ITMI20000257A1 - Compressore volumetrico rotativo a rotori conici - Google Patents

Description

Descrizione domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo “Compressore volumetrico rotativo a rotori conici“.

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad una macchina rotativa di tipo compressore, usato per comprimere fluidi, in particolare quelli comprimibili, quali aria o altri gas.

Stato della tecnica

E' noto che i compressori rotativi si distinguono rispetto ai compressori alternativi per il fatto che non possiedono al proprio interno parti in moto alternativo ed in tale modo vengono eliminate certe fastidiose forze d'inerzia prodotte dai moti alternativi di tali parti costituenti. Esistono compressori rotativi di tipo volumetrico di forme realizzative diverse che possono essere raggruppati in varie categorie: volumetrici rotativi a palette, ad aspi rotanti, a vite.

Oltre ai compressori rotativi di tipo volumetrico, esistono anche quelli centrifughi di tipo fluidodinamico i quali agiscono sul fluido da trattare per mezzo di palettature rotanti, ma senza creare volumi chiusi di fluido all'interno del compressore stesso. Il fluido così trattato rimane in un volume che è in comunicazione aperta sia con il serbatoio dal lato mandata sia con il serbatoio dal lato aspirazione, formando quindi un flusso continuo e ininterrotto. La prevalenza che si può raggiungere con questo tipo di compressore è in genere limitata.

Per quanto riguarda invece i compressori volumetrici rotativi a palette, essi hanno lo svantaggio di presentare strisciamenti fra le palette stesse, i rotori e la cassa esterna della macchina, con conseguenti fenomeni di usura, surriscaldamento del compressore e bassi rendimenti.

Nel caso dei compressori volumetrici rotativi a rotori cilindrici o a vite, il fluido viene trattato in volumi chiusi che vengono trasportati dalla zona di aspirazione verso la zona di mandata della macchina senza che avvenga una sostanziale riduzione di volume del fluido durante questo spostamento verso la mandata. Si crea cosi un improvviso sbalzo di pressione tra le due zone del compressore poiché il fluido viene semplicemente spostato verso la zona della mandata senza essere ridotto in volume, ma venendo invece a trovarsi improvvisamente messo in comunicazione diretta con una zona a pressione più elevata. Questo fatto provoca urti, rumore e vibrazioni.

Riassunto dell'invenzione

Pertanto la presente invenzione si propone di ovviare agli inconvenienti sopra discussi che presentano i compressori dello stato noto della tecnica.

Uno scopo primario del presente trovato è quello di realizzare un compressore che presenti un’alta efficienza, affidabilità e silenziosità di funzionamento, una riduzione degli attriti tra le parti in movimento.

È anche oggetto della presente invenzione di realizzare un compressore che presenti, un funzionamento continuo e regolare senza che si generino sbalzi improvvisi di pressione e di migliorarne in tale modo il regime di funzionamento riducendone l’emissione sonora e le vibrazioni. E’ un ulteriore scopo della presente invenzione di prevedere un compressore che realizzi una compressione del fluido trattato con un andamento graduale e lineare dei valori della pressione tra la zona di aspirazione e quella di mandata.

Questi scopi sono raggiunti da un compressore volumetrico rotativo che, in accordo con la rivendicazione 1, comprende una scatola contenente due rotori coassiali ai rispettivi assi di rotazione, e disposti in modo da presentare una zona di contatto reciproco sostanzialmente lineare, e comprendenti mezzi motori atti a far ruotare i rotori intorno a detti rispettivi assi, detta scatola essendo munita di una o più aperture di ammissione e scarico del fluido trattato, caratterizzato dal fatto che le rispettive superfici dei due rotori, per almeno una parte della loro estensione assiale, sono sostanzialmente coniche e hanno un angolo di apertura al vertice di ciascun rotore minore di 180° e che detti assi di rotazione dei rotori formano tra loro un angolo maggiore di zero, o sono reciprocamente sghembi, e in cui ognuna delle superfici di detti rotori presentando almeno una scanalatura estendentesi a spirale conica e concentricamente al rispettivo asse di rotazione e in cui le scanalature dei due rotori sono di forma coniugata.

