ES2293989T3 - Maquina de fluido esferica con mecanismo de control del flujo. - Google Patents
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Abstract
Máquina fluídica comprendiendo: un alojamiento (12) definiendo un interior generalmente esférico dicho alojamiento teniendo al menos una entrada de fluido (24, 26) y al menos una salida de fluido (24, 26) en comunicación con el interior de dicho alojamiento; una primera pala (52) dispuesta dentro del interior de dicho alojamiento; un árbol giratorio (32) que tiene un primer eje de rotación (33) montado en dicho alojamiento, dicha primera pala (52) estando acoplada a dicho árbol giratorio de modo que dicha primera pala sea hecha girar alrededor de dicho primer eje por dicho árbol giratorio; un árbol fijo (40) que se extiende en dicho interior de dicho alojamiento opuesto a dicho árbol giratorio (32), el eje de dicho árbol fijo siendo fijo respecto a dicho árbol giratorio, y dicho árbol fijo teniendo una parte terminal esférica (102) alrededor de la cual gira dicha primera pala; un anillo de soporte (116) soportado de forma giratoria en dicha parte terminal esférica (102) de dicho árbol fijo, el eje de rotación de dicho anillo de soporte estando orientado en un ángulo oblicuo en relación a dicho primer eje (33); y una segunda pala (54) montada de forma pivotante alrededor de un eje perpendicular a dicho primer eje (33) para permitir que dicha segunda pala pivote entre posiciones relativamente abierta y cerrada respecto a dicha primera pala (52) cuando la primera y la segunda pala son hechas girar juntas por dicho árbol giratorio (32) alrededor de dicho primer eje (33), dicha primera y segunda pala dividiendo dicho interior de dicho alojamiento en cámaras con el volumen de dichas cámaras variando cuando la segunda pala es movida entre posiciones relativamente abierta y cerrada, dicha segunda pala estando también acoplada de manera pivotante a dicho anillo de soporte (116) de modo que dicha segunda pala (54) pivota alrededor de un eje perpendicular a dicho eje de rotación del anillo de soporte, la rotación de dicho anillo de soporte (116) provocando que dicha segunda pala alterne entre las posiciones relativamente abierta y cerrada cuando dicha segunda pala es hecha girar alrededor de dicho primer eje por dicho árbol giratorio; caracterizada por el hecho de que dicho árbol fijo (40) es montado de manera ajustable en dicho alojamiento de modo que dicho árbol fijo pueda girar en varias posiciones fijas, y la máquina incluye un accionador (120, 260) que hace girar el árbol fijo (40) en varias posiciones fijas para cambiar el grado de comunicación de dichos puertos de entrada y salida de fluido (24, 26) con dichas cámaras para de ese modo controlar y ajustar la cantidad o dirección de flujo de fluido de la máquina fluídica.
Description
Máquina de fluido esférica con mecanismo de
control del flujo.
La invención se refiere generalmente a máquinas
o dispositivos fluídicos tales como motores, bombas o compresores
y, más particularmente, a la construcción y control de máquinas de
este tipo utilizando palas montadas giratorias.
Desde hace muchos años se conocen los Motores,
bombas y compresores giratorios. Generalmente estos dispositivos
consisten en un alojamiento o cárter dentro del cual una o más
palas giran. Estos se diferencian de aquellos dispositivos que
utilizan un pistón oscilante que se mueve linealmente. En el caso
de bombas o compresores giratorios, las palas son hechas girar por
un eje para presurizar o hacer que el fluido fluya a través del
dispositivo. En el caso de un motor giratorio, ocurre lo opuesto. El
fluido es introducido en el dispositivo bajo presión para desplazar
las palas, que a su vez giran y accionan un eje motor a las que las
palas están acopladas.
Para las bombas fluídicas giratorias, el flujo
de fluido es normalmente controlado por la velocidad a la que las
palas giratorias son hechas girar. Aumentando la velocidad se
bombea más fluido a través del dispositivo, mientras que reduciendo
la velocidad se reduce la cantidad de fluido bombeado. Además,
invertir el flujo a través del dispositivo, si es posible
completamente, requiere que las palas sean hechas girar en la
dirección opuesta o requiere que los puertos de entrada y de salida
sean reconfigurados o invertidos.
La patente UD 5,199,864 expone una bomba
fluídica giratoria que utiliza la rotación de las palas dentro de
un alojamiento esférico. Estos dispositivos son altamente eficaces
y son capaces de desplazar grandes cantidades de fluido. La
capacidad fluídica de estos dispositivos, no obstante, es también
normalmente controlada variando la velocidad en la que las palas son
hechas girar dentro del alojamiento. Debido a que esto normalmente
requiere variar la velocidad del motor que hace girar el árbol
giratorio, el nivel de flujo es frecuentemente difícil de controlar
con algún grado de precisión. Además, la dirección de flujo no puede
ser invertida sin modificar el dispositivo o invertir la dirección
de rotación del eje motor que acciona las palas.
Estos dispositivos de la técnica anterior tienen
otras limitaciones mecánicas, tales como la eliminación inadecuada
de calor de los dispositivos, la construcción de las palas para
proporcionar un mejor rendimiento, los métodos para asegurar juntos
los componentes del ensamblaje de tipo esférico alrededor del cual
las palas giran.
Lo que se necesita en consecuencia es una
máquina o dispositivo fluídico, tal como un motor, bomba o
compresor giratorio, donde el flujo de fluido a través del
dispositivo pueda ser controlado de una forma eficaz, simple y
precisa, y que permita al eje giratorio o de accionamiento del motor
del dispositivo ser girado a una velocidad o dirección generalmente
constante de rotación aunque se varíe la dirección o velocidad de
flujo del fluido, y que también supere las limitaciones mecánicas
de los dispositivos de la técnica anterior.
Según un aspecto de la presente invención se
provee una máquina fluídica que comprende: un alojamiento que
define un interior generalmente esférico, dicho alojamiento
teniendo al menos una entrada de fluido y al menos una salida de
fluido en comunicación con el interior de dicho alojamiento; una
primera pala dispuesta en el interior de dicho alojamiento; un árbol
giratorio que tiene un primer eje de rotación montado en dicho
alojamiento, dicha primera pala siendo acoplada a dicho árbol
giratorio de modo que dicha primera pala sea hecha girar alrededor
de dicho primer eje por dicho árbol giratorio; un árbol fijo que se
extiende en dicho interior de dicho alojamiento opuesto a dicho
árbol giratorio, el eje de dicho árbol fijo siendo fijo respecto a
dicho árbol giratorio, y dicho árbol fijo teniendo una parte
terminal esférica alrededor de la cual dicha primera pala gira; un
anillo de soporte soportado de forma giratoria en dicha parte
terminal esférica de dicho árbol fijo, el eje de rotación de dicho
anillo de soporte estando orientado en un ángulo oblicuo en
relación a dicho primer eje; y una segunda pala montada de forma
pivotante alrededor de un eje perpendicular a dicho primer eje para
permitir que dicha segunda pala pivote entre posiciones
relativamente abierta y cerrada respecto a dicha primera pala cuando
la primera y segunda pala son hechas girar juntas por dicho árbol
giratorio alrededor de dicho primer eje, dichas primera y segunda
pala dividiendo dicho interior de dicho alojamiento en cámaras con
el volumen de dichas cámaras siendo variable cuando la segunda pala
es movida entre las posiciones relativamente abierta y cerrada,
dicha segunda pala estando también acoplada de forma pivotante a
dicho anillo de soporte de modo que dicha segunda pala gire
alrededor de un eje perpendicular a dicho eje de rotación del
anillo de soporte, la rotación de dicho anillo de soporte provocando
que dicha segunda pala alterne entre posiciones relativamente
abierta y cerrada cuando dicha segunda pala sea hecha girar
alrededor de dicho primer eje por dicho árbol giratorio;
caracterizada por el hecho de que dicho árbol fijo es montado de
forma ajustable a dicho alojamiento de modo que dicho árbol fijo
pueda ser girado en varias posiciones fijas, y la máquina incluye un
accionador que hace girar el árbol fijo en varias posiciones fijas
para cambiar el grado de comunicación de dichos puertos de entrada
y salida de fluido con dichas cámaras para controlar y ajustar de
este modo la cantidad o dirección de flujo del fluido de la
máquina
fluídica.
fluídica.
