ITRM20000234A1 - Compressore radiale con fenditure alle pareti, in particolare per autoveicoli. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

" COMPRESSORE RADIALE CON FENDITURE ALLE PARETI, IN PARTICOLARE PER AUTOVEICOLI "

L'invenzione concerne un compressore radiale con fenditure alle pareti secondo il preambolo della rivendicazione 1.

In molti settori della tecnica vengono impiegati compressori radiali per la produzione di una corrente di gas compresso. Così, ad esempio, in molti motori a combustione interna, in particolare in motori Diesel grossi, la carica d'aria alimentata per me:szo di un compressore radiale viene compressa al fine di aumentare la potenza. Questa compressione di carica d'aria spesso viene chiamata ,,sovralimentazione1'. Spesso, il compressore radiale viene azionato da una turbina a gas di scarico e forma, con questa, un cosiddetto turbocompressore a gas di scarico.

Nei compressori radiali, il problema sta nel fatto che essi, quando si scende al di socto di un determinato flusso volumetrico, passano in uno stato di esercizio instabile. A questo proposito si parla anche di ,,pompaggio'' del compressore radiale. Xn questo stato, il compressore radiale sviluppa soltanto una pressione insufficiente, cosa che, ad esempio, in caso di motori a combustione interna sovralimentati, si rivela come cosiddetto ,,buco della turbina'' in presenza di bassi numeri di giri. Inoltre si hanno forti flussi non stazionari che possono sollecitare notevolmente in senso meccanico gli elementi strutturali del compressore radiale e possono ridurre la durata di vita del compressore radiale.

Pertanto si sono sviluppati diversi accorgimenti che mirano a ridurre il limite di pompaggio, cioè il limite tra la zona stabile e la zona instabile, verso flussi volumetrici più bassi. Nei motori a combustione interna sovralimentati, ciò aumenta la loro potenza nel campo di numero di giri inferiore e produce ridotte emissioni di sostanze nocive.

Uno di questi accorgimenti è noto come cosiddetto trattamento della parete e comprende la realizzazione di fenditure nella parete dell'involucro che limita il canale di flusso, come descritto nel brevetto US-A-4.212.585 che costituisce lo stato della tecnica. Il compressore radiale ivi indicato ha un involucro in cui è disposto un mozzo provvisto di palette mobili. Una superficie interna dell'involucro e la superficie del mozzo formano le superfici Limite di un canale di flusso. In questo è disposto, concentricamente al mozzo, un anello disposto in un'apertura nella superficie interna dell'involucro. La superficie frontale, orientata verso il basso, dell'anello tocca a paro una corrispondente superficie frontale dell'apertura in modo che il canale di flusso non presenti alcun gradino lateralmente all'involucro. All'altezza delle estremità delle palette mobili, orientate contro corrente, sono disposte fenditure nella parete interna dell'anello, le quali producono lo spostamento desiderato del limite di pompaggio. Si suppone che le fenditure nella parete contrastino la formazione di vortici di ricircolazione che si formano nella zona anteriore della girante, i quali vengono ritenuti importanti per l'inizio del ,,pompaggio''.

Nella domanda di brevetto pubblicata EP 0 348 674 Al è indicato un dispositivo per l'ampliamento del diagramma caratteristico di un compressore radiale relativo a piccole portate in corrispondenza dell'entrata della girante del compressore, il quale contiene un'apertura che si estende in direzione periferica di un canale di entrata del compressore e si estende a monte a partire dall'apertura di entrata della girante e in cui è integrato un anello di stabilizzazione, il quale è disposto a monte della girante e al di fuori del canale di flusso principale e sul suo perimetro esterno porta un numero di palette che, a loro volta, sono ancorate al contorno interno dell'apertura .

Nella domanda di brevetto pubblicata DE 40 27 174 Al è descritto un compressore radiale con un dispositivo per la stabilizzazione della curva caratteristica, il quale presenta una camera di circolazione atta a compensare la pressione tra la girante del compressore e una zona di entrata a monte della girante. Nella zona di entrata è previsto un anello di ingresso con cui poter influenzare, senza perdite e in modo da stabilizzarne la curva caratteristica, il flusso, il quale anello può essere modificato secondo le esigenze dei clienti. Radialmente verso l'interno, la camera di circolazione viene limitata da un anello di contorno che si estende assialmente tra una scanalatura di ingresso, collegata a monte con la zona di entrata e una scanalatura di contorno che sbocca in corrispondenza del contorno della girante nel flusso principale.

