BRPI0608351B1 - controle de posição de diafragma para bombas acionadas hidraulicamente - Google Patents

Abstract

controle de posição de diafragma para bombas acionadas hidraulicamente. uma bomba acionada hidraulicamente inclui um diafragma, um pistâo, uma câmara de transferência, um reservatório de fluido, e um elemento de bobina. a câmara de transferência é definida entre o diafragma e o pistâo, e é enchida com um fluido hidráulico. o reservatório de fluido está em comunicaçâo de fluido com a câmara de transferência via pelo menos uma válvula. o elemento de bobina é configurado para controlar o fluxo de fluido entre a câmara de transferência e o reservatório de fluido. o elemento de bobina é móvel para abrir e fechar uma abertura na pelo menos uma válvula somente quando uma condição de encher demais ou uma condição em encher de menos existe na câmara de transferência.

Description

"CONTROLE DE POSIÇÃO DE DIAFRAGMA PARA BOMBAS ACIONADAS HIDRAULICAMENTE" ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Este pedido está sendo depositado como um pedido de patente internacional PCT em 26 de abril de 2006 em nome de Wanner Engineering Inc., uma corporação nacional dos EUA, requerente para a designação em todos os países exceto os EUA e Richard D. Hembree, um cidadão dos EUA, requerente para a designação somente nos EUA, e reivindica prioridade ao pedido de patente US 11/114.706, depositado em 26 de abril de 2005.

Campo Técnico A presente invenção diz respeito, no geral, a bombas de fluidos e, mais especificamente, diz respeito a bombas de diafragma acionadas hidraulicamente.

Tecnologia Relacionada Bombas de diafragma acionadas hidraulicamente podem ser divididas em pelo menos dois grupos. 0 primeiro grupo inclui bombas que usam um ciclo para o pistão ou embolo hidráulico diferente daquele do diafragma. Estas bombas podem ser chamadas de bombas assíncronas. Bombas assíncronas são comumente usadas para a dosagem em grandes bombas de diafragma em que é desejável ter um diafragma de grande diâmetro que defiete somente um pouco (um "ciclo curto"). Tipicamente, diafragmas de ciclo curto são acionados por um embolo ou pistão hidráulicos de ciclo muito mais longo. O ciclo longo do pistão torna possível o uso de um menor diâmetro para o pistão, o que resulta em menores cargas no eixo de manivela e na caixa de manivela que devem mover o pistão a-través do seu ciclo. 0 segundo grupo inclui bombas em que o centro do diafragma move-se na mesma distância que o pistão hidráulico. Estas bombas podem ser chamadas de bombas síncronas. A posição do diafragma em bombas síncronas é controlada por uma válvula no pistão que mantém uma distância constante entre o pistão e o centro do diafragma.

Um exemplo de sistema de válvulas para o controle de posição de diafragma em bombas síncronas é divulgado na patente US 3.884.598 (Wanner), que é aqui incorporada pela referência. Wanner divulga um sistema que lê a posição do diafragma em relação ao pistão e, então, funciona para manter a posição do diafragma constante. 0 sistema Wanner é u-sado para bombas que devem operar em alta velocidade ou que bombeiam materiais abrasivos em virtude de o sistema permitir o uso de diafragmas elastoméricos que não precisam entrar em contato com uma superfície de parada no fim do ciclo. Entretanto, se o pistão se deslocar mais que a distância de deslocamento do diafragma, este sistema não será capaz de manter apropriadamente a quantidade de fluido hidráulico por trás do diafragma para que a bomba funcione apropriadamente .

Alguns exemplos de bombas assíncronas são descritos nas patentes US 5.246.351 (Horn), US 5.667.368 (Au-gustyn) e US 4.883.412 (Malizard). Todos estes exemplos de bombas usam uma abordagem similar para o controle de posição de diafragma. Cada uma destas bombas ajusta momentaneamente a quantidade de óleo no topo ou fundo de cada ciclo. Uma condição de superenchimento é detectada quando o diafragma desloca-se muito para a frente e alcança um limite de deslocamento. Isto ocasiona uma pressão do fluido hidráulico mais alta que o normal, o que faz com que a válvula momentaneamente se abra e libere uma parte do fluido em excesso. Este excesso de pressão é gerado quando o diafragma alcança uma parada ou, simplesmente, no ponto final de deflexão em que a pressão-mais alta é exigida para mover adicionalmente o diafragma. Esta pressão não é transmitida para o fluido bombeado e, portanto, produz uma queda de pressão desequilibrada através do diafragma. Este método de lidar com pressões criadas por superenchimento exige que o diafragma inclua materiais e configurações adequadas para manipular esta pressão desequilibrada sem a falha do diafragma. Esta limitação nos materiais e desenho do diafragma resulta no uso de diafragmas de diâmetro muito grande de baixa deflexão que aumentam enormemente o tamanho e custo da bomba.