Grazie a questa disposizione, l’operazione di compressione del fluido avviene in modo continuo, il rendimento del compressore aumenta sostanzialmente e si riducono inoltre il rumore e le vibrazioni generati durante il funzionamento.

Breve descrizione delle Figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione, preferite ma non esclusive, di un compressore volumetrico rotativo a rotori conici, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la Fig. 1 rappresenta una vista in sezione di una prima forma di realizzazione del compressore secondo l'invenzione con rotori ad assi complanari;

la Fig. 2 rappresenta una vista in sezione di una seconda forma di realizzazione del compressore secondo l'invenzione con rotori ad assi sghembi;

la Fig. 3 rappresenta una vista schematica in sezione di una terza forma di realizzazione dei rotori secondo l’invenzione con rotori a generatrici dei coni non rettilinee;

la Fig. 4 rappresenta dettagli di altre varianti del compressore secondo l'invenzione con dentature di profili diversi;

la Fig. 5 rappresenta dettagli del compressore secondo l'invenzione con dentature a profili diversi e a passo e spessore variabili.

Descrizione in dettaglio di forme di realizzazione preferite dell'invenzione Con riferimento alle Figure citate, una macchina volumetrica rotativa o compressore, indicato globalmente con il riferimento 1 comprende una scatola o contenitore 2 a forma esterna approssimativamente conica e a tenuta. Nell'interno di questa scatola 2 sono contenuti due rotori conici 3, 4 che hanno i loro rispettivi assi di rotazione X, Y complanari e convergenti. Detti rotori 3, 4 sono montati su rispettivi alberi motori 5, 6 opportunamente supportati, in modo noto, mediante l’ausilio di cuscinetti o bronzine, sulla scatola 2. L'albero 6 viene mosso, in modo noto, da mezzi motori, non illustrati nelle figure, e trascina nel moto di rotazione, l'albero 5 dell'altro rotore conico 3 in modo sincronizzato grazie a ruote dentate 8, 9 ingrananti tra loro.

La messa in rotazione degli alberi 5, 6 dei rotori 3, 4 può anche essere ottenuta con mezzi motori separati e vantaggiosamente sincronizzati con altri mezzi di tipo noto.

Una variante del compressore è mostrata alla Figura 2 dove ciascun rotore è composto da due coni 3, 3', 4, 4’, uniti fra loro in corrispondenza della zona più stretta, che forma così la zona mediana di ciascun rotore, ciascuno di tipo convergente-divergente. La sezione più larga, o base di ciascuna delle due parti coniche è pertanto disposta alle estremità di ciascun rotore, ovvero la sezione dei rotori ha un andamento convergente-divergente lungo il proprio asse. Questa forma di realizzazione permette di equilibrare le spinte assiali che si generano durante la rotazione dei rotori e la conseguente compressione del fluido. Per la forma particolare dei rotori, in questa variante gli assi vengono ad essere sghembi tra loro.

La scatola 2 presenta almeno due aperture o luci, rispettivamente di aspirazione A e di scarico S, disposte la prima in corrispondenza della zona di massimo diametro dei rotori conici 3, 4 e la seconda nella zona di minimo diametro di questi. A queste luci sono collegati dei condotti che convogliano il fluido verso la mandata.

Dette luci di aspirazione A e di scarico S possono essere ricavate sulla scatola 2 sia radialmente, sia assialmente, sia infine in disposizione combinata assiale e radiale, rispetto ai rotori 3, 4, come è visibile dalle figure 1 e 2. Di ciascuna delle luci A e S possono essere realizzate più di una, qualora si rendesse necessario, per esempio in relazione alla quantità di fluido da trattare.

