ITMI20100950A1 - Dispositivo e metodo per la pulizia di olio - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
“DISPOSITIVO E METODO PER LA PULIZIA DI OLIOâ€
La presente invenzione à ̈ relativa ad un dispositivo e ad un metodo per la pulizia di olio. In particolare, la presente invenzione à ̈ relativa ad un dispositivo e ad un metodo per la pulizia di olio lubrificante utilizzabile, per esempio, in un impianto industriale.
Durante l’uso, gli oli lubrificanti sono spesso soggetti, a fenomeni di degradazione generati, ad esempio, in seguito a processi di ossidazione e a stress meccanici. Tali fenomeni di degradazione determinano la formazione di particelle contaminanti insolubili, precursori della formazione di morchia, cere, vernici, etc.
La presenza di particelle contaminanti non garantisce il corretto esercizio delle parti rotanti dell’impianto industriale, con evidenti svantaggi dal punto di vista dell’affidabilità e dell’efficienza dell’impianto. Le particelle contaminanti tendono, infatti, ad aggregarsi e a precipitare sulle superfici polari dell’impianto, come ad esempio le parti metalliche delle servo valvole, i cuscinetti di tenuta, le pompe ed i filtri, causandone malfunzionamenti.
Sono noti dei dispositivi per la pulizia di olio comprendenti una vasca di pulizia provvista di piastre elettriche connesse ad una sorgente di tensione. Tali dispositivi sfruttano l’attrazione elettrostatica per determinare la precipitazione delle particelle contaminanti presenti nell’olio. Le particelle contaminanti, sotto l’effetto del campo elettrico, tendono ad aggregarsi e a precipitare in corrispondenza delle piastre elettriche a causa della loro natura polare. Successivamente, le particelle vengono catturate da elementi depuratori opportunamente posizionati in corrispondenza delle piastre elettriche.
Tuttavia, questa tecnica di pulizia non si à ̈ rivelata particolarmente efficace, soprattutto per la pulizia dei moderni oli utilizzati per la lubrificazione degli impianti industriali.
È pertanto uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un dispositivo per la pulizia di olio privo dei difetti evidenziati dall’arte nota. In particolare, à ̈ uno scopo della presente invenzione quello di fornire un dispositivo per la pulizia di olio che elimini in modo efficace le particelle contaminanti presenti nell’olio.
In accordo con tali scopi la presente invenzione à ̈ relativa ad un dispositivo per la pulizia di olio comprendente:
almeno un primo pulitore elettrostatico comprendente almeno un generatore di tensione ed almeno due piastre metalliche collegate a detto generatore di tensione;
almeno un sensore di radicali liberi configurato per rilevare il contenuto e/o la tipologia di radicali liberi presenti nell’olio.
È inoltre uno scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo per la pulizia di olio che sia semplice ed efficace.
In accordo con tali scopi la presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo per la pulizia di olio comprendente le fasi di:
- pulire l’olio attraverso almeno un primo pulitore elettrostatico comprendente almeno un generatore di tensione ed almeno due piastre metalliche collegate a detto generatore di tensione;
- rilevare il contenuto e/o la tipologia di radicali liberi presenti nell’olio.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:
– la figura 1 à ̈ una vista schematica, con parti asportate per chiarezza, di un dispositivo per la pulizia di olio secondo la presente invenzione in accordo ad una prima forma di realizzazione;
– la figura 2 à ̈ una vista schematica, con parti asportate per chiarezza, di un dispositivo per la pulizia di olio secondo la presente invenzione in accordo ad una seconda forma di realizzazione;
– la figura 3 à ̈ un diagramma di flusso relativo a particolari fasi del metodo per la pulizia di olio secondo la presente invenzione.
In figura 1 Ã ̈ indicato con il numero di riferimento 1 un dispositivo per la pulizia di olio. In particolare, il dispositivo 1 Ã ̈ configurato per la pulizia di olio lubrificante, utilizzabile ad esempio in un impianto industriale.