Compito dell'invenzione è quello di approntare un compressore radiale del tipo indicato all'inizio in cui si ottiene una riduzione del limite di pompaggio con accorgimenti appropriati.

L'invenzione risolve questo compito con l'approntamento di un compressore radiale con le caratteristiche della rivendicazione 1. In questo compressore radiale, tra la superficie frontale dell'anello orientata secondo la corrente e una superficie frontale dell'apertura, orientata contro corrente, è prevista una fenditura anulare che si trova in senso assiale completamente all'interno cella zona assiale occupata dalle palette mobili, cioè la superficie frontale dell'anello che la limita a monte si trova in direzione di flusso dietro l'estremità delle palette mobili che sta a monte. Le estremità delle palette mobili che stanno a monte sono disposte assialmente ad una distanza dalle due estremità assiali delle fenditure nella parete, tra queste, maggiore rispetto alla larghezza delle fenditure nella parete. Si è scoperto che, nei compressori radiali con fenditure così concepite, il limite di pompaggio si sposta ancora una volta nettamente verso minori flussi volumetrici. Risultati particolarmente buoni possono essere raggiunti quando, per la realizzazione di una compensazione della pressione, la fenditura è collegata, tramite canali indipendenti dal canale di flusso, con la camera disposta a monte davanti all'anello.

In una forma di realizzazione vantaggiosa secondo la rivendicazione 2, l'ampiezza della fenditura anulare in direzione assiale 1 si sviluppa fino al 5% del diametro della girante. In un'altra forma di realizzazione secondo la rivendicazione 3, le fenditure alla parete si estendono dalla parete interna dell'anello obliquamente con un angolo da 30° fino a 90° rispetto alla tangente interna dell'anello nel suo piano trasversale fino ad una profonditi quasi uguale alla velocità del suono del gas diviso per il prodotto ottenuto dalla frequenza di rotazione quadrupla e dal numero delle palette mobili. In questo caso, la estensione delle fessure alle pareti in direzione assiale non è maggiore di questa profondità. Si è rilevato che ciascuna delle forme di realizzazione secondo le rivendicazioni 2 e 3 contribuisce, inoltre, a ridurre il limite di pompaggio.

In una forma di realizzazione secondo la rivendicazione 4, l'anello nell'apertura è condotto in direzione radiale lungo costole longitudinali disposte sul lato interno dell'involucro. Le costole interne dell'involucro, insieme alla superficie interna dell'involucro e alla superficie esterna dell'anello, formano i canali già citati avanti per l'ottenimento di una compensazione della pressione tra la fenditura e la camera disposta a monte davanti all'anello. In questo modo, nell'involucro non sono necessari fori supplementari.

In una forma di esecuzione secondo la rivendicazione 5, l'anello è fissato in direzione assiale mediante una ò più viti che passano attraverso la parete dell'involucro. Questo fissaggio è costruttivamente semplice ed è svincolabile in qualsiasi momento senza problemi.

In una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa dell'invenzione secondo la rivendicazione 6 ,l'anello è disposto in modo da poter essere spostato in direzione assiale nell'apertura. Con l'aiuto di mezzi di fissaggio appropriati è possibile fissare l'anello in più posizioni assiali diverse. In questo modo, l'estensione della fenditura in direzione assiale, cioè la larghezza della fenditura, può essere modificata senza che, a questo scopo, siano necessari nuovi elementi strutturali oppure ampie ricostruzioni. Uno spostamento della larghezza della fenditura può avère senso, ad esempio, per adattare il compressore radiale a parametri di esercizio modificati come, ad esempio, la temperatura e la densità dell'aria aspirata.

Esempi di esecuzione vantaggiosi dell'Invenzione sono rappresentati nei disegni e vengono descritti più dettagliatamente in seguito. Nei disegni:

La figura 1 mostra una sezione longitudinale a metà lungo un compressore radiale con un anello con fenditure sulla parete in una rappresentazione semplificata e

la figura 2 mostra due sezioni lungo l'anello della figura 1 per l'illustrazione della geometria delle fenditure alla parete.

