ES2221978T3 - Dispositivo autolavable de separacion y de filtracion de particulas solidas de una corriente de liquido y aplicacion a un circuito de inyeccion de carburante que comprende un dispositivo de esta clase. - Google Patents

Dispositivo autolavable de separacion y de filtracion de particulas solidas de una corriente de liquido y aplicacion a un circuito de inyeccion de carburante que comprende un dispositivo de esta clase.

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ES2221978T3 ES98403188T ES98403188T ES2221978T3 ES 2221978 T3 ES2221978 T3 ES 2221978T3 ES 98403188 T ES98403188 T ES 98403188T ES 98403188 T ES98403188 T ES 98403188T ES 2221978 T3 ES2221978 T3 ES 2221978T3
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Abstract

EL DISPOSITIVO AUTOLAVABLE DE SEPARACION Y DE FILTRACION DE PARTICULAS SOLIDAS EN UN CAUDAL DE LIQUIDO COMPRENDE: - UNA CAMARA INTERNA (11), - UNA ENTRADA TANGENCIAL (12) DE LIQUIDO QUE DESEMBOCA EN LA CAMARA INTERNA (11), PERMITIENDO LA CONFIGURACION TANGENCIAL DE LA ENTRADA CREAR UN TORBELLINO EN LA CAMARA INTERNA (119 PARA SEPARAR LAS PARTICULAS SOLIDAS POR EFECTO CENTRIFUGO Y PROPULSARLAS A LA PERIFERIA DEL TORBELLINO, - UNA SALIDA TANGENCIAL (13) DE LIQUIDO PARA EVACUAR LAS PARTICULAS SOLIDAS, - UNA TELA FILTRANTE TUBULAR (14) MONTADA LONGITUDINALMENTE EN LA CAMARA INTERNA (11) PARA TOMAR Y FILTRAR UNA PARTE DEL LIQUIDO SITUADO EN EL CENTRO DEL TORBELLINO, COMPRENDIENDO LA TELA FILTRANTE UN CONDUCTO CENTRAL LONGITUDINAL (15) QUE DESEMBOCA EN AL MENOS UNA SALIDA LONGITUDINAL (16) DE LIQUIDO FILTRADO. APLICACION EN UN CIRCUITO DE INYECCION DE COMBUSTIBLE.

Description

Dispositivo autolavable de separación y de filtración de partículas sólidas de una corriente de líquido y aplicación a un circuito de inyección de carburante que comprende un dispositivo de esta clase.
La invención se refiere a un dispositivo autolavable de separación y de filtrado de partículas sólidas de un caudal de líquido, y una aplicación de este dispositivo en un circuito de inyección de carburante.
En numerosos dispositivos que utilizan líquidos a presión elevada, es necesario que el líquido sea filtrado perfectamente para evitar el desgaste provocado por sus contaminantes. Es habitual satisfacer este requisito mediante un cartucho filtrante que pueda reemplazarse cuando esté obstruido. Es habitual, también, montar una válvula de derivación que permita hacer circular el líquido evitando un cartucho obstruido. El estado del filtro debe controlarse regularmente con objeto de evitar un deterioro rápido de los costosos aparatos que el filtro está destinado a proteger.
En el caso particular de un sistema de alimentación y dosificación del carburante de una turbomáquina, que comprende generalmente una bomba de engranajes, por ejemplo de tipo volumétrico, un dispositivo de dosificación de caudal e inyectores de carburante, es necesario proteger este sistema de la contaminación exterior que proviene de los depósitos de carburante, y proteger el dispositivo de dosificación y los inyectores de la contaminación debida a las partículas de desgaste producidas por la bomba e, incluso, de la destrucción de la bomba. Sin embargo, esta doble protección no puede obtenerse utilizando un solo filtro. Por otro lado, la utilización de dos filtros colocados, respectivamente, aguas arriba y aguas abajo de la bomba, lleva consigo dificultades de instalación, un aumento de la masa del motor, operaciones de mantenimiento suplementarias y una dificultad funcional, debida a las elevadas presiones aguas arriba de la bomba. Por otra parte, estos sistemas producen pérdidas de carga, no despreciables, que aumentan en función del grado de obstrucción del filtro.
