ITTV960060U1 - Pompa per vuoto ad anello di liquido. - Google Patents

Description

Descrizione del modello industriale di utilità

D presente trovato riguarda le pompe per vuoto ad anello di liquido e più specificamente perfezionamenti nella struttura delle pompe in questione in modo da migliorare le loro prestazioni e ridurre i costi sia di fabbricazione che di esercizio delle stesse.

Le pompe per vuoto ad anello di liquido sono pompe pneumatiche destinate a creare un vuoto in un ambiente o recipiente e consistono di regola in una camera sostanzialmente cilindrica nella quale è montata una girante a palette il cui asse di rotazione è eccentrico rispetto all’asse della camera cilindrica. Nella camera è contenuto un liquido, solitamente acqua, in quantità minore in misura prestabilita rispetto al volume complessivo della camera cilindrica per cui la rotazione della girante intorno al suo asse determina il trascinamento del liquido che, in virtù della forza centrifuga, forma un anello aderente alle pareti della camera e concentrico con l’asse della medesima. L’anello di liquido lascia uno spazio cilindrico centrale e, a causa della eccentricità dell’asse della girante, a seconda della posizione nella quale si vengono a trovare istante dopo istante due palette consecutive della girante varia il volume della camera che le stesse due palette delimitano unitamente a due piastre di estremità o di testa, (volume solitamente denominato camera o cella della girante).

In una delle due piastre discoidali di testa sono praticate due finestre o cave, rispettivamente di aspirazione e di mandata, che sono in comunicazione diretta con le celle della girante.

Prendendo come origine della rotazione della girante la posizione nella quale, in virtù della sua eccentricità, la cella è completamente riempita di liquido, con il progredire della rotazione il liquido nella cella recede lasciando uno spazio vuoto adiacente all’attaccatura delle palette al mozzo della girante per cui si determina uno stato di vuoto e di conseguenza aria viene aspirata attraverso la cava aspirante.

A mano a mano che la rotazione della girante continua aumenta la quantità di aria aspirata fino al raggiungimento della posizione in cui è massimo l’allontanamento del liquido nella cella dall’asse della girante e quindi massimo il volume disponibile per l’aspirazione di aria.

Oltrepassando questa posizione da un lato cessa il collegamento diretto tra la cella e la cava di aspirazione e dall’altro lato il volume della singola cella lasciato libero dall’anello di liquido comincia a diminuire, per cui l’aria ivi contenuta e quindi intrappolata viene gradatamente compressa fino al punto nel quale la cella in questione e quindi il gas compresso ivi contenuto viene in comunicazione con la cava di mandata ed il gas compresso viene espulso all’estemo.

Il ciclo completo di questo tipo di pompe può essere paragonato a quello di un pistone in un cilindro, dove l’anello di liquido costituisce il pistone e la cella della girante è il cilindro.

Poiché l’espulsione dell’aria compressa attraverso la cava di mandata comporta inevitabilmente il trascinamento di una quantità non trascurabile di liquido e quindi di acqua, è necessario in primo luogo rimboccare costantemente il liquido contenuto nella camera cilindrica per evitare variazioni di spessore dell’anello liquido con conseguenti variazioni del volume che nelle celle viene mano a mano messo a disposizione per l’aria aspirata e quindi variazioni del vuoto praticato a monte della cava di aspirazione. È evidente che questo rimbocco di liquido è uguale in volume a quello trascinato via dal gas compresso scaricato da ciascuna cella della girante.

In secondo luogo durante il ciclo di compressione viene generato calore che viene dissipato nel liquido che forma l’anello periferico della camera di pompa. Pertanto l’apporto continuo di liquido fresco migliora la capacità di dissipazione di questo calore, mantenendo sostanzialmente costanti le caratteristiche chimico-fisiche del liquido formante l’anello e soprattutto quelle, in particolare la temperatura, dell’aria aspirata attraverso la cava di aspirazione.

Nelle costruzioni finora note il corpo di pompa ovvero la camera cilindrica di alloggiamento della girante eccentrica è montato in modo che la girante sia azionata da un motore direttamente dall’albero del motore oppure attraverso un giunto di trasmissione per i modelli di portata elevata. La bocca o cava di mandata della pompa è raccordata nelle costruzioni note con un serbatoio separatore realizzato e montato come componente separato e distinto rispetto alla pompa vera e propria.

