ITTO940850A1 - Compressore rotativo a palette - Google Patents

Abstract

Compressore (1) rotativo a palette in cui un corpo (2) di supporto definisce internamente una prima cavità (3) entro la quale è alloggiato un primo rotore (22), mosso da un albero (17) di azionamento e portante tre palette (28) fra loro angolarmente equispaziate che sono scorrevoli entro rispettive feritoie (27) radiali ricavate nel primo rotore (22) e che hanno una rispettiva estremità (29) esterna mantenuta a contatto di una superficie (30) interna della prima cavità (3) ed una rispettiva estremità (32) interna mantenuta a contatto di un secondo rotore (33), che è mobile rispetto al primo rotore (22) e che forma con quest'ultimo una seconda cavità (34) compresa nella prima cavità (3); le palette (28) definendo tra il primo rotore (22) ed il corpo (2) di supporto una pluralità di prime camere (31) di lavoro a volume variabile e tra il primo rotore (22) ed il secondo rotore (33) una pluralità di seconde camere (35) di lavoro a volume variabile.

Description

D E SC R IZ IO N E

La presente invenzione si riferisce ad un compressore rotativo a palette, in particolare del tipo atto a realizzare la necessaria compressione o depressione in un impianto di un veicolo.

Sono noti compressori rotativi a palette che comprendono un albero, comandato dal motore del veicolo, che aziona un rotore disposto eccentricamente all'interno di una cavità presentata da un corpo di supporto dell'albero e comunicante con l’esterno tramite una luce di aspirazione ed una luce di scarico. Il rotore è dotato di una pluralità di feritoie radiali, fra loro angolarmente equispaziate, in cui scorre una rispettiva paletta che viene mantenuta con la propria estremità esterna contro la superficie interna della cavità, così da suddividere quest'ultima in una pluralità di camere di lavoro a volume variabile. In particolare, questa configurazione è ottenuta in alcuni compressori noti tramite una portata relativamente elevata di olio in pressione, addotto dal circuito di lubrificazione del compressore stesso, che esercita una elevata spinta idrostatica sulle estremità interne delle palette, per contrastare la componente radiale della forza che deriva dallo strisciamento delle loro estremità esterne contro la superficie interna della cavità.

Tali compressori noti presentano inconvenienti legati al fatto che, in uso, il loro funzionamento è soddisfacente soltanto quando il motore e l'olio hanno raggiunto la temperatura di regime, poiché a freddo, ovvero durante il transitorio di avviamento iniziale, l'olio non possiede la pressione necessaria a mantenere le palette in contatto con la superficie interna della cavità ed il compressore non realizza il grado di compressione o di vuoto desiderati.

Per superare tali inconvenienti, sono stati realizzati altri tipi di compressori rotativi, in cui le palette sono spinte meccanicamente verso l'esterno del rotore da elementi elastici, usualmente delle molle.

Tali ultimi compressori noti presentano però inconvenienti legati al fatto che essi sono particolarmente complicati dal punto di vista strutturale, e dunque facilmente soggetti a guasti, e al fatto che, in uso, il loro funzionamento non risulta soddisfacente per tutto il campo di variabilità del numero di giri del motore; inoltre, in tali ultimi compressori è particolarmente marcata l'usura della superficie interna della cavità per causa della spinta elastica costantemente elevata che viene esercitata dalle molle sulle palette.

Scopo della presente invenzione è di realizzare un compressore rotativo a palette che sia privo dei citati inconvenienti dei compressori noti e che, in particolare, abbia un'alta affidabilità di funzionamento ed un basso costo di realizzazione.

Secondo la presente invenzione è realizzato un compressore rotativo a palette comprendente un albero di azionamento rotativo; un corpo di supporto per il detto albero, avente una simmetria assiale e definente internamente una prima cavità che comunica con l'esterno tramite una luce di aspirazione ed una luce di scarico; un primo rotore azionabile dal detto albero, disposto eccentricamente all'interno della detta prima cavità e presentante una pluralità di feritoie radiali; una pluralità di palette, che sono scorrevoli entro rispettive dette feritoie e ciascuna delle quali presenta una rispettiva estremità esterna mantenuta a contatto di una superficie interna della detta prima cavità per definire all'interno della detta prima cavità una pluralità di prime camere di lavoro a volume variabile; caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo rotore che è disposto internamente al detto primo rotore per definire con lo stesso una seconda cavità, compresa nella detta prima cavità; le dette palette presentando una rispettiva estremità interna mantenuta a contatto del detto secondo rotore per suddividere la detta seconda cavità in una pluralità di seconde camere di lavoro a volume variabile.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento alle figure annesse, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 è una vista in pianta di un compressore rotativo a palette realizzato secondo la presente invenzione;

