ITVR950037A1 - Pompa sovralimentata a piu' stadi - Google Patents

Abstract

Pompa sovralimentata a più stadi comprendente un corpo a pompa (2) presentante una sequenza di cavità cilindriche (3, 4 e 5) ad alesaggio decrescente ed aventi ognuna un'estremità di aspirazione di un fluido ed un'estremità di mandata, un condotto di alimentazione di fluido (9) intercettabile da una valvola di ritegno (10), il quale mette in comunicazione l'estremità di aspirazione della prima cavità cilindrica (3) con un serbatoio (9b), un condotto di mandata di fluido in pressione (12) in comunicazione con l'estremità di mandata dell'altra o dell'ultima cavità cilindrica (4, 5), intercettabile da una valvola di ritegno (11, 13), uno stelo (72) per ciascuna cavità cilindrica, il quale, ad una sua estremità, penetra a tenuta dalla parte dell'estremità di aspirazione nella rispettiva cavità per fungere da pistone, ed un motore alternativo per ciascuno stelo formato da un gruppo a cilindrico e pistone (30, 40, 50), il cui pistone (62) è fissato all'altra estremità dello stelo (72) e, da una parte, è esposto all'azione di aria in pressione scaricabile attraverso di esso tramite mezzi valvolari e, dall'altra, è caricato da una molla (76), cosicché il fluido aspirato sequenzialmente in ognuna delle cavità cilindriche ad una data portata e pressione di ingresso viene scaricato dalla stessa ad una pressione più alta.

Description

"POMPA SOVRALIMENTATA A PIU' STADI"

D E S C R I Z I O N E

La presente invenzione riguarda una pompa sovralimentata a più stadi per l'erogazione di un fluido ad alta pressione.

Come è risaputo, esistono vari sistemi per portare un fluido ad alta pressione, tra cui quello che prevede l'impiego di moltiplicatori alternativi alimentati ad aria compressa. In tale sistema, il funzionamento alternativo del motore (gruppo a cilindro e pistone di comando) è controllato da un cassetto di distribuzione. Il motore è preposto a trascinare un organo pompante o pompa (pistone comandato) di diametro più piccolo dì quello del motore. Il fluido viene aspirato nella camera di alloggiamento dell'organo pompante tramite una valvola di aspirazione e, nella fase successiva, viene espulso da essa tramite una valvola di mandata. La pressione nel fluido di mandata è direttamente proporzionale al rapporto tra le superiici motore/pompa.

Un sistema di questo tipo presenta numerosi inconvenienti, ed in particolare una bassa velocità di aspirazione, che limita la velocità di funzionamento della pompa, che, a sua volta, si traduce in basse portate. Il fluido in aspirazione è sovente soggetto a cavitazione con rumorosità elevata e pressione pulsante, fenomeni che rendono tale sistema poco adatto ad un utilizzo razionale con rendimento costante .

Scopo principale della presente invenzione è quello di mettere a disposizione una pompa sovralimentata a più stadi, la quale, pur conservando la semplicità strutturale tipica dei moltiplicatori alternativi, consenta di eliminare o drasticamente ridurre gli inconvenienti sopra riportati.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire una pompa a più stadi collegati in serie a portata decrescente e pressione crescente in grado di assicurare una mandata a pressione molto elevata.

Questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito vengono raggiunti da una pompa sovralimentata a più stadi, la quale comprende

- un corpo pompa presentante una sequenza di almeno due cavità cilindriche ad alesaggio decrescente ed aventi ognuna un'estremità di aspirazione di un fluido ed un'estremità di mandata, l'estremità di mandata di una cavità essendo in comunicazione con l'estremità di aspirazione dell'altra o della successiva cavità cilindrica con interposizione di una rispettiva valvola di ritegno,

- un condotto di alimentazione di fluido intercettabile da una valvola di ritegno, il quale inette In comunicazione l'estremità di aspirazione della prima cavità cilindrica con un serbatoio per il fluido,