Bombas assincronas acionadas hidraulicamente conhecidas não permitem o uso de diafragmas elastoméricos al-tamente flexíveis que são relativamente pequenos e capazes de suportar grandes deflexões pelo menos pelos motivos su-pradescritos. Em decorrência disto, o uso destes tipos de diafragmas é limitado às bombas síncronas. 0 ciclo do pistão em uma bomba síncrona deve ser relativamente curto uma vez que ele é limitado pelo ciclo do diafragma. Isto faz com que o eixo de manivela e a caixa de manivela suportem as maiores cargas de um pistão de diâmetro maior, tornando o lado de acionamento da bomba mais caro.

Um outro exemplo de bomba acionada hidraulicamente é divulgado na patente US 3.769.879 (Lofquist). Lofquist divulga um carretei que move-se a cada ciclo do diafragma para abrir momentaneamente portas entre um reservatório de fluido e a câmara hidráulica (por exemplo, câmara de transferência) por trás do diafragma nas extremidades do ciclo do pistão. As portas e carretei móvel permitem que somente um pequeno pulso de fluido passe com cada ciclo a fim de corrigir uma condição de superenchimento.

Lofquist tem algumas desvantagens significativas em condições de extremo subenchimento ou superenchimento (por exemplo, condições ocasionadas por pressão de admissão na bomba muito baixa ou muito alta para o líquido bombeado). Sob condições de extremo superenchimento, o pequeno pulso de fluido permitido em cada ciclo é insuficiente para corrigir imediatamente o superenchimento, o que resulta no tensiona-mento do diafragma até que ciclos suficientes ocorram para corrigir a condição de superenchimento. Uma outra limitação de Lofquist diz respeito à direção na qual o diafragma é predisposto. Em condições extremas (por exemplo, baixa pressão de admissão e escape para o fluido bombeado ocasionada, por exemplo, por uma admissão bloqueada da bomba), o sistema Lofquist tende a adicionar óleo na câmara de transferência sem nenhuma predisposição aplicada ao diafragma que, de outra forma, descarregaria o superenchimento de óleo. Em decorrência disto, o superenchimento não pode ser resolvido e o diafragma irá falhar.

Portanto, há uma necessidade de um controle de posição de diafragma que permita o uso de diafragmas elastoméricos altamente flexíveis que são relativamente pequenos e capazes de suportar grandes deflexões em bombas hidráulicas tanto síncronas quanto assíncronas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um aspecto da invenção diz respeito a uma bomba de diafragma que inclui um pistão, um diafragma, câmaras de bombeamento e de transferência, primeira e segunda válvulas, um reservatório de fluido e um carretei de válvula. 0 pistão é adaptado para movimento alternado entre uma primeira posição e uma segunda posição. 0 diafragma é móvel entre as primeira e segunda posições que se correlacionam com as primeira e segunda posições de pistão. A câmara de transferência é posicionada em um lado do diafragma e é definida, em parte, pelas posições relativas do diafragma e do pistão. A câmara de transferência é cheia com um fluido hidráulico. A câmara de bombeamento é posicionada em um lado oposto do diafragma a partir da câmara de transferência. 0 reservatório de fluido está em comunicação fluídica com a câmara de transferência por meio das primeira e segunda válvulas. 0 carretei de válvula é posicionado na câmara de transferência e arranjado para cobrir as aberturas das primeira e segunda válvulas quando o carretei de válvula está em uma primeira posição, para cobrir a abertura da primeira válvula e abrir a abertura da segunda válvula quando o carretei de válvula está em uma segunda posição e para abrir a abertura da primeira válvula e fechar a abertura da segunda válvula quando o carre- tel de válvula está em uma terceira posição. 0 carretei mantém a primeira posição até que seja gerada na câmara de transferência uma condição de superenchimento que move o carretei para a segunda posição, ou até que seja gerada na câmara de transferência uma condição de subenchimento que move o carretei para a terceira posição.

