ITTO20131083A1 - Pompa rotativa con valvola di sicurezza e metodo di funzionamento - Google Patents

Pompa rotativa con valvola di sicurezza e metodo di funzionamento

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ITTO20131083A1
ITTO20131083A1 IT001083A ITTO20131083A ITTO20131083A1 IT TO20131083 A1 ITTO20131083 A1 IT TO20131083A1 IT 001083 A IT001083 A IT 001083A IT TO20131083 A ITTO20131083 A IT TO20131083A IT TO20131083 A1 ITTO20131083 A1 IT TO20131083A1
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rotor
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pumping chamber
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Description

“Pompa rotativa con valvola di sicurezza e metodo di funzionamento”
DESCRIZIONE
Settore della tecnica
Questa invenzione si riferisce alle pompe rotative, e più specificamente riguarda una valvola di sicurezza per una pompa rotativa.
Preferibilmente, ma non esclusivamente, l'invenzione trova applicazione nelle cosiddette pompe monopala, cioè pompe in cui il rotore comprende una paletta singola di lunghezza costante, e la descrizione che segue si riferirà soprattutto a questa applicazione preferita.
Arte nota
Le pompe monopala sono usate frequentemente come pompe per vuoto, per esempio nel settore automobilistico. Esse comprendono un corpo che delimita una camera, ad esempio a sezione approssimativamente ellittica, nella quale ruota in sostanziale tangenza , su un asse eccentrico, il rotore. Il rotore presenta una fenditura diametrale in cui è montata la paletta, che può spostarsi radialmente nella fenditura in modo che, durante la rotazione del rotore, le sue estremità scorrano sostanzialmente a contatto con la parete interna della camera. La camera è divisa dal rotore e dalla paletta in un ambiente di aspirazione e in un ambiente di compressione tra i quali è spostato un fluido pompato.
Nelle pompe utilizzate sui motori automobilistici, con la rotazione del rotore e della pala, l’aria è aspirata, attraverso valvole unidirezionali di non ritorno, dal servofreno ed è miscelata con l’olio inviato alla pompa dalla pompa di lubrificazione motore; l’olio e l’aria miscelati sono poi compressi nella camera e quindi evacuati all’interno del motore. Un problema che può verificarsi nelle pompe di tipo rotativo note è causato dalla presenza d'olio all'interno della pompa, che si verifica ad esempio se la valvola o le valvole di aspirazione non hanno una tenuta perfetta o, all’arresto del motore, con l’invasamento d’olio all’interno della pompa.
Il fenomeno dell’invasamento d’olio può essere causato dalla permanenza di depressione, all’interno della pompa, per tempi relativamente brevi ma significativi, che si verifica quando il motore viene spento e, se non viene scaricato, può causare problemi in fase di avviamento a freddo del motore.
Un altro problema tecnico noto come controrotazione si può presentare nel caso in cui il motore su cui è montata la pompa, dopo il suo spegnimento ruoti in senso inverso, trascinato dalla trasmissione del veicolo; tale problema può provocare, qualora sia avvenuto un invasamento d'olio, un blocco idraulico con conseguente rottura della pompa.
È noto nella tecnica l'utilizzo di una valvola di sicurezza nella camera di aspirazione, atta a scaricare l'olio in pressione verso la coppa dell'olio, così da risolvere il problema della controrotazione.
Il documento EP 1890040 descrive un esempio di pompa per vuoto rotativa che comprende una valvola di sicurezza a paratia mobile e girevole, un collegamento di bypass ed un serbatoio di stoccaggio dell’olio residuo. La valvola di sicurezza rappresenta una valvola supplementare che può essere combinata con la valvola di scarico della pompa.
In generale sono note pompe in cui è realizzata una luce di scarico del fluido aspirato o comunque presente al loro interno, attraverso una valvola unidirezionale; in tali pompe, normalmente la valvola di sicurezza è realizzata in asse con l’asse di rotazione del rotore e scarica direttamente all’interno del supporto su cui la pompa è flangiata.