Según otro aspecto de la presente invención se
provee un método para regular el flujo de fluido en una máquina
fluídica que comprende: proveer un alojamiento de la máquina
fluídica con un interior esférico hueco y teniendo primeros y
segundos puertos de fluido que están separados entre sí para
proporcionar comunicación de fluido entre el exterior y el interior
del alojamiento, al menos uno de los primeros y segundos puertos
estando conectado a una fuente de fluido; proveer una primera pala
dispuesta dentro del alojamiento, la primera pala siendo giratoria
alrededor de un primer eje; proveer un árbol fijo que se extiende
en el alojamiento interior, el eje de dicho árbol fijo siendo fijo
respecto a dicho árbol giratorio y, el árbol fijo teniendo una
parte terminal esférica dispuesta en el interior, alrededor de la
cual gira la primera pala; proveer un anillo de soporte montado de
forma giratoria sobre la parte terminal esférica del árbol fijo, el
anillo de soporte girando alrededor de un eje de anillo de soporte
que está orientado en un ángulo oblicuo con respecto al primer eje;
proveer una segunda pala que es montada de forma pivotante a la
primera pala de modo que la segunda pala gire alrededor de un eje
perpendicular al primer eje para permitir que la segunda pala pivote
entre posiciones relativamente abierta y cerrada con respecto a la
primera pala cuando la primera y la segunda pala giran juntas
alrededor del primer eje, la primera y segunda pala dividiendo el
interior del alojamiento en cámaras, la segunda pala estando
acoplada de manera pivotante al anillo de soporte de modo que la
segunda pala gire alrededor de un eje perpendicular al eje del
anillo de soporte; hacer girar la primera y segunda pala alrededor
del primer eje mientras el árbol fijo está en una primera posición
fija, la rotación de la segunda pala alrededor del primer eje
haciendo que el anillo de soporte gire alrededor del eje del anillo
de soporte y provoque así que la segunda pala alterne entre
posiciones relativamente abierta y cerrada cuando la primera y
segunda pala giran alrededor del primer eje, la primera y segunda
pala definiendo una cámara de admisión cuando la segunda pala es
oscilada a la posición abierta de modo que el fluido entra en la
cámara de admisión a través del primer puerto mientras el primer
puerto está en comunicación con la cámara de admisión, y donde la
primera y segunda pala definen una cámara de descarga cuando la
segunda pala es oscilada a la posición cerrada de modo que el fluido
sale de la cámara de descarga a través del segundo puerto mientras
el segundo puerto está en comunicación con la cámara de descarga;
caracterizado por el hecho de que árbol fijo está montado de manera
ajustable al alojamiento de modo que el árbol fijo pueda ser
orientado en varias posiciones fijas, y controlar mediante un
accionador el árbol fijo hacia una segunda posición de modo que el
grado de comunicación de los primeros y segundos puertos con las
cámaras de entrada y descarga definidas por la primera y segunda
pala cuando la primera y segunda pala son giradas alrededor del
primer eje es cambiado para variar el flujo de fluido a través de
la máquina.
En otro aspecto de la invención, el alojamiento
incluye aletas de enfriamiento para mejorar la transferencia de
calor con el entorno.
En otro aspecto más de la invención, al menos
una parte sustancial de una o más de las palas es hueca para
reducir el coste de material, peso y mejorar el rendimiento del
dispositivo.
En otro aspecto más de la invención, el
accionador incluye una placa o palanca de medición del tiempo que
es ajustada con respecto a la posición de uno o más puertos para
controlar el nivel de flujo o dirección del fluido.
Los expertos en la materia deducirán otros
aspectos y características de la presente invención de la lectura
de la siguiente descripción de formas de realización específicas de
la invención junto con las figuras anexas.
\vskip1.000000\baselineskip
Para una comprensión más completa de la presente
invención y las ventajas de la misma, ahora se hace referencia a
las descripciones siguientes tomadas junto con los dibujos anexos,
donde:
La Figura 1 es una vista en perspectiva frontal
de una bomba fluídica, mostrada con la mitad superior de un
alojamiento de la bomba fragmentada y retirada para revelar los
componentes internos del dispositivo, y construida según la
invención;
La Figura 2 es una vista en perspectiva de la
mitad inferior del alojamiento de la bomba de la figura 1 con los
componentes internos eliminados;
La Figura 3 es una vista en perspectiva de un
árbol giratorio y el ensamblaje de la primera pala de la bomba de
la figura 1, mostrada con el ensamblaje de la primera pala
fragmentado en dos mitades;
La Figura 4 es una vista en perspectiva de un
ensamblaje de la segunda pala de la bomba de la figura 1, mostrada
con el ensamblaje de la segunda pala fragmentado en dos
mitades;
La Figura 5 es una vista fragmentada en
perspectiva de un ensamblaje del árbol fijo de la bomba de la
figura 1, construida según la invención;
La Figura 6 es una vista en perspectiva de una
palanca de control de la capacidad de flujo para hacer girar el
árbol fijo de la figura 5, y construido según la invención;
La Figura 7 es una vista en sección transversal
de la palanca de la figura 6 tomada a lo largo de las líneas
7-7;
La Figura 8A es una vista en sección transversal
detallada de la bomba de la figura 1;
La Figura 8B es una vista en sección transversal
de la bomba de la figura 1, que muestra varios ejes rotacionales
del dispositivo;
La Figura 8C es un diagrama esquemático del
alojamiento de la bomba que muestra la rotación de un plano de
control con respecto al alojamiento de la bomba;
La Figura 9A es una vista en perspectiva de la
bomba de la figura 1 mostrada con la mitad superior del alojamiento
retirado y la palanca de control en una posición 0º;
La Figura 9B es una vista en perspectiva desde
arriba de la bomba de la figura 9A;
La Figura 9C es una vista en planta desde arriba
de la bomba de la figura 9A;
La Figura 9D es una vista lateral desde arriba
de la bomba de la figura 9A;
Las Figuras 10A-10E son vistas
en perspectiva secuenciadas de la bomba de las figuras
9A-9D con la palanca de control en la posición 0º,
cuando el árbol giratorio de la bomba gira 180º durante el
funcionamiento de la bomba;
La Figura 11A es una vista en perspectiva de la
bomba de la figura 1 mostrada con la mitad superior del alojamiento
retirado y la palanca de control en una posición de 180º;
La Figura 11B es una vista en perspectiva
frontal de la bomba de la figura 11A;
La Figura 11C es una vista en planta desde
arriba de la bomba de la figura 11A;
La Figura 11D es una vista en perspectiva
lateral de la bomba de la figura 11A;
Las Figuras 12A-12E son vistas
en perspectiva secuenciadas de la bomba de las figuras
11A-11D, con la palanca de control en una posición
de 180º, cuando el árbol giratorio de la bomba gira 180º durante el
funcionamiento de la bomba;
La Figura 13A es una vista en perspectiva de la
bomba de la figura 1 mostrada con la mitad superior del alojamiento
retirado y la palanca de control en una posición neutra de 90º;
La Figura 13B es una vista en perspectiva
frontal de la bomba de la figura 13A;
La Figura 13C es una vista en planta desde
arriba de la bomba de la figura 13A;
La Figura 13D es una vista en perspectiva
lateral de la bomba de la figura 13A;
Las Figuras 14A-14E son vistas
en perspectiva secuenciadas de la bomba de las figuras
13A-13D, con la palanca de control en la posición
neutra de 90º, cuando el árbol giratorio de la bomba gira 180º
durante el funcionamiento de la bomba;
La Figura 15 es una representación esquemática
de un sistema fluídico utilizando la bomba de la invención con
flujo de fluido en una dirección;
La Figura 16 es una representación esquemática
de un sistema fluídico utilizando la bomba de la invención con
flujo de fluido en una dirección inversa a la de la figura 15 por
rotación de la palanca de mando;
La Figura 17 es una vista desde arriba de una
placa de control de la capacidad de flujo para usarla con la bomba
de la figura 1 para montar el ensamblaje de árbol fijo en
posiciones diferentes fijas, y construida según la invención;
La Figura 18 es una vista lateral en sección
transversal de la placa de control de la figura 17 y el ensamblaje
de árbol fijo de la bomba de la figura 1, con la placa de control
fragmentada del ensamblaje de árbol fijo para ilustrar cómo se
monta la placa de control;
La Figura 19 es una vista en planta desde arriba
de otra placa de control de la capacidad de flujo para usarla con
la bomba de la figura 1, mostrada con agujeros para pasadores de la
placa de control en una orientación diferente, y construida según
la invención;
La Figura 20 es una vista desde arriba de la
placa de control de la figura 17, mostrada montada en el
alojamiento de la bomba de la figura 1;
La Figura 21 es una vista desde arriba de la
placa de control de la figura 19, mostrada montada en alojamiento
de la bomba de la figura 1;
La Figura 22 es una vista en perspectiva de otra
forma de realización de una mitad de segunda pala para un
ensamblaje de segunda pala, construida según la invención; y
La Figura 23 es una vista en perspectiva de una
mitad de primera pala de un ensamblaje de primera pala para el uso
en cooperación con la mitad de segunda pala de la figura 22, y
construida según la invención.
En referencia a la figura 1 de los dibujos, la
referencia numérica 10 designa de forma general una bomba o
compresor fluídico que realiza las características de la presente
invención. La bomba 10 tiene en general una construcción similar al
dispositivo descrito en la patente US 5,199,864 que se incorpora
aquí como referencia. Debe observarse que aunque el dispositivo 10
ha sido más específicamente descrito con respecto a su función y uso
como una bomba o compresor fluídico, también podría funcionar como
motor, como apreciarán fácilmente los expertos en la materia.
La bomba 10 incluye un alojamiento metálico 12;
tal como de acero o aluminio, que está formado por dos mitades 14,
16. Aunque el alojamiento 12 y otros componentes de la bomba 10 son
generalmente descritos y mostrados aquí como estando construidos de
metal, también se podrían utilizar muchos otros materiales, tales
como plástico o materiales poliméricos, dependiendo de la
aplicación del dispositivo 10 como apreciarán los expertos en la
materia. Por consiguiente, la invención no debería estar limitada a
los tipos particulares de materiales que se usan en su
construcción.
Cada mitad 14, 16 del alojamiento 12 está
generalmente configurada igual que la otra y tiene una cavidad
semiesférica interior 18 (Fig. 2), que forma un interior esférico
del alojamiento 12 cuando se unen las dos mitades 14, 16. Cada
mitad o pieza de alojamiento 14, 16 está provista de un reborde
circular 20 que tiene una superficie opuesta plana 21 que se
extiende alrededor del perímetro de la cavidad 18 y que se apoya o
engrana en el reborde correspondiente 20 de la otra pieza de
alojamiento 14, 16. La cara del reborde 21 se extiende en un plano
que generalmente divide el alojamiento esférico interior 18 en dos
mitades semiesféricas iguales cuando se unen las mitades de
alojamiento 14, 16.
