ITTV20110140A1 - VOLUMETRIC ROTARY MACHINE. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE DESCRIPTION OF INDUSTRIAL INVENTION

Avente per titolo: Macchina rotativa volumetrica Titled: Volumetric rotary machine

La presente invenzione riguarda macchine rotative volumetriche a palette assiali utilizzate come, ad esempio, pompe, compressori, motori a combustione interna, e simili. The present invention relates to volumetric rotary vane machines used as, for example, pumps, compressors, internal combustion engines, and the like.

Nel passato sono state suggerite numerose tipologie di dispositivi rotativi, coperti dai rispettivi brevetti. Nel campo dei motori rotativi, il più noto è il motore Wankel. In the past, numerous types of rotary devices have been suggested, covered by the respective patents. In the field of rotary engines, the best known is the Wankel engine.

Un diverso tipo di macchina rotativa è quella a "palette assiali". Questo tipo di macchina ha un rotore cilindrico alloggiato all'interno di una camera cilindrica in uno statore. Un numero di palette si estendono all'interno di guide nel rotore, parallele all'asse di rotazione. Vi sono superfici a camme sagomate e parallele su ciascun lato del rotore. Zone alte della superficie a camme su un iato sono allineate a zone basse della superficie a camme sull'altro lato. Vi sono luci di ingresso e uscita nello statore. A different type of rotary machine is the "axial vane" one. This type of machine has a cylindrical rotor housed inside a cylindrical chamber in a stator. A number of vanes extend within guides in the rotor, parallel to the axis of rotation. There are contoured, parallel cam surfaces on each side of the rotor. High areas of the cam surface on one side are aligned with low areas of the cam surface on the other side. There are inlet and outlet lights in the stator.

La presente invenzione, a differenza dei dispositivi sopra descritti, propone una macchina avente rotori (pistoni) a camme i quali pilotano una paletta alloggiata in uno statore. Lo statore è provvisto di luci di ingresso ed uscita. The present invention, unlike the devices described above, proposes a machine having rotors (pistons) with cams which drive a blade housed in a stator. The stator is equipped with inlet and outlet lights.

Obiettivo dell'invenzione è fornire una macchina rotativa volumetrica, caratterizzata da: - compattezza e poche parti da costruire; The object of the invention is to provide a volumetric rotary machine, characterized by: - compactness and few parts to be built;

flusso uniforme del fluido; uniform flow of fluid;

efficienza, dato l'elevato valore del rapporto "volume delle camere/volume d'ingombro della macchina"; efficiency, given the high value of the "chamber volume / overall volume of the machine" ratio;

- semplicità e stabilità, dato che il numero limitato di parti oscillanti conferisce all'insieme forze inerziali indesiderate e vibrazioni estremamente ridotte; - simplicity and stability, given that the limited number of oscillating parts gives the whole undesired inertial forces and extremely low vibrations;

- flessibilità nel fattore forma, dato che il rapporto "diametro cilindro/lunghezza cilindro" può essere definito in funzione delle esigenze applicative; - flexibility in the form factor, given that the "cylinder diameter / cylinder length" ratio can be defined according to the application requirements;

- bi direzionalità, dato che la direzione del flusso del fluido viene determinata solamente dal senso di rotazione dell'asse; - bi-directionality, since the direction of the fluid flow is determined only by the direction of rotation of the axis;

- facile ed economica manutenzione tramite sostituzione semplice e veloce della paletta; - easy and economical maintenance through quick and easy replacement of the pallet;

- adattabilità, dato che la macchina può essere impiegata con fluidi aventi una grande variabilità di densità e pressioni. - adaptability, since the machine can be used with fluids having a great variability of density and pressures.

