ITTO20010815A1

ITTO20010815A1 - ALTERNATIVE VOLUMETRIC COMPRESSOR, AND PISTON TO CREATE SUCH ALTERNATIVE VOLUMETRIC COMPRESSOR.

Info

Publication number: ITTO20010815A1
Application number: IT2001TO000815A
Authority: IT
Original assignee: Abac Aria Compressa
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2003-02-14
Also published as: CN1407230A; ITTO20010815A0; CN100400874C

Description

D E S C R I Z I O N D E S C R I Z I O N

del brevetto per Invenzione Industriale of the patent for Industrial Invention

La presente invenzione è relativa ad un compressore volumetrico alternativo definente una camera di compressione a volume variabile, la quale comunica, da un lato, con un condotto di mandata attraverso una valvola di mandata e, dall'altro, con l'esterno attraverso una valvola di aspirazione ed attraverso un corpo poroso atto a filtrare l'aria aspirata da comprimere. The present invention relates to a reciprocating volumetric compressor defining a variable volume compression chamber, which communicates, on the one hand, with a delivery duct through a delivery valve and, on the other, with the outside through a valve. suction and through a porous body suitable for filtering the sucked air to be compressed.

Nei compressori volumetrici alternativi noti, le valvole di mandata e di aspirazione ed il corpo filtrante sono portati da una piastra delimitante la camera dì compressione e disposta in posizione affacciata ad un pistone, il quale è azionato da un gruppo motoriduttore per traslare ciclicamente, in uso, da e verso la piastra stessa. In known volumetric reciprocating compressors, the delivery and suction valves and the filtering body are carried by a plate delimiting the compression chamber and arranged in a position facing a piston, which is operated by a gearmotor unit to move cyclically, in use , to and from the plate itself.

È sentita l'esigenza di realizzare compressori volumetrici alternativi i cui ingombri siano il più possibile ridotti, rispetto alle soluzioni note sopra descritte, e che presentino un'efficienza ed una durata relativamente elevate. The need is felt to realize reciprocating volumetric compressors whose overall dimensions are as small as possible, with respect to the known solutions described above, and which have a relatively high efficiency and duration.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un pistone per un compressore volumetrico alternativo, il quale consenta di assolvere all'esigenza sopra esposta in maniera semplice ed economica . The object of the present invention is that of realizing a piston for a reciprocating volumetric compressor, which allows to fulfill the above requirement in a simple and economical way.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un compressore volumetrico alternativo comprendente una camera di compressione a volume variabile; mezzi valvolari di aspirazione atti a consentire l'ingresso del gas da comprimere nella detta camera di compressione; mezzi valvolari di mandata atti a consentire l'uscita di gas compresso dalla detta camera di compressione; ed un pistone presentante una superficie frontale delimitante la detta camera di compressione; caratterizzato dal fatto che i mezzi valvolari di aspirazione sono portati dal detto pistone . According to the present invention, a reciprocating volumetric compressor is provided comprising a variable volume compression chamber; suction valve means adapted to allow the gas to be compressed to enter said compression chamber; delivery valve means adapted to allow the exit of compressed gas from said compression chamber; and a piston having a front surface delimiting said compression chamber; characterized in that the suction valve means are carried by said piston.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

la figura 1 illustra, in elevazione laterale e parzialmente in sezione, una preferita forma di attuazione del compressore volumetrico alternativo realizzato secondo la presente invenzione; Figure 1 illustrates, in lateral elevation and partially in section, a preferred embodiment of the reciprocating volumetric compressor made according to the present invention;

la figura 2 illustra, in pianta ed in scala ingrandita, un pistone del compressore della figura 1; Figure 2 shows, in plan and on an enlarged scale, a piston of the compressor of Figure 1;

la figura 3 illustra, sempre in pianta, ma in esploso, il pistone della figura 2; Figure 3 shows, again in plan but exploded view, the piston of Figure 2;

la figura 4 è una sezione, con parti asportate per chiarezza, del compressore della figura 1 secondo la linea IV-IV della figura 2; Figure 4 is a section, with parts removed for clarity, of the compressor of Figure 1 along the line IV-IV of Figure 2;

la figura 5 è una figura analoga alla figura 4 ed illustra in esploso un particolare della figura 4; e la figura 6 illustra, in pianta, in scala ingrandita ed in esploso, un ulteriore particolare del compressore della figura 1. Figure 5 is a figure similar to Figure 4 and an exploded view of a detail of Figure 4; and figure 6 shows, in plan, on an enlarged and exploded scale, a further detail of the compressor of figure 1.

