ES2206992T3 - Aparato y metodo para el diagnostico del estado de los componentes especificos de las bombas de fluido de alta presion. - Google Patents
Aparato y metodo para el diagnostico del estado de los componentes especificos de las bombas de fluido de alta presion.Info
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Abstract
Una bomba de alta presión que comprende: una cabeza de bomba (10), una cámara de presurización (20), un miembro de presurización, que se recibe, al menos parcialmente, dentro de la cámara de presurización (20), siendo el miembro de presurización susceptible de ser desplazado dentro de la cámara de presurización con el fin de arrastrar fluido al interior de la cámara de presurización (20) por medio de una acción de toma o admisión, y de comprimir un fluido dentro de la cámara de presurización por medio de una acción de presurización.
Description
Aparato y método para el diagnóstico del estado
de los componentes específicos de las bombas de fluido de alta
presión.
La presente invención se refiere a bombas de
fluido de alta presión. Más específicamente, una de las
realizaciones de la invención se refiere al diagnóstico o
evaluación del estado operativo de los componentes específicos de
las bombas de fluido de alta presión.
Las bombas de alta presión presurizan el agua u
otros fluidos para generar corrientes de fluido de alta presión que
pueden utilizarse para cortar materiales (por ejemplo,
revestimiento de planchas de metal y cemento de fibra para el forro
de paredes), impulsar dispositivos de accionamiento y en otras
aplicaciones en las que resultan de utilidad los fluidos a presión.
Una bomba de alta presión típica tiene una cámara de presurización,
un émbolo o pistón contenido dentro de la cámara de presurización,
una válvula de retención de entrada, conectada con la cámara de
presurización, y una válvula de retención de salida, conectada en
una posición entre la cámara de presurización y una cámara de
salida. El émbolo realiza un movimiento alternativo o de vaivén
dentro de la cámara de presurización, arrastrando el fluido al
interior de la cámara de presurización a través de la válvula de
retención de entrada, al realizar una carrera de toma o entrada, e
impulsando el fluido, a través de la válvula de retención de salida
y al interior de la cámara de la cámara de salida, al realizar una
carrera de compresión. La válvula de retención de salida permite
selectivamente al fluido a una presión suficiente entrar en la
cámara de salida. Las bombas de alta presión funcionan generalmente
por encima de 690 bares (10.000 psi) y, en muchas aplicaciones,
operan en un intervalo de entre 3.450 bar y 6.900 bar (entre 50.000
psi y 100.000 psi) o a presiones superiores.
Debido a que las bombas de alta presión funcionan
a tales presiones elevadas, las bombas están sometidas a fugas de
fluido que pueden perjudicar el buen comportamiento de las bombas o
provocar fallos. Una técnica convencional para verificar si una
bomba está sufriendo fugas es tocar manualmente la cabeza de la
bomba con el fin de estimar si la temperatura a la que funciona la
bomba se encuentra por encima de las temperaturas de trabajo
normales. Otra técnica convencional para controlar las bombas
consiste en medir la temperatura de la corriente de fluido a presión
que desciende desde la cabeza de la bomba. Sin embargo, tal como se
establece más adelante, las técnicas convencionales para el control
del estado de las bombas de alta presión adolecen de algunas
deficiencias.
Uno de los problemas de las técnicas
convencionales de control es que es posible que una bomba falle sin
que se produzca ningún calentamiento de la misma. En las
aplicaciones con control manual, por ejemplo, un incremento de la
temperatura de la cabeza de la bomba suficiente para ser detectado
al tacto se produce, por lo general, únicamente después que un
componente ha fallado por completo y ha provocado una rotura o una
pérdida significativa de la presión. De forma similar, es difícil
determinar que una cabeza de bomba no está funcionando
correctamente midiendo la temperatura aguas abajo de la cabeza de
la bomba, ya que influyen muchos factores en la temperatura del
fluido a presión en la cabeza de la bomba. En consecuencia, es
posible que no se detecten fugas importantes hasta que provocan una
rotura u otros fallos drásticos en las condiciones de
funcionamiento de alta presión.
Otro problema de las técnicas de seguimiento o
control convencionales es que no pueden identificar el componente
concreto que no está funcionando bien. Las técnicas convencionales
se limitan a proporcionar una indicación general de que un
componente de la bomba ha fallado. En consecuencia, con el fin de
reparar una bomba que ha fallado, se desmonta la cabeza de la bomba
y se comprueba cada uno de los componentes: la válvula de retención
de entrada, la válvula de retención de salida o la junta de
obturación de émbolo situada en torno al émbolo, a fin de determinar
el componente que ha fallado. Se apreciará que la comprobación de
cada uno de estos componentes incrementa el coste de la mano de
obra y el tiempo de parada que conlleva la reparación de las
bombas. En consecuencia, las técnicas de seguimiento convencionales
no pueden proporcionar la información adecuada para llevar a cabo
una operación y reparación eficaces en cuanto a costes de las
cabezas de las bombas de alta presión.
En el documento US 5.628.229, se proporciona un
aparato destinado a indicar las pérdidas de rendimiento que se
producen en una bomba. El aparato incluye un sensor de temperatura
situado en la entrada de la bomba, un segundo sensor de
temperatura, situado en una segunda posición, un sensor de flujo de
fluido, situado en la segunda posición, y un procesador, destinado
a generar una señal de diferencia como respuesta a las señales
procedentes de los primer y segundo sensores de temperatura, y a
cuantificar las pérdidas de rendimiento de la bomba en respuesta a
la señal de diferencia y a una señal procedente del sensor de flujo
de fluido. Se proporciona también un indicador de fallo que es
sensible a las perdidas en el rendimiento.
La presente invención consiste en un método y un
aparato para el diagnóstico de los componentes de bombas de alta
presión y de otros componentes de sistemas de fluido a alta
presión. Los métodos y los aparatos identifican, preferiblemente,
el componente concreto que no está funcionando correctamente antes
de que se produzca el fallo total del componente. En una
realización, una cabeza de bomba de alta presión que incorpora un
sistema de diagnóstico de acuerdo con la invención tiene una cámara
de presurización y un miembro de presurización que es recibido, al
menos parcialmente, en la cámara de presurización. El miembro de
presurización se desplaza dentro de la cámara de presurización a lo
largo de una acción de entrada o toma con el fin de arrastrar
fluido al interior de la cámara de presurización, y a lo largo de
una acción de presurización, con el fin de comprimir el fluido
dentro de la cámara de presurización. Un conjunto de control de
fluido de entrada está conectado a la cámara de presurización con el
fin de permitir al fluido entrar en la cámara de presurización
durante la acción de toma, y se ha conectado un conjunto de control
de fluido a presión entre la cámara de presurización y una cámara
de salida, a fin de permitir selectivamente el paso del fluido a
presión al interior de la cámara de salida durante la acción de
presurización.
La cabeza de la bomba puede incluir también un
sistema de diagnóstico para indicar el estado de funcionamiento de
cada elemento de entre el conjunto de control de fluido de
entrada, el conjunto de control de fluido a presión y otros
componentes de la cabeza de la bomba situados aguas arriba del
conjunto de control de fluido de entrada con respecto a un flujo de
fluido que pasa a través de la cabeza de la bomba durante la acción
de presurización. En una realización, el sistema de diagnóstico
tiene un primer sensor de temperatura, conectado a la cabeza de la
bomba, aguas arriba del conjunto de control de fluido de entrada
con respecto al sentido del flujo de fluido, y un segundo sensor de
temperatura, conectado a la cabeza de la bomba aguas abajo del
conjunto de control de fluido a presión. El primer y el segundo
sensores de temperatura aíslan, conjuntamente el uno con el otro,
la transferencia de calor en diferentes áreas de la cabeza de la
bomba, a fin de identificar si no está funcionando correctamente, ya
sea el conjunto de control de fluido de entrada, ya sea el conjunto
de control de fluido a presión, o ya sea el componente de la cabeza
de la bomba situado aguas arriba del conjunto de control del fluido
de entrada.