Se forma una junta estanca al fluido entre las
mitades de alojamiento 14, 16 cuando se unen las mitades 14, 16. Se
puede interponer una junta o empaque (no mostrado) entre las caras
del reborde 21 para conseguirlo. El reborde 20 puede estar provisto
de agujeros 22 para alojar pernos o fijadores (no mostrados) para
unir las mitades de alojamiento 14, 16. De forma alternativa, las
mitades 14, 16 pueden ser soldadas, encoladas o unidas de otro modo
de una manera convencional como conocerán fácilmente los expertos en
la materia. Preferiblemente, no obstante, las mitades de
alojamiento 14, 16 son fijadas juntas de una manera no permanente
para permitir el acceso al alojamiento interior si fuera
necesario.
Formados en cada pieza de alojamiento 14, 16 hay
un puerto para el fluido posterior y frontal 24, 26 que comunican
entre el exterior del alojamiento y el interior del alojamiento 18.
En la forma de realización preferida, los puertos para el fluido
24, 26 están circunferencialmente separados uno de otro
aproximadamente 90º del puerto siguiente adyacente, con el centro
aproximado de cada puerto para el fluido estando contenido en un
plano orientado perpendicular a las caras del reborde 21 y que
bisecciona el interior del alojamiento 12 cuando se unen las
mitades de alojamiento 14, 16. Preferiblemente, los puertos 24, 26
están posicionados aproximadamente a 45º de las caras del reborde
21 en cada mitad de alojamiento 14, 16.
Formada en el extremo posterior de cada mitad de
alojamiento 14, 16 contigua al puerto posterior 24 se encuentra un
área rebajada 28 formada en el reborde circular 20 para recibir un
árbol de entrada principal 32 (Fig. 1), que se extiende a una
distancia en el alojamiento interior 18. El primer eje o eje de
rotación 33 del árbol de entrada 32 se extiende generalmente en el
mismo plano que las caras del reborde 21. Un collarín del árbol de
entrada 34 se extiende externamente desde las mitades de
alojamiento 14, 16 y está provisto de una superficie igualmente
rebordeada 36 para facilitar la unión de las mitades de
alojamiento.
Localizada en el extremo delantero del
alojamiento 12 opuesto al collarín 34 en cada mitad de alojamiento
14, 16 se encuentra un área rebajada 38 formada en el reborde
circular 20 para formar un paso de árbol para recibir un árbol fijo
40 (Fig. 1). Una pieza de cuello 42 se extiende por fuera del
reborde circular 20 y está también provista de una superficie
rebordeada 44 para facilitar la unión de las mitades de
alojamiento.
En la forma de realización particular mostrada,
el exterior del alojamiento 12 está provisto de una pluralidad de
aletas o nervaduras paralelas separadas entre sí 48 que proporcionan
rigidez estructural al alojamiento mientras reducen el peso del
dispositivo. Las aletas o nervaduras 48 también proporcionan una
mayor área de superficie del alojamiento para facilitar la
transferencia de calor.
El alojamiento 12 aloja los ensamblajes de
primera y segunda pala 52, 54, respectivamente. En referencia a la
figura 3, el ensamblaje de primera pala, designado generalmente 52,
está formado por dos mitades metálicas 56, 58. Las mitades de la
primera pala 56, 58 están generalmente configuradas iguales, cada
una con una superficie interna generalmente plana 59 que se apoya
contra la superficie interna de la otra mitad. Las mitades de la
primera pala 56, 58 tienen cada una elementos de pala opuestos 62,
64, que son unidos en extremidades opuestas por partes de bisagra
íntegras 66, 68 para definir una abertura central circular 69.
Cuando las mitades de la primera pala 56, 58 se unen, los elementos
de pala 62, 64 forman palas únicas opuestas 50. Para ello se
proveen agujeros para pernos 65 para recibir pernos hundidos o
tornillos (no mostrados). Las mitades de pala 56, 58 pueden ser
unidas, no obstante, por muchos otros medios de fijación, y pueden
ser encoladas, soldadas o unidas de otro modo de cualquier manera
convencional conocida por los expertos en la materia. También se
pueden proveer pasadores de alineación 67 recibidos dentro de los
agujeros para pasadores formados en las caras 59 para aseguran que
las mitades de pala 56, 58 sean posicionadas correspondientemente y
fijadas juntas.
Los elementos de pala 62 están cada uno provisto
de un receso de árbol de entrada 60 formado en la superficie plana
59 para recibir y acoplar el árbol de entrada 32 cuando se unen las
mitades de pala 56, 58. El ensamblaje de la primera pala 52 es
rígidamente acoplado al árbol de entrada 32 de modo que la rotación
del árbol de entrada 32 sea impartida al ensamblaje de primera pala
52 para girar las palas opuestas 50 dentro del interior del
alojamiento 18.
De forma similar, los elementos de pala 64 están
provistos de un receso para el árbol fijo 70 formado en la
superficie plana 59 para recibir el árbol fijo 40. El receso para
el árbol fijo 70 está configurado para permitir el ensamblaje de la
primera pala 52 para que gire libremente alrededor del árbol fijo
40. Las extremidades externas de los elementos de pala 62, 64
tienen una configuración generalmente de superficie de lúnula
esférica convexa correspondiente al interior esférico 18 del
alojamiento 12.
Las partes de bisagra 66, 68 están cada una
provista de un receso para el extremo del árbol 72. Se muestra un
falso árbol 74 provisto de la parte de bisagra 66 de la mitad de
pala 56. Este falso árbol 56 puede formar parte íntegra de una de
las mitades de pala 56, 58 o puede ser un elemento separado que es
fijado en su sitio. Como se muestra, el falso árbol 74 sobresale
hacia afuera en una distancia más allá de la parte de bisagra 66.
Las partes de bisagra 66, 68 están cada una escuadrada o plana a lo
largo de los bordes de la cara externa.
En referencia a la figura 4, también se muestra
el ensamblaje de la segunda pala 54 estando formado en dos mitades
76, 78, cada mitad 76, 78 siendo de construcción generalmente
similar. Las mitades de la segunda pala 76, 78 están hechas de
metal y están generalmente configuradas iguales, cada una con una
superficie interna 80 que es generalmente plana y que se apoya
contra la superficie interna de la otra mitad de pala. Las mitades
de la segunda pala 76, 78 tienen cada una elementos de pala
opuestos 82, 84, que son unidos en extremidades opuestas por partes
de bisagra íntegra 86, 88 para definir una abertura central
circular 90. Cuando las mitades de la segunda pala 76, 78 se unen,
los elementos de pala 82, 84 forman palas únicas opuestas 98. Las
mitades de palas 76, 78 pueden ser unidas por pernos, tornillos u
otros fijadores, o pueden ser encoladas o fijadas juntas de otro
modo de cualquier manera convencional bien conocida por los
expertos en la materia. Para ello se proveen agujeros para pernos
97. Adicionalmente también se pueden proveer agujeros para
pasadores 99 para recibir pasadores de alineación, tales como los
pasadores de alineación 67 de la figura 3.
Los elementos de pala 82, 84 están provistos
cada uno de recesos posteriores de pivote 92 formados en las
superficies internas 80 de cada mitad de pala 76,78. Las
extremidades extremas de los elementos de pala 82, 84 también
tienen generalmente una configuración de superficie de lúnula
esférica convexa correspondiente al interior esférico 18 del
alojamiento 12.
Las partes de bisagra 86, 88 están cada una
provista de un receso para el falso árbol 94. Se muestra un segundo
falso árbol 96 provisto de la parte de bisagra 88 de la mitad de
pala 78. Este falso árbol 96 puede formar parte íntegra de una de
las mitades de pala 76, 78 o puede ser un elemento separado que es
fijado en su sitio. Como se muestra, el falso árbol 96 sobresale una
distancia hacia adentro de la parte de bisagra 88. Ambas partes de
bisagra 86, 88 están escuadradas o planas a lo largo del borde de la
cara interna para corresponder a los bordes de la cara externa
plana de las partes de bisagra 66, 68 de las mitades de la primera
pala 56, 58. El exterior de las partes de bisagra 86, 88 tiene
forma de segmento o sector convexo esférico que está contorneado
uniformemente con la superficie curvada de las extremidades
externas de los elementos de pala 82, 84 y su forma corresponde al
interior esférico 18 del alojamiento 12.
Cuando se acoplan la primera y la segunda pala
52, 54 (Fig. 1) y se montan en el árbol de entrada principal 32,
los falsos ejes 74, 96 están generalmente concéntricos. El falso
árbol 74 del ensamblaje de la primera pala 52 es recibido dentro de
los recesos 94 de la parte de bisagra 86 del ensamblaje de la
segunda pala 54 para permitir la rotación relativa del ensamblaje
de la segunda pala 54 alrededor del falso árbol 74. Asimismo, el
falso árbol 96 del ensamblaje de la segunda pala 54 es recibido
dentro de los recesos 72 de la parte de bisagra 68 del ensamblaje
de la primera pala 52 y permite la rotación relativa del ensamblaje
de la primera pala 52 alrededor del falso árbol 96. De esta manera,
los ensamblajes de la primera y la segunda pala 52, 54 permanecen
interbloqueados aunque se deja que el ensamblaje de la segunda pala
54 pivote relativamente al ensamblaje de la primera pala 52
alrededor de un eje que es perpendicular al primer árbol 33 del
árbol de entrada 32.