Um outro aspecto da invenção diz respeito a uma bomba acionada hidraulicamente que inclui um diafragma, um pistão, uma câmara de transferência, um reservatório de fluido e um elemento de carretei. A câmara de transferência é definida entre o diafragma e o pistão e é cheia com um fluido hidráulico. 0 reservatório de fluido está em comunicação fluídica com a câmara de transferência por meio de pelo menos uma válvula. 0 elemento de carretei é configurado para controlar o fluxo entre a câmara de transferência e o reservatório de fluido. 0 elemento de carretei é móvel para abrir e fechar uma abertura para a pelo menos uma válvula somente quando existir uma condição de superenchimento ou uma condição de subenchimento na câmara de transferência.

Um aspecto adicionai da invenção diz respeito a um método para equilibrar a pressão de fluido em uma bomba de diafragma acionada hidraulicamente. A bomba inclui um diafragma, um pistão, uma câmara de transferência disposta entre o diafragma e o pistão, um reservatório de fluido, um elemento de carretei e pelo menos uma válvula provendo comunicação fluídica entre o reservatório de fluido e a câmara de transferência. 0 método inclui mover o pistão para alterar uma posição do diafragma e controlar, com o elemento de carretei, o fluxo entre o reservatório de fluido e a câmara de transferência através da pelo menos uma válvula com o e-lemento de carretei. 0 elemento de carretei mantém uma primeira posição restringindo o fluxo através da pelo menos uma válvula até que seja gerada uma condição de superenchimento de fluido ou uma condição de subenchimento de fluido na câmara de transferência que faz com que o elemento de carretei se mova, desse modo, permitindo o fluxo através da pelo menos uma válvula.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A Figura 1 é uma vista seccional transversal lateral de uma bomba de exemplo de acordo com os princípios da presente invenção com o diafragma em uma posição completamente estendida; A Figura 2 é uma vista seccional transversal lateral da bomba de exemplo mostrada na figura 1 com o diafragma em uma posição compietamente retraída; A Figura 3 é uma vista seccional transversal lateral da bomba de exemplo mostrada na figura 1 com o diafragma em uma posição completamente estendida sujeita a uma condição de subenchimento; A Figura 4 é uma vista seccional transversal lateral da bomba de exemplo mostrada na figura 2 com o diafragma em uma posição completamente retraída sujeita a uma condição de superenchimento; A Figura 5 é uma vista tomada em curta distância das válvulas de superenchimento e subenchimento mostradas na figura 3; A Figura 6 é uma vista tomada em curta distância das válvulas de superenchimento e subenchimento mostradas na figura 4; e A Figura 7 é uma vista seccional transversal lateral de uma outra bomba de exemplo de acordo com os princípios da presente invenção com o diafragma em uma posição completamente retraída sujeita e uma condição de subenchimento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA A presente invenção diz respeito, no geral, a bombas de fluido tais como bombas de diafragma acionadas hidraulicamente . Os princípios da presente invenção são igualmente aplicáveis a bombas assíncronas e síncronas. Em bombas assíncronas há um ciclo diferente para o pistão hidráulico em função de um ciclo do diafragma. Tipicamente, o diafragma tem um diâmetro relativamente grande e é configurado para defletir em uma quantidade relativamente pequena. Este diafragma de ciclo curto é acionado por um êmbolo ou pistão hidráulico de ciclo muito mais longo. Quanto mais longo for o ciclo do êmbolo ou pistão hidráulico, menor será o diâmetro exigido do pistão, que transmite menores cargas para o eixo de manivela e para a caixa de manivela da bomba.

Bombas síncronas são configuradas de maneira tal que o centro do diafragma se mova na mesma distância que o pistão hidráulico move-se. Em tais bombas, o diafragma deve defletir grandes distâncias correspondentes ao ciclo do pistão a fim de minimizar cargas na caixa da manivela e no eixo da manivela resultantes do uso de um pistão de diâmetro re- lativamente pequeno. Se não for possível para o diafragma defletir a quantidade necessária para garantir um diâmetro de pistão relativamente pequeno, o diâmetro do pistão deve ser ampliado, criando, assim, maiores cargas no eixo de manivela e na caixa de manivela. A presente invenção pode ser usada tanto com bombas assincronas quanto com bombas síncronas para ajudar a controlar uma posição do diafragma para garantir que o diafragma não se estenda ou retraia além de distâncias pré-determinadas que podem, de outra forma, levar à falha do diafragma.

