ES2302105T3 - Dispositivo para la concentracion de un liquido y bomba de piston diferencial. - Google Patents

Abstract

Dispositivo (V) para la concentración de un líquido (F) bombeado por una bomba de pistón diferencial a través de un dispositivo concentrador (3), que como concentrado (FK) bajo presión residual solicita directamente el al menos un pistón diferencial (K) durante la carrera de elevación asistiendo al mismo, estando accionado el pistón diferencial (K) por un árbol de accionamiento (12) que acciona al menos un elemento de control de válvula (18) guiado linealmente de una disposición de válvulas de entrada y salida (A), caracterizado porque la bomba de pistón diferencial es una bomba de pistón radial (R), porque en el árbol de accionamiento (12) están dispuestas excéntricas (13, 14) para el pistón diferencial (K) y el elemento de control de válvula (18) y porque el pistón diferencial (K) y el elemento de control de válvula (18) están articulados directamente en las excéntricas (13, 14) mediante acoplamientos de tracción y de compresión (S).

Description

Dispositivo para la concentración de un líquido y bomba de pistón diferencial.

La invención se refiere a un dispositivo del tipo indicado en el preámbulo de la reivindicación 1, así como a una bomba de pistón diferencial según el preámbulo de la reivindicación 2.

En la concentración de líquidos, por ejemplo en la desalinización de agua de mar (ósmosis inversa) o en la fabricación de zumos de fruta, se necesita debido al proceso mucha energía primaria para el bombeo del líquido produciéndose el concentrado que se genera con una presión residual relativamente elevada. En particular, en la desalinización de agua de mar, el alto consumo de energía primaria es un inconveniente que se conoce desde hace mucho tiempo, que en el pasado y en vista de los elevados costes de la energía se minimiza, por ejemplo, usándose la energía contenida en el concentrado gracias a la presión residual para asistir a la bomba de pistón diferencial durante la elevación y ahorrar de esta forma energía primaria.

En el dispositivo para la desalinización de agua de mar conocido por el documento EP 0 450 257 B1 y en la bomba de pistón diferencial mostrada en el documento EP 0 450 257 B1, fig. 5, el pistón diferencial bombea con el lado alejado del vástago de pistón el líquido que ha de ser concentrado, p.ej. agua de mar, de forma controlada mediante válvulas de entrada y salida a través de la membrana que actúa según el principio de la ósmosis inversa, detrás de la cual se obtiene el concentrado con una elevada presión residual y permeato. El concentrado bajo presión residual se transporta de forma controlada por la disposición de válvulas de entrada y salida por ciclos al lado del vástago de pistón del pistón diferencial, para asistir mediante la presión residual directamente en el bombeo, antes de dejarse salir el concentrado sustancialmente sin presión. La caña guiada linealmente del pistón diferencial está acoplada mediante una biela a una muñequilla del árbol de accionamiento realizado como cigüeñal. La disposición de válvulas de entrada y salida de la cámara de presión en el lado del vástago de pistón del pistón diferencial presenta válvulas de entrada y salida separadas, que se accionan contra fuerza de resorte mediante empujadores guiados linealmente de levas dispuestas en el árbol de accionamiento.

Puesto que los resortes son fuertes y progresivos, generan una pérdida de potencia no deseada. La disposición de cigüeñal/biela no sólo conduce a un tamaño constructivo excesivo de la bomba de pistón diferencial sino, p.ej. debido a la desviación de la biela, a un movimiento ascensional poco armónico del pistón, del que resultan más pérdidas de potencia y pulsaciones en el líquido bombeado.

La invención tiene el objetivo de indicar un dispositivo del tipo indicado al principio que pueda funcionar con un consumo mínimo de energía primaria, así como una bomba de pistón diferencial compacta y sumamente eficiente.

El objetivo planteado se consigue según la invención con las características de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2.

En el dispositivo se consigue gracias al concepto de bomba de pistón radial un tamaño constructivo pequeño, un comportamiento de servicio con pocas pulsaciones y, gracias a los acoplamientos de tracción y compresión, una elevada eficiencia con pérdidas mínimas, de modo que es suficiente con muy poca energía primaria, aprovechándose la energía contenida en el concentrado de forma óptima y, sobre todo, de forma directa. Los acoplamientos de tracción y compresión conducen a un desarrollo extremadamente armónico del movimiento del pistón diferencial y del elemento de control de válvula. El control de las válvulas de entrada y salida hacia la cámara de presión se realiza en una adaptación óptima al desarrollo del movimiento ascensional del pistón diferencial y con un desgaste mínimo a lo largo de duraciones prolongadas. El concepto de la bomba de pistón radial permite en la desalinización de agua de mar fabricar y usar dispositivos compactos, por así decirlo, hechos a medida para las necesidades de edificios independientes o grupos de edificios, pudiendo conseguirse elevados rendimientos gracias al consumo reducido de energía primaria, incluso con energía primaria de corriente continua desde colectores solares, por ejemplo, en zonas soleadas en orillas del mar. Por lo tanto, los dispositivos compactos de este tipo pueden usarse sin conexión a la red o incluso en regiones en las que no está disponible energía eléctrica o sólo en pocas ocasiones o en las que sería demasiado cara para el uso doméstico.

