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.Info
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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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