Muitos sistemas de controle de posição de diafragma conhecidos funcionam com base em condições de pressão hidráulica na câmara de transferência em um lado do diafragma oposto ao do fluido que está sendo bombeado. Tipicamente, tais sistemas com base em pressão utilizam válvulas de alívio que se abrem ou se fecham em resposta a certos níveis de pressão. Tipicamente, as válvulas de alívio são posicionadas entre a câmara hidráulica e um reservatório de fluido hidráulico . Em sistemas projetados para aliviar sobrepressão, a válvula de alívio momentaneamente abre para liberar parte do fluido hidráulico no reservatório quando uma pressão máxima é ultrapassada. Em sistemas projetados para liberar subpressão, uma válvula de alívio separada se abre momentaneamente para tragar algum fluido hidráulico do reservatório para a câmara hidráulica quando a pressão cai aquém de uma pressão mínima.

Tipicamente, sobrepressão é gerada em tais sistemas no ponto em que o diafragma alcança uma parada tal como na extremidade de deflexão onde alta pressão é exigida para defletir adicionalmente o diafragma. A fim de ser responsável pelas condições de sobrepressão, o diafragma deve ser feito de um material inflexível relativamente forte que pode resistir à falha depois de repetidos ciclos de alta e baixa pressão. Aumentar o diâmetro e diminuir a quantidade de de-flexão que o diafragma pode fazer também pode ser responsável pelas condições de alta pressão, mas também pode aumentar enõrmemente o tamanho e os custos da bomba.

Um outro problema relacionado aos sistemas com base em pressão é a cavitação. Tipicamente, a pressão em excesso na câmara de transferência não é transmitida para o fluido bombeado e, portanto, cria uma condição de pressão desequilibrada (isto. é, queda de pressão) através do diafragma . Esta queda de pressão pode levar a condições de vácuo durante certas partes do ciclo do pistão que podem levar à cavitação no fluido hidráulico. A cavitação pode levar a um maior desgaste (por exemplo, corrosão) dos componentes expostos ao fluido hidráulico. A presente invenção funciona com base no volume em vez de pressão na câmara hidráulica. Dependendo da condição de subenchimento ou de superenchimento de volume na câmara hidráulica, um carretei de válvula móvel desloca-se na câmara hidráulica entre posições cobrindo ou descobrindo aberturas até válvulas de retenção que estão posicionadas entre um reservatório hidráulico e a câmara hidráulica. É o próprio fluido, em vez de uma condição de pressão gerada pelo fluido, que move o carretei de válvula. Tipicamente, a condição de subenchimento ou superenchimento de volume é mais bem a-valiada tanto no topo quanto no fundo do ciclo do pistão. A presente invenção é configurada de maneira tal que o carretei de válvula se mova somente no topo ou fundo do ciclo do pistão para corrigir tanto a condição de subenchimento quanto de superenchimento.

Um exemplo de bomba de diafragma assíncrona 10 que ilustra os princípios da presente invenção é mostrado e descrito em relação às figuras 1-6. A figura 1 ilustra o pistão da bomba no centro morto de fundo (BDC) com uma condição de enchimento normal. A figura 2 ilustra o pistão em um ciclo médio com uma condição de enchimento normal. A figura 3 i-lustra o pistão no BDC com uma condição de subenchimento. A figura 4 ilustra o pistão em um centro morto de topo (TDC) com uma condição de superenchimento. A bomba 10 inclui uma caixa de manivela 12, um βίο j amento de pistão 14 e um coletor 16. O alojamento de pistão 14 define um reservatório 18, uma câmara de transferência ou hidráulica 20 e uma câmara de êmbolo 22. O coletor 16 define uma câmara de bombeamento 24 e inclui válvulas de admissão e de escape 72, 74.

Um eixo de manivela 26, biela 28 e corrediço 30 são posicionados na caixa de manivela 12. 0 corrediço 30 é acoplado em um êmbolo 32 posicionado na câmara de êmbolo 22. As câmaras de transferência e de êmbolo 20, 22 estão em comunicação fluídica entre si de maneira tal que o fluido tragado para a câmara do êmbolo 22 ou expelido para fora dela arraste o diafragma para uma posição retraída ou force o di- afragma para uma posição estendida mostradas nas figuras 1 e 2, respectivamente.