Gracias al tamaño constructivo compacto y al alto rendimiento, la bomba de pistón diferencial con el concepto de pistón radial sin biela y, sobre todo, sin resortes de válvula fuertes, consumidoras de energía, es idónea para todas las aplicaciones, no sólo para la desalinización de agua de mar, en las que debe bombearse un líquido estando disponible el mismo líquido o el líquido concentrado u otro líquido con una presión residual considerable.

En una forma de realización recomendable, para una válvula de salida y entrada, respectivamente, está previsto un solo elemento de control de válvula para minimizar las pérdidas de energía. Gracias al acoplamiento de tracción y compresión a la excéntrica en el árbol de accionamiento se suprimen los resortes de válvula consumidores de energía, lo cual favorece el rendimiento y la duración, puesto que la disposición de válvulas de entrada y salida opera con una fuerza relativamente reducida y no contiene componentes propensos a averías.

En una forma de realización recomendable está previsto un cuerpo de arrastre alojado de forma giratoria en la excéntrica, al que está acoplado en unión positiva el extremo de la caña, de modo que el movimiento giratorio de la excéntrica se transmite de forma armónica. La guía de deslizamiento permite realizar los movimientos de desplazamiento transversal entre la excéntrica rotatoria y la caña que se mueve linealmente sin desgaste considerable y sin ruidos o vibraciones.

La guía de deslizamiento, que media entre la excéntrica rotatoria y la caña guiada linealmente, forma recomendablemente un seguro contra el giro de la caña. No obstante, como alternativa la guía de deslizamiento también puede estar concebida de tal forma que la caña puede rotar para la distribución del desgaste.

Es favorable realizar el cuerpo de arrastre por razones de montaje de mitades ensambladas o incluso en una pieza y de tal forma que presente una bolsa abierta hacia el exterior para la caña, que para la unión positiva es más estrecha que la anchura exterior de la caña. La acción de conjunto en unión positiva tiene lugar entre superficies que pueden dimensionarse con un tamaño relativamente grande, lo cual evita desgaste local.

Para impedir cargas transversales en la caña durante el servicio, puede ser ventajoso disponer la caña en una guía corredera fija en la carcasa. La guía corredera puede ser un casquillo de deslizamiento insertado. Además, la guía corredera debería engranar con coquillas de apoyo moldeadas con un ajuste corredizo en la bolsa, para apoyar la caña a lo largo de una longitud lo más grande posible.

Por razones de montaje aquí es recomendable que la caña o las coquillas de apoyo o las dos posicionen el cuerpo de arrastre axialmente en la excéntrica.

Una superficie base de la bolsa debería formar una superficie de compresión para el extremo de la caña (acoplamiento de compresión), que debido al movimiento de deslizamiento necesario es más larga que la anchura exterior del extremo de la caña. A distancia del extremo de la caña están moldeadas ranuras paralelas en la caña, que definen una anchura que corresponde aproximadamente a la anchura interior de la bolsa y que forman en el extremo de la caña topes de arrastre orientados hacia fuera como elemento de engrane (en uno o en los dos lados de la caña), que engranan en destalonamientos de la bolsa (acoplamiento de tracción). El movimiento de deslizamiento entre el extremo de la caña y el cuerpo de arrastre tiene lugar de forma óptima cerca de la excéntrica, lo que favorece la estabilidad de marcha.

En una forma de realización recomendable, los destalonamientos en la bolsa se extienden paralelamente a una tangente a la excéntrica, siendo los destalonamientos en esta dirección más largos que los topes de arrastre para no impedir el movimiento de deslizamiento relativo. Los destalonamientos pueden estar realizados de forma continua, lo cual puede facilitar el montaje del extremo de la caña en el cuerpo de arrastre, de modo que el cuerpo de arrastre puede realizarse, dado el caso, en una pieza.