Para liberarse de los problemas de mantenimiento del filtro dispuesto aguas abajo de la bomba, puede utilizarse un filtro autolavable. Generalmente, los filtros autolavables conocidos comprenden un cartucho filtrante provisto de un conducto central por el que pasa el flujo principal del caudal de carburante. Para alimentar los dispositivos de dosificación y de inyección de carburante, parte del carburante se separa del conducto principal del filtro, y, a continuación, se filtra a través del cartucho filtrante. El inconveniente de los filtros autolavables conocidos es que, para que el efecto de lavado sea eficaz, solamente pueden filtrar una pequeña cantidad de caudal de carburante con respecto a la cantidad de caudal de carburante que entra en el filtro. La cantidad de caudal de carburante filtrado es generalmente inferior al 10% de la cantidad total del caudal de carburante que entra en el filtro. En consecuencia, cuanto mayor sea la cantidad de caudal de carburante a filtrar, mayor será el tamaño de la superficie del cartucho filtrante del filtro. Por lo tanto, los filtros autolavables presentan, generalmente, una masa y un volumen considerables.
Existen, también, filtros autolavables con efecto centrífugo, tales como los descritos, en particular, en las patentes US 3807 568 y US 3718 258. Pero estos filtros presentan, generalmente, zonas de acumulación de las partículas contaminantes, lo que crea pérdidas de carga del flujo de líquido entre la entrada y la salida del filtro.
El objeto de la invención es realizar un dispositivo autolavable de separación y de filtrado de partículas sólidas de un caudal de líquido que presente un volumen y una masa reducidos, y que permita aumentar la relación entre la cantidad de caudal de líquido filtrado y la cantidad de caudal de líquido que entre en el filtro, asegurando, al mismo tiempo, un lavado eficaz de la tela filtrante.
Para ello, la invención se refiere a un dispositivo autolavable de separación y de filtrado en el que las partículas sólidas más densas se separen por el efecto de la fuerza centrífuga, con objeto de proteger la tela filtrante contra una contaminación demasiado grande. Las partículas sólidas separadas son conducidas directamente hacia la salida del filtro, y el caudal de líquido que atraviese la tela filtrante no contiene más que partículas sólidas residuales de pequeña densidad que quedan retenidas en pequeña proporción en la superficie de la tela filtrante, siendo arrastrada la mayor parte de las partículas, gracias a la velocidad del fluido, paralelamente a la superficie de la tela.
Según la invención, el dispositivo autolavable de separación y filtrado de partículas sólidas de un caudal de líquido se define mediante las características de la reivindicación 1.
La invención se refiere, también, a la aplicación del dispositivo autolavable a un circuito de inyección de carburante, caracterizada porque la entrada tangencial de líquido está conectada, aguas abajo, con una bomba de alta presión, la salida tangencial de líquido está conectada, aguas arriba, con un filtro principal, por medio de una válvula de derivación, y la salida longitudinal de líquido filtrado está conectada con un dispositivo de dosificación de carburante.
Otras particularidades y ventajas de la invención se manifestarán claramente en la continuación de la descripción, proporcionada a título de ejemplo no limitativo y hecha en relación con las figuras adjuntas, que representan:
- la figura 1, una vista esquemática, en perspectiva, de un primer ejemplo del dispositivo autolavable de separación y de filtrado de partículas de un caudal de líquido,
- la figura 2, una vista esquemática, en perspectiva, de un segundo ejemplo de dispositivo autolavable de separación y de filtrado de partículas,
- la figura 3, una vista esquemática, en corte transversal, de un tercer ejemplo de dispositivo autolavable de separación y de filtrado de partículas según la invención,
- la figura 4, una vista esquemática, en corte longitudinal, del tercer ejemplo de dispositivo autolavable de separación y de filtrado de partículas,
- la figura 5, un esquema de un ejemplo de aplicación del dispositivo autolavable de separación y de filtrado de partículas en un circuito de inyección de carburante.