L'angolo rispettivo a e β di apertura del cono primitivo di ciascuno dei rotori viene generalmente assunto maggiore di 0° e minore di 180°, e preferibilmente esso è compreso nell'intervallo tra 10° e 120°.

L'angolo δ formato dagli assi X, Y dei due rotori è pari ad a/2 più β/2. I rotori 3, 4 hanno una superficie esterna che ha la forma di un profilo a vite conica con un numero di principi dei filetti o pani anche maggiore di uno. Le sezioni dei filetti dei rotori 3, 4 sono di forma coniugata per assicurare la tenuta del fluido trattato lungo la direttrice 10 di contatto dei due rotori.

Conformemente all’invenzione la sezione dei filetti della vite, vista in proiezione sul piano passante per l'asse dei rotori stessi, può avere forme diverse come illustrato nella Figura 4a, 4b, 4c; in cui è rappresentato in dettaglio uno dei rotori 4.

In una ulteriore variante, rientrante anch'essa nell'ambito dell'invenzione e illustrata nella Figura 5a, 5b, 5c, il passo e lo spessore dei pani ad elica conica su ciascuno dei rotori può essere variabile. La sezione del filetto avrà così una profondità variabile lungo tutta la direttrice del cono, detta profondità andandosi riducendo in direzione della sezione minore del rotore in corrispondenza di una estremità, per la variante della Figura 1 , e della zona centrale, per la variante della Figura 2.

Un’altra variante di realizzazione dell'invenzione, ma non illustrata nelle figure, prevede che i rotori possono essere realizzati con una disposizione interna di un rotore rispetto all'altro, che presenta una forma cava, similmente a quanto avviene nelle coppie di ingranaggi interni.

In una variante di realizzazione dell’invenzione illustrata a titolo esemplificativo nella Figura 3, i coni possono anche essere realizzati con generatrici non rettilinee, ma di varie forme curve, per esempio circolare, ellittica, parabolica ecc..

Il compressore 1 funziona nel modo seguente. I fluidi vengono aspirati attraverso la o le luci di aspirazione A e i volumi di fluido comprimibile racchiusi all’interno del compressore entro condotti o volumi chiusi 11 definiti dai filetti che, da una parte coi loro vertici sono in contatto a tenuta con la superficie interna della scatola nelle zone 7, e dall’altra sono chiusi lungo la linea di contatto comune 10, coincidente in prima approssimazione con la linea generatrice del cono. Con la rotazione dei rotori si produce una operazione di convogliamento del fluido lungo detti condotti 11 e la massa di fluido si sposta lungo le generatrici delle superfici coniche dei rotori e, durante questo spostamento, il volume si riduce progressivamente, comprimendo gradualmente il fluido. Ne risulta conseguentemente oltre che uno spostamento del fluido trattato, anche una sua compressione con relativo aumento di pressione. Lo stato del fluido rinchiuso in detti volumi viene così modificato in modo progressivo, via via che questo si sposta dalla luce di aspirazione verso quella di scarico S.

Per un buon rendimento del compressore, i rotori 3, 4 devono assicurare un perfetto contatto, a tenuta tra loro, sia lungo la linea di contatto 10 delie reciproche direttrici sia nelle zone 7 di contatto tra i vertici di ciascun filetto e la superficie interna della scatola 2 e ciò viene realizzato con una accurata lavorazione superficiale dei pezzi.

Da questa descrizione del compressore conforme all’invenzione risulta evidente che si realizza una serie di vantaggi desiderati, e in particolare: - il fluido convogliato nella zona della luce di mandata S ha una pressione diversa da quella che regna nella zona della luce di aspirazione A e le due zone non sono in comunicazione; inoltre il fluido subisce una compressione graduale durante il suo spostamento lungo i rotori tra le due zone ed arriva alla luce di scarico S ad una pressione più elevata di quella alla quale viene ammesso nel compressore. Non si generano così sbalzi di pressione improvvisi, che potrebbero produrre urti nella macchina, e il funzionamento rimane più regolare e continuo, senza contraccolpi e vibrazioni. Ciò é tanto più importante nel caso si lavori con fluidi ad alta pressione; - si possono ottenere salti di pressione elevati tanto quanto quelli ottenuti con i noti compressori rotativi a vite ma senza l'improvviso salto di pressione allo scarico, tipico di questi;

