IT201600117208A1 - Pumping group - Google Patents

Description

“GRUPPO POMPANTE” "PUMPING GROUP"

Campo tecnico Technical field

La presente invenzione riguarda un gruppo pompante e, in particolare, un gruppo pompante destinato a realizzare un omogeneizzatore. The present invention relates to a pumping group and, in particular, a pumping group intended to make a homogenizer.

Stato della tecnica State of the art

Come è noto, un omogeneizzatore è un dispositivo che consente di rendere più omogenea una miscela inizialmente eterogenea. As is known, a homogenizer is a device which makes it possible to make an initially heterogeneous mixture more homogeneous.

Per svolgere questa funzione, un omogeneizzatore comprende generalmente un gruppo pompante ad alta pressione atto a spingere la miscela eterogenea a scorrere attraverso una valvola omogeneizzante che definisce un passaggio molto stretto. To perform this function, a homogenizer generally comprises a high pressure pumping unit adapted to push the heterogeneous mixture to flow through a homogenizing valve which defines a very narrow passage.

In questo modo, la miscela eterogenea passa da una condizione di alta pressione e bassa velocità ad una condizione di bassa pressione ed alta velocità, venendo sottoposta a violenti effetti fluidodinamici che causano una più uniforme diffusione dei vari componenti della miscela e spesso anche una maggiore frammentazione delle particelle più dense della miscela stessa. In this way, the heterogeneous mixture passes from a condition of high pressure and low speed to a condition of low pressure and high speed, being subjected to violent fluid dynamic effects that cause a more uniform diffusion of the various components of the mixture and often also greater fragmentation. of the denser particles of the mixture itself.

Il gruppo pompante ad alta pressione comprende comunemente un cilindro ed un pistone alternativo inserito all’interno del cilindro per definire con quest’ultimo una camera di pompaggio. The high pressure pumping unit commonly includes a cylinder and an alternative piston inserted inside the cylinder to define a pumping chamber with the latter.

La camera di pompaggio è in comunicazione con un serbatoio contenente la miscela eterogenea attraverso un condotto di aspirazione ed è in comunicazione con la valvola omogeneizzante attraverso un condotto di mandata. The pumping chamber is in communication with a tank containing the heterogeneous mixture through a suction duct and is in communication with the homogenizing valve through a delivery duct.

Il pistone compie ciclicamente una corsa di aspirazione, in cui aspira la miscela eterogenea dal serbatoio alla camera di pompaggio, ed una corsa di mandata, in cui spinge la miscela eterogenea dalla camera di pompaggio verso la valvola omogeneizzante. The piston cyclically completes a suction stroke, in which it sucks the heterogeneous mixture from the tank to the pumping chamber, and a delivery stroke, in which it pushes the heterogeneous mixture from the pumping chamber towards the homogenizing valve.

L’azionamento del pistone è convenzionalmente demandato ad un manovellismo di spinta comprendente un albero a gomiti azionato in rotazione da un motore ed una biella posta a collegare l’albero a gomiti con il pistone. The operation of the piston is conventionally delegated to a thrust crank mechanism comprising a crankshaft driven in rotation by an engine and a connecting rod placed to connect the crankshaft with the piston.

La presenza di questo manovellismo di spinta ha tuttavia l’inconveniente di aumentare in modo significativo l’ingombro ed il costo del gruppo pompante, il quale risulta pertanto poco idoneo a realizzare omogeneizzatori di piccole dimensioni, come ad esempio omogeneizzatori da laboratorio o altri omogeneizzatori per piccole produzioni. The presence of this thrust crank, however, has the drawback of significantly increasing the size and cost of the pumping unit, which is therefore not very suitable for producing small-sized homogenizers, such as laboratory homogenizers or other homogenizers for small productions.

Un altro inconveniente del manovellismo di spinta consiste nel fatto che, per una velocità di rotazione costante dell’albero a gomiti, la velocità lineare del pistone presenta un andamento sinusoidale. Another drawback of the thrust crank mechanism consists in the fact that, for a constant rotation speed of the crankshaft, the linear speed of the piston has a sinusoidal trend.

La velocità della miscela eterogenea che attraversa la valvola omogeneizzante non è dunque costante durante la corsa di mandata del pistone, ma aumenta progressivamente a partire dal punto morto inferiore fino a circa metà della corsa di mandata e poi ridiscende progressivamente fino a raggiungere il punto morto superiore. The speed of the heterogeneous mixture that passes through the homogenizing valve is therefore not constant during the delivery stroke of the piston, but increases progressively starting from the lower dead center up to approximately half of the delivery stroke and then progressively decreases until it reaches the upper dead point .

Poiché la velocità influenza in modo significativo la caduta di pressione e gli altri effetti fluidodinamici cui la miscela eterogenea è sottoposta all’interno della valvo la omogeneizzante, ne consegue che il risultato del processo di omogeneizzazione non è sempre perfettamente costante. Since the speed significantly affects the pressure drop and the other fluid dynamic effects to which the heterogeneous mixture is subjected within the homogenizing valve, it follows that the result of the homogenization process is not always perfectly constant.

Esposizione dell’invenzione Presentation of the invention

Uno scopo della presente invenzione è quello di superare i summenzionati inconvenienti della tecnica nota, nell’ambito di una soluzione semplice, razionale e dal costo contenuto. An object of the present invention is to overcome the aforementioned drawbacks of the prior art, within the context of a simple, rational and low cost solution.

Questo ed altri scopi sono raggiunti dalle caratteristiche dell’invenzione riportate nella rivendicazione indipendente 1. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell’invenzione. This and other purposes are achieved by the characteristics of the invention reported in independent claim 1. The dependent claims outline preferred and / or particularly advantageous aspects of the invention.