En una realización, el conjunto de control de
fluido de entrada consiste en una válvula de retención de entrada,
el conjunto de control de fluido a presión es una válvula de
retención de salida, y el componente de la cabeza de la bomba
situado aguas arriba del conjunto de control de fluido de entrada
es una junta de obturación situada en torno al miembro de
presurización. El primer sensor de temperatura puede conectarse a
la cabeza de la bomba en las proximidades de la junta de obturación,
y el segundo sensor de temperatura puede conectarse a la cabeza de
la bomba en una tapa o capuchón de extremo que aloja a la cámara de
salida. Las primera y segunda temperaturas medidas por los primer y
segundo sensores de temperatura se comparan con las primera y
segunda temperaturas de referencia con el fin de determinar si, ya
sea la válvula de retención de entrada, ya sea la junta de
obturación, o ya sea la válvula de retención de salida, están
funcionando incorrectamente, antes de que causen un fallo grave de
la cabeza de la bomba. Por ejemplo, los siguientes componentes
están funcionando defectuosamente cuando los primer y segundo
sensores de temperatura indican las siguientes temperaturas:
1. Válvula de retención de entrada: tanto
la primera como la segunda temperaturas son mayores que las primera
y segunda temperaturas de referencia.
2. Válvula de retención de salida: la
primera temperatura es aproximadamente igual a la primera
temperatura de referencia, y la segunda temperatura es mayor que la
segunda temperatura de referencia.
3. Junta de obturación: la primera
temperatura es mayor que la primera temperatura de referencia, y la
segunda temperatura es aproximadamente igual a la segunda
temperatura de referencia.
En una realización de la invención, los primer y
segundo sensores de temperatura están conectados a un procesador que
compara la primera temperatura con la primera temperatura de
referencia y una segunda temperatura con la segunda temperatura de
referencia. El procesador puede llevar a cabo entonces el
procedimiento expuesto en lo anterior para determinar si la válvula
de retención de entrada, la válvula de retención de salida o la
junta de obturación están funcionando de forma defectuosa.
La Figura 1 es una vista en sección transversal
de una cabeza de bomba de alta presión provista de un sistema de
diagnóstico o evaluación de acuerdo con una realización de la
invención.
La Figura 2 es un diagrama de flujo de un
procedimiento para evaluar el estado operativo de una válvula de
retención de entrada, de una válvula de retención de salida y de
una junta de obturación, el cual está provisto de un sistema de
diagnóstico de dos sensores de acuerdo con una realización de la
invención.
La Figura 3 es una vista frontal de una bomba de
alta presión de múltiples cabezas que está provista de un sistema
de diagnóstico de acuerdo con una realización de la invención.
La Figura 4 es un diagrama de flujo de un
procedimiento para el diagnóstico del estado operativo de las
válvulas de retención de entrada, de las válvulas de retención de
salida y de las juntas de obturación de una bomba de alta presión y
de múltiples cabezas que está provista de un sistema de diagnóstico
de acuerdo con otra realización de la invención.
La Figura 5 es un gráfico que ilustra las salidas
de temperatura de un sistema de diagnóstico de dos sensores que se
utiliza en una bomba de alta presión y de múltiples cabezas de
acuerdo con una realización de la invención, que indican un fallo en
una válvula de retención de entrada.
La Figura 6 es un diagrama esquemático de un
sistema de fluido alta presión, provisto de un sistema de
diagnóstico de acuerdo con una realización de la invención.
La presente invención consiste en un método y un
aparato para el diagnóstico o evaluación de los componentes de una
bomba de alta presión o de un sistema de fluido a alta presión,
destinado a indicar cuándo un componente está funcionando de forma
defectuosa y a identificar el componente que no está funcionando
correctamente. Bombas de alta presión adecuadas incluyen, si bien
no están limitadas a éstas, la bomba de Eagle, la bomba de Cougar y
la bomba de Husky, fabricadas por la Flow International Corporation
de Kent, Washington. Se apreciará que se exponen detalles
específicos de ciertas realizaciones de la invención en la siguiente
descripción y en las Figuras 1-5, las cuales
proporcionan una comprensión exhaustiva de ciertas realizaciones de
la presente invención. Una persona experta en la técnica, sin
embargo, constatará que la presente invención puede tener
realizaciones adicionales que pueden ser puestas en práctica sin
necesidad de estos detalles.
La Figura 1 ilustra una realización de una cabeza
de bomba 10 para una bomba de alta presión de acuerdo con la
invención. La cabeza de bomba 10 tiene una tapa o capuchón de
extremo 12 acoplada a un alojamiento 14 y a una base 16. Puede
extenderse una pluralidad de pernos pasantes 17 a través del
capuchón de extremo 12 y acoplarse a rosca en la base 16 con el fin
de sujetar entre sí el capuchón de extremo 12, el alojamiento 14 y
la base 16. La base 16 de la cabeza de bomba 10 se fija a un
conjunto de motor 18 con el fin de proporcionar fuerza motriz a la
cabeza de bomba 10.
Más específicamente, el alojamiento 14 puede
consistir en un cilindro que porta un manguito o buje 15 que define
una cámara de presurización 20, y el capuchón de extremo 12 puede
estar provisto de una cavidad que define una cámara de salida 70.
La cámara de presurización 20 y la cámara de salida 70 están
separadas por un cuerpo de válvula 30 provisto de pasos de entrada
32 y de un paso de salida 34. Cada uno de los pasos de entrada 32
tiene una lumbrera de entrada 33 situada enfrente de la cámara de
presurización 20, y los pasos de entrada 32 están conectados a una
conducción de entrada 37 a través de una cámara de entrada 36. Se
ha fijado una fuente de suministro de fluido a baja presión a la
conducción de entrada 37 con el fin de proporcionar un suministro
continuo de fluido a los pasos de entrada 32. Un miembro de
presurización o émbolo 24 tiene un primer extremo situado dentro de
la cámara de presurización 20 y un segundo extremo acoplado al
conjunto de motor 18 a través de un conjunto de accionamiento 25
alojado dentro de la base 16. El extremo inferior de la cámara de
presurización 20 y el émbolo 24 son obturados por medio de una
junta de obturación principal o de émbolo 50. El conjunto de motor
18 desplaza en movimiento alternativo o de vaivén al émbolo 24 con
el fin de arrastrar fluido al interior de la cámara presurización 20
durante una carrera de admisión, y a continuación presuriza el
fluido en la cámara de presurización 20 durante una carrera de
presurización. Como se describe más adelante, un conjunto de control
de fluido de entrada situado en uno de los extremos del cuerpo de
válvula 30 permite al fluido entrar en la cámara de presurización
20, y un conjunto de control de fluido a presión, situado en el
otro extremo del cuerpo de válvula 30 permite selectivamente al
fluido a presión pasar desde la cámara de presurización 20 a la
cámara de salida 70.