Il compressore radiale RV mostrato nella figura l presenta un involucro G in cui è disposta una girante con sala LA che comprende un mozzo N e palette mobili LS fissate ad esso. La direzione del flusso del gas che scorre lungo un canale di flusso SK del compressore RV è indicata con frecce P. L'involucro G ha, nulla sua superficie interna orientata verso il canale di flusso, un'apertura A in cui è inserito un anello R concentricamente alla sala LA. Per motivi relativi alla tecnica lavorativa, l'anello R è costituito da due anelli parziali Ri e R2. La superficie interna dell'anello R è provvisto di un gran numero di fessure WS sulla parete, la cui struttura è illustrata più dettagliatamente in seguito.

Tra la superficie frontale SFR dell'anello R, orientata secondo la corrente SFR, e la superficie frontale SFA corrispondente a questa, orientata contro corrente, dell'apertura A è disposta una fessura anulare S. La larghezza di questa fessura S cioè la sua estensione in direzione assiale, ha un notevole influsso sul limite di pompaggio. Si è rilevato che, in presenza di una larghezza di fessura dall'1% al 5% del diametro della girante, si può ottenere un limite di pompaggio particolarmente basso.

Nell'esempio di esecuzione rappresentato nella figura 1, la posizione assiale dell'anello R è fissabile nell'apertura A mediante una vite FS. Per l'alloggiamento della vite FS è previsto un foro B con filettatura interna nella parete dell'involucro G. L'estremità della vite prigioniera fa presa in una scanalatura N che si estende intorno alla superficie esterna dell'anello R. Nell'esempio di esecuzione rappresentato è prevista soltanto una scanalatura N, per cui l'anello R è fissabile nell'apertura A soltanto in una posizione assiale. Però si possono prevedere anche più scanalature parallele, in modo da rendere possibile un fissaggio dell'anello in più posizioni assiali. Si può anche rinunciare completamente alle scanalature quando l'estremità della vite FS è più dura della superficie esterna dell'anello R ed è in grado di penetrare in essa. In quest'ultimo caso, la larghezza della fessura S è continuamente determinabile. Di conseguenza, una variazione della larghezza della fenditura S è possibile con un dispendio molto piccolo, dal momento che c'è bisogno di svincolare soltanto la vite FS e di spostare l'anello R in direzione assiale nella posizione desiderata. Successivamente, la vite FS viene stretta di nuovo- La possibilità di fissaggio dell'anello in più posizioni assiali consente di adattare il compressore radiale mediante variazione della larghezza della fessura a condizioni di esercizio modificate (temperatura e densità dell'aria aspirata ecc.> . Eventualmente è vantaggioso prevedere, al posto di una sola vite FS, più viti per il fissaggio, le quali sono disposte simmetricamente in senso radiale sul perimetro dell'involucro.

L'apertura A può essere eseguita a guisa di foro, in modo che tutta la superficie esterna dell'anello R poggi a paro sulla superficie interna dell'apertura A. In alternativa a ciò, sulla superficie interna dell'apertura è possibile prevedere più costole longitudinali LR che si estendono in direzione assiale. Soltanto le estremità delle costole longitudinali LR orientate radialmente verso l'interno toccano poi la superficie esterna dell'anello R, mentre la restante parte della superficie interna dell'apertura è separata dalla superficie esterna dell'anello R per mezzo di un una fenditura radiale, attigua alla fenditura assiale S. Questa fenditura radiale funge, allo stesso tempo, da canale di collegamento tra la fenditura assiale e la camera disposta a monte davanti all'anello. Una tale guida radiale dell'anello R lungo le costole longitudinali LR ha, inoltre, il vantaggio di rendere meno percettibili le tolleranze di lavorazioni:.

Come mostrano le prove fatte, il limite di pompaggio è particolarmente basso quando l'anello R è disposto nel canale di flusso SK in modo che le estremità E delle palette mobili LS orientate contro corrente stanno ad un'altezza, preferibilmente quasi al centro, tra le estremità assiali delle fenditure sulla parete WS. In caso di rotazione della girante, le estremità E delle palette mobili orientate contro corrente superano, in questo modo, solo parzialmente le fessure sulla parete WS.

