ITCO20130059A1 - Assieme pistone-cilindro per compressore centrifugo - Google Patents

Description

Piston-cylinder assembly for a reciprocating compressor. / Assieme pistone-cilindro per compressore alternativo.

DESCRIZIONE

L'oggetto della presente divulgazione si riferisce a un assieme pistonecilindro, in particolare per un compressore alternativo. Specificamente, la divulgazione si riferisce a un assieme pistone-cilindro a doppia azione.

Un assieme pistone-cilindro è noto dallo stato de arte. Tale assieme pistone-cilindro comprende un assieme pistone e un cilindro. L'assieme pistone stesso comprende un pistone all'interno di detto cilindro. L'assieme pistone comprende anche una biella fissata al pistone, che è in grado di muovere il pistone avanti e indietro all'interno del cilindro.

Specificamente, il pistone definisce una prima e una seconda camera di lavoro all'interno del cilindro. Infatti, queste camere di lavoro sono ubicate alle estremità opposte del cilindro rispetto al pistone. Conseguentemente, queste camere di lavoro hanno un volume interno che varia con il movimento del pistone.

In maggiore dettaglio, le camere di lavoro hanno ciascuna un'apertura di aspirazione e un'apertura di scarico per il fluido. Ciascuna delle aperture di aspirazione è munita di una rispettiva valvola di aspirazione, mentre ciascuna apertura di scarico ha una valvola di scarico. In altre parole, ciascuna camera di lavoro riceve il fluido di lavoro attraverso la sua valvola di aspirazione e lo eroga attraverso la sua valvola di scarico.

Durante il funzionamento dell'assieme pistone-cilindro descritto precedentemente, il moto alternativo del pistone comprime ed espande, alternatamente, ciascuna camera di lavoro. Quando il volume di ciascuna camera di lavoro si espande, il fluido di lavoro riempie la camera di lavoro. Per contro, quando il volume della camera di lavoro diminuisce il fluido all'interno della camera di lavoro viene compresso e, successivamente, viene espulso dalla camera di lavoro attraverso l'apertura di scarico.

L'assieme pistone-cilindro descritto precedentemente è progettato per ottenere una portata di erogazione predeterminata. È talvolta necessario modificare tale portata di erogazione durante il funzionamento del compressore alternativo. Per eseguire questa modifica, il dispositivo dell'arte nota è munito di un regolatore di flusso che agisce su una o entrambe le camere di lavoro. Il regolatore di flusso lascia la valvola di aspirazione aperta dopo che la camera si è espansa al volume massimo ed è stata riempita dal fluido di lavoro. A mano a mano che il pistone inizia a comprimere la camera di lavoro, il fluido di lavoro rifluisce fuori dall'apertura di aspirazione. Quando la camera di lavoro si è ridotta a un volume desiderato, la valvola di aspirazione viene chiusa e il fluido di lavoro viene compresso normalmente.

RIEPILOGO

Uno svantaggio de assieme pistone-cilindro noto è che richiede un controllo preciso della valvola di aspirazione. Pertanto, la valvola di aspirazione non può essere una valvola passiva, ma deve essere azionata, il che contribuisce alla complessità di un compressore alternativo che incorpori tale noto assieme pistone-cilindro.

Una prima forma di realizzazione secondo l'invenzione è un assieme pistone-cilindro per un compressore alternativo, comprendente un cilindro e un assieme pistone avente un pistone all'interno del cilindro, il pistone definente una prima e una seconda camera di lavoro per comprimere un fluido. Ciascuna delle camere di lavoro ha un'apertura di aspirazione e un'apertura di scarico per il fluido di lavoro. L'assieme pistone-cilindro comprende inoltre un regolatore di flusso agente sulle camere di lavoro per controllare un flusso in uscita del fluido di lavoro attraverso le aperture di scarico. Il regolatore di flusso comprende un condotto di bypass in connessione fluida con la prima e con la seconda camera di lavoro, una valvola di regolazione ubicata lungo il condotto di bypass per aprire e/o chiudere il condotto di bypass in modo che il fluido di lavoro possa fluire tra la prima e la seconda camera di lavoro.

