ITMI20001931A1 - Dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattatada un compressore alternativo. - Google Patents

Dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattatada un compressore alternativo. Download PDF

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Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale:
La presente invenzione ha come oggetto un dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo.
Com'è noto, un compressore alternativo è una macchina operatrice che restituisce un fluido un fluido compressibile (gas o vapore) ad una pressione maggiore a quella a cui lo ha ricevuto.
Il compressore alternativo opera con almeno un cilindro che è posto in comunicazione, in momenti opportuni, con un ambiente di mandata oppure con un ambiente di aspirazione; il fluido è aspirato dall'ambiente di aspirazione e successivamente compresso ed infine scaricato all'esterno.
In questo contesto, la necessità di ridurre la portata dei gas trattata da un compressore alternativo rispetto al suo valore massimo (100% o pieno carico), senza variare il numero di giri, è un esigenza che si verifica abbastanza frequentemente.
In particolare, la variazione di portata di gas nei compressori alternativi può avvenire nei seguenti modi: innanzitutto in modo discontinuo, il che significa con possibilità di stabilizzarsi solo su determinati "gradini" o valori di portata.
In secondo luogo, la variazione di portata di gas può avvenire in modo continuo, cioè con la possibilità di coprire qualsiasi valore a piacere entro il campo di regolazione.
Con particolare riferimento allo stato dell'arte, si osservi che attualmente la regolazione della portata dei compressori alternativi è realizzata mediante i seguenti sistemi.
Il primo sistema noto comporta il ricircolo della portata tramite una valvola di by-pass; tale sistema consiste infatti nel far ricircolare, dalla mandata del compressore all'aspirazione, mediante l'ausilio di una valvola di regolazione, la portata eccedente quella richiesta.
Tale sistema comporta però lo svantaggio che si deve dissipare tutta l'energia spesa per comprimere la portata ricircolata.
Un secondo sistema di tecnica nota prevede la parzializzazione degli effetti, intesi come azione di una o due facce dello stantuffo, mediante impiego di oppurtuni alzavalvole.
Infatti, in tale sistema noto, la regolazione è realizzata disattivando uno o più cilindri del compressore, impedendo meccanicamente alle valvole di aspirazione di richiudersi durante la fase di compressione del cilindro tramite alcuni dispositivi noti come "alzavalvole".
In tal modo il gas in pressione rifluisce dal cilindro alla linea di aspirazione, durante tutta la fase di compressione..
Si ha però una perdita di energia durante la fase di riflusso dei gas attraverso la valvola di aspirazione .
Inoltre, si può regolare a portata solo a gradini (tipicamente con valori del 50%, 75%, 100% della portata) e quindi, nella maggioranza dei casi, deve essere aggiunto anche un by-pass fra aspirazione e mandata se si vuole ottenere una regolazione più accurata della portata.
Un terzo sistema di tecnica nota, è basato sul concetto di ritardo della chiusura delle valvole di aspirazione .
Il sistema consiste nel ritardare, agendo meccanicamente sui suddetti alzavalvole, la chiusura delle valvole d'aspirazione durante la fase di compressione.
In definitiva, durante la fase di compressione, parte del gas presente nel cilindro rifluisce per una parte della corsa dello stantuffo nella linea di aspirazione; il ritardo della chiusura delle valvole di aspirazione consente così una regolazione continua della portata.
Lo svantaggio principale di questo sistema è però la dissipazione di energia dovuta al riflusso dei gas che si verifica attraverso la valvola di aspirazione .
Infine, un quarto sistema noto prevede l'inserimento di spazi nocivi addizionali.
Il sistema è costituito da volumi nocivi addizionali, i quali vengono realizzati nei fondi dei cilindri .
Esso consente una regolazione della portata a "gradini" in caso di inserimento on/off, o continuo nel caso in cui si proceda ad una variazione continua del suo volume.