In figura 1, con 1 è indicato un compressore volumetrico alternativo comprendente una struttura 2 (parzialmente e schematicamente illustrata), la quale porta un motore 3 elettrico rotativo ed alloggia un gruppo 4 di trasmissione di per sé noto e comprendente un albero 5 di trasmissione accoppiato alla struttura 2 in maniera girevole attorno ad un proprio asse 6 ed in posizione assiale fissa, un riduttore 7 a ruote dentate che trasmette il moto rotativo dal motore 3 all'albero 5, ed una trasmissione 8 a biella a manovella che converte il moto rotatorio dell'albero 5 in moto alternativo . In figure 1, 1 indicates a reciprocating volumetric compressor comprising a structure 2 (partially and schematically illustrated), which carries a rotary electric motor 3 and houses a transmission unit 4 per se known and comprising a coupled transmission shaft 5 to the structure 2 in a rotatable manner around its own axis 6 and in a fixed axial position, a gear reducer 7 with toothed wheels which transmits the rotary motion from the motor 3 to the shaft 5, and a transmission 8 with a crank connecting rod which converts the rotary motion shaft 5 in reciprocating motion.

La trasmissione 8 comprende una manovella 10 radiale, solidale all'albero 5 ed integrale ad un contrappeso 11 diametralmente opposto alla manovella 10 stessa, ed una biella 12 incernierata alla manovella 10 attorno ad un perno 13 eccentrico rispetto all'asse 6. The transmission 8 comprises a radial crank 10, integral with the shaft 5 and integral with a counterweight 11 diametrically opposite to the crank 10 itself, and a connecting rod 12 hinged to the crank 10 around a pin 13 eccentric with respect to the axis 6.

Con riferimento alle figure 1, 4 e 5, il compressore 1 comprende, inoltre, un gruppo 14 di compressione a stantuffo comprendente, a sua volta, una camicia 15 cilindrica estendentesi lungo un asse 16 ortogonale all'asse 6 e fissata alla struttura 2, ed un pistone 17, il quale è assialmente scorrevole, a tenuta di fluido, nella camicia 15, è solidale alla biella 12 per costituire, complessivamente, un corpo a fungo 18, ed è azionato dal gruppo 4 di trasmissione per spostarsi da e verso una piastra 19 di testa fissata alla struttura 2 all'estremità assiale della camicia 15 ed in posizione ortogonale all'asse 16. With reference to Figures 1, 4 and 5, the compressor 1 also comprises a piston-type compression assembly 14 comprising, in turn, a cylindrical jacket 15 extending along an axis 16 orthogonal to the axis 6 and fixed to the structure 2, and a piston 17, which is axially sliding, fluid-tight, in the liner 15, is integral with the connecting rod 12 to constitute, as a whole, a mushroom-like body 18, and is operated by the transmission assembly 4 to move to and from a head plate 19 fixed to the structure 2 at the axial end of the jacket 15 and in a position orthogonal to the axis 16.

Secondo quanto illustrato nelle figure 3, 4 e 5, il pistone 17 comprende un corpo 20 a tazza, il quale si estende lungo l'asse 16, è integrale alla biella 12, circonda una sporgenza 21 assiale e delimita, unitamente a tale sporgenza 21, una cavità 22 toroidale alloggiante una massa 23 filtrante realizzata preferibilmente in un materiale poroso ed anch'essa di forma toroidale. Il corpo 20 comprende una parete 24 di fondo presentante quattro fori 25 passanti angolarmente equidistanziati tra loro attorno all'asse 16 ed una parete 26 laterale cilindrica presentante una porzione 27 anulare esterna di spallamento, contro la quale è disposto assialmente in appoggio un anello 28 elastico di tenuta, realizzato preferibilmente in teflon, circondante il corpo 20 ed accoppiato a strisciamento alla camicia 15. According to what is illustrated in Figures 3, 4 and 5, the piston 17 comprises a cup-shaped body 20, which extends along the axis 16, is integral with the connecting rod 12, surrounds an axial projection 21 and delimits, together with this projection 21 , a toroidal cavity 22 housing a filtering mass 23 preferably made of a porous material and also of a toroidal shape. The body 20 comprises a bottom wall 24 having four through holes 25 angularly equidistant from each other around the axis 16 and a cylindrical side wall 26 having an external annular shoulder portion 27, against which an elastic ring 28 is axially arranged in support. seal, preferably made of Teflon, surrounding the body 20 and slidingly coupled to the liner 15.