L'invenzione consiste in una macchina volumetrica comprendente due pistoni distanziati assialmente, adattati per ruotare coassialmente all'Interno di un cilindro cavo. I pistoni sono separati da una partizione e sagomati per formare due camere separate con la partizione. Ciascun pistone è sagomato come una camma ed è ruotato di 180 gradi rispetto all'altro, in modo tale che la distanza longitudinale tra le superfici a camme dei due pistoni sia sempre costante e che una paletta sia costretta ad oscillare longitudinalmente attraverso la partizione quando i pistoni ruotano. Si vengono quindi a formare quattro camere variabili, due su ciascun lato della partizione, tra paletta, pistoni e partizione, di cui due complementari di compressione e due complementari di aspirazione. The invention consists of a volumetric machine comprising two axially spaced pistons adapted to rotate coaxially within a hollow cylinder. The pistons are separated by a partition and shaped to form two separate chambers with the partition. Each piston is shaped like a cam and is rotated 180 degrees relative to the other, so that the longitudinal distance between the cam surfaces of the two pistons is always constant and that a vane is forced to swing longitudinally through the partition when the pistons rotate. Four variable chambers are then formed, two on each side of the partition, between the vane, pistons and partition, of which two complementary for compression and two complementary for suction.

Ulteriori funzionalità dell'invenzione prevedono che le superfici a camme siano progettate per esercitare il minimo sforzo possibile sulla paletta oscillante, che la paletta sia costituita da un materiale diverso rispetto ai pistoni, onde garantire minori fenomeni di usura dei pistoni, e che una fessura longitudinale nel cilindro consenta di sostituire facilmente la paletta usurata. Further functionalities of the invention provide that the cam surfaces are designed to exert the minimum possible effort on the oscillating vane, that the vane is made of a different material compared to the pistons, in order to guarantee less wear phenomena of the pistons, and that a longitudinal slot in the cylinder allows you to easily replace the worn blade.

Viene descritta un'implementazione dell'invenzione con riferimento alle seguenti figure, nelle quali: An implementation of the invention is described with reference to the following figures, in which:

Fig. 1 è una vista in sezione laterale del cilindro di un'implementazione dell'invenzione; Fig. 1 is a side sectional view of the cylinder of an implementation of the invention;

Fig. 2 è una vista terminale di Fig. 1; Fig. 2 is an end view of Fig. 1;

Fig. 3 è una vista isometrica di uno dei pistoni; Fig. 3 is an isometric view of one of the pistons;

Fig. 4 è una vista isometrica con ìl cilindro tratteggiato per illustrare più chiaramente il principio di operazione. Fig. 4 is an isometric view with the cylinder dashed to illustrate the principle of operation more clearly.

In una realizzazione dell'invenzione, una pompa è formata da un cilindro (1), due pistoni distanziati (2), montati su un asse (3), e una paletta radiale (4) che separa I pistoni (2). In one embodiment of the invention, a pump is formed by a cylinder (1), two spaced apart pistons (2), mounted on an axis (3), and a radial vane (4) which separates the pistons (2).

Il cilindro (1) è cavo e dì sezione circolare e ha una partizione trasversale {5} al centro che lo divide in due metà. Ciascuna metà del cilindro (1) alloggia un pistone (2) montato su un asse (3), il quale si estende su tutta la lunghezza del cilindro (1). La partizione è forata per consentire il passaggio dell'asse. Flange terminali (6) al cilindro consentono all'asse di essere allineato longitudinalmente e racchiudono le parti all'interno del cilindro. Le flange (6) sono preferibilmente dotate di cuscinetti assiali. The cylinder (1) is hollow and of circular section and has a transverse partition {5} in the center which divides it into two halves. Each half of the cylinder (1) houses a piston (2) mounted on an axis (3), which extends over the entire length of the cylinder (1). The partition is perforated to allow the passage of the axis. End flanges (6) to the cylinder allow the shaft to be longitudinally aligned and enclose the parts within the cylinder. The flanges (6) are preferably equipped with axial bearings.