Para solicitar el lado del vástago de pistón del pistón diferencial durante la carrera de elevación de forma exactamente controlada con la presión residual, y reducir en cambio durante la carrera de retorno del pistón diferencial inmediatamente la presión residual, es importante que la excéntrica para el elemento de control de válvula de la disposición de válvulas de salida y entrada asignada a un pistón diferencial esté desplazado 90º respecto a la excéntrica para este pistón diferencial alrededor del eje del árbol de accionamiento y con un adelanto en la dirección de giro de accionamiento.

En vista de una marcha con pocos ruidos y pocas pulsaciones es recomendable distribuir tres o más pistones diferenciales en forma de estrella regularmente alrededor del eje del árbol de accionamiento y prever para estos pistones diferenciales una excéntrica común y un cuerpo de arrastre común. De esta forma pueden reducirse las masas desplazadas y se reduce el espacio constructivo. Es posible disponer a lo largo del árbol de accionamiento varios grupos de pistones diferenciales de este tipo.

Es recomendable distribuir también los elementos de control de válvulas para las disposiciones de válvulas de salida y entrada de la pluralidad de pistones diferenciales en forma de estrella regularmente alrededor del eje del árbol de accionamiento, debiendo preverse por razones constructivas una excéntrica común y un cuerpo de arrastre común para los elementos de control de válvula.

En una forma de realización recomendable, la disposición de válvulas de salida y entrada presenta fijos en la carcasa un asiento de válvula de entrada y un asiento de válvula de salida que están orientados radialmente al eje del árbol de accionamiento y que son coaxiales uno a otro, encontrándose el asiento de válvula de salida recomendablemente más cerca del árbol de accionamiento que el asiento de válvula de entrada. Gracias a esta colocación, la zona en la que una presión residual elevada actúa durante un tiempo prolongado está dispuesta lo más lejos posible del árbol de accionamiento y la junta entre el asiento de válvula de entrada y el árbol de accionamiento no está expuesta apenas a la presión residual elevada o, respectivamente, sólo durante poco tiempo. La disposición de los asientos de válvula no ocupa mucho espacio constructivo en la dirección del eje del árbol de accionamiento.

El elemento de control de válvula debería extenderse pasando por el asiento de válvula de salida con suficiente juego hasta el asiento de válvula de entrada, estando prevista una zona estanca entre los asientos de válvulas y también respecto al árbol de accionamiento. Unos primeros y segundos hombros en el elemento de control de válvula sirven para la elevación de los cuerpos de válvula correspondientes de sus asientos, realizándose los movimientos de elevación de los cuerpos de válvula en sentido opuesto, es decir, durante la elevación, el elemento de control de válvula abre la válvula de entrada, mientras que durante el descenso abre la válvula de salida.

De forma favorable desde el punto de vista de la técnica de montaje, los hombros están formados por los extremos de un tubo fijado en el elemento de control de válvula, preferiblemente enroscado, para conseguir zonas de contacto de la mayor superficie posible.

Los cuerpos de válvula son solicitados hacia sus asientos por resortes débiles, siendo el cuerpo de válvula de entrada un disco o un plato, que puede ser centrado por el resorte. El cuerpo de válvula de salida es, en cambio, un disco anular o un plato en forma de anillo circular que es guiado en el elemento de control de válvula y que puede moverse respecto a éste. Aquí está prevista recomendablemente una junta de anillo deslizante entre el elemento de control de válvula y el cuerpo de válvula de salida, para evitar una fuga con derivación del cuerpo de válvula de salida al asiento de válvula de salida.

En vista de las condiciones impecables de estanqueidad en el caso de cuerpos de válvula colocados en los asientos, podrían estar previstas superficies estancas cónicas o esféricas en los cuerpos de válvula y también los asientos de válvula podrían realizarse con superficies estancas cónicas o esféricas.

Para garantizar que no se produzca ninguna coincidencia entre las válvulas de salida y entrada, es decir, que cada válvula no abra hasta que se haya cerrado previamente la otra válvula, es importante realizar en la dirección longitudinal del elemento de control de válvula la distancia entre los hombros menor que la distancia entre los cuerpos de válvula colocados en los asientos. El dimensionado se realiza aquí preferiblemente de tal forma que en el punto muerto superior e inferior del pistón diferencial los dos cuerpos de válvula quedan colocados en sus asientos existiendo un juego respecto al hombro correspondiente del elemento de control de válvula. Este juego puede variar, por ejemplo, entre 0,1 y 0,4 mm.

El elemento de control de válvula es guiado recomendablemente varias veces a lo largo de su longitud.