In quest'ultimo caso, lo spazio nocivo è costituito da un cilindro (in libera comunicazione con il cilindro di compressione), nel quale scorre un pistone, il cui spostamento produce la variazione del volume dello spazio nocivo stesso.
In tal modo, ad ogni posizione del pistone corrisponde un valore dello spazio nocivo e, conseguentemente, un valore di portata.
Data l'assenza di restrizioni fra il cilindro di compressione e il volume addizionale, l'energia spesa per comprimere il gas che rimane in questo volume è interamente restituita nella riespansione senza apprezzabili perdite.
L'attuazione in continuo degli spazi nocivi consente di adeguare la portata all'effettiva richiesta in tutto il campo di regolazione, evitando le perdite di energia legate al ricircolo di parte della portata tramite by-pass, alzavolume o ritorno chiusura valvole.
Attualmente vengono realizzati fondi per cilindri con spazi nocivi variabili con continuità solo con attuazione manuale, agendo su volantini che posizionano, tramite vite di manovra, lo stantuffo che chiude il fondo dei cilindri.
Scopo della presente invenzione è, quindi, quello di realizzare un dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo che ovvi agli inconvenienti sopra menzionati, consentendo di evitare indesiderate dissipazioni energetiche.
Altro scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo che consenta di eliminare i suddetti alzavalvole .
Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo che permetta l'esclusione totale o parziale delle valvole di ricircolo.
Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo, che sia economico, sicuro ed affidabile.
Questi ed altri scopi, secondo l'invenzione, vengono raggiunti da un dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo, dove il suddetto compressore alternativo presenta almeno'un primo pistone di compressione, associato ad un primo cilindro ed atto a creare una pressione variabile nel tempo, ed un secondo pistone, agente all'interno di un secondo cilindro in libera comunicazione con il suddetto primo cilindro di compressione, associato al suddetto primo pistone, e che agisce su uno spazio nocivo addizionale, caratterizzato dal fatto di prevedere un terzo cilindro fluidodinamico che muove il suddetto pistone dello spazio nocivo, dove il suddetto terzo cilindro fluidodinamico è azionato mediante un fluido in pressione, fornito tramite una centralina idraulica indipendente, al fine di ottenere una variazione continua del suddetto spazio nocivo.
Secondo una realizzazione preferenziale della presente invenzione, la centralina idraulica presenta un serbatoio dell'olio, una pompa, azionata da un motore elettrico, un accumulatore, nonché una coppia di elettrovalvole direzionali on-off.
Secondo un'altra realizzazione preferenziale della presente invenzione, ciascuna delle suddette elettrovalvole direzionali è alimentata con un fluido idraulico in pressione proveniente dalla suddetta centralina idraulica.
Inoltre, la centralina idraulica presenta un filtro ed un pressostato, per ciascuna delle suddette elettrovalvole direzionali on-off.
Secondo un'altra realizzazione preferenziale della presente invenzione, le suddette elettrovalvole sono comandate tramite un regolatore, in funzione di un segnale di controreazione prelevato nel compressore alternativo.
Più in particolare, il segnale di controreazione è un segnale indicativo della pressione di mandata o della portata trattata.
Secondo un'ulteriore realizzazione preferenziale della presente invenzione, il suddetto dispositivo prevede un trasmettitore di pressione o di portata, per inviare il segnale da regolare ad un controllore elettronico, il quale in base ad un valore di set point precedentemente impostato invia, a sua volta, un segnale di comando alle suddette eletrovalvole direzionali on-off.
In particolare, a seconda del set point impostato nel controllore, le elettrovalvole fanno affluire olio in pressione da uno dei due lati del cilindro fluidodinamico, svuotando di conseguenza l'altro lato e provocando il movimento del pistone dello spazio nocivo addizionale, il tutto al fine di variare il volume del suddetto spazio nocivo addizionale fino a quando il suddetto trasmettitore non invia al suddetto controllore un segnale coincidente con il set point del suddetto controllore.
