ITMI20001431A1 - Compressore d'aria rotativo a palette scorrevoli migliorato. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DI BREVETTO PER INVENZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un compressore d’aria rotativo a palette, del tipo comprendente un rotore eccentrico nelle cui cave radiali sono scorrevoli le palette tra una posizione ritratta ed una posizione estesa in cui le palette sono a contatto con la superficie cilindrica interna dello statore che contiene il rotore, ed in particolare si riferisce ad una conformazione nuova e diversa delle palette e del rotore del compressore.

Come noto l’efficienza dei compressori d'aria rotativi a palette oggi in commercio, intesa come rapporto tra la potenza complessivamente assorbita dal compressore e la portata erogata alla pressione di esercizio, è influenzata dalla velocità di rotazione, dalle pressioni operative e dalle dimensioni assolute dei particolari meccanici citati del compressore.

Consideriamo per semplicità di trattazione, nel più esteso discorso sulla dinamica delle palette, il solo equilibrio radiale, e, tra le varie forze agenti la sola forza centrifuga e quelle derivanti dalle pressioni presenti all'interno del compressore: in relazione alle dimensioni e pressioni di funzionamento, per una velocità di rotazione bassa, ed inferiore a circa 1000 giri/min, la forza centrifuga cui sono sottoposte le palette non è sufficiente a vincere completamente il differenziale di pressione esistente ai capi opposti delle palette e può generare una instabilità delle palette che a sua volta causa un aumento delle fughe interne, cioè delle perdite d'aria da vano a vano e aumento di potenza assorbita per ricompressione, e a volte della rumorosità del compressore, mentre per una velocità di rotazione superiore a un valore caratteristico di ogni configurazione (dimensionale e di parametri di funzionamento) l'incremento della forza centrifuga cui sono sottoposte le palette provoca un aumento della potenza assorbita a causa delle perdite per attrito tra le palette e la superficie cilindrica interna dello statore.

Lo scopo del presente trovato è quello di provvedere un compressore d'aria rotativo a palette che risulti efficiente in un più vasto intervallo di velocità.

Altro scopo del presente trovato è quello di fornire un compressore d’aria rotativo che elimini o limiti al minino i fenomeni di instabilità che si verificano alle basse velocità di funzionamento, in modo tale da migliorare l'efficienza del compressore specie per le basse velocità di funzionamento dello stesso.

Questi scopi sono conseguiti da un compressore d’aria rotativo a palette comprendente:

- uno statore cilindrico longitudinalmente esteso definente internamente una camera di compressione ed avente una sezione per l'aspirazione del’aria da comprimere ed una sezione per la mandata dell’aria compressa;

un rotore cilindrico longitudinalmente esteso, eccentricamente inserito nello statore cilindrico, e dotato di una serie di cave radiali che si prolungano longitudinalmente al rotore; ed - una serie di palette radiali longitudinalmente estese, in cui ciascuna paletta: è scorrevole radialmente entro una corrispondente cava del rotore tra una posizione radialmente ritratta ed una posizione radialmente estesa; nel corso della rotazione del rotore descritto la paletta mantiene il contatto con la superficie cilindrica interna dello statore lungo una generatrice longitudinale che separa due zone della camera di compressione a pressione differente, la zona di compressione a pressione minore essendo in comunicazione di fluido con il vano compreso tra la base della paletta e la cava in cui scorre la paletta;

caratterizzato dal fatto che la parte apicale di ciascuna paletta, dotata di una parte arrotondata di opportuno raggio provvede una sezione di spessore maggiore rispetto alla parte rimanente e che si proietta nella zona di compressione a pressione maggiore.

Il differenziale di pressione agente alle estremità radiali della paletta in entrambe le zone di compressione sopra definite dalla generatrice di contatto che essa separa nella posizione radialmente estesa può così essere agevolmente controllato dal progetto della geometria della paletta.

