ITPD20000176A1 - Girante monodirezionale per elettropompe centrifughe con motore sincrono a magneti permanenti. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto una girante monodirezionale per elettropompe centrifughe con motore sincrono a magneti permanenti.

Com’è noto, i motori elettrici sincroni a magneti permanenti hanno uno schema strutturale che comprende uno statore, con elettromagnete a V

espansioni polari definite dallo statore ed assialmente attraversato da un asse girevolmente connesso ad una struttura di supporto.

Questi motori sono bidirezionali, cioè, all’ accensione, il rotore può essere indifferentemente indotto a ruotare in senso orario o in senso antiorario.

Questa caratteristica dipende da una serie di fattori, tra cui la disposizione delle polarità del rotore rispetto al campo magnetico che viene a formarsi tra le espansioni polari del pacco statore nel momento in cui gli avvolgimenti induttori sono alimentati con corrente alternata.

Per questo motivo i motori sincroni a magneti permanenti sono largamente diffusi attualmente ove il senso di rotazione non è importante e perciò si trovano ad esempio accoppiati nelle pompe centrifughe con giranti a ’ pale radiali che garantiscono le medesime prestazioni in entrambi i sensi di rotazione.

Allo scopo di aumentare l efficienza delle elettropompe a motore sincrono senza ricorrere all’impiego di particolari dispositivi elettronici di avviamento è conveniente utilizzare pale orientate con un certo profilo di curvatura che presuppone ovviamente un unico senso di rotazione del motore.

Sono stati perciò messi a punto allo scopo dispositivi elettronici di avviamento che guidano il motore a partire in un unico senso di rotazione e, in alternativa a questi, dei dispositivi meccanici che prevedono il blocco del rotore quando esso tende a partire nel senso di rotazione sbagliato (vedasi ad esempio la domanda di brevetto PD 98A00003 dell’ 8 gennaio 1998 a nome del medesimo richiedente).

In questa maniera si garantisce la monodirezionalità in qualsiasi condizione di lavoro dovesse trovarsi l’ elettropompa.

Per contro, il sistema è suscettibile di generare rumore alla partenza e rappresenta una limitazione per quanto riguarda l’affidabilità (per pompe con potenze elevate) perché vi è un congegno meccanico soggetto a ripetute sollecitazioni, specie in fase d’avvio.

Una alternativa di particolare rilievo di elettropompa sincrona monodirezionale priva di congegni meccanici per l’arresto del rotore, nonché priva di dispositivi elettronici (affidabili, ma costosi) è costituito da quanto descritto nella domanda di brevetto PD98A000058 del 19 marzo 1998 a nome del medesimo richiedente.

In questa domanda di brevetto è mostrato un dispositivo che ottiene di avviare con potenze limitate carichi che presentano momenti di inerzia elevati, quali possono essere ad esempio le giranti con pale orientate di una pompa centrifuga.

Si tratta in particolare di un dispositivo di trascinamento con angolo di libera rotazione ampliato fra il rotore e la girante in modo da ottenere, rispetto ai tradizionali giunti meccanici, una serie di vantaggi:

- ridurre la coppia di spunto per avviare il motore

- ridurre di conseguenza il livello di vibrazioni generato grazie al contenuto minimo delle oscillazioni di coppia angolare (viene in sostanza contenuto il fenomeno della separazione istantanea che si crea ad ogni giro fra i denti del giunto, dei quali uno è solidale al carico e l’altro al rotore) con notevoli benefici sulla rumorosità,

- rendere monodirezionale il motore attraverso la corretta progettazione delle pale della girante in modo da ottenere che la potenza assorbita dal carico in un senso di rotazione sia maggiore della potenza disponibile del motore, mentre è minore nel senso di rotazione opposto.

Progettando quindi il motore e le pale della girante in modo che la potenza assorbita dal carico in un senso di rotazione sia maggiore della potenza disponibile del motore, mentre sia minore nel senso di rotazione opposto, si ha nel primo caso una perdita di passo della girante rispetto al rotore, un blocco ed una inversione automatica del moto, e nel secondo caso il normale trascinamento.

