ITRE20100097A1 - Pompa con guida pistone - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“POMPA CON GUIDA PISTONEâ€

La presente invenzione riguarda una pompa volumetrica a pistoni, in particolare una pompa ad alta pressione.

Come à ̈ noto, una pompa volumetrica ad alta pressione comprende un involucro esterno, comunemente chiamato testata, cui sono scorrevolmente associati uno o più pistoni dotati di moto alternativo, ciascuno dei quali à ̈ atto a delimitare, all’interno della testata, una camera operativa a volume variabile, di forma sostanzialmente cilindrica, la quale comunica con un ingresso e con un’uscita per un fluido da pompare, rispettivamente tramite una valvola di aspirazione ed una valvola di mandata.

I pistoni sono collegati, tramite rispettive bielle, ad un unico albero a gomiti, il quale à ̈ contenuto all’interno di un apposito carter fissato alla testata ed à ̈ azionato in rotazione da un motore esterno, in modo tale che ciascun pistone compia alternativamente una corsa di aspirazione, in cui aumenta il volume della relativa camera operativa richiamando il fluido dalla valvola di aspirazione, ed una corsa di mandata, in cui riduce il volume della camera operativa costringendo il fluido ad uscire in pressione dalla valvola di mandata.

Per garantire la chiusura ermetica di ciascuna camera operativa, à ̈ noto utilizzare due guarnizioni anulari, tipicamente guarnizioni a labbro, le quali vengono fissate alla testata della pompa, coassialmente interposte tra il mantello del pistone e la sede in cui quest’ultimo à ̈ scorrevolmente accolto.

Tali guarnizioni sono reciprocamente distanziate lungo la direzione definita dall’asse longitudinale del pistone, cosicché quella più vicina al cielo del pistone à ̈ direttamente sottoposta alla pressione della camera operativa e prende comunemente il nome di guarnizione di alta pressione, mentre quella più distante dal cielo del pistone à ̈ sottoposta ad una pressione inferiore e prende comunemente il nome di guarnizione di bassa pressione.

La guarnizione di alta pressione ha lo scopo di trattenere il fluido all’interno della camera operativa, mentre la guarnizione di bassa pressione ha lo scopo di trattenere le perdite di fluido che possono talvolta sfuggire dalla guarnizione di alta pressione, consentendone il recupero.

Tra la guarnizione di alta pressione e la guarnizione di bassa pressione à ̈ infine generalmente interposto un anello in ottone, il quale à ̈ fissato alla testata della pompa ed à ̈ inserito coassialmente sul mantello del pistone, al fine di guidare il movimento alternativo del pistone stesso.

A causa del sistema di azionamento di tipo biella-manovella, questo anello di guida à ̈ tuttavia notoriamente soggetto a delle spinte radiali da parte del pistone, le quali tendono progressivamente ad usurarlo.

Questa usura comporta un graduale aumento del diametro dell’anello di guida, compromettendo l’effetto di guida del pistone, e comporta inoltre il distacco di piccole particelle di ottone che, a causa del ripetuto scorrimento del pistone, possono danneggiare le guarnizioni di alta e di bassa pressione, compromettendo la tenuta della camera operativa.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di risolvere, o quantomeno di ridurre significativamente, questi inconvenienti della tecnica nota, nell’ambito di una soluzione semplice, razionale e dal costo contenuto.

Questo ed altri scopi sono raggiunti dalle caratteristiche dell’invenzione riportate nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell’invenzione.

In particolare, una forma di attuazione dell’invenzione rende disponibile una pompa comprendente un involucro cui à ̈ scorrevolmente associato almeno un pistone alternativo atto a delimitare, all’interno dell’involucro, una camera operativa comunicante con un ingresso e con un’uscita per un fluido da pompare, due guarnizioni anulari fissate all’involucro ed inserite coassialmente sul pistone, ed un anello di guida inserito coassialmente sul pistone e fissato all’involucro tra le dette guarnizioni anulari.