El conjunto de control de fluido de entrada puede
estar provisto de una válvula de retención de entrada 40 y de una
junta de obturación estática 48 en uno de los extremos del cuerpo
de válvula 30. La válvula de retención de entrada 40 abre y cierra
las lumbreras de entrada 33, y la junta de obturación estática 48 se
encarga de cerrar herméticamente la cámara de entrada 36 con
respecto al extremo superior de la cámara de presurización 20. La
válvula de retención de entrada 40 que se muestra en la Figura 1
tiene una chumacera 42 que se desliza a lo largo de una guía de
chumacera 43 dentro del buje 15, y un muelle o resorte 44 que carga
la chumacera de entrada 42 contra el cuerpo de válvula 30. El
conjunto de control de fluido de salida puede tener una válvula de
retención de salida 60 situada en el otro extremo del cuerpo de
válvula 30, así como una junta de obturación estática 68 entre el
cuerpo de válvula 30 y el capuchón de extremo 12, a fin de cerrar
herméticamente la cámara de salida 70. La válvula de retención de
salida 60 tiene un elemento retenedor 61 en el cual una chumacera
62 de válvula de salida es retenida y cargada hacia abajo, contra
el cuerpo de válvula 30, por medio de un resorte 64. El elemento
retenedor 61 está también provisto de una pluralidad de lumbreras de
salida 66 a través de las cuales fluye el fluido a presión desde el
paso de salida 34 del cuerpo de válvula 30 al interior de la cámara
de salida 70.
Con el fin de presurizar un cierto volumen de
fluido en la cabeza de bomba 10, el conjunto de motor 18 tira del
émbolo 24 a lo largo de una carrera de admisión 25, a través del
buje 15. La carrera de admisión 25 del émbolo 24 tira de la
chumacera de entrada 42 hacia abajo por la guía de chumacera 43,
hasta adoptar una posición de apertura que permite al fluido fluir
a través de los pasos de entrada 32 y al interior de la cámara de
presurización 20, a través de las lumbreras de entrada 33. En este
punto del funcionamiento de la cabeza de bomba 10, el fluido se
encuentra a una presión relativamente baja (por ejemplo, de entre
3,44732 bar y 10,3420 bar (entre 50 psi y 150 psi)). El motor 18
acciona entonces el émbolo 24 a lo largo de una carrera de
presurización 27 con el fin de comprimir el fluido en la cámara de
presurización 20. Durante la carrera de presurización 27, el flujo
ascendente de fluido dentro de la cámara de presurización 20 y el
resorte 44 empujan la chumacera 42 contra el cuerpo de válvula 30,
al objeto de cerrar las lumbreras de entrada 33. A medida que el
émbolo 24 continúa su movimiento a lo largo de la carrera de
presurización 27, el fluido a presión fluye a través del paso de
salida 34 en dirección a la chumacera de salida 62. Cuando la
presión alcanza un nivel deseado, la chumacera de salida 62 se
desplaza hacia arriba dentro del elemento de retención 61, a fin de
permitir que el fluido a presión fluya a través de las lumbreras de
descarga 66 y al interior de la cámara de salida 70. Desde la
cámara de salida 70, el fluido presurizado pasa a través de una
lumbrera de descarga 72 hasta llegar a un colector 80. El fluido a
presión del colector 80 está listo para ser utilizado por un
operario a través de una herramienta fijada a una lumbrera de
salida 82 del colector 80.
Un sistema de diagnóstico 90 está conectado a la
cabeza de bomba 10 al objeto de indicar cuándo un componente de la
cabeza de bomba 10 no está funcionando correctamente, e identificar
el componente que funciona de forma defectuosa. El sistema de
diagnóstico 90 está provisto de uno o más sensores de temperatura 92
(designados por las referencias numéricas 92a-92c),
acoplados a la cabeza de bomba 10 en posiciones seleccionadas con
el fin de controlar los componentes seleccionados de la cabeza de
bomba 10. El sistema de diagnóstico 90 puede estar también provisto
de un procesador 94 acoplado a los sensores de temperatura 92, a
fin de analizar los datos procedentes de los sensores de
temperatura 92 e indicar a continuación cuándo alguno de los
componentes seleccionados no está funcionando correctamente.
En una realización del sistema de diagnóstico 90,
un único sensor de temperatura 92 está conectado a la cabeza de
bomba 10, próximo, ya sea a la junta de obturación de émbolo 50
(ilustrada por un primer sensor de temperatura 92a), ya sea al
capuchón de extremo 12 (ilustrado por un segundo sensor de
temperatura 92b), o ya sea a la válvula de retención de entrada 40
(ilustrada por un tercer sensor de temperatura 92c). En otra
realización, el sistema de diagnóstico 90 tiene dos sensores de
temperatura, de los cuales el primer sensor de temperatura 92a se
fija a la cabeza de bomba 10 aguas arriba de la válvula de
retención de entrada 40, y el segundo sensor de temperatura 92b se
fija al capuchón de extremo 12 aguas abajo de la válvula de
retención de salida 60. Se apreciará que las expresiones "aguas
arriba" y "aguas abajo" están en relación con el flujo de
fluido a través de la cabeza de bomba 10 durante la carrera de
presurización 27 del émbolo 24. En una realización preferida de un
sistema de diagnóstico de dos sensores 90, el primer sensor de
temperatura 92a está fijado al alojamiento 14 en las proximidades de
la junta de obturación de émbolo 50, y el segundo sensor de
temperatura 92b está fijado a la parte superior del capuchón de
extremo 12. En aún otra realización del sistema de diagnóstico 90,
se han dispuesto tres sensores de temperatura fijados a la cabeza de
bomba 10, de tal forma que el primer sensor de temperatura 92a está
fijado al alojamiento 14, próximo a la junta de obturación de
émbolo 50, el segundo sensor de temperatura 92b está fijado a la
parte superior del capuchón de extremo 12, y el tercer sensor de
temperatura 92c está fijado al alojamiento 14 en las proximidades
de la válvula de retención de entrada 40. Los sensores de
temperatura 92 pueden ser termistores (resistencias variables con la
temperatura) u otros tipos de elementos sensibles a la temperatura
que midan con precisión pequeños cambios en las temperaturas.
Termistores adecuados provistos de los circuitos adecuados
generarán señales eléctricas correspondientes a la temperatura y
enviarán estas señales a lo largo de líneas de transmisión 93
(designadas por los números de referencia 93a-93c)
al procesador 94. Por ejemplo, pueden contactarse termistores
QT06007-007, fabricados por la Quality Thermistors
de Boise, Idaho, a una computadora dotada de un procesador Pentium®
a través de una placa o cuadro de toma de datos de A/D (analógico /
digital) fabricado por la Keithly Metrabyte, de Tauton,
Massachusetts.
El sistema de diagnóstico 90 indica que un
componente está funcionando defectuosamente e indica el componente
que no funciona correctamente al situar un sensor de temperatura 92
en las proximidades del componente concreto, o bien al situar una
pluralidad de sensores de temperatura en posiciones seleccionadas
que, conjuntamente, indican el estado operativo de varios
componentes de cabeza de bomba. Cuando se escapa fluido a presión
de uno de los componentes controlados por un sensor de temperatura,
la temperatura del fluido que se fuga aumenta, lo que provoca un
incremento de la temperatura en una posición correspondiente de la
cabeza de bomba o del fluido contenido en la cabeza de bomba. El
sistema de diagnóstico 90 sitúa, en consecuencia, un sensor de
temperatura 92 donde éste es influido por el flujo de calor
provocado por la fuga, de tal forma que el sensor de temperatura,
ya sea solo o en combinación con otros sensores de temperatura,
aísla la fuente del flujo de calor. De este modo, el sistema de
diagnóstico 90 no está limitado a la realización que se muestra en
la Figura 1, sino que, en lugar de ello, cubre aplicaciones en las
cuales se colocan uno o más sensores de temperatura en los lugares
en que pueden identificar de forma precisa los componentes de
funcionamiento defectuoso en las aplicaciones de fluido a alta
presión.