A causa di tale geometria della valvola l’area di passaggio del fluido di scarico è insufficiente a garantire l’evacuazione del fluido quando esso è costituito prevalentemente da liquido molto denso per sua natura, o che sia reso più denso dalla bassa temperatura.
Descrizione dell'Invenzione
Lo scopo dell'invenzione è di fornire una pompa rotativa con valvola di sicurezza che risolva i problemi della tecnica nota.
Secondo l'invenzione, ciò è ottenuto da una pompa rotativa comprendente un’intercapedine, ricavata nell’involucro della pompa in prossimità dell’area di tangenza tra il rotore e la parete interna della camera di pompaggio.
L’intercapedine comunica con la camera di pompaggio attraverso la luce di scarico di una valvola di sicurezza ed è collegata con un condotto di scarico atto a scaricare il fluido all’esterno della camera di pompaggio.
La luce di scarico è realizzata con un’apertura radiale rispetto all’asse della camera di pompaggio e scarica il fluido radialmente.
In un ulteriore aspetto, l'invenzione fornisce anche un metodo di funzionamento per una pompa rotativa che comprende una fase di scarico, in cui il fluido da comprimere è scaricato dalla valvola di sicurezza in direzione radiale rispetto all’asse della camera di pompaggio attraverso la luce di scarico.
Descrizione Sintetica delle Figure
Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla seguente descrizione di forme preferite di realizzazione date a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento alle figure allegate, che illustrano l'invenzione applicata ad una pompa monopala e in cui:
- la figura 1 rappresenta una vista in pianta, priva di coperchio, con la zona della valvola a sezione parziale, di una pompa rotativa con valvola di sicurezza dell’invenzione; e
- la figura 2 rappresenta una vista in sezione di una pompa rotativa, priva del rotore e pala, con valvola di sicurezza dell’invenzione.
Descrizione di Forme Preferite di Realizzazione
L'invenzione sarà descritta in dettaglio con riferimento alla sua applicazione in una pompa monopala, come definita sopra.
Con riferimento alle figure 1 e 2 una pompa 50 secondo l’invenzione comprende un involucro 40 che definisce una camera di pompaggio 15, ad esempio a sezione approssimativamente ellittica, con una parete interna 42. Nella camera 15 trova sede un rotore 18 che, in modo noto, ruota in sostanziale tangenza con la parete interna 42 in corrispondenza di un’area di tangenza 17. Il rotore presenta una fenditura radiale in cui è montata una paletta 22 scorrevole radialmente nella fenditura stessa. Durante la rotazione antioraria del rotore 18 la paletta e il rotore dividono la camera 15 in una camera di aspirazione 33, in cui è aspirato un fluido da comprimere, e una camera di compressione 38, nella quale il fluido è compresso.
La pompa 50 comprende inoltre un condotto di aspirazione 10 che, attraverso la valvola d’aspirazione di tipo noto, (non rappresentata) da cui è aspirato il fluido da comprimere, che sbocca nella camera di aspirazione 33 ed un condotto di scarico 16 che, attraverso la valvola di scarico, (non rappresentata), sbocca nella camera di compressione 38 ed è atto a scaricare il fluido all’esterno della camera di pompaggio 15, di tipo noto.
La pompa per vuoto dell’invenzione illustrata nelle figure 1 e 2 comprende una valvola di sicurezza 20 realizzata nella parete interna 42, in prossimità dell’area di tangenza 17 tra il rotore 18 e la parete interna 42, atta a scaricare un fluido residuo, ad esempio dell’olio rimasto all’interno della camera di pompaggio 15, all’esterno della camera.
La valvola di sicurezza 20 comprende una luce di scarico 11, 12 realizzata nella camera di pompaggio 15 in una zona adiacente all’area di tangenza 17 tra il rotore 18 e la sua parete interna 42.
La luce di scarico 11, 12 mette in comunicazione la camera di pompaggio 15 con un’intercapedine 35, ricavata nell’involucro 40 ed è realizzata con un’apertura radiale rispetto all’asse della camera di pompaggio 15.