In particolare, una prima forma di attuazione della presente invenzione rende disponibile un gruppo pompante comprendente: In particular, a first embodiment of the present invention makes available a pumping unit comprising:

- un cilindro, - a cylinder,

- un pistone scorrevolmente accolto nel cilindro e definente con quest’ultimo una camera di pompaggio, ed - a piston slidably received in the cylinder and defining with the latter a pumping chamber, and

- un dispositivo di azionamento atto a muovere il pistone di moto alternativo all’interno del cilindro, - an actuation device designed to move the reciprocating piston inside the cylinder,

in cui detto dispositivo di azionamento comprende: wherein said actuation device comprises:

- un motore elettrico provvisto di un rotore e di uno statore, - an electric motor equipped with a rotor and a stator,

- una madrevite unita solidalmente al rotore, ed - a nut screw integrally joined to the rotor, and

- un albero filettato impegnato nella madrevite ed avente una estremità unita solidalmente al pistone. - a threaded shaft engaged in the nut screw and having one end integrally joined to the piston.

Grazie a questa soluzione, il movimento alternativo del pistone è ottenuto mediante un meccanismo vite-madrevite, il quale presenta un ingombro molto più contenuto rispetto al convenzionale manovellismo di spinta, permettendo di realizzare un gruppo pompante estremamente compatto nelle dimensioni e con un costo contenuto. Thanks to this solution, the reciprocating movement of the piston is obtained by means of a screw-nut screw mechanism, which has a much smaller footprint than the conventional thrust crank mechanism, allowing the creation of a pumping unit that is extremely compact in size and at a low cost.

Un altro vantaggio di questa soluzione consiste nel fatto che la velocità di scorrimento del pistone segue linearmente la velocità di rotazione del rotore del motore elettrico cosicché, ad eccezione delle inevitabili rampe di accelerazione e decelerazione in corrispondenza dei punti morti, la velocità del pistone può essere mantenuta pressoché costante per la maggior parte della corsa di mandata, con ciò ottenendo una più uniforme velocità del fluido pompato senza dover ricorrere a costosi e ingombranti accorgimenti, come ad esempio a moltiplicatori di pressione. Another advantage of this solution consists in the fact that the sliding speed of the piston linearly follows the rotation speed of the rotor of the electric motor so that, with the exception of the inevitable acceleration and deceleration ramps at the dead points, the piston speed can be kept practically constant for most of the delivery stroke, thereby obtaining a more uniform speed of the pumped fluid without having to resort to expensive and cumbersome devices, such as pressure multipliers.

D’altra parte, anche le summenzionate rampe di accelerazione e decelerazione dipendono essenzialmente solo dal controllo e dalle inerzie del motore elettrico, per cui esse possono essere mantenute il più ripide possibili per aumentare la durata delle fasi a velocità costante, oppure possono essere controllate per ottenere qualunque profilo di velocità o legge di moto utile a raggiungere effetti specifici nel funzionamento del gruppo pompante. On the other hand, also the aforementioned acceleration and deceleration ramps essentially depend only on the control and inertia of the electric motor, so they can be kept as steep as possible to increase the duration of the phases at constant speed, or they can be controlled for obtain any speed profile or law of motion useful for achieving specific effects in the operation of the pumping unit.

Grazie all’azionamento diretto da parte del motore elettrico, è inoltre possibile svincolare il tempo di completamento della corsa di mandata rispetto al tempo di completamento della corsa di aspirazione. Ad esempio, è possibile comandare il motore elettrico affinché la corsa di aspirazione sia più rapida della corsa di mandata, al fine di ridurre i tempi morti, o viceversa è possibile comandare il motore elettrico affinché la corsa di aspirazione sia più lenta, al fine di ottenere un ottimale riempimento della camera di pompaggio, evitando fenomeni di cavitazione o altri effetti indesiderati. Thanks to the direct drive by the electric motor, it is also possible to release the delivery stroke completion time with respect to the suction stroke completion time. For example, it is possible to control the electric motor so that the suction stroke is faster than the delivery stroke, in order to reduce dead times, or vice versa, it is possible to control the electric motor so that the suction stroke is slower, in order to obtain an optimal filling of the pumping chamber, avoiding cavitation phenomena or other unwanted effects.

Secondo un aspetto dell’invenzione, l’albero filettato e la madrevite possono essere coassialmente inserite all’interno del rotore del motore elettrico, il quale può essere a sua volta coassialmente inserito all’interno dello statore. According to one aspect of the invention, the threaded shaft and the nut screw can be coaxially inserted inside the rotor of the electric motor, which can in turn be coaxially inserted inside the stator.

In questo modo, l’ingombro del dispositivo di azionamento del pistone è sostanzialmente definito dal solo ingombro del motore, contribuendo a rendere ancor più compatto il gruppo pompante. In this way, the overall dimensions of the piston actuation device are substantially defined only by the overall dimensions of the motor, helping to make the pumping unit even more compact.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, il motore elettrico può essere un motore coppia. According to another aspect of the invention, the electric motor can be a torque motor.

Un motore coppia è un motore elettrico rotativo che funziona sostanzialmente secondo i principi dei motori elettrici lineari ma con uno sviluppo circolare. In pratica, lo statore del motore coppia può essere conformato come un corpo anulare che reca una pluralità di bobine elettriche disposte tra loro in successione lungo lo sviluppo circolare dello statore stesso. Il rotore, che può essere conformato come un corpo discoidale coassialmente inserito all’interno dello statore, reca una pluralità di magneti permanenti, i quali sono disposti in successione lungo lo sviluppo circolare del rotore. Alimentando in successione le bobine elettriche dello statore è possibile indurre un campo magnetico mobile che circola nello statore e che, interagendo con i magneti permanenti, causa la rotazione in senso contrario del rotore. A torque motor is a rotary electric motor that basically works according to the principles of linear electric motors but with a circular development. In practice, the stator of the torque motor can be shaped as an annular body carrying a plurality of electric coils arranged one after the other in succession along the circular extension of the stator itself. The rotor, which can be shaped as a discoidal body coaxially inserted inside the stator, carries a plurality of permanent magnets, which are arranged in succession along the circular development of the rotor. By powering the stator electric coils in succession, it is possible to induce a moving magnetic field that circulates in the stator and which, interacting with the permanent magnets, causes the rotor to rotate in the opposite direction.