- la figura 2 è una sezione lungo un piano di traccia II-II di figura 1;

- la figura 3 è una sezione lungo un piano di traccia III-III di figura 2; e

- la figura 4 è una sezione lungo un piano di traccia IV-IV di figura 2.

Con riferimento alle figure annesse, è indicato nel suo complesso con 1 un compressore rotativo a palette, comprendente un corpo 2 di supporto, convenientemente realizzato per pressofusione, che presenta una forma avente una simmetria assiale e che definisce internamente una prima cavità 3 chiusa anteriormente a tenuta da un coperchio 4. Quest'ultimo, come appare dalla figura 2, è fissato sul corpo 2 tramite tre viti 5 e a sua volta comprende un elemento 6 intermedio, che è disposto contro il corpo 2 con l'interposizione di una guarnizione 7 anulare, ed una piastra 8, che è disposta contro l'elemento 6 dal lato opposto del corpo 2, con l'interposizione di una seconda guarnizione 9 anulare.

Ad una estremità posteriore, opposta a quella su cui si trova il coperchio 4, il corpo 2 presenta una porzione 14 a flangia, che è dotata di fori 15 che ne consentono il collegamento su un blocco motore (non illustrato) di tipo noto. La porzione 14 presenta inoltre un foro 16 passante in direzione assiale che fa da supporto per un albero 17, il quale ha una porzione 18 di estremità posteriore, di forma prismatica, sporgente oltre la porzione 14 stessa per essere azionata a rotazione, in modo noto, tramite il movimento del motore, ed una opposta porzione 19 di estremità anteriore supportata da una sede 20 ricavata su una superficie dell'elemento 6 affacciata alla prima cavità 3.

L'albero 17 è alloggiato eccentricamente nella prima cavità 3 rispetto ad un asse 21 della stessa e porta integralmente un primo rotore 22 definito da un elemento conformato sostanzialmente a tazza, che comprende una piastra 23 di base, alloggiata entro una sede 24 anulare ricavata nel corpo 2, ed una parete 25 cilindrica, estendentesi dalla piastra 23 nell'interno della prima cavità 3 coassialmente ad un asse 26 dell’albero 17. Come appare chiaro in particolare dalla figura 3, la parete 25 cilindrica presenta tre feritoie 27, fra loro angolarmente equispaziate e passanti in direzione radiale, in ciascuna delle quali è scorrevole una rispettiva paletta 28, che mantiene una propria estremità 29 esterna in appoggio contro una superficie 30 interna della prima cavità 3, in modo da definire in quest'ultima tre differenti.prime camere 31 di lavoro a volume variabile. Ogni paletta 28 mantiene inoltre una propria estremità 32 interna a contatto di una superficie esterna di un secondo rotore 33, che è definito da un cilindro alloggiato internamente al primo rotore 22 e definente con quest'ultimo una seconda cavità 34, che le palette 28 stesse suddividono in tre seconde camere 35 di lavoro a volume variabile. Inoltre, il secondo rotore 33 è cavo, presentando internamente una terza cavità 36, passante in direzione assiale, entro la quale è disposto con ampio gioco radiale l'albero 17. Grazie a tale conformazione e come verrà meglio chiarito nel seguito, il secondo rotore 33 è libero di muoversi in direzione radiale rispetto al primo rotore 22, sotto l’azione combinata di spinta delle tre palette 28 durante il funzionamento del compressore 1.

Come risulta evidente dalla figura 2, all'interno dell'albero 17 è realizzato un canale 40 assiale di lubrificazione, sboccante entro la sede 20 e collegato a due camere anulari 41, che sono realizzate in corrispondenza della superficie esterna dell'albero 17 ed attraverso le quali è addotto l'olio lubrificante.

