ITRE20130011A1 - Pompa volumetrica a pistoni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“POMPA VOLUMETRICA A PISTONIâ€

La presente invenzione riguarda le pompe volumetriche a pistoni, mono o pluricilindriche.

In particolare, la presente invenzione riguarda le pompe ad alta pressione come quelle che vengono comunemente utilizzate nel settore del lavaggio industriale o in altri settori dell’industria e dell’agricoltura.

Come à ̈ noto, una pompa ad alta pressione comprende generalmente una pluralità di pistoni, ciascuno dei quali à ̈ scorrevolmente accolto all’interno di un rispettivo cilindro in modo da definire con esso una camera di pompaggio a volume variabile, la quale comunica con un condotto di aspirazione e con un condotto di mandata tramite rispettive valvole.

I cilindri ed i condotti di aspirazione e mandata sono normalmente realizzati in un unico corpo monolitico di materiale metallico, ad esempio di ottone, il quale viene comunemente chiamato testata.

La testata à ̈ fissata ad un carter in cui sono accolti un albero a gomiti ed una pluralità di bielle, ciascuna delle quali à ̈ atta a collegare l’albero a gomiti con un rispettivo pistone, in modo da trasformare il movimento rotatorio del primo in un movimento alternativo del secondo.

Per evitare malfunzionamenti, preservare l’integrità dei componenti meccanici e ridurre il consumo energetico associato al funzionamento delle pompe ad alta pressione, à ̈ essenziale che il meccanismo sopra delineato sia costantemente lubrificato.

Tale lubrificazione à ̈ generalmente ottenuta mediante un sistema a sbattimento in bagno d’olio, ossia predisponendo nel volume interno del carter una prefissata quantità di olio lubrificante che lambisce i cuscinetti di supporto dell’albero a gomiti e che viene agitato dal movimento dell’albero a gomiti e delle bielle, in modo da raggiungere anche i giunti di collegamento tra l’albero a gomiti e le bielle ed i giunti di collegamento tra le bielle ed i pistoni.

Un inconveniente di questa soluzione deriva tuttavia dal fatto che l’efficacia della lubrificazione dipende da alcune caratteristiche chimico-fisiche dell’olio lubrificante, come ad esempio la viscosità, le quali possono dipendere fortemente dalla temperatura che l’olio lubrificante raggiunge durante il funzionamento della pompa ad alta pressione.

Per questo motivo, se la temperatura dell’olio lubrificante à ̈ troppo alta o troppo bassa rispetto ad un valore ottimale di progetto, può accadere che la lubrificazione di una pompa ad alta pressione risulti difettosa, causando un aumento dell’usura e del consumo energetico.

Un altro inconveniente consiste nel fatto che se la temperatura dell’olio lubrificante raggiunge valori estremamente alti, possono insorgere problemi di sicurezza o comunque si può determinare un deterioramento permanente delle caratteristiche chimico-fisiche dell’olio lubrificante.

Attualmente la temperatura dell’olio lubrificante non viene controllata dagli utilizzatori durante il funzionamento della pompa, per cui il rischio di raggiungere condizioni critiche o comunque di malfunzionamento à ̈ effettivamente piuttosto elevato.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ perciò quello di risolvere i menzionati inconvenienti, fornendo una soluzione che consenta agli utilizzatori di intervenire tempestivamente nel caso in cui la temperatura dell’olio lubrificante presenti dei valori anomali.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di raggiungere il menzionato obiettivo nell’ambito di una soluzione semplice, razionale e dal costo relativamente contenuto.

Tali ed altri scopi sono raggiunti dalle caratteristiche dell’invenzione riportate nella rivendicazione indipendente 1. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell’invenzione.

In particolare, una forma di attuazione della presente invenzione rende disponibile una pompa comprendente una testata, nella quale à ̈ ricavato almeno un cilindro in cui à ̈ scorrevolmente accolto un pistone, ed un carter fissato a detta testata, il quale definisce un volume interno in cui sono accolti un albero a gomiti ed almeno una biella atta a collegare detto albero a gomiti con detto pistone, in modo da poter trasformare un movimento rotativo dell’albero a gomiti in un movimento alternativo del pistone, a detto carter essendo applicati mezzi di segnalazione della temperatura dell’olio lubrificante contenuto nel volume interno del carter.