La forza centripeta che tale differenziale di pressione genera e che si oppone alla forza centrifuga potendo causare le limitazioni di funzionamento precedentemente descritte può essere reso trascurabile, ed è pertanto possibile eliminare l’eventuale instabilità di un compressore che funziona a bassa velocità: in assenza infatti di un differenziale di pressione alle estremità radiali della paletta, che determinerebbe complessivamente una sollecitazione centripeta sulla paletta, la forza centrifuga che spinge la paletta rotante resta l’unica sollecitazione apprezzabile sulla paletta ed il suo valore, proporzionale alla velocità di rotazione del compressore, è sufficiente anche ad una bassa velocità di rotazione del compressore ad impedire il distacco della paletta dalla superficie interna dello statore.

Visto poi che la forza centrifuga dipende anche dalle dimensioni del compressore (quella maggiore al crescere di queste ultime), con il presente trovato è possibile utilizzare un compressore più compatto ad una bassa velocità di rotazione del compressore senza dar luogo ad instabilità e quindi ad uno scadimento del l'efficienza.

Dal momento che la paletta del presente trovato può controllare il differenziale di pressione esistente alle sue estremità radiali, l'instabilità del compressore potrà essere prevenuta indipendentemente dal valore della pressione di esercizio.

In particolare l'instabilità del compressore potrà essere scongiurata per una elevata pressione di esercizio anche se la velocità di rotazione del compressore risulta bassa.

Grazie alla conformazione delle palette radiali del presente trovato allora vantaggiosamente il campo di velocità ottimale per una data configurazione può essere esteso per velocità di rotazione relativamente bassa e approssimativamente compresa in un intervallo tra 500 giri/min e 2000 giri/min.

Questi ed altri aspetti saranno meglio compresi Dalla descrizione che segue di un modo preferito di realizzare il presente trovato, da leggere a titolo esemplificativo ma non limitativo del più generale concetto rivendicato.

La presente descrizione fa riferimento ai disegni allegati, in -cui:

Fig. 1 è una vista frontale di una sezione trasversale di un compressore d’aria rotativo a palette;

Fig. 2 è una vista frontale ingrandita in dettaglio di una paletta, della zona di rotore e di statore ad essa relativa.

In fig.1 il compressore d’aria secondo il presente trovato comprende un corpo cilindrico esterno longitudinalmente esteso 1 internamente al quale si trova un secondo corpo cilindrico 3 che col primo definisce una camera 5 detta camera dell’olio di lubrificazione in quanto essa risulta normalmente riempita per metà con una adatta quantità di olio di lubrificazione e di raffreddamento del compressore.

Il corpo cilindrico interno 3, detto corpo dello statore, definisce a sua volta una camera di compressione 7 internamente alla quale ruota con velocità angolare ω un rotore 9 posto in posizione eccentrica.

Il rotore 9 è dotato di cave radiali longitudinali 11 ciascuna delle quali guida lo scorrimento radiale di una corrispondente paletta 13 che per effetto della forza centrifuga su di essa agente viene spinta da una posizione ritratta ad una posizione estesa mantenendo il contatto con la superficie cilindrica interna dello statore 3. La camera dell’olio di lubrificazione e la camera dello statore sono chiuse anteriormente e posteriormente da coperchi che supportano in rotazione l'albero del rotore, a sua volta collegato all’albero di un motore di comando.

L’aria da comprimere è introdotta nella camera di compressione 7 attraverso un condotto di entrata 15, mentre l’aria compressa è mandata dalla camera di compressione 7 al successivo stadio di separazione dell’olio attraverso un collettore 17.

Con riferimento ora alle figure 1 e 2, ciascuna paletta, nella sua posizione radialmente estesa, ha una superficie apicale curvata ad arco 21 a contatto con la superficie cilindrica interna dello statore 3 lungo una generatrice di contatto longitudinale 23 che separa una zona di compressione 19m che in riferimento al senso di rotazione del rotore 9 è posta a monte della generatrice di contado 23 da una zona di compressione 19v a valle della generatrice di contatto 23.