Secondo questa forma di attuazione dell’invenzione, l’anello di guida comprende uno strato contenente teflon, il quale definisce una superficie cilindrica dell’anello di guida atta a stare a contatto con una superficie cilindrica del pistone.

In particolare, il teflon à ̈ preferibilmente inserito tra i pori di un materiale metallico poroso, tipicamente bronzo, il quale à ̈ a sua volta preferibilmente unito inscindibilmente ad una armatura cilindrica esterna che può essere di plastica o di metallo, ad esempio di ottone, alluminio, bronzo o più preferibilmente d’acciaio, la quale conferisce all’anello di guida la conformazione di una boccola cilindrica.

In alternativa, la boccola potrebbe essere realizzata interamente in un materiale plastico comprendente teflon almeno in corrispondenza dello strato atto a stare a diretto contatto con il pistone, o eventualmente in tutto lo spessore.

Grazie a questa struttura, la boccola favorisce lo scorrimento del pistone e risulta inoltre più rigida e meno soggetta all’usura rispetto agli usuali anelli di guida.

Questa boccola à ̈ quindi in grado di supportare meglio le spinte radiali del pistone, il quale risulta guidato più stabilmente a scorrere lungo il proprio asse longitudinale, riducendo quelle oscillazioni radiali che notoriamente possono danneggiare anche le guarnizioni anulari di tenuta.

Inoltre, lo strisciamento tra il pistone e lo strato teflonato della boccola comporta che particelle di teflon vengano rilasciate sul pistone stesso, contribuendo a ridurre gli attriti anche nei confronti delle guarnizioni anulari di tenuta e quindi migliorando nel tempo la durata delle guarnizioni stesse.

Secondo un aspetto dell’invenzione, la boccola à ̈ coassialmente inserita in un anello di supporto, il quale à ̈ alloggiato in una sede di accoglimento dell’involucro della pompa.

Questo anello di supporto ha il vantaggio di irrigidire ulteriormente la boccola, facilitandone anche il montaggio e lo smontaggio rispetto all’involucro della pompa.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, l’anello di supporto à ̈ atto a bloccare assialmente una prima di dette guarnizioni anulari contro uno spallamento della sede di accoglimento.

Grazie a questa soluzione, la rimozione dell’anello di supporto permette anche una facile sostituzione di detta prima guarnizione anulare di tenuta.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, tra l’anello di supporto e la prima guarnizione anulare à ̈ interposto un anello avente una o più scanalature radiali, le quali sono in comunicazione con una camera di raccolta definita tra l’anello di supporto e la sede di accoglimento, la quale à ̈ ulteriormente in comunicazione con l’ingresso della pompa a monte di una valvola di aspirazione.

In questo modo, le perdite di fluido che possono eventualmente trafilare dalla prima guarnizione anulare fluiscono nelle scanalature radiali dell’anello intermedio verso la camera di raccolta, da cui sono rimandate alla aspirazione della pompa.

Inoltre, la camera di raccolta contiene sempre una certa quantità di fluido proveniente dal condotto di aspirazione, la quale favorisce il raffreddamento e la lubrificazione sia della boccola sia della guarnizione di bassa pressione.

Secondo un aspetto dell’invenzione, tra l’anello di supporto e la relativa sede di accoglimento sono interposti mezzi di tenuta per detta camera di raccolta.

Grazie a questa soluzione, le perdite di fluido che raggiungono la camera di raccolta non possono uscire all’esterno ma sono vincolate e ritornare alla aspirazione della pompa.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, l’anello di supporto comprende anche una sede atta ad accogliere la seconda di dette guarnizioni anulari.

Grazie a questa soluzione, la rimozione dell’anello di supporto permette anche una facile sostituzione della seconda guarnizione anulare di tenuta.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle figure illustrate nelle tavole allegate.

La figura 1 una sezione di una pompa volumetrica a pistoni effettuata secondo un piano contenente l’asse di un pistone.

La figura 2 Ã ̈ il dettaglio II di figura 1.

La figura 3 Ã ̈ il dettaglio III di figura 2.