La Figura 2 ilustra una realización del
procedimiento lógico o de programación que se ha introducido en el
procesador 94, o bien del procedimiento manual utilizado por un
operario, con el fin de diagnosticar o evaluar el estado operativo
de la válvula de retención de entrada 40, de la junta de obturación
de émbolo 50 y/o de la válvula de retención de salida 60, por medio
de un sistema de diagnóstico de dos sensores. El procedimiento que
se muestra en la Figura 2 se aplica, preferiblemente, a un sistema
de diagnóstico 90 en el cual el primer sensor de temperatura 92a se
fija al alojamiento 14 en las proximidades de la junta de
obturación de émbolo 50, y el segundo sensor 92b se fija al
capuchón de extremo 12 (que se muestra en la Figura 1).
El procedimiento comienza en la etapa 100, en la
cual el operario o el procesador 94 constata las primera y segunda
temperaturas de referencia (T_{R1} y T_{R2}), correspondientes
a las temperaturas de funcionamiento normal de la cabeza de bomba
10 en los primer y segundo sensores de temperatura 92a y 92b. El
procedimiento continúa con la etapa 102, en la cual se obtiene una
primera temperatura medida (T_{1}) del primer sensor de
temperatura 92a y se obtiene una segunda temperatura medida
(T_{2}) del segundo sensor de temperatura 92b. A continuación, en
las etapas 104, 106 y 108, el procesador 94 compara las primera y
segunda temperaturas medidas T_{1} y T_{2} con las primera y
segunda temperaturas de referencia T_{R1} y T_{R2} al objeto de
determinar si algún elemento de entre la válvula de retención de
entrada 40, la junta de obturación de émbolo 50 ó la válvula de
retención de salida 60 están funcionando incorrectamente.
En la etapa 104, por ejemplo, el procesador 94
analiza si la primera temperatura medida T_{1} es mayor que la
primera temperatura de referencia T_{R1}, y si la segunda
temperatura media T_{2} es mayor que la segunda temperatura de
referencia T_{R2}. Si tanto la primera como la segunda
temperaturas medidas T_{1} y T_{2} se encuentran por encima de
las primera y segunda temperaturas de referencia T_{R1} y
T_{R2}, el procesador procede a ejecutar la etapa 105, en la cual
éste indica que la válvula de retención de entrada no está
funcionando adecuadamente. Sin embargo, si no se satisfacen los
parámetros de la etapa 104, entonces el procesador 94 procede a
ejecutar la etapa 106, en la cual analiza si la primera temperatura
medida T_{1} es mayor que la primera temperatura de referencia
T_{R1} y si la segunda temperatura medida T_{2} es
aproximadamente igual a la segunda temperatura de referencia
T_{R2}. Si se satisfacen los criterios de la etapa 106, el
procesador lleva a cabo la etapa 107, en la cual éste indica que la
junta de obturación de émbolo 50 no está funcionando correctamente.
Si ni aun se satisfacen los parámetros de la etapa 106, entonces el
procesador 94 procede a realizar la etapa 108, en la cual analiza si
la primera temperatura medida T_{1} es aproximadamente igual a la
primera temperatura de referencia T_{R1} y si la segunda
temperatura medida T_{2} es mayor que la segunda temperatura de
referencia T_{R2}. Si se satisfacen las comprobaciones de la etapa
108, el procesador continúa con la ejecución de la etapa 109, en la
cual indica que la válvula de retención de salida 60 no está
funcionando adecuadamente. Si no se satisfacen las comprobaciones de
la etapa 108, entonces el procesador 94 procede con la ejecución de
la etapa 110, en la cual indica que la cabeza de bomba 10 está
operativa.
Una vez alcanzada la etapa 110, el procesador 94
prosigue con la repetición de las etapas 102, 104, 106, 108 y 110,
hasta que las primera y segunda temperaturas medidas T_{1} y
T_{2} hacen que el procesador continúe, bien con la etapa 105,
bien con la 107, o bien con la 109. De esta forma, el sistema de
diagnóstico 90 evalúa de forma continua el estado de la cabeza de
bomba 10 para indicar e identificar cuando un elemento de entre la
válvula de retención de entrada, la válvula de retención de salida y
la junta de obturación de émbolo está funcionando
defectuosamente.
Las realizaciones del sistema de diagnóstico 90
descritas anteriormente en relación con las Figuras 1 y 2 reducen
el coste y el tiempo de parada necesarios para reparar cabezas de
bomba desgastadas o que han dejado de funcionar. A diferencia de las
técnicas de seguimiento o control convencionales, el sistema de
diagnóstico 90 identifica el componente específico de la cabeza de
bomba 10 que no está funcionando adecuadamente. Un incremento de la
temperatura en el sensor o sensores de temperatura
correspondiente(s) al componente de funcionamiento defectuoso
no sólo indica que la cabeza de bomba 10 está a punto de fallar,
sino que también identifica el componente que no funciona
correctamente, de tal forma que un técnico puede aislar rápidamente
el problema y reparar la cabeza de bomba. Así pues, en comparación
con las técnicas de seguimiento convencionales, las realizaciones
del sistema de diagnóstico 90 que se muestran en las Figuras 1 y 2
reducen los costes y el tiempo de parada necesarios para reparar
las cabezas de bomba.
Las realizaciones del sistema de diagnóstico 90
anteriormente descrito pueden indicar también específicamente si la
válvula de retención de entrada 40, la válvula de retención de
salida 60 o la junta de obturación de émbolo 50 funciona
defectuosamente, con el uso tan sólo de dos sensores. El primer
sensor de temperatura 92a controla una primera sección de la cabeza
de bomba 10 en una posición en la que la transferencia de calor se
ve afectada por fugas, ya sea en la junta de obturación de émbolo
50, ya sea en la válvula de retención de entrada 40. El segundo
sensor de temperatura 92b controla una segunda sección de la cabeza
de bomba 10 en una posición en la que la transferencia de calor se
ve afectada por la presencia de fugas, ya sea en la válvula de
retención de entrada 40 o en la válvula de retención de salida 60.
Puesto que una fuga en la válvula de retención de entrada 40 afecta
tanto al primer como al segundo sensores de temperatura 92a y 92b,
pero las fugas en la junta de obturación de émbolo 50 y en la
válvula de retención de salida 60 afectan tan solo a uno de entre
el primer y el segundo sensores de temperatura 92a y 92b,
respectivamente, es posible determinar individualmente el estado
operativo de una de entre la válvula de retención de entrada 40, la
válvula de retención de salida 60 o la junta de obturación de
émbolo 50, con tan solo dos sensores de temperatura. Como
consecuencia de ello, una realización preferida del sistema de
diagnóstico 90 requiere únicamente la instalación y el
mantenimiento de dos sensores de temperatura para llevar a cabo el
seguimiento de tres de los componentes tienen las mayores
probabilidades de funcionar incorrectamente.
