ITRA20090002A1 - Motore rotativo a fluido ad effetto coriolis - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE INDUSTRIALE AVENTE PER

TITOLO

Motore rotativo a fluido ad effetto Coriolis Il presente documento ha So scopo di descrivere il funzionamento dell’invenzione industriale denominata “Motore rotativo a fluido ad effetto Coriolis” di seguito indicato come “motore”.

Il motore è costituito da un corpo centrale cilindrico cavo chiuso alle sue estremità da flangie aventi ai loro centro un foro per la connessione allo scarico (come da disegno 3 allegato) attraverso raccordi a “T”. Su tali raccordi a “T” sono anche fissati i supporti cuscinetto che sostengono i due semialberi (vedi disegno 5) . All’interno del corpo centrale ruota il gruppo mobile costituito da due semialberi, una serie di dischi (vedi disegno 4) e da distanziatori interposti tra i dischi per far sì che gli stessi mantengano costante la loro spaziatura. La composizione dell’assieme è evidenziata nel disegno 2,

Il fluido che alimenta il motore viene fatto affluire ai motore attraverso degli appositi iniettori di forma convergente-divergente regolabili di cui al disegno 1. Il fluido (gas o vapore) viene fatto passare attraverso una sezione convergente e successivamente attraverso una gola provocandone un aumento di velocità fino alla velocità del

suono, e successivamente viene fatto passare in un tratto divergente

che ne permetta l’espansione in condizioni supercritiche in modo da

ottenere una ulteriore aumento di velocità a velocità superiori a

quella del suono in modo da poter imprimere al fluido di lavoro la

massima velocità per aumentare l'efficienza di trasferimento

dall’energia cinetica dal fluido di lavoro ai dischi del rotore e

massimizzare di conseguenza il rendimento del motore e la potenza

erogata dallo stesso a parità di condizioni di alimentazione.

Il funzionamento del motore si basa sull’effetto Coriolìs ovvero dalla

tendenza dei fluidi ad aderire alle pareti dei condotti su cui scorrono.

Per ottenere il massimo trasferimento energetico al rotore, il motore è

assemblato in modo da mantenere i dischi ad una distanza costante

e corrispondente al doppio dello spessore dello strato limite. Infatti le

condizioni di massimo trasferimento di energia meccanica dal fluido

alle pareti (in questo caso costituite dai dischi componenti il rotore) si

hanno quando il flusso del fluido non è disturbato da fenomeni di

turbolenza che ne ridurrebbero l’efficienza e farebbero passare tra i

dischi una parte di fluido che sostanzialmente trasferirebbe solo una *" parte della sua energia a causa dei fenomeni di viscosità interna invece che di adesione, con un notevole decadimento prestazionale. La coppia trasferita dal fluido al rotore è direttamente proporzionale alla superficie bagnata dei dischi, al coefficiente di adesione tra il fluido ed i dischi (dipendente dalle condizioni e dalle reciproche interazioni tra il fluido ed il materiale costituente i dischi rotore), inversamente proporzionale allo spazio iibero tra i due strati limite, di conseguenza la coppia resa disponibile dal motore dipende essenzialmente dalle caratteristiche geometriche de! rotore e quindi per aumentare la potenza totale fornita dal motore occorre incrementare al massimo possibile la velocità di rotazione, traendo vantaggio dalla struttura semplice, sicura ed intrinsecamente bilanciata del rotore, che lo mette in grado di sopportare sia velocità di rotazione oltre 30.000 giri/minuto sia dal punto di vista della resistenza ad eventuali onde d’urto che si ingenerassero a causa di condizioni sovra espansione in uscita dagli iniettori.

Il compito degli iniettori in questa macchina è quello di far si che il fluido di lavoro arrivi sui dischi alla massima velocità possibile in modo da imprimere al rotore elevate velocità dì rotazione. Per assolvere a questo compito essi sono costituiti principalmente da un corpo di contenimento, da una semigola fissa e da semigola mobile. La gola fissa è saldamente trattenuta tramite collegamento bullonato al corpo dell'iniettore ed ha la faccia opposta al profilo di gola parallela all’asse dell’ in ietto re, mentre la gola ha la faccia opposta al profilo di gola inclinato, ed invece di appoggiarsi su! corpo dell'iniettore vi trova interposto un altro pezzo (slitta di regolazione) di forma cuneiforme ed avente inclinazione reciproca alla semigola. Tale slitta di regolazione in posizione a mezzo bullonatura verso il corpo iniettore la quale per permettere il movimento assiale della slitta ha un passaggio ad asola per i bulloni di fermo per permetterne lo scorrimento in fase di taratura e il bloccaggio in regime di funzionamento. La slitta di regolazione inoltre presenta sulla faccia rivolta al fondo dell’iniettore un altro foro filettato entro cui si inserisce una vite avente lo scopo di tarare la distanza della slitta stessa dal fondo del corpo iniettore e di conseguenza dì variare l’altezza della semigola mobile. Questa variazione di altezza della semigola mobile permette di variare la sezione di passaggio di gola del fluido mantenendo inalterati gli angoli di convergenza e di divergenza e quindi di funzionare come un ugello di De Lavai perfettamente adattabile alle varie situazioni di carico e/o di alimentazione pur mantenendone le caratteristiche e le prestazioni fondamentali.

