ITFI20110145A1

ITFI20110145A1 - A differential pressure valve with parallel biasing springs and method for reducing spring surge

Info

Publication number: ITFI20110145A1
Application number: IT000145A
Authority: IT
Inventors: Alberto Babbini; Riccardo Bagagli; Carmelo Maggi; Leonardo Tognarelli
Original assignee: Nuovo Pignone Spa
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2013-01-20
Also published as: RU2601397C2; EP2549160B1; JP6067265B2; JP2013060943A; CN102889197A; US20140014190A1; RU2012130315A; US9297373B2; CA2785013A1; CA2785013C; CN102889197B; EP2549160A1

Description

"VALVOLA A PRESSIONE DIFFERENZIALE CON MOLLE DI SOLLECITAZIONE IN PARALLELO E METODO PER RIDURRE LA RISONANZA DELLA MOLLA"

DESCRIZIONE

Ambito dell'invenzione

Le realizzazioni descritte riguardano in generale le valvole a pressione differenziale, cioÃ ̈ le valvole azionate automaticamente dalla differenza di pressione attraverso la valvola. Alcune realizzazioni esemplificative riguardano nello specifico valvole per compressori alternativi, come ad esempio le valvole a fungo degli ipercompressori.

Descrizione della materia

Gli ipercompressori, quelli capaci di produrre pressioni del gas pari o superiori ai 3.000 bar, sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni industriali, compresa, ma non limitata a, la produzione di polietilene a bassa densitÃ , anche noto come LDPE. Il rendimento efficiente di questi compressori viene controllato almeno in parte dalle valvole automatiche a fungo di aspirazione e scarico. La Fig. 1 illustra uno spaccato di una porzione di un ipercompressore 2 dell'arte nota, comprendente due valvole a fungo 10. La Fig.2 illustra una sezione ingrandita di una delle valvole a fungo convenzionali del compressore mostrato in Fig.1, in posizione aperta. Una guida del fungo secondo lo stato dell'arte Ã ̈ divulgata in US-A-2010/0024891.

Come mostrato in Fig.1, un ipercompressore 2 solitamente comprende un alloggiamento 3 nel quale Ã ̈ formato un cilindro 4. Un'asta del pistone 5 si muove di moto alternato nel cilindro 4 per aspirare un fluido da un condotto di aspirazione 6 e scaricare il fluido ad alta pressione nel condotto di scarico 7. Una valvola a fungo 10 viene collocata in ciascuno di condotti di aspirazione 6 e di scarico 7. In Fig.1 il numero di riferimento 10S indica la valvola a fungo nel condotto di aspirazione 6 e il numero di riferimento 10D indica la valvola a fungo nel condotto di scarico 7. Ogni valvola a fungo 10S, 10D Ã ̈ progettata come mostrato in Fig.2, ove Ã ̈ indicata con il numero 10.

Come mostrato in Fig.2, la valvola a fungo convenzionale 10 comprende un corpo 11 della valvola che contiene un fungo od otturatore od otturatore a fungo 12 configurato per aprire e chiudere il percorso del flusso gassoso in entrata e in uscita dell'ipercompressore 1, una molla 14 configurata per tenere l'otturatore a fungo 12 in posizione chiusa contro una sede di chiusura 13 formata da una porzione della superficie interna del corpo 11 della valvola e una guida 16 dell'otturatore che contiene l'otturatore a fungo 12 e la molla 14. Come mostrato, quando l'otturatore a fungo 12 viene aperto, viene formato un passaggio di flusso 17 (identificato da diverse frecce in Fig. 2) da un ingresso di flusso 18 ad un'uscita di flusso 20 della valvola a fungo convenzionale 10, il percorso di flusso essendo definito dallo spazio fra l'otturatore a fungo 12 e il corpo 11 della valvola cosÃ¬ come fra la guida 16 dell'otturatore e il corpo 11 della valvola. La guida 16 dell'otturatore della valvola a fungo convenzionale 10 comprende, inoltre, un'apertura di scarico 22 lungo un asse A-A della guida 16 dell'otturatore, che collega una camera interna 26 della guida 16 dell'otturatore al passaggio di flusso 17 in una regione a stagnazione di flusso, la pressione di ritorno nella camera interna 26 essendo definita almeno in parte dalla pressione statica nella regione del passaggio di flusso 17 intorno all'asse A-A della valvola a fungo convenzionale 10.

L'apertura e la chiusura delle valvole a fungo 10, 10S e 10D vengono controllate automaticamente dalla pressione differenziale attraverso le valvole. Per questo motivo, queste valvole sono talvolta definite â€œvalvole automaticheâ€ e si differenziano dalle valvole controllate, come quelle comunemente utilizzate nei motori a combustione interna, in cui l'apertura e la chiusura delle valvole vengono controllate da un azionatore esterno, ad esempio tramite la rotazione di un albero a camme.

La valvola a fungo di aspirazione 10S Ã ̈ disposta in modo da aprirsi quando la pressione nel cilindro 4 dell'ipercompressore 2 diminuisce durante la corsa di aspirazione dell'asta del pistone 5. La pressione nel condotto di aspirazione 6 supera la forza della molla 14; la pressione differenziale attraverso la valvola causa l'apertura della valvola e il fluido viene aspirato nel cilindro 4 del compressore. La valvola di scarico 10D Ã ̈ chiusa. Una volta che l'asta del pistone 5 raggiunge il punto morto inferiore, la corsa si inverte e inizia la compressione del fluido nel cilindro. L'aumentata pressione nel cilindro 4 chiude automaticamente la valvola di aspirazione 10S e apre la valvola di scarico 10D quando la pressione differenziale attraverso la valvola di scarico 10D, fra il cilindro 4 del compressore e il condotto di scarico 7, supera la forza della molla relativa.

