ITFI20130296A1

ITFI20130296A1 - "RECIPROCATING COMPRESSOR WITH COMPOSITE MATERIAL COMPONENTS"

Info

Publication number: ITFI20130296A1
Application number: IT000296A
Authority: IT
Inventors: Riccardo Bagagli; Massimo Bargiacchi; Francesco Chiesi; Michele Sanesi; Leonardo Tognarelli
Original assignee: Nuovo Pignone Srl
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-10
Also published as: EP3080452B1; EP3080452A1; WO2015086458A1

Description

“COMPRESSORE ALTERNATIVO CON COMPONENTI IN MATERIALE COMPOSITO” "ALTERNATIVE COMPRESSOR WITH COMPONENTS IN COMPOSITE MATERIAL"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

CAMPO TECNICO TECHNICAL FIELD

L’oggetto qui descritto riguarda generalmente miglioramenti a macchine alternative. Forme di realizzazione qui descritte riguardano specificamente compressori alternativi, quali compressori alternativi a doppio effetto. Alcune forme di realizzazione dei compressori alternativi qui descritti comprendono una disposizione dotata di movimento alternato comprendente una testa a croce, una biella che collega la testa a croce a un albero a gomito e un’asta di pistone che collega la testa a croce a un pistone che si muove di moto alternato in un cilindro. The object described here generally concerns improvements to alternative machines. Embodiments described herein specifically relate to reciprocating compressors, such as double-acting reciprocating compressors. Some embodiments of the reciprocating compressors described herein include a reciprocating arrangement comprising a crosshead, a connecting rod connecting the crosshead to a crankshaft, and a piston rod connecting the crosshead to a piston. which moves with reciprocating motion in a cylinder.

ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART

Compressori alternativi sono ampiamenti utilizzati in un ampio numero di applicazioni industriali, quali applicazioni di processo comprendenti raffinerie, impianti petrolchimici, impianti per fertilizzanti, refrigerazione ed aria, nonché nell’industria petrolifera, per la re-iniezione di gas, il sollevamento di gas, la trasmissione di gas in condutture e lo stoccaggio di gas. Reciprocating compressors are widely used in a large number of industrial applications, such as process applications including refineries, petrochemical plants, fertilizer, refrigeration and air plants, as well as in the petroleum industry, for gas re-injection, gas lifting, the transmission of gas in pipelines and the storage of gas.

I compressori alternativi comprendono usualmente un cilindro in cui è alloggiato scorrevolmente un pistone che è controllato per muoversi di moto alternato nel cilindro. In cosiddetti compressori alternativi a doppio effetto il pistone divide il cilindro in due camere di pressione che sono entrambe collegate ad un condotto di aspirazione e un condotto di mandata attraverso valvole automatiche, così che in ciascuna delle due camere formate dal cilindro e dal pistone mobile di moto alternativo disposto in esso il gas viene alternativamente aspirato dal condotto di aspirazione, compresso e alimentato attraverso il condotto di mandata. Il movimento del pistone è controllato da un albero a gomito, collegato al pistone attraverso una serie di componenti. In compressori alternativi di grandi dimensioni il movimento alternativo del pistone è trasmesso dall’albero a gomito attraverso una biella, che collega l’albero a gomito a una testa a croce. Un movimento di rotazione fornito all’albero a gomito viene trasformato in un movimento rettilineo alternato della testa a croce, che è disposta scorrevole in una cassa. Inoltre un’asta di pistone collega rigidamente la testa a croce al pistone, così che il movimento alternato viene trasmesso al pistone. La testa a croce, l’asta di pistone e il pistone formano una disposizione dotata di movimento alternato. A causa delle dimensioni di questo tipo di compressori alternativi, la massa della disposizione dotata di movimento alternato è estremamente grande e questo provoca elevati carichi inerziali. Reciprocating compressors usually comprise a cylinder in which a piston is slidably housed which is controlled to reciprocate in the cylinder. In so-called double-acting reciprocating compressors the piston divides the cylinder into two pressure chambers which are both connected to an intake duct and a delivery duct through automatic valves, so that in each of the two chambers formed by the cylinder and the movable piston of reciprocating motion disposed in it, the gas is alternately sucked by the suction duct, compressed and fed through the delivery duct. The movement of the piston is controlled by a crankshaft, connected to the piston through a series of components. In large reciprocating compressors, the reciprocating movement of the piston is transmitted from the crankshaft through a connecting rod, which connects the crankshaft to a cross head. A rotation movement provided to the crankshaft is transformed into an alternating rectilinear movement of the crosshead, which is arranged sliding in a case. In addition, a piston rod rigidly connects the crosshead to the piston, so that the reciprocating movement is transmitted to the piston. The cross head, the piston rod and the piston form an arrangement with alternating movement. Due to the size of this type of reciprocating compressor, the mass of the reciprocating arrangement is extremely large and this causes high inertial loads.

Allo scopo di resistere agli elevati carichi alternati generati dall’inerzia e dalla pressione del gas nel cilindro, l’asta di pistone deve avere una elevata sezione trasversale, che contribuisce alla massa totale e al peso totale della disposizione dotata di movimento alternato. In order to withstand the high alternating loads generated by the inertia and gas pressure in the cylinder, the piston rod must have a high cross section, which contributes to the total mass and total weight of the arrangement with alternating motion.

Il peso del pistone mobile alternativamente e una porzione del peso dell’asta di pistone sono supportati da pattini anulari di scorrimento previsti attorno al pistone e in contatto di strisciamento con la superficie interna del cilindro. The weight of the alternately movable piston and a portion of the weight of the piston rod are supported by annular sliding pads provided around the piston and in sliding contact with the internal surface of the cylinder.

I pattini devono essere dimensionati così da soddisfare determinati requisiti in termini di pressione specifica e vita dei componenti. La dimensione assiale dei pattini, cioè la loro estensione parallelamente alla direzione del movimento del pistone è determinata dalla necessità di mantenere la pressione specifica al di sotto di una determinata soglia. La dimensione assiale dei pattini incrementa la lunghezza assiale totale del pistone. La lunghezza assiale del pistone deve essere sufficiente ad accogliere i pattini e le fasce attorno ad esso. La dimensione assiale del pistone a sua volta aumenta la dimensione complessiva della macchina alternativa, poiché il cilindro deve essere sufficientemente lungo da alloggiare il pistone e fornire un volume sufficientemente ampio tra il pistone e le teste del cilindro. L’aumentata dimensione assiale del pistone incrementa anche il peso di esso. The pads must be sized to meet certain requirements in terms of specific pressure and component life. The axial dimension of the shoes, i.e. their extension parallel to the direction of the piston movement, is determined by the need to maintain the specific pressure below a certain threshold. The axial dimension of the shoes increases the total axial length of the piston. The axial length of the piston must be sufficient to accommodate the shoes and rings around it. The axial size of the piston in turn increases the overall size of the reciprocating machine, as the cylinder must be long enough to accommodate the piston and provide a sufficiently large volume between the piston and the cylinder heads. The increased axial size of the piston also increases its weight.

Al di sopra di determinati valori di pressione specifica è richiesta una lubrificazione dei pattini. Questo aumenta i costi di produzione e di funzionamento della macchina, e influenza negativamente l’affidabilità della macchina. Above certain specific pressure values, lubrication of the pads is required. This increases the production and operating costs of the machine, and negatively affects the reliability of the machine.

La Fig. 1 illustra una forma di realizzazione esemplificativa di una disposizione di pistone e asta di pistone secondo l’arte corrente. La disposizione è indicata con 101 nel suo complesso e comprende un pistone o testa di pistone 103 vincolato ad un’asta di pistone 105. L’asta di pistone 105 comprende una prima estremità di asta 105A collegata al pistone 103 e una seconda estremità di asta 105B, che è collegata a una testa a croce, non mostrata. Fig. 1 illustrates an exemplary embodiment of an arrangement of piston and piston rod according to the current art. The arrangement is indicated by 101 as a whole and comprises a piston or piston head 103 constrained to a piston rod 105. The piston rod 105 comprises a first rod end 105A connected to the piston 103 and a second rod end 105B, which is connected to a cross head, not shown.

Il pistone 103 comprende un foro centrale passante 107, attraverso il quale si sviluppa l’asta 105 del pistone. Il pistone 103 è vincolato all’asta 105 di pistone per mezzo di un dado 109 avvitato su un’estremità filettata dell’asta 105 di pistone, che blocca il pistone 103 fra il dado 109 e uno spallamento 111 formato sull’asta 105 di pistone. The piston 103 includes a central through hole 107, through which the piston rod 105 develops. The piston 103 is constrained to the piston rod 105 by means of a nut 109 screwed onto a threaded end of the piston rod 105, which locks the piston 103 between the nut 109 and a shoulder 111 formed on the piston rod 105. .

Il corpo del pistone 103 è usualmente cavo ed ha una cavità 113, allo scopo di ridurre il suo peso. Il corpo del pistone 103 è usualmente formato da una pluralità di componenti, che sono saldati l’uno all’altro formando un corpo in un unico pezzo. Nella forma di realizzazione illustrata in Fig.1, il corpo 103 del pistone è formato da un primo nucleo interno 115, una parete cilindrica esterna 117 e due organi anulari intermedi 119A, 119B. The piston body 103 is usually hollow and has a cavity 113 in order to reduce its weight. The body of the piston 103 is usually formed by a plurality of components, which are welded to each other forming a body in one piece. In the embodiment illustrated in Fig.1, the piston body 103 is formed by a first inner core 115, an outer cylindrical wall 117 and two intermediate annular members 119A, 119B.

Nella parete cilindrica esterna 117 sono formate sedi anulari 121, nelle quali sono alloggiate rispettive fasce di pistone 123. Le fasce di pistone 123 cooperano con la superfice interna del cilindro, all’interno del quale è disposto scorrevolmente il pistone 103 e forniscono un effetto di tenuta per separare le due camere a volume variabile, in cui il pistone 103 suddivide il volume interno del cilindro. Sulla superfice esterna della parete cilindrica esterna 117 sono previste ulteriori sedi anulari 125 che alloggiano rispettivi pattini 127. Il numero, la dimensione assiale e la posizione dei pattini 127 dipendono dal peso dei componenti dotati di moto alternato del compressore alternativo, e più in particolare del pistone 101 e dell’asta 105 di pistone e da vincoli e considerazioni progettuali. Annular seats 121 are formed in the outer cylindrical wall 117, in which respective piston rings 123 are housed. The piston rings 123 cooperate with the inner surface of the cylinder, inside which the piston 103 is slidably arranged and provide a seal to separate the two variable volume chambers, in which the piston 103 divides the internal volume of the cylinder. On the outer surface of the outer cylindrical wall 117 there are further annular seats 125 which house respective shoes 127. The number, axial dimension and position of the shoes 127 depend on the weight of the components equipped with reciprocating motion of the reciprocating compressor, and more particularly of the piston 101 and piston rod 105 and design constraints and considerations.