- sui rotori conformi all’invenzione, essendo realizzati in un pezzo unico, non si hanno palette mobili radialmente che strisciano tra loro e rispetto alla cassa, con riduzione delle relative perdite per attrito;

- il compressore è composto solo da parti rotanti e conseguentemente non si hanno moti alternativi e le forze d'inerzia tipiche dei compressori alternativi;

- essendo i rotori in pezzo unico, con eliminazione delle parti tipo palette scorrevoli, il compressore acquista una più elevata robustezza ed affidabilità;

- vengono evitati sbalzi di pressione agenti sui rotori, tipici dei compressori volumetrici rotativi con rotori cilindrici a vite di tipo tradizionale;

- le forze generate dal fluido, che si scaricano sui cuscinetti che sorreggono i rotori, generano un carico pressoché costante e privo di variazioni consistenti, il che garantisce una migliore durata del compressore anche quando esso sia sottoposto ad elevate condizioni di carico;

- nella variante a rotori convergenti-divergenti le forze assiali generate dal fluido sui rotori, possono essere equilibrate completamente.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Compressore volumetrico (1) per comprimere fluidi comprendente una scatola (2) contenente due rotori (3, 3’, 4, 4’) coassiali ai rispettivi assi di rotazione (X, Y), e disposti in modo da presentare una zona di contatto reciproco (10) sostanzialmente lineare, e comprendenti mezzi motori atti a far ruotare i rotori (3, 3', 4, 4') intorno a detti rispettivi assi, detta scatola (2) essendo munita di una o più aperture di ammissione (A) e scarico (S) del fluido trattato caratterizzato dal fatto che le rispettive superfici dei due rotori (3, 3', 4, 4’), per almeno una parte della loro estensione assiale, sono sostanzialmente coniche e hanno un angolo di apertura al vertice di ciascun rotore (α, β) minore di 180° e che detti assi di rotazione (X, Y) dei rotori formano tra loro un angolo (6) maggiore di zero, o sono reciprocamente sghembi, e in cui ognuna delle superfici di detti rotori presenta almeno una scanalatura (11) estendentesi a spirale conica e concentricamente al rispettivo asse (X, Y) e in cui le scanalature dei due rotori sono di forma coniugata.
2. 2. Compressore secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti assi di rotazione (X, Y) dei rotori sono complanari.
3. 3. Compressore secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti assi di rotazione (X, Y) dei rotori sono sghembi.
4. 4. Compressore secondo una delle rivendicazioni da 2 a 3 caratterizzato dal fatto che detta scanalatura (11) presenta la forma di filetto di vite conica.
5. 5. Compressore secondo la rivendicazione 4 caratterizzato dal fatto che il profilo del filetto è in sezione curvilineo o trapezoidale o triangolare.
6. 6. Compressore secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che il filetto è a passo variabile lungo la lunghezza del rotore.
7. 7. Compressore secondo una o più delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto che detti rotori sono costituiti da due porzioni (3, 3’, 4, 4’) di forma conica, unite tra loro nella loro zona di vertice e disposte in modo che le sezioni dei rotori si estendono assialmente in modo convergente-divergente.
8. 8. Compressore secondo una delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto che uno dei detti rotori è disposto internamente all’altro.
9. 9. Compressore secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la superficie primitiva dei rotori è prodotta da generatrici di forma curva.
10. 10. Compressore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che l’angolo di apertura al vertice dei rotori è compreso in un intervallo tra 10° e 120 °.
11. 11. Compressore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che dette aperture di ammissione (A) e scarico (S) del fluido possono essere in numero superiore a uno e disposte nella zona laterale e/o nella zona di testa della scatola (2).