche e gli altri elementi delle realizzazioni o in varie combinazioni con o senza altre caratteristiche ed elementi divulgati nel presente documento.

La presente descrizione scritta utilizza degli esempi relativi all'oggetto divulgato per consentire a qualsiasi esperto in materia di attuare l'invenzione, compresi la realizzazione e l'utilizzo di qualsiasi dispositivo o sistema nonché l'esecuzione di qualsiasi metodo incluso. L'ambito brevettabile dell'oggetto del presente documento è definito dalle rivendicazioni e può includere altri esempi noti agli esperti in materia. Tali altri esempi rientrano nell'ambito delle rivendicazioni.

Claims (10)

1. CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. Un compressore alternativo (900) configurato per eseguire dei cicli di compressione di un fluido; il compressore include: un corpo (310, 810, 910) che comprende una camera di compressione (922) all'interno della quale viene compresso il fluido; una camma (340, 440, 840) dotata di una parte oblunga; la camma si trova all'interno del corpo (310, 810) ed è configurata per essere ruotata attorno a uno specifico asse (325, 425, 825) per eseguire una rotazione durante ciascun ciclo di compressione; un elemento di azionamento (365, 865) posizionato all'interno del corpo (310, 810) e configurato per ricevere lo spostamento lineare o angolare derivante dalla parte oblunga della camma; una valvola (932) posizionata sul percorso di flusso del fluido verso o proveniente dalla camera di compressione (922); la valvola (932) è configurata per aprirsi mediante l'elemento di azionamento (365, 865); e un sistema di controllo (331 , 831) configurato per regolare l'istante di apertura della valvola durante il ciclo di compressione. 2. Il compressore alternativo della rivendicazione 1 , dove la camma è dotata di profilo configurato per avere una posizione angolare nella parte oblunga delle sezioni trasversali lungo l'asse di rotazione che varia uniformemente; e il sistema di controllo è configurato per iniziare lo spostamento angolare che porta al movimento della camma lungo l'asse di rotazione, in maniera tale che, nella sezione trasversale della camma perpendicolare all'asse di rotazione, nella posizione finale in cui l'elemento di azionamento entra in contatto con la camma dopo che questa si è spostata, la posizione angolare finale della parte oblunga sarà diversa da quella iniziale nella sezione trasversale della camma perpendicolare all'asse di rotazione, nella posizione iniziale in cui l'elemento di azionamento è stato a contatto con la camma prima dello spostamento della stessa. 3. Il compressore alternativo della rivendicazione 2, dove il sistema di controllo comprende: un meccanismo di azionamento configurato per spostare la camma lungo l'asse di rotazione al ricevimento dello spostamento angolare; e un attuatore di posizione camma ubicato esternamente al corpo e configurato per generare lo spostamento angolare per il meccanismo di azionamento. 4. Il compressore alternativo della rivendicazione 3, dove il meccanismo di azionamento comprende: un albero di azionamento posizione camma configurato per ruotare in base allo spostamento angolare e montato con un'estremità al di fuori del corpo, quella collegata all'attuatore di posizione camma, e l'altra estremità all'interno del corpo; un cursore portacamma posizionato all'interno del corpo e a contatto con l'altra estremità dell'albero di azionamento posizione camma; il cursore portacamma è accoppiato con l'albero di azionamento posizione camma per avere uno spostamento lineare che sostanzialmente è parallelo all'asse di rotazione della camma quando è in rotazione l'albero di azionamento posizione camma; e un portacamma montato a contatto con il relativo cursore e configurato per spostarsi assieme alla camma in direzione longitudinale rispetto all'albero a camme che fa ruotare la camma durante i cicli di compressione, quando il cursore portacamma è soggetto a spostamento lineare. 