ITMI990326U1

ITMI990326U1 - COMPRESSED LIQUID RING WITH THIN DISTRIBUTION PLATE

Info

Publication number: ITMI990326U1
Application number: IT1999MI000326U
Authority: IT
Original assignee: Robuschi & C Spa
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-11-19
Also published as: DE29919565U1; ITMI990326V0; IT246740Y1

Description

Descrizione di un modello d'utilità Description of a utility model

La presente innovazione riguarda i compressori ad anello liquido, detti anche pompe per vuoto ad anello liquido. The present innovation relates to liquid ring compressors, also called liquid ring vacuum pumps.

I noti compressori ad anello liquido sono costituiti da un corpo sostanzialmente cilindrico all’interno del quale può ruotare una girante dotata di una pluralità di pale. L’asse di rotazione della girante è parallelo all'asse del corpo cilindrico ma eccentrico rispetto a quest'ultimo. The known liquid ring compressors consist of a substantially cylindrical body within which an impeller equipped with a plurality of blades can rotate. The rotation axis of the impeller is parallel to the axis of the cylindrical body but eccentric with respect to the latter.

II corpo cilindrico è chiuso in corrispondenza delle sue due basi e almeno una di tali chiusure è costituita da una piastra di distribuzione asportabile nella quale sono ricavate le aperture d'ingresso, e di uscita del gas aspirato, nonché l'apertura di alimentazione del liquido di esercizio (di solito acqua). The cylindrical body is closed at its two bases and at least one of these closures consists of a removable distribution plate in which the inlet and outlet openings of the sucked gas are made, as well as the liquid supply opening exercise (usually water).

La piastra di distribuzione è mantenuta in posizione da un relativo coperchio fissabile al corpo cilindrico del compressore, che crea anche il collegamento tra le suddette aperture di aspirazione e di mandata e il condotto rispettivamente di aspirazione e di mandata del gas . The distribution plate is kept in position by a relative cover which can be fixed to the cylindrical body of the compressor, which also creates the connection between the aforementioned suction and delivery openings and the gas suction and delivery duct, respectively.

Tra la superficie frontale della girante rivolta verso la piastra di distribuzione e la corrispondente superficie di quest'ultima è previsto un gioco molto ridotto che garantisce la tenuta del gas convogliato. Between the front surface of the impeller facing the distribution plate and the corresponding surface of the latter there is a very small clearance which guarantees the tightness of the conveyed gas.

Durante il funzionamento di un tale compressore la girante, azionata da motore, pone in rotazione il liquido di esercizio che "riempie parzialmente il corpo cilindrico. Sotto l'azione della forza centrifuga il liquido di esercizio si dispone secondo un anello (di qui il nome di compressore ad anello liquido) che risulta concentrico rispetto al corpo cilindrico del compressore. During the operation of such a compressor, the impeller, driven by a motor, rotates the operating liquid which "partially fills the cylindrical body. Under the action of centrifugal force the operating liquid is arranged in a ring (hence the name liquid ring compressor) which is concentric with respect to the cylindrical body of the compressor.