Grazie a questa soluzione, i mezzi di segnalazione permettono agli utilizzatori di tenere sotto controllo la temperatura dell’olio lubrificante durante il funzionamento della pompa ad alta pressione, mettendoli in condizione di intervenire tempestivamente qualora riscontrino valori anomali.

Per “mezzi di segnalazione†si intende generalmente qualunque dispositivo in grado di segnalare, ovvero di trasmettere agli utilizzatori, una misura diretta o indiretta della temperatura dell’olio lubrificante.

In senso generale, i mezzi di segnalazione potrebbero quindi essere collegati con un sensore separato atto ad eseguire la misura della temperatura dell’olio lubrificante.

Tuttavia, una preferita forma di realizzazione della presente invenzione prevede che i mezzi di segnalazione includano, come un termometro, anche i mezzi di misura di detta temperatura.

Applicando un termometro al carter si ottiene infatti una misura indiretta della temperatura dell’olio lubrificante, attraverso una soluzione tecnicamente molto semplice e facilmente implementabile.

Secondo un preferito aspetto dell’invenzione, questo termometro può contenere una sostanza termocromica, la quale à ̈ atta a cambiare colore in base alla temperatura cui à ̈ riscaldata.

Detto termometro può essere ad esempio un termometro a cristalli liquidi (LCT – liquid crystal thermometer), il quale può essere applicato al carter mediante un adesivo.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, la pompa può comprendere anche dei mezzi di segnalazione del livello dell’olio lubrificante contenuto nel volume interno del carter.

Questo aspetto dell’invenzione à ̈ vantaggioso poiché l’efficacia del sistema di lubrificazione dipende anche dal fatto che il livello dell’olio lubrificante sia compreso tra un valore minimo ed un valore massimo di progetto.

Attualmente il livello dell’olio lubrificante viene controllato durante periodici interventi di manutenzione della pompa ad alta pressione, ad esempio mediante un’asta graduata che viene inserita all’interno del carter attraverso la bocca di riempimento dell’olio lubrificante stesso.

Questa procedura di controllo à ̈ tuttavia piuttosto scomoda e laboriosa, per cui accade che gli utilizzatori trascurino per molto tempo di controllare il livello dell’olio lubrificante, con la conseguenza che la pompa ad alta pressione può talvolta trovarsi a funzionare in condizioni di lubrificazione non ottimali, aumentando l’usura ed il consumo energetico.

Grazie ai summenzionati mezzi di segnalazione applicati al carter, gli utilizzatori possono invece tenere sotto controllo il livello dell’olio lubrificante in modo molto più semplice ed immediato.

Anche in questo caso, per “mezzi di segnalazione†si intende generalmente qualunque dispositivo in grado di segnalare, ovvero di trasmettere agli utilizzatori, una misura diretta o indiretta del livello dell’olio lubrificante all’interno del carter della pompa.

Una forma di realizzazione della presente invenzione prevede ad esempio che i mezzi di segnalazione del livello comprendano semplicemente un corpo trasparente atto a consentire una visione diretta del livello dell’olio contenuto nel volume interno del carter.

In questo modo si consente agli utilizzatori di controllare facilmente e rapidamente il livello dell’olio lubrificante in modo visivo, nell’ambito di una soluzione estremamente semplice ed economica.

Un altro vantaggio di questa soluzione consiste nel fatto che gli utilizzatori possono vedere direttamente e quindi controllare anche il colore e/o l’opacità dell’olio lubrificante, ad esempio per valutare se lo stesso à ̈ eccessivamente sporco o consumato o se à ̈ stato contaminato con delle infiltrazioni d’acqua durante il funzionamento della pompa.

Secondo un aspetto di questa forma di realizzazione, il corpo trasparente può essere affacciato ad corpo opaco di contrasto (ossia non trasparente), con il quale definisce una intercapedine che à ̈ in comunicazione idraulica con il volume interno del carter.

Questa soluzione ha il vantaggio di migliorare la visione del livello e delle caratteristiche qualitative dell’olio lubrificante, giacché il corpo di contrasto può riflettere parte della luce esterna, consentendo una illuminazione migliore del sottile strato di olio lubrificante che si trova nella intercapedine tra il corpo di contrasto ed i corpo trasparente.

Secondo una preferita forma di attuazione della presente invenzione, i mezzi di segnalazione della temperatura e/o i mezzi di segnalazione del livello possono essere entrambi applicati ad un coperchio rimovibile del carter.