Los asientos de válvula y una guía para el elemento de control de válvula pueden estar dispuestos en cuerpos de casquillo, que están sujetados en una cámara de la carcasa entre una pared de carcasa adyacente al árbol de accionamiento y una tapa de la carcasa. Estos cuerpos de caquillos pueden presentar una entrada y dos salidas, mientras que otra entrada está dispuesta en la pared de la cámara de la carcasa. Este concepto simplifica el montaje y permite colocar las válvulas de entrada y salida a poca distancia entre sí para ocupar menos espacio constructivo.

En una forma de realización recomendable, las excéntricas para el pistón diferencial y el elemento de control de válvula están dimensionadas de igual manera y están realizadas con la misma excentricidad.

En una forma de realización especialmente recomendable, la excentricidad de la excéntrica puede ajustarse respecto al eje del árbol de accionamiento para poder adaptar en caso de necesidad la capacidad de elevación y/o el comportamiento de servicio. Esto podría realizarse, por ejemplo, porque la excéntrica está formada por dos casquillos excéntricos dispuestos uno dentro del otro y giratorios uno respecto a otro pudiendo ser fijados en posiciones relativas a elegir libremente. Como alternativa, la excéntrica también podría estar dispuesta de forma intercambiable en el árbol de accionamiento, de modo que puede realizarse un cambio de la excentricidad mediante el intercambio de la excéntrica.

Con ayuda del dibujo se explicarán formas de realización del objeto de la invención. Muestran:

la fig. 1 un dispositivo para la concentración de un líquido bombeado en una representación esquemática, con una bomba de pistón radial que se muestra en un corte axial parcial, encontrándose un pistón diferencial en el punto muerto superior;

la fig. 2 la bomba de pistón radial durante la carrera de aspiración;

la fig. 3 la bomba de pistón radial durante la carrera de elevación;

la fig. 4 un corte transversal de un detalle de realización de la bomba de pistón radial en el plano de corte IV-IV de la fig. 5;

la fig. 5 un corte axial del detalle de la fig. 4 en el plano de corte V-V,

la fig. 6 una vista esquemática de otro detalle de la realización y

la fig. 7 otro detalle de realización.

Un dispositivo V mostrado esquemáticamente en la fig. 1 para la concentración de un líquido F obteniendo un concentrado o un líquido concentrado F_{K}, por ejemplo formándose al mismo tiempo un líquido puro F_{R}, podría ser una instalación de desalinización de agua de mar que trabaja según el principio de la ósmosis inversa o una instalación para concentrar zumo de fruta o sim. En principio, en el dispositivo V está previsto elevar el líquido F con una bomba de pistón radial R y aplicar presión al mismo, hacerlo pasar por un dispositivo concentrador 3, del cual el líquido concentrado F_{K} sale con una presión residual considerable, mientras que el líquido puro F_{R} se acumula sustancialmente sin presión, p.ej. como permeato de agua pura en el caso de la desalinización de agua de mar. El líquido concentrado F_{K} con la presión residual considerable se usa en la bomba de pistón radial R para favorecer con la energía obtenida directamente la elevación del líquido F, para consumir sólo poca energía primaria, p.ej. corriente eléctrica o la potencia de un motor P, para el servicio de la bomba de pistón radial R. En el caso de la desalinización de agua de mar, el dispositivo concentrador 3 sería, por ejemplo, un sistema de membranas que trabaja según el principio de la ósmosis inversa.

La bomba de pistón radial R en la fig. 1 aspira el líquido F que se proporciona, dado el caso, con una presión previa reducida, a través de una tubería 1 y una válvula de alimentación 16 mediante al menos un pistón diferencial K (carrera de aspiración) y lo eleva durante la carrera de elevación mediante una válvula de evacuación 17 a una tubería 2. La tubería 2 conduce al dispositivo concentrador 3, del cual sale el líquido puro F_{R}, elevándose en una tubería 4 el líquido concentrado F_{K} bajo una presión residual a una entrada 5. Después de haberse empleado el líquido concentrado F_{K} en una cámara de presión 36 para solicitar el pistón diferencial K durante la carrera de elevación, el mismo sale de una salida 6 sustancialmente sin presión.

Para poder simplificar el arranque del dispositivo, en la tubería 2 puede estar previsto un dispositivo de válvula 7, que eleva a través de una tubería 8 directamente a la entrada 5, aunque en el servicio normal apenas se usa o sólo en unas condiciones determinadas.

La bomba de pistón radial R tiene una pared de carcasa 10, que separa la zona de elevación y una zona de trabajo de una cámara 11 de un árbol de accionamiento 12 y, por ejemplo, una tapa de carcasa 9 que puede ser retirada.