Il dispositivo di pulizia 1 à ̈ connesso ad un impianto industriale 2, ad esempio un impianto per la produzione di energia elettrica, il quale comprende un serbatoio 3 contenente olio lubrificante ed una pluralità di elementi dell’impianto 4, i quali impiegano l’olio raccolto nel serbatoio come lubrificante. Nelle figure allegate, la pluralità di elementi 4 à ̈ rappresentata schematicamente con una scatola.
L’olio lubrificante contenuto nel serbatoio 3 à ̈ solitamente ad una temperatura che oscilla tra la temperatura ambiente (quando l’impianto 2 à ̈ fermo) e circa 60-80°C (quando l’impianto 2 à ̈ operativo).
Il dispositivo di pulizia 1 comprende una linea di mandata 5, uno scambiatore di calore 7, un sensore di radicali liberi 9, un pulitore elettrostatico 10, una linea di ritorno 11, configurata per alimentare il serbatoio 3 con l’olio proveniente dal pulitore elettrostatico 10, un contatore di particolato 12 ed un dispositivo di controllo 13.
La linea di mandata 5 comprende una pompa 14 e collega il serbatoio 3 allo scambiatore di calore 7. La pompa 14 Ã ̈ comandata dal dispositivo di controllo 13 attraverso un segnale di controllo UQper aspirare una determinata portata di olio dal serbatoio 3. In particolare, la pompa 14 Ã ̈ una pompa del tipo a spostamento positivo.
Lo scambiatore di calore 7 à ̈ uno scambiatore ad aria e comprende un circuito ad aria 16, un circuito ad olio 17 ed un ventilatore 18. Il ventilatore 18 aspira aria dall’esterno e la convoglia nel circuito ad aria 16. In particolare, la velocità del ventilatore à ̈ regolata dal dispositivo di controllo 13, il quale, attraverso il segnale di controllo UVEN, comanda il ventilatore 18 in modo che giri ad una determinata velocità . La velocità dell’aria nello scambiatore influisce sull’efficienza dello scambio. Maggiore à ̈ la velocità del ventilatore 18, maggiore à ̈ l’effetto di raffreddamento dell’olio.
Preferibilmente, l’olio viene raffreddato ad una temperatura che si aggira intorno ai 40-45 °C circa.
Il raffreddamento dell’olio aumenta l’effetto di pulizia del pulitore elettrostatico 10, in quanto favorisce l’agglomerazione delle particelle di contaminanti.
Il sensore di radicali liberi 9 rileva e quantifica la presenza di radicali liberi nell’olio che lo attraversa.
Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, il sensore di radicali liberi 9 à ̈ disposto lungo una linea di by-pass 19, la quale si estende tra un punto a valle dello scambiatore di calore 7 ed un punto a monte della pompa 14.
Attraverso il sensore di radicali liberi 9 à ̈ possibile quantificare la presenza di particelle contaminanti nell’olio, quali morchia, cere, etc. principalmente generate in seguito a processi di ossidazione e a stress meccanici. Le particelle contaminanti, infatti, comprendono molecole provviste di elettroni spaiati e altamente reattivi e generalmente indicate con il termine radicali liberi.
Il sensore di radicali liberi 9 à ̈ preferibilmente uno spettrometro di risonanza dello spin elettronico, il quale rileva la frequenza di risonanza e l’ampiezza del picco di risonanza dello spin elettronico e a partire da essi calcola la composizione e il contenuto di radicali liberi presenti nell’olio. In particolare, il sensore di radicali liberi 9 può rilevare una quantità assoluta di radicali liberi o una quantità relativa (concentrazione di radicali liberi nell’olio).
Sostanzialmente, il sensore di radicali liberi 9 comprende una camera di risonanza in cui l’olio viene convogliato e irradiato con un campo magnetico a frequenza variabile e compresa nell’intervallo delle microonde.