La dimensione assiale A del pistone deve pertanto essere sufficiente ad alloggiare il numero richiesto di fasce di pistone 123 e il numero richiesto di pattini 127. The axial dimension A of the piston must therefore be sufficient to accommodate the required number of piston rings 123 and the required number of shoes 127.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION

Secondo alcune forme di realizzazione della presente descrizione viene previsto un compressore alternativo a doppio effetto, comprendente un cilindro, un albero a gomito e una disposizione dotata di movimento alternato azionato in moto alternato dall’albero a gomito. La disposizione dotata di moto alternato comprende a sua volta un pistone avente un corpo di pistone e mobile scorrevolmente nel cilindro, una testa a croce e un’asta di pistone che collega la testa a croce al pistone. Una biella collega la testa a croce all’albero a gomito e trasmette il movimento dell’albero a gomito alla testa a croce. Pattini e/o fasce sono usualmente montati sul corpo del pistone dotato di moto alternato, in scanalature o sedi anulari previste attorno al corpo del pistone. Almeno uno di detto corpo di pistone e detta asta di pistone è realizzato almeno parzialmente in materiale composito. In forme di realizzazione preferite il materiale composito è un materiale polimerico rinforzato in fibre. According to some embodiments of the present description, a double-acting reciprocating compressor is provided, comprising a cylinder, a crankshaft and an arrangement equipped with alternating motion driven in alternating motion by the crankshaft. The arrangement equipped with reciprocating motion comprises in turn a piston having a piston body and movable slidingly in the cylinder, a cross head and a piston rod that connects the cross head to the piston. A connecting rod connects the crosshead to the crankshaft and transmits the movement of the crankshaft to the crosshead. Shoes and / or bands are usually mounted on the piston body equipped with reciprocating motion, in annular grooves or seats provided around the piston body. At least one of said piston body and said piston rod is at least partially made of composite material. In preferred embodiments, the composite material is a fiber-reinforced polymeric material.

Secondo alcune forme di realizzazione il materiale composito è selezionato dal gruppo consistente di: un polimero rinforzato in fibre di carbonio; un polimero rinforzato in fibre di vetro; un polimero rinforzato in fibre aramidiche. Può anche essere utilizzata una combinazione di differenti materiali compositi e/o di differenti fibre di rinforzo nello stesso materiale composito. According to some embodiments, the composite material is selected from the group consisting of: a carbon fiber reinforced polymer; a glass fiber reinforced polymer; a polymer reinforced with aramid fibers. A combination of different composite materials and / or different reinforcing fibers in the same composite material can also be used.

In alcune forme di realizzazione particolarmente vantaggiose, viene previsto un compressore alternativo a doppio effetto, in cui l’asta del pistone comprende almeno una porzione realizzata in materiale composito e una porzione realizzata in metallo e formante un’estremità dell’asta. L’estremità metallica dell’asta può essere quella vincolata alla testa a croce o quella vincolata al corpo del pistone. In alcune forme di realizzazione entrambe l’estremità dell’asta del pistone possono essere realizzate in metallo. In some particularly advantageous embodiments, a double-acting reciprocating compressor is provided, in which the piston rod includes at least a portion made of composite material and a portion made of metal and forming an end of the rod. The metal end of the rod can be the one bound to the cross head or the one bound to the piston body. In some embodiments both ends of the piston rod can be made of metal.

Prevedendo la o le estremità dell’asta realizzate in metallo, dette parti dell’asta di pistone possono essere progettate secondo i criteri di progettazione attuali e possono essere collegate a pistoni e/o a teste a croce esistenti, così che un’asta di pistone realizzata parzialmente in materiale polimerico rinforzato con fibra può essere sostituita ad un’asta di pistone interamente metallica dell’arte corrente in macchine esistenti, senza modificare altri componenti della macchina. By providing the rod end (s) made of metal, said parts of the piston rod can be designed according to current design criteria and can be connected to existing pistons and / or crossheads, so that a piston rod made of partially made of fiber-reinforced polymeric material can be substituted for an all-metal piston rod of the current art in existing machines, without modifying other components of the machine.

La o le estremità metalliche dell’asta e la porzione intermedia dell’asta di pistone realizzata in materiale composito possono essere collegate o unite l’una all’altra in vari modi. In alcune forme di realizzazione il materiale composito e il metallo sono uniti per incollaggio. In altre forme di realizzazione la connessione è realizzata tramite coreticolazione, cioè il materiale composito viene applicato sulla porzione metallica dell’asta di pistone e il polimero viene reticolato successivamente, formando così un legame forte con la parte metallica dell’asta di pistone. The metal end or ends of the rod and the intermediate portion of the piston rod made of composite material can be connected or joined to each other in various ways. In some embodiments, the composite material and the metal are bonded together. In other embodiments, the connection is made by cross-linking, that is, the composite material is applied to the metal portion of the piston rod and the polymer is subsequently cross-linked, thus forming a strong bond with the metal part of the piston rod.

In forme di realizzazione particolarmente vantaggiose l’interfaccia fra metallo e materiale composito è in forma di un cosiddetto giunto a sciarpa (scarf joint), cioè i due materiali sono in contatto mutuo e legati l’uno all’altro lungo superfici inclinate, quali superfici coniche, formanti un piccolo angolo, ad esempio attorno a 0,5° - 10°, con l’asse dell’asta di pistone. In particularly advantageous embodiments, the interface between metal and composite material is in the form of a so-called scarf joint, i.e. the two materials are in mutual contact and bonded to each other along inclined surfaces, such as surfaces conical, forming a small angle, for example around 0.5 ° - 10 °, with the axis of the piston rod.

La porzione dell’asta di pistone realizzata in materiale composito ha preferibilmente una struttura tubulare, ad esempio con un volume interno cavo, o con un volume interno riempito con un’anima realizzata di un materiale differente, preferibilmente meno costoso e meno performante, quale una resina polimerica espansa di riempimento. L’anima può essere un mandrino di avvolgimento usato per la produzione della struttura tubolare esterna tramite avvolgimento di filamenti. The portion of the piston rod made of composite material preferably has a tubular structure, for example with a hollow internal volume, or with an internal volume filled with a core made of a different material, preferably less expensive and less performing, such as a expanded polymeric filling resin. The core can be a winding mandrel used for the production of the external tubular structure by winding filaments.

In alcune forme di realizzazione il corpo del pistone del compressore alternativo può avere una porzione di pelle di testa di materiale composito e/o una porzione di pelle di fondo realizzata in materiale composito. I termini porzione di pelle di testa e porzione di pelle di fondo come usate in questo contesto designano porzioni del corpo di pistone che sono rivolte verso le due opposte camere in cui il pistone mobile alternativamente suddivide il volume interno del cilindro del compressore. Usualmente la porzione di pelle di testa designa il cielo del pistone rivolto verso l’estremità di testa della camera del cilindro e la porzione di pelle di fondo designa l’estremità opposta del corpo del pistone, rivolta verso la camera di estremità dell’albero a gomito. In some embodiments, the piston body of the reciprocating compressor may have a head skin portion of composite material and / or a bottom skin portion made of composite material. The terms head skin portion and bottom skin portion as used herein designate portions of the piston body which face the two opposing chambers into which the movable piston alternately divides the internal volume of the compressor cylinder. Usually the head skin portion designates the piston crown facing the head end of the cylinder chamber and the bottom skin portion designates the opposite end of the piston body, facing the shaft end chamber a elbow.

Secondo alcune forme di realizzazione il corpo del pistone comprende inoltre una porzione di pelle laterale realizzata in materiale composito, che si estende fra la porzione di pelle di testa e la porzione di pelle di fondo e forma almeno una sede anulare per almeno una fascia di pistone o un pattino. In ancora ulteriori forme di realizzazione la porzione di pelle laterale può essere combinata con un inserto metallico laterale formante almeno una parte della superficie laterale del corpo del pistone e attorno a cui sono previste sedi anulari per una o più fasce di pistone e/o uno o più pattini. According to some embodiments, the piston body further comprises a lateral skin portion made of composite material, which extends between the head skin portion and the bottom skin portion and forms at least one annular seat for at least one piston band. or a skate. In still further embodiments, the lateral skin portion can be combined with a lateral metal insert forming at least a part of the lateral surface of the piston body and around which annular seats are provided for one or more piston rings and / or one or more more skates.

Il corpo del pistone può comprendere inoltre un componente interno realizzato in metallo e legato o unito alle parti circostanti realizzate in materiale composito. Il componente metallico interno può essere previsto per la connessione del corpo di pistone con l’asta del pistone. In alcune forme di realizzazione il componente metallico interno del corpo del pistone può a sua volta formare una porzione di estremità di un’asta di pistone formata parzialmente in materiale composito. The piston body can further comprise an internal component made of metal and bonded or joined to the surrounding parts made of composite material. The internal metal component can be provided for the connection of the piston body with the piston rod. In some embodiments, the internal metal component of the piston body can in turn form an end portion of a piston rod partially formed of composite material.

La giunzione fra i vari componenti, parti e sezioni metallici e polimerici del corpo del pistone può essere ottenuta per incollaggio, co-reticolazione o simili. In forme di realizzazione preferite giunti a sciarpa sono previsti almeno in alcune delle interfacce polimero/metallo, per migliorare la distribuzione delle sollecitazioni meccaniche. The junction between the various metal and polymeric components, parts and sections of the piston body can be obtained by gluing, co-crosslinking or the like. In preferred embodiments scarf joints are provided at least in some of the polymer / metal interfaces, to improve the distribution of mechanical stresses.