5. Il compressore alternativo della rivendicazione 1 , comprende inoltre: un albero a camme configurato per far ruotare la camma durante i cicli di compressione, dove il sistema di controllo è configurato per far ruotare la camma in maniera selettiva rispetto all'albero a camme, pertanto cambiando la posizione angolare della parte oblunga nella posizione in cui l'elemento di azionamento è a contatto con la camma; il sistema di controllo comprende: un attuatore di posizione camma ubicato esternamente al corpo e configurato per generare uno spostamento angolare; un albero di azionamento posizione camma configurato per ruotare in base allo spostamento angolare e montato con un'estremità al di fuori del corpo, quella collegata all'attuatore di posizione camma, e l'altra estremità all'interno del corpo; un cursore portacamma posizionato all'interno del corpo e a contatto con l'altra estremità dell'albero di azionamento posizione camma; il cursore portacamma è accoppiato con l'albero di azionamento posizione camma per avere uno spostamento lineare che sostanzialmente è parallelo all'asse di rotazione della camma quando è in rotazione l'albero di azionamento posizione camma; e un portacamma montato a contatto con il relativo cursore e configurato per ruotare assieme alla camma rispetto all'albero a camme, quando il cursore portacamma è soggetto a spostamento lineare. 6. Il compressore alternativo della rivendicazione 1 , dove il sistema di controllo è ulteriormente configurato per regolare l'intervallo di tempo durante il quale la valvola rimane aperta. 7. Il compressore alternativo della rivendicazione 6, dove il sistema di controllo regola l'intervallo di tempo controllando una velocità angolare della camma che ruota attorno allo specifico asse per avere almeno due diversi valori di velocità angolare durante ciascun ciclo di compressione: una prima velocità angolare mentre l'elemento di azionamento è a contatto con la parte oblunga della camma e una seconda velocità angolare diversa. 8. Il compressore alternativo della rivendicazione 9, dove la camma è dotata di profilo configurato per avere un angolo coperto dalla parte oblunga che possa variare lungo l'asse di rotazione; e il sistema di controllo è configurato per iniziare un movimento della camma lungo l'asse di rotazione, quindi, nel punto in cui lo stelo è a contatto con la camma, la parte oblunga copre un angolo finale dopo il movimento che è diverso dall'angolo iniziale coperto prima del movimento. 9. Un metodo (1000) di regolazione dei tempi di apertura della valvola azionata da camma del compressore alternativo, comprendente: una camma (S1010) con un profilo configurato in maniera tale che almeno (1) la posizione angolare della parte oblunga e (2) l'angolo coperto dalla parte oblunga presentino una variazione conveniente nelle sezioni trasversali lungo l'asse di rotazione della camma; e modifica (S1020) della posizione lungo la camma, l'asse di rotazione in cui un albero è mantenuto a contatto con la camma stessa per ottenere, dopo la modifica, che almeno (1) la parte oblunga della camma sia in una posizione angolare finale diversa da quella iniziale e (2) l'angolo finale coperto dalla parte oblunga sia diverso da quello iniziale. 10. Un meccanismo a camma (300, 800) che può essere utilizzato per azionare una valvola (932) posizionata nel percorso di flusso del fluido verso o proveniente dalla camera di compressione (922) del compressore alternativo (900); il meccanismo a camme comprende: una camma (340, 440, 840) configurata per essere ruotata attorno a un asse specifico (325, 425, 825) allo scopo di eseguire una rotazione durante ciascun ciclo di compressione del compressore alternativo; la camma dispone di un profilo tale che le sue pareti esterne non sono parallele al relativo asse di rotazione; un elemento di azionamento (365, 865) configurato per ricevere uno spostamento lineare o angolare dovuto alla parte oblunga della camma, per aprire la valvola; e un sistema di controllo (330, 830) configurato per regolare l'istante di apertura della valvola durante ciascun ciclo di compressione. CLAIMS/RIVENDICAZIONI 1 . A reciprocating compressor (900) configured to execute compression cycles to compress a fluid, the compressor comprising: a body (310, 810, 910) including a compression chamber (922) inside which the fluid is compressed; a cam (340, 440, 840) having an oblong portion, the cam being located inside the body (310, 810) and being configured to be rotated around a rotation axis (325, 425, 825), to perform a rotation during each compression cycle; an actuating element (365, 865) located inside the body (310,810) and configured to receive a linear displacement or an angular displacement due to the oblong portion of the cam; a valve (932) located on a flow path of the fluid toward or from the compression chamber (922), the valve (932) being configured to be switched to an open state by the actuating element (365, 865); and a controller (331 , 831) configured to adjust an instant, during a compression cycle, when the valve is opened.