A ogni movimento di chiusura, l'otturatore a fungo 12 della valvola a fungo relativa 10, 10S, 10D urta violentemente contro la sede 13 del corpo 11 della valvola e ogni corsa di apertura provoca l'urto dell'otturatore 12 contro la guida 16 dell'otturatore.

Queste valvole a fungo rivestono un ruolo importante nell'affidabilitÃ degli ipercompressori utilizzati negli impianti di produzione di LDPE. Il rendimento di queste valvole dipende non solo dalle proprietÃ del materiale selezionato e dal progetto adatto a tollerare le elevate pressioni di gas, ma anche dal un opportuno comportamento dinamico dell'otturatore a fungo 12. Le operazioni di corretta apertura e chiusura della valvola vengono influenzate da vari vincoli progettuali relativi a diverse forze dinamiche che agiscono sulla valvola, comprese tra l'altro: una forza di trascinamento che agisce sull'otturatore a fungo 12 e sulla guida 16 dell'otturatore per aprire la valvola, questa forza di trascinamento essendo generata dall'interazione del flusso gassoso con le citate parti di valvola; una forza della pressione del gas che agisce sulla guida 16 dell'otturatore per chiudere la valvola convenzionale 10, questa forza di pressione del gas essendo generata dalla pressione di ritorno del flusso che agisce su una superficie posteriore della guida 16 dell'otturatore; una forza di inerzia associata alla massa dell'otturatore a fungo 12; e una forza della molla generata dalla molla 14 per chiudere la valvola.

Gli ipercompressori di solito operano in un intervallo di velocitÃ compreso fra 150 e 300 giri/minuto. A ogni ciclo, tutte le valvole effettuano un movimento di apertura e chiusura con corrispondenti impatti dell'otturatore a fungo sulla sede 13 e sulla guida 16. I ripetuti impatti possono causare un'usura da impatto e danni frontali, che alla fine portano alla rottura dell'otturatore. L'usura da impatto causa il consumo del materiale e crea irregolaritÃ sulla superficie, che possono creare siti preferenziali di formazione di cricche. Queste cricche possono allargarsi a causa delle onde d'urto generate dai carichi dinamici causati dagli impatti, fino alla rottura definitiva dell'otturatore a fungo. In caso di velocitÃ di impatto elevate, la fatica da impatto puÃ² determinare delle cricche, anche in assenza di usura da impatto.

Nel caso di carichi da urto sulle molle, la sollecitazione di propaga lungo il filo delle molle. La spira finale della molla, a contatto con il carico applicato, assorbe tutta la deformazione e ne trasmette gran parte alle spire adiacenti. Tale onda di compressione si propaga indefinitamente lungo la molla. La risonanza si verifica in funzione del tempo di propagazione. CiÃ² provoca ampie deformazioni e di conseguenza elevati sforzi. In queste condizioni Ã ̈ possibile che la molla si rompa. Questo fenomeno Ã ̈ detto risonanza. Da un altro punto di vista, l'applicazione di uno sforzo da impatto sulla molla all'apertura o chiusura dell'otturatore provoca una deformazione della molla secondo una funzione che puÃ² scomporsi in una serie di Fourier comprendente anche armoniche che corrispondono alle frequenze di risonanza della molla. In talune circostanze ciÃ² puÃ² causare la summenzionata onda di compressione che percorre la molla. Lâ€™elevata sollecitazione indotta nella molla a causa della risonanza puÃ² provocarne la rottura. Se ciÃ² si verifica in una valvola automatica di un compressore alternativo, l'otturatore continuerÃ a funzionare ma in condizioni operative anomale. La velocitÃ d'impatto dell'otturatore aumenta fino a valori elevatissimi, provocando danni frontali dell'otturatore (usura da impatto e fatica da impatto). Il danno frontale provoca cricche che si propagano rapidamente per effetto degli sforzi dinamici provocati dagli urti ripetuti, fino alla rottura finale della valvola, quando si rompe l'otturatore.

La risonanza della molla puÃ² anche essere prodotta dalle forze dinamiche nel gas (distacco di vortici). Tali forze provocano oscillazioni della pressione con una frequenza di solito compresa tra 100 e 1200 Hz, che corrisponde a una o piÃ¹ frequenze di risonanza della molla della valvola.

Le valvole automatiche sono utilizzate non solo negli ipercompressori, ma anche in altri tipi di compressori alternativi utilizzati di solito entro intervalli di pressione inferiori, per esempio tra 100 e 1000 bar. Tali valvole automatiche comprendono una contro-sede di valvola dotata di una o piÃ¹ aperture di uscita e una sede di valvola con una o piÃ¹ aperture di ingresso. Tra la sede e la contro-sede della valvola sono disposti otturatori o piastre a forma di disco o di anello, sollecitati elasticamente da molle contro la sede opposta. L'apertura e la chiusura sono controllate dalla differenza di pressione attraverso la valvola. Queste valvole sono dette comunemente "valvole ad anelli" per indicare la forma degli otturatori in esse utilizzati. La risonanza della molla puÃ² essere causata, anche in questo tipo di valvole automatiche per compressori alternativi, dallâ€™effetto dei carichi d'urto sulla molla all'apertura e alla chiusura degli otturatori a forma di anello.