Il fluido, ad esempio aria, sul quale il compressore 1 opera è introdotto entro la prima cavità 3 attraverso una luce 42 di aspirazione (figura 3), comunicante con un condotto 43 di adduzione che è provvisto convenientemente di una valvola 44 nota di non ritorno, ed è espulso dalla prima cavità 3 stessa attraverso una luce 45 di scarico (figure 1 e 3).

Come appare evidente dalle figure 3 e 4, l'elemento 6 del coperchio 4 presenta internamente una prima scanalatura 46, di forma arcuata, ed una seconda scanalatura 47, conformata sostanzialmente a "L".

In particolare, la prima scanalatura 46 costituisce un percorso preferenziale di comunicazione idraulica tra una prima camera di aspirazione 48, che tra le prime camere 31 dì lavoro è quella in cui sbocca la luce 42 di aspirazione, ed una seconda camera di apirazione 49, appartenente alle seconde camere 35 dì lavoro.

La seconda scanalatura 47 definisce invece un percorso di comunicazione idraulica ricavato nel coperchio 4 tra una prima camera di scarico 50, che tra le prime camere 31 di lavoro è quella in cui sbocca la luce 45 di scarico, ed una seconda camera di scarico 51, appartenente alle seconde camere 35 di lavoro. In particolare, la seconda scanalatura 47 sbocca entro la prima camera dì scarico 50 in una posizione disposta a monte della posizione della luce 45 rispetto ad un verso prefissato di rotazione dell'albero 17, che, con riferimento alla figura 3, è quello antiorario.

Inoltre, dalla figura 4 risulta evidente come sulla seconda scanalatura 47 sia disposta una valvola di regolazione, atta a controllare il flusso di fluido passante dalla seconda camera di scarico 51 alla prima camera di scarico 50; in particolare, tale valvola di regolazione comprende una lamina 57 elastica, conformata sostanzialmente a "8", che presenta una estremità 58 -incernierata sull'elemento 6 ed una opposta estremità 59 libera atta ad aprire o a chiudere una luce 60 con cui la seconda scanalatura 47 sbocca entro la seconda camera di scarico 51. A seconda delle condizioni in cui il compressore 1 si trova nel corso del suo funzionamento e come apparirà più chiaro nel seguito, la lamina 57 può assumere una posizione stabile indeformata, in cui mantiene fra loro separate la prima 50 e la seconda camera di scarico 51, ed una posizione instabile deformata, in cui mantiene aperta la luce 60.

Dalla figura 1 appare evidente la conformazione della porzione 14 a flangia, che presenta una pluralità di sedi 61 anulari, per il fissaggio in modo noto del corpo 2 sul blocco motore, e di alette 62 radiali di rinforzo .

In uso, un ciclo di funzionamento del compressore 1 è il seguente.

L'albero 17, collegato al motore, ruota solidalmente al primo rotore 22 e trascina le palette 28, le cui rispettive estremità 29 strisciano a tenuta contro la superficie 30 interna della prima cavità 3, facendo variare il volume delle prime camere 31 di lavoro. Quando il primo rotore 22 è in movimento, le palette 28 scorrono radialmente entro le rispettive feritoie 27 e, per motivi legati alla geometria delle parti componenti il compressore 1, mantengono le rispettive estremità 32 a contatto del secondo rotore 33. Quest'ultimo viene quindi trascinato nel movimento rotativo e percorre una traiettoria legata alla combinazione dei moti delle tre palette 28. In questo modo, viene variato anche il volume delle tre seconde camere di lavoro 35.

In particolare, le prime camere 31 presentano un volume progressivamente decrescente dalla prima camera di aspirazione 48 alla prima camera di scarico 50 e le seconde camere 35 presentano anch' esse un volume decrescente dalla seconda camera di aspirazione 49 alla seconda camera di scarico 51.