La pompa volumetrica 10 comprende un involucro esterno 20, comunemente chiamato testata, cui à ̈ associato uno pistone alternativo 30, il quale à ̈ atto a delimitare, all’interno della testata 20, una camera operativa 21 a volume variabile, avente forma sostanzialmente cilindrica.

La testata 20 à ̈ inoltre provvista di un ingresso 22 e di un’uscita 23 per un fluido da pompare, le quali sono in comunicazione con la camera operativa 21 rispettivamente tramite una valvola di aspirazione 24 e una valvola di mandata 25.

Il pistone 30 comprende una camicia cilindrica 31, tipicamente di materiale ceramico, la quale à ̈ coassialmente infilata su uno stelo di supporto 32, tipicamente realizzato in materiale metallico come l’acciaio.

Lo stelo di supporto 32 à ̈ coassialmente ricavato in corpo unico con un fusto cilindrico posteriore 33 di diametro maggiorato, dal quale à ̈ separato da uno spallamento 34.

La camicia cilindrica 31 à ̈ assialmente bloccata tra lo spallamento 34 ed una ghiera di serraggio 35 avvitata all’estremità libera dello stelo di supporto 32.

Il fusto posteriore 33 à ̈ localizzato all’esterno della testata 20 ed à ̈ scorrevolmente infilato all’interno di una sede cilindrica di guida 51, la quale à ̈ ricavata in un carter 50 fissato alla testata 20 stessa.

Il carter 50 alloggia un albero a gomiti 52 ed una biella 53, la quale à ̈ articolata sia al fusto posteriore 33 sia all’albero a gomiti 52, in modo tale da realizzare un manovellismo di spinta atto a trasformare il movimento rotatorio dell’albero a gomiti 52 in un movimento alternativo del pistone 30 lungo la direzione definita dal proprio asse longitudinale X.

La rotazione dell’albero a gomiti 52 à ̈ azionata da un motore (non illustrato) posto all’esterno del carter 50.

Una guarnizione anulare a labbro 54 à ̈ coassialmente interposta tra il fusto posteriore 33 e la sede cilindrica di guida 51, solidale a quest’ultima, in modo da trattenere all’interno del carter 50 l’olio di lubrificazione per i giunti della biella 53 con l’albero a gomiti 52 ed il fusto posteriore 33.

Come illustrato in figura 2, la tenuta della camera operativa 21 à ̈ demandata a due guarnizioni anulari che sono fissate alla testata 20 e che sono coassialmente infilate sulla camicia cilindrica 31 del pistone 30, di cui una prima guarnizione anulare 60, detta guarnizione di alta pressione, la quale à ̈ direttamente sottoposta alla pressione della camera operativa 21, ed una seconda guarnizione anulare 61, detta guarnizione di bassa pressione, la quale à ̈ collocata a maggiore distanziata dal cielo del pistone 30 rispetto alla prima guarnizione 60.

La prima guarnizione 60 ha lo scopo di trattenere il fluido da pompare all’interno della camera operativa 21, mentre uno scopo della seconda guarnizione 61 à ̈ quello di trattenere le perdite di fluido che possono talvolta sfuggire alla prima guarnizione 60, consentendone il recupero.

Nell’esempio illustrato, la prima guarnizione 60 à ̈ una guarnizione a labbro, mentre la seconda guarnizione 61 à ̈ un semplice anello di tenuta O-ring.

In alternativa, anche la seconda guarnizione 61 potrebbe essere una più comune guarnizione a labbro.

Nello spazio compreso tra la prima guarnizione 60 e la seconda guarnizione 61 à ̈ collocata una boccola cilindrica di guida 70, la quale à ̈ fissata alla testata 20 ed à ̈ inserita coassialmente a misura sulla camicia cilindrica 31, al fine di guidare il movimento alternativo del pistone 30.