Sarebbe pertanto desiderabile sviluppare una valvola migliorata per compressori alternativi, in particolare una valvola automatica, e nello specifico una valvola a fungo per ipercompressori, in cui i fenomeni di risonanza delle molle sono soppressi o almeno mitigati.

Sommario dell'invenzione

I fenomeni di risonanza vengono soppressi, o almeno mitigati, grazie a un organo di sollecitazione comprendente almeno due molle aventi caratteristiche di risonanza diverse. Se vi Ã ̈ spazio a sufficienza, si possono prevedere piÃ¹ di due molle in parallelo, per aumentare l'effetto di soppressione della risonanza. Quando lo sforzo applicato allâ€™organo di sollecitazione contiene una frequenza uguale o vicina a quella di risonanza di una di dette almeno due molle, detta molla tende ad entrare in risonanza. Tuttavia, la propagazione dell'onda di compressione Ã ̈ contrastata dall'altra di dette almeno due molle.

Secondo alcune realizzazioni, pertanto, viene prevista una valvola a pressione differenziale, come in particolare una valvola per compressori alternativi, comprendente:

un corpo valvola, detto corpo valvola avendo almeno un ingresso di flusso e un'uscita di flusso;

almeno un otturatore, detto otturatore essendo mobile tra una posizione aperta e una posizione chiusa per effetto di una pressione differenziale attraverso la valvola;

almeno un passaggio di flusso dall'ingresso di flusso all'uscita di flusso;

almeno un organo di sollecitazione, disposto in modo da sollecitare l'otturatore verso una posizione chiusa, in modo da bloccare il passaggio di flusso attraverso l'ingresso di flusso;

in cui l'organo di sollecitazione comprende almeno due molle disposte in parallelo, una di dette molle avendo almeno una frequenza di risonanza diversa da almeno una frequenza di risonanza dell'altra di dette due molle.

In generale, una valvola a pressione differenziale Ã ̈ una valvola che si apre e si chiude automaticamente in base alla differenza di pressione attraverso la valvola, come ad esempio la differenza di pressione prodotta da un pistone mobile alternativamente entro un cilindro di un compressore alternativo.

Le molle disposte in parallelo sono soggette alla stessa deformazione se sollecitate sotto carico.

In alcune realizzazioni le due molle sono molle elicoidali. Si ottiene una disposizione particolarmente compatta disponendo le molle in modo coassiale, cioÃ ̈ una dentro l'altra.

Le due molle possono essere molle lineari. In altre realizzazioni, una delle due molle Ã ̈ una molla non lineare, ad esempio una molla progressiva, la cui rigiditÃ aumenta all'aumentare della deformazione. In ulteriori realizzazioni, entrambe le molle possono essere non lineari, per esempio molle progressive.

Si ottengono particolari vantaggi quando l'invenzione viene realizzata in una valvola a fungo per ipercompressori. Secondo alcune realizzazioni, la valvola a fungo comprende: una guida dell'otturatore disposta fissa entro il corpo valvola, l'otturatore della valvola essendo guidato in modo scorrevole da detta guida; un passaggio di flusso dall'ingresso di flusso all'uscita di flusso, detto passaggio essendo formato tra una superficie interna del corpo valvola e una superficie esterna di detta guida dell'otturatore e dell'otturatore. L'organo di sollecitazione Ã ̈ alloggiato almeno in parte entro la guida dell'otturatore.

Secondo altre realizzazioni, la valvola Ã ̈ una valvola ad anelli, come una valvola automatica ad anelli per compressori alternativi. Ogni anello viene sollecitato elasticamente da una molteplicitÃ di organi di sollecitazione distribuiti lungo l'estensione anulare dell'anello. In alcune realizzazioni, ogni organo di sollecitazione comprende almeno due molle disposte in parallelo, per esempio due molle elicoidali. In alcune realizzazioni le due molle di ciascun organo di sollecitazione possono essere coassiali.

Secondo un ulteriore aspetto, lâ€™oggetto qui descritto riguarda un compressore alternativo, comprendente: un cilindro; un pistone scorrevole e mobile alternativamente in detto cilindro; un condotto di aspirazione e un condotto di scarico in comunicazione di flusso con detto cilindro; almeno una valvola di aspirazione in detto condotto di aspirazione e una valvola di scarico in detto condotto di scarico; l'apertura e la chiusura di detta valvola di aspirazione e di detta valvola di scarico essendo comandate automaticamente dalla differenza di pressione attraverso la valvola; e in cui almeno una di dette valvole di aspirazione e scarico Ã ̈ dotata, come illustrato in precedenza, di un otturatore e di un organo di sollecitazione che agisce sull'otturatore, in cui detto organo di sollecitazione comprende almeno due molle aventi frequenze di risonanza diverse.

In alcune realizzazioni il compressore Ã ̈ un ipercompressore. In alcune realizzazioni esemplificative, il compressore ruota con velocitÃ comprese tra i 150 e i 300 giri al minuto, cioÃ ̈ il pistone esegue 150-300 cicli al minuto, e ogni ciclo comprende una corsa di aspirazione e una corsa inversa di compressione e scarico. Di conseguenza, ogni valvola di aspirazione e scarico del compressore esegue 150-300 cicli di apertura e chiusura al minuto. Secondo alcune realizzazioni, il compressore funziona alla pressione di scarico compresa tra gli 800 e i 4500 bar, per esempio tra 1500 e 3500 bar.

