ITMI20011757A1 - Mezzi di collegamwnto tra asta e testa a croce in un compressore alternativo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce a mezzi di collegamento tra asta e testa a croce in un compressore alternativo.

I compressori alternativi di tipo più comune sono costituiti da uno o più cilindri entro cui scorrono stantuffi, dotati di moto alterno.

Per quanto riguarda il cinematismo di comando del moto alterno dello stantuffo si citano a titolo di esempio i cinematismi composti da biella e manovella oppure da biella, manovella e testa a croce .

La seconda tipologia di trasferimento del moto alterno proposta si applica alle macchine che non prevedono il collegamento diretto tra il piede di biella e lo stantuffo, ma necessitano dell'interposizione di uno stelo o asta.

L'asta non è tuttavia adatta a sopportare forze trasversali e pertanto è necessario disporre, in corrispondenza dell'articolazione di essa con il piede di biella, una guida rettilinea che obblighi il centro dell'articolazione a muoversi lungo l'asse del cilindro, costituita dalla cosiddetta testa a croce.

La testa a croce si compone di un corpo, provvisto di un perno o spinotto per l'articolazione con la biella, e di pattini, dove l'asse dello spinotto è ortogonale all'asse dell'asta e dei pattini, vale a dire è disposto a croce rispetto ad essi.

I pattini sono in genere realizzati a superficie cilindrica di ghisa oppure in acciaio o lega leggera, formati di blocco con il corpo o riportati su di esso e rivestiti di metallo antifrizione. I pattini sono scorrevoli in guide a superficie cilindrica complementare .

II corpo è in genere prodotto in ghisa, acciaio fuso o fucinato.

Nel seguito per la testa a croce si farà riferimento a titolo di esempio alla configurazione a spinotto e due pattini, adatta per l'accoppiamento ad alberi di trasmissione che possono avere rotazioni nei due versi, scambiando quindi forze trasversali con entrambe le guide.

Attualmente i mezzi di collegamento tra asta dello stantuffo e testa a croce in un compressore alternativo consistono in comuni organi filettati, vale a dire sono costituiti da un dado ed un singolo controdado .

Per un corretto montaggio è inoltre previsto l'impiego di elementi di fissaggio rispetto alla rotazione, del tipo a chiavetta.

Nelle soluzioni di montaggio generalmente impiegate i mezzi di collegamento tra asta e testa a croce, vale a dire dado e controdado, agiscono a battuta su supporti, ad esempio flange, collegate infine alla testa a croce per mezzo di tiranti.

Il serraggio degli organi filettati, in modo da applicare un determinato precarico, che assicuri la tenuta di tali mezzi di collegamento in esercizio, può essere eseguito in modo manuale, ad esempio in compressori alternativi a basse prestazioni, oppure in modo idraulico.

Il serraggio idraulico, nel caso di macchine ad elevate prestazioni che devono garantire la massima affidabilità e sicurezza, consente di raggiungere un precarico maggiore e quindi una migliore tenuta del collegamento tra asta e testa a croce.

Il serraggio idraulico dei mezzi di collegamento tra asta e testa a croce in compressori alternativi è eseguito ad esempio posizionando il martinetto idraulico sull'asta, nel tratto compreso tra dado e controdado, in modo da agire a battuta tra il dado ed il supporto, che a sua volta è fissato alla testa a croce.

Questa soluzione è costruttivamente più complicata dovendo necessariamente prevedere, per il corretto funzionamento del martinetto idraulico, l'impiego di opportuni mezzi di tenuta.

L'inconveniente principale dei mezzi di collegamento tra asta e testa a croce in un compressore alternativo, quali quelli attualmente impiegati, riguarda la limitazione del carico applicabile all'asta durante il funzionamento. In base a quanto esposto tale valore è dipendente dal valore nominale del precarico applicato durante il montaggio e soprattutto dall'entità del rilassamento una volta terminato il serraggio, espressa sotto forma di coefficiente di rilassamento.

Infatti, nelle soluzioni di montaggio attuali, in un compressore alternativo i mezzi di collegamento tra asta e testa a croce, vale a dire dado o controdado, non vengono sollecitati durante la fase di montaggio, bensì solo al momento del rilascio del carico di trazione applicato per collegare l'asta alla testa a croce. Il coefficiente di rilassamento non risulta pertanto ottimizzato con tali soluzioni di montaggio.

Nei compressori alternativi i mezzi di collegamento tra asta e testa a croce costituiscono una caratteristica critica per l'affidabilità e le prestazioni della macchina.