Questo specifico tipo di motore elettrico ha il vantaggio di poter ottenere elevati valori di accelerazione e decelerazione, elevata precisione di posizionamento ed elevata controllabilità, nell’ambito di una soluzione costruttiva estremamente compatta. This specific type of electric motor has the advantage of being able to obtain high acceleration and deceleration values, high positioning accuracy and high controllability, within an extremely compact construction solution.

Un altro aspetto dell’invenzione prevede che l’albero filettato possa essere impegnato nella madrevite mediante un sistema a ricircolo di sfere. Another aspect of the invention provides that the threaded shaft can be engaged in the nut screw by means of a recirculating ball system.

In questo modo, il meccanismo che trasforma il moto rotatorio del rotore nel moto lineare del pistone risulta essere un meccanismo del tipo vite a ricircolo di sfere, il quale ha il vantaggio di ridurre gli attriti rispetto agli altri meccanismi vitemadrevite, migliorando l’efficienza del gruppo pompante e rendendo più fluido il movimento del pistone. In this way, the mechanism that transforms the rotational motion of the rotor into the linear motion of the piston turns out to be a ball screw type mechanism, which has the advantage of reducing friction compared to other screw-screw mechanisms, improving the efficiency of the pumping unit and making the piston movement more fluid.

Secondo un aspetto dell’invenzione, il gruppo pompante può ulteriormente comprendere: According to an aspect of the invention, the pumping group can further comprise:

- un secondo cilindro, ed - a second cylinder, ed

- un secondo pistone scorrevolmente accolto nel secondo cilindro e definente con quest’ultimo una seconda camera di pompaggio, - a second piston slidably received in the second cylinder and defining with the latter a second pumping chamber,

in cui detto secondo pistone è unito solidalmente ad una seconda estremità dell’albero filettato. in which said second piston is integrally joined to a second end of the threaded shaft.

Grazie a questa soluzione, con un unico dispositivo di azionamento è di fatto possibile azionare due pompanti disposte in modo sostanzialmente speculare tra loro, cosicché mentre una pompante compie la fase di aspirazione, l’altra compie la fase di mandata e viceversa, con ciò aumentando la produttività del gruppo senza aumentare significativamente costi e dimensioni. Thanks to this solution, with a single actuation device it is in fact possible to operate two pumping elements arranged in a substantially mirror image of each other, so that while one pumping element performs the suction phase, the other performs the delivery phase and vice versa, thereby increasing the productivity of the group without significantly increasing costs and dimensions.

Una forma di attuazione della presente invenzione rende poi disponibile un omogeneizzatore comprendente: An embodiment of the present invention then makes available a homogenizer comprising:

- il gruppo pompante delineato in precedenza, ed - the pumping unit outlined above, ed

- una valvola omogeneizzante collegata ad un condotto di mandata della camera di pompaggio. - a homogenizing valve connected to a delivery duct of the pumping chamber.

Questa specifica applicazione del gruppo pompante consente di realizzare un omogeneizzatore molto compatto ed economico, il quale risulta particolarmente adatto specialmente ad usi di laboratorio o in altri settori che richiedono basse produzioni ed alta precisione. This specific application of the pumping group allows to realize a very compact and economical homogenizer, which is particularly suitable especially for laboratory uses or in other sectors that require low production and high precision.

In altre forme di attuazione, tale omogeneizzatore potrebbe tuttavia essere privo della valvola omogeneizzante e comprendere semplicemente: In other embodiments, this homogenizer could however be without the homogenizing valve and simply comprise:

- il gruppo pompante delineato in precedenza, ed - the pumping unit outlined above, ed

- un ugello strozzatore fisso collegato ad un condotto di mandata della camera di pompaggio. - a fixed throttle nozzle connected to a delivery duct of the pumping chamber.

Sfruttando l’elevato grado di controllabilità del gruppo pompante, dovuto all’azionamento diretto del pistone da parte del motore elettrico, è infatti possibile ottenere i fenomeni fluidodinamici responsabili del processo di omogeneizzazione semplicemente attraverso un ugello strozzatore fisso anziché una valvola omogeneizzante, con ciò semplificando in modo significativo l’omogeneizzatore e riducendo i costi. By exploiting the high degree of controllability of the pumping unit, due to the direct operation of the piston by the electric motor, it is in fact possible to obtain the fluid dynamic phenomena responsible for the homogenization process simply through a fixed throttle nozzle instead of a homogenizing valve, thereby simplifying significantly the homogenizer and reducing costs.

In particolare, è possibile regolare la caduta di pressione dovuta all’ugello strozzatore, semplicemente regolando opportunamente la velocità del pistone durante la corsa di mandata e quindi la velocità con cui il fluido da omogeneizzare attraversa il suddetto ugello strozzatore. In particular, it is possible to adjust the pressure drop due to the throttle nozzle, simply by appropriately adjusting the speed of the piston during the delivery stroke and therefore the speed with which the fluid to be homogenized passes through the aforementioned throttle nozzle.

A questo proposito, un aspetto dell’invenzione prevede che l’omogeneizzatore possa comprendere una unità elettronica di controllo configurata per regolare la velocità di scorrimento del pistone in funzione del valore desiderato della caduta di pressione causata dall’ugello strozzatore. In this regard, an aspect of the invention provides that the homogenizer can include an electronic control unit configured to adjust the sliding speed of the piston according to the desired value of the pressure drop caused by the throttle nozzle.

In questo modo, la regolazione del gruppo pompante può avvenire in modo sostanzialmente automatico o semi-automatico. In this way, the adjustment of the pumping unit can take place substantially automatically or semi-automatically.