Una fessura longitudinale centrale (7) nella parete del cilindro (1) e nella partizione (5) alloggia una paletta radiale (4) la quale esegue un movimento longitudinale alternato durante il funzionamento. A central longitudinal slot (7) in the cylinder wall (1) and in the partition (5) houses a radial blade (4) which performs an alternating longitudinal movement during operation.

I pistoni (2) hanno forma cilindrica per poter ruotare liberamente all'interno del cilindro (1). Entrambi sono montati su un asse (3) e distanziati in modo tale che, durante il funzionamento, ciascun pistone si trovi su uno dei lati della partizione (5). La faccia interna di ciascun pistone è uguale a quella dell'altro ed è costituita da una superficie a camme, la quale, fungendo da guida, impone il movimento alla paletta (4). La superficie a camme è progettata per spostare la paletta (4) longitudinalmente dalla posizione minima alla massima con il minor sforzo possibile. Ciascun pistone è fissato all'asse con la propria superficie ruotata di 180 gradi rispetto all'altro, cosicché, durante il funzionamento, i due pistoni si complementano neH'imprìmere un movimento longitudinale alternato alla paletta (4). The pistons (2) have a cylindrical shape in order to rotate freely inside the cylinder (1). Both are mounted on an axis (3) and spaced so that, during operation, each piston is on one side of the partition (5). The internal face of each piston is the same as that of the other and consists of a cam surface which, acting as a guide, imposes movement on the vane (4). The cam surface is designed to move the vane (4) longitudinally from minimum to maximum position with as little effort as possible. Each piston is fixed to the axis with its surface rotated by 180 degrees with respect to the other, so that, during operation, the two pistons complement each other by making an alternating longitudinal movement to the blade (4).

E' evidente che, quando le parti vengono assemblate e l'asse (3) ed i pistoni (2) ruotano relativamente al cilindro (1), si formano quattro camere variabili, due su ciascun lato della partizione (5), tra paletta (4), pistoni (2) e partizione (5). Delle quattro camere, vi saranno due camere complementari di compressione (una per pistone) e due camere complementari di aspirazione (una per pistone). In funzione dell'applicazione, si possono prevedere opportune guarnizioni tra le parti in movimento. It is evident that when the parts are assembled and the axis (3) and the pistons (2) rotate relative to the cylinder (1), four variable chambers are formed, two on each side of the partition (5), between the vane ( 4), pistons (2) and partition (5). Of the four chambers, there will be two complementary compression chambers (one per piston) and two complementary intake chambers (one per piston). Depending on the application, suitable seals can be provided between the moving parts.

Sono previste luci (8) di ingresso ed uscita attraverso la parete del cilindro e la partizione (5). Ciascuna luce conduce ad entrambe le camere attraverso un'apertura (9) adiacente la paletta. Ciascuna luce può funzionare come ingresso o uscita in funzione del senso di rotazione. Inlet and outlet ports (8) are provided through the cylinder wall and partition (5). Each light leads to both chambers through an opening (9) adjacent the vane. Each light can function as an input or output depending on the direction of rotation.

Durante 11 funzionamento, l'asse (3) e di conseguenza i pistoni (2) sono ruotati in modo tale che la superfìcie a camme di ciascun pistone (2) sposti la paletta (4) verso l'altra superfìcie a camme risultando in un moto longitudinale alternato della paletta (4). Per semplicità, considerando solamente una delle camere di sinistra nelle figure, sarà evidente che al ruotare del pistone (2), la camera passerà da un volume massimo ad uno minimo in una rivoluzione completa. Ciò vale anche per la camera a destra. Tuttavia, essendo le camere sfasate di 180 gradi, esse si alterneranno durante il funzionamento. Come conseguenza di tale funzionamento alternato, il flusso risultante sarà uniforme. During operation, the shaft (3) and consequently the pistons (2) are rotated in such a way that the cam surface of each piston (2) moves the vane (4) towards the other cam surface resulting in a reciprocating longitudinal motion of the blade (4). For simplicity, considering only one of the left-hand chambers in the figures, it will be evident that as the piston (2) rotates, the chamber will pass from a maximum to a minimum volume in one complete revolution. This also applies to the room on the right. However, as the chambers are 180 degrees out of phase, they will alternate during operation. As a result of this alternating operation, the resulting flow will be uniform.