Grazie a questa soluzione, il coperchio può essere realizzato ed assemblato separatamente rispetto al carter, in modo semplice ed economico, ed essere fissato al carter solo in un secondo momento, durante la fase di montaggio della pompa ad alta pressione.

Secondo un aspetto di questa forma di realizzazione, detto coperchio può essere allineato con l’asse di rotazione dell’albero a gomiti, ad esempio può essere il coperchio che sostiene uno dei cuscinetti di supporto per l’albero a gomiti.

Grazie a questa soluzione, i mezzi di segnalazione risultano in una posizione ottimale per consentire agli utilizzatori di controllare il livello e la temperatura dell’olio lubrificante.

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 Ã ̈ una vista prospettica di una pompa a pistoni ad alta pressione secondo una forma di attuazione della presente invenzione.

La figura 2 Ã ̈ una vista laterale della pompa di figura 1.

La figura 3 Ã ̈ la sezione III-III di figura 2.

La figura 4 Ã ̈ un dettaglio ingrandito di figura 1.

La figura 5 Ã ̈ un dettaglio ingrandito di figura 3.

Come illustrato in figura 3, la pompa ad alta pressione 100 può comprendere una pluralità di pistoni 105 disposti in linea e con assi paralleli, ciascuno dei quali à ̈ scorrevolmente inserito all’interno di un rispettivo cilindro (non visibile) con cui definiscono una camera di pompaggio.

I cilindri della pompa ad alta pressione 100 sono realizzati all’interno di una testata 110, la quale può essere fabbricata come un corpo monolitico di materiale metallico, tipicamente in ottone.

Come illustrato in figura 2, nella testata 110 sono realizzati anche un collettore di aspirazione 115 per il fluido da pompare (ad esempio acqua) ed un collettore di mandata 120 per il fluido in pressione, i quali sono in comunicazione con ciascuna delle camere di pompaggio rispettivamente attraverso una valvola di aspirazione ed una valvola di mandata (non visibili). Le valvole di aspirazione e di mandata sono singolarmente accolte all’interno di rispettive sedi 125 e 130 (Fig. 1), le quali sono ricavate nella testata 110 e sono chiuse a tenuta da opportuni tappi filettati 135 e 140.

La testata 110 à ̈ fissata ad un carter metallico 145, ad esempio di acciaio o ghisa, al cui interno à ̈ girevolmente accolto un albero a gomiti 150 avente asse di rotazione ortogonale agli assi dei pistoni 105 (v. figura 3). Questo albero a gomiti 150 à ̈ sagomato in modo da definire un numero di tratti di manovella pari al numero dei pistoni 105, ed ognuno di questi tratti di manovella à ̈ collegato ad un rispettivo pistone 105 tramite una biella 155 che à ̈ anch’essa contenuta all’interno del carter 145. In questo modo, la rotazione dell’albero a gomiti 150 viene trasformata da ciascuna biella 155 in un movimento alternativo del rispettivo pistone 105, con ciò provocando il pompaggio del fluido dal collettore di aspirazione 115 al collettore di mandata 120.

L’albero a gomiti 150 à ̈ supportato all’interno del carter 145 da una coppia di cuscinetti 160 e 165, ciascuno dei quali à ̈ assialmente accolto e bloccato in una sede ricavata in un rispettivo coperchio metallico 170 e 175. I coperchi 170 e 175 sono fissati su fianchi opposti del carter 145, sostanzialmente allineati tra loro e con l’albero a gomiti 150. In particolare, ciascun coperchio 170 e 175 à ̈ fissato al carter 145 mediante mezzi di fissaggio smontabili, nella fattispecie mediante una serie di viti 180, in modo tale da poter essere rimossi e separati dal carter 145 in caso di necessità. L’estremità dell’albero a gomiti 150 posta in corrispondenza del coperchio 170 termina ed à ̈ contenuta all’interno del carter 145, mentre l’estremità opposta sporge all’esterno del coperchio 175, in modo da definire un codolo di collegamento tramite il quale l’albero a gomiti 150 può esser collegato con un motore di azionamento, eventualmente attraverso un opportuno sistema di trasmissione e riduzione.