In una rotazione completa dell'albero della girante (un ciclo) ogni coppia di pale consecutive di quest'ultima, cooperando con il pelo libero dell'anello liquido formatosi,-delimita una camera, detta camera di trasporto, il cui volume varia. Durante una prima fase del ciclo, che interessa un-'ampiezza.angolare di 180 gradi, l'immersione delle pale nell'anello liquido diminuisce man mano, per cui il volume della camera di trasporto aumenta da un valore nullo ad un valore massimo. Nella seconda fase del ciclo, che interessa i restanti 180 gradi, l'immersione delle pale nell'anello liquido man mano aumenta, per cui il volume della camera di trasporto diminuisce dal valore massimo fino a zero. Di conseguenza, durante la prima fase del ciclo, comunicando la singola camera di trasporto, almeno per parte di tale prima fase, con l'apertura di aspirazione prevista nella 'suddetta piastra di distribuzione, si ha aspirazione di gas attraverso l'apertura di aspirazione, quest'ultima avendo una luce di forma opportuna. Durante la seconda fase del ciclo, comunicando la singola camera di trasporto, almeno per parte di tale seconda fase, con l'apertura di mandata, pure prevista nella piastra di distribuzione, il gas si scarica attraverso l'apertura di mandata, che pure avrà una luce di forma opportuna. In a complete rotation of the impeller shaft (one cycle) each pair of consecutive blades of the latter, cooperating with the free surface of the liquid ring formed, delimits a chamber, called transport chamber, the volume of which varies. During a first phase of the cycle, which affects an angular width of 180 degrees, the immersion of the blades in the liquid ring decreases gradually, so that the volume of the transport chamber increases from a zero value to a maximum value. In the second phase of the cycle, which affects the remaining 180 degrees, the immersion of the blades in the liquid ring gradually increases, so that the volume of the transport chamber decreases from the maximum value to zero. Consequently, during the first phase of the cycle, by communicating the single transport chamber, at least for part of this first phase, with the suction opening provided in the aforementioned distribution plate, gas is sucked through the suction opening. , the latter having a light of suitable shape. During the second phase of the cycle, communicating the single transport chamber, at least for part of this second phase, with the delivery opening, also provided in the distribution plate, the gas is discharged through the delivery opening, which will also have an appropriately shaped light.

Da quando sono stati inventati i compressori ad anello liquido (cioè da svariate decine d'anni), e fino ad oggi, le relative piastre di distribuzione sono state realizzate di ghisa o di acciaio inossidabile e ottenute per fusione, e successivamente lavorate alla macchina utensile ad asportazione di truciolo (tornitura). Since liquid ring compressors were invented (i.e. for several decades), and until today, their distribution plates have been made of cast iron or stainless steel and obtained by casting, and subsequently machined. with chip removal (turning).

Le piastre di distribuzione così ottenute non permettono tuttavia di raggiungere in modo affidabile e ripetibile le tolleranze geometriche che sarebbero necessarie a garantire il corretto funzionamento (elevato rendimento) di- un compressore di questo tipo. Si è pertanto costretti nella pratica a perseguire soluzioni progettuali che rappresentano un compromesso e che penalizzano le préstazioni del compressore al fine di poter avere costi di produzione accettabili. However, the distribution plates thus obtained do not allow the geometric tolerances which would be necessary to guarantee the correct operation (high efficiency) of a compressor of this type to be reached in a reliable and repeatable manner. It is therefore forced in practice to pursue design solutions which represent a compromise and which penalize the performance of the compressor in order to have acceptable production costs.

Esaminando più approfonditamente i limiti intrinseci alla realizzazione delle piastre di distribuzione per fusione, si nota che: By examining in more detail the intrinsic limits to the realization of the distribution plates by fusion, it is noted that:

a) le caratteristiche stesse del procedimento di fusione e delle attrezzature in esso impiegate limitano il progettista nella scelta della forma e delle dimensioni più adatte per le aperture di aspirazione e di mandata; a) the very characteristics of the casting process and of the equipment used in it limit the designer in choosing the most suitable shape and size for the suction and delivery openings;

b) per quanto si voglia ridurre al minimo lo spessore delle piastre di distribuzione ottenibili con il procedimento di fusione, lo spessore risulta comunque tale da richiedere per le aperture di aspirazione .e di mandata la creazione di .bordi arrotondati o di scivoli allo scopo di avere un coefficiente di efflusso accettabile, il che complica il procedimento di fusione, nonché le attrezzature utilizzate in esso; b) although it is desired to reduce the thickness of the distribution plates obtainable with the casting process to a minimum, the thickness is in any case such as to require the creation of rounded edges or slides for the suction and delivery openings in order to have an acceptable efflux coefficient, which complicates the melting process, as well as the equipment used in it;

c) per la natura stessa del procedimento di fusione non si è in grado di garantire l'ottenimento della corretta posizione e -della corretta forma delle luci di aspirazione e di mandata . c) due to the very nature of the casting process, it is not possible to guarantee that the correct position and correct shape of the suction and delivery ports will be obtained.