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle figure illustrate nella tavole allegate, dove Further features and advantages of the invention will become evident from reading the following description provided by way of non-limiting example, with the aid of the figures illustrated in the attached tables, where

figura 1 è una vista frontale di un omogeneizzatore secondo una forma di attuazione della presente invenzione, Figure 1 is a front view of a homogenizer according to an embodiment of the present invention,

figura 2 è la sezione II-II di figura 1 mostrata in scala ingrandita, figure 2 is the section II-II of figure 1 shown on an enlarged scale,

figura 3 è un dettaglio ingrandito di figura 2 che mostra la sezione di una valvola omogeneizzante, e figure 3 is an enlarged detail of figure 2 showing the section of a homogenizing valve, e

la figura 4 è la sezione di figura 2 relativa ad una forma di attuazione alternativa dell’omogeneizzatore. Figure 4 is the section of Figure 2 relating to an alternative embodiment of the homogenizer.

Descrizione dettagliata Detailed description

L’omogeneizzatore 100 di figura 1 comprende schematicamente una valvola omogeneizzante 105 ed un gruppo pompante 110 atto ad alimentare ad alta pressione una miscela da omogeneizzare (ad esempio latte) all’interno della valvola omogeneizzante 105. The homogenizer 100 of figure 1 schematically comprises a homogenizing valve 105 and a pumping unit 110 adapted to feed at high pressure a mixture to be homogenized (for example milk) inside the homogenizing valve 105.

Come illustrato nel dettaglio di figura 3, la valvola omogeneizzante 105 comprende generalmente un involucro esterno 115, in cui sono ricavate un ingresso 120 per la miscela da omogeneizzare ed una uscita 125 per la miscela omogeneizzata. As illustrated in the detail of Figure 3, the homogenizing valve 105 generally comprises an external casing 115, in which an inlet 120 for the mixture to be homogenized and an outlet 125 for the homogenized mixture are obtained.

All’interno dell’involucro 115 sono disposti mezzi valvolari atti a separare l’ingresso 120 dalla uscita 125. Inside the casing 115 there are valve means designed to separate the inlet 120 from the outlet 125.

Questi mezzi valvolari comprendono una sede 130 atta a definire un canale di passaggio 135 per la miscela da omogeneizzare, un alberino d’urto 140 coassialmente allineato al canale di passaggio 135, ed un anello d’impatto 145 infilato sull’alberino d’urto 140 e posto sulla sede 130 in corrispondenza dell’uscita del canale di passaggio 135. These valve means comprise a seat 130 adapted to define a passage channel 135 for the mixture to be homogenized, an impact shaft 140 coaxially aligned with the passage channel 135, and an impact ring 145 inserted on the impact shaft 140 and placed on the seat 130 in correspondence with the outlet of the passage channel 135.

Nell’esempio illustrato, l’alberino d’urto 140 è conformato come uno stelo cilindrico avente una estremità piana che si affaccia al canale di passaggio 135 della sede 130. In the example shown, the impact shaft 140 is shaped like a cylindrical stem having a flat end that faces the passage channel 135 of the seat 130.

In corrispondenza di questa estremità, il diametro dell’alberino d’urto 140 è superiore al diametro del canale di passaggio 135 ma inferiore al diametro interno dell’anello d’impatto 145. At this end, the diameter of the impact shaft 140 is greater than the diameter of the passage channel 135 but less than the internal diameter of the impact ring 145.

L’alberino d’urto 140 è mantenuto a distanza rispetto alla sede 130, lasciando aperto un percorso stretto e tortuoso che mette in comunicazione l’ingresso 120 della valvola omogeneizzante 105. The shock shaft 140 is kept at a distance from the seat 130, leaving open a narrow and tortuous path that connects the inlet 120 of the homogenizing valve 105.

In questo modo, la miscela proveniente dal canale di passaggio 135 viene inizialmente deviata dall’alberino d’urto 140 a scorrere radialmente verso l’anello d’impatto 145, passando nella stretta intercapedine tra l’alberino d’urto 140 e la sede 130, e successivamente viene deviata dall’anello d’impatto 145 a scorrere assialmente verso l’uscita 125, passando nella stretta intercapedine anulare tra l’anello d’impatto 145 e l’alberino d’urto 140. In this way, the mixture coming from the passage channel 135 is initially diverted from the impact shaft 140 to flow radially towards the impact ring 145, passing through the narrow gap between the impact shaft 140 and the seat 130. , and is subsequently deflected by the impact ring 145 to slide axially towards the outlet 125, passing through the narrow annular gap between the impact ring 145 and the impact shaft 140.

In questo percorso, la miscela viene sottoposta ad una brusca caduta di pressione e ad altri violenti effetti fluidodinamici che causano una più uniforme diffusione dei vari componenti della miscela ed una riduzione delle dimensioni delle particelle più dense della miscela stessa (ad esempio le particelle di grasso presenti nel latte). In this process, the mixture is subjected to a sudden pressure drop and other violent fluid dynamics effects that cause a more uniform diffusion of the various components of the mixture and a reduction in the size of the denser particles of the mixture itself (for example the fat particles present in milk).

Per regolare l’entità di questi effetti fluidodinamici, alcune forme di realizzazione possono prevedere che la distanza tra l’alberino d’urto 140 e la sede 130 sia regolabile, ad esempio mediante un sistema di azionamento di tipo vite e madrevite. Una o più molle 150 possono inoltre essere presenti, al fine di conferire al sistema una certa flessibilità. To regulate the extent of these fluid dynamic effects, some embodiments may provide that the distance between the impact shaft 140 and the seat 130 is adjustable, for example by means of a screw and nut type drive system. One or more springs 150 may also be present, in order to give the system a certain flexibility.

Passando al gruppo pompante 110 (v. fig.2), questo gruppo comprende una testata 155 definente un cilindro 160 in cui è scorrevolmente e coassialmente accolto un pistone 170 che delimita, all’interno del cilindro 160, una camera di pompaggio 175. Moving on to the pumping group 110 (see Fig. 2), this group includes a head 155 defining a cylinder 160 in which a piston 170 is slidably and coaxially received which defines, inside the cylinder 160, a pumping chamber 175.