In questo serbatoio separatore, l’aria compressa proveniente dalla cava di mandata della pompa e satura di liquido, sia sotto forma di goccioline trascinate sia sotto forma di nebbie o vapori, viene separata in modo noto dalla fase liquida in un separatore montato a valle della pompa e costituente un’unità a sè stante. E’ evidente che in questo modo la struttura della pompa risulta più ingombrante e costosa.

Un altro problema connesso con le pompe per vuoto note è quello del rimbocco di liquido che nelle costruzioni tradizionali comporta accorgimenti specifici, sia come costruzione meccanica che come dispositivo di controllo e regolazione.

Questi ed altri problemi vengono sostanzialmente risolti con la pompa per vuoto ad anello di liquido secondo il presente trovato, del tipo comprendente una camera cilindrica di pompaggio nella quale è alloggiata girevolmente una girante a palette avente asse eccentrico rispetto all’asse di detta camera cilindrica, quest 'ultima essendo chiusa da due piastre discoidali di testa in una prima delle quali è prevista una coppia di aperture o cave rispettivamente di aspirazione e di mandata mentre nella seconda piastra di testa passa l’albero di azionamento della girante collegato ad un motore di azionamento allineato assialmente con detta camera cilindrica, caratterizzata dal fatto che detta prima piastra di testa separa direttamente detta camera cilindrica di pompaggio da una camera di separazione coassiale con detta camera di pompaggio e comprendente un condotto sostanzialmente assiale di aspirazione, collegato con detta cava di aspirazione di detta prima piastra di testa, ed una bocca di scarico o mandata disposta radialmente e nella parte superiore di detta camera di separazione, nella quale sbocca direttamente detta cava di mandata di detta prima piastra, in detta prima piastra di separazione essendo predisposto un foro di collegamento libero tra detta camera di pompaggio e detta camera di separazione, detta girante di pompaggio comprendendo un mozzo centrale al quale è fissata una pluralità di palette inclinale in avanti rispetto alla direzione di rotazione della girante e rispetto alla direzione radiale, i bordi esterni delle palette in corrispondenza della estremità della girante opposta a quella di collegamento all’albero motore essendo solidali ad un anello o collare perimetrale adiacente alla superficie di detta prima piastra di testa.

Come apparirà dalla descrizione dettagliata che segue, la pompa per vuoto secondo il presente trovato consente di conseguire diversi risultati tecnicamente vantaggiosi; più in particolare:

(1) il corpo di pompa, costituito da camera cilindrica e dalla girante forma un monoblocco con il motore e con la camera di separazione, per cui risulta minore l ingombro, la costruzione è più economica e sono ridotti gli interventi di manutenzione;

(2) il monoblocco anzidetto può essere realizzato interamente in acciaio inossidàbile, con riduzione di spessori e di peso e con possibilità di utilizzazione della pompa in ambienti o con prodotti corrosivi;

(3) la camera di separazione può contenere una quantità sostanziale di liquido refrigerante, liquido che per trabocco attraverso un foro di comunicazione tra camera di separazione e camera di pompaggio serve per il necessario rimbocco del liquido formante l’anello liquido di pompaggio; (4) il collare od anello di chiusura dell’estremità anteriore della girante permette di aumentare l efficienza di pompaggio, accentuando l’azione dell’anello di liquido.

Questi ed altri aspetti e vantaggi appariranno più chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue della forma di realizzazione preferita, fatta in relazione ai disegni allegati in cui:

la fig.1 è una vista in elevazione laterale, parzialmente in sezione, della pompa secondo il presente trovato;

la fig.2 è una vista di estremità della pompa di fig.l, osservata nella direzione della freccia F;

la fig.3 è una vista di estremità della girante a palette;

la fig.4 è una sezione secondo il piano di traccia IV-IV di fig.3;

la fig.5 è una vista in sezione in dettaglio della girante;

la fig.6 è una vista laterale parzialmente in sezione della sola camera si separazione;

la fig.7 è una vista della stessa camera di separazione osservata nella direzione della freccia G di fig.6.