Riassumendo, il procedimento di fusione, oltre a non assicurare la correttezza geometrica delle piastre di distribuzione con esso ottenute, risulta costoso, soprattutto per le fusioni in acciaio inossidabile come pure è complicata e costosa la successiva lavorazione delle piastre - di distribuzione alla macchina utensile In particolare risulta difficile mantenere entro le volute tolleranze la planarità della superficie delle piastre di distribuzione affacciata alla girante, per cui in genere si hanno giochi girante/piastra di distribuzione maggiori di -quelli ideali, con conseguente penalizzazione delle prestazioni del compressore, soprattutto nel funzionamento a bassa pressione. In summary, the casting process, in addition to not ensuring the geometric correctness of the distribution plates obtained with it, is expensive, especially for stainless steel castings, as well as the subsequent processing of the distribution plates to the machine tool. in particular, it is difficult to keep the planarity of the surface of the distribution plates facing the impeller within the desired tolerances, so that generally there are impeller / distribution plate clearances greater than ideal, with consequent penalization of the compressor performance, especially in operation at low pressure.

Un tentativo per superare questi inconvenienti è consistito nel realizzare le piastre di distribuzione in ceramica. Questa soluzione, a fronte di buoni risultati per quanto riguarda le tolleranze geometriche delle luci e della planarità delle piastre, presenta tuttavia costi elevati. Inoltre le piastre di ceramica risultano delicate perché fragili, essendo soggette a rotture sia durante l'assemblaggio del compressore sia durante il funzionamento dello stesso, soprattutto in presenza di notevoli escursioni termiche. An attempt to overcome these drawbacks consisted in making the distribution plates in ceramic. This solution, despite good results as regards the geometric tolerances of the ports and the flatness of the plates, nevertheless has high costs. Furthermore, the ceramic plates are delicate because they are fragile, being subject to breakage both during the assembly of the compressor and during its operation, especially in the presence of considerable thermal excursions.

Scopo della presente innovazione è di superare gli inconvenienti sopra descritti dei noti compressori ad anello liquido. The object of the present invention is to overcome the drawbacks described above of the known liquid ring compressors.

Tale scopo viene raggiunto grazie al compressore ad anello liquido secondo la presente innovazione, caratterizzato dal fatto che la piastra di distribuzione (nel caso di compressore ad un'unica piastra di distribuzione) o le due piastre di distribuzione (nel caso compressore a due piastre di distribuzione) sono piastre di spessore sottile (rispetto alle piastre note), ricavate da lamiera d'acciaio.-Dato che le piastre sono sottili, le aperture di aspirazione e di mandata potranno avere bordi a spigolo vivo. Tali aperture potranno -essere ottenute per tranciatura oppure mediante taglio al plasma o al laser. This object is achieved thanks to the liquid ring compressor according to the present innovation, characterized in that the distribution plate (in the case of a compressor with a single distribution plate) or the two distribution plates (in the case of a two-plate compressor) distribution) are thin plates (with respect to known plates), obtained from sheet steel. -Since the plates are thin, the intake and delivery openings may have sharp-edged edges. These openings can be obtained by blanking or by plasma or laser cutting.

L'impiego di una lamiera sottile d'acciaio per la fabbricazione delle piastre di distribuzione, unitamente al fatto che le luci di aspirazione o di mandata sono ottenute utilizzando mezzi di taglio al plasma o al laser oppure mediante tranciatura, assicura che sia le tolleranze di planarità della superficie della piastra di distribuzione rivolta verso la girante, sia le tolleranze nella posizione e nella forma delle aperture di aspirazióne e mandata sono entro limiti che non penalizzano in modo apprezzabile le prestazioni del compressore, il tutto a costi ridotti rispetto a quelli dei noti compressori ad anello liquido. E' da tener presente che utilizzando le tecniche di taglio sopra descritte è possibile praticare nelle piastre di distribuzione aperture con raggi di curvatura molto piccoli, che permettono di garantire al progettista la più completa libertà nella scelta della forma più adatta per le luci di aspirazione e di mandata, ciò assicurando anche la ripetibilità della forma scelta per tali aperture. The use of a thin sheet steel for the manufacture of the distribution plates, together with the fact that the suction or discharge ports are obtained using plasma or laser cutting means or by blanking, ensures that both the tolerances of flatness of the surface of the distribution plate facing the impeller, both the tolerances in the position and shape of the suction and delivery openings are within limits that do not appreciably penalize the performance of the compressor, all at reduced costs compared to those of the known liquid ring compressors. It should be borne in mind that by using the cutting techniques described above it is possible to make openings in the distribution plates with very small radii of curvature, which allow the designer to guarantee complete freedom in choosing the most suitable shape for the intake ports and this also ensures the repeatability of the shape chosen for these openings.