- un condotto di mandata di fluido in pressione in comunicazione con l'estremità di mandata dell'altra o dell'ultima cavità cilindrica, intercettabile da una valvola di ritegno, - uno stelo per ciascuna cavità cilindrica, il quale, ad una sua estremità, penetra a tenuta dalla parte dell'estremità di aspirazione nella rispettiva cavità per fungere da pistone e presenta diametro corrispondentemente decrescente in conformità con l'alesaggio della rispettiva cavità, ed

- un motore alternativo per ciascuno stelo formato da un gruppo a cilindro e pistone, il cui pistone è fissato all'altra estremità di detto stelo e, da una parte, è esposto all'azione di un fluido in pressione scaricabile attraverso di esso tramite mezzi valvolari e, dall'altra, è elasticamente caricato,

cosicché il fluido aspirato sequenzialmente in ognuna di dette cavità cilindrica ad una data portata e pressione di ingresso viene scaricato dalla stessa ad una pressione più alta

Vantaggiosamente, detto condotto di alimentazione di fluido all'estremità di mandata della prima cavità cilindrica è collegato in parallelo con il condotto di mandata dell'altra o dell'ultima cavità cilindrica con interposizione di un attuatore di controllo per consentire il ritorno controllato del fluido in pressione nel serbatoio.

Ulteriori aspetti e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente dalla seguente descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione pratica, dato a titolo puramente illustrativo e non limitativo, con riferimento agli unti disegni, nei quali:

la Figura 1 mostra una vista in sezione di una valvola a tre stadi secondo l'invenzione;

le Figure 2A e 2B illustrano ognuna una vista in sezione longitudinale assiale di un motore pneumatico con il proprio pistone di comando, rispettivamente, in corrispondenza del punto morto superiore e di quello inferiore; e

la Figura 3 illustra uno schema pneumatico-idraulico del funzionamento della pompa di Fig. 1.

Negli uniti disegni parti o componenti uguali o simili sono stati contraddistinti con gli stressi numeri di riferimento nelle varie Figure.

Con riferimento alle Figure sopra elencate si noterà come una pompa sovralimentata a più stadi, genericamente indicata con 1, sia costituita da un corpo pompa 2, nel quale è ricavata, per esempio mediante lavorazione da blocco tramite macchina utensile, una sequenza di tre cavità o fori cilindrici 3, 4 e 5 ad alesaggio decrescente, per esempio con diminuzione costante di un terzo della sezione

sale, e tutte sboccanti in corrispondenza di una stessa faccia 7 del corpo pompa 1.

Il foro 3 comunica, in corrispondenza di un suo tratto intermedio, con un condotto 8, che, a sua volta, è in comunicazione con un bocchettone filettato 9, al quale fa capo un tubo 9a (Fig. 3) di ingresso od alimentazione di un fluido (olio) a partire da un serbatoio di contenimento 9b. Il condotto 8 è intercettabile da una adatta valvola di ritenuta o di non ritorno 10. L'estremità interna del foro 3 è, invece, in comunicazione con interposizione di una valvola di ritenuta 11 con un condotto 12, il quale sbocca in un tratto intermedio del foro 4.

L'estremità interna del foro 4 comunica attraverso una valvola di ritenuta 13 con un'estremità di un condotto 14, la cui altra estremità sbocca in un tratto intermedio della cavità foro 5, mentre l'estremità interna del foro 5 attraverso una valvola di ritenuta 15 è in comunicazione con un condotto 16, a sua volta comunicante con un bocchettone filettato di uscita o mandata 17 di olio in pressione, a cui si può collegare un tubo di mandata - non mostrato - di olio in pressione ad un utilizzo.

L'uscita 17, e quindi anche il condotto 16, è collegabile, tramite un condotto 18 controllato da una valvola di scarico 19, con il bocchettone di ingresso 9 per il ritorno, su comando, dell'olio in pressione al serbatoio 9b.