La camera di pompaggio 175 è in comunicazione con un condotto di aspirazione 180, il quale può essere collegato ad un serbatoio (non illustrato) contente la miscela da omogeneizzare, ed è inoltre in comunicazione con un condotto di mandata 185, il quale può essere collegato con l’ingresso 120 della valvola omogeneizzante 105. The pumping chamber 175 is in communication with a suction duct 180, which can be connected to a tank (not shown) containing the mixture to be homogenized, and is also in communication with a delivery duct 185, which can be connected with the inlet 120 of the homogenizing valve 105.

Il condotto di aspirazione 180 è intercettato da una valvola di ritegno 190, detta anche valvola di aspirazione, la quale è configurata per consentire alla miscela proveniente dal serbatoio di raggiungere la camera di pompaggio 175, impendendo il movimento inverso. The suction duct 180 is intercepted by a check valve 190, also called the suction valve, which is configured to allow the mixture coming from the tank to reach the pumping chamber 175, preventing the reverse movement.

Il condotto di mandata 185 è a sua volta intercettato da una valvola di ritegno 195, detta anche valvola di mandata, la quale è configurata per consentire alla miscela di fluire dalla camera di pompaggio 175 verso la valvola omogeneizzante 105, impendendo il movimento inverso. The delivery duct 185 is in turn intercepted by a check valve 195, also called the delivery valve, which is configured to allow the mixture to flow from the pumping chamber 175 towards the homogenizing valve 105, preventing reverse movement.

Il pistone 170 è scorrevole all’interno del cilindro 160 con moto alternativo, compiendo ciclicamente una corsa di aspirazione verso il punto morto inferiore, ossia verso la posizione in cui è massima la sua distanza dal fondo del cilindro 160, seguita da una corsa di mandata verso il punto morto superiore, ossia verso la posizione in cui la sua distanza dal fondo del cilindro 160 è minima. The piston 170 slides inside the cylinder 160 with a reciprocating motion, cyclically making an intake stroke towards the lower dead center, i.e. towards the position in which its maximum distance from the bottom of the cylinder 160 is, followed by a delivery stroke. towards the top dead center, i.e. towards the position in which its distance from the bottom of the cylinder 160 is minimum.

Durante ogni corsa di aspirazione, il volume della camera di pompaggio 175 aumenta progressivamente, creando una depressione interna che aspira la miscela dal serbatoio attraverso la valvola di ritegno 190 ed il condotto di aspirazione 180, mentre la valvola di ritegno 195 mantiene chiuso il condotto di mandata 185. During each suction stroke, the volume of the pumping chamber 175 increases progressively, creating an internal depression that sucks the mixture from the tank through the check valve 190 and the suction pipe 180, while the check valve 195 keeps the discharge pipe closed. delivery 185.

Durante ogni successiva corsa di mandata, il volume della camera di pompaggio 175 diminuisce progressivamente, spingendo la miscela precedentemente aspirata a scorrere attraverso la valvola di ritegno 195 ed il condotto di mandata 185 sino a raggiungere la valvola omogeneizzante 105, mentre la valvola di ritegno 190 mantiene chiuso il condotto di aspirazione 180. During each subsequent delivery stroke, the volume of the pumping chamber 175 progressively decreases, pushing the previously sucked mixture to flow through the check valve 195 and the delivery duct 185 until it reaches the homogenizing valve 105, while the check valve 190 keeps the suction duct 180 closed.

Questo movimento alternativo del pistone 170 è demandato ad un dispositivo di azionamento, indicato globalmente con 200, il quale comprende schematicamente un motore elettrico 205 ed un meccanismo vite-madrevite 210 atto a trasformare il movimento rotativo del motore elettrico 205 in un movimento lineare del pistone 170. This reciprocating movement of the piston 170 is delegated to an actuation device, globally indicated with 200, which schematically comprises an electric motor 205 and a screw-nut mechanism 210 adapted to transform the rotary movement of the electric motor 205 into a linear movement of the piston. 170.

Il motore elettrico 205 comprende uno statore 215 ed un rotore 220 atto a ruotare rispetto allo statore 215 secondo un prefissato asse di rotazione A, ad esempio per effetto delle forze elettromagnetiche che si vengono a creare tra un campo magnetico ed una corrente elettrica di alimentazione che viene fatta circolare in opportune bobine elettriche del motore. The electric motor 205 comprises a stator 215 and a rotor 220 adapted to rotate with respect to the stator 215 according to a predetermined axis of rotation A, for example due to the effect of the electromagnetic forces that are created between a magnetic field and an electric supply current which it is circulated in suitable electric coils of the motor.

Nell’esempio illustrato, lo statore 215 è conformato come un corpo anulare avente asse coincidente con l’asse di rotazione A, ed il rotore 220 è conformato come un corpo discoidale coassialmente inserito all’interno dello statore 215. Il rotore 220 e lo statore 215 possono essere entrambi racchiusi all’interno di un unico carter di supporto e protezione 225, nel quale il rotore 220 è girevolmente supportato da un gruppo di cuscinetti che gli consentono di ruotare intorno all’asse di rotazione A, mentre lo statore 215 è fissato in modo rigido al fine di rimanere sempre stazionario. In the illustrated example, the stator 215 is shaped as an annular body having an axis coinciding with the axis of rotation A, and the rotor 220 is shaped as a discoidal body coaxially inserted inside the stator 215. The rotor 220 and the stator 215 can both be enclosed within a single support and protection casing 225, in which the rotor 220 is rotatably supported by a group of bearings which allow it to rotate around the rotation axis A, while the stator 215 is fixed rigidly in order to always remain stationary.

Il motore elettrico 205 può essere un motore coppia, ossia un motore elettrico rotativo che funziona sostanzialmente secondo i principi dei motori elettrici lineari ma con uno sviluppo circolare. Ad esempio, lo statore 215 può recare una pluralità di bobine elettriche disposte tra loro in successione lungo lo sviluppo circolare dello statore 215 stesso, mentre il rotore 220 può recare una pluralità di magneti permanenti, i quali sono disposti in successione lungo lo sviluppo circolare del rotore 220. In questo modo, alimentando in successione le bobine elettriche dello statore 215 è possibile indurre un campo magnetico mobile che circola nello statore 215 e che, interagendo con i magneti permanenti, causa la rotazione in senso contrario del rotore 220. The electric motor 205 can be a torque motor, ie a rotary electric motor which operates substantially according to the principles of linear electric motors but with a circular development. For example, the stator 215 can carry a plurality of electric coils arranged in succession along the circular extension of the stator 215 itself, while the rotor 220 can carry a plurality of permanent magnets, which are arranged in succession along the circular extension of the rotor 220. In this way, by powering the electric coils of the stator 215 in succession, it is possible to induce a mobile magnetic field which circulates in the stator 215 and which, interacting with the permanent magnets, causes the rotor 220 to rotate in the opposite direction.