Riferendosi anzitutto alla fig.l, la pompa secondo il presente trovato comprende, quali componenti principali e da sinistra verso destra osservando la stessa figura, una camera di separazione 10, un corpo di pompa 12 ed un motore 14.

Il motore 14 è montato su di un basamento 16 ed è dotato di un albero motore 18 sporgente a sbalzo dal motore e dal basamento 16.

Una flangia 20 serve per l’ancoraggio del motore al corpo di pompa ed in particolare ad una piastra di testa 22 che delimita una estremità della camera cilindrica di pompaggio 24.

All’altra estremità’ della camera di pompaggio 24 e’ provvista un’altra piastra di testa 26, mentre perimetralmente la camera di pompaggio 24 e’ delimitata da una parete cilindrica 28, le due piastre 22 e 26 essendo collegate tra di loro da tiranti 30 in modo da formare con la parete perimetrale 28 la predetta camera cilindrica.

Nella piastra di testa 22 e’ praticato un foro per il passaggio a tenuta dell’estremità’ anteriore dell’albero motore 18 che in tal modo, all’ interno della camera cilìndrica 24, viene collegato al mozzo tubolare 32 della girante indicata genericamente con il riferimento 34 e mostrata piu’ dettagliatamente nelle figure 3-5.

Come si vede chiaramente in fìg.l il mozzo 32 della girante e’ costituito da un elemento tubolare 36 rigidamente solidale allestremita’ piu’ vicina alla piastra 22 ad un disco 38 avente un foro centrale 40 ed appoggiato contro la superficie interna della piastra 22.

Attraverso il foro 40 passa l’estremità5 anteriore dell’albero motore che penetra all’interno del mozzo tubolare 36 al quale viene ancorato rigidamente per mezzo della chiavetta 42, il disco di bloccaggio 44 ed il bullone 46.

Dalla figura I si rileva inoltre che la piastra di testa 26, oltre a delimitare la camera cilindrica di pompaggio 24, costituisce la parete di fondo di una camera di separazione 48, anch’essa cilindrica e formata da una parete cilindrica 50 e da un disco di chiusura 52.

Nella parte superiore della parete cilindrica 50 e’ fissato un manicotto di scarico o mandata 54 per l’aria sotto pressione uscente dalla camera di separazione.

Prendendo ora in considerazione le figure 3-5, la girante 34 comprende una pluralità’ di palette 56 che si estendono in direzione radiale a partire dal mozzo 36, al quale sono rigidamente solidali. Dalla figura 3 si può’ apprezzare che le palette 56 sono inclinate in avanti rispetto al senso di rotazione della girante, (senso che nel caso di fig.3 e’ quello orario), inclinazione tale che l’angolo sotteso tra il punto di attacco di ciascuna paletta al mozzo centrale e il punto perifericamente piu’ esterno della stessa paletta e' notevole e di preferenza di circa 45°.

Ciascuna paletta 56 si estende sostanzialmente per l’intera lunghezza assiale della camera di pompaggio 24 e risulta quindi ancorata rigidamente sia al mozzo 36 che al disco forato 38.

All’estremità’ opposta rispetto a quella fissata al disco 38, le palette sono perifericamente solidali ad un anello o collare 58 saldato alle estremità’ delle palette ed avente la funzione successivamente spiegata.

Come si può’ apprezzare dalle diverse figure la girante 34 e’ montata in modo che l’asse 62 del suo mozzo e quindi l’asse dell’albero motore 18 sia disassato rispetto all’asse geometrico della camera cilindrica 24, per cui la girante 34 e’ montata in posizione eccentrica, come necessario in una pompa di questo tipo.

E’ degno di nota il fatto che lo spazio delimitato da due palette successive e dalla superfìcie esterna del mozzo costituisce la già’ citata cella della girante, indicata con il riferimento 60.

Passando ora a considerare le figure 6 e 7 si rileva che la piastra di testa 26 e’ dotata di due aperture o cave 64 e 66, rispettivamente di aspirazione e di mandata, mente un foro 68 mette in comunicazione diretta l interno della camera di separazione con la camera cilindrica di pompaggio 24.