La Figura 5 muestra una vista fragmentada de un
árbol fijo o ensamblaje de ese tipo 100. El ensamblaje de árbol
fijo 100 está compuesto del árbol cilíndrico 40 que es recibido en
los recesos 38 de las mitades de alojamiento 14, 16, como se
explicó previamente. El árbol cilíndrico 40 es coaxial al primer
árbol 33 del árbol de entrada 32 montado en el alojamiento 12. En el
extremo interno del árbol 40 hay una porción de árbol esférica 102
en forma de una sección de esfera. Sobresaliendo del lado interno
de la parte de árbol esférica 102 hay un árbol de anillo de soporte
cilíndrico 104. El eje longitudinal del árbol del anillo de soporte
104 está orientado en un ángulo oblicuo con respecto al eje del
árbol 40. Este ángulo puede variar, pero se encuentra
preferiblemente entre aproximadamente 30º a 60º, con 45º siendo el
ángulo preferido. Un reborde 106 sobresale del extremo del árbol
104 para facilitar el montaje de un tapón terminal 108, cuya sección
tiene forma esférica. El tapón terminal 108 está provisto de un
receso 110 para recibir el reborde 106 del árbol 104. En la forma
de realización mostrada, se utiliza un par de fijadores enroscados
112, tales como tornillos o pernos, que son recibidos dentro de
agujeros para pernos roscados dispuestos excéntricamente 114
formados en el reborde 106, para asegurar y fijar el tapón terminal
108 al árbol 104. Se pueden usar dos o más fijadores. Como los
fijadores están excéntricamente localizados con respecto al eje del
árbol 40, estos evitan la rotación relativa del tapón terminal 108
con respecto al árbol 40.
El tapón terminal 108 se utiliza para asegurar
un anillo de soporte central 116, que es montado de forma giratoria
sobre el eje del anillo de soporte 104. El anillo de soporte 116 es
configurado con una superficie externa en forma de segmento
esférico de modo que cuando el anillo de soporte 116 se monta en el
árbol 104 y el tapón terminal 108 es asegurado en su sitio, la
combinación de la parte esférica 102, anillo de soporte 116 y tapón
terminal 108 generalmente forma una esfera completa que está unida
en el extremo del eje 40. El diámetro de esta esfera generalmente
corresponde al diámetro de las aberturas centrales 69, 90 de los
ensamblajes de la primera y segunda pala 52, 54, respectivamente,
para permitir que los ensamblajes de las palas 52, 54 giren
alrededor de esta parte esférica del ensamblaje de árbol fijo 100
mientras esté acoplada allí estrechamente. El anillo de soporte 116
es centrado entre la parte esférica 102 y el tapón terminal
108.
El anillo de soporte 116 está provisto de
puntales de pivote que sobresalen de forma opuesta 118
sobresaliendo fuera de la superficie externa del anillo de soporte
116. Los puntales 118 están concéntricamente orientados a lo largo
de un eje que es perpendicular al eje de rotación del anillo de
soporte 116. Los puntales 118 son recibidos dentro de los recesos
para los puntales de pivote 92 de las mitades de la segunda pala
76, 78 cuando el ensamblaje de pala 50 es montado sobre la parte
esférica del ensamblaje de árbol fijo 100 formado por la parte
esférica 102, anillo de soporte 104 y tapón terminal 108.
Acoplada al árbol 40 opuesta a la parte esférica
102 hay una palanca de control de la capacidad de flujo 120 para
girar manualmente el árbol 40 y la parte esférica 102. La palanca
de control 120, mostrada con más detalle en las Figuras 6 y 7,
tiene una parte de cuerpo generalmente de forma circular 122. Un
brazo de palanca 124 se extiende de la parte de cuerpo 122. Formado
generalmente en el centro de la parte de cuerpo 122 hay un agujero
para pernos 126 para recibir un perno 128 para la fijación de la
palanca 120 al árbol 40 mediante un agujero central para pernos
roscado 130 formado en el extremo externo del árbol 40. Distanciado
alrededor del agujero para el perno 126 hay unos agujeros para
pasadores 132 que corresponden a los agujeros para pasadores 134
formados en el árbol. Los pasadores 136 son recibidos dentro de los
agujeros para pasadores 132, 134 para evitar la rotación relativa
de la palanca de control 120 con respecto al árbol 40. Aunque se
muestra un método particular de acoplamiento de la palanca 120 al
árbol 40, los expertos en la materia deducirán que también se
pueden utilizar otros medios.
Una ranura arqueada 138 que se extiende en un
arco de aproximadamente 180º está formada en la parte de cuerpo 122
de la palanca 120 para recibir un tornillo o perno de fijación 140.
La ranura arqueada 138 yace sobre un agujero para pernos roscado
142 formado en la pieza del cuello del alojamiento 42 de la mitad
de alojamiento 14 cuando el ensamblaje de árbol 100 es montado en
el alojamiento 12. El tornillo de fijación 140 se utiliza para
fijar la posición de la palanca 120 para evitar la rotación del
árbol 40 una vez que está en la posición deseada. Aflojando el
tornillo de fijación 140, la palanca 120 pueden ser girada hacia
varias posiciones para girar el ensamblaje de árbol 100, con el
tornillo de fijación 140 deslizándose dentro de la ranura 138.
La Figura 8A es una vista en sección transversal
longitudinal de la bomba ensamblada 10 mostrada con detalle más
mecánico. Aunque se muestra una forma de realización particular,
los expertos entenderán que se podría utilizar una variedad de
diferentes configuraciones y componentes, tales como cojinetes,
juntas, fijadores, etc., para asegurar el funcionamiento correcto
de la bomba 10. La forma de realización descrita sirve para entender
mejor la invención y no debería interpretarse que limita la
invención a la forma de realización particular mostrada.
Como se puede observar, el árbol de entrada 32
se extiende a través del collarín 34 en el extremo posterior del
alojamiento 12. El collarín 34 define una cavidad 144 que aloja un
par de ensamblajes de cojinete de rodillos de árbol de entrada
longitudinalmente separados 146, 148. Cada uno de los ensamblajes
de cojinete de rodillos 146, 148 está compuesto de un canal de
rodadura interno 154 y un canal de rodadura externo 156 que aloja
una pluralidad de cojinetes de rodillos circunferencialmente
distanciados estrechados 158 situado en medio. Los separadores 150,
152 mantienen los ensamblajes de cojinete de rodillos 146, 148 en
relación longitudinalmente separada uno del otro a lo largo del
árbol de entrada 32; con el canal de rodadura interno 154 del
ensamblaje de cojinete de rodillos 148 apoyándose contra un escalón
que sobresale externamente 160 del árbol motor 32 y el canal de
rodadura externo 156 apoyándose contra un soporte que sobresale
hacia afuera 162 del collarín 34.
Una tuerca de cojinete 164 enroscada sobre una
parte roscada 165 del árbol de entrada 32 se apoya contra el canal
de rodadura interno 154 del ensamblaje de cojinete 146 y precarga
los canales de rodadura internos 154. Abulonado al extremo del
collarín 34 se encuentra un anillo de retención del cojinete 166.
El anillo de retención del cojinete 166 se apoya contra el canal de
rodadura externo 156 del ensamblaje de cojinete 146 y precarga los
canales de rodadura externos del cojinete 156. El anillo de
retención 166 también sirve para cerrar la cavidad 144 del collarín
de alojamiento 34. Una junta anular para el aceite 168 instalada en
el labio anular 170 del anillo de retención 166 se apoya contra el
exterior de la tuerca de cojinete 164 para prevenir la fuga de
aceite o lubricante de la cavidad de cojinete 144.
Localizado dentro del área rebajada 28 y
circundando el árbol de entrada 32 hay una arandela 172 que se
apoya contra el canal de rodadura interno 154 del ensamblaje de
cojinete 148. Un muelle comprimido arrollado 174 se apoya contra la
arandela 172 y se apoya contra un manguito de carbón 176. El
manguito 176 está provisto de una junta tórica 178 localizada dentro
de una ranura anular interna del manguito 176. El manguito 176 se
apoya contra una placa fija anular de cerámica 180, que se asienta
contra un labio anular 182 que sobresale en el área rebajada 28. El
coeficiente de fricción bajo entre el manguito de carbón
interfacial 176 y la placa cerámica 180 permite al manguito 176
girar con el árbol de entrada 32, mientras proporciona una junta
estanca para prevenir el flujo de fluido entre la bomba interior 18
y la cavidad del collarín 144.
El árbol de entrada 32 se extiende en el
interior 18 del alojamiento 12 una distancia corta y es acoplado al
ensamblaje de la primera pala 52 dentro de las cavidades 60
formadas en las mitades de pala 56, 58. El extremo del árbol 32 está
provisto de un collarín anular 184 recibido en hendiduras 186
formadas en los recesos 60 de las mitades de pala 56, 58 para
prevenir el movimiento axial relativo del árbol 32 y el ensamblaje
de pala 52. El movimiento giratorio del ensamblaje de pala 52 y el
árbol 32 es evitado por elementos de chaveta 188 recibidos en
ranuras de chaveta del ensamblaje de pala 52 y árbol 32,
respectivamente.