Il meccanismo vite-madrevite 210 comprende schematicamente una madrevite 230, la quale è coassialmente fissata al rotore 220, in modo da ruotare solidalmente con quest’ultimo intorno all’asse di rotazione A, ed un albero filettato 235 coassialmente impegnato nella madrevite 230. The screw-nut mechanism 210 schematically includes a nut screw 230, which is coaxially fixed to the rotor 220, so as to rotate integrally with the latter around the rotation axis A, and a threaded shaft 235 coaxially engaged in the nut screw 230.

Per ridurre gli attriti, l’albero filettato 235 può essere impegnato nella madrevite 230 mediante l’interposizione di un sistema a ricircolo di sfere, realizzando in questo modo un meccanismo di trasformazione del moto comunemente noto come vite a ricircolo di sfere. To reduce friction, the threaded shaft 235 can be engaged in the nut screw 230 through the interposition of a recirculating ball system, thus creating a motion transformation mechanism commonly known as a recirculating ball screw.

Nell’esempio illustrato, la madrevite 230 e l’albero filettato 235 sono entrambi almeno parzialmente inseriti all’interno di una cavità assiale passante 240 che attraversa centralmente il rotore 220. In the example shown, the nut screw 230 and the threaded shaft 235 are both at least partially inserted inside a through axial cavity 240 that centrally crosses the rotor 220.

In particolare, l’albero filettato 235 si estende longitudinalmente per l’intera lunghezza della cavità assiale 240, in modo da presentare una prima estremità che sporge da un fianco del motore elettrico 205 ed una seconda estremità che sporge dal fianco opposto. In particular, the threaded shaft 235 extends longitudinally for the entire length of the axial cavity 240, so as to have a first end protruding from one side of the electric motor 205 and a second end protruding from the opposite side.

La prima estremità dell’albero filettato 235 è unita solidalmente al pistone 170, ad esempio mediante un accoppiamento filettato, mentre la seconda estremità è solidalmente unita ad un piattello 245, il quale è a sua volta scorrevolmente accoppiato ad uno o più steli di guida 250. The first end of the threaded shaft 235 is integrally joined to the piston 170, for example by means of a threaded coupling, while the second end is integrally joined to a plate 245, which is in turn slidingly coupled to one or more guide rods 250 .

Ciascuno di questi steli di guida 250 può essere fissato al carter 225, in modo da risultare sempre stazionario, ed è orientato parallelamente ma eccentricamente rispetto all’asse di rotazione A. Each of these guide rods 250 can be fixed to the casing 225, so as to always be stationary, and is oriented parallel but eccentrically with respect to the rotation axis A.

In questo modo, l’accoppiamento tra il piattello 245 e gli steli di guida 250 consente all’albero filettato 235 di scorrere lungo la direzione dell’asse di rotazione A ma gli impedisce di ruotare introno allo stesso, cosicché qualunque rotazione del rotore 220 viene efficacemente trasformata dal meccanismo vite-madrevite 210 in uno spostamento lineare del pistone 170. In this way, the coupling between the plate 245 and the guide rods 250 allows the threaded shaft 235 to slide along the direction of the rotation axis A but prevents it from rotating around it, so that any rotation of the rotor 220 is effectively transformed by the screw-nut mechanism 210 into a linear displacement of the piston 170.

Naturalmente, anziché utilizzare il piattello 245 e gli steli di guida 250, è possibile prevedere molti altri sistemi per impedire la rotazione dell’albero filettato 235 senza ostacolarne lo scorrimento assiale. Of course, instead of using the plate 245 and the guide rods 250, it is possible to provide many other systems to prevent the rotation of the threaded shaft 235 without hindering its axial sliding.

Ciò che rileva è che, grazie al meccanismo vite-madrevite 210, è possibile realizzare un omogeneizzatore 100 economico e di dimensioni estremamente contenute, il quale può risultare particolarmente adatto ad impieghi di laboratorio o in altri settori che richiedono basse produzioni ed alta precisione. What is important is that, thanks to the screw-nut mechanism 210, it is possible to produce an inexpensive homogenizer 100 with extremely small dimensions, which can be particularly suitable for laboratory use or in other sectors that require low production and high precision.

Un altro importante vantaggio della soluzione proposta è quello di ottenere una corrispondenza diretta tra la velocità di rotazione del rotore 220 del motore elettrico 205 e la velocità di scorrimento del pistone 170 cosicché, controllando opportunamente il motore elettrico 205, è vantaggiosamente possibile conferire al pistone 170 una legge di moto ottimale per l’efficacia del processo di omogeneizzazione. Another important advantage of the proposed solution is that of obtaining a direct correspondence between the rotation speed of the rotor 220 of the electric motor 205 and the sliding speed of the piston 170 so that, by suitably controlling the electric motor 205, it is advantageously possible to give the piston 170 an optimal motion law for the effectiveness of the homogenization process.

Ad esempio, ad eccezione delle inevitabili rampe di accelerazione e decelerazione in corrispondenza dei punti morti, la velocità del pistone 170 può essere mantenuta pressoché costante per la maggior parte della corsa di mandata, garantendo che la velocità della miscela che attraversa la valvola omogeneizzante 105 sia estremamente uniforme. For example, with the exception of the inevitable acceleration and deceleration ramps at dead centers, the speed of piston 170 can be kept almost constant for most of the delivery stroke, ensuring that the speed of the mixture passing through the homogenizing valve 105 is extremely uniform.