Il pistone 17 comprende, inoltre, un coperchio 29 (illustrato in pianta da entrambi i lati in figura 3), il quale è conformato a disco, è disposto in posizione ortogonale all'asse 16 dalla parte assiale opposta della parete 24 rispetto alla sporgenza 21, presenta un foro 30 centrale ed è fissato al corpo 20 mediante una vite 31 che attraversa il foro 30 ed è avvitata in un foro 32 assiale filettato ricavato nella sporgenza 21. The piston 17 also comprises a cover 29 (shown in plan view from both sides in Figure 3), which is shaped like a disc, is arranged in a orthogonal position to the axis 16 on the opposite axial part of the wall 24 with respect to the projection 21 , has a central hole 30 and is fixed to the body 20 by means of a screw 31 which passes through the hole 30 and is screwed into a threaded axial hole 32 obtained in the projection 21.

Il foro 30 è delimitato da un'appendice 33 assiale, la quale è rivolta verso la sporgenza 21, presenta una spianatura 34 laterale ed impegna una sede 35 complementare ricavata assialmente nella sporgenza 21 stessa (figura 3) per definire un riferimento di posizionamento tra il coperchio 29 ed il corpo 20. The hole 30 is delimited by an axial appendage 33, which faces the projection 21, has a lateral flattening 34 and engages a complementary seat 35 obtained axially in the projection 21 itself (figure 3) to define a positioning reference between the cover 29 and body 20.

Il coperchio 29 comprende un risalto 36 anulare di estremità calzato attorno al corpo 20 e disposto assialmente contro l'anello 28 per bloccare l'anello 28 stesso contro la porzione 27, e presenta quattro fori 37 passanti, i quali sono equidistanziati angolarmente tra loro attorno all'asse 16 e definiscono, unitamente alla cavità 22 e ai fori 25, un passaggio 38 assiale di aspirazione ricavato attraverso il pistone 17. The cover 29 comprises an end annular projection 36 fitted around the body 20 and axially arranged against the ring 28 to lock the ring 28 itself against the portion 27, and has four through holes 37, which are angularly equidistant around each other. to the axis 16 and define, together with the cavity 22 and the holes 25, an axial intake passage 38 obtained through the piston 17.

Il coperchio 29 presenta una superficie 39 esterna frontale, la quale è sostanzialmente ortogonale all'asse 16 e definisce, unitamente alla camicia 15 ed alla piastra 19, una camera 40 a volume variabile, la quale comunica con l'esterno attraverso il passaggio 38 mediante l'interposizione di una valvola 41 di aspirazione affacciata alla superficie 39. The lid 29 has an external front surface 39, which is substantially orthogonal to the axis 16 and defines, together with the jacket 15 and the plate 19, a variable volume chamber 40, which communicates with the outside through the passage 38 by means of the interposition of an intake valve 41 facing the surface 39.

La valvola 41 è definita da una lamella comprendente una porzione 42 intermedia, la quale presenta un foro 43 assiale a bordo poligonale, impegnato da un'appendice 44 assiale complementare, contrapposta all'appendice 33, in modo da definire un riferimento di posizione angolare tra la lamella 41 ed il coperchio 29, ed è bloccata dalla testa della vite 31, la quale mantiene a pacco la lamella 41, il coperchio 29 e il corpo 20. La lamella 41 comprende, inoltre, quattro lobi 45 indipendenti tra loro, ciascuno dei quali si estende radialmente dalla porzione 42 in corrispondenza di un relativo foro 37 ed è elasticamente cedevole rispetto alla porzione 42 stessa da e verso la superficie 39 in funzione della pressione presente nella camera 40 per aprire e chiudere il foro 37 stesso. The valve 41 is defined by a reed comprising an intermediate portion 42, which has an axial hole 43 with a polygonal edge, engaged by a complementary axial appendage 44, opposite to the appendix 33, so as to define an angular position reference between the blade 41 and the cover 29, and is blocked by the head of the screw 31, which holds the blade 41, the cover 29 and the body 20 in a package. The blade 41 also comprises four lobes 45 independent from each other, each of the which extends radially from the portion 42 at a relative hole 37 and is elastically yielding with respect to the portion 42 itself to and from the surface 39 as a function of the pressure present in the chamber 40 to open and close the hole 37 itself.