Las realizaciones del sistema de diagnóstico 90
que se muestran en las Figuras 1 y 2 pueden también indicar que un
componente de la cabeza de bomba 10 no está funcionando
correctamente antes de que éste provoque un fallo total o drástico
de la cabeza de bomba 10. Debido a que el sistema de diagnóstico 90
ubica los sensores de temperatura próximos a los componentes de la
cabeza de bomba 10 que pueden funcionar defectuosamente con mayor
probabilidad, el sistema de diagnóstico 90 es capaz de indicar con
precisión que la cabeza de bomba 10 está a punto de fallar con sólo
un incremento relativamente pequeño de la temperatura en los
sensores de temperatura correspondientes. En consecuencia,
comparado con los sistemas de seguimiento convencionales que
únicamente cortan o desactivan una cabeza de bomba cuando se ha
producido un incremento de temperatura relativamente grande, el
sistema de diagnóstico 90 es capaz de detener la cabeza de bomba 10
antes de que una fuga tenga la oportunidad de provocar un fallo
drástico en la cabeza de bomba 10.
La Figura 3 ilustra una bomba 99 de múltiples
cabezas que está provista de tres cabezas de bomba 10a, 10b y 10c,
fijadas a un único conjunto de motor 18. Un primer sensor de
temperatura 92a (designado con las referencias numéricas 92a_{1},
92a_{2} y 92a_{3}) se ha fijado a cada cabeza de bomba aguas
arriba con respecto a una válvula de retención de entrada
correspondiente (no mostrada), y se ha fijado un segundo sensor de
temperatura 92b (designado por medio de los números de referencia
92b_{1}, 92b_{2} y 92b_{3}) a cada cabeza de bomba, aguas
abajo con respecto a una válvula de retención de salida
correspondiente (no mostrada). Por ejemplo, los primeros sensores de
temperatura 92a_{1}, 92a_{2} y 92a_{3} pueden estar fijados a
los alojamientos 14a, 14b y 14c, en las proximidades de las juntas
de obturación de émbolo correspondientes (no mostradas). De forma
similar, los segundos sensores de temperatura 92b_{1}, 92b_{2}
y 92b_{3} pueden estar fijados a la parte superior de los
capuchones de extremo 12a, 12b y 12c. Se ha conectado un procesador
a cada uno de los primer y segundo sensores de temperatura 92a y
92b, a fin de recibir y procesar las primera y segunda temperatura
medidas en la totalidad de los primer y segundo sensores de
temperatura 92a y 92b. Como se describe en lo que sigue, el
procesador 94 controla de modo continuo la válvula de retención de
entrada, la junta de obturación de émbolo y la válvula de retención
de salida, de cada cabeza de bomba 10a-10c.
La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra
el procedimiento de programación o software utilizado por el
procesador 94 para controlar la bomba de múltiples cabezas 99 de la
Figura 3. El procedimiento de la Figura 4 es substancialmente el
mismo que el que se ha descrito anteriormente en relación con la
Figura 2, a excepción de que el procesador 94 lleva a cabo las
etapas 102, 104, 106, 108 y 110 para una de las cabezas de bomba
10a, 10b o 10c (una "cabeza de bomba evaluada") y, a
continuación, procede a realizar la etapa 112, en la cual el
procesador seleccionada una de las otras dos cabezas de bomba que
se han de evaluar, comenzando por la etapa 102. Otra diferencia es
que el procesador lleva a cabo la etapa 103, en la cual se
determinan las primera y segunda temperaturas de referencia
T_{R1} y T_{R2} calculando el promedio entre las primera y
segunda temperaturas obtenidas en las dos cabezas de bomba que no
son la cabeza de bomba evaluada para la iteración particular de las
etapas 102-110. Por ejemplo, cuando la primera
cabeza de bomba 10a es la cabeza de bomba evaluada, el procesador 94
obtiene unas primera y segunda temperaturas medidas T_{1} y
T_{2} de cada cabeza de bomba en la etapa 102, y, a continuación:
(1) calcula la primera temperatura de referencia T_{R1}
promediando las primeras temperaturas medidas T_{1} que se
obtienen en las segunda y tercera cabezas de bomba 10b y 10c; y (2)
calcula la segunda temperatura de referencia T_{R2} como promedio
de las segundas temperaturas medidas T_{2} obtenidas en las
segunda y tercera cabezas de bomba 10b y 10c. Una vez que se han
calculado las primera y segunda temperaturas de referencia T_{R1}
y T_{R2} en la etapa 103, el procesador prosigue realizando las
etapas 104-110 con el fin de evaluar los componentes
de la primera cabeza de bomba 10a. Si el procesador 94 procede con
la etapa 110 para la primera cabeza de bomba 10a, el procesador
lleva entonces a cabo la etapa 112, en la cual éste cambia la cabeza
de bomba evaluada a la segunda cabeza de bomba 10b.
Con el fin de evaluar los componentes de las
segunda y tercera cabezas de bomba 10b y 10c, el procesador 94
repite las etapas 102, 104, 106, 108, 110 y 112 para cada cabeza de
bomba, hasta que uno de los componentes se encuentre en el modo de
fallo. Por ejemplo, con el fin de evaluar el estado de la segunda
cabeza de bomba 10b, el procesador 94 lleva a cabo la etapa 102
para obtener de nuevo unas primera y segunda temperaturas medidas
para cada cabeza de bomba. El procesador 94 prosigue con la etapa
103, en la cual calcula las primera y segunda temperaturas de
referencia T_{R1} y T_{R2} para la segunda cabeza de bomba 10b,
calculando para ello el promedio de las primera y segunda
temperaturas medidas T_{1} y T_{2} de las primera y tercera
cabezas de bomba 10a y 10c. Si la segunda cabeza de bomba 10b se
encuentra operativa, el procesador 94 lleva a cabo a continuación
todas las etapas previas 104-110 y cambia la bomba
evaluada en la etapa 112 a la tercera cabeza de bomba 10c. El
procesador 94 evalúa de forma similar la tercera cabeza de bomba
10c calculando para ello las primera y segunda temperaturas de
referencia T_{R1} y T_{R2} de las primera y segunda cabezas de
bomba 10a y 10b.
La Figura 4 ilustra asimismo otra realización del
procedimiento lógico o de programación empleado por el procesador
94 para efectuar el seguimiento de la bomba de múltiples cabezas 99
que se muestra en la Figura 3. En esta realización, el procesador
94 tan sólo lleva a cabo las etapas 105, 107 ó 109 después de que la
temperatura medida en el componente de bomba particular haya estado
por encima de su temperatura de referencia correspondiente durante
un periodo de tiempo concreto o un número de ciclos particular. El
procesador 94 cuenta, en consecuencia, el número de veces "n"
que la temperatura medida concreta es mayor que la temperatura de
referencia correspondiente para un tamaño de muestreo S de ciclos.
En la etapa 104a, por ejemplo, el procesador compara la relación
n/S con un valor de n_{MAX}/S para el cual es probable que el
incremento de la temperatura del componente particular indique que
el componente está funcionando de forma defectuosa, en oposición a
una lectura de la temperatura incorrecta o a algún otro error. Si
n/S es mayor que n_{MAX}/S, el procesador procede a realizar la
etapa 105, a fin de indicar que la válvula de retención de entrada
no está funcionando correctamente. Las etapas 106a y 108a son
similares a la etapa 104a, a excepción de que el procesador lleva a
cabo, bien la etapa 107 o bien la etapa 109, con el fin de indicar
que la junta de obturación de émbolo o la válvula de retención de
salida están funcionando incorrectamente. En consecuencia, en una
realización preferida de un sistema de diagnóstico para una bomba de
alta presión o un sistema de fluido, el procesador únicamente
procede a indicar que un componente está funcionando
incorrectamente una vez que la temperatura del componente particular
ha estado por encima de su temperatura de referencia
correspondiente durante un periodo de tiempo suficiente como para
reducir los errores de lectura.