D’altra parte, la legge di moto del pistone 170 durante la corsa di aspirazione può essere scelta in modo da ottimizzare il riempimento della camera di pompaggio 175, evitando fenomeni di cavitazione o altri effetti indesiderati. On the other hand, the motion law of the piston 170 during the suction stroke can be chosen so as to optimize the filling of the pumping chamber 175, avoiding cavitation phenomena or other unwanted effects.

Grazie alla grande controllabilità del movimento del pistone 170, una diversa forma di attuazione dell’omogeneizzatore 100 (non illustrata) prevede che la valvola omogeneizzante 105 possa essere sostituita da un semplice ugello strozzatore fisso, ossia da un ugello strozzatore avente una geometria fissa e non regolabile. Passando attraverso un ugello strozzatore fisso, la miscela da omogeneizzare è infatti sottoposta ad una brusca caduta di pressione che, se di entità opportuna, permette di ottenere i fenomeni fluidodinamici responsabili del processo di omogeneizzazione. Thanks to the great controllability of the movement of the piston 170, a different embodiment of the homogenizer 100 (not shown) provides that the homogenizing valve 105 can be replaced by a simple fixed throttle nozzle, i.e. by a throttle nozzle having a fixed and non-fixed geometry. adjustable. Passing through a fixed throttle nozzle, the mixture to be homogenized is in fact subjected to a sudden pressure drop which, if of a suitable amount, allows to obtain the fluid dynamic phenomena responsible for the homogenization process.

Tale caduta di pressione dipende naturalmente dalla geometria dell’ugello strozzatore ma anche dalla velocità della miscela che lo attraversa. This pressure drop naturally depends on the geometry of the throttle nozzle but also on the speed of the mixture passing through it.

Grazie all’azionamento diretto del pistone 170 da parte del motore elettrico 205, è dunque sempre possibile regolare la velocità del pistone 170, e quindi della miscela da omogeneizzare, in modo da ottenere il salto di pressione necessario a conseguire una efficace omogeneizzazione, senza la necessità di sostituire e/o modificare l’ugello strozzatore. Thanks to the direct actuation of the piston 170 by the electric motor 205, it is therefore always possible to adjust the speed of the piston 170, and therefore of the mixture to be homogenized, in order to obtain the pressure jump necessary to achieve an effective homogenization, without the need to replace and / or modify the throttle nozzle.

Tale regolazione potrebbe essere compiuta in modo automatico o semiautomatico, ad esempio equipaggiando l’omogeneizzatore 100 con una unità elettronica di controllo (non illustrata) configurata per regolare la velocità del motore elettrico 205, e dunque del pistone 170, in funzione del valore desiderato della caduta di pressione causata dall’ugello strozzatore. This adjustment could be performed automatically or semi-automatically, for example by equipping the homogenizer 100 with an electronic control unit (not shown) configured to regulate the speed of the electric motor 205, and therefore of the piston 170, according to the desired value of the pressure drop caused by the throttle nozzle.

Si desidera osservare che, nel caso in cui si utilizzi un ugello strozzatore, il condotto di mandata 185 del gruppo pompante 110 deve necessariamente essere provvisto della valvola di ritegno 195 che impedisce alla miscela di rientrare nella camera di pompaggio 175 durante la corsa di aspirazione del pistone 170. It should be noted that, if a throttle nozzle is used, the delivery duct 185 of the pumping unit 110 must necessarily be provided with the check valve 195 which prevents the mixture from re-entering the pumping chamber 175 during the suction stroke of the pump. piston 170.

Nel caso in cui si utilizzi una valvola omogeneizzante 105, la valvola di ritegno 195 potrebbe invece essere omessa, poiché la funzione di ritegno potrebbe essere espletata in modo efficiente dalla valvola omogeneizzante 105 stessa. If a homogenizing valve 105 is used, the check valve 195 could instead be omitted, since the check function could be performed efficiently by the homogenizing valve 105 itself.

Si desidera inoltre osservare che, alcune forme di realizzazione, potrebbero prevedere di modificare il gruppo pompante sopra descritto, in modo da renderlo “speculare”. It should also be noted that some embodiments could envisage modifying the pumping unit described above, so as to make it "specular".

Un esempio di queste forme di realizzazione è illustrato in figura 4, dove il gruppo pompante 110 presenta le stesse caratteristiche descritte in precedenza e le sole modifiche descritte nel seguito. An example of these embodiments is illustrated in Figure 4, where the pumping unit 110 has the same characteristics described above and the only modifications described below.

Una prima e più importante modifica consiste nel fatto che, dalla parte opposta del motore elettrico 205, il gruppo pompante 110 comprende una seconda testata 255 definente un secondo cilindro 260 in cui è scorrevolmente e coassialmente accolto un secondo pistone 270 che delimita, all’interno del secondo cilindro 260, una seconda camera di pompaggio 275. A first and more important modification consists in the fact that, on the opposite side of the electric motor 205, the pumping unit 110 comprises a second head 255 defining a second cylinder 260 in which a second piston 270 is slidably and coaxially received which delimits, inside of the second cylinder 260, a second pumping chamber 275.

Questa seconda camera di pompaggio 275 può essere posta in comunicazione con il serbatoio contente la miscela da omogeneizzare, attraverso un condotto di aspirazione 280 dotato di una valvola di ritegno 290, e con una seconda valvola omogeneizzante 115, o ugello strozzatore fisso, attraverso un condotto di mandata 285 eventualmente provvisto di una valvola di ritegno 295. This second pumping chamber 275 can be placed in communication with the tank containing the mixture to be homogenized, through a suction duct 280 equipped with a check valve 290, and with a second homogenizing valve 115, or fixed throttle nozzle, through a duct 285, possibly provided with a check valve 295.