Le sollecitazioni dinamiche indotte dal carico ciclico, caratteristico del funzionamento dei compressori alternativi, possono limitare le prestazioni di tali mezzi di collegamento soprattutto dal punto di vista delia resistenza a fatica, caratteristica del regime di funzionamento del moto alterno.

I mezzi di collegamento tra asta e testa a croce di un compressore alternativo fino ad oggi adottati non rappresentano tuttavia una risposta ottimizzata in termini di prestazioni della macchina.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare mezzi di collegamento tra asta e testa a croce in un compressore alternativo che risolvano gli inconvenienti sopra esposti.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare mezzi di collegamento tra asta e testa a croce in un compressore alternativo che consentano di ottenere prestazioni più elevate in termini di carichi applicabili all'asta a parità di precario nominale e tipologia di filettatura dei dadi.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare mezzi di collegamento tra asta e testa a croce in un compressore alternativo particolarmente semplici e funzionali, con costi contenuti.

Questi scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando mezzi di collegamento tra asta e testa a croce in un compressore alternativo come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche sono previste nelle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi di mezzi di collegamento tra asta e testa a croce in un compressore alternativo secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

la figura 1 è una vista in alzata laterale parzialmente sezionata di una testa a croce di un compressore alternativo su cui è montata un'asta tramite mezzi di collegamento, oggetto della presente invenzione;

la figura 2 è una vista laterale di figura 1, che mostra una testa a croce, recante asta e mezzi di collegamento, oggetto della presente invenzione, parzialmente sezionata su piani differenti;

la figura 3 è una vista dall'alto parzialmente sezionata di figura 1;

la figura 4 mostra un particolare ingrandito dei mezzi di collegamento tra asta e testa a croce in un compressore alternativo, oggetto della presente invenzione .

Con riferimento alle figure, vengono mostrati mezzi di collegamento tra asta 12 e testa a croce 13 in un compressore alternativo, complessivamente indicati con 10, costituiti sostanzialmente da organi filettati, quali due controdadi, da un dispositivo di fissaggio antirotazionale e da elementi di posizionamento assiale.

La testa a croce 13, mostrata nelle figure da 1 a 3 si compone di un corpo 14 e di pattini 15 a superficie cilindrica, scorrevoli in guide complementari 16. Il corpo della testa a croce 14, secondo quanto mostrato in figura 2, ha una forma sostanzialmente anulare cava ed è provvisto di una sede 17 per alloggiare uno spinotto 18, disposto con un suo asse 19 ortogonale rispetto alla direzione di scorrimento X dei pattini 15.

Lo spinotto 18, dotato di fori filettati accecati 20, costituisce il punto di articolazione con la biella, non mostrata nelle figure.

Nel tratto in cui si impegna con la testa a croce 13 l'asta 12 presenta un foro filettato accecato 21, realizzato su una superficie circolare di testa 22, lungo un asse 23 dell'asta, come mostrato nel dettaglio di figura 4.

L'asta 12 presenta una porzione terminale filettata 24, un tratto rastremato 25, una porzione di centraggio a diametro maggiore 26 ed infine, opportunamente raccordata a quest'ultima, una superficie di battuta 27 inclinata di un angolo a rispetto all'asse 23 dell'asta.

Un anello conico 28 fa parte degli elementi di posizionamento assiale dell'insieme costituito da asta e stantuffo rispetto alle parti fisse del cilindro.

L'anello di posizionamento 28 presenta una superficie di imbocco troncoconica 29 complementare alla superficie di battuta inclinata 27 dell'asta.

Una flangia 30 costituisce un ulteriore elemento di posizionamento assiale ed è composta da un manicotto 31 di contenimento di asta e controdadi, che si estende da una piastra di collegamento 32, provvista di quattro fori 33, disposti a coppie su lati opposti.

Nei fori 33 si impegnano altrettanti tiranti 34, che si avvitano sullo spinotto 18, alloggiato nel corpo della testa a croce 14, per vincolare la flangia 30 alla testa a croce 13.

La porzione a manicotto 31 della flangia 30 ha un diametro interno pari al massimo diametro della porzione di centraggio 26 dell'asta 12.

Ad una estremità della flangia 30, sul diametro interno, sono ricavate sedi cilindriche 35, 36 su cui vanno rispettivamente a battuta un primo controdado interno 37 ed un secondo controdado esterno 38.