Uma haste de válvula 34 estende-se através da câmara de transferência 20. A haste de válvula inclui primeira e segunda extremidades 48, 50, um rebaixo de carretei 52 e um núcleo oco 54. Uma mola 36 é posicionada no núcleo 54 entre a primeira extremidade 48 e um pino de retenção de mola 38 que estende-se ao interior da haste de válvula 34. A haste de válvula 34 inclui uma fenda de pino 40 dimensionada para permitir que a haste de válvula 34 se mova em relação ao pino 38 à medida em que o diafragma 33 move-se através do seu cicio entre as posições estendidas e retraídas. A segunda extremidade 50 da haste de válvula é acoplada no diafragma 33.

Um carretei de válvula 42 é posicionado no rebaixo de carretei 52 ao longo de uma circunferência externa da haste de válvula 34. O rebaixo de carretei 52 é dimensionado de maneira tal que o carretei de válvula 42 possa mover-se entre uma primeira posição (mostrada nas figuras 1 e 2) cobrindo as aberturas 56, 64 até as respectivas válvulas de superenchimento e subenchimento 44, 46 que são posicionadas entre o reservatório 18 e a câmara de transferência 20. O carretei de válvula 42 também pode mover-se para uma segunda posição mostrada na figura 3 na qual o carretei de válvula 42 continua a cobrir a abertura 56 até a válvula de superenchimento 44, mas move-se para longe da abertura 64 até a válvula de subenchimento 46 para prover fluxo entre o reservatório 18 e a câmara de transferência 20. O carretei 42 também é móvel até uma terceira posição mostrada na figura 4 na qual o carretei cobre a abertura 64 até a válvula de subenchimento 46, mas move-se para longe da abertura 56 até a válvula de superenchimento 44 para prover comunicação fluí-dica entre a câmara de transferência 20 e o reservatório 18.

As Figuras 5 e 6 provêem vistas tomadas em curta distância das condições de subenchimento e superenchimento mostradas nas figuras 3 e 4. A válvula de superenchimento 44 inclui uma abertura ou passagem 56 adjacente ao carretei de válvula 42 e uma outra abertura 57 adjacente à câmara hidráulica 18. Uma sede 58 dimensionada menor que o diâmetro da esfera 60 é posicionada para que a esfera não possa passar através da abertura 56. Um plugue 62 retém a esfera 60 entre as aberturas 56, 57 e inclui um orifício que permite o fluxo da câmara de transferência 20 através das aberturas 56, 57 e até a câmara hidráulica 18. A válvula de subenchimento 46 inclui uma abertura ou passagem 64 adjacente ao carretei de válvula 42, uma outra abertura 65 adjacente à câmara hidráulica 18, uma esfera 68 e um plugue 70 que define uma sede 66. A esfera 68 é retida entre as aberturas 64, 65 pelo plugue 70. O plugue 70 inclui um orifício que permite o fluxo da câmara hidráulica 18 através das aberturas 64, 65 e até a câmara de transferência 20.

As válvulas de superenchimento e subenchimento 44, 46 são válvulas de retenção que permitem fluxo unidirecio-nal. Assim, quando a válvula carretei 42 move-se para expor a abertura 56, o fluido proveniente da câmara de transferên- cia move a esfera 60 para longe da sede 58 para permitir que o fluido seja transferido da câmara de transferência 20 até o reservatório 18. Igualmente, quando a válvula carretei 42 move-se para expor a abertura 64, a esfera 68 move-se para longe da sede 66 para permitir o fluxo do reservatório 18 até a câmara de transferência 20.

Na modalidade das figuras 1-6, o carretei de válvula 42 provê a importante função de cobrir as aberturas 56, 64 para impedir o fluxo entre a câmara 20 e o reservatório 18. Também, o carretei de válvula 42, quando move-se para uma posição que expõe uma ou outra das aberturas 56, 64, permite o fluxo em uma direção desejada entre o reservatório 18 e a câmara de transferência 20 para aliviar as condições de superenchimento ou subenchimento que existem na câmara de transferência 20.