Caratteristiche forme di realizzazione sono descritte qui di seguito e ulteriormente definite nelle rivendicazioni allegate, che formano parte integrale della presente descrizione. La sopra riportata breve descrizione individua caratteristiche delle varie forme di realizzazione della presente invenzione in modo che la seguente descrizione dettagliata possa essere meglio compresa e affinché i contribuiti alla tecnica possano essere meglio apprezzati. Vi sono, ovviamente, altre caratteristiche dell’invenzione che verranno descritte più avanti e che verranno esposte nelle rivendicazioni allegate. Con riferimento a ciò, prima di illustrare diverse forme di realizzazione dell’invenzione in dettaglio, si deve comprendere che le varie forme di realizzazione dell’invenzione non sono limitate nella loro applicazione ai dettagli costruttivi ed alle disposizioni di componenti descritti nella descrizione seguente o illustrati nei disegni. L’invenzione può essere attuata in altre forme di realizzazione e attuata e posta in pratica in vari modi. Inoltre si deve comprendere che la fraseologia e la terminologia qui impiegate sono soltanto ai fini descrittivi e non devono essere considerate limitative. Characteristic embodiments are described below and further defined in the attached claims, which form an integral part of the present description. The above short description identifies characteristics of the various embodiments of the present invention so that the following detailed description can be better understood and so that the contributions to the art can be better appreciated. There are, of course, other features of the invention which will be described later and which will be set out in the attached claims. With reference to this, before illustrating various embodiments of the invention in detail, it should be understood that the various embodiments of the invention are not limited in their application to the construction details and arrangements of components described in the following description or illustrated in the drawings. The invention can be implemented in other embodiments and implemented and put into practice in various ways. Furthermore, it is to be understood that the phraseology and terminology employed herein are for descriptive purposes only and should not be regarded as limiting.

Gli esperti del ramo pertanto comprenderanno che il concetto su cui si basa la descrizione può essere prontamente utilizzato come base per progettare altre strutture, altri metodi e/o altri sistemi per attuare i vari scopi della presente invenzione. E’ importante, quindi, che le rivendicazioni siano considerate come comprensive di quelle costruzioni equivalenti che non escono dallo spirito e dall’ambito della presente invenzione. Those skilled in the art will therefore understand that the concept upon which the disclosure is based can readily be used as a basis for designing other structures, methods and / or other systems for carrying out the various objects of the present invention. It is therefore important that the claims be considered as including those equivalent constructions that do not depart from the spirit and scope of the present invention.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Una comprensione più completa delle forme di realizzazione illustrate dell’invenzione e dei molti vantaggi conseguiti verrà ottenuta quando la suddetta invenzione verrà meglio compresa con riferimento alla descrizione dettagliata che segue in combinazione con i disegni allegati, in cui: A more complete understanding of the illustrated embodiments of the invention and the many advantages achieved will be obtained when the aforementioned invention will be better understood with reference to the detailed description that follows in combination with the attached drawings, in which:

Fig. 1 illustra una sezione di un complesso di pistone e asta di pistone secondo l’arte corrente; Fig. 1 illustrates a section of a piston and piston rod assembly according to the current art;

Fig. 2 illustra una sezione di un compressore alternativo a doppio effetto; Fig. 3 illustra una vista prospettica di un complesso di pistone e asta di pistone secondo una forma di realizzazione dell’oggetto qui descritto; Fig. 2 shows a section of a double-acting reciprocating compressor; Fig. 3 illustrates a perspective view of a piston and piston rod assembly according to an embodiment of the object described here;

Fig. 4 illustra una forma di realizzazione di una porzione di estremità dell’asta di pistone della Fig.3; Fig. 4 illustrates an embodiment of an end portion of the piston rod of Fig.3;

Fig. 5 illustra una forma di realizzazione di un giunto a sciarpa fra la porzione di estremità e la porzione intermedia di un’asta di pistone secondo la presente descrizione; Fig. 5 illustrates an embodiment of a scarf joint between the end portion and the intermediate portion of a piston rod according to the present description;

Figg. 6 a 9 illustrano sezioni di forme di realizzazione alternative di un pistone secondo la presente descrizione; Figs. 6 to 9 illustrate sections of alternative embodiments of a piston according to the present description;

Fig. 10 illustra una forma di realizzazione di un’asta di pistone secondo la presente descrizione in una vista in sezione longitudinale. Fig. 10 illustrates an embodiment of a piston rod according to the present description in a longitudinal section view.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME DI REALIZZAZIONE DELL’INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE FORMS OF REALIZATION OF THE INVENTION

La descrizione dettagliata che segue di forme di realizzazione esemplificative si riferisce ai disegni allegati. Gli stessi numeri di riferimento in disegni differenti identificano elementi uguali o simili. Inoltre, i disegni non sono necessariamente in scala. Ancora, la descrizione dettagliata che segue non limita l’invenzione. Piuttosto, l’ambito dell’invenzione è definito dalle rivendicazioni accluse. The following detailed description of exemplary embodiments refers to the accompanying drawings. The same reference numerals in different drawings identify the same or similar elements. Also, the drawings are not necessarily to scale. Furthermore, the detailed description that follows does not limit the invention. Rather, the scope of the invention is defined by the attached claims.

Il riferimento in tutta la descrizione a “una forma di realizzazione” o “la forma di realizzazione” o “alcune forme di realizzazione” significa che una particolare caratteristica, struttura o elemento descritto in relazione ad una forma di realizzazione è compresa in almeno una forma di realizzazione dell’oggetto descritto. Pertanto la frase “in una forma di realizzazione” o “nella forma di realizzazione” o “in alcune forme di realizzazione” in vari punti lungo la descrizione non si riferisce necessariamente alla stessa o alle stesse forme di realizzazione. Inoltre le particolari caratteristiche, strutture od elementi possono essere combinati in qualunque modo idoneo in una o più forme di realizzazione. Reference throughout the description to "an embodiment" or "the embodiment" or "some embodiment" means that a particular feature, structure or element described in connection with an embodiment is included in at least one embodiment of realization of the described object. Therefore the phrase "in an embodiment" or "in the embodiment" or "in some embodiment" at various points along the description does not necessarily refer to the same or the same embodiments. Furthermore, the particular features, structures or elements can be combined in any suitable way in one or more embodiments.

Con riferimento alla Fig.2, in una forma di realizzazione un compressore alternativo 1 comprende un cilindro 3 avente una cavità cilindrica interna 5 alloggiante un pistone 7. Il pistone 7 è mobile alternativamente all’interno della cavità 5 secondo la doppia freccia f7. Il compressore può comprendere più di una disposizione cilindro-pistone, eventualmente azionati da un albero a gomito comune. Qui di seguito verrà descritta in dettaglio solo una disposizione cilindro-pistone, essendo inteso le caratteristiche qui di seguito descritte possono essere implementate in un numero qualsiasi di disposizione cilindro-pistone di un compressore alternativo multi cilindro. Il pistone comprende un corpo di pistone. In termini generali il corpo di pistone è il componente principale del pistone, che sopporta le sollecitazioni meccaniche generate durante il processo di compressione del gas. Il corpo di pistone può essere provvisto di fasce di pistone aventi la funzione di separare a tenuta due camere in cui il pistone divide la cavità 5 del cilindro 3. Come verrà descritto in maggiore dettaglio nel seguito, con riferimento ad alcune forme di realizzazione esemplificative, il corpo di pistone può essere provvisto inoltre di uno o più pattini. With reference to Fig.2, in one embodiment a reciprocating compressor 1 comprises a cylinder 3 having an internal cylindrical cavity 5 housing a piston 7. The piston 7 is alternately movable inside the cavity 5 according to the double arrow f7. The compressor may comprise more than one cylinder-piston arrangement, optionally driven by a common crankshaft. Hereinafter, only one cylinder-piston arrangement will be described in detail, it being understood that the features described below can be implemented in any number of cylinder-piston arrangements of a reciprocating multi-cylinder compressor. The piston comprises a piston body. In general terms, the piston body is the main component of the piston, which bears the mechanical stresses generated during the gas compression process. The piston body can be provided with piston bands having the function of sealingly separating two chambers in which the piston divides the cavity 5 of the cylinder 3. As will be described in greater detail below, with reference to some exemplary embodiments, the piston body can also be provided with one or more shoes.

La cavità 5 è chiusa ad entrambe le estremità da rispettivi elementi di chiusura 9 e 11, che sono vincolati ad una canna cilindrica 13. L’elemento di chiusura 11 ha un passaggio attraverso cui si estende un’asta 15 del pistone. Premistoppa 17 forniscono una tenuta attorno all’asta 15 del pistone. Il pistone 7 divide la cavità interna 5 del cilindro 13 in una rispettiva prima camera 19 e una seconda camera 21, designate anche come camera di estremità di testa e camera di estremità di manovella, rispettivamente. The cavity 5 is closed at both ends by respective closing elements 9 and 11, which are bound to a cylindrical barrel 13. The closing element 11 has a passage through which a piston rod 15 extends. Gland 17 provide a seal around the piston rod 15. The piston 7 divides the internal cavity 5 of the cylinder 13 into a respective first chamber 19 and a second chamber 21, also designated as the head end chamber and the crank end chamber, respectively.

Ciascuna delle prima e seconda camera 19 e 21 è collegata attraverso rispettive valvole di aspirazione e valvola di scarico ad un condotto di aspirazione e a un condotto di scarico. In alcune forme di realizzazione le valvole di aspirazione e le valvole di scarico possono essere valvole automatiche, ad esempio cosiddette valvole ad anelli o simili. Ciascuna valvola è disposta in un complesso di valvola comprensivo di anelli o piastre di otturazione, sede e controsede di valvola, come è noto agli esperti del ramo. Disposizione di valvole di aspirazione per la prima e la seconda camera 19 e 21 sono indicate con 23 e 25 rispettivamente. Un complesso di valvole di scarico per la prima camera 19 è indicata in 27, mentre un complesso di valvole di scarico per la seconda camera 21 è indicata in 29. Il numero delle valvole di aspirazione di scarico per ciascuna delle due camere 19 e 21 può essere differente, in funzione della dimensione e del progetto del compressore alternativo. Each of the first and second chambers 19 and 21 is connected through respective intake valves and exhaust valves to an intake duct and an exhaust duct. In some embodiments the intake valves and the exhaust valves can be automatic valves, for example so-called ring valves or the like. Each valve is arranged in a valve assembly including blanking rings or plates, valve seat and counter seat, as is known to those skilled in the art. Arrangement of intake valves for the first and second chambers 19 and 21 are indicated at 23 and 25 respectively. An exhaust valve assembly for the first chamber 19 is indicated at 27, while an exhaust valve assembly for the second chamber 21 is indicated at 29. The number of intake and exhaust valves for each of the two chambers 19 and 21 may be different, depending on the size and design of the reciprocating compressor.