Secondo ancora un ulteriore aspetto, lâ€™oggetto qui descritto riguarda un metodo per mitigare o sopprimere la risonanza della molla in una valvola per compressore alternativo, detto compressore comprendendo: un corpo valvola, detto corpo valvola avendo un ingresso di flusso e una uscita di flusso; un otturatore, detto otturatore essendo mobile tra una posizione aperta e una posizione chiusa per effetto di una pressione differenziale attraverso detta valvola; un passaggio di flusso tra l'ingresso di flusso e l'uscita di flusso; almeno un organo di sollecitazione realizzato per sollecitare lâ€™otturatore verso una posizione di chiusura in modo da bloccare il passaggio di flusso attraverso l'ingresso di flusso. Il metodo comprende la soppressione della propagazione delle onde di compressione di risonanza entro detto organo di sollecitazione disponendo almeno due molle in parallelo, una di dette molle avendo almeno una frequenza di risonanza diversa da almeno una delle frequenza di risonanza dell'altra di dette due molle.

La descrizione che precede menziona caratteristiche delle varie realizzazioni della presente invenzione, facilitando cosÃ¬ la comprensione della descrizione dettagliata seguente, cosÃ¬ da apprezzare al meglio i contributi alla tecnica forniti da questa invenzione. Chiaramente vi sono altre caratteristiche dell'invenzione che verranno descritte qui di seguito e che verranno esposte nelle rivendicazioni accluse.. In questo senso, prima di spiegare in dettaglio realizzazioni dell'invenzione, sia chiaro che le diverse realizzazioni dell'invenzione non si limitano nella loro applicazione ai dettagli costruttivi e alle disposizioni dei componenti indicati nella seguente descrizione o illustrati nei disegni. L'invenzione Ã ̈ capace di altre realizzazioni e puÃ² essere implementata e realizzata in vari modi. Inoltre, resta inteso che la terminologia e fraseologia impiegate nel presente documento ha fini descrittivi e non Ã ̈ da considerarsi in senso restrittivo.

Gli esperti del ramo apprezzeranno che il concetto, sul quale si basa la divulgazione presente, puÃ² essere immediatamente utilizzato come base per progettare ulteriori strutture, metodi e/o sistemi per conseguire i diversi scopi della presente invenzione. Pertanto, Ã ̈ importante che le rivendicazioni siano intese ad inclusione di queste costruzioni equivalenti in quanto rientrino nello spirito e nel campo di applicazione della presente invenzione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Una piÃ¹ completa comprensione delle realizzazioni descritte dell'invenzione e dei molti vantaggi di essa sarÃ ottenuta mentre la stessa verrÃ meglio compresa con riferimento alla seguente descrizione dettagliata prendendo in esame i seguenti disegni, in cui:

La Fig. 1 illustra una sezione di una parte di un ipercompressore alternativo secondo lo stato dell'arte;

La Fig. 2 illustra una sezione secondo un asse longitudinale di una valvola a fungo per un ipercompressore secondo lo stato dell'arte;

La Fig.3 illustra una sezione longitudinale di una parte di un ipercompressore secondo una realizzazione esemplificativa;

La Fig.4 illustra una sezione longitudinale di una valvola a fungo, in una posizione aperta, secondo una realizzazione esemplificativa;

La Fig. 5 illustra una vista schematica laterale di una molla progressiva non lineare;

La Fig. 6 illustra una sezione schematica, secondo la linea VI-VI nella Fig. 6A, di una valvola ad anelli con molle disposte in parallelo;

La Fig.6A illustra una vista secondo la linea VIA-VIA di Fig.6.

La Fig.7 illustra un ingrandimento di una disposizione della molla di Fig.6.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI REALIZZAZIONI DELLâ€™INVENZIONE

La seguente descrizione dettagliata di realizzazioni esemplificative fa riferimento ai disegni allegati. Numeri di riferimento uguali, ricorrenti in disegni diversi, indicano elementi simili o identici. I disegni non sono necessariamente in scala. Inoltre, la seguente descrizione dettagliata non limita lâ€™invenzione. Al contrario, l'ambito dellâ€™invenzione Ã ̈ definito dalle rivendicazioni incluse.

In tutta la descrizione dettagliata il riferimento a â€œuna realizzazioneâ€ o a â€œalcune realizzazioniâ€ sta a indicare che una particolare caratteristica, struttura o proprietÃ descritta in relazione a una realizzazione Ã ̈ inclusa in almeno una realizzazione dell'oggetto divulgato. Pertanto, l'utilizzo dell'espressione "in una realizzazione" o "in alcune realizzazioni" in vari punti della descrizione dettagliata non farÃ necessariamente riferimento alla medesima realizzazione. Inoltre, le particolari funzioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo adatto in una o piÃ¹ realizzazioni.

Gli svariati vantaggi dell'invenzione verranno discussi di seguito in relazione a una valvola a fungo di un ipercompressore. Si deve tuttavia comprendere che almeno alcune delle caratteristiche dell'invenzione possono essere attuate in valvole automatiche di compressori alternativi di altro tipo, come le valvole ad anelli.

