ITTO20100716A1

ITTO20100716A1 - FLUID MACHINE WITH OSCILLATING DISC

Info

Publication number: ITTO20100716A1
Application number: IT000716A
Authority: IT
Inventors: Di Vinadio Aimone Balbo; Edoardo Pancaldi
Original assignee: Captech S R L
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-02-28

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: DESCRIPTION of the industrial invention entitled:

"Macchina a fluido con disco oscillante" "Fluid machine with oscillating disc"

TESTO DELIA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

Campo dell'invenzione Field of the invention

La presente invenzione si riferisce alle macchine a fluido a disco oscillante. The present invention relates to oscillating disk fluid machines.

Con il termine "macchine a fluido" si intendono macchine atte a produrre energia meccanica (come ad esempio turbine o motori) che utilizzano l'energia di un flusso di fluido in movimento oppure macchine che utilizzano energia meccanica (come ad esempio pompe o compressori) per mettere in circolazione o per comprimere un flusso di fluido. In entrambi i casi il flusso di fluido può essere liquido o gassoso. The term "fluid machines" refers to machines capable of producing mechanical energy (such as turbines or motors) that use the energy of a moving fluid flow or machines that use mechanical energy (such as pumps or compressors) to circulate or compress a flow of fluid. In both cases the fluid flow can be liquid or gaseous.

In particolare, l'invenzione riguarda una macchina a fluido dotata di almeno un disco oscillante, mobile in una cavità a simmetria rotazionale con un moto di precessione. In particular, the invention relates to a fluid machine equipped with at least one oscillating disk, movable in a rotationally symmetrical cavity with a precession motion.

Descrizione della tecnica nota Description of the prior art

Macchine a fluido aventi un disco oscillante mobile con un moto di precessione sono note ad esempio dai documenti GB1103271, W002/14800, GB2115490 e GB1178399. Fluid machines having a movable oscillating disc with a precession motion are known for example from GB1103271, W002 / 14800, GB2115490 and GB1178399.

Le macchine di questo tipo comprendono un involucro avente una camera a simmetria rotazionale attorno ad un asse principale, un diaframma fisso rispetto all'involucro che separa fra loro un'apertura di ingresso e un'apertura d'uscita di un flusso di fluido, ed un disco alloggiato in detta camera avente un piano medio che suddivide la camera in due sezioni, in cui il disco ha un asse del disco ortogonale a detto piano medio ed inclinato rispetto a detto asse principale ed in cui il disco ha una fessura radiale attraverso cui si estende detto diaframma. Machines of this type comprise a casing having a rotationally symmetrical chamber about a main axis, a diaphragm fixed with respect to the casing which separates an inlet and an outlet opening of a fluid flow from each other, and a disc housed in said chamber having an average plane which divides the chamber into two sections, in which the disc has a disc axis orthogonal to said average plane and inclined with respect to said main axis and in which the disc has a radial slot through which extends said diaphragm.

Nel funzionamento, il flusso di fluido che attraversa detta camera provoca un'oscillazione del disco tale per cui l'asse del disco compie un movimento di precessione attorno a detto asse principale. Il movimento di precessione è tale che l'asse del disco descrive una superficie conica coassiale all'asse principale e con vertice situato al centro del disco. Durante tale movimento di precessione il disco non ruota attorno al proprio asse. In operation, the flow of fluid that passes through said chamber causes an oscillation of the disc such that the axis of the disc performs a precession movement around said main axis. The precession movement is such that the axis of the disc describes a conical surface coaxial to the main axis and with a vertex located in the center of the disc. During this precession movement the disc does not rotate around its own axis.

Nelle soluzioni note la camera ha una parete laterale sferica e due pareti di contatto coniche. Il disco ha due superfici di contatto piane parallele fra loro che entrano in contatto di rotolamento con le rispettive pareti di contatto della camera. Nelle soluzioni note il disco ha uno spessore relativamente piccolo rispetto al suo diametro. In known solutions, the chamber has a spherical side wall and two conical contact walls. The disc has two flat contact surfaces parallel to each other which come into rolling contact with the respective contact walls of the chamber. In known solutions, the disc has a relatively small thickness with respect to its diameter.

Le macchine a fluido con disco oscillante secondo la tecnica nota sono generalmente impiegate per potenze relativamente basse. The fluid machines with oscillating disc according to the known art are generally used for relatively low powers.