Un vantaggio di tale assieme pistone-cilindro è che non è più necessario il controllo attivo delle valvole di aspirazione.

Una seconda forma di realizzazione della presente invenzione si riferisce a un compressore alternativo comprendente un assieme pistone-cilindro secondo la prima forma di realizzazione.

Un altro aspetto dell'invenzione è relativo a un metodo per installare retroattivamente un assieme pistone-cilindro del tipo comprendente un cilindro, un pistone all'interno del cilindro, il pistone definente una prima e una seconda camera di lavoro per comprimere un fluido di lavoro aventi ciascuna un'apertura di aspirazione e un'apertura di scarico per il fluido di lavoro.

Il metodo comprende i passi di fornire un regolatore di flusso comprendente un condotto di bypass e una valvola di regolazione ubicata lungo il condotto di bypass; collegare il condotto di bypass alle camere di lavoro in modo che il condotto di bypass sia in connessione fluida con la prima e con la seconda camera di lavoro.

Un vantaggio di tale metodo è che può essere utilizzato per aggiornare un noto assieme pistone-cilindro, minimizzando, così, i costi di produzione. Ulteriori dettagli e forme d'esecuzione specifiche risulteranno riferiti ai disegni allegati, in cui:

- la figura 1 è una vista schematica in sezione laterale di un assieme pistone-cilindro secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2 è una vista schematica in sezione laterale di un assieme pistone-cilindro secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione; e

- la figura 3 è una rappresentazione schematica del funzionamento di una parte di una forma di realizzazione della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

La seguente descrizione delle forme d'esecuzione esemplificative fa riferimento ai disegni 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 in appendice. In tutta la descrizione dettagliata, il riferimento a "una forma d'esecuzione" indica che una particolare caratteristica, struttura o proprietà descritta in relazione a una forme d'esecuzione è inclusa in almeno una forma d'esecuzione dell'oggetto divulgato. Pertanto, l'utilizzo dell'espressione "in una forma d'esecuzione" in vari punti della descrizione dettagliata non farà necessariamente riferimento alla medesima forma d’esecuzione. Inoltre, le particolari caratteristiche, strutture o proprietà possono essere combinate in una o più forme d'esecuzione in qualsivoglia modalità appropriata.

Facendo riferimento ai disegni allegati, con il numero 1 è indicato un assieme pistone-cilindro per un compressore alternativo.

L'assieme pistone-cilindro 1 comprende un cilindro 2. Il cilindro ha un asse centrale “A”. Una parete laterale 15 gira attorno all'esse centrale “A”, e si sviluppa lungo lo stesso asse centrale “A”. In ulteriore dettaglio, il cilindro ha una parete terminale 8 congiunta alla parete laterale 15. La parete terminale 8 chiude l'estremità di testa del cilindro 2, ed è pertanto trasversale rispetto all'asse centrale “A". Similmente, il cilindro 2 ha una parete posteriore 11, anch'essa disposta trasversalmente rispetto all'asse centrale “A” e fissata alla parete laterale 15. In altre parole, la parete posteriore 11 chiude il lato manovella del cilindro 2, che è l'estremità opposta del cilindro 2 rispetto alla parete terminale 8.

L'assieme pistone-cilindro 1 comprende anche un assieme pistone 3. L'assieme pistone 3 comprende una biella 5 e un pistone 4 fissato alla biella 5. In maggiore dettaglio, il pistone 4 ha una superficie anteriore 4a rivolta verso la parete laterale 8 del cilindro 2. Il pistone 4 ha anche una superficie posteriore 4b, su un lato opposto rispetto alla superficie anteriore 4a. La biella suddetta 5 è anche fissata al pistone 4 sulla superficie posteriore 4b.

II pistone 4 è disposto all'interno del cilindro 2. Infatti, il pistone 4 definisce una prima 6 e una seconda camera di lavoro 7 per comprimere un fluido di lavoro.