Una realizzazione descritta qui di seguito fa riferimento a una valvola a fungo singola. Si deve tuttavia comprendere che almeno alcune delle caratteristiche qui illustrate potrebbero realizzarsi in una valvola a fungo multipla, cioÃ ̈ in una valvola che comprenda piÃ¹ di un otturatore a fungo con relativa guida. Per esempio, Ã ̈ possibile utilizzare una contro-sede di valvola che comprende una pluralitÃ di guide per una pluralitÃ di otturatori a fungo in combinazione con una sede di valvola dotata di una pluralitÃ di aperture di aspirazione, ciascuna corrispondente a un rispettivo otturatore a fungo.

Con iniziale riferimento alla Fig.3, verrÃ ora descritta la struttura generale di un ipercompressore, limitatamente a quelle parti che sono importanti per comprendere l'invenzione. L'ipercompressore 102 comprende un alloggiamento 3 nel quale Ã ̈ formato un cilindro 104. Un'asta 105 del pistone scorre alternativamente nel cilindro 104 per aspirare un fluido da almeno un condotto di aspirazione 106 e scaricare il fluido ad una pressione piÃ¹ elevata in almeno un condotto di scarico 107. Una rispettiva valvola a fungo Ã ̈ disposta rispettivamente in ciascun condotto di aspirazione 106 e di scarico 107. Il numero di riferimento 110S indica la valvola a fungo nel condotto di aspirazione 106 e il numero di riferimento 110D indica la valvola a fungo nel condotto di scarico 107. La disposizione del condotto di aspirazione e del condotto di scarico rispetto al cilindro 104 puÃ² essere diversa da quella mostrata nei disegni. In particolare, la posizione degli assi delle valvole rispetto all'asse del cilindro puÃ² variare e puÃ² dipendere dai valori di progetto della pressione di ingresso e di uscita dell'ipercompressore.

L'asta 105 del pistone Ã ̈ azionata da una manovella (non mostrata). In alcune realizzazioni, la velocitÃ di rotazione della manovella Ã ̈ compresa nell'intervallo tra 150 e 300 giri/minuto, cioÃ ̈ l'asta 105 del pistone esegue un movimento di compressione-aspirazione completo per 150-300 volte in un minuto. Di conseguenza, ogni valvola 110S, 110D esegue un movimento di chiusura/apertura per 150-300 volte in un minuto. La pressione di scarico del compressore varia tra 800 e 4000 bar, per esempio fra i 1500 e i 3500 bar.

Ciascuna valvola a fungo 110S e 110D puÃ² essere indicata come illustrato nella realizzazione della Fig. 4, nella quale la valvola a fungo Ã ̈ complessivamente indicata con 110 ed Ã ̈ mostrata in posizione aperta, permettendo al gas di fluire attraverso la valvola procedendo dall'ingresso all'uscita.

La valvola a fungo 110 comprende un corpo valvola 111 dotato di un asse A-A, un otturatore a fungo 112, un organo di sollecitazione 114 e una guida 116 dell'otturatore.

In alcune realizzazioni, l'otturatore a fungo 112 Ã ̈ dotato di una cavitÃ interna alloggiante un distanziatore 115. L'organo di sollecitazione 114 Ã ̈ alloggiato in parte nella cavitÃ interna dell'otturatore a fungo 112 e in parte in una camera interna 117 della guida 116 dell'otturatore. PiÃ¹ precisamente, l'organo di sollecitazione 114 Ã ̈ mantenuto in posizione tra il distanziatore 115 e una superficie di fondo 117B della camera interna 117 della guida 116 dell'otturatore. La superficie 117A della camera interna 117 Ã ̈ in contatto di strisciamento con la superficie esterna 112A dell'otturatore a fungo 112, in modo tale che quest'ultimo Ã ̈ guidato a scorrimento dalla guida 116 dell'otturatore durante la corsa di apertura e chiusura dell'otturatore a fungo 112. Secondo una diversa realizzazione, l'otturatore a fungo 112 puÃ² circondare almeno in parte la guida dell'otturatore e puÃ² essere guidato da una guida dell'otturatore che si estende entro una cavitÃ dell'otturatore a fungo.

La valvola a fungo 110 comprende anche un ingresso di flusso 118 e un'uscita di flusso 120. Durante il funzionamento, l'organo di sollecitazione 114 sollecita l'otturatore a fungo 112 ad allontanarsi dalla guida 116 dell'otturatore, in una posizione di chiusura, nella quale una parte 122 di una superficie dell'otturatore a fungo 112 si appoggia su una sede di chiusura 124 formata da una porzione di superficie del corpo valvola 111, impedendo in tal modo al gas di fluire dall'ingresso di flusso 118 all'uscita di flusso 120 o viceversa. La molla 114 Ã ̈ opportunamente precaricata allo scopo di fornire una pressione di chiusura sufficiente tra l'otturatore a fungo 112 e la sede di chiusura 124. Quando la forza esercitata sull'otturatore a fungo 112 dalla differenza di pressione del gas attraverso la valvola Ã ̈ maggiore della forza di sollecitazione della molla 114, l'otturatore a fungo 112 si sposta nella posizione di apertura mostrata in Fig. 4, permettendo cosÃ¬ al gas di fluire dall'ingresso di flusso 118 all'uscita di flusso 120 attraverso i passaggi di flusso 126 formati tra l'otturatore a fungo 112 e una superficie interna del corpo valvola 111, nonchÃ© tra la guida 116 dell'otturatore e la superficie interna del corpo valvola 111, come mostrato dalle frecce 128 nella Fig. 4.