Il primo controdado interno 37 consiste in un elemento cilindrico di forma allungata, provvisto di una filettatura interna 39 estesa a tutta la sua lunghezza. Esternamente sono presenti tre tratti distinti a diametri crescenti. Ad un primo tratto cilindrico di diametro minore 40 segue una prima filettatura esterna 41 di diametro maggiore ed infine una filettatura esterna sinistrorsa 42 di diametro massimo.

Una superficie anulare laterale 43 del primo controdado 37 è inoltre dotata di uno o più fori 44 che cooperano con l'elemento di fissaggio antirotazionale dell'asta.

Sulla superficie interna del secondo controdado esterno 38 è presente una filettatura 45, la superficie esterna presenta invece ad una estremità un tratto cilindrico 46, sul quale è ricavato un foro 47 per l'intervento dei mezzi di serraggio ed un tratto cilindrico a diametro minore 48.

Il dispositivo di fissaggio antirotazionale consiste in una ghiera di fissaggio 49 dei controdadi 37 e 38, provvista di un foro 50 per l'intervento dei mezzi di serraggio, e sul cui diametro interno è realizzata una filettatura 51 sinistrorsa. La ghiera 49 è dotata di un sottile labbro terminale 52 che, ad asta 12 montata, è posizionato in prossimità di una traccia 53 realizzata sulla flangia 30, come mostrato in un particolare sezionato di figura 3.

Il dispositivo di fissaggio antirotazionale comprende anche un elemento di fissaggio 54 dell'asta che è provvisto di una porzione terminale cilindrica dotata di una filettatura sinistrorsa 55, di un foro 56 per l'intervento dei mezzi di serraggio e di un lembo esterno 57. Tale lembo 57 esterno è realizzato sotto forma di corona circolare, composta da una parete assottigliata o in alternativa può essere realizzato ad esempio sotto forma di linguette disposte anularmente.

Il dispositivo di fissaggio antirotazionale deve assicurare lo stabile collegamento in condizioni di esercizio, impedendo lo svitamento relativo tra gli elementi accoppiati.

I mezzi di collegamento 10 tra asta 12 e testa a croce 13, oggetto della presente invenzione, assicurano anzitutto un collegamento stabile dell'asta 12 alla flangia 30, attraverso l'impiego del doppio controdado 37 e 38. Assicurano quindi un collegamento della flangia 30, solidale con l'asta 12, al corpo della testa a croce 14.

Essendo l'asta vincolata allo stantuffo, già montato all'interno del cilindro, l'anello conico di posizionamento 28 è inserito sull'estremità libera dell'asta 12 fino a giungere a battuta sulla relativa superficie inclinata 27, come si può notare dal particolare ingrandito di figura 4.

L'anello conico 28, che è lavorato in misura esatta durante il primo montaggio, ha la funzione di realizzare il corretto posizionamento assiale rispetto alle parti fisse del cilindro del gruppo costituito da asta e stantuffo.

La flangia 30 è quindi inserita sull'asta 12 fino a giungere a battuta contro l'anello conico 28, cooperando inoltre a realizzare il centraggio sul diametro dell'asta.

Il secondo controdado 38 esterno è avvitato interamente sulla filettatura esterna 41 a diametro minore del primo controdado 37 interno. La filettatura interna 39 di tale primo controdado 37 si impegna successivamente con quella della porzione terminale 24 dell'asta 12.

In questa fase i tratti cilindrici a diametro minore 40 e 48 dei controdadi 37 e 38 si inseriscono almeno parzialmente nelle rispettive sedi cilindriche 35 e 36 della flangia 30. In questa condizione solo il primo controdado interno 37 si trova a battuta contro la flangia 30. Il secondo controdado esterno 38, sarà invece portato a battuta contro la flangia 30, entro la sua sede circolare 36, nelle successive fasi di montaggio.

Per procedere al serraggio dei mezzi di collegamento tra asta 12 e testa a croce 13 il martinetto idraulico si avvita sul tratto libero della filettatura interna 39 del primo controdado 37.

Pompando l'olio fino alla pressione richiesta si ottiene il corretto pretensionamento dell'estremità 24 dell'asta 12 e la deformazione dei filetti 39 del primo controdado 37 in impegno sull'asta.

Mantenendo la pressione dell'olio costante, si termina il serraggio del secondo controdado esterno 38 fino a mandarlo a battuta sulla sede 36 ricavata nella flangia 30.

Al rilascio della pressione per smontare il martinetto idraulico dal controdado 37 si ha un ridotto rilassamento del precarico nominale grazie all'azione di spinta opposta esercitata dal secondo controdado 38.