Agora, em relação à figura 7, é mostrado e descrito um outro exemplo de bomba 100 que incorpora princípios da presente invenção. A bomba 100 inclui um alojamento de pistão 114 e um coletor 116. A caixa de manivela da bomba 10 0 não é mostrada na figura 7, mas pode ser estruturada similar à caixa de manivela 12 e inclui um eixo de manivela e outros recursos similares à bomba 10. 0 alojamento de pistão 114 inclui um reservatório 118 e uma câmara de transferência 120. 0 coletor 116 define uma câmara de bombeamento 124 e inclui uma admissão 172 e um escape 174. Um êmbolo 132 é posicionado em uma camisa de êmbolo 130. 0 êmbolo 132 pode ser acoplado em um eixo de manivela por meio de uma biela e outros recursos não mostrados nas figuras. 0 embolo 132 é acoplado em um diafragma 133 por meio de uma haste de válvula 134. A haste de válvula 134 inclui primeira e segunda extremidades 148, 150 em que a primeira extremidade 148 inclui um elemento de parada de mola 152 que retém uma mola 136 contra uma tampa 154 acoplada em uma extremidade oposta da camisa de êmbolo 130. Um carretei de válvula 142 é posicionado na câmara de transferência 120 em alinhamento substancial com as válvulas de superenchimento e subenchimento 144, 146. As válvulas 144, 146 são posicionadas entre o reservatório 118 e a câmara de transferência 120. O carretei de válvula 142 mantém uma orientação, no geral, estacionária em relação às aberturas 146, 164 até as respectivas válvulas de superenchimento e de subenchimento 144, 14 6 até que sejam encaixadas por um pino de carretei 143 que é montado na haste de válvula 134. O carretei de válvula 142 é construído para que o pino de carretei 143 encaixe em uma superfície interna do carretei de válvula quando existe uma condição de subenchimento ou de superenchimento na câmara de transferência 120. Tipicamente, o pino de carretei 143 somente encaixa o carretei de válvula 142 quando o êmbolo 132 está em uma posição de centro morto de topo ou em uma posição de centro morto de fundo em que o diafragma 133 está completamente retraído ou estendido. A válvula de superenchimento 144 inclui aberturas 156, 157, uma sede 158, uma esfera 160 e um plugue 162. A válvula de subenchimento 146 inclui aberturas 164, 165, uma sede 166, uma esfera 168 e um plugue 170. As válvulas 144, 146 são configuradas como válvulas de retenção que provêem fluxo entre a câmara de transferência 120 e a câmara hidráulica 118 contanto que tanto as aberturas 156, 157 quanto 164, 165 estejam sem obstrução.

Em algumas modalidades, os plugues 162, 170 das respectivas válvulas de superenchimento e de subenchimento 144, 146 também podem ser ajustáveis para alterar, por exemplo, a distância que as respectivas esferas 160, 168 podem mover-se nas aberturas 156, 164. A posição das esferas 160, 168 pode influenciar a velocidade de fluxo através das válvulas 144, 146. A figura 7 ilustra o carretei de válvula 142 deslocado para uma posição cobrindo a abertura 156 da válvula de superenchimento enquanto está sendo removido da cobertura da abertura 164 da válvula de subenchimento. A posição deslocada do carretei de válvula 142 de uma posição neutra cobrindo ambas aberturas 156, 164 ocorre em função de uma condição de subenchimento na câmara de transferência 120. Com a orientação mostrada na figura 7, o fluido pode passar do reservatório 118 através da válvula de subenchimento 146 e para a câmara de transferência 120 para prover fluido de constituição que resolve a condição de subenchimento. Em uma condição de superenchimento (não mostrada), o carretei de válvula 142 move-se na direção do diafragma 133 quando encaixada pelo pino de carretei 14 3 em função do volume adicional do fluido na câmara de transferência 120 que permite que o diafragma estenda-se adicionalmente até a câmara de bombeamento. Em uma condição de superenchimento, o carretei de válvula 142 cobre a abertura 164 da válvula de subenchimento 146 enquanto está sendo removido da abertura 156 da válvula de superenchimento 144. Isto permite que o fluido passe da câmara de transferência 120 para o reservatório 118 para resolver a condição de superenchimento. A bomba 100 também inclui uma montagem de atrito 180 que ajuda a manter uma posição axial do carretei de válvula 142 na câmara de transferência 120. A montagem de atrito 180 inclui uma esfera 182, um adaptador 184 e uma mola 186. O adaptador 184 pode ser ajustado em relação a uma posição do carretei de válvula 142 e a esfera 182 para aumentar ou diminuir a força de predisposição exercida pela mola 186 contra a mola 182. Variar a força de predisposição aplicada pela mola 186 altera uma força de atrito aplicada pela esfera 182 contra o carretei de válvula 142. Uma montagem de atrito similar pode não ser necessária na bomba das figuras 1-6 em virtude de o carretei de válvula 42 estar retido no rebaixo 52. Em outras modalidades da bomba 10 que não incluem um rebaixo como este, uma montagem de atrito pode ser mais útil.