Los procedimientos que se ilustran en las Figuras
2 y 4 pueden ser implementados sin necesidad de una experimentación
excesiva por parte de una persona experta en programación
informática, con el uso de una computadora adecuada y de
programación o software disponible comercialmente. Por ejemplo, se
desarrollaron programas para implementar estos procedimientos con el
uso de lógica de Extensión de Ensayo Visual (Visual Test
Extension software), desarrollada por la Keithly Metrabyte, y
del Visual Basic de Microsoft®, producido por la Microsoft
Corporation, de Redmond, Washington.
La Figura 5 es un gráfico que muestra una
realización de la salida de un sistema de diagnóstico 90 provisto
de dos sensores en cada una de las cabezas de bomba de una bomba de
alta presión de tres cabezas. Las líneas indicadas por las
referencias numéricas 120, 122 y 124 representan las primeras
temperaturas medidas T_{1} de los primeros sensores de
temperatura 92a, situados en las proximidades de las juntas de
obturación de émbolo de las cabezas de bomba
10a-10c, respectivamente. Las líneas indicadas por
los números de referencia 140, 142 y 144 corresponden a las
segundas temperaturas medidas de las tapas o capuchones de extremo
12 de las cabezas de bomba 10a-10c,
respectivamente. Como se muestra en la Figura 5, aproximadamente a
la 1:30 am, las primera y segunda temperaturas medidas 120 y 140 de
la primera cabeza de bomba 10a se incrementaron rápidamente, lo que
indica que la válvula de retención de entrada de la primera cabeza
de bomba 10a está funcionando de forma defectuosa. En consecuencia,
el procesador 94 puede disponer de un dispositivo de presentación
visual destinado a indicar visualmente cuándo un componente
específico de una cabeza de bomba específica no está funcionando
correctamente.
La Figura 6 es un diagrama esquemático que
muestra una realización de un sistema de alta presión 100 provisto
de una bomba de alta presión 99 de múltiples cabezas, conectada a
una pluralidad de herramientas 120 y boquillas 130 a través de una
conducción de alta presión 110. Discos giratorios y válvulas
adecuados para los sistemas de fluido a alta presión son los discos
giratorios 008344-1 y las válvulas de conexión /
desconexión o intermitentes 001322-1, ambos
fabricados por la Flow International Corporation. La bomba 99 puede
ser similar a la bomba 99 descrita anteriormente en relación con la
Figura 3, y, de esta forma, el sensor de temperatura 92 representa
una pluralidad de elementos de detección de temperatura fijados a
varios componentes de cada cabeza de bomba. Las herramientas 120
pueden ser herramientas rotativas provistas de un elemento rotativo
122, tales como un disco giratorio o sierra radial de alta velocidad
o de gran potencia, y es posible acoplar un sensor o elemento de
detección de temperatura 92 a cada herramienta 120. Las boquillas
130 se controlan, preferiblemente, mediante válvulas 132, y es
posible conectar un sensor de temperatura 92 a cada válvula 132. Los
sensores de temperatura 92 se conectan al procesador 94 a través de
líneas 93. En funcionamiento, cada sensor o elemento de detección
de temperatura 92 detecta una temperatura medida en un componente
discreto o individual del sistema de alta presión 100. El procesador
94 evalúa entonces las temperaturas medidas comparando las
temperaturas medidas con las temperaturas de referencia
correspondientes. Por ejemplo, la temperatura de referencia para
cada componente de cabeza de bomba puede ser determinada de la forma
que se ha explicado anteriormente con respecto a Figura 4.
Análogamente, la temperatura de referencia para las herramientas 120
puede determinarse promediando o comparando las temperaturas de las
herramientas 120, y las temperaturas de referencia para las
válvulas 132 pueden determinarse promediando o comparando las
temperaturas de las válvulas 132. El procesador 94 indica, en
consecuencia, cuándo un componente está funcionando de forma
defectuosa e identifica el componente concreto que no funciona
correctamente, tal como se ha descrito en lo anterior.
Claims (31)
1. Una bomba de alta presión que comprende:
una cabeza de bomba (10),
una cámara de presurización (20),
un miembro de presurización, que se recibe, al
menos parcialmente, dentro de la cámara de presurización (20),
siendo el miembro de presurización susceptible de ser desplazado
dentro de la cámara de presurización con el fin de arrastrar fluido
al interior de la cámara de presurización (20) por medio de una
acción de toma o admisión, y de comprimir un fluido dentro de la
cámara de presurización por medio de una acción de
presurización;
un conjunto de control (40) de fluido de entrada,
acoplado a la cámara de presurización (20) con el fin de permitir
al fluido entrar en la cámara de presurización a través de una
lumbrera de entrada durante la acción de admisión, y de evitar el
flujo de retroceso o retro-flujo a través de la
lumbrera de entrada durante la acción de presurización;
un conjunto de control (60) de fluido a presión,
acoplado a la cámara de presurización (20) con el fin de permitir
selectivamente al fluido a presión el paso desde la cámara de
presurización hacia una cámara de salida (70) durante al menos una
porción de la acción de presurización, y de impedir el flujo de
retroceso desde la cámara de salida hacia la cámara de
presurización; y
un sistema de diagnóstico o evaluación, que tiene
un primer sensor de temperatura (92a) acoplado a la cabeza de
bomba, y un segundo sensor de temperatura (92b), acoplado a la
cabeza de bomba, estando situado el primer sensor de temperatura
(92a) sobre la cabeza de bomba con el fin de detectar un flujo de
calor generado por un componente específico e identificar que el
componente específico está funcionando de forma defectuosa, en el
cual el primer sensor de temperatura (92a) está acoplado a la
cabeza de bomba (10), aguas arriba del conjunto de control (40) de
fluido de entrada con respecto a un sentido del flujo del fluido
que tiene lugar a través de la bomba durante la acción de
presurización (27) del miembro de presurización (24), y el segundo
sensor de temperatura (92b) está acoplado a la cabeza de bomba (10)
aguas abajo del conjunto de control (60) de fluido a presión con
respecto al sentido de flujo del fluido, indicando el primer y el
segundo sensores de temperatura, conjuntamente el uno con el otro,
un estado operativo individual de cada uno de entre el conjunto de
control (40) de fluido de entrada, el conjunto de control (60) de
fluido a presión, y un componente de la cabeza de bomba situado
aguas arriba con respecto al conjunto de control de fluido de
entrada.
2. La bomba de acuerdo con la reivindicación 1,
en la cual el conjunto de control de fluido de entrada comprende
una válvula de retención de entrada (40), y en la cual la válvula
de retención de entrada (40) se identifica como el componente de
funcionamiento defectuoso cuando el primer y el segundo sensores de
temperatura (92a, 92b) registran unas primera y segunda
temperaturas por encima de unas primera y segunda temperaturas de
referencia.