Inoltre, l'impiego di piastre in lamiera di spessore molto sottile (fino a pochi millimetri-) fa sì che le luci delle aperture di aspirazione e di mandata risultano in pratica del tipo in parete sottile per cui non richiedono una geometria complessa dei loro bordi come nel caso delle note piastre ottenute per fusione, in cui a causa del significativo spessore della piastra, diventa necessario prevedere arrotondamenti o scivoli di invito per garantire un buon coefficiente di efflusso dalle luci stesse. Furthermore, the use of very thin sheet metal plates (up to a few millimeters) means that the ports of the inlet and outlet openings are in practice of the thin-walled type so that they do not require a complex geometry of their edges. as in the case of the known plates obtained by fusion, in which, due to the significant thickness of the plate, it becomes necessary to provide rounding or guide slides to ensure a good coefficient of outflow from the ports themselves.

La planarità e la stabilità della superficie delle piastre affacciata alla girante è assicurata dall'intrinseca costanza dello spessore del foglio di lamiera da cui viene ricavata la piastra, e dalla planarità della superficie del relativo coperchio frontale del compressore con la quale la piastra di distribuzione viene a contatto. Per ottenere una buona stabilità della piastra di distribuzione durante il funzionamento del compressore (così da evitarne deformazioni in senso perpendicolare alla piastra stessa) il relativo coperchio è adeguatamente nervato per sostenere adeguatamente la piastra. The flatness and stability of the surface of the plates facing the impeller is ensured by the intrinsic constancy of the thickness of the sheet metal from which the plate is obtained, and by the flatness of the surface of the relative front cover of the compressor with which the distribution plate is in contact. To obtain a good stability of the distribution plate during compressor operation (so as to avoid deformations perpendicular to the plate itself) the relative cover is suitably ribbed to adequately support the plate.

Convenientemente la piastra di distribuzione avrà un rapporto tra diametro esterno utile della piastra e suo spessore maggiore di 50. Conveniently, the distribution plate will have a ratio between the useful external diameter of the plate and its thickness greater than 50.

L'innovazione risulterà più facilmente comprensibile dalla seguente descrizione di una sua forma di realizzazione. In tale descrizione si farà riferimento ai disegni allegati, in cui: The innovation will be more easily understood from the following description of an embodiment thereof. In this description reference will be made to the attached drawings, in which:

la fig. 1 è una sezione longitudinale di un compressore ad anello liquido, del tipo ad una sola piastra di distribuzione, la sezione essendo eseguita secondo un piano che contiene sia l'asse di rotazione della girante che l'asse del corpo cilindrico dello stesso; fig. 1 is a longitudinal section of a liquid ring compressor, of the type with a single distribution plate, the section being made according to a plane which contains both the axis of rotation of the impeller and the axis of the cylindrical body of the same;

la fig 2 ne è una sezione trasversale eseguita lungo la traccia 2-2 di fig. I e che mostra la superficie della piastra di distribuzione rivolta verso la girante; fig 2 is a cross section thereof taken along the line 2-2 of fig. I and showing the surface of the distribution plate facing the impeller;

la fig. 3 ne è una sezione trasversale parziale eseguita lungo la traccia 3-3 di fig. 2; e la fig. 4 ne è una sezione trasversale parziale eseguita lungo la traccia 4-4 di fig. 2. fig. 3 is a partial cross section thereof taken along the line 3-3 of fig. 2; and fig. 4 is a partial cross section thereof taken along the line 4-4 of fig. 2.