Rodeando a la parte de árbol fijo 40 dentro del
receso 70 del ensamblaje de la primera pala 52 hay unos cojinetes
de rodillos longitudinales 206. Las juntas 208, 210 se proveen en
cualquier extremo del ensamblaje de cojinete de rodillos 206 para
evitar que el fluido escape a lo largo del árbol fijo 40 a través
de los recesos 70. Una junta tórica estática 212 circunda el árbol
40 en la interfaz del brazo de palanca 120 con una pieza de cuello
de alojamiento 42 para evitar la pérdida de fluido a través del
paso para el árbol 38.
Rodeando el árbol del anillo de soporte 104
están los ensamblajes de cojinete de rodillos 214, 216. Cada
ensamblaje de cojinete de rodillos 214, 216 está compuesto de un
canal de rodadura interno 218 y un canal de rodadura externo 220
con una pluralidad de cojinetes de rodillos estrechados 222 en
medio. Los canales de rodadura internos 218 de los ensamblajes 214,
216 están separados uno de otro por un separador 224. La cara
interna del anillo de soporte 116 reposa contra los canales de
rodadura externos 220. Una banda anular 226 sobresale radialmente
hacia adentro de la cara interna anular del anillo de soporte 116 y
sirve como separador entre los canales de rodadura externos 220 e
impide el movimiento axial del anillo de soporte 116 a lo largo del
árbol 104.
Las juntas de reborde 230, 232 proporcionadas en
las caras internas del tapón terminal 108 y la parte esférica 102,
respectivamente, engranan en los bordes laterales del anillo de
soporte 116 para evitar que el fluido entre en el espacio anular
que rodea el árbol del anillo de soporte 104 donde los ensamblajes
de cojinete 214, 216 están alojados y que contiene un lubricante
adecuado para lubricar los ensamblajes de cojinete 214, 216.
Los cojinetes de rodillos orientados axialmente
234 rodean los puntales de pivote 118 para permitir que las palas
secundarias 54 giren. Unas juntas para el fluido 236 están
provistas en la base de los puntales 118. Los cojinetes de empuje
orientados radialmente 238 están localizados en las extremidades
terminales de los puntales 118 y son sujetados en su sito por
tapones de empuje 240. Los tapones de empuje 240 son sujetados en
su sitio dentro de hendiduras anulares 242 formadas en los recesos
de los puntales de pivote 92.
Como se puede observar, las extremidades
externas de la primera pala 52 y la segunda pala 54 están muy
próximas o casi se tocan para proporcionar un espacio libre con el
interior 18 del alojamiento 12. Hay también un pequeño espacio
libre entre la parte terminal esférica del ensamblaje de árbol fijo
100 y las aberturas centrales 69, 90 de la primera y la segunda
pala 52, 54. Estos espacios deberían ser tan pequeños como sea
posible para permitir el movimiento libre de las palas 52, 54
dentro del interior 18 mientras se minimiza el deslizamiento o
pérdida de fluido a través de los espacios.
La Figura 8B ilustra la relación de los
distintos ejes giratorios de los componentes de la bomba. Como se
muestra, la segunda pala 54 gira alrededor de un eje giratorio de
la segunda pala, que es el mismo que el eje del anillo de soporte
246. El eje 246 intersecta el eje de la primera pala 33 en un
ángulo oblicuo y define un plano de control 247. La segunda pala 54
pivota alrededor de los puntales de pivote 118 alrededor de un eje
de pivote de la segunda pala 245 que permanece perpendicular al eje
del anillo de soporte 246.
La Figura 8C muestra una vista lateral de la
bomba 10 vista a lo largo del primer eje y mostrando las distintas
orientaciones del plano de control del tiempo 247 que puede
conseguir el ensamblaje de árbol fijo 100, como se describe
abajo.
En referencia a las figuras
9-14, se muestra la bomba 10 con el alojamiento
superior 16 retirado para revelar los componentes internos de la
bomba 10. Las puertos 24, 26 del alojamiento superior 16, no
obstante, son mostrados para indicar su posición relativa si el
alojamiento superior 16 estuviera presente. Además, aunque el árbol
de entrada 32 puede ser rotado en una dirección bien en el sentido
de las agujas del reloj o contrario a las agujas del reloj, para
los objetivos de la siguiente descripción, se describe el
funcionamiento de la bomba 10 donde el árbol de entrada 32 gira en
una dirección de giro en el sentido de las agujas del reloj, como
indica la flecha 244.
En referencia a las figuras
9A-9D, se muestra la bomba 10 con la palanca 120
completamente girada en una posición inicial de 0º. Con la palanca
120 en esta posición, el ensamblaje de árbol fijo 100 es orientado
de modo que el anillo de soporte o el segundo eje 246 esté
orientado en un ángulo de 45º a la derecha del primer eje 33, como
se ve en la figura 9C, de modo que el plano de control 247 (figs.
8B y 8C) se extiende en un plano sustancialmente horizontal que es
generalmente el mismo o paralelo al plano de los rebordes 20 que
biseccionan el alojamiento 12.
Las figuras 9A-9D muestran la
primera y la segunda pala 50, 98 con la segunda pala 98 en una
posición central intermedia de su recorrido. El puerto delantero 26
del alojamiento superior 16 y el puerto posterior 24 del alojamiento
inferior 14 sirven de aberturas de descarga, mientras el puerto
posterior 24 del alojamiento superior 16 y el puerto delantero 26
del alojamiento inferior 14 sirven de aberturas de admisión. La
primera y la segunda pala 50, 98 dividen el interior esférico 18
del alojamiento en cuatro cámaras, definidas por los espacios entre
la primera y la segunda pala 50, 98 designadas con 248, 250. Aunque
no se puede ver, los espacios correspondientes o cámaras estarían
presentes en la mitad inferior del alojamiento 14.
Las figuras 10A-10E muestra
vistas secuenciadas de la bomba 10 en funcionamiento con la palanca
de control 120 en la posición 0º cuando el árbol de entrada gira
con un revolución de 180º. Para hacer una descripción más fácil,
las segundas palas opuestas son marcadas 98A, 98B, con las primeras
palas opuestas estando designadas con 50A, 50B. Como se muestra en
las figuras 9A y 9C, cuando el árbol de entrada 32 gira, los
ensamblajes de la primera pala y la segunda pala 52, 54 son girados
alrededor del primer eje 33 dentro del interior del alojamiento 18.
Como el ensamblaje de la segunda pala 54 es montado de forma
pivotante en el anillo de soporte 116 mediante puntales de pivote
118, el ensamblaje de la segunda pala 54 hace que el anillo de
soporte 116 gire en el árbol del anillo de soporte 104 (no mostrado)
alrededor del eje del anillo de soporte 245. Dado que el eje del
anillo de soporte 245 está orientado en un ángulo oblicuo con
respecto al primer eje 33, el anillo de soporte 116 hace que cada
segunda pala 98A, 98B oscile o se mueva hacia atrás y hacia
adelante entre una posición completamente abierta y una posición
completamente
cerrada.
cerrada.
La figura 10A muestra la bomba 10 con la segunda
pala 98A en la posición completamente cerrada respecto a la primera
pala 50A. En la posición completamente cerrada, la segunda pala 98A
se apoya contra o está muy próxima a la primera pala 50A, de modo
que el volumen entre ambas es mínimo. Por el contrario, con
respecto a la primera pala opuesta 50B, la pala 98A está en una
posición completamente abierta de modo que el espacio entre las
palas 98A y 50B está en su máximo. Cualquier fluido dentro del
espacio entre las palas 98A, 50A es completamente descargado a
través del puerto 26 del alojamiento superior. Hay un ligero
solapado o comunicación de la primera y segunda pala interfacial
50A, 98A con el puerto 26 a lo largo de su borde cuando están en la
posición completamente cerrada para conseguirlo. En la forma de
realización preferida, las primeras palas 50A, 50B están
dimensionadas para cubrir y cerrar completamente los puertos 24, 26
de modo que una ligera rotación más allá de este punto haga que las
primeras palas 50A, 50B cierren la comunicación con las cámaras
248, 250 momentáneamente durante la rotación.
La figura 10B ilustra la bomba 10 con el árbol
32 rotado aproximadamente 45º de aquel de la figura 10A. Aquí la
segunda pala 98A empieza a moverse a la posición abierta con
respecto a la primera pala 50A. Esto hace que se succione fluido en
el espacio de abertura a través de los puertos inferiores de
admisión 26 del alojamiento inferior 14. La segunda pala 98B también
empieza a moverse a la posición cerrada con respecto a la primera
pala 50A. El fluido localizado en la cámara entre la primera pala
50A y la segunda pala 98 es así comprimido o forzado fuera del
puerto de descarga superior 26 del alojamiento superior 16.
De manera similar, el fluido localizado entre la
segunda pala 98A y la primera pala 50B es descargado a través del
puerto inferior 24 del alojamiento inferior 14, cuando la segunda
pala 98A empieza a moverse a la posición cerrada con respecto a la
primera pala 50B. El fluido es también succionado a través del
puerto de admisión 24 del alojamiento superior 16 cuando la segunda
pala 98B se mueve hacia una posición abierta con respecto a la
primera pala 50B.
Las figuras 10C y 10D muestran la rotación
adicional del árbol 32 con un incremento de aproximadamente 45º.
Cuando el árbol fijo 100 está en la posición 0º, la duración es tal
que las cámaras creadas por la primera y la segunda pala 50, 98
permanecen en comunicación continua con los puertos 24, 26 durante
generalmente todo el recorrido de la pala 50 entre las posiciones
abierta y cerrada. De esta manera el fluido sigue siendo succionado
en o descargado de las cámaras cuando las segundas palas 98 son
movidas bien hacia la posición abierta o la posición cerrada
durante la rotación del eje 32.