Sotto l’effetto del campo magnetico, gli elettroni spaiati possono subire delle transizioni risonanti tra lo stato con spin-up e lo stato con spin-down. La frequenza del campo magnetico alla quale si verifica questa transizione risonante viene rilevato per determinare la quantità e la tipologia dei radicali liberi sulla base della seguente relazione:
hv=gBH
dove:
- h à ̈ la costante di Planck
- B Ã ̈ il magnetone di Bohr
- V Ã ̈ la frequenza di risonanza
- H Ã ̈ il campo magnetico applicato
- g à ̈ un parametro caratteristico del/i radicale/i libero/i
Sostanzialmente, una volta individuata la frequenza a cui si verifica il picco di risonanza, il sensore determina il valore del parametro g in modo da individuare la tipologia dei radicali liberi TRL.
L’ampiezza del picco di risonanza determina invece la concentrazione di radicali liberi CRLnell’olio.
Il sensore di radicali liberi 9 rileva, inoltre, la concentrazione di liquidi polari CPLpresenti nell’olio, come ad esempio l’acqua.
I dati rilevati dal sensore di radicali liberi 9 (tipologia dei radicali liberi TRL, concentrazione di radicali liberi CRLe concentrazione di liquidi polari CPL) vengono inviati al dispositivo di controllo 13. Inoltre, il sensore di radicali liberi 9 invia al dispositivo di controllo 13 l’ampiezza del picco di risonanza APRrilevata.
Il pulitore elettrostatico 10 comprende un recipiente 20, una pluralità di piastre metalliche 21a ed una pluralità di elementi depuratori 21b.
Le piastre metalliche 21a e gli elementi depuratori 21b sono disposti lungo le pareti interne del recipiente 20. In particolare, le piastre metalliche 21 sono collegate ad un circuito elettrico 22 e gli elementi depuratori 21b sono accoppiati a rispettive piastre metalliche 21a.
Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato le piastre metalliche 21a sono due e sono rispettivamente collegate a due terminali 23 del circuito elettrico 22, ai quali à ̈ applicata una tensione V generata da un generatore di tensione 24.
La tensione V determina una polarizzazione delle piastre metalliche 21a, le quali attraggono particelle contaminanti aventi polarità opposta e le trattengono. Successivamente, le particelle vengono catturate dagli elementi depuratori 21b opportunamente posizionati in corrispondenza delle piastre metalliche 21a.
Le piastre metalliche 21a vengono poi rimosse e ripulite dalle particelle contaminanti per poi essere utilizzate nuovamente, mentre gli elementi depuratori 21b vengono sostituiti.
Il valore della tensione V Ã ̈ regolato dal dispositivo di controllo 13, il quale comanda il generatore di tensione 24 attraverso il segnale di controllo UV.
In particolare, il dispositivo di controllo 13 à ̈ configurato in modo da determinare un aumento della tensione V quando à ̈ necessario aumentare l’effetto pulente del pulitore elettrostatico.
Il circuito elettrico 22 à ̈ provvisto di un misuratore di tensione 25 e di un misuratore di corrente 26, i quali sono configurati per inviare i rispettivi rilevamenti V e I al dispositivo di controllo 13 al fine di ottimizzare la pulizia dell’olio e ridurre i fenomeni di scintillamento.
Secondo una variante non illustrata, il circuito elettrico 22 comprende un trasformatore e la misura di corrente à ̈ derivata da una misura di tensione effettuata nel trasformatore.
Il contatore di particolato 12 à ̈ preferibilmente disposto lungo la linea di mandata 5 a valle della pompa 14 ed à ̈ configurato per rilevare la quantità di particolato presente nell’olio. In particolare, il contatore di particolato 12 à ̈ configurato per fornire misure in accordo alle diverse normative, quali ad esempio ISO, NAS oppure AS. Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, il contatore di articolato 12 à ̈ configurato per fornire le misure secondo la normativa ISO 4406-1999, la quale prevede che vengano rilevati tre dati:
ISO1 = numero di particelle aventi dimensioni maggiori di 4 micron e inferiori a 6 micron;
ISO2 = numero di particelle aventi dimensioni maggiori di 6 micron e inferiori a 14 micron;
ISO3 = numero di particelle aventi dimensioni superiori a 14 micron.