Si riesce quindi a rendere monodirezionale la pompa sfruttando la differenza di potenza che sussiste per ciò che è in grado di esprimere il motore e le potenze assorbite dal carico nei due sensi di rotazione (l arresto <•>del rotore avviene perché la potenza che richiede la girante nel senso di rotazione sbagliato è superiore a quella che è in grado di esprimere il motore).

Tale sistema, pur costituendo un vantaggio fondamentale rispetto alla tecnica nota, presenta comunque dei limiti perché la monodirezionalità è garantita solo all’interno di un campo portata-prevalenza e quindi trova impiego nelle applicazioni dove il punto di lavoro idraulico non varia oltre certi limiti o, in altre parole, dove la curva caratteristica della condotta r.on subisce sensibili variazioni (è il caso ad esempi delle pompe di lavaggio per lavastoviglie).

In fig. 1 delle allegate tavole di disegni è riportata, nei due sensi di rotazione del motore, la portata in funzione della potenza richiesta al motore.

La traccia A è relativa al senso di rotazione corretto, la traccia B è relativa al senso di rotazione sbagliato, mentre la traccia retta C costituisce la potenza massima esprimibile dal motore.

Nel grafico sono segnate tre portate, Ql, Q2 e Q3 corrispondenti a tre punti di lavoro e si può comprendere che solo Ql e Q2 sono le portate per cui è garantito un unico senso di rotazione perché la potenza massi ma che è in grado di esprimere il motore (retta C) è superiore alla poter. za richiesta dalla girante quando questa ruota nel senso di rotazione corredo (traccia A) ed è inferiore alla potenza che richiede la girante quando ruote, in senso inverso (traccia B).

Per la portata Q3, invece c’è una condizione in cui entrambe le potenze nei due sensi di rotazione sono inferiori alla massima potenza esprimibile e conseguentemente non vi è possibilità di monodirezionalità.

Il compito principale del presente trovato è perciò quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati dal dispositivo sopra citato relativo alla domanda di brevetto PD98A000058.

Nell’ambito del compito sopra esposto, conseguente primario scopo è quello di riuscire ad avere una pompa monodirezionale su tutto il campo di portate disponibili.

Ancora uno scopo è quello di realizzare il tutto in modo costruttivamente semplice.

Ancora uno scopo è quello di non avere influenze sulla rumorosità. Questi ed altri scopi ancora che più chiaramente appariranno in seguito, vengono raggiunti da una girante per elettropompe centrifughe con motore sincrono a magneti permanenti caratterizzata dal fatto di presentare le pale deformabili almeno per parte del loro sviluppo a modificare sotto carico la loro curvatura in uno dei sensi di rotazione in modo che la potenza richiesta per la rotazione in questo senso sia maggiore di quella massima esprimibile del motore.

Ulteriore caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di due sue forme realizza.ive illustrate a titolo indicativo, ma non per questo limitativo della sua portata, nelle allegate tavole di disegni in cui:

la fig. 1 è un diagramma in cui è riportata, per le pompe centrifughe già note, la portata in funzione della potenza richiesta nei due sensi di rotazione;

la fig. 2 è una vista in sezione di una girante secondo il trovate in una prima forma realizzativa, posta all’intemo di una voluta di una pompa centrifuga;

la fig. 3 è una vista in esploso dei componenti relativi alla fig. 2; la fig. 4 è una vista in pianta di una girante secondo il trovato in una seconda forma realizzativa;

la fig. 5 è una vista laterale della girante della fig. 4;

la fig. 6 è una vista in sezione di una girante secondo il trovato in una terza forma realizzativa, posta all inte o di una voluta di una pompa centrifuga;

la fig. 7 è un diagramma in cui è riportata, per le pompe centrifughe con giranti secondo il trovato, la portata in funzione della potenza richiesta nei due sensi di rotazione.

Con riferimento alle figure 2 e 3 precedentemente citate, in una prima forma realizzativa la girante secondo il trovato comprende un disco 10 con corpo cavo centrale 11 a bicchiere che è componente di un dispositivo di trascinamento 12, che meglio sarà illustrato in seguito.