In dettaglio, la prima camera di lavoro 6 è definita tra la superficie anteriore 4a del pistone 4 e la parete terminale 8 del cilindro 2. La seconda camera di lavoro 7 è definita tra la superficie posteriore 4b del pistone 4. La biella 5 è all'interno della seconda camera di lavoro 7. Va osservato che la biella 5 è parzialmente all'esterno del cilindro 2, e attraversa la parete posteriore 11 attraverso un foro 12. Una tenuta adeguata 22 è presente sul foro 12 tra la biella 5 e la parete posteriore 11 del cilindro 2. Tale tenuta 22 può essere di qualsivoglia tipo noto, e pertanto non verrà descritta in ulteriore dettaglio.

Va ulteriormente osservato che le camere di lavoro 6, 7 hanno un volume interno variabile. In altre parole, ciascuna camera di lavoro 6, 7 ha un volume che è variabile tra una configurazione completamente espansa e una configurazione completamente compressa.

In ulteriore dettaglio, una corsa in avanti deH’assieme pistone 3 (vale a dire, un movimento del pistone 4 verso la parete terminale 8 del cilindro) riduce il volume della prima camera di lavoro 6. Inoltre, la corsa in avanti incrementa il volume della seconda camera di lavoro 7.

Al contrario, una corsa di ritorno dell'assieme pistone 3 (un movimento del pistone 4 verso la parete posteriore 11) diminuisce il volume della seconda camera di lavoro 7. Ciò incrementa anche il volume della prima camera di lavoro 5.

Infatti, la somma dei volumi delle camere di lavoro 6, 7 meno il volume occupato dalla biella 5 è costante.

In ulteriori dettagli, le camere di lavoro 6, 7 hanno ciascuna un'apertura di aspirazione 6a, 7a. Le camere di lavoro 6, 7 hanno ciascuna un'apertura di scarico 6b, 7b. Preferibilmente, l'apertura di aspirazione 6a e l'apertura di scarico 6b della prima camera di lavoro sono ubicate sulla parete laterale 15 accanto alla parete terminale 8. Similmente, l'apertura di aspirazione 7a e l'apertura di scarico 7b della seconda camera di lavoro 7 sono ubicate sulla parete laterale 15 accanto alla parete posteriore 11. In forme di realizzazione alternative, l'apertura di aspirazione 6a e l'apertura di scarico 6b della prima camera di lavoro possono essere ubicate sulla parete terminale 8. Similmente, l'apertura di aspirazione 7a e l'apertura di scarico 7b della seconda camera di lavoro 7 possono essere ubicate sulla parete posteriore 1 1.

Il fluido di lavoro entra nelle camere di lavoro 6, 7 attraverso le rispettive aperture di aspirazione 6a, 7a e fuoriesce attraverso le rispettive aperture di scarico 6b, 7b. Infatti, il flusso del fluido di lavoro all'interno delle camere di lavoro 6, 7 è determinato dalla loro espansione/contrazione in conseguenza del movimento del pistone 4 dell'assieme pistone 3 all'interno del cilindro 2.

Ciascuna apertura di aspirazione 6a, 7a è munita di una rispettiva valvola di aspirazione 13a, 14a. Ciascuna apertura di scarico 6b, 7b, è munito di una rispettiva valvola di scarico 13b, 14b. Queste valvole 13a, 13b, 14a, 14b possono essere qualsiasi tipo di valvola noto a persone esperte in materia. Preferibilmente, le valvole 13a, 13b, 14a, 14b sono valvole di ritegno, predisposte per consentire il flusso solo nella direzione prevista. In altre parole, le valvole 13a, 13b, 14a, 14b sono preferibilmente unidirezionali. Ancora più preferibilmente, queste valvole 13a, 13b, 14a, 14b sono del tipo azionato a pressione. In altre parole, le valvole 13a, 13b, 14a, 14b sono valvole passive, che non necessitano di un sistema di controllo attivo. Vantaggiosamente, ciò semplifica notevolmente la costruzione e manutenzione dell'assieme 1.