Dal condotto 43 ed attraverso la luce 42, il fluido viene aspirato nella prima camera di aspirazione 48 e contemporaneamente, attraverso la prima scanalatura 46, nella seconda camera di aspirazione 49. Il fluido viene quindi progressivamente compresso fino ad essere espulso attraverso la luce 45 di scarico. In particolare, la fase di scarico del fluido dalle prime camere 31 ha inizio quando, nel corso della rotazione del primo rotore 22, la prima camera di scarico 50 viene in comunicazione con la luce 45; la fase di scarico dalle seconde camere 35 avviene invece quando la seconda camera di scarico 50 entra in comunicazione con la luce 60 di accesso alla seconda scanalatura 47 ed il fluido contenuto nella seconda camera di scarico 51 vince la resistenza della lamina 57 e la contropressione agente sulla stessa dall'esterno. Tale lamina 57 è tarata in modo da portarsi nella posizione di apertura della luce 60 senza che si verifichino irregolarità nella fase di espulsione dal compressore 1 dei due differenti scarichi .

Inoltre, la valvola 44 di non ritorno impedisce il riflusso del fluido verso il condotto 43, da cui ne consente soltanto l'aspirazione.

Durante la rotazione dell'albero 17, attraverso il canale 40 assiale, è addotta entro la sede 20 una adeguata portata di olio lubrificante, che può trafilare entro le prime 31 e le seconde camere 35 di lavoro. costituendo un velo che perfeziona la tenuta delle estremità 29 e 32 delle palette 28. L'olio in eccesso viene quindi scaricato dal compressore 1 insieme al fluido compresso attraverso la luce 45.

Da quanto è stato descritto sono evidenti i vantaggi ottenuti da un compressore rotativo a palette realizzato secondo la presente invenzione.

Infatti, secondo il trovato, per garantire che le estremità esterne 29 delle palette 28 siano adeguatamente spinte contro la superficie 30 interna della prima cavità 3 realizzando una tenuta tra le prime camere 31 di lavoro, non è più necessario far uso di olio in pressione, poiché le palette 28 assumono una posizione che è legata soltanto alla geometria delle parti componenti il compressore 1 e subiscono uno spostamento radiale grazie ad effetti soltanto meccanici. Il presente compressore 1 non presenta pertanto complicati dispositivi di spinta sulle palette 28 e la sua affidabilità risulta assai migliorata rispetto ai compressori noti. Inoltre, il trovato presenta una efficacia di funzionamento massima in tutte le condizioni operative ed in tutto il campo di variabilità del numero di giri del motore, comprese le fasi di avviamento di quest'ultimo. Il trovato presenta dunque una buona regolarità di funzionamento, che si traduce in una alta affidabilità ed in bassi costi di esercizio. Infatti, le palette 28 non sono più soggette a brusche oscillazioni dovute ad azioni di dannose sovrapressioni dell'olio di spinta e l'usura della superficie 30 interna della prima cavità 3 risulta uniformata e ridotta. Anche la potenza assorbita è minore, in quanto al presente compressore 1 è necessaria soltanto la potenza di azionamento dell'albero 17 e non quella di spinta dell'olio sulle palette 28.

Infine, nel trovato viene utilizzato in modo decisamente più razionale lo spazio disponibile all'interno della prima camera 3, tanto che, a parità di ingombro esterno del corpo 2, la cilindrata del compressore 1 viene aumentata di circa il 50% rispetto al compressori noti.

E* chiaro che al compressore rotativo a palette descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo delle rivendicazioni.

Ad esempio, il compressore 1 descritto potrebbe anche essere impiegato come depressore, per realizzare un certo grado di vuoto nell'ambiente di aspirazione, ed il numero delle sue palette 28 e delle relative feritoie 27 potrebbe essere diverso da tre. Inoltre, la posizione ed il numero delle scanalature 46,47 ricavate nel coperchio 4 potrebbero essere differenti da quelli sopra evidenziati; in particolare, con adeguati dimensionamenti delle varie parti componenti il compressore 1, potrebbero essere previsti collegamento tra la prima camera di scarico 50 e la seconda camera di aspirazione 49 ed un collegamento tra la luce 45 di scarico e la seconda camera di scarico 51, in modo che le seconde camere di lavoro 35 siano disposte in serie, anziché in parallelo, alle prime camere di lavoro 31, per ottenere una successione di due stadi di compressione.