Preferibilmente la valvola di sicurezza 20 comprende una prima luce di scarico 11 realizzata nella camera di aspirazione 33, preferibilmente in una zona della parete interna 42 compresa tra l’imbocco del condotto di aspirazione 10 e l’area di tangenza 17.
In modo preferito la valvola di sicurezza 20 comprende inoltre una seconda luce di scarico 12 realizzata nella camera di compressione 38, preferibilmente in una zona della parete interna 42 compresa tra l’imbocco della valvola di scarico e l’area di tangenza 17; entrambe le luci sboccano nel condotto di scarico 16.
Preferibilmente la prima luce di scarico 11 e la seconda luce di scarico 12 possono mettere in comunicazione rispettivamente la camera di aspirazione 33 e la camera di compressione 38 con l’intercapedine 35.
L’intercapedine 35 è a sua volta collegata costantemente col condotto di scarico 16 atto a scaricare il fluido, ad esempio l’olio residuo scaricato dalla camera di pompaggio 15 attraverso la valvola di sicurezza 20, all’esterno dell’intercapedine 35.
Le luci di scarico 11, 12 sono aperture radiali rispetto all’asse della camera di pompaggio 15 e sono ricavate sulla parete interna 42 della camera 15, nella zona di tangenza fra il rotore 18 e la parete interna 42, in corrispondenza delle zone di aspirazione e scarico. Le luci 11, 12 sono chiuse da una lamina 13 flessibile oppure rigida montata in appoggio contro la parete interna dell’intercapedine 35.
La lamina 13, ad esempio realizzata in metallo, se flessibile acciaio per molle o polimero composito es. Chevlar o fibre di carbonio; se rigida, in lamina d’acciaio e sagomata in modo noto per garantire la chiusura delle luci 11, 12; preferibilmente la lamina, se di acciaio, rigido o flessibile ha la sua superficie rivolta verso le luci 11, 12 ricoperta in gomma del tipo idoneo e compatibile con i fluidi e le temperature in gioco, preferibilmente “Viton” per garantire la tenuta della valvola 20.
La lamina 13 è mantenuta in appoggio contro la parete interna dell’intercapedine 35 da una molla 14, preferibilmente una molla a balestra 14 articolata in una sede 19 ricavata sulla parete esterna dell’intercapedine 35.
In una forma di realizzazione alternativa dell’invenzione la lamina 13 è mantenuta in appoggio da due molle a balestra.
Un’ulteriore forma di realizzazione della pompa 50 dell’invenzione la lamina 13 ne comprende soltanto una, fra la prima luce di scarico 11 e la seconda luce di scarico 12. L’invenzione riguarda anche un metodo di funzionamento per una pompa rotativa 50 collegabile ad un motore termico, detta pompa 50 comprendendo una camera di pompaggio 15; un rotore 18 atto a ruotare in sostanziale tangenza con una parete interna 42 di detta camera di pompaggio 15; una paletta 22 montata scorrevole radialmente in una fenditura ricavata nel rotore 18; una valvola di sicurezza 20 realizzata nella parete interna 42 avente una luce di scarico 11, 12 realizzata con un’apertura radiale rispetto all’asse della camera di pompaggio 15; detta camera di pompaggio 15 essendo divisa dalla paletta 22 e dal rotore 18 in una camera di aspirazione 33 e in una camera di compressione 38; detto metodo comprendendo le seguenti fasi, che si ripetono due volte al giro del rotore:
1 - una fase di aspirazione, in cui il fluido da comprimere è aspirato nella camera di aspirazione 33;
2 - una fase di isolamento, in cui il gas aspirato viene isolato (non risultando essere in comunicazione con i condotti di aspirazione e di scarico);
3 - una fase di compressione, in cui il fluido da comprimere è compresso nella camera di compressione 38;
4 - una fase di scarico, in cui il fluido da comprimere è scaricato dalla valvola di sicurezza 20 in direzione radiale rispetto all’asse della camera di pompaggio 15 attraverso detta luce di scarico 11, 12.