Secondo le forme di realizzazione mostrate, l'assieme 1 comprende un regolatore di flusso 9 che agisce sulle camere di lavoro 6, 7 al fine di controllare il flusso in uscita di fluido di lavoro, in particolare attraverso le aperture di scarico 6a, 6b.

In dettaglio, il regolatore di flusso 9 comprende un condotto di bypass 10 in connessione fluida con la prima camera di lavoro 6. Il condotto di bypass 10 è anche in connessione fluida con la seconda camera di lavoro 7. In altre parole, il condotto di bypass 10 consente al fluido di lavoro 10 di passare dalla prima 6 alla seconda camera di lavoro 7 e viceversa.

Va tenuto presente che il condotto di bypass 10 può essere di qualsiasi tipo, purché consenta al fluido di lavoro di fluire tra le camere di lavoro 6, 7. Specificamente, il condotto di bypass 10 può essere disposto fuori del cilindro 2. Pertanto, è possibile aggiornare un noto assieme pistone-cilindro montando il condotto di bypass 10, la valvola di regolazione 16 e gli altri componenti precedentemente descritti al cilindro, sostituendo, eventualmente, le valvole 13a, 13b, 14a, 14b se necessario.

Alternativamente, il condotto di bypass 10 può essere disposto all'interno del pistone 4 dell'assieme pistone 3. In altre parole, in questo caso, il condotto di bypass 10 è un foro di bypass 17. Se viene selezionata questa forma di realizzazione, anche la valvola di regolazione 16 è ubicata all'interno del pistone 4. Vantaggiosamente, questa è una configurazione di dimensioni più contenute che offre tutti i miglioramenti precedentemente discussi.

Si tenga presente che il condotto di bypass 10 è collegato alla camera di lavoro 6, 7 a livello delle aperture di bypass separate 6c, 7c, come mostrato per esempio nelle figure 1 e 2.

II regolatore di flusso 9 comprende inoltre almeno una valvola di regolazione 16. Questa valvola di regolazione 16 è ubicata lungo il condotto di bypass 10 in modo da poter aprire e/o chiudere il condotto di bypass 10. Infatti, la valvola di regolazione 16 è ubicata tra la prima 6 e la seconda camera di lavoro 7. Pertanto, il fluido può fluire tra la prima 6 e la seconda camera di lavoro 7 quando la valvola di regolazione 16 è aperta, e tale flusso è interdetto quando la valvola di regolazione 16 è chiusa.

La funzione della valvola di regolazione 16 è di consentire una riduzione della portata trattata dall'assieme 1. Infatti, la valvola di regolazione 16 può essere aperta mentre la prima camera di lavoro 6 è nella configurazione di massima espansione. Pertanto, quando il volume della prima camera di lavoro si riduce durante la corsa in avanti dell'assieme pistone 3, il fluido di lavoro può fluire verso la seconda camera di lavoro 7 attraverso il condotto di bypass 10 senza subire una compressione. Quando la valvola di regolazione 16 viene chiusa, il fluido di lavoro rimanente nella prima camera 6 viene compresso normalmente. Ciò avviene anche durante la corsa di ritorno de assieme pistone 3, invertendo i ruoli della prima 6 e della seconda camera di lavoro 7.

La valvola di regolazione 16 può essere, vantaggiosamente, ad azionamento elettrico. Pertanto, la valvola di regolazione 16 può essere azionata da un sistema di controllo come quello descritto nella parte seguente della divulgazione.

L'assieme 1 può anche comprendere un generatore induttivo 21 ubicato sull'assieme pistone 3. Questo generatore è configurato per generare elettricità da un movimento alternativo dell'assieme pistone 3. Vantaggiosamente, il generatore induttivo 21 può essere collegato alla valvola di regolazione 16 al fine di fornire energia elettrica alla valvola di regolazione 16.

Il regolatore di flusso 9 comprende una centralina 17 che agisce sulla valvola di regolazione 16. La centralina 17 può essere configurata per aprire la valvola di regolazione 16 quando la pressione all'interno della prima 6 o della seconda camera di lavoro 7 ha raggiunto una soglia predefinita P1 .