As Figuras 1-6 ilustram uma configuração de bomba assíncrona e a figura 7 ilustra uma configuração de bomba síncrona. A configuração dos carretéis de válvula 42, 142 em combinação com as válvulas de superenchimento e de subenchimento 44, 144 e 46, 146 provê o uso de um pistão de diâmetro relativamente pequeno (haste de válvula 34, 134) com um diafragma elastomérico relativamente flexível. O uso de diafragmas elastoméricos flexíveis e pistões de pequeno diâme- tro tornam possível, em muitas circunstâncias, reduzir o tamanho e custo da bomba. 0 carretei de válvula descrito em relação aos e-xemplos supradescritos pode manter uma posição estática contanto que haja uma quantidade correta de óleo hidráulico na câmara de transferência por trás do diafragma. 0 carretei de válvula pode manter este estado estático independente da posição do diafragma durante seu ciclo entre as posições completamente estendida e completamente retraída. Quando está em um estado estático, o carretei de válvula cobre aberturas nas válvulas de retenção posicionadas entre a câmara de transferência e o reservatório de fluido. Assim, as válvulas são operadas somente quando uma condição de superenchimento ou subenchimento está presente de maneira tal que o carretei de válvula se mova para expor uma abertura em uma ou na outra válvula de retenção. A operação limitada das válvulas de alívio provê algumas vantagens sobre os sistemas com base em .pressão nos quais a válvula de alívio é atuada no topo ou fundo da maioria dos ciclos do pistão. Quanto mais uma válvula é operada, mais ela está suscetível ao desgaste.

Uma outra vantagem dos exemplos de bombas supradescritos diz respeito ao número de componentes necessários para corrigir tanto as condições de superenchimento quanto de subenchimento na bomba. Tipicamente, sistemas com base em pressão exigem componentes separados para abordar as condições de superenchimento em função das condições de subenchimento. Os exemplos de bombas aqui descritos usam um único elemento de carretei para corrigir tanto condições de super- enchimento quanto de subenchimento. Adicionalmente, os exemplos de válvulas de carretei aqui divulgados funcionam em conjunto com um par de válvulas de retenção relativamente simples que estão expostas a pouco desgaste e uso em virtude de elas serem ativadas somente quando uma condição de superenchimento ou subenchimento está presente. A especificação, exemplos e dados supradescritos provêem uma completa descrição da fabricação e uso da composição da invenção. Uma vez que muitas modalidades do invólucro de contenção da invenção são feitas sem fugir do espirito e do escopo da invenção, a invenção reside nas reivindicações anexas a seguir.

REIVINDICAÇÕES

Claims (13)

1. Bomba de diafragma, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um pistão adaptado para movimento alternativo entre uma primeira posição e uma segunda posição, o movimento alternativo definindo um curso de pistão; um diafragma móvel entre a primeira e segunda posições que se correlacionam com a primeira e segunda posições do pistão; uma câmara de bombeamento em um lado do diafragma; uma câmara de transferência no outro lado do diafragma, definida em parte pelas posições relativas do diafragma e do pistão, a câmara de transferência sendo enchida com um fluido hidráulico; primeira e segunda válvulas; um reservatório de fluido em comunicação de fluido com a câmara de transferência via a primeira e segunda válvulas; uma bobina de válvula posicionada na câmara de bombeamento e disposta para cobrir aberturas da primeira e segunda válvulas, quando a bobina de válvula está em uma primeira posição para cobrir a abertura da primeira válvula, e abrir a abertura da segunda válvula, quando a bobina de válvula está em uma segunda posição, e para abrir a abertura para a primeira válvula e fechar a abertura para a segunda válvula, quando a bobina de válvula está em uma terceira posição. em que a bobina mantém a primeira posição até uma condição de encher demais seja gerada na câmara de transferência que move a bobina para a segunda posição, ou até uma condição de encher de menos seja gerada na câmara de transferência que move a bobina para a terceira posição.