Nel funzionamento di una pompa per vuoto dell’invenzione, con la rotazione antioraria del rotore 18 e della pala 22, l’aria, aspirata attraverso il condotto di aspirazione 10, viene miscelata nella camera di pompaggio 15 con l’olio, inviato per mezzo di una pompa di lubrificazione motore; l’aria e l’olio miscelati sono poi compressi nella camera di compressione 38 e quindi evacuati nel motore attraverso il condotto di scarico 16.
Durante questo funzionamento la lamina 13, spinta dalla molla a balestra 14, mantiene le luci di scarico 11 e 12 chiuse.
Nel caso si verifichi una controrotazione allo spegnimento del motore, nel quale sia avvenuto un invasamento d’olio nella camera d’aspirazione 33, si ha un’apertura della prima luce di scarico 11 della valvola di sicurezza, causata dall’azione del fluido in pressione che sposta la lamina 13, vincendo la forza esercitata dalla molla a balestra 14, permettendo così lo scarico del liquido nell’intercapedine 35 e da qui nel condotto di scarico 16.
La seconda luce di scarico 12 della valvola di sicurezza 20 può funzionare in due modalità differenti.
In una prima modalità la molla a balestra 14 è realizzata in modo da far aprire la seconda luce di scarico 12 alle normali pressioni di scarico: in questo caso la valvola aumenta la quantità di fluido evacuato dal condotto di scarico sia nelle normali condizioni di funzionamento che in caso di avviamento a freddo a bassa temperatura, con presenza di liquido nella camera di compressione, reso molto denso dalla temperatura.
In una seconda modalità di funzionamento la molla a balestra 14 è realizzata in modo da far aprire la seconda luce di scarico 12 a pressioni maggiori delle normali pressioni di scarico: in questo caso la valvola aumenta la quantità di fluido evacuato dal condotto di scarico solo in caso di avviamento a freddo a bassa temperatura con presenza di liquido nella camera di compressione, salvaguardando l’integrità della pompa.
Vantaggiosamente in entrambe le modalità di funzionamento la valvola di sicurezza 20 dell’invenzione, avendo luci di scarico 11, 12 radiali di grande superficie, prossime e a cavallo della zona di tangenza tra il rotore 18 e l’involucro 40, permette di avere aree di passaggio del fluido da scaricare molto estese.
Inoltre la valvola di sicurezza 20 dell’invenzione, grazie alla presenza dell’intercapedine 35, permette di realizzare il condotto di scarico 16 collegato ad essa nella zona dell’involucro 40 che più si presta ad accoglierlo, consentendo di mantenere ampie sezioni di scarico per tutto il percorso a partire dalle luci di scarico 11, 12 fino al condotto di scarico 16.
Vantaggiosamente la pompa rotativa con valvola di sicurezza dell’invenzione permette di realizzare un dispositivo avente una struttura semplificata, che occupa uno spazio ridotto rispetto alle pompe note.
Inoltre si elimina la necessità di sovradimensionare l’involucro della pompa per resistere alle sovrapressioni, riducendo le sezioni resistenti di almeno tre volte, permettendo di realizzare una pompa di peso molto ridotto, realizzata con materiali più economici e, in particolare, più duraturi in quanto meno sollecitati meccanicamente, permettendo così di ridurre i consumi di energia e conseguenti emissioni di Co2.