Nella parte seguente della divulgazione la centralina 17 verrà descritta come comprendente una pluralità di moduli. Questi moduli vanno intesi come un modo per descrivere la funzionalità della centralina 17 senza alcuna particolare restrizione sull'implementazione vera e propria. Infatti, questi moduli possono essere implementati interamente o parzialmente in software o in hardware. Questi moduli possono essere implementati mediante un singolo dispositivo elettronico locale o possono essere distribuiti su una rete.

La centralina 17 comprende almeno un modulo sensore 18. Questo modulo è configurato per acquisire un input P, che può essere, per esempio, un valore di angolo della manovella, che è correlato alla posizione angolare dell'albero a gomiti fissato al pistone 4. Tale valore dell'angolo di manovella può quindi essere usato per estrapolare un valore di pressione. In una forma di realizzazione alternativa, uno può essere misurato direttamente da uno o più sensori. Il modulo sensore 18 è anche configurato per emettere un segnale S1. Questo segnale può, per esempio, rappresentare un valore di pressione precedentemente misurato o estrapolato. La centralina 17 comprende inoltre un modulo di valutazione 19. Questo modulo è configurato per confrontare il segnale di input S1 con la soglia predefinita P1, e per emettere un segnale di attivazione A1 in conseguenza del confronto. La centralina 17 comprende inoltre un modulo di attuazione 20, associato con il modulo di valutazione 19 e alla valvola di regolazione 16. Il modulo di attuazione 20 è configurato per aprire/chiudere la valvola di regolazione 16 in risposta al segnale di attivazione A1 dal modulo di valutazione 19.

Il modulo sensore 18 può anche acquisire un input V, che può essere per esempio un valore di volume della camera di lavoro 6, 7. In una forma di realizzazione preferita, il valore di V può anche essere estrapolato dalla misurazione dell'angolo di manovella, come descritto precedentemente. Il modulo sensore 18 emette quindi un segnale S2, che può, per esempio, rappresentare un volume della prima 6 o della seconda camera di lavoro 7. Il modulo di valutazione 19 acquisisce anche S2. Quindi il modulo di valutazione 19 controlla che S2 sia uguale o inferiore a un volume di soglia predefinito V1. In tal caso, il modulo di valutazione 19 invia un segnale di attivazione A2 al modulo di attuazione 20. In risposta al segnale di attivazione A2, il modulo di attuazione 20 chiude la valvola di regolazione 16, in modo che il fluido di lavoro possa essere compresso normalmente. Le operazioni descritte precedentemente possono essere eseguite dalla centralina 17 nella prima 6 o nella seconda camera di lavoro 7 o, preferibilmente, in entrambe.