Il trasmettitore è connesso, mediante una linea elettrica, al controllore, il quale è connesso, mediante una linea elettrica, con le suddette elettrovalvole direzionali on-off, che a loro volta sono collegate idraulicamente, mediante una coppia di linee idrauliche, con il suddetto cilindro fluidodinamico .
Il dispositivo per la regolazione continua della portata di gas può essere applicabile a tutti i compressori a pistoni di tipo alternativo, sia a macchine monofase che polifase.
Ulteriori caratteristiche dell'invenzione sono definite nelle altre rivendicazioni allegate alla presente domanda.
Le particolari caratteristiche ed i vantaggi del dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo, secondo la presente invenzione, risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente di una sua tipica realizzazione, a titolo esemplificativo ma non limitativo, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:
la figura 1 rappresenta, parzialmente in sezione, un cilindro fluidodinamico, appartenente al dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo, secondo la presente invenzione;
la figura 2 rappresenta uno schema idraulico relativo al dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo, secondo la presente invenzione;
la figura 3 rappresenta uno schema del dispositivo per la regolazione continua della portata di gas dell'invenzione; e
la figura 4 rappresenta un grafico potenza impiegata - portata che illustra i vantaggi conseguibili con il dispositivo dell'invenzione.
Con particolare riferimento alle figure menzionate, il dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo, secondo la presente invenzione, è indicato globalmente con il riferimento numerico 10.
Si vuole qui premettere che la presente invenzione consiste nell'attuazione continua ed in automatico degli spazi nocivi addizionali 11, realizzata, in modo regolato, mediante impiego di un cilindro fluidodinamico 12 che muove il pistone 13 dello spazio nocivo.
In particolare, il cilindro fluidodinamico 12 è azionato da olio in pressione fornito da una centralina idraulica indipendente, indicata globalmente con il riferimento numerico 14, il cui schema idraulico è rappresentato in figura 2.
La centralina idraulica 14 è composta da un serbatoio dell'olio 15, da una pompa 16 azionata da un motore elettrico 17, da un accumulatore 18, e da elettrovalvole direzionali on-off 19 e 20.
La centralina idraulica 14 presenta anche un filtro 21 ed un pressostato 22, per ciascuna delle suddette elettrovalvole direzionali on-off 19 e 20.
Le elettrovalvole 19 e 20 sono comandate tramite un regolatore, in funzione di un segnale di controreazione preso nel compressore che può essere, per esempio, la pressione di mandata o la portata trattata .
Il fondo regolato mediante sistema elettroidraulico dell'invenzione è applicabile a tutti i compressori a pistoni di tipo alternativo, sia a macchine monofase che polifase.
Il numero di fondi regolati da inserire dipende dal numero di cilindri del compressore alternativo, dal grado di regolazione richiesto e dal numero delle fasi .
In figura 3 è visibile uno schema elettromeccanico ed idraulico del dispositivo 10, dal quale è desumibile la linea 33 di aspirazione, la linea 34 di mandata ed il pistone 35 appartenente al compressore alternativo.
Il compressore alternativo, presenta infatti almeno un primo pistone di compressione 35, associato ad un primo cilindro 51 ed atto a creare una pressione variabile nel tempo, ed un secondo pistone 13, agente all'interno di un secondo cilindro 52, in libera comunicazione con il suddetto primo cilindro di compressione 51.
Il pistone 13 agisce sullo spazio nocivo addizionale 11 ed è mosso dal cilindro fluidodinamico 12, a sua volta azionato mediante il fluido in pressione, fornito tramite la centralina idraulica 14 indipendente, il tutto in modo da ottenere una variazione continua dello spazio nocivo 11.
E' presente anche un trasmettitore 30, il quale può essere un trasmettitore di pressione o di portata, connesso mediante una linea elettrica 36 ad un controllore 31.