Dalla fig. 1 si vede che il compressore ad anello liquido 10 comprende un corpo nel suo complesso cilindrico 12, ad asse 14 orizzontale, e conformato grossomodo a bicchiere. Una base del corpo cilindrico 12 {corrispondente alla bocca del bicchiere) è chiusa da una piastra di distribuzione 16, .meglio.visibile in fig-. 2, che è mantenuta in posizione da un coperchio frontale 18 fissato al corpo 12 mediante viti 20 (fig. 1) avvitabili in relativi fori previsti in corrispondenti orecchiette 22 e 24 facenti rispettivamente parte del corpo 12 e del coperchio 18. From fig. 1 it can be seen that the liquid ring compressor 10 comprises a body 12 as a whole, having a horizontal axis 14 and roughly shaped like a cup. A base of the cylindrical body 12 (corresponding to the mouth of the cup) is closed by a distribution plate 16, better visible in fig. 2, which is kept in position by a front cover 18 fixed to the body 12 by means of screws 20 (fig. 1) which can be screwed into relative holes provided in corresponding ears 22 and 24 which are respectively part of the body 12 and of the cover 18.

All'interno del corpo cilindrico 12 è presente una girante 26 calettata su un albero 30. Come si nota dalla fig. 1, l'asse 28 dell'albero 30 ha un'eccentricità E rispetto all'asse 14 del corpo cilindrico 12. Inside the cylindrical body 12 there is an impeller 26 keyed on a shaft 30. As can be seen from fig. 1, the axis 28 of the shaft 30 has an eccentricity E with respect to the axis 14 of the cylindrical body 12.

E' il caso di ribadire, a scanso di equivoci, che per quanto il compressore 10 illustrato nelle figure sia del tipo ad una sola piastra di distribuzione, rientrano nella presente innovazione anche compressori del tipo a due piastre di distribuzione, una per ciascuno dei due fronti della girante, le due piastre essendo mantenute in posizione da un relativo coperchio. It is necessary to reiterate, for the avoidance of doubt, that although the compressor 10 illustrated in the figures is of the type with a single distribution plate, compressors of the type with two distribution plates, one for each of the two, also fall within the present innovation. fronts of the impeller, the two plates being held in position by a relative cover.

Ritornando al compressore 10, nella fig. 2 si vede la superficie della piastra di distribuzione 16 rivolta verso la girante 26, potendosi notare in particolare l'apertura di- aspirazione 32, l'apertura di mandata terminale 34 e l'apertura 36 per l'ingresso del liquido di esercizio (che consente di.ottenere il suddetto anello liquido). I nove fori circolari indicati nel loro complesso con 38 costituiscono la parte regolabile dell’apertura di mandata, potendo essere parzializzati da una valvola di ritegno 40 prevista sul lato della piastra rivolto verso il coperchio 18 e visibile nelle fig. 3 e 4. La valvola di ritegno 40 permette di adattare il funzionamento del compressore 10 alle diverse pressioni di aspirazione. La valvola di ritegno 40, posta sulle luci di scarico 38, e il relativo premivalvola 50 sono fissati alla piastra di distribuzione 16 mediante una o più viti'52, con relativo dado 54, inserite in rispettivi fori passanti previsti nella piastra 16 e disposti all'esterno dell'ingombro radiale massimo della girante in modo che quest'ultima non interferisca con le viti 52 (come si vede nelle figg. 3 e 4). Come variante, la valvola di ritegno e il relativo premivalvola potranno essere fissati alla piastra di distribuzione mediante rivetti. Returning to compressor 10, in FIG. 2 shows the surface of the distribution plate 16 facing the impeller 26, it being possible to note in particular the suction opening 32, the terminal delivery opening 34 and the opening 36 for the inlet of the operating liquid (which allows to obtain the aforementioned liquid ring). The nine circular holes indicated as a whole with 38 constitute the adjustable part of the delivery opening, being able to be divided by a check valve 40 provided on the side of the plate facing the cover 18 and visible in figs. 3 and 4. The check valve 40 allows to adapt the operation of the compressor 10 to the different suction pressures. The check valve 40, located on the exhaust ports 38, and the relative valve premounting valve 50 are fixed to the distribution plate 16 by means of one or more screws 52, with relative nut 54, inserted in respective through holes provided in the plate 16 and arranged at the external dimension of the maximum radial dimensions of the impeller so that the latter does not interfere with the screws 52 (as seen in figs. 3 and 4). As a variant, the check valve and the relative valve pre-valve can be fixed to the distribution plate by means of rivets.