Sarebbe desiderabile realizzare macchine a fluido con un disco dotato di un movimento di precessione per realizzare turbine idrauliche ad alta potenza, utilizzabili per esempio per la produzione di energia idroelettrica. It would be desirable to make fluid machines with a disc equipped with a precession movement to make high-power hydraulic turbines, usable for example for the production of hydroelectric energy.

Tuttavia, la struttura delle macchine di tipo noto non è adatta a realizzare macchine di grande potenza, anche perché sarebbe problematico assicurare la stabilità di un disco relativamente sottile con un diametro molto grande, ad esempio dell'ordine di uno o più metri. However, the structure of known machines is not suitable for making machines of great power, also because it would be problematic to ensure the stability of a relatively thin disc with a very large diameter, for example of the order of one or more meters.

Scopo e sintesi dell'invenzione Purpose and summary of the invention

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire una macchina a fluido con disco oscillante con elevata potenza che superi i problemi delle soluzioni note. The present invention has the purpose of providing a fluid machine with oscillating disk with high power which overcomes the problems of the known solutions.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto da una macchina a fluido con disco oscillante avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione 1. According to the present invention, this object is achieved by a fluid machine with an oscillating disk having the characteristics forming the subject of claim 1.

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

La presente invenzione verrà ora descritta dettagliatamente con riferimento ai disegni allegati, dati a puro titolo di esempio non limitativo, in cui: The present invention will now be described in detail with reference to the attached drawings, given purely by way of non-limiting example, in which:

- la figura 1 è una vista in pianta di una macchina a fluido secondo la presente invenzione, e Figure 1 is a plan view of a fluid machine according to the present invention, and

- la figura 2 è una sezione secondo la linea II-II della figura 1, - figure 2 is a section along the line II-II of figure 1,

Descrizione dettagliata di forme di attuazione dell'invenzione Detailed description of embodiments of the invention

Con riferimento alle figure, con 10 è indicata una macchina a fluido secondo la presente invenzione. La macchina a fluido 10 può operare con fluidi liquidi o gassosi e può altresì operare sia come turbina o motore sia come pompa o compressore. With reference to the figures, 10 indicates a fluid machine according to the present invention. The fluid machine 10 can operate with liquid or gaseous fluids and can also operate both as a turbine or motor and as a pump or compressor.

La macchina a fluido 10 comprende un involucro stazionario 12 nel quale è definita una camera 18 (figura 2) che comunica con un'apertura di ingresso 14 ed un'apertura di uscita 16 (figura 1) per il flusso di fluido. La camera 18 ha una simmetria rotazionale attorno ad un asse principale A. La camera 18 è definita fra due pareti di contatto 20 ed una superficie laterale sferica 22. Le superfici di contatto sono piane ed ortogonali rispetto all'asse principale A e la superficie sferica 22 ha il proprio centro sull'asse A. The fluid machine 10 comprises a stationary casing 12 in which a chamber 18 (Figure 2) is defined which communicates with an inlet 14 and an outlet 16 (Figure 1) for the flow of fluid. The chamber 18 has a rotational symmetry around a main axis A. The chamber 18 is defined between two contact walls 20 and a spherical side surface 22. The contact surfaces are flat and orthogonal with respect to the main axis A and the spherical surface 22 has its center on the A axis.

Con riferimento alla figura 1, un diaframma 24 fisso rispetto all'involucro 12 si estende nella camera 18 e separa fra loro le aperture 14, 16. With reference to Figure 1, a diaphragm 24 fixed with respect to the casing 12 extends into the chamber 18 and separates the openings 14, 16 from each other.

Con riferimento alla figura 2, la macchina a fluido 10 comprende un disco 26 alloggiato all'interno della camera 18. Il disco 26 ha un piano medio a che suddivide la camera 18 in due sezioni opposte, ciascuna delle quali è compresa fra un lato del disco 26 e la rispettiva parete di contatto 20. Il disco 26 ha un asse del disco B ortogonale al piano medio a ed inclinato rispetto all'asse principale A. With reference to Figure 2, the fluid machine 10 comprises a disc 26 housed inside the chamber 18. The disc 26 has a middle plane a which divides the chamber 18 into two opposite sections, each of which is comprised between one side of the disk 26 and the respective contact wall 20. The disk 26 has an axis of the disk B orthogonal to the middle plane a and inclined with respect to the main axis A.