La cava di aspirazione 64 e’ collegata, attraverso un condotto di aspirazione 70 che attraversa l’intera camera di separazione 48, con una bocca di aspirazione esterna 72 la quale a sua volta e’ collegata a tenuta con l’ambiente nel quale deve essere praticato il vuoto, mentre la cava di mandata 66 comunica direttamente con la camera di separazione 48.

Preferibilmente oltre alla cava di mandata 66 sono previsti alcuni fori 74, anch’essi con la stessa finizione della cava di mandata o scarico 66.

Infine con il riferimento 76 è indicato un foro praticato nella parete esterna 52 della camera di separazione, foro che preferibilmente è chiuso a tenuta da una valvola a non ritorno ed è collegabile ad una fonte esterna di liquido destinato a formare l’anello di liquido nella camera di pompaggio.

Per il funzionamento della pompa si procede al riempimento della camera cilindrica di pompaggio 24 con il detto liquido, ad esempio e preferibilmente acqua, che viene in primo luogo alimentato nella camera di separazione 48 in modo che il suo livello superi quello del foro 68 e pertanto il liquido possa tracimare nella camera di pompaggio fino a che in quest’ultima è presente la quantità di liquido necessaria a formare (quando la girante è in rotazione) l’anello periferico di liquido dello spessore radiale desiderato.

Successivamente, sempre attraverso il foro 76 e la relativa valvola, si provvede a rimboccare nella camera di separazione 48 la quantità di liquido necessaria a mantenere tale condizione e quindi corrispondente alla quantità di liquido che viene trasportata via dall’aria compressa ed in parte condensa nella camera di separazione stessa. Naturalmente questo rimbocco è reso possibile per il fato che durante il funzionamento della pompa la camera di separazione rimane parzialmente riempita di liquido fino al livello del foro 68

Con il predeto riempimento si determina nella camera di pompaggio 25, quando la girante viene posta in rotazione, un anello liquido aderente alla sua parete periferica 28 di spessore tale da eguagliare la distanza tra superficie esterna del mozzo tubolare e l’estremità’ esterna della palette (che in fig.3 e’ individuata dall’anello o collare 58) per cui quando le palette si trovano nella posizione piu’ alta rispetto alla camera cilindrica 24 le corrispondenti celle 60 della girante sono totalmente occupate dal liquido dell’ anello.

A questo punto la pompa per vuoto e’ innescata e si attiva il motore 14, per cui la girante inizia il moto rotatorio che determina la formazione dell’anello periferico di acqua nella camera di pompaggio.

Ogni cella di girante 60 dalla condizione già’ menzionata in cui e’ totalmente occupata da acqua si porta in una condizione successiva nella quale le palette sono immerse in misura minore nell’anello di liquido, liberando uno spaso o volume vuoto delimitato da una parte delle due palette che formano la cella, dalla superfìcie esterna del mozzo e dalla porzione di superficie libera dell’acqua che si trova tra le due palette in questione.

Questo spazio o volume vuoto aumenta fino ad un massimo corrispondente alla condizione di massima eccentricità’, dopo di che il volume anzidetto comincia a diminuire fino ad annullarsi quando la cella di girante ritora nella posizione iniziale del ciclo di pompaggio.

Concomitantemente, quando la cella di carico e’ nella fase di incremento del predetto volume libero e vuoto, essa passa davanti e quindi si trova istantaneamente in comunicazione con la cava di aspirazione 64 per cui la differenza di pressione tra lo spazio od ambiente in cui si deve praticare il vuoto e la cella di girante 60 nella quale si e’ creato il predetto spazio o volume vuoto determina un’azione di aspirazione di aria verso lo spazio vuoto di detta cella e quindi la generazione di vuoto nel detto spazio od ambiente.

Successivamente la cella di girante inizia la quota parte del suo percorso attorno al mozzo con una progressiva compressione del’aria che si trova nella cella stessa; quando la cella si trova in corrispondenza della detta cava di mandata o scarico 66, l’aria sotto pressione si scarica attraverso tale cava nella camera di separazione 48.