En el árbol de accionamiento 12 están dispuestas una excéntrica 13 para el accionamiento del pistón diferencial K y otra excéntrica 14 para el accionamiento de una disposición de válvulas de entrada y salida A, estando desplazada la excéntrica 14 aproximadamente 90º respecto a la excéntrica 13 en la dirección de giro de accionamiento 40 alrededor de un eje 38 del árbol de accionamiento 12. En la forma de realización mostrada, las dos excéntricas 13 están dimensionadas con distintos tamaños y están dispuestas con distintas excentricidades en el árbol de accionamiento 12. No obstante, sería perfectamente posible dimensionar las dos excéntricas 13, 14 con el mismo tamaño y disponerlas también con las mismas excentricidades. Las excéntricas 13, 14 pueden estar realizadas fijamente en el árbol de accionamiento 12 o pueden estar aseguradas con cuñas de forma intercambiable en el mismo. En una alternativa no mostrada, puede variarse la excentricidad de cada excéntrica respecto al eje 38 del árbol de accionamiento 12, por ejemplo, mediante intercambio, o estando formada cada excéntrica 13 ó 14 por dos casquillos excéntricos que pueden ser fijados en posiciones relativas a elegir libremente y que pueden ser girados uno respecto al otro. En la fig. 1, el eje de la excéntrica 13 está designado con 37 y el de la excéntrica 14 con 39.

El pistón diferencial K tiene en el lado del vástago de pistón una caña 15, que está unida directamente a la excéntrica 13 mediante un acoplamiento de tracción y compresión, que está guiada linealmente de forma directa o indirecta en 37 en la pared de carcasa y que está estanqueizada. El pistón diferencial K contiene una disposición estanca, que separa una cámara de bombeo de la cámara de presión 36.

La disposición de válvulas de entrada y salida A contiene una válvula de entrada de un cuerpo de válvula 32 y un asiento de válvula 27, así como una válvula de salida formada por un cuerpo de válvula 29 y un asiento de válvula 28. Los asientos de válvula 27, 28 están orientados radialmente al eje 38 del árbol de accionamiento 12 y son coaxiales uno respecto al otro, estando orientado el asiento de válvula de salida 28 hacia el árbol de accionamiento 12 y estando dispuesto más cerca de éste que el asiento de válvula de entrada 27, que está orientado en dirección opuesta al árbol de accionamiento 12. Las dos válvulas tienen asignadas un elemento de control de válvula 18 común, que es guiado al menos una vez directa o indirectamente de forma lineal en la pared de la carcasa 10 y que está estanqueizado y que está articulado directamente en la excéntrica 14 mediante un acoplamiento de compresión y tracción S, extendiéndose una caña 19 del elemento de control de válvula 18 desde el acoplamiento S pasando por el asiento de válvula de salida 28 con juego radial hasta el asiento de válvula de entrada 27. Las juntas 29 estanqueizan entre la válvula de salida y la cámara 11 o entre la salida 6 y el asiento de válvula de entrada 27. Además, entre los asientos de válvula está prevista otra guía 21 para el elemento de control de válvula 18. En un tramo de caña escalonado del elemento de control de válvula 18 está fijado un tubo 22, p.ej. está enroscado, que forma un primer hombro 23 orientado hacia el cuerpo de válvula de salida 29, así como un segundo hombro 24 orientado hacia el cuerpo de válvula de entrada 32. La distancia entre los hombros 23, 24 es menor que la distancia entre los cuerpos de válvula 29, 32 cuando éstos están colocados en sus asientos de válvula 27, 28, de modo que con las válvulas cerradas existe, por ejemplo, un juego entre 0,1 y aproximadamente 0,4 mm entre cada hombro 23 ó 24 y el cuerpo de válvula 32 ó 29 adyacente. El cuerpo de válvula de entrada 32 puede ser un disco o un plato y es centrado por un resorte 33 débil y solicitado hacia el asiento de válvula de entrada 27. El cuerpo de válvula 29 puede ser un disco de anillo circular o un plato en forma de anillo circular que se solicita mediante un resorte 31 hacia el asiento de válvula de salida 29. Entre el cuerpo de válvula de salida 29 y la caña 19 del elemento de control de válvula 18 puede estar prevista una junta de anillo deslizante 30. Los cuerpos de válvula 32, 29 pueden presentar superficies de asiento cónicas o redondeadas, al igual que los asientos de válvula 27, 29. El asiento de válvula de entrada 27 puede estar conformado en un elemento de casquillo 25, mientras que la guía 21 y la junta 29, así como el asiento de válvula de salida 28 pueden estar realizadas en otro elemento de casquillo 26. Los cuerpos de casquillo 25, 26 están sujetados en la carcasa entre la pared de la carcasa 10 y la tapa de la carcasa 9. Corriente abajo del asiento de válvula de entrada 27, una salida en el cuerpo de casquillo 26 conduce a una entrada 35 de la cámara de presión 36. La entrada 35 está conectada al mismo tiempo con una cámara al lado del asiento de válvula de salida 28 dispuesta por debajo del cuerpo de casquillo 26, que contiene el cuerpo de válvula de salida 29.