Una serie di pale 13 si sviluppa da un anello 16 che è collocato all’esterno del bicchiere 11 in una corrispondente sede IOa del disco 10.

Le pale 13 sono monolitiche all’anello 16 che interessa solo la loro parte più vicina al centro.

La parte periferica è quindi suscettibile di movimenti flessionali derivati dalle caratteristiche elastiche proprie della materia plastica con cui esse sono realizzate.

Le pale 13 possono anche essere vincolate all’anello 16 (tenuta assiale e torsi onale) in vari modi: per incastro e/o interferenza, saldatura a ultrasuoni, incollaggio.

Le zone periferiche 14 delle pale 13 sono quindi come detto deformabili a flessione, deformazione che è maggiormente rilevante per il senso di rotazione sbagliato e che viene limitata dal denti 15 che si sviluppano dal disco 10 alternativamente alle pale 13.

Per il centraggio delle pale 13 rispetto ai denti 15 l’anello 16 presenta dei denti assiali 17 da inserire in predisposti fori 18 del disco 10.

Per quanto riguarda il dispositivo di trascinamento 12, esso è comprende detto corpo cavo 11 ed un coperchio 19 che può anche essere solidale all’anello 16 con le pale 13.

D corpo cavo 11 è dotato di un foro assiale 20 per l’alberino 21 del rotore, non illustrato nelle figure, del motore.

SuH’alberino 21 agisce una guarnizione o-ring 23 alloggiata in una corrispondente sede del corpo cavo 11.

L’ermeticità del dispositivo 12, oltre che dalla guarnizione 23, è garantita dalla chiusura del coperchio 19 che viene realizzata per saldatura a ultrasuoni, incollaggio o altro modo noto sul corpo cavo 11.

Possono essere previste realizzazioni alternative non ermetiche o che prevedono il coperchio 19 in unico pezzo con l’anello 16.

In quest’ultimo dalla parete intema si sviluppa un dente 24, che quindi è solidale all’insieme della girante e questo dente 24 interagisce con un dente 25 che si sviluppa da un anello 26 girevole attorno ad un codolo 27 che è montato ad interferenza sull’ alberino 21 ed è ha questo solidale.

Dal codolo 27 si sviluppa radialmente un dente 28 che nella sua rotazione interagisce col dente 25 dell’anello 26 che ha uno sviluppo assiale tale da interessare la traiettoria di rotazione di entrambi i denti 24 e 25.

Questi ultimi sono disposti assialmente in modo da non interferire l’uno con l’altro.

Quindi la rotazione dell’ alberino 21 fa si che inizi la rotazione del dente 28, quest’ultimo vada ad interagire col dente 25 portandolo in rotazione finché quest’ultimo non interferisce col dente 24 facendo si che il rotore trascini finalmente la girante in rotazione.

All’interno del corpo cavo 11 può essere convenientemente disposto grasso con funzione ammortizzante.

Nelle figure 2 e 3 è pure illustrata la voluta 29 in cui viene collocata la girante.

Con riferimento ora alle figure 4 e 5 precedentemente citate, una girante secondo il trovato, in una seconda forma realizzativa, semplificata rispetto alla precedente, comprende un disco 110 dal quale si sviluppa centralmente da una parte un codolo 111 coassiale con foro 112 per l’albero del rotore (non illustrato per semplicità) e dall’altra parte una serie di pale 113 con profilo curvo.

La girante nel suo insieme è realizzata in unico pezzo da stampo per iniezione di materia plastica.

Secondo il trovato le pale 113 sono deformabili a flessione per almeno parte del loro sviluppo a modificare sotto carico la loro curvatura in uno dei due sensi di rotazione in modo che la potenza richiesta per la rotazione in questo senso sia maggiore di quella massima esprimibile dal motore.

La deformabilità delle pale deriva dalla flessibilità delle loro zone periferiche 114 che sono ottenute divise dal disco 110 dalla fase di stampaggio per opportuna conformazione dello stampo.