Come evidente dalla figura 2 la cava 11 di scorrimento della paletta 13 e la base 25 della paletta 13 circoscrivono un vano 27 che è in comunicazione di fluido con la zona di compressione 19m attraverso un passaggio 29 che può essere ottenuto da un condotto radiale lungo la parete del rotore 9 che delimita il lato radiale della cava 11 di scorrimento della paletta 13 rivolto verso la zona di compressione 19m.

Giacché la pressione interna di una zona di compressione 19 aumenta nelle posizioni angolari successivamente raggiunte seguendo il senso di rotazione del rotore 9, la zona di compressione 19v avrà pressione maggiore della zona di compressione 19m.

La parte apìcale della paletta 13 descrive un naso 30 che si proietta verso l'interno della zona di compressione 19v.

Il naso 30 ha una superficie di contorno radialmente interna 33 sulla quale agisce la pressione interna alla zona di compressione 19v che a sua volta contrasta la pressione agente .sulla porzione delia superficie apicale 21 della paletta 13 posta a valle della generatrice di contatto 23 tra la paletta 13 e la superficie cilindrica interna dello statore 3.

La sommità della parete radiale della cava 11 di scorrimento della paletta 13 adiacente alla zona di compressione 19v presenta infine uno scarico 35 in cui si adatta il naso 30 nella posizione ritratta della paletta 13.

Il compressore può avere una regolazione standard vuoto/carico, una regolazione a due velocità, una regolazione modulata, o infine una regolazione con l'utilizzo di un motore a velocità variabile.

La geometria della paletta, e quindi lo spessore della paletta, il raggio di curvatura dell’apice della paletta e la forma e le dimensioni del naso della paletta, che previene l'instabilità del compressore può essere ottimizzata in funzione di una velocità di funzionamento del compressore.

Nel caso di un compressore con regolazione a due velocità o con regolazione provvista da un motore a velocità variabile per la geometria della paletta dovrà quindi essere fatta una scelta di compromesso.

La paletta del presente trovato si presta allora ad essere utilizzata preferibilmente per un compressore che funziona con una predefinita velocità di rotazione, quale appunto un compressore a regolazione modulata, in cui regolando l’afflusso; la valvola d'entrata deH'aria viene strozzata per ridurre la mandata dell’aria, oppure un compressore a regolazione standard, in cui il compressore gira a vuoto per un predefinito periodo di tempo quando deve affrontare variazioni di richiesta d’aria.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un compressore d’aria rotativo a palette comprendente: - uno statore cilindrico longitudinalmente esteso definente internamente una camera di compressione; un rotore cilindrico longitudinalmente esteso, eccentricamente inserito nello statore cilindrico, e dotato di una serie di cave radiali che si prolungano longitudinalmente al rotore; ed - una serie di palette radiali longitudinalmente estese, in cui ciascuna paletta: è scorrevole radialmente entro una corrispondente cava del rotore tra una posizione radialmente ritratta ed una posizione radialmente estesa; nella posizione radialmente estesa viene a contatto con la superficie cilindrica interna dello statore lungo una generatrice longitudinale di contatto che separa due zone di compressione della camera di compressione a pressione differente, la zona di compressione a pressione minore essendo in comunicazione di fluido con il vano compreso tra la base della paletta e la cava in cui scorre la paletta, caratterizzato dal fatto che la parte apicale di ciascuna paletta provvede un naso della paletta che si proietta nella zona di compressione a pressione maggiore.
2. 2. Un compressore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il naso della paletta ha una superficie di contorno radialmente interna sulla quale agisce la pressione interna alla zona di compressione a pressione maggiore che a sua volta contrasta la pressione agente sulla porzione della superficie apicale della paletta posta nella zona di compressione a pressione maggiore.
3. 3. Un compressore secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la sommità della parete radiale della cava di scorrimento della paletta adiacente alla zona di compressione a pressione maggiore presenta uno scarico in cui è adattabile il naso della paletta nella posizione ritratta della paletta.
4. 4. Un compressore secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di essere del tipo a regolazione modulata o a regolazione standard carico/vuoto.