Funcionamiento

El árbol de accionamiento 12 es accionado por la fuente de accionamiento primaria P, p.ej. un electromotor o un motor de combustión interna, para accionar mediante los acoplamientos S el pistón diferencial K y el elemento de control de válvula 18 en un movimiento de vaivén. El pistón diferencial K aspira durante la carrera de aspiración mediante el lado alejado del vástago de pistón líquido F a través de la válvula de alimentación 16 abierta. Durante la carrera de aspiración está cerrada la válvula de entrada 32, 27 y la válvula de salida 29, 28 está abierta. El líquido concentrado F_{K} se hace salir sustancialmente sin presión de la cámara de presión 36 a través de la salida 6. Poco antes de llegar o generalmente en la zona del punto muerto inferior del pistón diferencial K, la válvula de salida 29, 28 se cierra y es en este momento cuando se abre la válvula de entrada 27, 32, sin que coincidan las dos válvulas abiertas. Al comenzar la carrera de elevación, el líquido concentrado F_{K} bajo la presión residual solicita en la cámara de presión 36 el lado del vástago de pistón del pistón diferencial K, para cooperar en la carrera de elevación. Poco antes o en la zona del punto muerto superior del pistón diferencial K, la válvula de entrada 32, 27 se vuelve a cerrar y es en este momento cuando se abre la válvula de salida 29, 28, sin que coincidan las dos válvulas abiertas.

Recomendablemente están distribuidas alrededor del árbol de accionamiento 12 varios pistones diferenciales K y también varias disposiciones de válvulas de entrada y salida A en forma de estrella y regularmente, por ejemplo, al menos tres o más.

Gracias a la asistencia por el líquido concentrado F_{K} con su presión residual, para el servicio de la bomba de pistón radial R se necesita una cantidad de energía primaria tan reducida que el dispositivo V para la desalinización de agua de mar puede funcionar de forma autónoma mediante un motor de corriente continua de colectores solares, p.ej. para el consumo de agua potable de un edificio o de una instalación.

La relación de las superficies entre el lado alejado del vástago de pistón y el lado del vástago de pistón del pistón diferencial K está adaptado a las relaciones cuantitativas entre el líquido que ha de ser bombeado y el líquido concentrado de tal modo que la energía en el líquido concentrado puede aprovecharse óptimamente para la asistencia. La diferencia de presión en el dispositivo estanco del pistón diferencial K es relativamente reducida y también la zona estanca 20 se solicita sólo durante poco tiempo, respectivamente, durante la carrera de elevación con la presión residual. En la cámara de la carcasa 11 puede estar previsto un baño de aceite.

La fig. 2 muestra la carrera de aspiración del pistón diferencial K en la bomba de pistón radial R. El líquido concentrado F_{K} en la cámara de presión 36 se ha dejado sin presión mediante la válvula de salida 28, 29 abierta y se hace salir por la salida 6, mientras que en la entrada 5 con la válvula de entrada 27, 32 cerrada se aplica la presión residual. El hombro 23 mantiene la válvula de salida 28, 29 abierta mientras que el hombro 24 está alejado del cuerpo de válvula de entrada 32. Con una presión residual de, p.ej., 68 bar en la entrada 5, en la cámara de presión 36 ya sólo queda una presión de aprox. 1 bar. Corriente abajo de la válvula de salida 17 cerrada existe una presión de elevación de aproximadamente 70 bar, mientras que la presión de aspiración con la válvula de alimentación 16 abierta es de apro-
ximadamente 1 bar. Por lo tanto, existe aproximadamente la misma presión a los dos lados del pistón diferencial K.

La fig. 3 muestra la carrera de elevación de la bomba de pistón radial R, durante la cual el pistón diferencial K se mueve en dirección al punto muerto superior. El elemento de control de válvula 18 ha abierto la válvula de entrada 32, 27, mientras que la válvula de salida 28, 29 está cerrada. El líquido concentrado F_{K} fluye con la presión residual de, por ejemplo, 68 bar a la cámara de presión 36 y asiste al pistón diferencial K. La válvula de salida 28, 29 se mantiene cerrada con esta presión. El líquido que se ha de bombear está bajo una presión de aproximadamente 70 bar, estando cerrada la válvula de alimentación 16 y abierta la válvula de evacuación 17. La diferencia de presión en el dispositivo estanco del pistón diferencial K sólo es de aproximadamente 2 bar.