E' evidente che la macchina descritta risulta compatta con poche parti da costruire, particolarmente per il fatto di non avere valvole ma soltanto luci. It is evident that the machine described is compact with few parts to be built, particularly due to the fact that it does not have valves but only lights.

Inoltre, soltanto la paletta effettua un movimento alternato, e, dato che si tratta dì componente molto piccolo e leggero rispetto alle altre parti, le vibrazioni sono ridotte al minimo. E' preferibile che la paletta abbia uno spessore definito dalle esigenze applicative e che sia costruita con un materiale diverso da quello dei pistoni in modo tale che soltanto la paletta si usuri. Ne consegue che la paletta sarà l'unica parte da sostituire dopo un uso prolungato della pompa. La semplice rimozione del coperchio (IO) della fessura (7) rende la sostituzione della paletta usurata (4) facile e veloce. Furthermore, only the blade makes an alternating movement, and since it is a very small and light component compared to the other parts, the vibrations are reduced to a minimum. It is preferable that the blade has a thickness defined by the application requirements and that it is constructed with a material other than that of the pistons so that only the blade wears. As a result, the vane will be the only part to be replaced after prolonged use of the pump. The simple removal of the cover (10) of the slot (7) makes the replacement of the worn vane (4) quick and easy.

I pistoni sono progettati in modo tale che abbiano una superficie "bassa", una superficie "alta", e due superfìci di "raccordo", ossia, dalla superficie bassa a quella alta, e dalla superficie alta a quella bassa. A velocità di rotazione costanti, ciascuna di queste superfìci ingaggia la paletta per un tempo fisso, funzione delle caratteristiche della superficie stessa. Se indichiamo con tr la somma dei tempi di ingaggio delle due superfìci di "raccordo", e con tp la somma dei tempi di ingaggio delle superfìci bassa ed alta, abbiamo che il rapporto tr/tp assumerà un valore all'interno di tre intervalli: <1, =1, oppure >1, in funzione della forma specifica del pistone imposta dall'applicazione stessa. Ad esempio, il funzionamento con fluidi ad alta pressione/densità, imporrà di sagomare i pistoni con un rapporto tr/tp > 1. The pistons are designed in such a way that they have a "low" surface, a "high" surface, and two "fillet" surfaces, that is, from low to high surface, and from high to low surface. At constant rotation speeds, each of these surfaces engages the blade for a fixed time, a function of the characteristics of the surface itself. If we indicate with tr the sum of the engagement times of the two "connection" surfaces, and with tp the sum of the engagement times of the low and high surfaces, we have that the ratio tr / tp will assume a value within three intervals: <1, = 1, or> 1, depending on the specific shape of the piston imposed by the application itself. For example, operation with high pressure / density fluids will require the pistons to be shaped with a tr / tp ratio> 1.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI 1) L'invenzione consiste in una macchina rotativa volumetrica comprendei a) un cilindro cavo comprendente luci di ingresso e d'uscita; b) due pistoni cilindrici rotanti alloggiati su un asse, distanziati e ruotati di 180 gradi tra di loro, ciascuno avente una faccia a camme rivolta verso la partizione (vedere il punto "c" di seguito) e sagomata con una superficie "bassa", una superficie "aita" e due superfici di "raccordo" (da superfìcie "bassa" ad "alta" e da “atta" a "bassa"); c) una partizione che divide i pistoni e che collega le luci di ingresso e d'uscita alte camere; d) una paletta, alloggiata in una fessura nella partizione e nel cilindro, alla quale i pistoni impongono un movimento longitudinale oscillatorio durante il