Come illustrato in figura 3, la boccola di guida 70 comprende tre strati cilindrici coassialmente inseriti l’uno nell’altro e uniti tra loro in modo inseparabile, di cui uno strato esterno 71 in acciaio inossidabile che funge da armatura, uno strato intermedio 72 di bronzo poroso (ad esempio bronzo allo stagno o bronzo al piombo stagno), ed uno strato interno 73, detto di strisciamento, il quale contiene politetrafluoroetilene (teflon) e definisce la superficie cilindrica interna 74 della boccola di guida 70 che à ̈ atta a stare direttamente a contatto con la superficie cilindrica esterna 36 della camicia 31 del pistone 30.

Più in particolare, la boccola di guida 70 à ̈ ottenuta a partire dall’armatura 71 in acciaio inossidabile, sulla quale viene sinterizzato lo strato intermedio di bronzo poroso 72. Durante la fase di laminazione, una miscela di politetrafluoroetilene e piombo viene inserita nei pori dello strato di bronzo poroso, in modo da realizzare lo strato di strisciamento 73.

In pratica, lo strato di strisciamento 73 comprende una matrice di politetrafluoroetilene che permea e ingloba le particelle superficiali dello strato intermedio di bronzo poroso 72, in modo da risultare ancorata a quest’ultimo.

Lo spessore complessivo della boccola di guida 70 dipende essenzialmente dal diametro del pistone 30.

In generale, lo spessore complessivo della boccola di guida 70 Ã ̈ compreso tra 0.7 e 2.5 mm, di cui lo strato intermedio 72 di bronzo poroso occupa uno spessore compreso tra 0.1 e 0.35 mm, mentre lo strato di strisciamento 73 contenente politetrafluoroetilene occupa uno spessore compreso tra 0.01 e 0.03 mm.

Grazie a questa struttura, la boccola di guida 70 favorisce lo scorrimento del pistone 30 e risulta inoltre particolarmente rigida e resistente all’usura.

La boccola di guida 70 à ̈ perciò in grado di guidare stabilmente il pistone 30 a scorrere lungo il proprio asse longitudinale X, sopportando efficacemente le spinte radiali e riducendo quelle oscillazioni del pistone 30 che potrebbero danneggiare le guarnizioni anulari 60 e 61.

Inoltre, lo strisciamento tra la camicia cilindrica 31 e lo strato di strisciamento 73 comporta il distacco di particelle o microparticelle di teflon che riducono gli attriti di scorrimento del pistone 30 anche nei confronti delle guarnizioni anulari 60 e 61, aumentando la durata di queste ultime.

Entrando più nel dettaglio, la boccola di guida 70 à ̈ coassialmente inserita all’interno di un anello di supporto 80, tipicamente realizzato in ottone, il quale comprende anche una sede anulare 81 atta ad accogliere la seconda guarnizione 61.

Questo anello di supporto 80 à ̈ alloggiato in una corrispondente sede di accoglimento 26, la quale à ̈ ricavata nella testata 20, in posizione coassiale con l’apertura attraverso cui il pistone 30 penetra nella camera operativa 21.

Questa sede di accoglimento 26 alloggia anche la prima guarnizione 60, la quale à ̈ assialmente bloccata tra l’anello di supporto 80 ed uno spallamento 27 che separa la sede di accoglimento 26 dalla camera operativa 21.

In particolare, tra l’anello di supporto 80 e la prima guarnizione 60 à ̈ interposto un ulteriore anello intermedio 82, una faccia piana del quale à ̈ solcata da una pluralità di scanalature radiali 83 a tutto sviluppo.

Come illustrato in figura 2, l’anello di supporto 80 à ̈ inoltre conformato e dimensionato in modo tale che, tra la superficie laterale esterna dell’anello di supporto 80 e la superficie laterale interna della sede di accoglimento 26, rimanga definita una stretta intercapedine anulare 28.

Questa intercapedine 28 à ̈ separata dalla camera operativa 21 mediante la prima guarnizione 60; à ̈ separata dall’ambiente esterno mediante un’ulteriore guarnizione anulare 62, nella fattispecie un anello di tenuta O-ring, coassialmente interposta tra l’anello di supporto 80 e la sede di accoglimento 26; ed à ̈ in comunicazione con l’ingresso 22 del fluido da pompare tramite un condotto 29 che sfocia a monte della valvola di aspirazione 24 (v. anche figura 1).