Las fig. 4 y 5 muestran una forma de realización del acoplamiento S, por ejemplo, entre la caña 15 y la excéntrica 13. En las fig. 4 y 5, la guía 37 de la fig. 1 está formada por un casquillo de deslizamiento 41 en la pared de la carcasa 10, que se sumerge con dos coquillas de apoyo 42 en la cámara 11 y apoya y guía la caña 15 en la dirección de rotación de la excéntrica 13 contra fuerzas transversales. Las coquillas de apoyo 42 engranan en una bolsa 45 de un cuerpo de arrastre 44, que está alojado de forma giratoria en un cojinete de deslizamiento o un rodamiento de agujas 43 en la excéntrica 13 y que está posicionado, por ejemplo por la caña 15 y/o las coquillas de apoyo 42, axialmente en la excéntrica 13. La bolsa 45 tiene una anchura interior que corresponde aproximadamente a la medida exterior de las coquillas de apoyo 42, de modo que aquí se forma un ajuste corredizo suave. En la bolsa 45 está realizada una superficie de compresión 49 inferior para el extremo de la caña (acoplamiento de compresión) y en destalonamientos 46 en las paredes laterales de la bolsa 45 están realizadas superficies de tracción 50 (acoplamiento de tracción) para el extremo de la caña. El extremo de la caña contiene dos ranuras 47 que se extienden una paralela a la otra, de modo que en el extremo de la caña quedan formados dos topes de arrastre 48 orientados hacia fuera, que engranan en los destalonamientos 46. Los destalonamientos 46 son más largos que la anchura exterior del extremo de la caña 15 y se extienden, dado el caso, hasta el contorno del cuerpo de arrastre 44.

El cuerpo de arrastre 44 puede estar realizado en una pieza o (fig. 5) puede ensamblarse a partir de dos mitades 44a y 44b. El engrane en unión positiva entre los topes de arrastre 48 y los destalonamientos 46 forma también un seguro contra el giro para la caña 15. Dado el caso, las ranuras 47 están reunidas en una ranura circunferencial y también los dos topes de arrastre 48 forman un collar redondo en la dirección circunferencial, de modo que la caña 15 puede girar en el acoplamiento S.

En la forma de realización simplificada de la fig. 6, en el extremo de la caña 15 está moldeado un ensanchamiento, que forma uno o dos topes de arrastre 48' y que engrana en el destalonamiento 46' del cuerpo de arrastre 44. En la dirección transversal en la fig. 6 está previsto suficiente juego entre el tope de arrastre 48' y el destalonamiento 46', así como entre la caña 15 y la entrada al destalonamiento 46', para permitir el movimiento de deslizamiento de la caña 15 indicado mediante una flecha doble durante el movimiento de rotación de la excéntrica 13 alrededor del eje 37.

En la forma de realización de la fig. 7, en el cuerpo de arrastre 44 están moldeados soportes de cojinete 51, en los que está colocado una espiga corredera 52, que pasa por el extremo de la caña 15. Entre los soportes de cojinete 51 está previsto suficiente juego para permitir el movimiento de deslizamiento en la guía de deslizamiento de la caña 15 indicado en la fig. 7 mediante una flecha doble durante el movimiento de rotación de la excéntrica alrededor del eje 37.

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Documentos mencionados en la descripción Esta lista de los documentos mencionados por el solicitante se incluyó exclusivamente para informar al lector y no es parte integrante de la patente europea. La misma fue confeccionada con el máximo esmero; no obstante, la Oficina Europea de Patentes no asume ningún tipo de responsabilidad por posibles errores u omisiones. Patentes mencionadas en la descripción

\bullet EP 0450257 B1 [0003] [0003]

Claims (23)

1. Dispositivo (V) para la concentración de un líquido (F) bombeado por una bomba de pistón diferencial a través de un dispositivo concentrador (3), que como concentrado (F_{K}) bajo presión residual solicita directamente el al menos un pistón diferencial (K) durante la carrera de elevación asistiendo al mismo, estando accionado el pistón diferencial (K) por un árbol de accionamiento (12) que acciona al menos un elemento de control de válvula (18) guiado linealmente de una disposición de válvulas de entrada y salida (A), caracterizado porque la bomba de pistón diferencial es una bomba de pistón radial (R), porque en el árbol de accionamiento (12) están dispuestas excéntricas (13, 14) para el pistón diferencial (K) y el elemento de control de válvula (18) y porque el pistón diferencial (K) y el elemento de control de válvula (18) están articulados directamente en las excéntricas (13, 14) mediante acoplamientos de tracción y de compresión (S).