funzionamento; e) un coperchio di paletta, la cui rimozione consente la sostituzione della paletta; e f) flange terminali al cilindro che racchiudono le parti all'Interno del cilindro. Durante il funzionamento, la macchina aspira fluido, proveniente dalla luce di ingresso, lo convoglia attraverso le camere a volume variabile sviluppate tra cilindro, pistoni, partizione e paletta e lo espelle attraverso la luce di uscita. CLAIMS 1) The invention consists of a volumetric rotary machine comprising a) a hollow cylinder comprising inlet and outlet ports; b) two rotating cylindrical pistons housed on an axis, spaced and rotated 180 degrees from each other, each having a cam face facing the partition (see point "c" below) and shaped with a "low" surface, one "high" surface and two "connecting" surfaces (from "low" to "high" and from "atta" to "low" surfaces); c) a partition dividing the pistons and connecting the upper chamber entrance and exit ports; d) a vane, housed in a slot in the partition and in the cylinder, to which the pistons impose an oscillating longitudinal movement during operation; e) a paddle cover, the removal of which allows the paddle to be replaced; And f) end flanges to the cylinder which enclose the parts inside the cylinder. During operation, the machine sucks in fluid, coming from the inlet port, conveys it through the variable volume chambers developed between the cylinder, pistons, partition and vane and expels it through the outlet port. 2) Una macchina come in rivendicazione 1), comprendente cilindro e due pistoni (pistoni terminali) maggiormente distanziati longitudinalmente per consentire di alloggiare, al posto della singola partizione e paletta: a) due partizioni distanziate tra di loro e posizionate ciascuna in corrispondenza di luci di ingresso/uscita; b) un pistone bifacciale cilindrico rotante (o pistone intermedio), alloggiato sull'asse tra le due partizioni, detto pistone avente due facce a camme ruotate tra di loro di 180 gradi e ciascuna di esse rivolta verso la partizione più prossima; e c) due palette, ciascuna provvista di coperchio sul cilindro, alloggiata in una fessura in una delle partizioni e cilindro ed ingaggiata da due pistoni, uno per lato della partizione, i quali pistoni impongono alla paletta un movimento longitudinale oscillatorio. Durante il funzionamento, la macchina aspira fluido, proveniente dalle luci di ingresso, lo convoglia attraverso le camere a volume variabile sviluppate tra cilindro, pistoni, partizioni e palette e lo espelle attraverso le luci di uscita. 2) A machine as in claim 1), comprising cylinder and two pistons (terminal pistons) further apart longitudinally to allow housing, in place of the single partition and blade: a) two partitions spaced apart and each positioned at the entrance / exit ports; b) a double-sided cylindrical rotating piston (or intermediate piston), housed on the axis between the two partitions, said piston having two cam faces rotated 180 degrees between them and each of them facing the nearest partition; And c) two vanes, each provided with a cover on the cylinder, housed in a slot in one of the partitions and cylinder and engaged by two pistons, one on each side of the partition, which pistons impose an oscillating longitudinal movement on the vane. During operation, the machine sucks in fluid coming from the inlet ports, conveys it through the variable volume chambers developed between the cylinder, pistons, partitions and vanes and expels it through the outlet ports. 3) Una macchina come in rivendicazione 2), avente due pistoni terminali ed una pluralità di: partizioni, pistoni intermedi, palette e luci di ingresso/uscita. 3) A machine as in claim 2), having two terminal pistons and a plurality of: partitions, intermediate pistons, vanes and inlet / outlet ports. 