La figura 10E muestra la bomba 10 después de que
el eje 32 gire 180º. La segunda pala 98B está en la posición
completamente cerrada con respecto a la primera pala 50A, justo
como cuando la segunda pala 98A estaba cuando el eje 32 estaba en
la posición 0º en la figura 10A. Al seguir girando el árbol 32, el
proceso se repite de modo que el fluido es tomado en la bomba,
comprimido y descargado por la oscilación de la segunda pala entre
las posiciones abierta y cerrada, que es provocada por la rotación
del anillo de soporte 116 alrededor de su eje oblicuo 246.
Girando el árbol fijo 100 en diferentes
posiciones fijas, se puede ajustar e incluso invertir el flujo de
fluido a través de la bomba 10 sin cambiar la dirección de rotación
del árbol de entrada 32. La figura 11A muestra la bomba 10 con la
palanca 120 girada completamente a 180º desde la posición 0º de las
figuras 9A-9D. En esta posición, el ensamblaje de
árbol fijo 100 es orientado de modo que el eje de anillo de soporte
246 esté orientado en un ángulo de aproximadamente 45º a la
izquierda del primer eje 33, como se ve en la figura 11C, o
aproximadamente 90º de esta orientación del eje 246 como se muestra
en la figura 9C. En esta posición, el plano de control 247 se
extiende en un plano sustancialmente horizontal que es generalmente
el mismo o paralelo al plano de los rebordes 20 que biseccionan el
alojamiento 12.
En la configuración de las figuras
11A-11D, el puerto delantero 26 del alojamiento
superior 16 y el puerto 24 del alojamiento inferior 14 sirven de
aberturas de admisión, mientras el puerto 24 del alojamiento
superior 16 y el puerto 26 del alojamiento inferior 14 sirven de
aberturas de descarga.
Las figuras 12A-12E muestran
vistas secuenciadas de la bomba 10, con la palanca de control 120
girada a la posición 180º, cuando el árbol de entrada 32 gira con
una rotación de 180º. En la figura 12A se muestra la bomba 10 con
la segunda pala 98A en la posición completamente cerrada contra la
primera pala 50A. La pala 98A está también en una posición
completamente abierta respecto a la primera pala 50B. En referencia
a la figura 12B, cuando el árbol de entrada 32 gira, como muestra la
flecha, la segunda pala 98A empieza a moverse a la posición abierta
con respecto a la primera pala 50A. El espacio o cámara que se
forma entre la segunda pala 98A y la pala 50A está en comunicación
continua con el puerto 26 del alojamiento superior 16 cuando se
mueve a la posición abierta. El volumen en aumento de esta cámara
cuando el árbol 32 gira, como se muestra en las figuras 12C y 12D,
succiona fluido a través del puerto delantero superior 26. Cuando
esto se produce, la segunda pala 98B se mueve a la posición cerrada
con respecto a la primera pala 50A forzando el fluido entre estas
palas 98B, 50A a través del puerto delantero 26 del alojamiento
inferior 14.
La Figura 12E muestra la bomba después de que el
árbol 32 gire 180º. La segunda pala 98B está ahora en la posición
cerrada con respecto a la primera pala 50A de modo que el proceso
puede ser repetido. Con la palanca 120 en la posición 180º, el
fluido también es descargado a través del puerto posterior 24 en el
alojamiento superior 16 e introducido a través del puerto posterior
24 del alojamiento inferior 14 de manera similar a la ya descrita
con respecto a los puertos delanteros 26. Los puertos 24, 26
permanecen en comunicación generalmente constante con una de las
cámaras creadas por las palas 50, 98 durante todo el recorrido de
la pala 98 entre las posiciones abierta y cerrada.
Las figuras 13A-13D ilustran la
bomba 10 en un modo intermedio o neutro, con la palanca de control
120 orientada en una posición recta de 90º. En esta posición, el
ensamblaje de árbol fijo 100 está orientado de modo que el eje de
anillo de soporte 246 se extiende en un plano perpendicular a los
rebordes de alojamiento 20 y está orientado en un ángulo de 45º
debajo del primer eje 33, como se ve en la figura 13D. En esta
orientación, el plano de control 247 está en la posición 90º o
posición vertical, como se ve en la figura 8C. En este modo, los
puertos 24, 26 sólo se comunican aproximadamente el 50% del tiempo
con las cámaras creadas por las palas 50, 98.
La figura 14A muestra la segunda pala 98 en una
posición central o intermedia, con la primera pala 50 orientada de
modo que cubre y sella los puertos 24, 26. Cuando el árbol de
entrada 32 gira desde esta posición intermedia, como se muestra en
la figura 14B, el puerto 26 del alojamiento superior 16 empieza a
comunicar con la cámara entre la segunda pala 98B y la primera pala
50A, y el puerto 26 del alojamiento inferior 14 comunica con la
cámara entre la segunda pala 98A y la primera pala 50A. Cuando la
segunda pala 98B es movida hacia la posición abierta con respecto a
la primera pala 50A, algún fluido es succionado a través del puerto
26 del alojamiento superior 16. De una manera similar, la segunda
pala 98A es movida a la posición cerrada con respecto a la primera
pala 50A de modo que el fluido allí dentro es forzado fuera del
puerto inferior 26.
La figura 14C muestra la segunda pala 98B en la
posición completamente abierta con respecto a la primera pala 50A.
La segunda pala 98A, que está oculta a la vista, está en la
posición completamente cerrada respecto a la primera pala 50A, con
el espacio cerrado entre la primera pala 50A y la segunda pala 98A
estando en comunicación con el puerto inferior delantero 26 del
alojamiento inferior 14.
Cuando el árbol 32 gira adicionalmente, como se
ve en la figura 14D, algún fluido es forzado fuera del alojamiento
superior 16 a través del puerto 26 cuando la segunda pala 98B ahora
se mueve a la posición cerrada respecto a la pala 50A. El fluido
también es succionado a través del puerto inferior 26 cuando la
segunda pala 98A se está moviendo a la posición abierta en relación
a la primera pala 50A.
La figura 14E muestra la bomba 10 después de la
rotación del eje 32 180º desde su posición original de la figura
14A. La segunda pala 98 está otra vez en la posición intermedia,
como aquella de la figura 14A, y el proceso se repite. Con la
palanca de control 120 en la posición 90º, como se ha descrito, los
puertos 26 del alojamiento inferior y superior 14, 16 sólo se
comunican con las cámaras definidas por la primera y la segunda
pala 50, 98 aproximadamente el 50% del tiempo. Esto hace que se
succione y expulse volúmenes de fluido iguales a través de cada uno
de los puertos delanteros 26 en el alojamiento superior e inferior
durante este modo neutro. El funcionamiento es el mismo con
respecto al flujo de fluido a través de los puertos posteriores 24
en el alojamiento superior e inferior 14, 16. El flujo de fluido
neto a través de la bomba 10 es en consecuencia esencialmente
cero.
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Girando la palanca de control 120 entre las
posiciones 0º y 180º, el flujo de fluido puede ser aumentado o
disminuido precisamente de una forma uniforme y continua, y puede
ser dirigido en cualquier dirección de flujo. Esto se debe a la
mayor cantidad de tiempo en el que los puertos de entrada y los
puertos de salida comunican con las cámaras 248, 250 formadas por
las palas 50, 98 durante los recorridos de expansión y compresión,
respectivamente, de la segunda pala 98. Así, por ejemplo, cuando la
palanca 120 gira desde la posición 90º o neutra hacia la posición
0º de la figura 10A, la longitud de tiempo en el que el puerto
delantero 26 del alojamiento superior 16 comunica con la cámara
formada por la primera pala 50A y las segundas palas 98, cuando las
segundas palas 98 son movidas a la posición cerrada, se alarga,
dando como resultado que cada vez fluya más fluido a través de este
puerto. Como se ha descrito previamente, cuando la palanca está en
la posición total 0º, el puerto 26 del alojamiento superior 16 está
en comunicación con la cámara formada por la primera pala 50A y las
segundas palas 98 durante casi toda la carrera de compresión de las
segundas palas 98 con respecto a la pala 50A de modo que se
consigue un flujo total cuando la bomba 10 está en este modo. Lo
mismo ocurre en la dirección de flujo inverso girando la palanca
120 entre la posición 90º y 180º que se muestra en la figura
12A.
Las figuras 15 y 16 muestran la bomba 10 usada
en diferentes sistemas de flujo de fluido. Como se muestra en la
figura 15, la bomba 10 es accionada por un motor adecuado 254 que
hace girar el árbol de entrada 32 de la bomba. La bomba 10 es
conectada a un depósito o recipiente de fluido 256. Aquí, la
palanca 120 está orientada en la posición 0º. Cuando la bomba 10 es
accionada, el fluido es bombeado del recipiente 256 al recipiente de
almacenamiento 258. La figura 16 muestra generalmente el mismo
sistema, excepto que la palanca 120 gira 180º de modo que se
consiga el flujo de fluido inverso mientras el motor 254 continúa
haciendo girar el árbol de entrada 32 en la misma dirección que
aquella de la figura 15.
Las figuras 17-21 ilustran otra
forma de realización donde se usa una placa de control de la
capacidad de fluido 260 en vez de la palanca de control 120. La
placa de control 260 es una placa metálica plana circular que tiene
un agujero para pernos central 262 para recibir un perno 264 (Fig.