Il controllore 31 è a sua volta connesso connesso mediante una linea elettrica 37 con le elettrovalvole direzionali on-off 19 e 20, le quali a loro volta sono collegate idraulicamente, mediante linee idrauliche 38 e 39, con il suddetto cilindro fluidodinamico 12.
Al cilindro fluidodinamico 12 è anche connesso, mediante la linea 50, un trasmettitore di posizione 32 del cilindro 12.
In figura 3 è, inoltre, illustrato il funzionamento del dispositivo 10 per la regolazione continua della portata di gas.
Il trasmettitore 30 (che come detto può essere di pressione o di portata) invia il segnale da regolare al controllore elettronico 31, il quale in base ad un valore di set point precedentemente impostato invia, a sua volta, un segnale di comando alle elettrovalvole direzionali 19, 20.
Ciascuna elettrovalvola direzionale 19, 20 è alimentata con olio idraulico in pressione dalla centralina idraulica 14, composta dal serbatoio 15, dalla pompa 16 dotata del relativo motore 17, e dall'accumulatore 18.
A seconda del set point impostato nel controllore 31, le elettrovalvole 19, 20 fanno affluire un fluido in pressione, ad esempio olio, da uno dei due lati del cilindro fluidodinamico 12, svuotando di conseguenza l'altro lato.
Questo fenomeno provoca il movimento del pistone 13 dello spazio nocivo addizionale 11, variando il volume di tale spazio nocivo addizionale 11, fino a che il trasmettitore 30 non invia al controllore 31 un segnale coincidente con il set point di quest'ultimo.
Il trasmettitore di posizione 32 del cilindro fluidodinamico 12 invia, a questo punto, al controllore 31 il segnale di retroazione.
Passando ora all''esame dei risultati ottenuti con la presente invenzione, si osserva che l'introduzione del dispositivo di regolazione 10 consente l'esclusione parziale o totale dell'utilizzo della valvola di ricircolo, con conseguente sensibile risparmio energetico.
In alcuni casi è possibile anche eliminare gli alzavalvole se già presenti.
In figura 4 sono messi a confronto in termini energetici i seguenti sistemi di regolazione della portata .
Il grafico potenza impegnata - portata illustrato in figura 4 riporta la regolazione a gradini con alzavalvole, indicata con la linea tratteggiata 40, la regolazione con ritardo chiusura delle valvole in aspirazione (sistema a riflusso), indicata con la linea tratteggiata 41, e la regolazione degli spazi nocivi della presente invenzione, indicata con la linea continua 42.
Il grafico potenza impegnata - portata evidenzia il vantaggio conseguibile nell'adottare il sistema con volumi nocivi variabili in termini di risparmio d'energia assorbita.
Il grafico della figura 4 è stato tracciato per un compressore di medie dimensioni a due cilindri ed una fase che elabora gas naturale realizzando un rapporto di compressione circa 3.
Il sistema con spazi nocivi variabili comporta un risparmio energetico medio del 12% rispetto alla regolazione a gradini con alzavalvole ed un risparmio medio del 4% rispetto al sistema a riflusso.
Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo, secondo la presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.
Si vogliono qui esporre le seguenti considerazioni ed osservazioni conclusive, in modo tale da definire con maggiore precisione e chiarezza i suddetti vantaggi.
In primo luogo, grazie all'invenzione descritta è possibile controllare con precisione gli spazi nocivi, in funzione delle esigenze che man mano si presentano.
Inoltre, tale regolazione continua della portata di gas consente sensibili risparmi energetici rispetto alla tecnica nota.
In definitiva, si riesce a ridurre la portata dei gas trattata da un compressore alternativo rispetto al suo valore massimo (100% o pieno carico), senza variare il numero di giri, il tutto in modo continuo ed automatico.
E' infine chiaro che numerose altre varianti possono essere apportate al dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo, che è oggetto della presente invenzione, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell'idea inventiva.