El dispositivo autolavable de separación y de filtrado de partículas sólidas de un caudal de líquido comprende un cárter 10 de forma tubular que comprende una pared periférica, una pared superior, una pared inferior, una cámara 11 interna delimitada por dichas paredes del cárter, una entrada 12 tangencial de líquido que desemboca en la cámara 11 interna, junto a la pared superior del cárter 10, y una salida 13 tangencial de líquido prevista junto a la pared inferior del cárter 10. Hay una tela filtrante 14, tubular, montada longitudinalmente en la cámara 11 interna, entre las paredes superior e inferior. La tela filtrante 14 comprende un conducto central 15, longitudinal, que desemboca en, al menos, una salida 16 longitudinal de líquido filtrado, estando dicha salida 16 longitudinal prevista en la pared superior y/o inferior del cárter 10.
La configuración tangencial de la entrada 12 de líquido permite crear un remolino en la cámara 11 interna, a fin de separar las partículas sólidas más pesadas por el efecto de la fuerza centrífuga y arrastrarlas hacia la salida 13 tangencial de fluido. El caudal de líquido que atraviese la tela filtrante comprende, únicamente, partículas residuales de pequeña densidad, lo que permite proteger la tela filtrante contra una contaminación demasiado grande y aumentar la cantidad de caudal de líquido filtrado con respecto al caudal de líquido de entrada, sin aumentar el volumen del dispositivo autolavable de separación y de filtrado.
De modo preferido, como se representa en la figura 3, a la altura de la entrada 12 tangencial de líquido, la superficie interior del cárter tiene forma de espiral, a fin de constituir una voluta 31. Esta forma permite mantener constantes las velocidades de flujo radiales V_{R} y tangenciales V_{T} del caudal de líquido en torno a la tela filtrante 14, lo que asegura un reparto uniforme del caudal de líquido filtrado en toda la superficie lateral de la tela filtrante y un reparto uniforme de la velocidad tangencial V_{T} de lavado, con objeto de evitar la presencia de zonas de acumulación de los contaminantes.
Al nivel de la salida 13 tangencial de líquido, la superficie interior del cárter está dispuesta también en espiral, con objeto de constituir una voluta 32 de forma invertida en relación con la de la voluta de entrada, a fin de facilitar la evacuación de las partículas sólidas hacia la salida 13 tangencial.
Ventajosamente, la entrada 12 puede ser una abertura de pequeña anchura que ocupe toda la longitud del cárter 10, a fin de que el remolino tenga la misma velocidad de rotación en toda la cámara 11.
De manera ventajosa, como se representa en la figura 4, entre las volutas de entrada y de salida, el cárter 10 tiene una sección interna creciente y la tela filtrante 14, decreciente, a fin de minimizar las pérdidas de carga del flujo de líquido entre la entrada tangencial y la salida tangencial de líquido.
Para aplicarse en un circuito de alimentación de carburante que comprenda un dispositivo de inyección de carburante en el que el caudal de carburante pueda filtrarse de modo poco fino, por ejemplo a 300 \mum, y dispositivos de realimentación en los que el caudal de carburante tenga que filtrarse de modo fino, por ejemplo entre 70 y 100 \mum, la tela filtrante está constituida, ventajosamente, como se representa en la figura 2, por la combinación de dos zonas de filtrado 21, 22 que tengan capacidades de retención diferentes. Las dos zonas de filtrado se disponen en la misma cámara 11 interna del cárter 10 y se separan mediante un tabique 23 de separación estanco. La primera zona 21 de filtrado, que tiene una capacidad de retención poco fina, comprende un conducto central, longitudinal, que desemboca en una primera salida 16 longitudinal de líquido filtrado, prevista en la pared superior del cárter 10 y destinada a conectarse con el dispositivo de inyección de carburante filtrado. La segunda zona 22 de filtrado, que tiene una capacidad de retención más fina, comprende un conducto central longitudinal que desemboca en una segunda salida 17 longitudinal de líquido filtrado, prevista en la pared inferior del cárter 10 y destinada a conectarse con los dispositivos de realimentación.