2. 2. The reciprocating compressor of claim 1 , wherein the cam has a profile configured to have an angular position of the oblong portion in cross-sections along the rotation axis varying smoothly, and the controller is configured to initiate an angular displacement leading to moving the cam along the rotation axis, such that, in a cross-section of the cam perpendicular to the rotation axis, at a final location where the actuating element comes in contact with the cam after the cam has been moved, a final angular position of the oblong portion to be different from an initial angular position of the oblong portion in a cross-section of the cam perpendicular to the rotation axis, at an initial location where the actuating element has been in contact with the cam before the cam has been moved.
3. 3. The reciprocating compressor of claim 2, wherein the controller comprises: an actuation mechanism configured to move the cam along the rotation axis upon receiving the angular displacement, and a cam position actuator located outside the body and configured to provide the angular displacement to the actuation mechanism.
4. 4. The reciprocating compressor of claim 3, wherein the actuation mechanism includes: a cam position actuation shaft configured to rotate according to the angular displacement and mounted to have one end outside the body, the one end being connected to the cam position actuator, and another end inside the body; a cam holder slide located inside the body and being in contact with the another end of the cam position actuation shaft, the cam holder slide being coupled to the cam position actuation shaft such that to have a linear displacement substantially parallel to the rotation axis of the cam when the cam position actuation shaft is rotated; and a cam holder mounted in contact with the cam holder slide and configured to move together with the cam longitudinally relative to a cam shaft that causes the cam to rotate during compression cycles, when the cam holder slide has the linear displacement.
5. 5. The reciprocating compressor of claim 1 , further comprising: a cam shaft configured to cause the cam to rotate during the compression cycles, wherein the controller is configured to cause the cam to selectively rotate relative to the cam shaft thereby changing an angular position of the oblong portion at a location where the actuating element is in contact with the cam, the controller comprising: a cam position actuator located outside the body and configured to provide an angular displacement; a cam position actuation shaft configured to rotate according to the angular displacement and mounted to have one end outside the body, the one end being connected to the cam position actuator, and another end inside the body; a cam holder slide located inside the body and being in contact with the other end of the cam position actuation shaft, the cam holder slide being coupled to the cam position actuation shaft such that to have a linear displacement substantially parallel to the rotation axis of the cam when the cam position actuation shaft is rotated; and a cam holder mounted in contact with the cam holder slide and configured to rotate together with the cam relative to the cam shaft, when the cam holder slide has the linear displacement.
6. 6. The reciprocating compressor of claim 1 , wherein the controller is further configured to adjust a time interval during which the valve is in an open state.
7. 7. The reciprocating compressor of claim 6, wherein the controller adjusts the time interval by controlling an angular speed of the cam rotating around the rotation axis to have at least two different angular speed values during each compression cycle, a first angular speed while the actuating element is in contact with the oblong portion of the cam and a second angular speed otherwise.
8. 8. The reciprocating compressor of claim 9, wherein the cam has a profile configured such that an angle spanned by the oblong portion to vary along the rotation axis, and the controller is configured to initiate a movement of the cam along the rotation axis, such that, at a location where the stem is in contact with the cam, the oblong portion to span a final angle after the movement different from an initial angle spanned prior to the movement.
9. 9. A method (1000) of adjusting opening times of a cam actuated valve of a reciprocating compressor, comprising: providing (S1010) a cam having a profile configured such that at least one of (1) an angular position of an oblong portion and (2) an angle spanned by the oblong portion to vary smoothly in cross-sections along a rotation axis of the cam; and changing (S1020) a position along the cam the rotation axis at which a shaft is maintained in contact with the cam, to achieve, after the changing, at least one of (1) the oblong portion of the cam to be at a final angular position different from an initial angular position of the oblong portion of the cam, and (2) a final angle spanned by the oblong portion to be different from an initial angle spanned by the oblong portion.
10. 10. A cam mechanism (300, 800) useable to actuate a valve (932) that is located on a flow path of a fluid toward or from a compression chamber (922) of a reciprocating compressor (900), the cam mechanism comprising: a cam (340, 440, 840) configured to be rotated around a rotation axis (325, 425, 825) to perform a rotation during each compression cycle of the reciprocating compressor, the cam having a profile such that that outer walls of the cam are not parallel to a rotation axis thereof; an actuating element (365, 865) configured to receive a linear displacement or an angular displacement due to the oblong portion of the cam, to switch the valve to an open state; and a controller (330, 830) configured to adjust an instant during each compression cycle when the valve is opened.