2. Bomba de diafragma, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA adicionalmente pelo fato de que compreende uma haste de válvula e um pino de bobina acoplado à haste de válvula, em que o pino de bobina está configurado e preparado para engatar a válvula de bobina quando a condição de abastecimento em encher demais ou de menos é gerada.

3. Bomba de diafragma, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira e segunda válvulas são configuradas como válvulas de retenção que permite o fluxo de fluido em uma única direção.

4. Bomba de diafragma, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA adicionalmente pelo fato de que compreende uma haste de válvula acoplada ao diafragma e posicionada, pelo menos parcialmente, dentro da câmara de transferência, em que a bobina é retida pela haste de válvula.

5. Bomba de diafragma, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que a haste de válvula é coaxial com o pistão para prover o movimento simultâneo do pistão e do diafragma.

6. Bomba de diafragma, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o pistão e a haste de válvula é biaxial com cada um para prover movimentos não simultâneos do pistão e do diafragma.

7. Bomba de diafragma, de acordo com a reivindica- ção 1, CARACTERIZADA adicionalmente pelo fato de que compreende um elemento propulsor adaptado e configurado para gerar uma condição de pressão na câmara de transferência que é maior que uma condição de pressão na câmara de bombeamento.

8. Bomba de diafragma, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que a bobina inclui uma superfície de circunferência interna que engata uma superfície de circunferência externa da haste de válvula e, a bobina e a haste de válvula são preparadas coaxialmente.

9. Bomba acionada hidraulicamente, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o elemento de bobina é um elemento cilíndrico vazio, dimensionado para encaixar em torno de uma superfície exterior da haste de válvula.

10. Bomba acionada hidraulicamente, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o elemento de bobina se move em direção paralela a um eixo longitudinal da haste de válvula.

11. Método de equilibrar pressão de fluido em uma bomba de diafragma acionada hidraulicamente, a bomba incluindo um diafragma, um pistão, uma câmara de transferência interposta entre o diafragma e o pistão, um reservatório de fluido, um elemento de bobina, e pelo menos uma válvula que proporciona comunicação de fluido entre o reservatório de fluido e a câmara de transferência, o método compreende as etapas de: mover o pistão para alterar uma posição do dia- fragma; e controlar com o fluxo de fluido de elemento de bobina entre o reservatório de fluido e a câmara de transferência através da pelo menos uma válvula com o elemento de bobina, o elemento de bobina sendo móvel na câmara de transferência independente do movimento do diafragma; em que o elemento de bobina mantém uma primeira posição restringindo o fluxo de fluido através da pelo menos uma válvula independente do movimento do diafragma, até uma condição de encher demais ou uma condição de menos de fluido na câmara de transferência é gerada para fazer com que o elemento de bobina se mova, desse modo permitindo o fluxo de fluido através da pelo menos uma válvula; o método sendo CARACTERIZADO pelo fato de que a bomba inclui primeira e segunda válvulas, sendo a primeira válvula configurada para permitir o fluxo de fluido da câmara de transferência para o reservatório de fluido e a segunda válvula sendo configurada para permitir o fluxo de fluido do reservatório de fluido para a câmara de transferência, o método ainda compreendendo movimentar o elemento de bobina para expor uma abertura para a primeira válvula e cobrir uma abertura para a segunda válvula quando a condição de pressão de superenchimento existir e mover o elemento de bobina para fechar a abertura para a primeira válvula e expor a abertura para a segunda válvula quando o condição de pressão de su-benchimento existir.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o controle do elemento de bo- bina inclui, engatar o elemento de bobina com uma parte de uma haste de válvula, a haste de válvula acoplando o pistão ao diafragma.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a bomba inclui a primeira e a segunda válvulas, a primeira válvula sendo configurada para permitir o fluxo de fluido da câmara de transferência ao reservatório de fluido, e a segunda válvula sendo configurada para permitir o fluxo de fluido do reservatório de fluido à câmara de transferência, o método adicionalmente compreendendo mover o elemento de bobina para expor uma abertura à primeira válvula e cobrir uma abertura à segunda válvula quando a condição de pressão em encher demais existe, e mover o elemento de bobina para fechar a abertura da primeira válvula e exposta a abertura à segunda válvula quando a condição de pressão em encher de menos existe.