Claims (15)

1. R I V E N D IC A Z I O N I 1. Compressore (1) rotativo a palette comprendente un albero (17) di azionamento rotativo; un corpo (2) di supporto per il detto albero (17), avente una simmetria assiale e definente internamente una prima cavità (3) che comunica con l'esterno tramite una luce (42) di aspirazione ed una luce (45) di scarico; un primo rotore (22) azionabile dal detto albero (17), disposto eccentricamente all’interno della detta prima cavità (3) e presentante una pluralità di feritoie (27) radiali; una pluralità di palette (28), che sono scorrevoli entro rispettive dette feritoie (27) e ciascuna delle quali presenta una rispettiva estremità (29) esterna mantenuta a contatto di una superficie (30) interna della detta prima cavità (3) per definire all'interno della detta prima cavità (3) una pluralità di prime camere (31) di lavoro a volume variabile; caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo rotore (33) che è disposto internamente al detto primo rotore (22) per definire con lo stesso una seconda cavità (34), compresa nella detta prima cavità (3); le dette palette (28) presentando una rispettiva estremità interna (32) mantenuta a contatto del detto secondo rotore (33) per suddividere la detta seconda cavità (34) in una pluralità di seconde camere (35) di lavoro a volume variabile.
2. 2. Compresssore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il detto primo rotore (22) è realizzato di pezzo con il detto albero (17) ed è definito da un elemento conformato sostanzialmente a tazza coassiale al detto albero (17).
3. 3. Compressore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le dette feritoie (27) sono praticate passanti in direzione radiale attraverso una parete (25) cilindrica del detto elemento conformato sostanzialmente a tazza.
4. 4. Compressore secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto secondo rotore (33) è cavo ed è mobile in direzione radiale rispetto al detto primo rotore (22); il detto albero (17) essendo disposto internamente al detto secondo rotore (33) con un ampio gioco radiale,
5. 5 . Compressore secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le dette palette (28) e le dette feritoie (27) sono in numero di tre .
6. 6. Compressore secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le dette feritoie (27) sono fra loro angolarmente equispaziate.
7. 7. Compressore secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un coperchio (4), che è collegato a tenuta sul detto corpo (2) per chiudere anteriormente la detta prima cavità (3).
8. 8. Compressore secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il detto coperchio (4) presenta una sede (20), supportante una porzione (19) di estremità anteriore del detto albero (17); la detta porzione (19) di estremità anteriore essendo opposta ad una porzione (18) di estremità posteriore del detto albero (17) atta ad essere azionata a rotazione dall 1esterno.
9. 9. Compressore secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che il detto coperchio (4) presenta internamente almeno una prima scanalatura (46), atta a definire un percorso di comunicazione idraulica tra una delle dette prime camere (31) di lavoro ed una delle dette seconde camere (35) di lavoro.
10. 10. Compressore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la detta prima scanalatura (46) si estende tra una prima camera di aspirazione (48), appartenente alla pluralità delle dette prime camere (31) di lavoro, ed una seconda camera di aspirazione (49), appartenente alla pluralità delle dette seconde camere (35) di lavoro.
11. 11. Compressore secondo una delle rivendicazioni da 7 a 10, caratterizzato dal fatto che il detto coperchio (4) presenta una seconda scanalatura (47), che si estende tra una prima camera di scarico (50), appartenente alla pluralità delle dette prime camere (31) di lavoro, ed una seconda camera di scarico (51), appartenente alla pluralità delle dette seconde camere (35) di lavoro.
12. 12. Compressore secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che il detto coperchio (4) comprende mezzi di regolazione (57) del passaggio di fluido dalla detta seconda camera di scarico (51) alla detta prima camera di scarico (50) attraverso la detta seconda scanalatura (47).
13. 13. Compressore secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di regolazione (57) comprendono una lamina elastica, che è mobile tra una posizione stabile indeformata, in cui mantiene separate tra loro la detta prima camera di scarico (50) e la detta seconda camera di scarico (51), ed una posizione instabile deformata, in cui mantiene collegate tra loro la detta prima camera di scarico (50) e la detta seconda camera di scarico (51).
14. 14. Compressore secondo una delle rivendicazioni da 11 a 13, caratterizzata dal fatto che la detta prima camera di scarico (50) comunica con la detta luce (45) di scarico; la detta seconda scanalatura (47) sboccando entro la detta prima camera di scarico (50) in una posizione disposta a monte della posizione della detta luce (45) di scarico rispetto ad un verso prefissato di rotazione del detto albero (17).
15. 15. Compressore (1) rotativo a palette, sostanzialmente come descritto con riferimento alle figure annesse.