Il volume interno del carter 145 contiene anche una prefissata quantità di olio lubrificante (non visibile), il quale à ̈ destinato a lubrificare per sbattimento tutto il meccanismo della pompa ad alta pressione 100, ed in particolare i cuscinetti 160 e 165, i giunti a snodo tra l’albero a gomiti 150 e le bielle 155, ed i giunti a snodo tra le bielle 155 ed i rispettivi pistoni 105. Questo olio lubrificante può essere versato all’interno del carter 145 attraverso una bocca di ingresso 185 (v. figura 1), e può essere eventualmente scaricato attraverso una bocca di uscita 190 (v.

figura 2), entrambe le quali sono normalmente chiuse da un rispettivo tappo di chiusura rimovibile.

Come illustrato nelle figure 4 e 5, il coperchio 170 presenta una porzione sporgente 195 di forma generalmente cilindrica, la quale à ̈ allineata e sostanzialmente coassiale con l’albero a gomiti 150. Questa porzione sporgente 195 termina con una parete estremale 200 sostanzialmente piana, alla quale sono associati un sia un dispositivo 205 atto a segnalare il livello dell’olio lubrificante all’interno del carter 145, sia un termometro 210 atto a misurare e segnalare la temperatura del medesimo olio lubrificante.

Il termometro 210 può essere un termometro contenente una sostanza termocromica, la quale à ̈ atta a cambiare colore in base alle temperatura cui à ̈ riscaldata. Ad esempio, il termometro 210 illustrato nelle figure à ̈ un termometro adesivo a cristalli liquidi, il quale viene fissato sul fondo di un ribassamento 215 di forma sostanzialmente semicircolare che occupa circa una metà della superficie esterna della parete estremale 200. In questo modo, il termometro 210 misura di fatto la temperatura del coperchio 170, la quale tuttavia rappresenta una misura indiretta della temperatura dell’olio lubrificante.

Un termometro a cristalli liquidi può generalmente comprendere due strati di materiale flessibile ed impermeabile, di cui uno strato inferiore atto ad essere applicato sulle superfici di cui si vuole misurare la temperatura, ed uno strato superiore almeno parzialmente trasparente. Questi due strati sono reciprocamente sovrapposti e fissati in modo che tra essi rimanga definita una pluralità di scomparti separati e sigillati, ciascuno dei quali contiene una miscela di cristalli liquidi. Questa miscela di cristalli liquidi ha la proprietà di avere una colorazione sostanzialmente nera, tranne quando la sua temperatura à ̈ compresa in un prefissato intervallo di valori, nel qual caso i cristalli liquidi si dispongono in modo da riflettere/rifrangere la luce e illuminare il relativo scomparto. Utilizzando miscele di cristalli liquidi diverse per ciascuno scomparto à ̈ quindi possibile fare in modo che gli stessi si illuminino in modo alternativo, ciascuno per un diverso intervallo di temperature, consentendo al termometro di segnalare la temperatura attualmente raggiunta.

Nella forma di attuazione illustrata, il termometro 210 comprende ad esempio uno scomparto inferiore 220 il quale à ̈ configurato per illuminarsi con una colorazione azzurra sino ad una temperatura di circa 45°C, uno scomparto intermedio 225 atto ad illuminarsi di una colorazione verde per una temperatura compresa tra circa 45°C e 85°C, ed uno scomparto superiore 230 atto ad illuminarsi di una colorazione rossa per una temperatura superiore a 85°C. In questo modo, l’illuminazione dello scomparto inferiore 220 può significare che l’olio lubrificante à ̈ troppo freddo per garantire una lubrificazione ottimale; l’illuminazione dello scomparto intermedio 225 può significare che la temperatura dell’olio lubrificante ha raggiunto un valore ottimale; mentre l’illuminazione dello scomparto superiore 230 può significare che l’olio lubrificante à ̈ troppo caldo e che ci si trova in una condizione pericolosa.