Il movimento alternato del pistone 7 e dell’asta 15 di pistone è comandato da un albero a gomito 31 attraverso una biella 33. La biella 33 è articolata in 35 ad una testa a croce 37 provvista di pattini 39 della testa a croce in contatto di strisciamento con superfice di strisciamento 41. Il movimento di rotazione dell’albero a gomito 31 è convertito in un movimento rettilineo alternato della testa a croce 37 secondo la doppia freccia f37. L’asta 15 del pistone è collegata con una prima estremità 15A alla testa a croce 37 e con una seconda estremità 15B al pistone 7 e trasmette il movimento dalla testa a croce 37 al pistone 7. The reciprocating movement of the piston 7 and of the piston rod 15 is controlled by a crankshaft 31 through a connecting rod 33. The connecting rod 33 is articulated at 35 to a crosshead 37 provided with crosshead shoes 39 in contact with sliding with sliding surface 41. The rotational movement of the crankshaft 31 is converted into an alternating rectilinear movement of the crosshead 37 according to the double arrow f37. The piston rod 15 is connected with a first end 15A to the crosshead 37 and with a second end 15B to the piston 7 and transmits the movement from the crosshead 37 to the piston 7.

Secondo alcune forme di realizzazione l’asta 15 del pistone è almeno parzialmente realizzata in materiale composito. In alcune forme di realizzazione il materiale composito comprende un materiale plastico rinforzato in fibre, comprendente una matrice o strato di materiale polimerico che ingloba fibre di rinforzo. Le fibre di rinforzo possono essere fibre di vetro. In altre forme di realizzazione le fibre di rinforzo possono essere fibre di carbonio. In ancora ulteriori forme di realizzazione le fibre di rinforzo possono essere fibre aramidiche. Può anche essere utilizzata una combinazione di due o più tipi di fibre, ad esempio in funzione dei requisiti e vincoli meccanici strutturali. La lunghezza delle fibre, le dimensioni trasversali e la densità nel materiale polimerico possono essere adattate o selezionate secondo vincoli di progetto o altre considerazioni. According to some embodiments, the piston rod 15 is at least partially made of composite material. In some embodiments the composite material comprises a fiber-reinforced plastic material, comprising a matrix or layer of polymeric material which incorporates reinforcing fibers. The reinforcing fibers can be glass fibers. In other embodiments the reinforcing fibers may be carbon fibers. In still further embodiments the reinforcing fibers can be aramid fibers. A combination of two or more types of fibers can also be used, for example depending on structural mechanical constraints and requirements. Fiber length, cross-sectional dimensions and density in the polymer material can be adapted or selected according to design constraints or other considerations.

Le fibre di rinforzo possono essere distribuite in forma di fibre tagliate, cioè di elementi corti allungati, nel materiale polimerico di base. In alcune forme di realizzazione le fibre possono essere orientate, cioè esse possono avere un orientamento predominante allo scopo di incrementare le proprietà meccaniche dell’asta del pistone in una specifica direzione. The reinforcing fibers can be distributed in the form of chopped fibers, i.e. elongated short elements, in the base polymeric material. In some embodiments the fibers can be oriented, that is, they can have a predominant orientation in order to increase the mechanical properties of the piston rod in a specific direction.

In alcune forme di realizzazione le fibre possono essere in forma di filamenti continui inglobati in un materiale polimerico di base. I filamenti continui possono essere avvolti elicoidalmente attorno ad una asse dell’asta di pistone. In alcune forme di realizzazione le fibre e il materiale polimerico possono essere avvolti elicoidalmente attorno ad un mandrino di formazione. In some embodiments the fibers can be in the form of continuous filaments embedded in a base polymeric material. Continuous filaments can be wound helically around an axis of the piston rod. In some embodiments the fibers and the polymeric material may be helically wound around a forming mandrel.

Il materiale polimerico può essere reticolato e conformato come asta di pistone. La reticolazione può essere assistita, accelerata o promossa utilizzando una idonea sorgente di energia, come è noto agli esperti dell’arte dei materiali polimerici. The polymeric material can be cross-linked and shaped as a piston rod. Crosslinking can be assisted, accelerated or promoted using a suitable source of energy, as is known to experts in the art of polymeric materials.

Per formare la matrice del materiale polimerico possono essere usate varie resine polimeriche. Resini differenti possono essere selezionate in base a vincoli di temperatura. In forme di realizzazione esemplificative non limitative, resine polimeriche idonee possono essere selezionate dal gruppo consistente di: esteri cianati per applicazioni a bassa o alta temperatura; resine epossidiche a bassa temperatura; resine epossidiche a alta temperatura; bi-maleimidi (BMI) con post reticolazione: polimeri organici di polietere e chetoni (PEEK); poliammide. In particolare poliammidi per applicazioni ad alta temperatura e esteri cianati per applicazioni ad alta temperatura possono essere usati fino a 300°C, mentre esteri cianati per applicazioni a bassa temperatura possono essere usati dove la temperatura non supera ad esempio 100°C. I rimanenti polimeri possono essere usati per intervalli di temperature intermedi. Various polymeric resins can be used to form the matrix of the polymeric material. Different resins can be selected based on temperature constraints. In non-limiting exemplary embodiments, suitable polymeric resins can be selected from the group consisting of: cyanate esters for low or high temperature applications; low temperature epoxy resins; high temperature epoxy resins; bi-maleimides (BMI) with post crosslinking: organic polymers of polyether and ketones (PEEK); polyamide. In particular polyamides for high temperature applications and cyanate esters for high temperature applications can be used up to 300 ° C, while cyanate esters for low temperature applications can be used where the temperature does not exceed, for example, 100 ° C. The remaining polymers can be used for intermediate temperature ranges.

In forme di realizzazione particolarmente vantaggiose, allo scopo di fornire un’asta 15 di pistone che è almeno parzialmente realizzata in materiale composito, senza modificare la configurazione complessiva della testa a croce e della connessione fra la testa a croce e l’asta di pistone, detta asta di pistone può essere comprensiva di una prima porzione terminale 15A realizzata in materiale metallico, ad esempio acciaio, quale acciaio al carbonio, e realizzata secondo l’arte corrente. Almeno una parte della porzione rimanente dell’asta di pistone può essere realizzata in materiale composito. Questo consente ad esempio un facile retrofitting di compressori alternativi esistenti, senza la necessità di sostituire la testa a croce. In particularly advantageous embodiments, in order to provide a piston rod 15 which is at least partially made of composite material, without changing the overall configuration of the crosshead and of the connection between the crosshead and the piston rod, said piston rod can be comprised of a first end portion 15A made of metallic material, for example steel, such as carbon steel, and made according to the current art. At least part of the remaining portion of the piston rod can be made of composite material. This allows, for example, an easy retrofitting of existing reciprocating compressors, without the need to replace the cross head.

In alcune ulteriori forme di realizzazione una seconda estremità dell’asta di pistone rivolta verso il pistone e collegata al pistone può essere realizzata in metallo, ad esempio acciaio. Questo consente di mantenere la conformazione corrente della connessione tra asta di pistone e pistone, senza richiedere una riprogettazione di questo componente. La rimanente porzione intermedia dell’asta di pistone, fra le due estremità in metallo, può essere realizzata in materiale composito più leggero, comprendente un materiale di base polimerico e fibre di rinforzo inglobate in esso. In some further embodiments, a second end of the piston rod facing the piston and connected to the piston can be made of metal, for example steel. This allows to maintain the current conformation of the connection between the piston rod and the piston, without requiring a redesign of this component. The remaining intermediate portion of the piston rod, between the two metal ends, can be made of a lighter composite material, comprising a polymeric base material and reinforcing fibers incorporated therein.

Quando l’asta di pistone è realizzata parzialmente in materiale composito e parzialmente in metallo, la lunghezza complessiva della porzione di asta di pistone realizzata in materiale composito può essere selezionata in base alle seguenti considerazioni. Aumentando la lunghezza della porzione di asta di pistone realizzata in materiale composito e riducendo la lunghezza delle porzioni realizzate in metallo si riduce il peso e la massa dell’asta di pistone e quindi degli interi componenti dotati di movimento alternativo del compressore, influenzando in modo positivo il funzionamento della macchina, poiché le sollecitazioni dinamiche sui componenti della macchina e la pressione specifica sostenuta dai pattini vengono ridotte. D’altra parte, i materiali compositi hanno usualmente una rigidezza inferiore rispetto al materiale metallico, ad esempio acciaio. Un’asta di pistone almeno parzialmente realizzata in materiale composito è quindi soggetta a deformazioni assiali maggiori durante il funzionamento, il che aumenta lo spazio morto e riduce l’efficienza del compressore alternativo. La lunghezza della porzione di asta di pistone realizzata in materiale composito rispetto alla lunghezza totale dell’asta di pistone è quindi selezionata in base a un compromesso fra riduzione della massa e del peso da un lato e il mantenimento di una sufficiente rigidezza alla compressione dall’altro. When the piston rod is made partially of composite material and partially of metal, the overall length of the piston rod portion made of composite material can be selected based on the following considerations. Increasing the length of the portion of the piston rod made of composite material and reducing the length of the portions made of metal reduces the weight and mass of the piston rod and therefore of the entire components equipped with reciprocating movement of the compressor, affecting in a positive way the operation of the machine, since the dynamic stresses on the machine components and the specific pressure supported by the shoes are reduced. On the other hand, composite materials usually have a lower stiffness than the metallic material, for example steel. A piston rod at least partially made of composite material is therefore subject to greater axial deformations during operation, which increases the dead space and reduces the efficiency of the reciprocating compressor. The length of the piston rod portion made of composite material with respect to the total length of the piston rod is then selected on the basis of a compromise between reducing mass and weight on the one hand and maintaining sufficient compressive stiffness from the other.

In alcune forme di realizzazione differenti materiali compositi possono essere usati per differenti sezioni o porzioni dell’asta 15 di pistone. Ad esempio un materiale composito avente una resistenza termica superiore può essere usato per la porzione dell’asta 15 di pistone che durante il movimento alternato di essa si muove all’interno del cilindro 3, dove sono presenti temperature più elevate a causa del processo di compressione del gas. Temperature di gas tipicamente comprese far 100°C e 200°C possono essere raggiunte nelle camere 19, 21 del compressore alternativo. Un materiale composito termicamente meno performante e meno costoso può essere usato per la porzione dell’asta di pistone che rimane all’esterno del cilindro. In some embodiments, different composite materials can be used for different sections or portions of the piston rod 15. For example, a composite material having a higher thermal resistance can be used for the portion of the piston rod 15 which, during its reciprocating movement, moves inside the cylinder 3, where higher temperatures are present due to the compression process. of gas. Gas temperatures typically comprised between 100 ° C and 200 ° C can be reached in the chambers 19, 21 of the reciprocating compressor. A less performing and less expensive thermally composite material can be used for the portion of the piston rod that remains outside the cylinder.