Un contatore di particolato 12 di questo tipo à ̈, per esempio, il prodotto denominato ICM dell’azienda MPfiltri.
Il dispositivo di controllo 13, come già anticipato, riceve in ingresso i rilevamenti del sensore di radicali liberi 9 (TRL, CRL, CPL, APR) e i valori di tensione V e corrente I rilevati rispettivamente dal misuratore di tensione 25 e dal misuratore di corrente 26.
Il dispositivo di controllo 13 Ã ̈ configurato per inviare segnali di controllo UQ, UVEL, UVrispettivamente alla pompa 14, al ventilatore 18 e al generatore di tensione 24 sulla base dei rilevamenti del sensore di radicali liberi 9.
In particolare, con riferimento al diagramma di flusso di figura 3, il dispositivo di controllo 13 Ã ̈ configurato per verificare le seguenti condizioni (blocco 30):
1) ISO1<21; ISO2<19; ISO3<16
2) APR-ARIF< 5%
3) I £ IRIF
Dove:
- ARIFà ̈ il valore dell’ampiezza del picco di risonanza rilevato dal sensore di radicali liberi 9 su olio pulito. È un valore che dipende dal tipo di olio utilizzato.
- IRIFà ̈ il valore della corrente rilevata dal misuratore di corrente su olio pulito. Anche questo à ̈ un valore che dipende dal tipo di olio utilizzato.
Quando almeno una delle condizioni 1), 2) e 3) sopra elencate non à ̈ soddisfatta, il dispositivo di controllo 13 attua delle misure per aumentare l’effetto pulente (blocco 31). Se invece tutte le condizioni 1), 2) e 3) sono soddisfatte, il dispositivo di controllo 13 attende per un periodo di tempo predefinito (blocco 32), preferibilmente un’ora circa, prima di effettuare nuovamente la verifica delle condizioni 1), 2) e 3).
In particolare, le misure per aumentare l’effetto pulente sono sostanzialmente le seguenti:
- aumentare la velocità del ventilatore 18; e/o - aumentare la tensione di alimentazione del pulitore elettrostatico 10; e/o
- diminuire la portata di olio in ingresso al pulitore elettrostatico 10.
Tali azioni possono essere effettuate indipendentemente l’una dall’altra e pertanto non devono necessariamente essere eseguite tutte insieme per ottenere un aumento dell’effetto pulente.
Più in dettaglio, la fase di aumentare la velocità del ventilatore 18 prevede che il dispositivo di controllo 13 invii il segnale di controllo UVELal ventilatore 18 per comandare un aumento della velocità del ventilatore 18 tale da determinare un abbassamento della temperatura dell’olio al di sotto di un valore predefinito. Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato il valore predefinito à ̈ pari a circa 43°C.
La fase di aumentare la tensione di alimentazione del pulitore elettrostatico 10 prevede che il dispositivo di controllo 13 invii il segnale di controllo UVal generatore di tensione 24 in modo che la tensione aumenti fino ad un valore prestabilito. Il valore prestabilito di tensione viene ricavato da una tabella di valori di tensione espressi in funzione della quantità e/o tipologia di radicali liberi rilevata. Tale tabella à ̈ preferibilmente ottenuta sperimentalmente per ogni tipo di olio utilizzato.
Infine, la fase di diminuire la portata di olio in ingresso al pulitore elettrostatico 10 prevede che il dispositivo di controllo 13 invii il segnale di controllo UQalla pompa 14 per diminuire la portata di olio in ingresso al pulitore elettrostatico 10 in modo da facilitare la pulizia dell’olio nel pulitore elettrostatico.
In figura 2 Ã ̈ illustrato un dispositivo di pulizia 100 in accordo ad una seconda forma di realizzazione in cui sono mantenuti numeri uguali per indicare parti simili al dispositivo di pulizia 1 illustrato in figura 1. Il dispositivo di pulizia 100 sostanzialmente differisce dal dispositivo di pulizia 1 per la presenza di due pulitori elettrostatici 101 e 102, i quali sono sostanzialmente identici al pulitore elettrostatico 10 descritto in precedenza.