Il disco 26 ha un albero 28 coassiale all'asse del disco B. L'albero 28 si estende attraverso una porzione centrale sferica 30 del disco 26 che è montata oscillante fra due sedi sferiche contrapposte 32 formate al centro delle rispettive pareti di contatto 20. The disc 26 has a shaft 28 coaxial to the axis of the disc B. The shaft 28 extends through a spherical central portion 30 of the disc 26 which is mounted oscillating between two opposed spherical seats 32 formed in the center of the respective contact walls 20.

Con riferimento alla figura 1, il disco 26 ha una fessura radiale 34 attraverso cui si estende il diaframma 24. With reference to Figure 1, the disc 26 has a radial slot 34 through which the diaphragm 24 extends.

Con riferimento alla figura 2, la macchina 10 comprende due organi rotanti 36 portati dall'involucro 12 in modo girevole attorno all'asse principale A. Ciascuno dei due organi rotanti 36 ha una sede sferica 38 eccentrica rispetto all'asse di rotazione A. Ciascuna sede sferica 38 è impegnata in modo girevole da un rispettivo organo sferico 40 disposto alla rispettiva estremità dell'albero 28 del disco 26. With reference to Figure 2, the machine 10 comprises two rotating members 36 carried by the casing 12 rotatably about the main axis A. Each of the two rotating members 36 has a spherical seat 38 eccentric with respect to the rotation axis A. Each spherical seat 38 is rotatably engaged by a respective spherical member 40 arranged at the respective end of the shaft 28 of the disc 26.

Con riferimento alla figura 2, il disco 26 ha due superfici di contatto coniche 42 simmetriche rispetto al piano medio a. Ciascuna delle due superfici coniche 42 ha una simmetria di rotazione rispetto all'asse del disco B. Le superfici coniche sono raccordate alla porzione centrale sferica 30. I prolungamenti delle generatrici di ciascuna delle superfici coniche 42 si intersecano sull'asse del disco B. La distanza fra le due superfici coniche 42 è massima in corrispondenza della porzione centrale sferica 30 e minima in corrispondenza del bordo esterno del disco 26. With reference to Figure 2, the disc 26 has two conical contact surfaces 42 symmetrical with respect to the median plane a. Each of the two conical surfaces 42 has a symmetry of rotation with respect to the axis of the disk B. The conical surfaces are connected to the spherical central portion 30. The extensions of the generatrices of each of the conical surfaces 42 intersect on the axis of the disk B. The distance between the two conical surfaces 42 is maximum at the spherical central portion 30 and minimum at the outer edge of the disc 26.

Sul bordo esterno del disco 26 può essere prevista una sede anulare 44 per una tenuta che agisce sulla superficie laterale sferica 22. An annular seat 44 can be provided on the outer edge of the disc 26 for a seal which acts on the spherical side surface 22.

Nel funzionamento, un flusso di fluido entra attraverso l'apertura 14, attraversa la camera 18 ed esce dall'apertura 16. Il flusso di fluido provoca un'oscillazione del disco 26 che avviene con un movimento di precessione dell'asse del disco B attorno all'asse principale A. Tale moto di precessione determina, mediante gli accoppiamenti sferici 38, 40, la rotazione degli organi rotanti 36 attorno all'asse principale A. In operation, a flow of fluid enters through the opening 14, passes through the chamber 18 and exits from the opening 16. The flow of fluid causes an oscillation of the disc 26 which occurs with a precession movement of the axis of the disc B around to the main axis A. This precession motion determines, by means of the spherical couplings 38, 40, the rotation of the rotating members 36 around the main axis A.

La macchina a fluido 10 può anche operare in modo inverso, nel senso che l'azionamento in rotazione degli organi rotanti 36 attorno all'asse A determina l'oscillazione con movimento di precessione del disco 26 e conseguentemente si ottiene un movimento del flusso di fluido all'interno della camera 18 diretto dall'apertura di ingresso 14 verso l'apertura di uscita 16. The fluid machine 10 can also operate in the opposite way, in the sense that the rotating actuation of the rotating members 36 around the axis A causes the disc 26 to oscillate with precession movement and consequently a movement of the fluid flow is obtained. inside the chamber 18 directed from the inlet opening 14 towards the outlet opening 16.