3. La bomba de acuerdo con la reivindicación 2,
en la cual el conjunto de control de fluido de entrada comprende
una válvula de retención de entrada (40) y una junta de obturación
estática (48), y en la cual una de las válvulas de retención de
entrada (40) y la junta de obturación estática (48) se identifica
como en mal funcionamiento cuando los primer y segundo sensores de
temperatura (92a, 92b) registran unas primera y segunda
temperaturas por encima de las primera y segunda temperaturas de
referencia.
4. La bomba de acuerdo con la reivindicación 1,
en la cual el conjunto de control de fluido de salida comprende una
válvula de retención de salida (60), y en la cual la válvula de
retención de salida se identifica como en mal funcionamiento cuando
el primer sensor de temperatura (92a) registra una primera
temperatura próxima a una primera temperatura de referencia y el
segundo sensor de temperatura (92b) registra una segunda
temperatura mayor que una segunda temperatura de referencia.
5. La bomba de acuerdo con la reivindicación 1,
en la cual el componente situado aguas arriba del conjunto de
control de fluido de entrada comprende una junta de obturación
(50), situada en torno al miembro de presurización, y en la cual la
junta de obturación se identifica como en mal funcionamiento cuando
el primer sensor de temperatura (92a) registra una primera
temperatura mayor que una primera temperatura de referencia, y el
segundo sensor de temperatura (92b) registra una segunda
temperatura próxima a una segunda temperatura de referencia.
6. La bomba de acuerdo con la reivindicación 1,
que comprende adicionalmente un procesador (94), conectado a los
primer y segundo sensores de temperatura, y en la cual el procesador
(94) compara una primera temperatura medida procedente del primer
sensor de temperatura (92a) con una primera temperatura de
referencia, y una segunda temperatura medida procedente del segundo
sensor de temperatura (92b) con una segunda temperatura de
referencia, a fin de determinar el estado operativo individual de
cada uno de entre el conjunto de control de fluido de entrada (40),
el conjunto de control de fluido a presión (60) y el componente
situado aguas arriba con respecto al conjunto de control de fluido
de entrada.
7. La bomba de acuerdo con la reivindicación 6,
en la cual el conjunto de control de fluido de entrada comprende
una válvula de retención de entrada (40), y en la cual la válvula
de retención de entrada se identifica como en mal funcionamiento
cuando los primer y segundo sensores de temperatura (92a, 92b)
registran unas primera y segunda temperaturas por encima de las
primera y segunda temperaturas de referencia.
8. La bomba de acuerdo con la reivindicación 6,
en la cual el conjunto de control de fluido de salida comprende una
válvula de retención de salida (50), y en la cual la válvula de
retención de salida se identifica como en mal funcionamiento cuando
el primer sensor de temperatura (92a) registra una primera
temperatura aproximada a la primera temperatura de referencia y el
segundo sensor de temperatura (92b) registra una segunda
temperatura mayor que una segunda temperatura de referencia.
9. La bomba de acuerdo con la reivindicación 6,
en la cual el componente situado aguas arriba con respecto al
conjunto de control de fluido de entrada comprende una junta de
obturación (60) situada en torno al miembro de presurización, y en
la cual la junta de obturación se identifica como en mal
funcionamiento cuando el primer sensor de temperatura (92a)
registra una primera temperatura mayor que una primera temperatura
de referencia y el segundo sensor de temperatura (92b) registra una
segunda temperatura próxima a una segunda temperatura de
referencia.
10. La bomba de acuerdo con la reivindicación 1,
que comprende adicionalmente:
una junta de obturación, situada aguas arriba del
conjunto de control de fluido de entrada, estando colocada la junta
de obturación en torno al miembro de presurización, y
un tercer sensor de temperatura (92c), fijado a
la cabeza de la bomba próximo al conjunto de control de fluido de
entrada.
11. La bomba de alta presión de acuerdo con la
reivindicación 1, en la cual el miembro de presurización es un
émbolo o pistón (24) que tiene un primer extremo que se recibe en
la cámara de presurización (20) y un segundo extremo destinado a ser
fijado de forma operativa a un motor, y existe una junta de
obturación (50) situada en torno al émbolo, en dirección al segundo
extremo del émbolo (24), y en la cual el primer sensor de
temperatura (92a) está acoplado a la cámara de presurización en una
posición próxima a la junta de obturación, y el segundo sensor de
temperatura (92b) está acoplado a una tapa o capuchón de extremo
(12) que aloja la cámara de salida (70), indicando el primer y el
segundo sensores de temperatura el estado operativo del conjunto de
control de fluido de entrada, del conjunto de control de fluido a
presión y de la junta de obturación (50).
12. La bomba de acuerdo con la reivindicación 11,
que comprende adicionalmente un procesador (94), conectado a los
primer y segundo sensores de temperatura (92a, 92b), en la cual el
procesador compara una primera temperatura medida procedente del
primer sensor de temperatura con una primera temperatura de
referencia, y una segunda temperatura medida procedente del segundo
sensor de temperatura con una segunda temperatura de referencia, a
fin de determinar el estado operativo individual de cada uno de
entre el conjunto de control de fluido de entrada, el conjunto de
control de fluido a presión (60) y la junta de obturación (50).
13. La bomba de acuerdo con la reivindicación 12,
en la cual el procesador identifica que el conjunto de control de
fluido de entrada (40) está funcionando de forma defectuosa cuando
los primer y segundo sensores de temperatura (92a, 92b) registran
unas primera y segunda temperaturas por encima de las primera y
segunda temperaturas de referencia.
14. La cabeza de bomba de acuerdo con la
reivindicación 12, en la cual el procesador identifica que el
conjunto de control de fluido a presión (60) está funcionando de
forma defectuosa cuando el primer sensor de temperatura (92a)
registra una primera temperatura próxima a la primera temperatura
de referencia y el segundo sensor de temperatura (92b) registra una
segunda temperatura mayor que la segunda temperatura de
referencia.
15. La bomba de acuerdo con la reivindicación 12,
en la cual el procesador identifica que la junta de obturación (50)
está funcionando de forma defectuosa cuando el primer sensor (92a)
de temperatura de referencia registra una primera temperatura mayor
que la primera temperatura de referencia, y el segundo sensor de
temperatura (92b) registra una segunda temperatura próxima a la
segunda temperatura de referencia.
16. La bomba de acuerdo con la reivindicación 1,
que comprende adicionalmente:
una junta de obturación (50), situada en torno al
miembro de presurización con el fin de cerrar herméticamente la
cámara de presurización; y
un procesador (94), conectado operativamente a
los primer y segundo sensores de temperatura (92a, 92b) con el fin
de recibir, respectivamente, unas primera y segunda señales de
temperatura, en la cual el procesador (94) identifica
específicamente si el conjunto de control (40) de fluido de entrada,
el conjunto de control (60) de fluido a presión o la junta de
obturación (50) están funcionando de forma defectuosa, al comparar
las primera y segunda señales de temperatura con las primera y
segunda señales de referencia, respectivamente.
17. La bomba de alta presión de acuerdo con la
reivindicación 1, en la cual existen tres de cada uno de los
siguientes elementos: cámara de presurización, miembro de
presurización, conjunto de control de fluido de entrada, conjunto de
control de fluido a presión y sistema de diagnóstico, operativos en
tres cabezas de bomba independientes, teniendo cada cabeza de bomba
una junta de obturación situada en torno al miembro de
presurización, y comprendiendo adicionalmente un procesador
conectado a cada sensor de temperatura, comparando el procesador
señales de entrada procedentes de los sensores de temperatura con
el fin de identificar específicamente si uno de entre los conjuntos
de control de fluido de entrada, los conjuntos de control de fluido
a presión y las juntas de obturación está funcionando de forma
defectuosa.