I due pulitori elettrostatici 101 e 102 sono collegati tra loro in modo da poter operare secondo tre modalità differenti: singolarmente, in serie o in parallelo.
In particolare, il primo pulitore elettrostatico 101 Ã ̈ collegato al circuito di mandata 5 tramite una valvola 110, al secondo pulitore elettrostatico 102 tramite una valvola 111 e al circuito di ritorno 11 tramite una valvola 112.
Il secondo pulitore elettrostatico 102 Ã ̈ collegato al circuito di mandata 5 tramite una valvola 113, al primo pulitore elettrostatico 101 tramite la valvola 111 e al circuito di ritorno 11.
La modalità di funzionamento singola prevede che solo uno dei due pulitori elettrostatici 101 e 102 sia attraversato dall’olio. Pertanto, la modalità di funzionamento singola prevede due configurazioni: una prima configurazione in cui la valvola 110 à ̈ chiusa e la valvola 113 à ̈ aperta, ed una seconda configurazione in cui la valvola 110 e la valvola 112 sono aperte, mentre le valvole 111 e 113 sono chiuse.
La modalità di funzionamento in serie prevede che l’olio attraversi il primo pulitore elettrostatico 101 e successivamente il secondo pulitore elettrostatico 102. In particolare, tale modalità prevede che le valvole 110, 111 e 113 siano aperte, mentre la valvola 112 sia chiusa.
La modalità di funzionamento in parallelo prevede che l’olio attraversi contemporaneamente il primo pulitore elettrostatico 101 ed il secondo pulitore elettrostatico 102. In particolare, tale modalità prevede che le valvole 110, 112 e 113 siano aperte, mentre la valvola 111 sia chiusa.
Quando il dispositivo di controllo 13 rileva che almeno una delle condizioni 1), 2) o 3) prima elencate non sono soddisfatte, il dispositivo di controllo 13, oltre ad attuare una o più misure per aumentare l’effetto pulente indicate nel blocco 31 di figura 3, comanda il passaggio dalla modalità singola alla modalità in serie, se la modalità di partenza era la modalità singola, oppure comanda il passaggio dalla modalità parallelo alla modalità serie, se la modalità di partenza era parallelo.
Il passaggio da una modalità di funzionamento all’altra viene effettuato sotto il comando del dispositivo di controllo 13 attraverso opportuni segnali di controllo UVLVinviati alle valvole 110, 111, 112, 113.
Vantaggiosamente, il dispositivo 1, 100 secondo la presente invenzione permette di regolare l’azione pulente sulla base della reale contaminazione dell’olio da pulire.
Il sensore di radicali liberi 9, infatti, rileva la quantità e la tipologia delle particelle contaminanti e il dispositivo di controllo 13 regola la pompa 14, il ventilatore 18 e il generatore di tensione 24 del pulitore elettrostatico 10 in modo da ottimizzare la pulizia dell’olio.
Risulta infine evidente che al dispositivo e al metodo per la pulizia di olio qui descritti possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate.
Claims (16)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per la pulizia di olio comprendente: almeno un primo pulitore elettrostatico (10; 101, 102) comprendente almeno un generatore di tensione (24) ed almeno due piastre metalliche (21) collegate a detto generatore di tensione (24); almeno un sensore di radicali liberi (9) configurato per rilevare il contenuto e/o la tipologia di radicali liberi presenti nell’olio.
- 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il sensore di radicali liberi (9) Ã ̈ disposto a monte del primo pulitore elettrostatico (10; 101, 102).
- 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente un dispositivo di controllo (13) configurato per regolare la tensione del generatore di tensione (24) del primo pulitore elettrostatico (10; 101, 102) sulla base del contenuto di radicali liberi e/o la tipologia di radicali liberi presenti nell’olio rilevati dal sensore di radicali liberi (9).
- 4. Dispositivo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente uno scambiatore di calore (7) disposto a monte del primo pulitore elettrostatico (10; 101, 102) per raffreddare l’olio.
- 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, in cui lo scambiatore di calore (7) Ã ̈ ad aria.