Realizzando la girante in unico pezzo di materia plastica con le dette zone periferiche 114 divise dal resto, queste sbandierano sotto carico in senso di rotazione sbagliato e modificano la loro curvatura per realizzare in pratica un blocco alla rotazione.

Opportunamente dal disco 110 si sviluppano in zona periferica, alternati alle pale 113, dei denti 115 che fungono vantaggiosamente da arresti che evitano eccessive curvature delle pale 113 stesse nel senso di rotazione sbagliato che evitano quindi sollecitazioni eccessive alle stesse.

Naturalmente la flessibilità del materiale renderebbe possibili anche flessioni nel senso di rotazione giusto, ma la curvatura delle pale 113, che è concorde ai filetti fluidi che si formano nella rotazione della girante fa si che nella realtà la deformazione nel corretto senso di rotazione sia assai limitata.

Può essere previsto anche un caso in cui le pale 113 sono racchiuse fra due dischi come il 110, configurazione chiamata chiusa (non illustrata per semplicità nelle figure).

Con riferimento alla figura 6 precedentemente citata, in una terza forma realizzativa la girante secondo il trovato comprende un disco 210 con corpo cavo centrale 211 a bicchiere che è componente di un dispositivo di trascinamento 212 come quello della prima forma realizzativa.

Una serie di pale 213 si sviluppa da un anello 216 che è collocato all’esterno del bicchiere 211 in una corrispondente sede 210a del disco 210.

Le pale 213 sono monolitiche all’anello 216 che interessa solo la loro parte più vicina al centro.

La parte periferica è quindi suscettibile di movimenti flessionali derivati dalle caratteristiche elastiche proprie della materia plastica con cui esse sono realizzate.

Le pale 213 possono anche essere vincolate all’anello 216 (tenuta assiale e torsionale) in vari modi: per incastro e/o interferenza, saldatura a ultrasuoni, incollaggio.

Le zone periferiche 214 delle pale 213 sono quindi come detto deformabili a flessione, deformazione che è maggiormente rilevante per il senso di rotazione sbagliato e che viene limitata da denti 215 che si sviluppano dal disco 210 alternativamente alle pale 213.

Per il centraggio delle pale 213 rispetto ai denti 214 l’anello 216 presenta dei denti assiali 217 da inserire in predisposti fori 218 del disco 210.

Anche in questo caso il coperchio 219 è distinto dall’anello 216, ma possono essere previste realizzazioni alternative che prevedono il coperchio 219 in unico pezzo con l’anello 216.

In questa forma realizzativa il coperchio 219 del corpo cavo 211 presenta di testa una sede 230 per un primo anello di rasamento 231 in materiale ceramico, sinterizzato o simile materiale duro.

Un secondo anello di rasamento 232 in materiale ceramico, sinterizzato, o simile materiale duro, è alloggiato in una sede 233 presente di testa su un supporto 234 a sviluppo cilindrico che è portato da una boccola 235 solidale, mediante razze radiali 236, ad un anello 237 inserito a interferenza in una corrispondente sede 238 della voluta 229.

In alternativa il supporto 234 può essere in corpo unico con la boccola 235.

L’anello 232 funziona da reggispinta assiale per calibrare, in cooperazione con l’anello 231, la posizione che la girante viene ad assumere nella voluta 229 e massimizzare il rendimento idraulico.

Facendo riferimento ora alla fig. 7 precedentemente citata, essa è un grafico con la portata in funzione della potenza, in cui:

- la traccia D indica la curva relativa ad una girante con le pale flessibili secondo il trovato con senso di rotazione sbagliato, - la retta C indica la potenza massima che è in grado di esprimere il motore

- la traccia A indica la curva relativa ad una girante con pale flessibili con senso di rotazione corretto..

E’ facilmente visibile dalla traccia D che per qualsiasi portata nel senso di rotazione sbagliato la pala flessibile richiede una potenza superiore a quella massima che è in grado di sviluppare il motore (retta C).

Nel senso sbagliato quindi il motore non può partire.

Si è in pratica constatato come siano stati raggiunti il compito e gli scopi preposti al presente trovato.

Con la girante a pale flessibili, infatti è garantita la monodirezionalità per tutte le portate-prevalenze.