Con riferimento alle figure 1, 4 e 6, la camera 40 comunica con un condotto 46 di mandata attraverso tre fori 47 passanti ricavati nella piastra 19 e mediante l'interposizione di una valvola 48 di mandata disposta in posizione affacciata alla piastra 19 stessa dalla parte opposta rispetto alla camera 40. La valvola 48 è definita da una lamella comprendente una porzione 49 terminale fissata alla piastra 19 in modo noto e non descritto in dettaglio e tre lobi 50 indipendenti tra loro, ciascuno dei quali si estende a sbalzo dalla porzione 49 in corrispondenza di un relativo foro 47 ed è flessibile rispetto alla porzione 49 stessa da e verso la piastra 19 , in funzione della pressione presente nella camera 40 per aprire e chiudere il foro 47 stesso. La deformazione di ciascuno dei lobi 50 è limitata da una relativa nervatura 51 portata dalla struttura 2 in posizione affacciata alla lamella 48. With reference to figures 1, 4 and 6, the chamber 40 communicates with a delivery duct 46 through three through holes 47 obtained in the plate 19 and by means of the interposition of a delivery valve 48 arranged in a position facing the plate 19 itself on the side opposite to the chamber 40. The valve 48 is defined by a reed comprising an end portion 49 fixed to the plate 19 in a known way and not described in detail and three lobes 50 independent of each other, each of which protrudes from the portion 49 in corresponding to a relative hole 47 and is flexible with respect to the portion 49 itself to and from the plate 19, depending on the pressure present in the chamber 40 to open and close the hole 47 itself. The deformation of each of the lobes 50 is limited by a relative rib 51 carried by the structure 2 in a position facing the lamella 48.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, il compressore 1 comprende, infine, un dispositivo 52 di ventilazione, il quale comprende, a sua volta, una pluralità di aperture 53 (schematicamente illustrate) ricavate nella struttura 2 ed una girante 54 avente una palettatura 55 centrifuga atta a convogliare aria dalle aperture 53 verso il gruppo 14 per raffreddare il gruppo 14 stesso ed alimentare aria al passaggio 38 durante l'aspirazione. Finally, according to what is illustrated in Figure 1, the compressor 1 comprises a ventilation device 52, which in turn comprises a plurality of openings 53 (schematically illustrated) obtained in the structure 2 and an impeller 54 having a centrifugal blade 55 adapted to convey air from the openings 53 towards the unit 14 to cool the unit 14 itself and supply air to the passage 38 during suction.

La girante 54 è accoppiata alla struttura 2 coassialmente all'albero 5, in posizione assiale fissa ed in maniera girevole attorno all'asse 6, e comprende un telaio 56, il quale è incernierato ad un prolungamento 57 assiale del perno 13 per essere trascinato in rotazione attorno all'asse 6 dal perno 13 stesso . The impeller 54 is coupled to the structure 2 coaxially to the shaft 5, in a fixed axial position and in a manner rotatable around the axis 6, and comprises a frame 56, which is hinged to an axial extension 57 of the pin 13 to be dragged into rotation around the axis 6 by the pin 13 itself.