Come già accennato, il coperchio 18 presenta tre nervature di sostegno per la piastra 16, rappresentate tratteggiate in fig. 2 perché coperte dalla piastra 16 e indicate rispettivamente con 42, 44 e 46. Come si può vedere, tali nervature possono anche non essere radiali (come la nervatura-44 di fig. 2). Nella stessa figura è rappresentata, con linea a tratto e punto, una circonferenza 48 eccentrica rispetto all'asse 14 del corpo cilindrico 12, che delimita l'ingombro massimo della girante 26. As already mentioned, the lid 18 has three support ribs for the plate 16, shown broken in fig. 2 because they are covered by the plate 16 and indicated respectively with 42, 44 and 46. As it can be seen, these ribs may also not be radial (like the rib-44 of Fig. 2). In the same figure a circumference 48 eccentric with respect to the axis 14 of the cylindrical body 12, which delimits the maximum encumbrance of the impeller 26, is represented with a dotted line.

Nel compressore 10 illustrato nelle figure la piastra di distribuzione 16 è fissata al coperchio 18 mediante la vite centrale 56 (visibile nelle figg. 1-3) avvitata in un relativo foro cieco filettato 58 (fig. 3) previsto nel coperchio 18. In the compressor 10 illustrated in the figures, the distribution plate 16 is fixed to the cover 18 by means of the central screw 56 (visible in figs. 1-3) screwed into a relative threaded blind hole 58 (fig. 3) provided in the cover 18.

Tuttavia, invece della vite 56 si potranno usare allo scopo anche dei rivetti. However, instead of screw 56 rivets can also be used for the purpose.

Per quanto riguarda il rapporto tra il diametro utile D della piastra di distribuzione 16 e il suo spessore S, si fa notare che, a titolo d'esempio, tale rapporto è nel caso specifico illustrato pari a 63,5 > 50. As regards the ratio between the useful diameter D of the distribution plate 16 and its thickness S, it should be noted that, by way of example, this ratio is in the specific case illustrated equal to 63.5> 50.

Claims

CLAIMS 1. Liquid ring compressor, comprising a cylindrical body containing an impeller whose axis is eccentric with respect to the axis of the cylindrical body, in correspondence with at least one base of the cylindrical body being provided a distribution plate and relative closing cover, the plate of distribution with suction openings _e. outlet, as well as a supply opening for the operating liquid, characterized by the fact that the distribution plate is of thin thickness, made from sheet steel.

2. Compressor according to claim 1, wherein the inlet and outlet openings have sharp-edged edges.

3. Compressor according to claim 1, wherein the suction and delivery openings are obtained by blanking or by plasma or laser cutting.

4. Compressor according to claim 1, wherein the ratio between the useful diameter of the distribution plate and its thickness is greater than 50. -

5. Compressor according to claim * 1-, wherein the closing cover of the compressor has ribs on which the distribution plate rests, to ensure the stability of the latter's shape.

6. Compressor according to claim 1, wherein the distribution plate is fixed to the relative closing cover by means of screws.

7. Compressor according to claim 1, wherein the distribution plate is fixed to the relative closing cover by means of rivets.

8. Compressor according to claim 1, in which the delivery opening is formed by several ports, a check valve being arranged in correspondence with part of these ports to adapt the operation of the compressor to the different suction pressures, the check valve being fixed to the distribution plate by means of through screws or rivets positioned outside the maximum encumbrance of the impeller.