La valvola di scarico 19 può essere di un tipo adatto qualsiasi, per esempio un'elettrovalvola oppure, come si è mostrato nel disegno, una valvola pneumatica formata da una valvola di ritegno 20 e da un attuatore pneumatico di apertura della valvola di ritegno 20, il quale è costituito da un gruppo a cilindro 21 e pistone 22 montato scorrevole a tenuta entro il cilindro e, da una parte, può essere esposto, su comando, attraverso l'apertura 23 all'azione di un fluido (aria) in pressione (Fig.3) e, dall'altra, è caricato da una molla di richiamo 24. Il pistone 22 supporta uno stelo 25 scorrevole a tenuta attraverso una guarnizione a labbro 26 e destinato ad aprire la valvola di ritegno 20, quando il pistone 22 venga spinto da aria compressa a sufficiente pressione.

In corrispondenza della faccia 7 del corpo pompa 2 ciascun foro 3, 4 e 5 è interessato da un rispettivo gruppo pompante o motore alternativo 30, 40 e 50, uguali tra loro sia dal punto di vista strutturale che dimensionale, per cui qui di seguito se ne descriverà solo uno (il gruppo 50) in dettaglio.

Il gruppo pompante 50 (si vedano anche le Figg. 2A e 2B) è formato da un cilindro 51 applicato di testa in corrispondenza della faccia 7 del blocco pompa 2, dove presenta un fondello di chiusura 52 dotato di risalto centrale interno 53 con foro assiale 54. In corrispondenza dell'estremità opposta il cilindro 51 è chiuso da un fondello 55 pure dotato di risalto centrale 56, ma sporgente all'esterno, nel quale è ricavato un foro di alimentazione di aria compressa 57, che dalla parte interna del cilindro comunica, di preferenza, con una pluralità di canali distributori 58 inclinati rispetto all'asse del cilindro 51.

In un tratto intermedio la parete interna del cilindro 51 presenta una corta cava longitudinale o travaso 59, mentre in prossimità del fondello 52 si prevede un'apertura di scarico laterale 60, preferibilmente dotata di silenziatore 61.

Entro il cilindro 51 è montato scorrevole un pistone 62, il quale suddivide lo spazio interno al cilindro 51 in due camere 5la e 51B e presenta due guarnizioni anulari distanziate di tenuta e scorrimento 63 e 64 ed un foro assiale a più diametri 65. Il foro assiale 65 costituisce la sede per un elemento valvolare 66, il quale presenta una testa terminale 67 sporgente dal pistone nella camera 51A e dotata di guarnizione di tenuta 67A ed una testa interna a stantuffo 69 spostabile in un allargamento interno 68 del foro assiale 65 e dotata di guarnizione di tenuta 70. Lo stantuffo 69 divide l'allargamento 68 in due camere 68A e 68B.

L'allargamento 68 di fronte allo stantuffo 69 è chiuso a tenuta da un tappo 71, a sua volta, solidale o fissato ad un'estremità di uno stelo assiale 72 che attraversa la camera 51B e si estende fuori dal cilindro 51 attraverso il foro 54 del fondello 52 per penetrare a tenute, grazie ad una guarnizione anulare a labbro 73 (Fig. 1) nel foro o cavità 5.

L'allargamento 68, in corrispondenza della propria camera 68B, presenta un condotto radiale 74 destinato a mettere l'allargamento 68 in comunicazione diretta con la camera 51A del cilindro 51 in corrispondenza di un tratto predeterminato della corsa del pistone 62 tramite la cava o scarico 59, come sarà spiegato anche in seguito.

Nel pistone 62 è pure previsto un condotto 75, il quale in parte si estende parallelamente ed in parte obliquamente rispetto al foro assiale 65 ed è destinato a mettere in comunicazione diretta la camera 68A nel foro assiale 65 con la camera 51B del cilindro 51 contenente lo stelo 72.

Attorno allo stelo assiale 72 è avvolta una molla di richiamo a spirale elicoidale 76, la quale da una parte prende appoggio contro il fondello 52 attorno il risalto 53 e, dall'altra, reagisce contro il tappo 71 fissato al pistone 62 e che costituisce la testa di attacco dello stelo 72.