La Fig.3 illustra una vista prospettica schematica di un pistone 7 e rispettiva asta 15 di pistone, in cui sia il pistone 7 sia una porzione dell’asta 15 di pistone sono realizzate in materiale composito. La porzione di estremità 15A dell’asta di pistone 15 è realizzata in metallo, ad esempio acciaio. Forme di realizzazione esemplificative della struttura del pistone di materiale composito verranno descritte di seguito. Fig.3 illustrates a schematic perspective view of a piston 7 and respective piston rod 15, in which both the piston 7 and a portion of the piston rod 15 are made of composite material. The end portion 15A of the piston rod 15 is made of metal, for example steel. Exemplary embodiments of the composite piston structure will be described below.

La Fig.4 illustra una sezione schematica, lungo l’asse A-A, dell’estremità dell’asta 15 di pistone in una forma di realizzazione esemplificativa. La porzione di estremità 15A può essere realizzata in acciaio e forma l’organo di connessione fra l’asta 15 di pistone e la testa a croce 37. Fig.4 illustrates a schematic section, along the A-A axis, of the end of the piston rod 15 in an exemplary embodiment. The end portion 15A can be made of steel and forms the connecting member between the piston rod 15 and the crosshead 37.

Almeno la restante parte centrale o intermedia dell’asta di pistone 15 può essere realizzata con una struttura tubolare 15T di materiale composito. L’interno della struttura tubolare 15T può essere cavo. In alcune forme di realizzazione la struttura tubolare 15T può essere formata per avvolgimento di filamenti attorno a un mandrino. Il mandrino può essere rimosso dopo la reticolazione della struttura tubolare 15T. In alcune forme di realizzazione, un idoneo strato di rivestimento può essere previsto sulla superficie del mandrino, per facilitare la sua rimozione dalla struttura tubolare dopo la reticolazione. Il mandrino può essere realizzato in materiale leggero, ad esempio poliuretano espanso o altre resine espanse a celle chiuse o aperte. In vantaggiose forme di realizzazione, il mandrino o anima di avvolgimento può rimanere all’interno della struttura tubolare 15T. At least the remaining central or intermediate part of the piston rod 15 can be made with a tubular structure 15T of composite material. The interior of the 15T tubular structure can be hollow. In some embodiments the tubular structure 15T can be formed by winding filaments around a mandrel. The mandrel can be removed after crosslinking the tubular structure 15T. In some embodiments, a suitable coating layer may be provided on the surface of the mandrel, to facilitate its removal from the tubular structure after crosslinking. The mandrel can be made of light material, for example polyurethane foam or other closed or open cell foam resins. In advantageous embodiments, the mandrel or winding core can remain inside the tubular structure 15T.

Soprattutto quando il mandrino o anima di avvolgimento rimane nella struttura tubolare 15T, il materiale di cui è fatto il mandrino è preferibilmente selezionato così da avere un basso peso specifico, preferibilmente un peso specifico inferiore rispetto al materiale composito. In alcune forme di realizzazione il materiale composito può avere un peso specifico inferiore a 4 kg/dm<3>e preferibilmente inferiore a 3,5 kg/dm<3>. In alcune forme di realizzazione il materiale che forma l’anima o mandrino di avvolgimento può avere un peso specifico inferiore a 3, preferibilmente inferiore a 2 e ancora più preferibilmente inferiore a 1 kg/dm<3>. Especially when the mandrel or winding core remains in the tubular structure 15T, the material of which the mandrel is made is preferably selected so as to have a low specific weight, preferably a lower specific weight than the composite material. In some embodiments the composite material can have a specific weight lower than 4 kg / dm <3> and preferably lower than 3.5 kg / dm <3>. In some embodiments, the material that forms the core or winding mandrel can have a specific weight of less than 3, preferably less than 2 and even more preferably less than 1 kg / dm <3>.

L’avvolgimento di filamenti è nota dallo stato dell’arte e consiste principalmente nell’avvolgere una pluralità di filamenti continui in maniera elicoidale attorno all’asse di un mandrino di avvolgimento, così formando uno o più strati di filamenti continui avvolti in una matrice di materiale polimerico, che viene successivamente reticolata così che si ottiene una struttura finale rigida. Il materiale polimerico può essere alimentato insieme ai filamenti continui. L’avvolgimento può essere eseguito strato per strato, così che si ottiene una struttura tubolare più spessa per sovrapposizione di una pluralità di singoli strati più sottili di filamenti e materiale polimerico di base. Uno strato precedentemente avvolto può essere parzialmente o integralmente reticolato prima di avvolgere lo strato successivo. In altre forme di realizzazione, la reticolazione del materiale polimerico formante la matrice della struttura può essere eseguita al termine dell’avvolgimento di tutti gli strati. The winding of filaments is known from the state of the art and consists mainly in winding a plurality of continuous filaments in a helical manner around the axis of a winding mandrel, thus forming one or more layers of continuous filaments wound in a matrix of polymeric material, which is subsequently cross-linked so that a rigid final structure is obtained. The polymer material can be fed together with the continuous filaments. The winding can be performed layer by layer, so that a thicker tubular structure is obtained by overlapping a plurality of individual thinner layers of filaments and basic polymeric material. A previously wrapped layer can be partially or fully cross-linked before wrapping the next layer. In other embodiments, the crosslinking of the polymeric material forming the matrix of the structure can be performed at the end of the winding of all the layers.

L’avvolgimento può essere effettuato con un angolo di avvolgimento variabile. In alcune forme di realizzazione l’angolo di avvolgimento può essere costante lungo l’intero strato, ma un angolo variabile può essere usato per strati avvolti sequenzialmente. In alcune forme di realizzazione almeno due strati di filamenti e materiale polimerico vengono avvolti con angoli di avvolgimento opposti. The winding can be carried out with a variable winding angle. In some embodiments, the wrapping angle can be constant along the entire layer, but a variable angle can be used for sequentially wrapped layers. In some embodiments at least two layers of filament and polymeric material are wound with opposite winding angles.

La porzione di estremità in metallo 15A può formare parte del mandrino di avvolgimento. In alcune forme di realizzazione, la connessione meccanica fra la struttura tubolare 15T dell’asta di pistone 15 e la porzione di estremità metallica 15A può essere ottenuta tramite reticolazione del materiale polimerico formante la parte composita dell’asta di pistone. Questo tipo di processo è noto come “co-reticolazione”. In alcune forme di realizzazione uno strato di resina polimerica di legame, differente dalla resina polimerica formante lo stato principale di materiale composito rinforzato, può essere aggiunto all’interfaccia tra la superfice della porzione di estremità in metallo 15A e il materiale composito, per migliorare l’adesione tra i due differenti materiali. The metal end portion 15A can form part of the winding mandrel. In some embodiments, the mechanical connection between the tubular structure 15T of the piston rod 15 and the metal end portion 15A can be obtained by crosslinking the polymeric material forming the composite part of the piston rod. This type of process is known as "co-crosslinking". In some embodiments a bonding polymer resin layer, different from the polymer resin forming the main reinforced composite state, may be added to the interface between the surface of the metal end portion 15A and the composite material, to improve the adhesion between the two different materials.

In altre forme di realizzazione colla può essere usata per unire la struttura tubolare 15T dell’asta di pistone alla porzione di estremità 15A di essa. Questo è particolarmente opportuno quando la struttura tubolare 15T è formata separatamente, per mezzo di avvolgimento di filamenti o in qualunque altro modo, e collegata alla porzione terminale di metallo 15A dopo la reticolazione. In other embodiments, glue can be used to join the tubular structure 15T of the piston rod to the end portion 15A thereof. This is particularly suitable when the tubular structure 15T is formed separately, by means of winding of filaments or in any other way, and connected to the metal end portion 15A after crosslinking.

In alcune forme di realizzazione l’unione fra la porzione di estremità in metallo 15A e la struttura tubolare 15T realizzata in materiale composito formante il corpo principale dell’asta di pistone può essere nella forma di un cosiddetto giunto a sciarpa come schematicamente mostrato in Fig. 5. In questa forma di realizzazione esemplificativa entrambi i componenti 15A e 15T dell’asta di pistone 15 sono cavi, ma in alcune forme di realizzazione può essere prevista un’anima interna in materiale più leggero, soprattutto nella struttura tubolare 15T, che può essere generata per avvolgimento di filamenti attorno a tale anima o mandrino, che viene poi lasciato all’interno della struttura tubolare 15T dell’asta 15 di pistone. In some embodiments the union between the metal end portion 15A and the tubular structure 15T made of composite material forming the main body of the piston rod can be in the form of a so-called scarf joint as schematically shown in Fig. 5. In this exemplary embodiment both components 15A and 15T of the piston rod 15 are hollow, but in some embodiments an inner core made of lighter material can be provided, especially in the tubular structure 15T, which can be generated by winding filaments around said core or mandrel, which is then left inside the tubular structure 15T of the piston rod 15.

Come mostrato in Fig.5 la interfaccia fra la struttura tubolare 15T realizzata in materiale composito e la porzione di estremità in metallo 15A è sostanzialmente conica e indicata con 45. La porzione di estremità 15A ha una superfice tronco conica convessa in contatto con una corrispondente superfice tronco conica concava formata alla estremità della struttura tubulare 15T. All’interfaccia 45 può essere previsto uno strato 47 di un opportuno adesivo o collante. L’angolo α delle superfici inclinate formanti l’interfaccia 45 può essere ad esempio superiore a 0° e inferiore a 15°, preferibilmente superiore a 0° e inferiore 10°. Si deve comprendere che questi valori sono dati soltanto in via esemplificativa e non devono considerarsi limitativi per l’ambito della presente descrizione. As shown in Fig.5, the interface between the tubular structure 15T made of composite material and the metal end portion 15A is substantially conical and indicated with 45. The end portion 15A has a convex truncated conical surface in contact with a corresponding surface concave truncated cone formed at the end of the tubular structure 15T. A layer 47 of a suitable adhesive or glue can be provided at the interface 45. The angle α of the inclined surfaces forming the interface 45 can be, for example, greater than 0 ° and less than 15 °, preferably greater than 0 ° and less than 10 °. It must be understood that these values are given only by way of example and should not be considered as limiting to the scope of this description.

Un angolo α piccolo del giunto a sciarpa dà luogo ad una migliore distribuzione delle sollecitazione di compressione e trazione sull’asta di pistone durante il funzionamento del compressore. A small angle α of the scarf joint gives rise to a better distribution of the compressive and traction stress on the piston rod during compressor operation.

Un giunto a sciarpa può essere usato anche nei casi in cui la struttura tubulare 15T e la porzione di estremità 15A sono unite per co-reticolazione, come descritto sopra. A scarf joint can also be used in cases where the tubular structure 15T and the end portion 15A are joined by co-crosslinking, as described above.