In particolare, durante la corsa di aspirazione del pistone 17, il volume della camera 40 aumenta, per cui nella camera 40 stessa si genera una depressione che tende a mantenere chiusa la valvola 48 e ad aprire la valvola 41 per aspirare aria attraverso il passaggio 38. Durante la corsa di compressione e di mandata del pistone 17, invece, il volume della camera 40 diminuisce, per cui la pressione nella camera 40 stessa aumenta, provocando la chiusura della valvola 41 e l'apertura della valvola 48 e, pertanto, l'uscita d'aria compressa nel condotto 46. In particular, during the suction stroke of the piston 17, the volume of the chamber 40 increases, so that a depression is generated in the chamber 40 itself which tends to keep the valve 48 closed and to open the valve 41 to suck air through the passage 38. . During the compression and delivery stroke of the piston 17, on the other hand, the volume of the chamber 40 decreases, so that the pressure in the chamber 40 itself increases, causing the valve 41 to close and the valve 48 to open and, therefore, the 'compressed air outlet in duct 46.

Sempre durante la corsa di compressione e di mandata del pistone 17, le forze d'inerzia agenti sui lobi 45 tendono ad avvicinare i lobi 45 stessi alla superficie 39 per chiudere in maniera estremamente veloce ed efficace i relativi fori 37. Also during the compression and delivery stroke of the piston 17, the forces of inertia acting on the lobes 45 tend to bring the lobes 45 themselves closer to the surface 39 to close the relative holes 37 in an extremely fast and effective manner.

Inoltre, durante gli spostamenti del pistone 17, l'anello 28 si deforma elasticamente contro la camicia 15 per compensare le oscillazioni del pistone 17 dovute al moto non rettilineo della biella 12 e, nel contempo, mantiene accoppiati tra loro a tenuta di fluido il pistone 17 e la camicia 15. Furthermore, during the displacements of the piston 17, the ring 28 is elastically deformed against the liner 15 to compensate for the oscillations of the piston 17 due to the non-rectilinear motion of the connecting rod 12 and, at the same time, keeps the piston coupled together in a fluid-tight manner. 17 and shirt 15.

Da quanto precede appare evidente che il compressore 1, e in particolare, il gruppo 14 presentano dimensioni estremamente contenute, in particolare in direzione radiale rispetto all'asse 16, grazie al fatto di inglobare i fori di aspirazione e la valvola di aspirazione nel pistone 17. Infatti, la piastra 19 porta la sola valvola 48, senza alcuna valvola di aspirazione, per cui l'ingombro radiale della piastra 19 e, di conseguenza, il diametro della camicia 15 risultano estremamente contenuti. From the foregoing it is evident that the compressor 1, and in particular, the unit 14 have extremely small dimensions, in particular in the radial direction with respect to the axis 16, thanks to the fact that they incorporate the intake holes and the intake valve in the piston 17 In fact, the plate 19 carries only the valve 48, without any intake valve, so that the radial dimensions of the plate 19 and, consequently, the diameter of the jacket 15 are extremely small.

La variazione di portata d'aria compressa dovuta alla diminuzione di cilindrata del gruppo 14 rispetto alle soluzioni note può essere facilmente compensata incrementando la velocità angolare dell'albero 5, mentre il peso del pistone 17 viene bilanciato mediante un contrappeso 11 di massa tarata opportunamente. The variation in the compressed air flow rate due to the decrease in displacement of the unit 14 with respect to known solutions can be easily compensated by increasing the angular velocity of the shaft 5, while the weight of the piston 17 is balanced by means of a counterweight 11 of suitably calibrated mass.

Il pistone 17 risulta, poi, estremamente semplice da realizzare e da montare, grazie alle proprie caratteristiche costruttive, mentre l'utilizzo di valvole 41,48 a lamelle e della massa 23 filtrante di tipo poroso risulta estremamente vantaggiosa in quanto non è richiesta alcuna lubrificazione. Inoltre, la massa 23 può essere sostituita in maniera relativamente semplice svitando la sola vite 31 dal foro 32 e separando il coperchio 29 dal corpo 20. The piston 17 is also extremely simple to make and to assemble, thanks to its construction characteristics, while the use of reed valves 41, 48 and the porous type filtering mass 23 is extremely advantageous as no lubrication is required. . Furthermore, the mass 23 can be replaced in a relatively simple way by unscrewing only the screw 31 from the hole 32 and separating the cover 29 from the body 20.