18). El perno 264 se utiliza para asegurar la placa de control 260
al árbol fijo 40 del ensamblaje de árbol fijo 100 mediante el
agujero para pernos roscado 130 formado en el árbol fijo 40. Unos
agujeros para pasadores 266 están formados en la placa 260
alrededor del agujero para pernos 262 y corresponden a los agujeros
para pasadores 134 del árbol fijo 40 para recibir pasadores 136. Los
agujeros para pasadores 266 están circunferencialmente distanciados
90º. Los pasadores 136 recibidos dentro de los agujeros para
pasadores 266 previenen la rotación relativa de la placa de control
260 con respecto al árbol 40.
Formados a lo largo del perímetro de la placa
260 se encuentran unos agujeros para pernos separados 268. Los
agujeros para pernos 268 están configurados para solapar los
agujeros para pernos roscados 270 (figs. 1 y 2) formados en la
pieza de cuello 42 del alojamiento 12. Como se muestra en la figura
20, los agujeros para pasadores 266 están generalmente alineados a
lo largo de líneas verticales y horizontales cuando la placa 260 es
montada en la parte de cuello 42 del alojamiento 12.
Usando la placa de control 260, el ensamblaje de
árbol fijo 100 puede girar a posiciones diferentes fijas en
incrementos de 90º con respecto al alojamiento 12 volviendo a
posicionar y fijando con pernos la placa de control 260 al
alojamiento 12.
La Figura 19 muestras otra placa de control
260'. La placa de control 260' es generalmente la misma que la
placa 260 de la figura 17, con componentes iguales que tienen el
mismo número designado con un símbolo primo. La placa de control
260' tiene cuatro agujeros para pasadores 266' alineados a
aproximadamente 30º de las posiciones vertical y horizontal cuando
la placa 260' es montada en el alojamiento 12, como se muestra en la
figura 21. La placa 260' puede ser incluso invertida de modo que la
parte inferior esté dirigida hacia afuera. Esto orienta los
agujeros para pasadores 266 de modo que estén aproximadamente a 60º
de las posiciones vertical y horizontal. Como apreciarán los
expertos en la materia, muchas placas de control diferentes
teniendo configuraciones de agujero para pasadores diferentes
pueden ser provistas con la bomba 10 para orientar el ensamblaje de
árbol fijo 100 para proporcionar la compresión o flujo de fluido
óptimo.
Aunque no se muestra, se podrían proveer otros
medios para hacer girar el ensamblaje de árbol fijo 100. Por
ejemplo, el árbol 40 podría ser acoplado a un tornillo sin fin y
engranaje de tornillo sin fin para girar el árbol fijo en distintas
posiciones. Este a su vez podría ser acoplado a un controlador que
haga que el ensamblaje de árbol fijo sea girado para controlar y
ajustar automáticamente el flujo de fluido o capacidad de la bomba
10.
En otra forma de realización, las palas pueden
ser configuradas con recesos o áreas ahuecadas para reducir el peso
de la pala, como se muestra en figura 23A. Esto es particularmente
importante con respecto a la segunda pala porque la segunda pala es
ambos rotada y oscilada a lo largo del primer eje. Como la segunda
pala es oscilada entre las posiciones abierta y cerrada, sufre
numerosos cambios rápidos en la velocidad angular durante el
funcionamiento. Las fuerzas de inercia creadas por estos cambios en
la velocidad angular producen una gran fatiga en la pala. Al
reducir el peso de la pala se pueden reducir las fuerzas de
inercia. Esto es particularmente ventajoso para aquellas bombas que
funcionan a gran velocidad y bajas presiones.
Las figuras 22 y 23 ilustran las mitades de la
primera y la segunda pala 271, 272. Las mitades de la primera y la
segunda pala 271, 272 son similares a las mitades de pala 56 58, 76
y 78, con componentes similares numerados igual y designados con un
símbolo primo. Aunque sólo se muestra una de las mitades de la
primera y de la segunda pala, la otra mitad de pala correspondiente
estaría construida de forma similar.
Como se puede observar en la figura 22, la mitad
de la segunda pala 271, usada para la segunda pala oscilante, está
provista con áreas recortadas o rebajadas 274, 276 en la superficie
externa de los elementos de pala 82', 84' para proporcionar una
reducción del peso. Una nervadura central 278 divide las áreas
rebajadas 274, 276 y proporciona soporte estructural para robustecer
los elementos de pala 82', 84'. La nervadura 278 aumenta de espesor
desde el extremo interno al extremo externo de los elementos de
pala 82', 84'. Esto crea una mayor resistencia cerca de la
extensión externa del elemento de pala donde es más necesaria,
debido a la mayor velocidad y fuerzas centrifugas que se dan cerca
de las extremidades de las palas.
Como se muestra en la figura 23, la mitad de la
primera pala 272 es construida para corresponder a la configuración
de la mitad de la segunda pala 271. Los elementos de la primera
pala 62', 64' tienen cada uno elementos sobresalientes 280, 282,
que son conformados para ser estrechamente recibidos dentro de los
recesos 274, 276 de las segundas palas. Un canal 284 formado entre
los elementos 280, 282 recibe la nervadura 278.
La bomba 10 puede ser usada como un compresor
para comprimir fluidos comprimibles. Cuando se usa en este modo, se
puede acoplar una válvula de retención (no mostrada) a los puertos
de descarga o los puertos de descarga pueden estar previstos de
válvulas (no mostradas) temporizadas para abrir durante un
determinado punto en la carrera de compresión de las palas de modo
que se alcance la compresión deseada. También puede ser posible
proveer precompresión dentro de la propia bomba 10 para retardar la
comunicación de las cámaras entre las palas durante la carrera de
compresión. Esto se puede conseguir configurando la primera pala o
el puerto de salida de modo que la comunicación con la cámara de
compresión formada por las palas se retarde durante la carrera de
compresión. Girando el ensamblaje de árbol fijo a diferentes
posiciones, como ya se ha descrito, también se puede ajustar la
compresión y el flujo de fluido.
La bomba 10 también puede ser usada para bombear
fluidos hidráulicos o incomprimibles. Cuando la bomba 10 es estanca
al fluido de modo que no haya sustancialmente ninguna pérdida de
fluido a través de las palas, se debería establecer la duración de
tal modo que los puertos de salida estén en comunicación con la
cámara de compresión durante toda la carrera de compresión, tal
como cuando la palanca de control está en uno de los modos de flujo
total, es decir las posiciones totales de 0º o 180º tal y como se ha
descrito anteriormente. De lo contrario, se podría dar la
posibilidad de que se produzca un bloqueo del fluido cuando las
palas actúan sobre el fluido. También puede ser posible configurar
la bomba de modo que ocurra alguna pérdida de fluido a través de
las palas durante el funcionamiento para evitar tal bloqueo de
fluido hidráulico. En tales casos, la comunicación de los puertos de
salida con las cámaras de compresión podría retardarse en cierto
grado sin que ocurra el bloqueo de fluido.
El dispositivo 10 también podría funcionar como
un motor donde se introducen fluidos presurizados en el dispositivo
y luego son expulsados. El funcionamiento sería inverso de modo que
la acción de los fluidos en expansión o presurizados introducidos
en la bomba actuaría sobre las palas para así rotar o girar el
árbol 32.
El dispositivo fluídico de la invención tiene
varias ventajas. La bomba misma es altamente eficaz, bombeando
sustancialmente dos veces el volumen libre del interior de la bomba
por cada revolución del árbol de entrada, cuando se usa en el modo
de flujo total. El dispositivo no necesita ser cebado, como en
muchos dispositivos de la técnica anterior. Este puede ser usado
para muchas aplicaciones diferentes y con una variedad de
diferentes fluidos, tanto comprimibles como no comprimibles. Puede
ser usado como una bomba de vacío. El dispositivo puede incluso ser
usado como un motor.
En las bombas esféricas de la técnica anterior
los ensamblajes de pala tenían que ser situados y orientados de
forma apropiada durante la fabricación para asegurar una duración
apropiada de succión y descarga y para asegurar el funcionamiento
apropiado de la bomba. Esta duración no podía ser variada después
de ensamblar la bomba. Además, el flujo de fluido no podía ser
cambiado más que variando la velocidad en la que el árbol motor era
hecho girar. El dispositivo de la presente invención permite
controlar de manera fácil y simple la duración o capacidad de la
bomba con un grado superior de precisión ajustando o rotando la
orientación del ensamblaje de árbol fijo y sin ajustar o variar la
rotación del árbol de accionamiento o de entrada. Además, se puede
ajustar fácilmente la duración después de que la bomba haya sido
fabricada y completamente ensamblada. La dirección del flujo de
fluido puede incluso ser invertido durante el funcionamiento y si
alterar la dirección de rotación del árbol de entrada. Tanto la
palanca 120 como la placa de control 260 proporcionan unos medios
fáciles para orientar el ensamblaje de árbol fijo y ajustar y
asegurar la duración apropiada de succión y descarga. Debe
observarse que aunque se muestra el ensamblaje del canal de
rodadura localizado en el centro del interior del alojamiento para
guiar la segunda pala oscilante cuando la segunda pala gira
alrededor del ensamblaje del canal de rodadura, también se podría
emplear un ensamblaje de canal de rodadura que sea externo a la
segunda pala, con un anillo de soporte que sea colocable en
distintas posiciones fuera de la segunda pala.
