ITTO20100716A1 - Macchina a fluido con disco oscillante - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Macchina a fluido con disco oscillante"

TESTO DELIA DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce alle macchine a fluido a disco oscillante.

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.

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.

Descrizione della tecnica nota

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.

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.

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.

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.

Le macchine a fluido con disco oscillante secondo la tecnica nota sono generalmente impiegate per potenze relativamente basse.

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.

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.

Scopo e sintesi dell'invenzione

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.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto da una macchina a fluido con disco oscillante avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione 1.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione verrà ora descritta dettagliatamente con riferimento ai disegni allegati, dati a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la figura 1 è una vista in pianta di una macchina a fluido secondo la presente invenzione, e

- la figura 2 è una sezione secondo la linea II-II della figura 1,

Descrizione dettagliata di forme di attuazione dell'invenzione

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.

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.

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.

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.

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.

Con riferimento alla figura 1, il disco 26 ha una fessura radiale 34 attraverso cui si estende il diaframma 24.

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.

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.

Sul bordo esterno del disco 26 può essere prevista una sede anulare 44 per una tenuta che agisce sulla superficie laterale sferica 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina a fluido comprendente: - un involucro (12) avente una camera (18) a simmetria rotazionale attorno ad un asse principale (A), avente una parete laterale sferica (22) e due pareti di contatto (20), in cui nell'involucro (12) sono previste almeno un'apertura di ingresso (14) ed almeno un'apertura di uscita (16) di un flusso di fluido comunicanti con detta camera (18), - un diaframma (24) fisso rispetto all'involucro (12) e che separa fra loro l'apertura di ingresso e l'apertura di uscita (14, 16), e - un disco (26) alloggiato in detta camera (18), il disco (26) avendo un piano medio (a) che suddivide detta camera (18) in due sezioni, il disco (26) avendo un asse del disco (B) ortogonale a detto piano medio (a) ed inclinato rispetto a detto asse principale (A), il disco (26) essendo oscillante in detta cavità in modo che l'asse del disco (B) compie un moto di precessione attorno a detto asse principale (A) durante il quale superfici di contatto opposte (42) del disco (26) sono in contatto di rotolamento con dette pareti di contatto (20) della camera (18), caratterizzata dal fatto che dette pareti di contatto (20) della camera (18) sono piane ed ortogonali a detto asse principale (A) e dal fatto che le superfici di contatto (42) del disco (26) sono coniche.
2. 2. Macchina a fluido secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che dette superfici di contatto (42) sono simmetriche rispetto al piano medio (a) del disco (26).
3. 3. Macchina a fluido secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che ciascuna di dette superfici di contatto (42) ha una simmetria di rotazione attorno all'asse del disco (B).
4. 4. Macchina a fluido secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto che dette superfici di contatto (42) si estendono da una porzione centrale sferica (30) .
5. 5. Macchina a fluido secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che la distanza fra dette superfici coniche è massima in corrispondenza di detta porzione centrale sferica e minima in corrispondenza di un bordo esterno del disco (26).