Infine, il dispositivo 52, non solo, mantiene elevata l'efficienza e la durata del compressore, ma risulta anche estremamente semplice e compatto, in quanto è azionato direttamente dalla trasmissione 8 e, quindi, richiede un numero limitato di componenti. Finally, the device 52 not only keeps the efficiency and duration of the compressor high, but is also extremely simple and compact, since it is driven directly by the transmission 8 and, therefore, requires a limited number of components.

Da quanto precede appare, infine, evidente che al compressore 1 descritto possono essere apportate modifiche e varianti che non esulano dal campo di protezione della presente invenzione. Finally, from the foregoing it is evident that modifications and variations may be made to the described compressor 1 which do not go beyond the scope of protection of the present invention.

In particolare, potrebbero essere previste valvole di mandata e di aspirazione diverse da quelle illustrate e/o disposte in posizioni diverse da quanto indicato . In particular, delivery and suction valves other than those illustrated and / or arranged in positions other than those indicated could be provided.

Claims

R IV E N D I CA Z I O N I 1.- reciprocating volumetric compressor (1) comprising a variable volume compression chamber (40); suction valve means (41) adapted to allow the gas to be compressed to enter the said compression chamber (40); delivery valve means (48) adapted to allow the exit of compressed gas from said compression chamber (40); and a piston (17) having a front surface (39) delimiting said compression chamber (40); characterized in that the suction valve means (41) are carried by said piston (17). 2.- Compressor according to Claim 1, characterized in that said suction valve means (41) are associated with said front surface (39). 3.- Compressor according to Claim 1 or 2, characterized in that said piston (17) has at least one passage (38) extending transversely to said front surface (39) and comprising at least one opening (37) obtained through said front surface (39); said suction valve means (41) comprising elastically yielding means (45) for opening and closing said passage (38). 4.- Compressor according to claim 3, characterized in that said passage (38) comprises a plurality of said openings (37) distributed on said front surface (39); the said elastically yielding means (45) comprising, for each said opening (37), a relative elastically yielding element (45) independent of the other elastically yielding elements (45). 5.- Compressor according to Claim 4, characterized in that the said elastically yielding elements (45) form part of a reed (41) arranged in a position facing the said front surface (39). 6.- Compressor according to Claim 5, characterized in that it comprises reference means (43,44) interposed between said blade (41) and said front surface (39) to position said elastically yielding elements (45) with respect to said openings (37). 7.- Compressor according to Claim 5 or 6, characterized by the fact that the said passage (38) comprises a cavity (22), and by the fact that the said piston (17) also comprises filtering means (239 housed in the said cavity (22). 8.- Compressor according to Claim 7 characterized by the fact that the said piston (17) comprises a cup-shaped body (20) and a cover (29) defining the said cavity (22) and releasable connection means (31,32) for connect said cup-shaped body (20) and said lid (29) together. 9.- Compressor according to Claim 8, characterized by the fact that the said releasable connection means (31,32) comprise a single connection element (31) for tightening together the said blade (41), the said cover ( 29) and said cup-shaped body (20). 10.- Compressor according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a jacket (15) housing the said piston (17) and a plate (19) arranged in a fixed position facing the said front surface (39); said delivery valve means (48) being distinct from said plate (19) and coupled to said plate (19). 11.- Compressor according to Claim 10, characterized in that said delivery valve means (48) comprise a further reed (48). 12.- Compressor according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises actuation means (3,4) adapted to move said piston (17) in reciprocating motion and ventilation means (52) actuated by said actuation means ( 3,4) to send air towards said piston (17). 13.- Compressor according to Claim 12, characterized by the fact that said actuation means (3,4) comprise a motorized shaft (5) rotating around its own axis (6) and a transmission with connecting rod and crank (8) interposed between said motorized shaft (5) and said piston (17) and comprising a connecting rod (12) and a crank (10) hinged together around a crank pin (13); said ventilation means (52) comprising a bladed impeller (54) coaxial to said motorized shaft (5) and operated by an extension (57) of said crank pin (13) to rotate around the axis (6) of said motorized shaft (5). 14.- Piston (17) for making a reciprocating volumetric compressor (1) according to any one of claims 1 to 9. 15.- Volumetric reciprocating compressor, substantially as described and illustrated in the attached figures. 16.- Piston for a reciprocating volumetric compressor, substantially as described and illustrated in the attached figures.