En funcionamiento, un caudal de líquido que contenga partículas sólidas a separar y a filtrar llega, a alta presión, a la cámara 11 interna del cárter 10, a través de la entrada 12 tangencial, con una velocidad tangencial V_{T} con respecto a la tela filtrante 14. El caudal de líquido se somete a un movimiento helicoidal que crea un remolino en la cámara 11 interna entre la tela filtrante 14 y la pared periférica del cárter 10. Por el efecto de los esfuerzos centrífugos, las partículas sólidas más densas contenidas en el caudal de líquido son impulsadas hacia el exterior del remolino, a lo largo de la pared periférica del cárter 10, y, después, hacia la pared inferior del cárter 10. La mayoría de estas partículas sólidas, densas, son evacuadas directamente hacia la salida 13 tangencial de líquido. El caudal de líquido liberado de las partículas sólidas más densas, pero que contiene partículas sólidas residuales finas, es arrastrado al centro del remolino con una velocidad tangencial elevada con respecto a la superficie de la tela filtrante.
Una primera parte del caudal de líquido, situada en el centro del remolino, atraviesa las mallas de la tela filtrante 14, en cuya superficie quedan atrapadas las partículas sólidas residuales. El caudal de fluido filtrado desemboca en el conducto longitudinal central de la tela filtrante y, después, es conducido hacia la salida longitudinal de líquido filtrado. La segunda parte del caudal de líquido es dirigida hacia la salida 13 tangencial del líquido con una velocidad tangencial elevada con respecto a la superficie de la tela filtrante 14. De paso, esta segunda parte del caudal de líquido elimina las partículas finas atrapadas en la superficie de la tela filtrante y las arrastra hacia la salida 13 tangencial de líquido, lo que tiene por efecto lavar la tela filtrante de manera continua durante toda la duración de funcionamiento del dispositivo de separación y de filtrado. Esta segunda parte del caudal de líquido no filtrado arrastra progresivamente, también, las partículas sólidas más densas, impulsadas al exterior del remolino, hacia la salida 13 tangencial de líquido.
La separación de las partículas contaminantes mediante centrifugación permite alejar dichas partículas contaminantes de la tela filtrante, y aumentar la cantidad de caudal de líquido extraída a través de la tela filtrante con respecto a la cantidad del caudal de lavado de la tela filtrante, al mismo tiempo que se mantiene un efecto de lavado eficaz. El refuerzo del efecto de lavado mediante el efecto separador permite aumentar la relación de caudal filtrado hasta un 50% del caudal entrante, sin aumentar las dimensiones de la superficie de la tela filtrante. El dispositivo de separación y de filtrado permite una ganancia de masa y de volumen, y permite asegurar mejor el carácter innecesario de cualquier tipo de vigilancia o de operación de mantenimiento.
La figura 5 representa un esquema de un ejemplo de aplicación del dispositivo de separación y de filtrado en un circuito de inyección de carburante.
El circuito de inyección de carburante comprende una bomba 41 de baja presión, que recibe carburante de una bomba de refuerzo, no representada, situada en un depósito de carburante. Este caudal de carburante es enviado a una bomba 42 de alta presión a través de un filtro principal 43 situado aguas arriba.
Aguas abajo de la bomba de alta presión, el caudal Q_{1} de carburante atraviesa un dispositivo 44 autolavable de separación y de filtrado según la invención. El dispositivo 44 de separación y de filtrado comprende una entrada y una salida tangencial de carburante y una tela filtrante provista de un conducto central longitudinal, que desemboca en una salida longitudinal de líquido filtrado. La salida longitudinal está conectada con un dispositivo 45 de dosificación de carburante, en cuya salida el caudal de carburante dosificado es dirigido hacia los inyectores 46 de carburante. A la altura del dispositivo 44 de separación y de filtrado, se realiza una separación de caudal Q_{2} de carburante, a través de la tela filtrante, para alimentar el dispositivo de dosificación de carburante. El caudal Q_{3} de carburante no separado es evacuado hacia la salida tangencial de carburante, arrastrando todas las partículas sólidas separadas por el efecto de la fuerza centrífuga y todas las partículas atrapadas en la superficie de la tela filtrante. A continuación, el caudal Q_{3} de carburante es hecho retornar, a través de una válvula 47 de derivación, aguas arriba del filtro 43 principal. La abertura 47 de la válvula de derivación se controla mediante un detector 48 de diferencia de presiones, conectado en paralelo con el dispositivo 45 de dosificación. La orden emitida por el detector 48 de diferencia de presiones se produce de modo que se mantenga constante la diferencia de presiones P_{AB}-P_{ARR} en los bornes del dispositivo 45 de dosificación.