Nella pratica attuazione dell'invenzione, i materiali, le dimensioni e le forme utilizzate potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituite con altri tecnicamente equivalenti .
L'ambito della presente invenzione è definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo, dove il suddetto compressore alternativo presenta almeno un primo pistone di compressione (35), associato ad un primo cilindro (51) ed atto a creare una pressione variabile nel tempo, ed un secondo pistone (13), agente all'interno di un secondo cilindro (52) in libera comunicazione con il suddetto primo cilindro di compressione (51), associato al suddetto primo pistone (35), e che agisce su uno spazio nocivo addizionale (11), caratterizzato dal fatto di prevedere un terzo cilindro fluidodinamico (12) che muove il suddetto pistone (13) dello spazio nocivo (11), dove il suddetto terzo cilindro fluidodinamico (12) è azionato mediante un fluido in pressione, fornito tramite una centralina idraulica (14) indipendente, al fine di ottenere una variazione continua del suddetto spazio nocivo (11).
  2. 2. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la suddetta centralina idraulica (14) presenta un serbatoio (15) per il suddetto fluiodo, ed una pompa (16), azionata da un motore elettrico (17).
  3. 3. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la suddetta centralina idraulica (14) presenta, un accumulatore (18), nonché almeno una coppia di elettrovalvole direzionali onoff (19, 20).
  4. 4. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che ciascuna delle suddette elettrovalvole direzionali (19, 20) è alimentata con il suddetto fluido idraulico in pressione, proveniente dalla suddetta centralina idraulica (14).
  5. 5. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alla rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che la suddetta centralina idraulica (14) presenta un filtro (21) ed un pressostato (22), per ciascuna delle suddette elettrovalvole direzionali on-off (19, 20).
  6. 6. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le suddette elettrovalvole (19, 20) sono comandate tramite un regolatore, in funzione di un segnale di controreazione prelevato nel suddetto compressore alternativo.
  7. 7. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il suddetto segnale di controreazione è un segnale indicativo della pressione di mandata o della portata trattata.
  8. 8. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere un trasmettitore (30) di pressione o di portata, per inviare il segnale da regolare ad un controllore elettronico (31) che in base ad un valore di set point precedentemente impostato invia, a sua volta, un segnale di comando alle suddette eletrovalvole direzionali (19, 20).
  9. 9. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, a seconda del set point impostato nel controllore (31), le elettrovalvole (19, 20) fanno affluire il suddetto fluido in pressione da uno dei due lati del suddetto cilindro fluidodinamico (12), svuotando di conseguenza l'altro lato e provocando il movimento del pistone (13) dello spazio nocivo addizionale (11), il tutto al fine di variare il volume del suddetto spazio nocivo addizionale (11) fino a quando il suddetto trasmettitore (30) non invia al suddetto controllore (31) un segnale coincidente con il set point del suddetto controllore (31).
  10. 10. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il suddetto trasmettitore (30) è connesso, mediante una linea elettrica (36), al suddetto controllore (31).
  11. 11. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il suddetto controllore (31) è connesso, mediante una linea elettrica (37), con le suddette elettrovalvole direzionali on-off (19, 20), le quali a loro volta sono collegate idraulicamente, mediante una coppia di linee idrauliche (38, 39), con il suddetto cilindro fluidodinamico (12).
  12. 12. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il suddetto fluido in pressione che aziona il suddetto terzo cilindro fluidodinamico (12) è olio, fornito tramite la suddetta centralina idraulica (14).
  13. 13. Dispositivo (10) per la regolazione continua della portata di gas, come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere applicabile a tutti i compressori a pistoni di tipo alternativo, sia a macchine monofase, sia a macchine polifase.
  14. 14. Dispositivo per la regolazione continua della portata di gas trattata da un compressore alternativo, il tutto sostanzialmente come descritto e rivendicato e per gli scopi specificati.
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