4) Una macchina come in rivendicazione 2), priva dei pistoni terminali, comprendente due partizioni/flange le quali alloggiano una sola paletta ad "U-invertita" o a “C" ingaggiata dal pistone intermedio. 4) A machine as in claim 2), without end pistons, comprising two partitions / flanges which house a single "U-inverted" or "C" vane engaged by the intermediate piston. 5) Una macchina come in rivendicazione 4), avente una pluralità di: partizioni, pistoni intermedi, palette e luci di ingresso/uscita. 5) A machine as in claim 4), having a plurality of: partitions, intermediate pistons, vanes and inlet / outlet ports. 6) Una macchina come in una delle rivendicazioni 1), 2), 3), 4), o 5), comprendente, per ciascuna partizione, una pluralità di: palette, fessure, coperchi e luci, i cui pistoni abbiano facce a camme sagomate con una pluralità di superfici "basse", "alte" e di "raccordo", che le superfici siano ruotate tra dì loro in modo tale che la distanza longitudinale tra due superfici che ingaggiano palette condivise consenta alle palette di compiere un movimento oscillatorio longitudinale, e in modo che vengano a crearsi una pluralità di camere variabili di aspirazione e di compressione del fluido. 6) A machine as in one of claims 1), 2), 3), 4), or 5), comprising, for each partition, a plurality of: vanes, slots, covers and ports, the pistons of which have cam faces shaped with a plurality of "low", "high" and "connecting" surfaces, that the surfaces are rotated between them in such a way that the longitudinal distance between two surfaces that engage shared blades allows the blades to perform a longitudinal oscillatory movement , and so that a plurality of variable fluid suction and compression chambers are created. 7) Una macchina come in una delle rivendicazioni 1), 2), 3), 4), 5), o 6), bidirezionale, e quindi capace di operare in ambedue le direzioni, in funzione del senso di rotazione dell'asse, come richiesto dall'applicazione. 7) A machine as in one of claims 1), 2), 3), 4), 5), or 6), bidirectional, and therefore capable of operating in both directions, depending on the direction of rotation of the axis, as required by the application. 8) Una macchina come in una delle rivendicazioni 1), 2), 3), 4), 5), 6), o 7), i cui pistoni abbiano un rapporto tr/tp > 1 (tr è la somma dei tempi di ingaggio della/e paletta/e da parte delle superfici di "raccordo", e tp è la somma dei tempi di ingaggio della/e paletta/e da parte delle superfici "basse" ed "alte"). 8) A machine as in one of claims 1), 2), 3), 4), 5), 6), or 7), whose pistons have a ratio tr / tp> 1 (tr is the sum of the engagement of the paddle (s) by the "connecting" surfaces, and tp is the sum of the engagement times of the paddle (s) by the "low" and "high" surfaces). 9) Una macchina come in una delle rivendicazioni 1), 2), 3), 4), 5), 6) o 7), i cui pistoni abbiano un rapporto tr/tp = 1 (tr è la somma dei tempi di ingaggio della/e paletta/e da parte delle superfici di "raccordo", e tp è la somma dei tempi dì ingaggio della/e paletta/e da parte delle superfici "basse" ed "alte"). 9) A machine as in one of claims 1), 2), 3), 4), 5), 6) or 7), whose pistons have a ratio tr / tp = 1 (tr is the sum of the engagement times of the blade (s) by the "connecting" surfaces, and tp is the sum of the engagement times of the blade (s) by the "low" and "high" surfaces). 10) Una macchina come in una delle rivendicazioni 1), 2), 3), 4), 5), 6), o 7), ì cui pistoni abbiano un rapporto tr/tp < 1 (tr è la somma dei tempi di ingaggio della/e paletta/e da parte delle superfici di "raccordo", e tp è la somma dei tempi di ingaggio della/e paletta/e da parte delle superfici "basse" ed "alte").10) A machine as in one of claims 1), 2), 3), 4), 5), 6), or 7), whose pistons have a ratio tr / tp <1 (tr is the sum of the engagement of the paddle (s) by the "connecting" surfaces, and tp is the sum of the engagement times of the paddle (s) by the "low" and "high" surfaces).