Los dispositivos de realimentación no están representados en el circuito de inyección de carburante de la figura 5 y el dispositivo autolavable tiene una estructura igual a la representada en la figura 1.
Para ser aplicado en un circuito de inyección de carburante que comprenda dispositivos de realimentación, el dispositivo autolavable debe tener una estructura igual a la representada en la figura 2.

Claims (7)

1. Dispositivo autolavable de separación y de filtrado de partículas sólidas de un caudal de líquido, que incluye,
- un cárter (10) de forma tubular, que comprende una pared periférica, una pared superior y una pared inferior,
- una cámara (11) interna delimitada por las paredes del cárter (10),
- una entrada (12) tangencial de líquido, que desemboca en la cámara (11) interna, junto a la pared superior del cárter (10), permitiendo la configuración tangencial de la entrada crear un remolino en la cámara (11) interna, a fin de separar las partículas sólidas por el efecto de la fuerza centrífuga e impulsarlas hacia la periferia del remolino,
- una salida (13) tangencial de líquido prevista junto a la pared inferior del cárter (10), con objeto de evacuar las partículas sólidas,
- una tela (14) filtrante, tubular, montada longitudinalmente en la cámara (11) interna, entre las paredes superior e inferior del cárter, con objeto de separar y filtrar una parte del líquido situada en el centro del remolino, comprendiendo la tela filtrante un conducto (15) central, longitudinal, que desemboca en, al menos, una salida (16) longitudinal de líquido filtrado,
- y caracterizado porque a la altura de la entrada (12) tangencial de líquido, el cárter (10) comprende una superficie interna en forma de espiral, a fin de constituir una voluta (31) de entrada.
2. Dispositivo autolavable según la reivindicación 1, caracterizado porque a la altura de la salida (13) tangencial de líquido, el cárter comprende una superficie interna en forma de espiral, a fin de constituir una voluta (32) de salida.
3. Dispositivo autolavable según la reivindicación 2, caracterizado porque entre las volutas (31, 32) de entrada y de salida, el cárter (10) comprende un tramo interior creciente y la tela filtrante (14) comprende un tramo interior decreciente.
4. Dispositivo autolavable según la reivindicación 1, caracterizado porque la tela (14) filtrante está constituida por una primera y una segunda zonas (21, 22) de filtrado, que tienen diferentes capacidades de retención, comprendiendo la primera zona (21) de filtrado un primer conducto central, longitudinal, que desemboca en una primera salida (16) longitudinal de líquido filtrado prevista en la pared superior del cárter (10), comprendiendo la segunda zona (22) de filtrado un segundo conducto central, longitudinal, que desemboca en una segunda salida (17) longitudinal de líquido filtrado prevista en la pared inferior del cárter (10).
5. Dispositivo autolavable según la reivindicación 4, caracterizado porque las zonas (21, 22) de filtrado primera y segunda están separadas por un tabique (23) de separación estanco.
6. Aplicación del dispositivo autolavable, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, a un circuito de inyección de carburante, caracterizado porque la entrada (12) tangencial de líquido está conectada, aguas abajo, con una bomba de alta presión, la salida (13) tangencial de líquido está conectada, aguas arriba, con un filtro (43) principal por medio de una válvula (47) de derivación, y la salida longitudinal de líquido filtrado está conectada con un dispositivo (45) de dosificación de carburante.
7. Aplicación del dispositivo autolavable según la reivindicación 5 a un circuito de inyección de carburante, caracterizado porque la entrada (12) tangencial de líquido está conectada, aguas abajo, con una bomba de alta presión, la salida (13) tangencial de líquido está conectada, aguas arriba, con un filtro (43) principal por medio de una válvula (47) de derivación, la primera salida (16) longitudinal de líquido filtrado está conectada con un dispositivo (45) de dosificación de carburante, y la segunda salida (17) longitudinal de líquido filtrado está conectada con dispositivos de realimentación.
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