Una forma di realizzazione della presente invenzione si riferisce anche a un metodo per installare retroattivamente un assieme pistone-cilindro del tipo noto. Questo metodo comprende i passi di fornire almeno un regolatore di flusso 9 comprendente un condotto di bypass 10 e una valvola di regolazione 16 lungo il condotto di bypass 10. Il condotto di bypass 10 viene quindi collegato alle camere di lavoro 6, 7 in modo che il condotto di bypass 10 sia in connessione fluida con la prima 6 e con la seconda camera di lavoro 7.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Assieme pistone-cilindro (1 ) per un compressore alternativo comprendente un cilindro (2); un pistone (4) all'interno di detto cilindro (2), detto pistone (4) definente una prima (6) e una seconda camera di lavoro (7) per comprimere un fluido di lavoro; dette camere di lavoro (6, 7) aventi ciascuna un'apertura di aspirazione (6a, 7a) e un'apertura di scarico (6b, 7b) per detto fluido di lavoro; un regolatore di flusso (9) agente su dette camere di lavoro (6, 7) per controllare un flusso in uscita di fluido di lavoro attraverso dette aperture di scarico (6b, 7b), detto regolatore di flusso (9) comprendente un condotto di bypass (10) in connessione fluida con detta prima (6) e detta seconda camera di lavoro (7), almeno una valvola di regolazione (16) ubicata lungo detto condotto di bypass (10) per aprire e/o chiudere detto condotto di bypass (10) in modo che detto fluido possa fluire tra detta prima (6) e detta seconda camera di lavoro (7).
2. 2. Assieme pistone-cilindro (1) secondo la rivendicazione 1 , laddove detta valvola di regolazione (16) è disposta tra detta prima (6) e detta seconda camera di lavoro (7).
3. 3. Assieme pistone-cilindro (1) secondo qualsivoglia rivendicazione precedente, laddove detta valvola di regolazione (16) è ad azionamento elettrico.
4. 4. Assieme pistone-cilindro (1 ) secondo qualsivoglia rivendicazione precedente, laddove detto regolatore di flusso (9) comprende una centralina (17) agente su detta valvola di regolazione (16) e configurata per aprire detta valvola di regolazione (16) quando la pressione all'interno di detta prima (6) o seconda camera di lavoro (7) ha raggiunto una soglia predefinita (P1) per consentire un flusso di fluido di lavoro tra detta prima (6) e detta seconda camera di lavoro (7).
5. 5. Assieme pistone-cilindro (1) secondo la rivendicazione 4, laddove detta centralina (17) comprende un modulo sensore (18) configurata per acquisire un segnale di input (S1) rappresentante un valore di pressione; un modulo di valutazione (19) configurato per confrontare detto segnale di input (S1) con detta soglia predefinita (P1) della pressione e per emettere un segnale di attivazione (A1) in conseguenza del confronto; un modulo di attuazione (20) associato a detto modulo di valutazione (19) e a detta valvola di regolazione (16), essendo detto modulo di attuazione (20) configurato per aprire/chiudere detta valvola di regolazione (16) in risposta a detto segnale di attivazione (A1) da detto modulo di valutazione (19).
6. 6. Assieme pistone-cilindro (1) secondo qualsivoglia rivendicazione precedente, laddove detto condotto di bypass (10) è disposto fuori del cilindro (2).
7. 7. Assieme pistone-cilindro (1) secondo qualsivoglia rivendicazione da 1 a 5, laddove detto condotto di bypass (10) è disposto all'interno del cilindro (4).
8. 8. Assieme pistone-cilindro (1) secondo qualsivoglia rivendicazione precedente, comprendente inoltre un generatore induttivo (21) disposto su detto assieme pistone (3) e configurato per generare elettricità da un movimento alternativo di detto pistone (4), essendo detto generatore induttivo (21) collegato a detta valvola di regolazione (16) al fine di fornire energia elettrica a detta valvola di regolazione (16).
9. 9. Assieme pistone-cilindro (1) secondo qualsivoglia rivendicazione precedente, laddove detta apertura di aspirazione (6a, 7a) è munita di una valvola di aspirazione (13a, 14a), essendo detta valvola di aspirazione (13a, 14a) unidirezionale.
10. 10. Assieme pistone-cilindro (1) secondo qualsivoglia rivendicazione precedente, laddove detta valvola di aspirazione (13a, 14a) è del tipo attuato a pressione.
11. 11. Compressore alternativo comprendente un assieme pistone-cilindro (1) secondo qualsivoglia della rivendicazioni precedenti.
12. 12. Metodo per installare retroattivamente un assieme pistone-cilindro del tipo comprendente un cilindro (2), un pistone (4) all'interno di detto cilindro (2), detto pistone (4) definente una prima (6) e una seconda camera di lavoro (7) per comprimere un fluido di lavoro, dette camere di lavoro (6, 7) aventi ognuna un'apertura di aspirazione (6a, 7a) e un'apertura di scarico (6b, 7b) per detto fluido di lavoro; il metodo comprendente i passi di fornire un regolatore di flusso (9) comprendente un condotto di bypass (10) e una valvola di regolazione (16) ubicata lungo detto condotto di bypass (10); collegare detto condotto di bypass (10) alle camere di lavoro (6, 7) in modo che detto condotto di bypass (10) sia in connessione fluida con detta prima (6) e con detta seconda camera di lavoro (7).