Realizzando la porzione prevalente dell’asta 15 di pistone con un materiale composito, eventualmente con una struttura tubolare cava o sostanzialmente cava, riduce il peso e la massa complessivi dell’asta 15 di pistone e contribuisce alla riduzione della pressione specifica sui pattini del pistone. By making the prevailing portion of the piston rod 15 with a composite material, possibly with a hollow or substantially hollow tubular structure, it reduces the overall weight and mass of the piston rod 15 and contributes to the reduction of the specific pressure on the piston shoes.

In alcune forme di realizzazione il pistone può essere configurato secondo l’arte corrente come mostrato in Fig.1, cioè esso può essere realizzato interamente di metallo, ad esempio acciaio. In some embodiments the piston can be configured according to the current art as shown in Fig.1, that is, it can be made entirely of metal, for example steel.

Secondo forme di realizzazione preferite, almeno parte del corpo del pistone 7 è realizzata in materiale composito. In alcune forme di realizzazione un pistone 7 almeno parzialmente realizzato in materiale composito può essere combinato ad un’asta 15 di pistone interamente o parzialmente realizzata in materiale composito come descritto sopra con riferimento alle Figg.3, 4 e 5. According to preferred embodiments, at least part of the piston body 7 is made of composite material. In some embodiments, a piston 7 at least partially made of composite material can be combined with a piston rod 15 entirely or partially made of composite material as described above with reference to Figs. 3, 4 and 5.

Secondo ulteriori forme di realizzazione un pistone 7 almeno parzialmente realizzato in materiale composito può essere vincolato ad un’ asta 15 di pistone secondo l’arte corrente, cioè integralmente in metallo, quale l’asta 105 di pistone della Fig.1. According to further embodiments, a piston 7 at least partially made of composite material can be constrained to a piston rod 15 according to the current art, ie entirely made of metal, such as the piston rod 105 of Fig.1.

La Fig.6 illustra una sezione longitudinale di un pistone 7, il cui corpo è principalmente realizzato in materiale composito, ad esempio plastica rinforzata in fibre, come un polimero rinforzato in fibre di carbonio o un polimero rinforzato in fibre di vetro, o un polimero rinforzato in fibre aramidiche o loro combinazioni. Nella forma di realizzazione della Fig. 6 il pistone 7 è collegato meccanicamente ad un’asta 15 di pistone configurata secondo l’arte anteriore, cioè realizzata integralmente in acciaio o altro materiale metallico idoneo. Fig. 6 illustrates a longitudinal section of a piston 7, the body of which is mainly made of composite material, for example fiber-reinforced plastic, such as a carbon-fiber-reinforced polymer or a glass-fiber-reinforced polymer, or a polymer reinforced with aramid fibers or combinations thereof. In the embodiment of Fig. 6, the piston 7 is mechanically connected to a piston rod 15 configured according to the prior art, that is, made entirely of steel or other suitable metal material.

Il pistone 7 può avere un manicotto centrale 51 realizzato in metallo, quale acciaio o simile. Un corpo principale esterno 53 avente una forma complessivamente cilindrica e realizzato in materiale composito è vincolato al manicotto metallico 51. Un’interfaccia 55 può essere prevista fra il corpo principale 53 e il manicotto 51. La giunzione fra il manicotto 51 e il corpo principale 53 realizzato in materiale composito sull’interfaccia 55 può essere ottenuta per incollaggio o co-reticolazione. The piston 7 can have a central sleeve 51 made of metal, such as steel or the like. An external main body 53 having an overall cylindrical shape and made of composite material is constrained to the metal sleeve 51. An interface 55 can be provided between the main body 53 and the sleeve 51. The junction between the sleeve 51 and the main body 53 made of composite material on the interface 55 can be obtained by gluing or co-crosslinking.

L’estremità 15E dell’asta 15 di pistone può essere filettata e un dado 57 può essere avvitato sull’estremità filettata 15E dell’asta 15 di pistone per vincolare meccanicamente il pistone 7 e l’asta 15 di pistone. Quest’asta può essere provvista di uno spallamento 59 e il manicotto 51 di metallo del pistone può essere bloccato fra lo spallamento 59 dell’asta 15 di pistone il dado 57 avvitato. In alcune forme di realizzazione l’asta di pistone può essere realizzata soltanto in parte in metallo, ad esempio soltanto la porzione terminale di essa vincolata al pistone 7 può essere realizzata in metallo, mentre la rimanente porzione intermedia di essa può essere realizzata in materiale polimerico rinforzato in fibra come sopra descritto, formando una struttura tubolare, come la struttura 15T. The end 15E of the piston rod 15 can be threaded and a nut 57 can be screwed onto the threaded end 15E of the piston rod 15 to mechanically constrain the piston 7 and the piston rod 15. This rod can be provided with a shoulder 59 and the metal sleeve 51 of the piston can be locked between the shoulder 59 of the piston rod 15 and the screwed nut 57. In some embodiments, the piston rod can be made only partially of metal, for example only the terminal portion of it constrained to the piston 7 can be made of metal, while the remaining intermediate portion of it can be made of polymeric material fiber reinforced as described above, forming a tubular structure, such as the 15T structure.

L’interno del corpo principale 53 del pistone 7 può essere cavo o può essere riempito con un’anima interna realizzata in materiale leggero, ad esempio una resina espansa, quale poliuretano espanso o simili. Un materiale interno leggero avente un peso specifico inferiore rispetto al peso specifico del materiale composito è preferito. The interior of the main body 53 of the piston 7 can be hollow or can be filled with an internal core made of light material, for example an expanded resin, such as polyurethane foam or the like. A lightweight inner material having a lower specific gravity than the specific gravity of the composite material is preferred.

Il pistone 7 può essere comprensivo di una porzione di pelle di testa 53T formante una superfice frontale piana o sostanzialmente piana 61 rivolta verso la prima camera 19 del cilindro in cui è alloggiato scorrevolmente il pistone 7. Il corpo principale 53 del pistone 7 può comprendere inoltre una porzione di pelle di fondo 53B formante una superfice sostanzialmente piana rivolta verso la seconda camera 21 del cilindro 3. The piston 7 can be comprised of a portion of head skin 53T forming a flat or substantially flat front surface 61 facing the first chamber 19 of the cylinder in which the piston 7 is slidably housed. The main body 53 of the piston 7 can further comprise a bottom skin portion 53B forming a substantially flat surface facing the second chamber 21 of the cylinder 3.

Fra la porzione di pelle di testa 53T e la porzione di pelle di fondo 53B del corpo principale 53 del pistone 7 può essere prevista una porzione di pelle laterale 53S. Le tre porzioni di pelle 53T, 53B e 53S possono circondare uno spazio cavo o un’anima centrale del corpo principale 53 del pistone 7. A lateral skin portion 53S can be provided between the head skin portion 53T and the bottom skin portion 53B of the main body 53 of the piston 7. The three portions of leather 53T, 53B and 53S can surround a hollow space or a central core of the main body 53 of the piston 7.

Attorno alla parete laterale sostanzialmente cilindrica del pistone 7 possono essere previste sedi anulari alloggianti una o più fasce di pistone e uno o più pattini. In Fig.6 queste sedi anulari sono formate nella porzione di pelle laterale 53S. In altre forme di realizzazione, dette sedi anulari possono essere ottenute per lavorazione nel materiale formante l’anima del corpo del pistone 7 e quest’ultimo può essere provvisto di solo due porzioni di materiale composito cioè la porzione di pelle di testa 53T e la porzione di pelle di fondo 53B. Annular seats housing one or more piston bands and one or more shoes can be provided around the substantially cylindrical side wall of the piston 7. In Fig. 6 these annular seats are formed in the lateral skin portion 53S. In other embodiments, said annular seats can be obtained by machining the material forming the core of the piston body 7 and the latter can be provided with only two portions of composite material, i.e. the head skin portion 53T and the portion of bottom leather 53B.

In Fig.6 il numero di riferimento 65 indica sedi alloggianti corrispondenti fasce 67 di pistone, cioè fasce di tenuta, in contatto di strisciamento con la superfice interna del cilindro in cui il pistone si muove di moto alternato. La posizione, il numero e la dimensione delle fasce di tenuta 67 possono variare secondo i requisiti di progetto. In Fig.6 the reference number 65 indicates seats housing corresponding piston bands 67, ie sealing bands, in sliding contact with the internal surface of the cylinder in which the piston moves with reciprocating motion. The location, number and size of the sealing bands 67 may vary according to design requirements.

In alcune forme di realizzazione, sulla superfice esterna del pistone 7 sono previste anche sedi 69 alloggianti rispettivi pattini 71. In alcune forme di realizzazione possono essere previsti due pattini 71 attorno al corpo del pistone 7. Le fasce 67 di pistone possono essere disposte fra i due pattini 71, come mostrato. Un numero maggiore o minore di pattini può essere previsto, se necessario, in funzione ad esempio del peso dell’asta di pistone e del pistone, che è supportato dai pattini 71. Anche la posizione relativa dei pattini 71 e delle fasce 67 di pistone può essere differente. In alcune forme di realizzazione uno o più pattini possono essere disposti fra le fasce 67 di pistone. In altre forme di realizzazione uno o più pattini possono essere disposti fra fasce di pistone e uno o più pattini possono essere disposti all’esterno delle fasce di pistone, fra queste ultime e l’una o l’altra o entrambe le superfici di estremità opposte formate dalla porzione di pelle di testa 53T e dalla porzione di pelle di fondo 53B. In some embodiments, on the outer surface of the piston 7 there are also seats 69 housing respective shoes 71. In some embodiments two shoes 71 can be provided around the piston body 7. The piston bands 67 can be arranged between the two shoes 71, as shown. A greater or lesser number of shoes can be provided, if necessary, depending for example on the weight of the piston rod and the piston, which is supported by the shoes 71. The relative position of the shoes 71 and of the piston rings 67 can also be provided. be different. In some embodiments, one or more shoes may be disposed between the piston rings 67. In other embodiments, one or more shoes can be arranged between piston rings and one or more shoes can be arranged outside the piston rings, between the latter and one or the other or both opposite end surfaces formed by the head skin portion 53T and the bottom skin portion 53B.