- 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, in cui lo scambiatore di calore (7) comprende almeno un ventilatore (18); il dispositivo (1) comprendendo un dispositivo di controllo (13), configurato per regolare la velocità del ventilatore (18) sulla base del contenuto di radicali liberi e/o la tipologia di radicali liberi presenti nell’olio rilevati dal sensore di radicali liberi (9).
- 7. Dispositivo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente una pompa (18) per aspirare olio da un serbatoio (3) di raccolta olio, la quale à ̈ disposta a monte del primo pulitore elettrostatico (10; 101, 102); il dispositivo (1) comprendendo un dispositivo di controllo (13), configurato per regolare la portata di olio aspirata dalla pompa (18) sulla base del contenuto di radicali liberi e/o la tipologia di radicali liberi presenti nell’olio rilevati dal sensore di radicali liberi (9).
- 8. Dispositivo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente un secondo pulitore elettrostatico (101, 102); il primo pulitore elettrostatico (101) ed il secondo pulitore elettrostatico (102) essendo collegati tra loro in modo tale da operare selettivamente in: - una prima modalità in cui solo uno tra il primo pulitore elettrostatico (101) ed il secondo pulitore elettrostatico (102) à ̈ attivo; - una seconda modalità in cui il primo pulitore elettrostatico (101) ed il secondo pulitore elettrostatico (102) sono attraversati dall’olio in serie; - una terza modalità in cui il primo pulitore elettrostatico (101) ed il secondo pulitore elettrostatico (102) sono attraversati dall’olio in parallelo.
- 9. Metodo per la pulizia di olio comprendente le fasi di: - pulire l’olio attraverso almeno un primo pulitore elettrostatico (10; 101, 102) comprendente almeno un generatore di tensione (24) ed almeno due piastre metalliche (21) collegate a detto generatore di tensione (24); - rilevare il contenuto e/o la tipologia di radicali liberi presenti nell’olio.
- 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, comprendente la fase di rilevare il contenuto e/o la tipologia di radicali liberi prima della fase di pulire l’olio attraverso almeno un primo pulitore elettrostatico (10; 101, 102).
- 11. Metodo secondo la rivendicazione 9 o 10, comprendente la fase di regolare la tensione del generatore di tensione (24) del primo pulitore elettrostatico (10; 101, 102) sulla base del contenuto di radicali liberi e/o la tipologia di radicali liberi presenti nell’olio rilevati dal sensore di radicali liberi (9).
- 12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 11, comprendente la fase di raffreddare l’olio prima della fase di pulire l’olio attraverso almeno un primo pulitore elettrostatico (10; 101, 102).
- 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui la fase di raffreddare l’olio comprende la fase di regolare la velocità di raffreddamento sulla base del contenuto di radicali liberi e/o la tipologia di radicali liberi presenti nell’olio rilevati dal sensore di radicali liberi (9).
- 14. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 13, comprendente la fase di aspirare olio da un serbatoio (3) di raccolta olio prima della fase di pulire l’olio attraverso almeno un primo pulitore elettrostatico (10; 101, 102).
- 15. Metodo secondo la rivendicazione 14, in cui la fase di aspirare olio comprende la fase di regolare la portata di olio aspirata sulla base del contenuto di radicali liberi e/o la tipologia di radicali liberi presenti nell’olio rilevati dal sensore di radicali liberi (9).
- 16. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 15, comprendente la fase di collegare un primo pulitore elettrostatico (101) ed un secondo pulitore elettrostatico (102) tra loro in modo tale da operare selettivamente in: - una prima modalità in cui solo uno tra il primo pulitore elettrostatico (101) ed il secondo pulitore elettrostatico (102) à ̈ attivo; - una seconda modalità in cui il primo pulitore elettrostatico (101) ed il secondo pulitore elettrostatico (102) sono attraversati dall’olio in serie; - una terza modalità in cui il primo pulitore elettrostatico (101) ed il secondo pulitore elettrostatico (102) sono attraversati dall’olio in parallelo.
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