Nella realizzazione illustrata in Fig. 4, l'organo di sollecitazione 114 comprende due molle elicoidali a compressione precaricate 114A e 114B in parallelo, disposte una dentro l'altra. PiÃ¹ precisamente, la molla 114 A ha un diametro maggiore ed Ã ̈ disposta attorno alla molla 114B, piÃ¹ piccola. Secondo una realizzazione differente, non illustrata, le molle sono affiancate invece che coassiali. Le molle sono disposte in condizione di precarico, in modo che in assenza di pressione differenziale attraverso la valvola, l'otturatore a fungo 112 Ã ̈ sollecitato dalle molle 114A e 114B in contatto a tenuta contro la sede di chiusura 124.

In una realizzazione, le molle 114A e 114B sono molle lineari, cioÃ ̈ molle nelle quali la deformazione varia linearmente con il carico di compressione applicato alla molla.

Ciascuna molla 114A e 114B Ã ̈ caratterizzata da una propria (prima) frequenza di risonanza e dai suoi multipli. Di solito se Ï‰ indica la prima frequenza di risonanza di una molla, le frequenze di risonanza di ordine maggiore sono 2Ï‰ (frequenza di risonanza del secondo ordine), 3Ï‰ (frequenza di risonanza del terzo ordine) ... NÏ‰ (frequenza di risonanza di ordine N-esimo).

In alcune realizzazioni, le molle 114A e 114B sono progettate in modo che almeno la prima frequenza di risonanza (prima armonica) di una di dette molle 114A e 114B sia diversa dalla prima frequenza di risonanza (prima armonica) dell'altra molla. In alcune realizzazioni, anche almeno le frequenze del secondo ordine e preferibilmente del terzo ordine ed eventualmente del quarto ordine (seconda, terza e quarta armonica) sono diverse per le due molle 114A e 114B. Per esempio, se una prima molla ha una prima frequenza di risonanza a 100 Hz e le successive frequenze di risonanza a 200, 300, 400 Hz, Ã ̈ conveniente progettare la seconda molla in modo che nÃ ̈ la prima, nÃ ̈ la seconda, nÃ ̈ la terza, nÃ© la quarta frequenza di risonanza siano a 100, 200, 300 o 400 Hz.

Se le condizioni di funzionamento della valvola sono tali che la prima delle due molle risuonerebbe ad un prima frequenza di risonanza, la propagazione dell'onda di compressione lungo la molla sarebbe ostacolata dalla seconda delle due molle, per la quale la prima e le successive frequenze di risonanza sono diverse. Il risultato complessivo di questa disposizione sarÃ la prevenzione o mitigazione dell'effetto di risonanza della molla.

Secondo diverse realizzazioni, almeno una delle due molle 114A e 114B Ã ̈ una molla non-lineare, per esempio una molla progressiva. In alcune realizzazioni, entrambe le molle 114A e 114B possono essere non lineari, per esempio molle progressive. Il comportamento non lineare delle molle provoca la soppressione o la riduzione della risonanza.

In termini generali, una molla elicoidale non lineare progressiva puÃ² essere rappresentata in modo schematico come piÃ¹ molle disposte in serie aventi rigidezza diversa. In generale, si puÃ² ottenere tale disposizione in vari modi. La Fig. 5 illustra una realizzazione di una molla elicoidale, nella quale il passo tra le spire formanti la molla varia lungo lo sviluppo assiale della molla. I passi, cioÃ ̈ le distanze tra due spire attive adiacenti che formano la molla 114A o 114B, sono indicati con P1, P2, P3, ..., Pn-1, Pn. Il passo puÃ² variare a gradini discreti da un estremo all'altro della molla, sebbene ciÃ² non sia obbligatorio; per esempio il passo puÃ² diminuire da ciascuno estremo della molla verso il centro o viceversa.

Il comportamento non lineare della molla provoca la soppressione o la riduzione della risonanza nel modo seguente. In teoria, in una normale molla elicoidale lineare, la deformazione totale Ã ̈ distribuita uniformemente tra le spire. Questo significa che la distanza tra ciascuna coppia di spire adiacenti si riduce uniformemente fino a quando le spire entrano in contatto reciproco. Nella molla elicoidale progressiva, le spire con il passo minore si toccano tra loro prima delle altre. CiÃ² modifica la rigidezza della molla. Quando la deformazione a compressione aumenta, un numero progressivamente crescente di spire entra in contatto reciproco, aumentando cosÃ¬ progressivamente la rigiditÃ della molla, finchÃ© si raggiunge la massima deformazione a compressione con tutte le spire disposte nellâ€™assetto di spazio minimo, in cui ciascuna spira Ã ̈ in contatto con quelle adiacenti.

PoichÃ© la rigidezza di una molla progressiva varia con la sua deformazione, varia anche la rispettiva frequenza di risonanza, e quindi la propagazione delle onde di compressione (risonanza della molla) viene soppressa o almeno fortemente ridotta.

Combinando due molle elicoidali 114A e 114B, almeno una delle quali sia non lineare, e che hanno frequenze di risonanza diverse, aumenta l'efficienza della soppressione della risonanza dellâ€™organo di sollecitazione 114.