Quest’aria compressa tuttavia e’ satura di acqua sotto forma sia di goccioline trasportate dall’aria sia di vapore, per cui nel passaggio attraverso la camera di separazione, grazie anche al raffreddamento del gas compresso, la corrente di aria sotto pressione viene depurata dal liquido.

Come già accennato, dalla camera di separazione 48 è agevole rimboccare la quantità di liquido di cui si impoverisce il volume presente nella camera di pompaggio, in quanto quasi tutto questo liquido viene raccolto nella camera di separazione 48 e può quindi essere riportato nella camera di pompaggio. Come precedentemente descritto, la girante presenta un anello o collare 58 che è montata all’estremità della girante opposta a quella dotata dell’anello di montaggio del mozzo e che, nella rotazione della girante, opera in posizione adiacente alla piastra di testa 26. Tale anello o collare coopera a guidare l’aria aspirata nelle celle di girante quando vengono a trovarsi in corrispondenza della cava di aspirazione.

Dalle prove pratiche condotte con la pompa secondo il presente trovato si è rilevato che la presenza dell’anello o collare 58 determina un incremento di efficienza e di rendimento complessivo della pompa dell’ordine del 15-20%. Il trovato è stato descritto in relazione ad una forma di realizzazione preferita restando inteso che modifiche e varianti meccanicamente equivalenti sono possibili e prevedibili senza uscire dal suo ambito.

Ad esempio la camera di separazione 48 potrebbe contenere mezzi di per sè noti per migliorare la separazione del liquido dall’ aria compressa prima che questa pervenga alla bocca di mandata.

Parimenti possibile è l adozione di palette di forma diversa, ad esempio quella curvata tradizionalmente adottata nelle pompe di questo tipo.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa per vuoto ad anello di liquido, del tipo comprendente una camera cilindrica di pompaggio (24), nella quale è alloggiata girevolmente una girante (34) formata da una pluralità di palette (56) ed avente asse (62) eccentrico rispetto all’asse di detta camera cilindrica, quest’ultima essendo chiusa da due piastre discoidali di testa (22,26) in una prima (26) delle quali è prevista una coppia di aperture o cave (64,66) rispettivamente di aspirazione e di mandata mentre nella seconda piastra (22) di testa passa l’albero (18) di azionamento della girante collegato ad un motore (14) di azionamento allineato assialmente con detta camera cilindrica, caratterizzata dal fatto che detta prima piastra di testa (26) separa direttamente detta camera cilindrica (24) di pompaggio da una camera di separazione (48), coassiale con detta camera di pompaggio e comprendente un condotto (70) sostanzialmente assiale di aspirazione, collegato con detta cava di aspirazione (64) di detta prima piastra di testa, ed una bocca (54) di scarico o mandata disposta radialmente e nella parte superiore di detta camera di separazione (48), nella quale camera di separazione sbocca direttamente detta cava di mandata (66) di detta prima piastra, detta girante di pompaggio (34) comprendendo un mozzo centrale (32) al quale è fissata una pluralità di palette (56) inclinate in avanti rispetto alla direzione di rotazione della girante e rispetto alla direzione radiale, i bordi esterni delle palette in corrispondenza della estremità della girante opposta a quella di collegamento all’albero motore essendo solidali ad un anello o collare perimetrale (58) adiacente alla superficie di detta prima piastra di testa.
2. 2. Pompa per vuoto ad anello di lìquido secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che in detta prima piastra di testa (26) è previsto un foro (68) di collegamento libero tra detta camera di separazione (48) e detta camera di pompaggio (24).
3. 3. Pompa per vuoto ad anello di liquido secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che in detta prima piastra di testa (26) sono previsti fori (74) adiacenti a detta cava di mandata (66) con funzione di espulsione di aria compressa.
4. 4. Pompa per vuoto ad anello di liquido secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che in detta camera di separazione (48) è previsto un foro (76) dotato di una valvola di chiusura per l immissione di liquido di pompaggio nella camera stessa.
5. 5. Pompa per vuoto ad anello di liquido secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che dette palette di detta girante sono montate su di un mozzo tubolare (36) avente una estremità rigidamente solidale ad un disco (38) dotato di un foro (40) di passaggio dellalbero motore (18), detto disco essendo montato a contatto con la superficie interna di detta seconda piastra di testa (22).