Durante il moto di precessione del disco 26 entrambe le superfici di contatto 20 sono in contatto con le rispettive pareti di contatto 20 in qualunque posizione del disco 26. Il contatto fra ciascuna superficie 42 e la rispettiva parete 20 è un contatto lineare lungo una generatrice della superficie conica 42. Le zone lineari di contatto fra il disco e le pareti 20 sono disposte da parti opposte del piano medio a e da parti opposte rispetto ad un piano ortogonale al piano medio a e passante per l'asse del disco B. During the precession motion of the disc 26 both contact surfaces 20 are in contact with the respective contact walls 20 in any position of the disc 26. The contact between each surface 42 and the respective wall 20 is a linear contact along a generatrix of the conical surface 42. The linear areas of contact between the disc and the walls 20 are arranged on opposite sides of the median plane a and on opposite sides with respect to a plane orthogonal to the median plane a and passing through the axis of the disk B.

Il movimento di precessione del disco 26 avviene senza la rotazione del disco 26 attorno all'asse B. La rotazione del disco 26 attorno all'asse B può essere impedita dal contatto fra un bordo della scanalatura 34 ed il diaframma 24. In alternativa, possono essere previsti mezzi atti ad impedire la rotazione del disco 26 attorno all'asse del disco B disposti fra un bordo esterno del disco 26 e l'involucro 12, come descritto in una contemporanea domanda di brevetto della stessa richiedente. The precession movement of the disc 26 occurs without the rotation of the disc 26 around the axis B. The rotation of the disc 26 around the axis B can be prevented by contact between an edge of the groove 34 and the diaphragm 24. Alternatively, they can means be provided to prevent rotation of the disk 26 around the axis of the disk B arranged between an outer edge of the disk 26 and the casing 12, as described in a contemporary patent application by the same applicant.

Le superfici di contatto coniche 42 impartiscono al disco 26 una struttura più robusta rispetto alle soluzioni secondo la tecnica nota e più adatta a realizzare macchine di grandi dimensioni. Con questa geometria, il disco 26 può avere un diametro molto elevato senza avere problemi di instabilità. The conical contact surfaces 42 impart to the disc 26 a more robust structure than the solutions according to the known art and more suitable for making large machines. With this geometry, the disc 26 can have a very large diameter without having problems of instability.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione così come definito dalle rivendicazioni che seguono. Naturally, the principle of the invention remaining the same, the details of construction and the embodiments may be widely varied with respect to those described and illustrated without thereby departing from the scope of the invention as defined by the following claims.

Claims

CLAIMS 1. Fluid machine comprising: - a casing (12) having a rotationally symmetrical chamber (18) around a main axis (A), having a spherical side wall (22) and two contact walls (20), in which in the casing (12) there are provided at least one inlet opening (14) and at least one outlet opening (16) of a fluid flow communicating with said chamber (18), - a diaphragm (24) fixed with respect to the casing (12) and which separates the inlet opening and the outlet opening (14, 16) from each other, and - a disk (26) housed in said chamber (18), the disk (26) having a middle plane (a) which divides said chamber (18) into two sections, the disk (26) having an axis of the disk (B) orthogonal to said middle plane (a) and inclined with respect to said main axis (A), the disc (26) being oscillating in said cavity so that the axis of the disc (B) performs a precession motion around said main axis (A) during which opposite contact surfaces (42) of the disc (26) are in rolling contact with said contact walls (20) of the chamber (18), characterized in that said contact walls (20) of the chamber (18) are flat and orthogonal to said main axis (A) and by the fact that the contact surfaces (42) of the disc (26) are conical.

2. Fluid machine according to claim 1, characterized in that said contact surfaces (42) are symmetrical with respect to the average plane (a) of the disc (26).

3. Fluid machine according to claim 1 or 2, characterized in that each of said contact surfaces (42) has a symmetry of rotation about the axis of the disk (B).

4. Fluid machine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said contact surfaces (42) extend from a spherical central portion (30).

5. Fluid machine according to claim 4, characterized in that the distance between said conical surfaces is maximum at said spherical central portion and minimum at an outer edge of the disc (26).