L'entità del rilassamento del precarico è comunemente espressa sotto forma di coefficiente di rilassamento.

Infine l'applicazione degli elementi costituenti il dispositivo di fissaggio antirotazionale garantisce la massima affidabilità in condizioni di esercizio impedendo l'allentamento dell'accoppiamento tra i controdadi.

La ghiera di fissaggio 49 è avvitata completamente sulla filettatura sinistrorsa esterna 42 del primo controdado 37. Al termine dell'operazione il labbro terminale 52 è ripiegato all'interno dell'apposita traccia 53 eseguita sulla flangia 30, secondo quanto mostrato in figura 3, in modo da impedire la rotazione relativa tra ghiera 49 e controdado 37 e quindi evitare che durante il funzionamento si svitino o si allentino.

La ghiera di fissaggio 49 svolge, quindi, la funzione di impedire il possibile allentamento del secondo controdado 38 e quindi anche del controdado interno 37, ad esso solidale, rendendoli solidali alla flangia 30.

Infine, l'elemento di fissaggio dell'asta 54 impedisce la rotazione relativa tra l'asta 12 ed il gruppo dei controdadi 37 e 38 rispetto alla flangia 30, secondo quanto precedentemente descritto.

L'elemento di fissaggio dell'asta 54 è avvitato sulla filettatura sinistrorsa del foro accecato 21 ricavato sulla superficie circolare di testa 22 dell'asta 12 stessa.

Il lembo esterno 57 di piccolo spessore è quindi ripiegato in almeno un foro 44 presente sulla superficie anulare laterale 43 del primo controdado 37.

Secondo quanto prescritto dalle norme API618, il fissaggio antirotazionale tra asta 12 e flangia 30, e di conseguenza tra asta 12 e corpo testa a croce 14, è realizzato senza l'impiego di dispositivi che si impegnano nel tratto fortemente precaricato dell'asta, quali ad esempio chiavette di centraggio. Essendo l'asta sollecitata a fatica, i dispositivi di fissaggio antirotazionale fino ad ora impiegati ne mettono infatti a rischio l'integrità.

Il collegamento della flangia 30 al corpo della testa a croce 14 avviene mediante operazioni di montaggio note al tecnico del ramo e quindi solo brevemente elencate.

La flangia 30 è unita al corpo della testa a croce 14 attraverso quattro tiranti 34, che si avvitano entro i fori accecati 20 sullo spinotto 18 di articolazione del piede di biella, inserito nella sede 17 ricavata nel corpo testa a croce 14.

Il serraggio dei quattro tiranti 34 è eseguito mediante martinetti idraulici, effettuato in contemporanea per ogni coppia di tiranti contrapposti in croce.

Il collegamento secondo il presente brevetto è utilizzato anche per teste a croce diverse da quella sopra descritta.

In esercizio si ha quindi il concorso di una molteplicità di dispositivi ad assicurare la tenuta dei collegamenti filettati tra asta e flangia. Oltre a disporre elementi di fissaggio antirotazionale, dotati di filettatura sinistrorsa, tali elementi di fissaggio sono inoltre provvisti di lembi sottili, piegati all'interno di fori di elementi contigui.

I mezzi di collegamento tra asta e testa a croce di un compressore alternativo, oggetto della presente invenzione, hanno il vantaggio di minimizzare la diminuzione di precarico dovuta alla elasticità delle parti interessate.

Attraverso l'impiego dei mezzi di collegamento, oggetto della presente invenzione, i comuni valori di rilassamento, pari in genere al 40-50% del precarico nominale, si riducono ad un rilassamento del 20-25% del carico nominale

L'utilizzo dei mezzi di collegamento tra asta e testa a croce di compressori alternativi, oggetto della presente invenzione, consente quindi di ottenere prestazioni più elevate in termini di carichi applicabili all'asta a parità di precario nominale e tipologia di filettatura dei dadi.

Durante la fase di montaggio, il martinetto idraulico agisce vantaggiosamente sulla filettatura interna del controdado interno, i cui filetti sono immediatamente deformati, per l'azione fatta su di loro, e lo rimangono anche dopo il rilascio della pressione di serraggio, per l'azione del secondo controdado.

Inoltre l'elemento di fissaggio antirotazionale dell'asta, che assicura la tenuta del collegamento tra asta e flangia, e di conseguenza tra asta e corpo della testa a croce, come richiesto dalle norme API618 quarta edizione, presenta grandi vantaggi dal punto di vista della resistenza meccanica.