Quando almeno una delle molle Ã ̈ dotata di rigidezza incrementale, come per esempio avviene in una molla elicoidale progressiva, Ã ̈ possibile progettare le molle in modo che la loro rigidezza aumenti a passi successivi, e in almeno tre passi, cioÃ ̈ in modo che la curva carico-deformazione presenti due punti nei quali la sua pendenza varia presentando una discontinuitÃ nella sua derivata, nel campo di deformazione utilizzato. La discontinuitÃ corrisponde a cambio di rigidezza della molla. Inoltre, in alcune realizzazioni, il rapporto tra due rigidezze successive Ã ̈ compreso preferibilmente tra 1,2 e 2, cioÃ ̈

1.2 < Ki/Ki-1< 2

dove Kie Ki-1sono valori successivi della rigidezza della molla.

Le Figure 6, 6A e 7 illustrano unâ€™ulteriore realizzazione. In questa realizzazione, una valvola ad anelli Ã ̈ indicata complessivamente come 201. La valvola 201 comprende un corpo valvola che include una contro-sede 203 dotata dei passaggi anulari 205 e di una sede 207 dotata dei passaggi anulari 209. Tra la contro-sede 202 e la sede 204 sono disposti otturatori costituiti da anelli di tenuta disposti concentricamente 212. Ogni anello 212 viene sollecitato elasticamente contro la sede 207 da una molteplicitÃ di organi di sollecitazione 214 , distribuiti lungo lo sviluppo anulare dell'anello. Ciascun organo di sollecitazione 214 Ã ̈ alloggiato in un alloggiamento ricavato nella contro-sede 203. Secondo alcune realizzazioni (si veda in particolare la Figura 7) ogni organo di sollecitazione 214 comprende almeno due molle 214A e 214B. Ciascuna delle molle 214A e 214B puÃ² essere una molla elicoidale. Nella realizzazione illustrata nei disegni, le molle 214A e 214B sono coassiali, cioÃ ̈ la piÃ¹ piccola Ã ̈ alloggiata entro lo spazio vuoto formato da quella piÃ¹ grande di dette molle. In alcune delle realizzazioni, entrambe le molle 214A e 214B sono lineari. In realizzazioni alternative, una o entrambe le molle 214A e 214B sono non lineari, per esempio molle progressive.

Mentre le realizzazioni illustrate dellâ€™oggetto qui descritto sono state mostrate nei dettagli e descritte in dettaglio e nei particolari in ciÃ² che precede, con riferimento a diverse forme di attuazione esemplificative, sarÃ chiaro agli esperti del ramo che molte modifiche, varianti e omissioni sono possibili senza allontanarsi materialmente dagli insegnamenti innovativi, dai principi e dai concetti qui illustrati e dai vantaggi dellâ€™oggetto definito nelle rivendicazioni accluse. Pertanto, il corretto ambito di protezione delle innovazioni descritte deve essere determinato sulla solo in base alla piÃ¹ ampia interpretazione delle rivendicazioni accluse cosÃ¬ da ricomprendere tutte queste modifiche, varianti ed omissioni. Inoltre, lâ€™ordine o la sequenza di qualunque fase di un metodo o procedimento puÃ² essere variato o ri-ordinato secondo forme di realizzazione alternative.