Claims (10)

  1. Rivendicazioni 1. Pompa rotativa (50) collegabile ad un motore termico, comprendente: un involucro (40) che comprende una camera di pompaggio (15) avente una parete interna (42); un rotore (18) atto a ruotare in sostanziale tangenza con detta parete interna (42) in corrispondenza di un’area di tangenza (17); una paletta (22) montata scorrevole radialmente in una fenditura ricavata nel rotore (18); in cui durante la rotazione del rotore (18) detta camera di pompaggio (15) è divisa dalla paletta (22) e dal rotore (18) in una camera di aspirazione (33), in cui è aspirato un fluido da comprimere, e in una camera di compressione (38) nella quale il fluido è compresso; una valvola di sicurezza (20) realizzata nella parete interna (42) in prossimità dell’area di tangenza (17) tra il rotore (18) e la parete interna (42) ed atta a scaricare un fluido residuo all’esterno della camera di pompaggio (15), caratterizzata dal fatto che detta pompa rotativa (50) comprende inoltre: una luce di scarico (11, 12) della valvola di sicurezza (20) realizzata nella camera di pompaggio (15), in una zona adiacente all’area di tangenza (17) tra il rotore (18) e la sua parete interna (42); e un’intercapedine (35) ricavata nell’involucro (40) e collegata con un condotto di scarico (16) atto a scaricare il fluido all’esterno della camera di pompaggio (15), detta luce di scarico (11, 12) essendo realizzata con un’apertura radiale rispetto all’asse della camera di pompaggio (15) ed essendo atta a mettere in comunicazione la camera di pompaggio (15) con l’intercapedine (35).
  2. 2. Pompa rotativa (50) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta luce di scarico (11, 12) è chiusa da una lamina (13) montata in appoggio contro una parete interna dell’intercapedine (35), detta lamina (13) essendo mantenuta in appoggio da una molla (14).
  3. 3. Pompa rotativa (50) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detta valvola di sicurezza (20) comprende una prima luce di scarico (11) realizzata nella camera di aspirazione (33) ed atta a mettere in comunicazione la camera di aspirazione (33) con l’intercapedine (35).
  4. 4. Pompa rotativa (50) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detta valvola di sicurezza (20) comprende una seconda luce di scarico (12) realizzata nella camera di compressione (38) ed atta a mettere in comunicazione la camera di compressione (38) con l’intercapedine (35).
  5. 5. Pompa rotativa (50) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detta prima luce di scarico (11) è realizzata in una zona della parete interna (42) compresa tra l’imbocco di un condotto di aspirazione (10) e l’area di tangenza (17) tra il rotore (18) e la parete interna (42) della camera di pompaggio (15).
  6. 6. Pompa rotativa (50) secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detta seconda luce di scarico (12) è realizzata in una zona della parete interna (42) compresa tra l’imbocco del condotto di scarico (16) e l’area di tangenza (17) tra il rotore (18) e la parete interna (42) della camera di pompaggio (15).
  7. 7. Pompa rotativa (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3 a 6, caratterizzata dal fatto che detta valvola di sicurezza (20) comprende detta prima luce di scarico (11) e detta seconda luce di scarico (12).
  8. 8. Pompa rotativa (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, caratterizzata dal fatto che detta lamina (13) è mantenuta in appoggio da due molle (14).
  9. 9. Pompa rotativa (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 8, caratterizzata dal fatto che detta molla è una molla a balestra (14) articolata in una sede (19) ricavata sulla parete esterna dell’intercapedine (35).
  10. 10. Metodo di funzionamento per una pompa rotativa (50) collegabile ad un motore termico, detta pompa (50) comprendendo una camera di pompaggio (15); un rotore (18) atto a ruotare in sostanziale tangenza con una parete interna (42) di detta camera di pompaggio (15); una paletta (22) montata scorrevole radialmente in una fenditura ricavata nel rotore (18); una valvola di sicurezza (20) realizzata nella parete interna (42) avente una luce di scarico (11, 12) realizzata con un’apertura radiale rispetto all’asse della camera di pompaggio (15); detta camera di pompaggio (15) essendo divisa dalla paletta (22) e dal rotore (18) in una camera di aspirazione (33) e in una camera di compressione (38); detto metodo comprendendo le seguenti fasi: una fase di aspirazione, in cui il fluido da comprimere è aspirato nella camera di aspirazione (33); una fase di isolamento, in cui il gas aspirato è isolato, non essendo in comunicazione con i condotti di aspirazione e di scarico; una fase di compressione, in cui il fluido da comprimere è compresso nella camera di compressione (38); una fase di scarico, in cui il fluido da comprimere è scaricato dalla valvola di sicurezza (20) in direzione radiale rispetto all’asse della camera di pompaggio (15) attraverso detta luce di scarico (11, 12).
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