18. Una bomba que tiene un sistema de diagnóstico
o evaluación que comprende:
un primer sensor de temperatura (92a), acoplado a
la bomba en una posición sometida a la influencia de un flujo de
calor en una junta de obturación (50) de la bomba y a una
temperatura de fluido dentro de una cámara de presurización (20) de
la bomba; un segundo sensor de temperatura (92b), acoplado a la
bomba en una posición situada aguas abajo del conjunto de válvula
de retención de salida (60) de la bomba con respecto a un flujo de
fluido a través de la bomba; y un procesador (94), conectado
operativamente a los primer y segundo sensores de temperatura con el
fin de recibir unas primera y segunda señales de entrada de
temperatura, en la cual el procesador identifica específicamente si
una válvula de retención de entrada (40), la válvula de retención de
salida (60) o la junta de obturación (50) está funcionando de forma
defectuosa al comparar las primera y segunda señales de entrada con
un primer y un segundo niveles de referencia, respectivamente.
19. La bomba y el sistema de diagnóstico de
acuerdo con la reivindicación 18, en los cuales el procesador (94)
identifica que la válvula de retención de entrada (40) está
funcionando de forma defectuosa cuando las primera y segunda señales
de entrada son mayores que los primer y segundo niveles de
referencia (104, 105).
20. La bomba y el sistema de diagnóstico de
acuerdo con la reivindicación 18, en los cuales el procesador (94)
identifica que la válvula de retención de salida (60) está
funcionando de forma defectuosa cuando la primera señal de entrada
está próxima al primer nivel de referencia y la segunda señal de
entrada es mayor que el segundo nivel de referencia (108, 109).
21. La bomba y el sistema de diagnóstico de
acuerdo con la reivindicación 18, en los cuales el procesador
identifica que la junta de obturación (50) está funcionando de
forma defectuosa cuando la primera señal de entrada es mayor que el
primer nivel de referencia y la segunda señal de entrada es próxima
al segundo nivel de referencia (106, 107).
22. Un sistema de fluido de alta presión que
comprende:
una bomba de alta presión;
un componente acoplado a la bomba con el fin de
recibir fluido a presión procedente de la bomba;
un sensor de temperatura (92), fijado a al menos
uno elemento de entre la bomba y el componente, en una posición en
la cual puede detectarse un flujo de calor producido por una fuga
en uno de entre la bomba y el componente; y
un procesador (94), conectado operativamente al
sensor de temperatura (92), de tal manera que el procesador compara
una temperatura detectada, procedente del sensor de temperatura,
con una temperatura de referencia, y el procesador indica que el
elemento de entre la bomba y el componente está funcionando
defectuosamente cuando la temperatura detectada se encuentra por
encima de la temperatura de referencia para un periodo
predeterminado.
23. El sistema de fluido de alta presión de
acuerdo con la reivindicación 22, en el cual el componente es una
herramienta dinámica (120) accionada por el fluido a alta presión,
y el sensor de temperatura (92) está acoplado a la herramienta
(120).
24. El sistema de fluido a alta presión de
acuerdo con la reivindicación 22, en el cual el componente es un
elemento de sujeción que acopla la bomba a una herramienta (120), y
el sensor de temperatura (92) está acoplado al elemento de
sujeción.
25. El sistema de alta presión de acuerdo con la
reivindicación 22, en el cual la bomba tiene una válvula de
retención de entrada (40), una válvula de retención de salida (60)
y una junta de obturación (50) de émbolo, y en el cual el sensor de
temperatura comprende un primer elemento de detección de temperatura
(92a), acoplado a la bomba en una posición próxima a la junta de
obturación de émbolo, y un segundo elemento de detección de
temperatura (92b), acoplado a una cámara de salida de la bomba, en
una posición próxima a la válvula de retención de salida.
26. El sistema de fluido de alta presión de
acuerdo con la reivindicación 25, en el cual el componente es una
herramienta dinámica (120) accionada por el fluido a alta presión,
y el sensor de temperatura comprende adicionalmente un tercer
elemento de detección de temperatura (92) que está acoplado a la
herramienta.
27. El sistema de alta presión de acuerdo con la
reivindicación 22, en el cual:
el componente comprende una placa o disco
giratorio (120) que está acoplado a la bomba a través de una
conducción de fluido a alta presión (110), y una boquilla (130) que
está acoplada a la bomba a través de una válvula y de la conducción
de fluido a alta presión (110);
la bomba comprende una cámara de presurización
(20), un émbolo (24) que es recibido dentro de la cámara de
presurización, una junta de obturación (50) de émbolo, situada
entre el émbolo y la cámara de presurización, una cámara de salida
para el fluido a presión (70), y un conjunto de válvula de bomba
que tiene una válvula de retención de entrada (40) y una válvula
de retención de salida (60) entre la cámara de presurización (20) y
la cámara de salida (70); y
el sensor de temperatura comprende una pluralidad
de elementos de detección de temperatura individuales (92),
acoplados al procesador (94), y en el sistema se ha acoplado un
elemento de detección individual a cada uno de los siguientes
elementos: el disco giratorio (120), la válvula de boquilla (130),
la cámara de presurización (20), en las proximidades de la junta de
obturación (92) de émbolo, y la cámara de salida (70).
28. Un método para predecir el fallo de un
componente en una bomba de alta presión que tiene una cámara de
presurización, una junta de obturación destinada a cerrar
herméticamente u obturar la cámara de presurización, una válvula de
retención de entrada, acoplada a la cámara de presurización, y una
válvula de retención de salida, acoplada a la cámara de
presurización, comprendiendo dicho método:
medir una primera temperatura (92a) de un primer
componente de bomba situado aguas arriba de la válvula de retención
de entrada (40) con respecto al flujo del fluido a través de la
bomba,
medir una segunda temperatura (92b) de un segundo
componente de bomba situado aguas abajo de la válvula de retención
de salida (60) con respecto al flujo del fluido a través de la
bomba;
comparar las primera y segunda temperaturas
medidas con unas primera y segunda temperaturas de referencia,
respectivamente; y
diagnosticar o evaluar que uno de entre la
válvula de retención de entrada (40), la válvula de retención de
salida (60) o un componente situado aguas arriba de la válvula de
retención de entrada con respecto al flujo de fluido a través de la
bomba, está funcionando de forma defectuosa.
29. El método de acuerdo con la reivindicación
28, en el cual el acto del diagnóstico o evaluación comprende
identificar la válvula de retención de entrada (40) como en estado
de funcionamiento defectuoso cuando las primera y segunda
temperaturas son mayores que las primera y segunda temperaturas de
referencia, respectivamente (104, 105).
30. El método de acuerdo con la reivindicación
28, en el cual el acto de evaluación comprende identificar la
válvula de retención de salida (60) como en estado de
funcionamiento defectuoso cuando la primera temperatura es próxima a
la primera temperatura de referencia y la segunda temperatura es
mayor que la segunda temperatura de referencia (108, 109).
31. El método de acuerdo con la reivindicación
28, en el cual el acto de evaluación comprende identificar la junta
de obturación (50) como en estado de funcionamiento defectuoso
cuando la primera temperatura es mayor que la primera temperatura de
referencia y la segunda temperatura es próxima a la segunda
temperatura de referencia (106, 107).
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