La Figura 3 mostra anche l'impianto di alimentazione di aria compressa, la quale a partire da una sorgente di aria in pressione (serbatoio in pressione o pompa) 77 attraverso un'elettrovalvola 78 viene alimentata ad un condotto 79, il quale alimenta il foro di ingresso 57 di ciascun gruppo pompante 30, 40 e 50. Inoltre, tra i gruppi pompanti 30-40 e 40-50 si prevede un accumulatore idraulico 80, che consente di ottenere un miglior rendimento energetico ed un appiattimento più spinto delle pulsazioni in uscita.

Il funzionamento della pompa a più stadi sopra descritta è il seguente.

In corrispondenza dei fori di ingresso 57 di ciascuno stadio viene alimentata aria compressa, per esempio ad una pressione di 10 bar, per far compiere al pistone 62 una corsa attiva C (Fig. 2B). Una volta che il pistone 62 sia giunto in corrispondenza del punto morto inferiore, dove la guarnizione anulare 64 del pistone 62 ha oltrepassato la luce di travaso 59, si stabilisce, tramite la cava longitudinale 59 ed il condotto 74, la comunicazione tra la camera 51A e la camera 68B, per cui l'aria compressa agisce repentinamente sullo stantuffo 69 costringendolo a spostarsi in modo da stabilire la comunicazione diretta tra la camera 51A ed il condotto 71.

L'aria può allora defluire nella camera 51B per dirigersi verso l'uscita silenziata 61, e la molla 76 può così far compiere al pistone 62 la corsa di ritorno. Nell'ultimo tratto della corsa di ritorno, immediatamente prima del punto morto superiore l'elemento valvolare 66 con la propria testa 67 riscontra contro il fondello 55 del cilindro 51 e richiude il foro assiale 65 e quindi la comunicazione con il condotto 71, dando così inìzio ad un nuovo ciclo.

La pompa a più stadi sopra descritta può effettuare oltre 3000 cicli/min.

Come si può constatare la pompa sopra descritta costituisce un sistema a tre stadi (il numero di stadi, tuttavia, sarà determinato in funzione delle esigenze dell ·utilizzo cui la pompa è destinata), nel quale il primo stadio opera ad alta portata e bassa pressione ed alimenta lo stadio successivo con portata più bassa e a pressione di uscita più alta, correlativamente al diminuire della sezione delle cavità 3, 4 e 5.

I vantaggi che si possono conseguire con un sistema pompante a più stadi secondo la presente invenzione sono molteplici. A parte la semplicità strutturale e quindi costruttiva, si assicura il comando preciso della valvola senza aperture o chiusure intermedie, si ha la certezza assoluta che il pistone 62 compie tutta la corsa prima che sì apra la valvola di scarico (elemento valvolare 66) e l'impossibilità che lo stesso si possa fermare in posizione instabile, come succede con le distribuzioni a cassetto.

Un ulteriore vantaggio sta che la messa in comunicazione repentina della cava 59 con la camera 51A provoca un vero e proprio scoppio di scarico che aiuta sia lo stantuffo 66 che il pistone 62 ad iniziare la corsa di ritorno, il che rende più veloce l'intero sistema. Tale scoppio avviene nella camera 68B, ossia immediatamente sotto lo stantuffo 69, la quale aumenta dì volume in seguito allo scoppio, il che ha come conseguenza un efficace effetto insonorizzante.

L'invenzione sopra descritta è suscettibile di numerose modifiche e varianti entro l'ambito protettivo definito dal tenore delle rivendicazioni.