In questo modo, qualora piccole quantità del fluido contenuto nella camera operativa 21 trafilino dalla la prima guarnizione 60, le stesse possono fluire lungo le scanalature radiali 83 dell’anello intermedio 82 e raggiungere l’intercapedine 28, che funge così da camera di raccolta, per poi essere recuperate alla aspirazione della pompa 10.

Naturalmente, attraverso il condotto 29, l’intercapedine 28 contiene sempre una certa quantità di fluido proveniente dalla aspirazione della pompa 10, il quale viene trattenuto all’interno dell’intercapedine 28 anche grazie alla seconda guarnizione 61, e favorisce il raffreddamento e la lubrificazione sia della boccola 70 sia della guarnizione di bassa pressione 61.

Si desidera sottolineare che sebbene in figura 1 sia visibile un solo pistone alternativo 30, la pompa volumetrica 10 può comprendere una pluralità di pistoni alternativi 30, ciascuno dei quali atto a delimitare una rispettiva camera operativa 21 comunicante con l’ingresso 22 e con l’uscita 23 tramite rispettive valvole di aspirazione 24 e mandata 25.

Ovviamente alla pompa 10 un tecnico del settore potrà apportare numerose modifiche di natura tecnico applicativa, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come sotto rivendicata.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa (10) comprendente un involucro (20) cui à ̈ scorrevolmente associato almeno un pistone alternativo (30) atto a delimitare, all’interno dell’involucro (20), una camera operativa (21) comunicante con un ingresso (22) e con un’uscita (23) per un fluido da pompare, due guarnizioni anulari (60, 61) fissate all’involucro (20) ed inserite coassialmente sul pistone (30), ed un anello di guida (70) inserito coassialmente sul pistone e fissato all’involucro (20) tra le dette guarnizioni anulari (60, 61), caratterizzata dal fatto che detto anello di guida (70) comprende uno strato (73) contenente teflon, il quale definisce una superficie cilindrica (74) dell’anello di guida (70) atta a stare a contatto con una superficie cilindrica (36) del pistone (30).
2. 2. Pompa (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto teflon à ̈ inserito tra i pori di un materiale metallico poroso.
3. 3. Pompa (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto materiale metallico poroso à ̈ sinterizzato.
4. 4. Pompa (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto materiale metallico poroso à ̈ bronzo.
5. 5. Pompa (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto materiale metallico poroso à ̈ unito inscindibilmente ad una armatura cilindrica esterna (71).
6. 6. Pompa (10) secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detta armatura esterna (71) Ã ̈ realizzata in un materiale scelto tra: ottone, alluminio, bronzo e acciaio.
7. 7. Pompa (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto anello di guida (70) Ã ̈ conformato come una boccola cilindrica.
8. 8. Pompa (10) secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detta boccola (70) à ̈ coassialmente inserita in un anello di supporto (80), il quale à ̈ alloggiato in una sede di accoglimento (26) dell’involucro (20).
9. 9. Pompa (10) secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto anello di supporto (80) Ã ̈ atto a bloccare assialmente una prima (60) di dette guarnizioni anulari contro uno spallamento (27) della sede di accoglimento (26).
10. 10. Pompa (10) secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che tra detto anello di supporto (80) e la prima guarnizione anulare (60) à ̈ interposto un anello intermedio (82) avente una o più scanalature radiali (83), le quali sono in comunicazione con una camera di raccolta (28) definita tra l’anello di supporto (80) e la sede di accoglimento (26), la quale à ̈ ulteriormente in comunicazione con l’ingresso (22) della pompa (10) a monte di una valvola di aspirazione (24).
11. 11. Pompa (10) secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che tra l’anello di supporto (80) e la sede di accoglimento (26) sono interposti mezzi di tenuta (62) per detta camera di raccolta (28).
12. 12. Pompa (10) secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto anello di supporto (80) comprende una sede (81) atta ad accogliere una seconda (61) di dette guarnizioni anulari.