Claims

"VALVOLA A PRESSIONE DIFFERENZIALE CON MOLLE DI SOLLECITAZIONE IN PARALLELO E METODO PER RIDURRE LA RISONANZA DELLA MOLLA" Rivendicazioni 1. Una valvola a pressione differenziale comprendente: un corpo valvola (111; 203, 207), detto corpo valvola avendo almeno un ingresso di flusso (118; 209) e un'uscita di flusso (120; 205); almeno un otturatore (112; 212), detto otturatore essendo mobile tra una posizione aperta e una posizione chiusa per effetto di una pressione differenziale attraverso la valvola; almeno un passaggio di flusso (126) dall'ingresso di flusso (118) all'uscita di flusso (120); almeno un organo di sollecitazione (114; 214) , disposto in modo da sollecitare l'otturatore (112; 212) verso una posizione chiusa, per bloccare il passaggio del flusso attraverso l'ingresso di flusso; in cui l'organo di sollecitazione (114; 214) comprende almeno due molle (114A, 114B; 214A, 214B) disposte in parallelo, una di dette molle avendo almeno una frequenza di risonanza diversa da almeno una delle frequenza di risonanza dell'altra di dette due molle.
2. La valvola secondo la rivendicazione 1, in cui dette due molle sono molle elicoidali (114A, 114B).
3. La valvola secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui la prima frequenza di risonanza di una di dette molle Ã ̈ diversa dalla prima frequenza di risonanza dell'altra di dette due molle.
4. La valvola secondo le rivendicazioni 1, 2 o 3, in cui almeno le prime tre frequenze di risonanza sono diverse per le due molle.
5. La valvola secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno una di dette due molle Ã ̈ una molla non lineare.
6. La valvola secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, in cui entrambe dette due molle (114A, 114B) sono molle non lineari.
7. La valvola secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui ciascuna molla non lineare Ã ̈ una molla progressiva.
8. La valvola secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, in cui dette due molle sono disposte in modo coassiale.
9. La valvola secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, in cui: detto almeno un otturatore (112) Ã ̈ un otturatore a fungo; detta valvola comprende: almeno una guida (116) dell'otturatore disposta in modo fisso entro il corpo valvola (111), detto otturatore a fungo essendo guidato scorrevolmente da detta guida (116) dell'otturatore; almeno un passaggio di flusso (126) dall'ingresso di flusso (118) all'uscita di flusso (120), detto passaggio di flusso essendo formato tra una superficie interna del corpo valvola (111) e una superficie esterna di detta guida (116) dell'otturatore e dell'otturatore a fungo (112); l'organo di sollecitazione (114) Ã ̈ alloggiato almeno in parte in detta guida (116) dell'otturatore.
10. La valvola secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui il detto otturatore (212) comprende un anello di tenuta, e in cui detto anello di tenuta Ã ̈ sollecitato da una pluralitÃ di organi di sollecitazione (214), ciascun organo di sollecitazione comprendendo almeno due molle (214A, 214B) disposte in parallelo.
11. La valvola secondo la rivendicazione 10, in cui ciascun organo di sollecitazione comprende ameno due molle elicoidali coassiali (214A; 214B).
12. Una valvola a fungo comprendente: un corpo valvola (111), detto corpo valvola avendo almeno un ingresso di flusso (118) e un'uscita di flusso (120); almeno una guida (116) dell'otturatore disposto entro il corpo valvola (111); almeno un otturatore a fungo (111) guidato scorrevolmente dalla guida (116) dell'otturatore; almeno un passaggio di flusso (126) dall'ingresso di flusso (118) all'uscita di flusso (120), detto passaggio di flusso essendo formato tra una superficie interna del corpo valvola (111) e una superficie esterna di detta guida (116) dell'otturatore e dell'otturatore a fungo (112); almeno un organo di sollecitazione (114) dell'otturatore (112) configurato per sollecitare detto otturatore a fungo (112) verso una posizione chiusa in modo da bloccare il passaggio di flusso attraverso l'ingresso di (118); in cui l'organo di sollecitazione (114) comprende almeno due molle (114A, 114B) disposte in parallelo, una di dette molle avendo almeno una frequenza di risonanza diversa da almeno una delle frequenza di risonanza dell'altra di dette due molle.
13. Un compressore alternativo comprendente: un cilindro (104); un pistone (105) disposto scorrevole e mobile con moto alternativo entro detto cilindro (104); un condotto di aspirazione (106) e un condotto di scarico (107) in comunicazione di flusso con detto cilindro (104); almeno una valvola di aspirazione (110S) in detto condotto di aspirazione (106) e una valvola di scarico (110D) in detto condotto di scarico (107); l'apertura e la chiusura di detta valvola di aspirazione e di detta valvola di scarico essendo comandate automaticamente dalla della pressione differenziale attraverso detta valvola; e in cui detta valvola di aspirazione (110S) e detta valvola di scarico (110D) sono secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni da 1 a 11.
14. Il compressore secondo la rivendicazione 13, operante tra 150 e 300 giri al minuto.
15. Il compressore alla secondo la rivendicazione 13 o 14, operante ad una pressione di scarico tra 800 e 4000 bar, e preferibilmente tra 1500 e 3500 bar.
16. Un metodo per limitare o impedire la risonanza della molla in una valvola a pressione differenziale comprendente: un corpo valvola (111), detto corpo valvola avendo almeno un ingresso di flusso (118) e un'uscita di flusso (120); almeno un otturatore (112), detto otturatore essendo mobile tra una posizione aperta e una posizione chiusa per effetto di una pressione differenziale attraverso detta valvola; almeno un passaggio di flusso (126) dall'ingresso di flusso (118) all'uscita di flusso (120); almeno un organo di sollecitazione (114) configurato per sollecitare l'otturatore (112) verso una posizione chiusa, in modo da bloccare il passaggio di flusso attraverso l'ingresso di flusso (118); detto metodo comprendendo la soppressione della propagazione delle onde di compressione di risonanza entro detto organo di sollecitazione prevedendo in detto organo di sollecitazione almeno due molle (114A, 114B; 214A, 214B) in parallelo, una di dette molle avendo almeno una frequenza di risonanza diversa da almeno una delle frequenze di risonanza dell'altra di dette due molle.
17. Un metodo per il funzionamento di un compressore, detto compressore comprendendo: un cilindro (104); un pistone (105) scorrevole entro detto cilindro (104); un condotto di aspirazione (106) con una valvola di aspirazione (110S) e un condotto di scarico (107) con una valvola di scarico (110D), ciascuna valvola comprendendo almeno un otturatore (112; 214), almeno un organo di sollecitazione (114; 214) configurato per sollecitare lâ€™otturatore (112; 212) verso una posizione chiusa; detto metodo comprendendo le fasi di: prevedere per ciascun organo di sollecitazione almeno due molle (114A, 114B; 214A, 214B) disposte in parallelo, una di dette molle avendo almeno una frequenza di risonanza diversa da almeno una delle frequenze di risonanza dell'altra di dette due molle; muovere di moto alternativo detto pistone in detto cilindro per aspirare un gas in detto cilindro a una pressione di aspirazione e scaricare detto gas da detto cilindro a pressione di scarico; aprire e chiudere selettivamente detta valvola di aspirazione (110S) e detta valvola di scarico (110D) tramite la pressione differenziale attraverso dette valvole.
18. Metodo secondo la rivendicazione 17, in cui detto compressore opera tra 150 e 300 giri al minuto.
19. Metodo alla secondo la rivendicazione 17, in cui detta pressione di mandata Ã ̈ compresa tra 800 e 4000 bar, e preferibilmente tra 1500 e 3500 bar.