I materiali nonché le dimensioni potranno essere vari a seconda delle esigenze.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa sovralimentata a più stadi, la quale comprende - un corpo pompa presentante una sequenza di almeno due cavità cilindriche ad alesaggio decrescente ed aventi ognuna un'estremità di aspirazione di un fluido ed un'estremità di mandata, l'estremità di mandata di una cavità essendo in comunicazione con l'estremità di aspirazione dell'altra o della successiva cavità cilindrica con interposizione di una rispettiva valvola di ritegno, - un condotto di alimentazione di fluido intercettatile da una valvola di ritegno, il quale mette in comunicazione l'estremità di aspirazione della prima cavità cilindrica con un serbatoio per il fluido, - un condotto di mandata di fluido in pressione in comunicazione con l'estremità di mandata dell'altra o dell'ultima cavità cilindrica, intercettabile da una valvola di ritegno, - uno stelo per ciascuna cavità cilindrica, il quale, ad una sua estremità, penetra a tenuta dalla parte dell'estremità di aspirazione nella rispettiva cavità per fungere da pistone e presenta diametro corrispondentemente decrescente in conformità con l'alesaggio della rispettiva cavità, ed - un motore alternativo per ciascuno stelo formato da un gruppo a cilindro e pistone, il cui pistone è fissato all'altra estremità di detto stelo e, da una parte, è esposto all'azione di un fluido in pressione scaricabile attraverso di esso tramite mezzi valvolari e, dall'altra, è elasticamente caricato, cosicché il fluido aspirato sequenzialmente in ognuna di dette cavità cilindrica ad una data portata e pressione di ingresso viene scaricato dalla stessa ad una pressione più alta.
2. 2. Pompa secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascun motore alternativo comprende - un cilindro, da una parte, applicato di testa in corrispondenza di una rispettiva cavità cilindrica e dotato di un primo fondello di chiusura con foro passante e, dall'altra, è chiuso da un secondo fondello munito di foro di alimentazione di un fluido in pressione, - un pistone montato scorrevole entro il cilindro, così da suddividere lo spazio interno del cilindro in una prima camera chiusa da detto primo fondello ed in una seconda camera chiusa da detto secondo fondello e presentante due guarnizioni anulari distanziate di tenuta e scorrimento, nonché un foro assiale a due diametri, una cava longitudinale che interessa un tratto della parete interna del cilindro lambita da detto pistone, - un'apertura di scarico nella parete del cilindro in prossimità di detto primo fondello di chiusura, - un primo condotto nel pistone destinato a mettere detto foro assiale in comunicazione con detta seconda camera tramite detta cava longitudinale, - un elemento valvolare configurato, ad una sua estremità, a testa di tenuta ed, all'altra, montato scorrevole a stantuffo in detto foro assiale così da suddividerlo in uno primo spazio in comunicazione con detto condotto trasversale ed in un secondo spazio intercettabilmente in comunicazione controllata con detta seconda camera del cilindro, un secondo condotto nel pistone destinato a mettere in comunicazione detto secondo spazio con detta prima camera, - uno stelo solidale o fissato a detto pistone ed estendentesi attraverso detta prima camera e fuoriuscente attraverso detto primo fondello, e - mezzi elastici di richiamo tra detto primo fondello e detto pistone.
3. 3. Pompa secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detta estremità a testa di tenuta dell'elemento valvolare si trova all'esterno del pistone entro detta seconda camera ed è dotata di guarnizione di attestamento a tenuta contro di esso.
4. 4. Pompa secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detta apertura di scarico è dotata di silenziatore.
5. 5. Pompa secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che detto condotto di alimentazione di fluido all'estremità di mandata della prima cavità cilindrica è collegabile in parallelo con il condotto di mandata dell'altra o dell'ultima cavità cilindrica con interposizione di un attuatore di comando per consentire il ritorno controllato del fluido in pressione nel serbatoio.
6. 6. Pompa secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detto attuatore di controllo è a comando fluidodinamico.
7. 7. Pompa secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzata dal fatto di comprendere un accumulatore idraulico tra ciascuna coppia di cavità a monte della rispettiva valvola di ritegno.
8. 8. Pompa a più stadi sostanzialmente come sopra descritta con riferimento agli uniti disegni e come ivi illustrata.