Riassumendo il ciclo di lavoro, il fluido viene inviato agli iniettori aventi forma converge nte-di vergente, e viene da questi accelerato a velocità supersonica (sottraendo allo stesso fluido energia sotto forma termica) ed indirizzato tangenzialmente verso i il rotore. Qui il fluido si insinua tra i dischi e li attraversa come in un canale di cui i dischi costituiscono le pareti. Mentre il fluido attraversa i dischi a causa delle forze di adesione precedentemente menzionate tende a trascinarli con se mettendoli quindi in rotazione e fornendo energia meccanica all’asse. Il fluido continua il suo percorso tra i dischi compiendo una traiettoria a spirale centripeta che lo porta ad uscire dal centro dei dischi stessi ed ad espandersi nel corpo macchina uscendo successivamente dalle flangie di chiusura del corpo cilindrico dei motore da dove verrà poi incanalato nel resto del ciclo oppure smaltito.

Il motore cosi come ideato e descritto nel precedente testo e dettagliato nei disegni allegati (rispettivamente disegno 1, disegno 2, disegno 3, disegno 4 e disegno 5) ha molti vantaggi rispetto alle costruzioni attualmente disponibili allo stato della tecnica sia per quanto riguarda la semplicità, economicità produttiva, robustezza sia per quanto riguarda la capacità di adeguarsi a funzionare senza pregiudizio sia con fluidi gassosi puri sia con fluidi bifase (vapori aventi vario titolo) non venendo danneggiato da eventuali sospensioni lìquide nel flusso che invece deteriorerebbero in poco tempo una macchina motrice palettata.

In dettaglio i vantaggi della configurazione qui esposta sono principalmente il fatto di adattarsi a variazioni di pressioni e di portate di alimentazione semplicemente regolando gli iniettori che ne garantiscono sempre un getto come minimo alla velocità del suono nel fluido e nelle condizioni di lavoro, la coppia in uscita fornita dal motore è estremamente regolare, Sa velocità di rotazione è molto alta, rendendolo adatto a trascinare moderni generatori ad alta velocità, il motore è autoavvi ante non ha bisogno di sistemi di lancio o di avviamento, è sufficiente fornire fluido in sufficiente pressione e portata agli iniettori e lo stesso si avvia autonomamente, allo stesso modo per fermarlo è sufficiente interrompere il circuito di alimentazione ed esso si fermerà.

Dal punto di vista della semplicità costruttiva l’unica parte mobile è il rotore, il quale è a sua volta composto solamente da 5 componenti; i due semialberi, i dischi forati, le rondelle distanziatici tra i dischi ed i bulloni di chiusura che uniscono insieme saldamente tutti i componenti sopra citati. Questo unito alla forma ed al metodo di costruzione rende il rotore resistente a tutte le possibili sollecitazioni, inclusa la possibilità che lo stesso vada in fuga (condizione di distacco improvviso del carico con alimentazione a pieno regime). Dal punto di vista della economia industriale questo motore è costruito con semplici componenti di normale reperimento nel settore della impiantistica industriale (flangie, manicotti, raccordi a “T") mentre per i dischi la produzione in serie diventa economicamente molto vantaggiosa usando per la produzione degli stessi metodi di tranciatura a stampo, L’assemblaggio di tutto l’assieme richiede poche ore e non richiede alcuna attrezzatura particolare. Per adattarsi a diversi tipi di fluidi (gas o vapori) e di cicli (aperto, chiuso, termico condensato o a contropressione) è sufficiente ricalcolare il rotore come numero e diametro dei dischi e come spaziatura tra gli stessi, premettendo una versatilità dì impiego praticamente illimitata, non avendo difficoltà dì adattamento a condizioni estreme e distanti, come potrebbero essere quelle di un ciclo aperto di una sorgente geotermica o quello dì una circuito a vapore surriscaldato, o addirittura ad una alimentazione con gas di combustione.

La semplicità costruttiva allo stesso tempo ne garantisce lunga vita di progetto e rapida ed economica manutenzione che ne aumenta la affidabilità e la capacità di sopravvivenza anche per condizioni critiche e situazioni di funzionamento molto al di fuori dei parametri di progetto.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI DELL’INVENZIONE INDUSTRIALE AVENTE PER TITOLO Motore rotativo a fluido ad effetto Coriolis Con la presente si rivendicano i seguenti quattro punti: 1) l’uso di un rotore costituito da due semialberi, da un pacco di dischi lìsci assiemati con interposizione di rondelle di spessoramento e fissati tramite giunti bullonati 2) l’uso di dischi metallici di spessore non superiore alla centesima parte della misura del loro diametro esterno ed aventi superficie assolutamente piana, senza alcuna incisione o metodo di guida o instradamento del fluido sulla loro superficie o rilievo o foratura eccetto quella centrale per lo scarico del fluido e quelle necessarie per il passaggio dei bulloni che compattano il pacco rotore 3) l’uso di iniettori convergenti-divergenti regolabili con l’uso di slitta mobile e piano inclinato idonei alla produzione di un getto laminare 4) l’uso della configurazione a due semialberi che permette di raddoppiare l’area di scarico del fluido dai dischi aumentandone l’efficienza ed il numero impiegabile per singolo motore.