La bomba emplea otras ventajas, tales como las
nervaduras o aletas externas del alojamiento que reducen peso y
proporcionan una mayor área de superficie para la transferencia de
calor. Las segundas palas ahuecadas o rebajadas que reducen el peso
de la pala, también contribuyen al funcionamiento uniforme y eficaz
del dispositivo.
Habiendo descrito así la presente invención en
referencia a algunas de sus formas de realización preferidas, se
observa que las formas de realización descritas son ilustrativas y
no limitadoras por naturaleza y que se contempla una amplia gama de
variaciones consistentes con el objetivo de las reivindicaciones
anexas.
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Esta lista de documentos relacionados por el
solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información
del lector y no forma parte del documento de patente europea. La
misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin
embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u
omisiones.
US 5199864 A [0004] [0014]
Claims (13)
1. Máquina fluídica comprendiendo:
- un alojamiento (12) definiendo un interior generalmente esférico dicho alojamiento teniendo al menos una entrada de fluido (24, 26) y al menos una salida de fluido (24, 26) en comunicación con el interior de dicho alojamiento;
- una primera pala (52) dispuesta dentro del interior de dicho alojamiento;
- un árbol giratorio (32) que tiene un primer eje de rotación (33) montado en dicho alojamiento, dicha primera pala (52) estando acoplada a dicho árbol giratorio de modo que dicha primera pala sea hecha girar alrededor de dicho primer eje por dicho árbol giratorio;
- un árbol fijo (40) que se extiende en dicho interior de dicho alojamiento opuesto a dicho árbol giratorio (32), el eje de dicho árbol fijo siendo fijo respecto a dicho árbol giratorio, y dicho árbol fijo teniendo una parte terminal esférica (102) alrededor de la cual gira dicha primera pala;
- un anillo de soporte (116) soportado de forma giratoria en dicha parte terminal esférica (102) de dicho árbol fijo, el eje de rotación de dicho anillo de soporte estando orientado en un ángulo oblicuo en relación a dicho primer eje (33);
- y una segunda pala (54) montada de forma pivotante alrededor de un eje perpendicular a dicho primer eje (33) para permitir que dicha segunda pala pivote entre posiciones relativamente abierta y cerrada respecto a dicha primera pala (52) cuando la primera y la segunda pala son hechas girar juntas por dicho árbol giratorio (32) alrededor de dicho primer eje (33), dicha primera y segunda pala dividiendo dicho interior de dicho alojamiento en cámaras con el volumen de dichas cámaras variando cuando la segunda pala es movida entre posiciones relativamente abierta y cerrada, dicha segunda pala estando también acoplada de manera pivotante a dicho anillo de soporte (116) de modo que dicha segunda pala (54) pivota alrededor de un eje perpendicular a dicho eje de rotación del anillo de soporte, la rotación de dicho anillo de soporte (116) provocando que dicha segunda pala alterne entre las posiciones relativamente abierta y cerrada cuando dicha segunda pala es hecha girar alrededor de dicho primer eje por dicho árbol giratorio;
caracterizada por el hecho
de que dicho árbol fijo (40) es montado de manera ajustable en
dicho alojamiento de modo que dicho árbol fijo pueda girar en
varias posiciones fijas, y la máquina incluye un accionador (120,
260) que hace girar el árbol fijo (40) en varias posiciones fijas
para cambiar el grado de comunicación de dichos puertos de entrada
y salida de fluido (24, 26) con dichas cámaras para de ese modo
controlar y ajustar la cantidad o dirección de flujo de fluido de
la máquina
fluídica.
2. Máquina fluídica según la reivindicación 1,
donde dicho accionador (120) es un controlador que controla un
engranaje de tornillo sin fin y tornillo sin fin acoplado al árbol
fijo (40) para girar dicho árbol fijo y de ese modo ajustar la
cantidad o dirección de flujo de fluido de dicha máquina
fluídica.
3. Máquina fluídica según la reivindicación 1
donde dicho accionador es una palanca de control (120) fijada a
dicho árbol fijo (40).
4. Máquina fluídica según la reivindicación 1,
donde dicho accionador es una placa de control de la capacidad de
fluido (260) fijada a dicho árbol fijo (40).
5. Máquina fluídica según la reivindicación 1,
donde dicha primera pala (52) está formada y conectada como dos
mitades (56, 58) cada una con una superficie interna (59)
apoyándose de forma estanca contra la superficie interna de la otra
mitad y son unidas en extremos opuestos para definir una abertura
central.
6. Máquina fluídica según la reivindicación 1,
donde dicha segunda pala (54) está formada y conectada como dos
mitades (76, 78) cada una con una superficie interna (80)
apoyándose de forma estanca contra la superficie interna de la otra
mitad y son unidas en extremos opuestos para definir una abertura
central.
7. Máquina fluídica según la reivindicación 1,
donde el exterior de dicho alojamiento está provisto de una
pluralidad de nervios que sobresalen hacia fuera (48).
8. Máquina fluídica según la reivindicación 1,
donde al menos una parte sustancial de dicha segunda pala es hueca
(54).
9. Método para regular el flujo de fluido en
una máquina fluídica comprendiendo:
- proveer un alojamiento (12) de la máquina fluídica con un interior hueco esférico y teniendo primero y segundos puertos para el fluido (24, 26) que están separados entre sí para proveer comunicación fluídica entre el exterior del alojamiento y el interior, al menos uno de los primeros y segundos puertos estando conectado a una fuente de fluido;
- proveer una primera pala (52) dispuesta dentro del alojamiento, la primera pala siendo giratoria alrededor de un primer eje (33);
- proveer un árbol fijo (40) que se extiende en el interior del alojamiento, el eje de dicho árbol fijo siendo fijo respecto a dicho árbol giratorio y el árbol fijo teniendo una parte terminal esférica (102) dispuesta en el interior alrededor de la cual gira la primera pala;
- proveer un anillo de soporte (116) montado de forma giratoria sobre la parte terminal esférica (102) del árbol fijo, el anillo de soporte girando alrededor de un eje de anillo de soporte que está orientado en un ángulo oblicuo con respecto al primer eje (33);
- proveer una segunda pala (54) que es montada de forma pivotante en la primera pala (52) de modo que la segunda pala es giratoria alrededor de un eje perpendicular al primer eje (33) para permitir que la segunda pala pivote entre posiciones relativamente abierta y cerrada con respecto a la primera pala cuando la primera y la segunda pala son hechas girar juntas alrededor del primer eje, la primera y la segunda pala (52, 54) dividiendo el interior del alojamiento en cámaras, la segunda pala (54) estando acoplada de manera pivotante al anillo de soporte (116) de modo que la segunda pala es giratoria alrededor de un eje perpendicular al eje de anillo de soporte;
- girar la primera y segunda pala (52, 54) alrededor del primer eje (33) mientras el árbol fijo (40) está en una primera posición fija, la rotación de la segunda pala alrededor del primer eje haciendo que el anillo de soporte (116) gire alrededor del eje de anillo de soporte y así haga que la segunda pala alterne entre posiciones relativamente abierta y cerrada cuando la primera y la segunda pala son hechas girar alrededor del primer eje, la primera y la segunda pala definiendo una cámara de admisión cuando la segunda pala es oscilada a la posición abierta de modo que el fluido entra en la cámara de admisión a través del primer puerto mientras el primer puerto está en comunicación con la cámara de admisión, y donde la primera y la segunda pala (52, 54) definen una cámara de descarga cuando la segunda pala es oscilada a la posición cerrada de modo que el fluido sale de la cámara de descarga a través del segundo puerto mientras el segundo puerto está en comunicación con la cámara de descarga;
caracterizado por el hecho
de que el árbol fijo (40) está montado de manera ajustable en el
alojamiento de modo que el árbol fijo puede ser orientado en varias
posiciones fijas, y controlando mediante un accionador (120, 260)
el árbol fijo (40) para un segunda posición de modo que el grado de
comunicación del primer y del segundo puerto (24, 26) con las
cámaras de entrada y de descarga definidas por la primera y la
segunda pala cuando la primera y la segunda pala son hechas girar
alrededor del eje primer eje sea cambiado para variar el flujo de
fluido a través de la
máquina.
10. Método según la reivindicación 9, donde
dicho accionador es una palanca de control (120) fijada a dicho
árbol fijo.
11. Método según la reivindicación 9, donde
dicho accionador es una placa de control de la capacidad de fluido
(260) fijada a dicho árbol fijo.
12. Método según la reivindicación 9, donde
dicho accionador es un controlador que controla un engranaje de
tornillo sin fin y tornillo sin fin acoplado al árbol fijo para
girar dicho árbol fijo y de ese modo ajustar la cantidad o
dirección de flujo de fluido de dicha máquina fluídica.
13. Máquina fluídica según la reivindicación 1,
incluyendo un ensamblaje de canal de rodadura (100) que hace que la
segunda pala (54) de la máquina fluídica oscile hacia atrás y hacia
adelante mientras gira alrededor del primer eje (33) dentro de un
alojamiento de la máquina fluídica, el ensamblaje de canal de
rodadura comprendiendo:
- un árbol de anillo de soporte (104) que se monta dentro del alojamiento de la máquina fluídica;
- dicho anillo de soporte (116) para acoplar a la segunda pala, y
- un tapón terminal (108) con un receso (110) para recibir el reborde sobresaliente (106) del árbol del anillo de soporte y ser asegurado a éste por al menos dos fijadores separables (112) que están excéntricamente localizados con respecto al segundo eje.
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