Aver eliminato i comuni dispositivi di fissaggio antirotazionale, ad esempio del tipo a chiavetta, che si impegnano in un tratto fortemente precaricato dell'asta, consente infatti di aumentare vantaggiosamente la resistenza a fatica dell'asta.

I mezzi di collegamento tra asta e testa a croce di un compressore alternativo, oggetto della presente invenzione, così concepiti sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Mezzi di collegamento (10) tra asta (12) e testa a croce (13) in un compressore alternativo comprendenti organi filettati, un dispositivo di fissaggio antirotazionale ed elementi di posizionamento assiale, caratterizzati dal fatto che detti organi filettati consistono in un primo controdado interno (37) ed in un secondo controdado esterno (38) sul cui diametro interno è realizzata una filettatura (45), dove detto primo controdado interno (37) è provvisto di una filettatura interna (39) su cui si avvita una porzione terminale filettata (24) di detta asta (12) e provvisto di due filettature esterne (41, 42) di diametro differente, dove una di dette due filettature esterne (41, 42) per l'accoppiamento con detto dispositivo di fissaggio antirotazionale è sinistrorsa.
2. 2. Mezzi di collegamento (10) tra asta (12) e testa a croce (13) in un compressore alternativo secondo la rivendicazione 1, caratterizzati dal fatto che detto dispositivo di fissaggio antirotazionale consiste in una ghiera di fissaggio (49) di detti controdadi (37, 38), sul cui diametro interno è realizzata una filettatura sinistrorsa (51), ed in un elemento di fissaggio dell'asta (54), provvisto di una porzione terminale cilindrica, dotata di una filettatura sinistrorsa (55) per l'impegno con un foro filettato accecato (21), dove detto foro (21) è realizzato su una superficie circolare di testa (22) di detta asta (12).
3. 3. Mezzi di collegamento (10) tra asta (12) e testa a croce (13) in un compressore alternativo secondo la rivendicazione 2, caratterizzati dal fatto che detta ghiera di fissaggio (49) è dotata di un labbro terminale (52) atto ad essere ripiegato all'interno di una traccia (53) realizzata su uno di detti elementi di posizionamento assiale.
4. 4. Mezzi di collegamento (10) tra asta (12) e testa a croce (13) in un compressore alternativo secondo la rivendicazione 2, caratterizzati dal fatto che detto elemento di fissaggio dell'asta (54) è dotato di un lembo esterno (57) atto ad essere ripiegato in almeno un foro (44), presente su una superficie anulare laterale (43) di detto primo controdado (37).
5. 5. Mezzi di collegamento (10) tra asta (12) e testa a croce (13) in un compressore alternativo secondo la rivendicazione 1, caratterizzati dal fatto che detti elementi di posizionamento assiale comprendono un anello di posizionamento (28) di detta asta (12) rispetto a parti fisse di un cilindro ed una flangia di collegamento (30) con detta testa a croce (13).
6. 6. Mezzi di collegamento (10) tra asta (12) e testa a croce (13) in un compressore alternativo secondo la rivendicazione 5, caratterizzati dal fatto che detta flangia di collegamento (30) è composta da un manicotto di contenimento (31) di detta asta (12) e di detti controdadi (37, 38), nonché da una piastra di collegamento (32) con la testa a croce (13).
7. 7. Mezzi di collegamento (10) tra asta (12) e testa a croce (13) in un compressore alternativo secondo la rivendicazione 5, caratterizzati dal fatto che detto anello di posizionamento (27) presenta una superficie di imbocco troncoconica (29) complementare ad una superficie di battuta (27) di detta asta (12), inclinata di un angolo (a) rispetto ad un asse (23) di detta asta (12).
8. 8. Mezzi di collegamento (10) tra asta (12) e testa a croce (13) in un compressore alternativo secondo la rivendicazione 6, caratterizzati dal fatto che<’ >detto manicotto di contenimento (31) ha un diametro interno pari al massimo diametro di una porzione di centraggio (26) di detta asta (12).
9. 9. Mezzi di collegamento (10) tra asta (12) e testa a croce (13) in un compressore alternativo secondo la rivendicazione 5, caratterizzati dal fatto che detto primo controdado interno (37) e detto secondo controdado esterno (38) presentano ad una loro estremità tratti cilindrici a diametro minore (40, 48) per l'impegno in sedi cilindriche (35, 36), ricavate sul diametro interno di detta flangia (30).