Il secondo pistone 270 può essere unito solidalmente alla seconda estremità dell’albero filettato 235 cosicché, mentre il primo pistone 170 compie la corsa di aspirazione, il secondo pistone compie la corsa di mandata e viceversa, con ciò aumentando la produttività dell’omogeneizzatore 100 senza aumentare eccessivamente costi e dimensioni. The second piston 270 can be integrally joined to the second end of the threaded shaft 235 so that, while the first piston 170 completes the suction stroke, the second piston performs the delivery stroke and vice versa, thereby increasing the productivity of the homogenizer 100 without excessively increase costs and dimensions.

Una seconda differenza di questa forma di attuazione consiste nel fatto il piattello 245 può essere fissato all’albero filettato 235, in corrispondenza dell’estremità cui è fissato il primo pistone 170. Il piattello 245 ed i relativi steli di guida 250 possono inoltre essere collocati e protetti all’interno del carter 225 che contiene il motore 205. A second difference of this embodiment consists in the fact that the plate 245 can be fixed to the threaded shaft 235, at the end to which the first piston 170 is fixed. The plate 245 and the relative guide rods 250 can also be positioned and protected inside the casing 225 which contains the motor 205.

Si desidera infine osservare che il gruppo pompante 110 sopra descritto potrebbe non essere utilizzato solamente nell’ambito di un omogeneizzatore 100 ma potrebbe essere anche utilizzato per pompare fluidi nell’ambito di altre applicazioni ad alta pressione e/o in dispositivi di dosaggio. Finally, it should be noted that the pumping unit 110 described above could not only be used in the context of a homogenizer 100 but could also be used to pump fluids in the context of other high pressure applications and / or in dosing devices.

Ovviamente a tutto quanto descritto in precedenza un tecnico del settore potrebbe applicare numerose modifiche di natura tecnico applicativa, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come sotto rivendicata. Obviously, a technician in the field could apply numerous modifications of a technical application nature to everything described above, without thereby departing from the scope of the invention as claimed below.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI 1. Un gruppo pompante (110) comprendente: - un cilindro (160), - un pistone (170) scorrevolmente accolto nel cilindro (160) e definente con quest’ultimo una camera di pompaggio (175), ed - un dispositivo di azionamento (200) atto a muovere il pistone (170) di moto alternativo all’interno del cilindro (160), in cui detto dispositivo di azionamento (200) comprende: - un motore elettrico (205) provvisto di un rotore (220) e di uno statore (215), - una madrevite (230) unita solidalmente al rotore (220), ed - un albero filettato (235) impegnato nella madrevite (230) ed avente una estremità unita solidalmente al pistone (170). CLAIMS 1. A pumping group (110) comprising: - a cylinder (160), - a piston (170) slidably received in the cylinder (160) and defining with the latter a pumping chamber (175), and - an actuation device (200) designed to move the reciprocating piston (170) inside the cylinder (160), wherein said drive device (200) comprises: - an electric motor (205) provided with a rotor (220) and a stator (215), - a nut screw (230) integrally joined to the rotor (220), ed - a threaded shaft (235) engaged in the nut screw (230) and having one end integrally joined to the piston (170). 2. Un gruppo pompante (110) secondo la rivendicazione 1, in cui l’albero filettato (235) e la madrevite (230) sono coassialmente inserite all’interno del rotore (220) del motore elettrico (205), il quale è coassialmente inserito all’interno dello statore (215). A pumping unit (110) according to claim 1, in which the threaded shaft (235) and the nut screw (230) are coaxially inserted inside the rotor (220) of the electric motor (205), which is coaxially inserted inside the stator (215). 3. Un gruppo pompante (110) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui il motore elettrico (205) è un motore coppia. A pumping unit (110) according to any one of the preceding claims, wherein the electric motor (205) is a torque motor. 4. Un gruppo pompante (110) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui l’albero filettato (235) è impegnato nella madrevite (230) mediante un sistema a ricircolo di sfere. 4. A pumping unit (110) according to any of the preceding claims, in which the threaded shaft (235) is engaged in the nut screw (230) by means of a recirculating ball system. 5. Un gruppo pompante (110) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente: - un secondo cilindro (260), ed - un secondo pistone (270) scorrevolmente accolto nel secondo cilindro (260) e definente con quest’ultimo una seconda camera di pompaggio (275), in cui detto secondo pistone (270) è unito solidalmente ad una seconda estremità dell’albero filettato (235). A pumping unit (110) according to any one of the preceding claims, comprising: - a second cylinder (260), ed - a second piston (270) slidably received in the second cylinder (260) and defining with the latter a second pumping chamber (275), in which said second piston (270) is integrally joined to a second end of the threaded shaft (235). 6. Un omogeneizzatore (100) comprendente: - un gruppo pompante (110) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, ed - una valvola omogeneizzante (105) collegata ad un condotto di mandata (185) della camera di pompaggio (175). 6. A homogenizer (100) comprising: - a pumping unit (110) according to any one of the preceding claims, and - a homogenizing valve (105) connected to a delivery duct (185) of the pumping chamber (175). 7. Un omogeneizzatore (100) comprendente: - un gruppo pompante (110) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 5, ed - un ugello strozzatore fisso collegato ad un condotto di mandata (185) della camera di pompaggio (175). 7. A homogenizer (100) comprising: - a pumping unit (110) according to any one of claims 1 to 5, and - a fixed throttle nozzle connected to a delivery duct (185) of the pumping chamber (175). 8. Un omogeneizzatore (100) secondo la rivendicazione 7, comprendente una valvola di ritegno (195) posta nel condotto di mandata (185) tra la camera di pompaggio (175) e l’ugello strozzatore. 8. A homogenizer (100) according to claim 7, comprising a check valve (195) placed in the delivery duct (185) between the pumping chamber (175) and the throttle nozzle. 9. Un omogeneizzatore (100) secondo la rivendicazione 7 o 8, comprendente una unità elettronica di controllo configurata per regolare una velocità di scorrimento del pistone (170) in funzione di un valore desiderato della caduta di pressione causata dall’ugello strozzatore.9. A homogenizer (100) according to claim 7 or 8, comprising an electronic control unit configured to adjust a sliding speed of the piston (170) as a function of a desired value of the pressure drop caused by the throttle nozzle.