Se è prevista un’anima interna nel corpo 53 principale del pistone 7, la porzione di pelle di testa 53T e la porzione di pelle di fondo 53B nonché la porzione di pelle laterale 53S, se presente, possono essere incollate sull’anima. In altre forme di realizzazione, la connessione fra i componenti formanti il corpo del pistone può essere ottenuta per coreticolazione. In alcune forme di realizzazione, almeno una delle porzioni di pelle suddette può essere formata sull’anima tramite avvolgimento di filamenti. If an internal core is provided in the main body 53 of the piston 7, the head skin portion 53T and the bottom skin portion 53B as well as the side skin portion 53S, if present, can be glued to the core. In other embodiments, the connection between the components forming the piston body can be obtained by crosslinking. In some embodiments, at least one of the aforementioned skin portions can be formed on the core by winding filaments.

La Fig. 7 illustra un’ulteriore forma di realizzazione di un pistone 7 realizzato in materiale composito. Secondo questa forma di realizzazione il pistone 7 comprende una porzione di pelle di testa 75 e una porzione di pelle di fondo 77 che possono essere incollate o unite in qualunque altro modo idoneo ad un’anima interna 79 , ad esempio realizzata in resina espansa, quale poliuretano espanso o simili, preferibilmente avente un peso specifico inferiore rispetto al peso specifico del materiale composito. Fig. 7 illustrates a further embodiment of a piston 7 made of composite material. According to this embodiment, the piston 7 comprises a head skin portion 75 and a bottom skin portion 77 which can be glued or joined in any other suitable way to an internal core 79, for example made of expanded resin, such as expanded polyurethane or the like, preferably having a lower specific weight than the specific weight of the composite material.

Le porzioni di pelle 75 e 77 possono avere uno sviluppo anulare e una sezione trasversale sostanzialmente a C come mostrato in Fig. 7. In alcune forme di realizzazione le ali radialmente più interne delle porzioni di pelle 75 e 77, indicate con 75W e 77W possono essere incollate ad un mozzo metallico quale il mozzo 51 in Fig. 6, o co-reticolate con esso. In altre forme di realizzazione dette ali 75W e 77W possono essere incollate ad un elemento tubolare 80 che può a sua volta essere collegato o vincolato all’asta 15 di pistone o formare parte di essa. In alcune forme di realizzazione, l’elemento tubolare 80 può essere realizzato in metallo. In altre forme di realizzazione l’elemento tubolare 80 può essere realizzato in materiale composito, ad esempio plastica rinforzata in fibre. L’elemento tubolare 80 può essere realizzato come la struttura tubolare 15T sopra descritta. The skin portions 75 and 77 can have an annular development and a substantially C-shaped cross section as shown in Fig. 7. In some embodiments the radially innermost wings of the skin portions 75 and 77, indicated with 75W and 77W can be glued to a metal hub such as hub 51 in Fig. 6, or cross-linked with it. In other embodiments, said wings 75W and 77W can be glued to a tubular element 80 which can in turn be connected or constrained to the piston rod 15 or form part of it. In some embodiments, the tubular element 80 can be made of metal. In other embodiments, the tubular element 80 can be made of composite material, for example fiber-reinforced plastic. The tubular element 80 can be made like the tubular structure 15T described above.

Sedi 81 per rispettive fasce 83 di pistone possono essere formate attorno al pistone 7. In alcune forme di realizzazione, sedi 85 alloggianti pattini 87 sono previste attorno al pistone 7. Seats 81 for respective piston bands 83 can be formed around piston 7. In some embodiments, seats 85 housing shoes 87 are provided around piston 7.

Le sedi 81 e 85 possono essere formate direttamente nel materiale formante l’anima 71. Le fasce 83 di pistone e i pattini 87 possono essere vincolati nelle sedi in contatto diretto con il materiale formante l’anima 79. In altre forme di realizzazione può essere prevista una porzione di pelle 81 esterna in materiale composito, formante un rivestimento o placcatura della superfice cilindrica laterale del pistone 7 e delle sedi 85 e 81. The seats 81 and 85 can be formed directly in the material forming the core 71. The piston bands 83 and the shoes 87 can be constrained in the seats in direct contact with the material forming the core 79. In other embodiments it can be provided an outer skin portion 81 made of composite material, forming a coating or plating of the lateral cylindrical surface of the piston 7 and of the seats 85 and 81.

In alcune ulteriori forme di realizzazione, una pelle di materiale composito può essere prevista soltanto all’interno delle sedi 81 e 85. In some further embodiments, a skin of composite material can be provided only inside the seats 81 and 85.

La Fig. 8 illustra una sezione longitudinale del pistone 7 in un’ulteriore forma di realizzazione. Un organo tubolare 80 è vincolato al corpo principale del pistone e forma parte della, o è vincolato all’asta 15 di pistone. Il pistone 7 può essere comprensivo di un’anima 91 realizzata in resina espansa, quale poliuretano espanso o simile, preferibilmente avente un peso specifico inferiore rispetto al peso specifico del materiale composito. Fig. 8 illustrates a longitudinal section of the piston 7 in a further embodiment. A tubular member 80 is constrained to the main body of the piston and forms part of, or is constrained to, the piston rod 15. The piston 7 can be inclusive of a core 91 made of expanded resin, such as polyurethane foam or the like, preferably having a lower specific weight than the specific weight of the composite material.

L’anima supporta un rivestimento o pelle esterno 93 realizzato in materiale composito. In alcune forme di realizzazione, il materiale composito può essere un polimero rinforzato in fibre, ad esempio un polimero rinforzato in fibre di carbonio, o polimero rinforzato in fibre di vetro, o un polimero rinforzato in fibre aramidiche, o una loro combinazione, come precedentemente menzionato. The core supports an external covering or skin 93 made of composite material. In some embodiments, the composite material may be a fiber reinforced polymer, such as a carbon fiber reinforced polymer, or glass fiber reinforced polymer, or an aramid fiber reinforced polymer, or a combination thereof, as above. mentioned.

In alcune forme di realizzazione, la pelle o strato 93 può essere formato per avvolgimento di filamenti attorno all’organo tubolare 80 e all’anima 91. Il materiale composito può formare una porzione di pelle di testa 93T e una porzione di pelle di fondo 93B. Se lo strato del materiale composito 93 è formato per avvolgimento di filamenti, le superfici della porzione di pelle di testa 93T e della porzione di pelle di fondo 93B possono essere leggermente inclinate, formando superfici coniche a piccola inclinazione. L’inclinazione di queste superfici esterne delle porzioni di pelle 93T, 93B sono ridotte al massimo consentito dalla tecnologia di avvolgimento, per ridurre lo spazio morto nel cilindro del compressore. In some embodiments, the skin or layer 93 can be formed by wrapping filaments around the tubular member 80 and the core 91. The composite material can form a head skin portion 93T and a bottom skin portion 93B . If the composite material layer 93 is formed by filament winding, the surfaces of the head skin portion 93T and the bottom skin portion 93B may be slightly inclined, forming conical surfaces with small inclination. The inclination of these external surfaces of the leather portions 93T, 93B are reduced to the maximum allowed by the winding technology, to reduce the dead space in the compressor cylinder.

La superfice laterale del pistone 7 può essere formata da una porzione di pelle laterale 93S, che può ancora essere formata ad esempio tramite avvolgimento di filamenti così che le tre porzioni di pelle 93S, 93B e 93T sono monolitiche. The lateral surface of the piston 7 can be formed by a lateral skin portion 93S, which can again be formed for example by filament winding so that the three skin portions 93S, 93B and 93T are monolithic.

Nella porzione di pelle laterale esterna 93S possono essere formate sedi 95 per le fasce 96 di pistone e ulteriori sedi 97 per pattini 99. In the outer side skin portion 93S, seats 95 for piston rings 96 and further seats 97 for shoes 99 can be formed.

La Fig. 9 illustra un ‘ulteriore forma di realizzazione di un pistone 7 in materiale composito secondo la presente descrizione. Il corpo del pistone 7 può essere comprensivo di un’anima interna leggera 91 circondata da porzioni di pelle di materiale composito. In alcune forme di realizzazione una porzione di pelle di testa 93T e una porzione di pelle di fondo 93B sono disposte alle estremità del pistone 7 formando le superfici sostanzialmente piane o leggermente coniche di testa e di fondo del pistone 7 generalmente cilindrico. Fig. 9 illustrates a further embodiment of a piston 7 made of composite material according to the present description. The body of the piston 7 can be inclusive of a light internal core 91 surrounded by portions of skin of composite material. In some embodiments, a head skin portion 93T and a bottom skin portion 93B are arranged at the ends of the piston 7 forming the substantially flat or slightly conical head and bottom surfaces of the generally cylindrical piston 7.

Le porzioni di pelle 93T e 93B possono essere preformate separatamente e assemblate sull’anima interna 91. La parete laterale generalmente cilindrica del pistone 7 può essere formata da una porzione di pelle laterale 93S. Nella forma di realizzazione della Fig.9 un inserto metallico 101 è unito o collegato alla porzione di pelle laterale 93S. In alcune forme di realizzazione, l’inserto metallico 101 può essere realizzato in acciaio, ad esempio acciaio al carbonio. L’inserto metallico 101 può avere una forma genericamente cilindrica con sedi 95 anulari per fasce di pistone e sedi anulari 97 per pattini formate nella sua superfice esterna. Nella forma di realizzazione esemplificativa della Fig.9 le sedi 95 per le fasce di pistone sono disposte fra le sedi 97 dei pattini. In altre forme di realizzazione la disposizione e il numero delle sedi anulari può essere differente. Ad esempio le sedi 95 per le fasce del pistone possono essere poste più vicino alle superfici di testa e di fondo del pistone 7, con le sedi per i pattini disposte fra di esse. The portions of skin 93T and 93B can be preformed separately and assembled on the internal core 91. The generally cylindrical side wall of the piston 7 can be formed by a portion of the side skin 93S. In the embodiment of Fig.9 a metal insert 101 is joined or connected to the lateral skin portion 93S. In some embodiments, the metal insert 101 can be made of steel, for example carbon steel. The metal insert 101 can have a generically cylindrical shape with annular seats 95 for piston bands and annular seats 97 for shoes formed in its external surface. In the exemplary embodiment of Fig. 9 the seats 95 for the piston bands are arranged between the seats 97 of the shoes. In other embodiments, the arrangement and number of the annular seats can be different. For example, the seats 95 for the piston rings can be placed closer to the head and bottom surfaces of the piston 7, with the seats for the shoes arranged between them.

L’inserto metallico 101 può essere unito alla porzione laterale 93S della pelle in materiale composito tramite colla. In altre forme di realizzazione l’inserto metallico 101 può essere legato alla porzione di pelle di materiale composito interna tramite coreticolazione. The metal insert 101 can be joined to the lateral portion 93S of the skin in composite material using glue. In other embodiments, the metal insert 101 can be bonded to the skin portion of internal composite material by cross-linking.