Tornando al coperchio 170, il dispositivo 205 atto a segnalare il livello dell’olio lubrificante comprende una apertura 235 di forma sostanzialmente semicircolare, la quale occupa all’incirca la restante metà della superficie esterna della parete estremale 200. Questa apertura 235 sfocia all’interno di una retrostante cavità cilindrica 240 del coperchio 170, la quale à ̈ disposta coassiale con l’albero a gomiti 150 ed à ̈ in comunicazione con il volume interno del carter 145 (v. figura 5). All’interno di questa cavità cilindrica 240 à ̈ accolto a misura un disco 245 di materiale trasparente, ad esempio di plastica o vetro, il quale à ̈ atto a chiudere l’apertura 235, definendo con essa una finestra attraverso la quale à ̈ possibile vedere all’interno del carter 145. Per evitare indesiderate fuoriuscite di olio lubrificante dalla apertura 235, tra il disco trasparente 245 e la cavità cilindrica 240 à ̈ interposta una opportuna guarnizione anulare 250. All’interno della cavità cilindrica 240 à ̈ accolto anche un disco di contrasto 255 opaco, ossia non trasparente, il quale à ̈ interposto tra il cuscinetto 160 ed il disco trasparente 245, in modo da definire con quest’ultimo una stretta intercapedine 260. Il disco di contrasto 255 presenta delle aperture passanti 265, tramite le quali l’intercapedine 260 à ̈ in comunicazione idraulica con il volume interno del carter 145.

In questo modo, l’olio lubrificante si dispone all’interno dell’intercapedine 260 allo stesso livello che presenta all’interno del carter 145, consentendo ad un utilizzatore di vedere direttamente tale livello attraverso la porzione del disco trasparente 245 che chiude l’apertura 235. La visione del livello dell’olio lubrificante à ̈ favorita dal disco di contrasto 255 che, riflettendo almeno in parte la luce esterna, à ̈ in grado di illuminare il sottile strato di olio che occupa l’intercapedine 260. Eventualmente, in corrispondenza della apertura 235, potrebbe essere presente una scala graduata (o equivalenti) atta ad indicare dei prestabiliti livelli con cui confrontare il livello attuale dell’olio lubrificante.

Grazie a questo sistema visivo, un utilizzatore à ̈ altresì vantaggiosamente in grado di vedere e quindi di controllare direttamente anche il colore e/o l’opacità dell’olio lubrificante, ad esempio per valutare se lo stesso à ̈ eccessivamente sporco o consumato o se à ̈ stato contaminato con delle infiltrazioni d’acqua durante il funzionamento della pompa.

Ovviamente alla pompa ad alta pressione sopra descritta un tecnico del settore potrebbe apportare numerose modifiche di natura tecnico applicativa, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come sotto rivendicata.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Una pompa (100) comprendente una testata (110), nella quale à ̈ ricavato almeno un cilindro in cui à ̈ scorrevolmente accolto un pistone (105), ed un carter (145) fissato a detta testata (110), il quale definisce un volume interno in cui sono accolti un albero a gomiti (150) ed almeno una biella (155) atta a collegare detto albero a gomiti (150) con detto pistone (105), in modo da poter trasformare un movimento rotativo dell’albero a gomiti (150) in un movimento alternativo del pistone (105), caratterizzato dal fatto che a detto carter (145) sono applicati mezzi di segnalazione (210) della temperatura dell’olio lubrificante contenuto nel volume interno del carter (145).
2. 2. Una pompa (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di segnalazione (210) includono anche mezzi di misura di detta temperatura.
3. 3. Una pompa (100) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di misura e segnalazione (210) comprendono una sostanza termocromica.
4. 4. Una pompa (100) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di misura e segnalazione (210) sono un termometro a cristalli liquidi.
5. 5. Una pompa (100) secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto termometro a cristalli liquidi à ̈ applicato al carter (145) mediante un adesivo.
6. 6. Una pompa (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di segnalazione (205) del livello dell’olio lubrificante contenuto nel volume interno del carter (145).
7. 7. Una pompa (100) secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di segnalazione del livello (205) comprendono un corpo trasparente (245) atto a consentire una visione diretta del livello dell’olio contenuto nel volume interno del carter (145).
8. 8. Una pompa (100) secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detto corpo trasparente (245) à ̈ affacciato ad corpo opaco di contrasto (255), con il quale definisce una intercapedine (260) che à ̈ in comunicazione idraulica con il volume interno del carter (145).
9. 9. Una pompa (100) secondo la una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi (210) di segnalazione della temperatura dell’olio lubrificante e/o detti mezzi (205) di segnalazione del livello sono applicati ad un coperchio rimovibile (170) del carter (145).
10. 10. Una pompa (100) secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che detto coperchio (170) e allineato con l’asse di rotazione dell’albero a gomiti (150).