Ciò è ottenuto in modo costruttivamente semplice e non ha influenze sulla rumorosità.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo.

Così, ad esempio, la modificazione della curvatura delle pale può essere realizzata mdeiante una cerniera, anche del tipo a film, che collega ciascuna parte periferica a quella centrale.

Inoltre tutti i particolari possono essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, purché compatibili con l’uso contingente, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1) Girante monodirezionale per elettropompe centrifughe con motore sincrono a magneti permanenti caratterizzata dal fatto di presentare le pale deformabili almeno per parte del loro sviluppo a modificare sotto carico la loro curvatura in uno dei due sensi di rotazione in modo che la potenza richiesta per la rotazione in questo senso sia maggiore di quella massima esprimibile dal motore.
2. 2) Girante come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che dette pale sono indeformabili in adiacenza all’asse di rotazione e deformabili elasticamente a flessione alla periferia.
3. 3) Girante come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere un anello in materia plastica dal quale si sviluppa monoliticamente verso l’estemo una serie di pale, detto anello essendo alloggiato in una sede corrispondente di un disco che termina perimetricamente all’ esterno di ciascuna delle dette pale.
4. 4) Girante come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere un disco in materia plastica dal quale si sviluppa monoliticamente una serie di pale con profilo curvo con le zone periferiche divise dal detto disco e deformabili a flessione.
5. 5) Girante come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere, alternati alle dette pale, denti che fungono da arresti per evitare eccessive curvature delle pale stesse nel senso di rotazione sbagliato.
6. 6) Girante come alle rivendicazioni 3 e 5, caratterizzata dal fatto che, per il centraggio delle dette pale rispetto ai detti denti di arresto, detto anello presenta dei denti assiali da inserire in predisposti fori del detto disco .
7. 7) Girante come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che dette pale sono racchiuse fra due elementi discoidali.
8. 8) Girante come ad una o più delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzata dal fatto che pale sono vincolate al detto disco o anello (tenuta assiale e torsionale) per incastro e/o interferenza, saldatura a ultrasuoni, incollaggio o equivalenti.
9. 9) Girante come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere un dispositivo di trascinamento costituito da un involucro chiuso a sviluppo sostanzialmente cilindrico; solidale alla girante stessa, dalla parete interna del quale si sviluppa un dente, che quindi è solidale alfinsieme della girante e questo dente interagisce con un dente che si sviluppa da un anello girevole attorno ad un codolo solidale all’albero del rotore, da detto codolo si sviluppandosi radialmente un dente che nella sua rotazione interagisce col dente dell’anello che ha uno sviluppo assiale tale da interessare la traiettoria di rotazione di entrambi i denti, questi ultimi essendo disposti assialmente in modo da non interferire l’uno con l’altro.
10. 10) Girante come alla rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto involucro è costituito da un corpo cavo ed un coperchio chiuso a tenuta.
11. 11) Girante come alle rivendicazioni 8 e 9, caratterizzata dal fatto che l’ermeticità del detto dispositivo di trascinamento è garantita da una guarnizione per il detto albero e dalla chiusura del detto coperchio per saldatura a ultrasuoni, incollaggio, guarnizione o equivalenti.
12. 12) Girante come alle rivendicazioni da 8 a 10, caratterizzata dal fatto che all’interno del detto corpo cavo può essere convenientemente disposto grasso con funzione ammortizzante.
13. 13) Girante come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di presentare di testa una sede per un primo anello di rasamento in materiale duro, un secondo anello di rasamento in materiale duro essendo alloggiato in una sede presente di testa su un supporto a sviluppo cilindrico che è portato da una boccola solidale, mediante razze di collegamento, ad un anello alloggiato in una corrispondente sede della voluta.
14. 14) Girante come alla rivendicazione 13, caratterizzata dal fatto che detto supporto è in corpo unico con detta boccola.
15. 15) Girante monodi rezi onal e per elettropompe centrifughe con motore sincrono a magneti permanenti come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata per quanto descritto ed illustrato nelle allegate tavole di disegni.