Con riferimento alla figura 2, in seguito viene illustrata più dettagliatamente la struttura dell'anello R. L'anello R è costituito, sostanzialmente, dall'anello parziale RI, il quale, verso un suo lato frontale sulla sua superficie interna, è provvisto di fenditure sulla parete WS. Su questo lato frontale, l'anello parziale R2 è avvitato, calettato a caldo oppure fissato in altro modo a guisa di coperchio. La struttura bipartita ha il vantaggio di poter munire, in questo modo, più facilmente l'anello R di fenditure sulla parete. Le fenditure sulla parete WS si estendono, davanti alla superficie interna dell'anello parziale RI, obliquamente con un'angolazione W rispetto alla tangente interna IT dell'anello parziale nella sua parete, e preicisamente nel piano trasversale dell'anello parallelo alla superficie frontale. La definizione della larghezza B, della profondità T e dell'altezza H delle fenditure sulla parete la si può rilevare dalla figura 2. Un limite di pompaggio particolarmente basso può essere raggiunto quando l'angolo W oscilla tra 30° e 90, la profondità T è quasi uguale alla velocità del suono del gas da comprimere diviso per il prodotto ottenuto dalla frequenza di rotazione multipla e dal numero delle palette mobili e, inoltre, quando l'altezza H delle fenditure sulla parete non è maggiore della profondità τ .

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Compressore radiale per la realizzazione di una corrente di gas compresso con - un involucro (G), - una girante disposta in esso, la quale definisce un asse di rotazione (LA) ed ha un mozzo (N) che porta palette mobili (LS) e la cui superficie limita, insieme ad una superficie interna dell'involucro, un canale di flusso (SK), e un anello (R), disposto nel canale di flusso concentricamente al mozzo, il quale è accolto in un'apertura (A) nella superficie interna dell'involucro e, sulla sua superficie interna, in una zona distanziata assialmente dalla superficie frontale (SFR) orientata contro corrente, è provvisto di fenditure sulla parete (WS), caratterizzato dal fatto che le estremità (E) delle palette mobili (LS), orientate contro corrente, sono disposte assialmente tra le estremità assiali delle fenditure sulla parete (WS) e, in questo caso, ad entrambe le estremità delle fessure sulla parete, mantengono una distanza assiale maggiore della larghezza (B) delle fessure e - tra la superficie frontale (SFR) dell'anello ( R ), orientata secondo la corrente, e una superficie frontale (SFA) dell'apertura, orientata contro corrente, è formata una fenditura anulare (S).
2. 2. Compressore radiale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'estensione della fenditura anulare in direzione assiale oscilla tra 1% e 5% del diametro della girante.
3. 3. Compressore radiale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le fenditure sulla parete (WS) si estendono dalla superficie interna dell'anello ( R ) con un .angolo (W) da 30° a 90° rispetto alla tangente interna nel piano trasversale dell'anello fino ad una profondità (T), la quale è quasi uguale alla velocità del suono del gas diviso per il prodotto ottenuto dalla frequenza di rotazione quadrupla e dal numero delle palette mobili, e l'estensione (H) delle fenditure sulla parete in direzione assiale non è maggiore di questa profondità.
4. 4. Compressore radiale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'anello { R ) è condotto in direzione radiale lungo costole longitudinali (LR) disposte sul lato interno dell <1>involucro in modo che tra 1'apertura e: la camera disposta a monte davanti all'anello si forma un collegamento indipendente dal canale di flusso.
5. 5. Compressore radiale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'anello è fissato in direzione assiale mediante almeno una vite (FS) fatta passare lungo la. parete dell'involucro .
6. 6. Compressore radiale secondo una delle rivendicazioni da l a 4, caratterizzato dal fatto che l'anello ( R ) nell'apertura (A) è condotto in modo da potersi spostare in direzione assiale e sono previsti mezzi di fissaggio (FS) che consentono un fissaggio dell'anello in almeno due posizioni assiali diverse.