L’unione tra il pistone 7 e l’asta 15 di pistone può essere ottenuta per mezzo di un inserto tubolare metallico o bussola 103 vincolato al corpo del pistone 7. La bussola metallica 103 può essere inglobata in un manicotto 105 realizzato in materiale composito, il quale è sua volta disposto coassialmente all’interno del corpo del pistone 7. La bussola 103 in metallo può essere co-reticolata con il manicotto 105 e quindi con il corpo del pistone. In altre forme di realizzazione, la bussola 103 in metallo può essere unita per incollaggio al materiale composito formante il manicotto 105. Una interconnessione meccanica può essere prevista fra la superfice metallica della bussola 103 e la superfice del manicotto 105, come mostrato in Fig. 9. L’interconnessione meccanica è formata tramite sporgenze e depressioni sulla superfice metallica esterna della bussola 103, come schematicamente mostrato in 105M nell’ingrandimento della Fig.9A. Il materiale composito polimerico rinforzato in fibre è in contatto intimo con la superfice esterna irregolare della bussola 103. La reticolazione del materiale polimerico genera un forte legame fra la superfice metallica e il materiale composito polimerico rinforzato in fibre. L’interconnessione meccanica può essere usata anche nelle altre forme di realizzazione sopra descritte, ogni qual volta viene formata una interfaccia metallo/composito. The union between the piston 7 and the piston rod 15 can be obtained by means of a tubular metal insert or bush 103 constrained to the body of the piston 7. The metal bush 103 can be incorporated in a sleeve 105 made of composite material, which in turn is arranged coaxially inside the piston body 7. The metal bushing 103 can be cross-linked with the sleeve 105 and therefore with the piston body. In other embodiments, the metal bush 103 can be bonded to the composite material forming the sleeve 105. A mechanical interconnection can be provided between the metal surface of the bush 103 and the surface of the sleeve 105, as shown in Fig. 9. The mechanical interconnection is formed by projections and depressions on the outer metal surface of the bush 103, as schematically shown in 105M in the enlargement of Fig.9A. The fiber-reinforced polymer composite material is in intimate contact with the irregular outer surface of the bushing 103. Crosslinking of the polymer material generates a strong bond between the metal surface and the fiber-reinforced polymer composite material. The mechanical interconnection can also be used in the other embodiments described above, whenever a metal / composite interface is formed.

L’interconnessione meccanica può essere prevista anche ad una interfaccia tra due porzioni, entrambe realizzate in materiale composito, aventi differenti composizioni o proprietà. The mechanical interconnection can also be provided at an interface between two portions, both made of composite material, having different compositions or properties.

In alcune forme di realizzazione il foro interno della bussola metallica 103 può essere filettato, come mostrato in 103T. L’asta 15 di pistone può essere provvista di una estremità metallica avente una filettatura esterna che si impegna alla filettatura interna 103T della bussola metallica 103. In some embodiments, the inner hole of the metal bushing 103 may be threaded, as shown at 103T. The piston rod 15 can be provided with a metal end having an external thread that engages the internal thread 103T of the metal bushing 103.

La Fig. 10 illustra una vista in sezione di un’ulteriore forma di realizzazione di un’asta 15 di pistone comprensiva di una prima porzione di estremità 15A, di seconda porzione di estremità 15B e di una porzione intermedia 15T. Le porzioni di estremità 15A, 15B possono essere realizzate in metallo, ad esempio acciaio, e sono configurate per connettersi alla testa a croce (non mostrata) e al pistone 7, rispettivamente. Il corpo di pistone può essere integralmente o parzialmente realizzato in metallo, quale acciaio, o interamente o parzialmente materiale composito, ad esempio secondo le forme di realizzazione descritte qui sopra. Il pistone 7 può essere comprensivo di un corpo di pistone 7B provvisto di fasce di pistone 83 e pattini 85 come sopra descritto. Fig. 10 illustrates a sectional view of a further embodiment of a piston rod 15 including a first end portion 15A, a second end portion 15B and an intermediate portion 15T. The end portions 15A, 15B can be made of metal, for example steel, and are configured to connect to the crosshead (not shown) and to the piston 7, respectively. The piston body can be integrally or partially made of metal, such as steel, or entirely or partially composite material, for example according to the embodiments described above. The piston 7 can be comprised of a piston body 7B provided with piston bands 83 and shoes 85 as described above.

La porzione intermedia 15T ha una forma tubolare ed è formata in materiale composito, ad esempio una matrice di resina polimerica rinforzata con fibre di vetro, di carbonio o aramidiche o simili, in forma di filamenti continui e/o fibre tagliate. L’interno della porzione tubolare intermedia 15T dell’asta 15 di pistone può essere cavo o riempito con un’anima o mandrino di avvolgimento, come sopra menzionato. The intermediate portion 15T has a tubular shape and is formed of a composite material, for example a matrix of polymeric resin reinforced with glass, carbon or aramid fibers or the like, in the form of continuous filaments and / or chopped fibers. The interior of the intermediate tubular portion 15T of the piston rod 15 can be hollow or filled with a winding core or mandrel, as mentioned above.

La porzione tubolare intermedia 15T può essere unita alla prima ed alla seconda porzione di estremità 15A, 15B per mezzo di rispettivi giunti a sciarpa usando colla o tramite co-reticolazione, cioè applicando il materiale composito prima della reticolazione attorno a superfici terminali 15AS e 15BS delle porzioni terminali 15A, 15B e in intimo contatto con esse, seguito dalla reticolazione così che la resina polimerica reticolata aderisca alle superfici 15AS e 15BS. The intermediate tubular portion 15T can be joined to the first and second end portions 15A, 15B by means of respective scarf joints using glue or by co-crosslinking, i.e. by applying the composite material before crosslinking around terminal surfaces 15AS and 15BS of the end portions 15A, 15B and in intimate contact therewith, followed by crosslinking so that the crosslinked polymeric resin adheres to the surfaces 15AS and 15BS.

Mentre le forme di realizzazione descritte dell’oggetto qui illustrato sono state mostrate nei disegni e descritte integralmente in quanto sopra con particolari e dettagli in relazione a diverse forme di realizzazione esemplificative, gli esperti nell’arte comprenderanno che molte modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza uscire materialmente dagli insegnamenti innovativi, dai principi e dai concetti sopra esposti, e dai vantaggi dell’oggetto definito nelle rivendicazioni allegate. Pertanto l’ambito effettivo delle innovazioni descritte deve essere determinato soltanto in base alla più ampia interpretazione delle rivendicazioni allegate, così da comprendere tutte le modifiche, i cambiamenti e le omissioni. Inoltre, l’ordine o sequenza di qualunque fase di metodo o processo può essere variata o ridisposta secondo forme di realizzazione alternative. While the disclosed embodiments of the object illustrated herein have been shown in the drawings and fully described above with details and details in relation to several exemplary embodiments, those skilled in the art will understand that many modifications, changes and omissions are possible. without materially departing from the innovative teachings, from the principles and concepts set out above, and from the advantages of the object defined in the attached claims. Therefore the actual scope of the innovations described must be determined only on the basis of the broadest interpretation of the attached claims, so as to include all modifications, changes and omissions. Furthermore, the order or sequence of any method or process step can be varied or rearranged according to alternative embodiments.

Claims

"ALTERNATIVE COMPRESSOR WITH COMPONENTS IN COMPOSITE MATERIAL" CLAIMS 1. A double-acting reciprocating compressor comprising: a cylinder; an arrangement provided with reciprocating motion comprising: a piston having a piston body and slidingly movable in said cylinder; a cross head; and a piston rod connecting the cross head to the piston; a crankshaft to operate said arrangement equipped with reciprocating motion in reciprocating motion, a connecting rod being arranged to connect the crosshead to the crankshaft and transmit the movement of the crankshaft to the crosshead; wherein at least one of said piston body and piston rod is at least partially made of composite material.

The compressor of claim 1, wherein said composite material is a fiber-reinforced polymeric material.

The compressor of claim 1, wherein said composite material is selected from the group consisting of: a carbon fiber reinforced polymer; a glass fiber reinforced polymer; an aramid fiber reinforced polymer; or their combinations.

The compressor of any one of the preceding claims, wherein said piston comprises at least one shoe mounted on said piston body and in sliding contact with an internal surface of said cylinder.

The compressor of any one of the preceding claims, wherein said piston comprises at least one piston band mounted on said piston body and in sliding contact with an internal surface of said cylinder.

The compressor of any one of the preceding claims, wherein the piston rod comprises at least a portion made of composite material and a portion made of metal and forming an end of the rod, constrained to the cross head or body of piston.

The compressor of any one of claims 1 to 5, wherein the piston rod comprises a first end portion made of metal, a second end portion made of metal and a third portion made of composite material, intermediate between said first end portion and said second end portion; and in which the piston rod is connected to the cross head and to the piston body through said first end portion and said second end portion, respectively.

8. The compressor of any one of claim 6 or 7, wherein said portion of the piston rod made of composite material has a tubular structure.

The compressor of claim 8, wherein the tubular structure is formed by winding filaments.

10. The compressor of claim 8 or 9, wherein said tubular structure surrounds a winding mandrel or core.

11. The compressor of claim 10, wherein said winding mandrel or core is made of a material having a lower specific gravity than the specific gravity of the composite material.

The compressor of any one of the preceding claims, wherein said piston body comprises a head skin portion made of composite material and a bottom skin portion made of composite material.

13. The compressor of claim 12, wherein the piston body further comprises a side skin portion made of composite material, which extends between the head skin portion and the bottom skin portion and forms at least one annular seat for at least one piston band or shoe.

14. The compressor of claim 12, wherein the piston body further comprises a side portion made of metal, intermediate between said head skin portion and said bottom skin portion and coaxial to a piston axis, said side portion forming at least one annular seat for a shoe or piston band.

The compressor of claim 14, wherein the side portion is joined to a side skin made of composite material, which extends between the bottom skin portion and the head skin portion of the piston body.

The compressor of any one of claims 12 to 15, wherein said piston body has a hollow internal cavity between the head skin portion and the bottom skin portion.

17. The compressor of any one of claims 12 to 15, in which the piston body comprises a core on which the head skin portion and the bottom skin portion and possibly the lateral skin portion are connected.

18. The compressor of claim 17, in which the core is made of a material having a specific weight lower than the specific weight of the composite material.

19. The compressor of any one of claims 12 to 18, wherein said piston body comprises an internal bush made of metal, connected to the piston rod.

20. The compressor of claim 19, wherein an outer body at least partially made of composite material is constrained to said inner bushing, connecting the inner bushing to the head skin portion and to the bottom skin portion of the piston body.