2. Bomba de pistón diferencial para líquidos (F), con una carcasa que presenta una alimentación y una evacuación para el líquido (F), así como una entrada (5) y una salida (6) para líquido (F_{K}) bajo una presión residual, al menos un pistón diferencial (K) que eleva el líquido (F) de la alimentación a la evacuación, que puede ser accionado por un árbol de accionamiento (12) y durante la carrera de elevación también directamente por la presión residual y que separa una cámara de bombeo de una cámara de presión (36), al menos una disposición de válvulas de entrada y salida (A) para la cámara de presión (36) y al menos un elemento de control de válvula (18) de la disposición de válvulas de entrada y salida (A) guiado linealmente y accionado por el árbol de accionamiento (12), caracterizada porque la bomba de pistón diferencial es una bomba de pistón radial (R), porque en el árbol de accionamiento (12) están dispuestas excéntricas (13, 14) para el pistón diferencial (K) y el elemento de control de válvula (18) y porque el pistón diferencial (K) y el elemento de control de válvula (18) están articulados directamente en las excéntricas (13, 14) mediante acoplamientos de tracción y de compresión (S).

3. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 2, caracterizada porque para la disposición de válvulas de entrada y salida (A) está previsto un solo elemento de control de válvula (18).

4. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 2, caracterizada porque el acoplamiento de tracción y compresión (S) presenta un cuerpo de arrastre (44) alojado de forma giratoria en la excéntrica (13, 14) y al menos un elemento de engrane (48) previsto en un extremo de una caña (15, 19) del pistón diferencial (K) o del elemento de control de válvula (15), y porque entre el elemento de engrane (48) y el cuerpo de arrastre (44) está previsto un engrane en unión positiva que actúa sustancialmente en la dirección radial y en la dirección circunferencial, preferiblemente paralelamente a una tangente a la excéntrica (13, 14), está prevista una guía de deslizamiento.

5. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 4, caracterizada porque la guía de deslizamiento forma un seguro contra el giro para la caña (15, 19).

6. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 4, caracterizada porque el cuerpo de arrastre (44), que está formado preferiblemente por dos mitades (44a, 44b) ensambladas axialmente o que está realizado en una pieza presenta para la caña (15, 19) una bolsa (45) abierta hacia el exterior, con un destalonamiento en la guía de deslizamiento, cuya anchura interior vista en la dirección axial es menor que la anchura exterior de la caña (15, 19).

7. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 6, caracterizada porque la caña (15, 19) del pistón diferencial (E) y/o del elemento de control de válvula (18) está dispuesta en una guía corredera (37) fija en la carcasa, porque la guía corredera (37) presenta un casquillo de deslizamiento (41) y porque el casquillo de deslizamiento (41) engrana con coquillas de apoyo (42) moldeadas, orientadas una hacia la otra en el sentido de giro de la excéntrica (13, 14), con un ajuste corredizo entre las paredes laterales de la bolsa (45).

8. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 6, caracterizada porque el cuerpo de arrastre (44) está posicionado mediante la guía de deslizamiento y/o las coquillas de apoyo (42) axialmente en la excéntrica (13, 14).

9. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 6, caracterizada porque un fondo de la bolsa forma una superficie de compresión (49) para el extremo de la caña, que es más larga que la anchura exterior del extremo de la caña, porque a una distancia del extremo de la caña están moldeadas dos ranuras (45) paralelas, diametralmente opuestas o una ranura circunferencial en la caña, que definen una anchura que corresponde aproximadamente a la anchura interior de la bolsa (45) y porque el extremo de la caña forma al menos un tope de arrastre orientado hacia fuera como elemento de engrane (48) adyacente a las ranuras o a la ranura, que engrana en un destalonamiento (46) moldeado en una pared lateral de la bolsa.

10. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 9, caracterizada porque el destalonamiento (46) se extiende paralelamente a una tangente a la excéntrica (13, 14) y es más larga en esta dirección que el tope de arrastre.

11. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 2, caracterizada porque la excéntrica (14) para el elemento de control de válvula (18) de la disposición de válvulas de salida y entrada (A) asignada a un pistón diferencial (K) está desplazada aproximadamente 90º respecto a la excéntrica (13) para este pistón diferencial (K) alrededor del eje (38) del árbol de accionamiento (40) y con un adelanto en la dirección de giro de accionamiento.

12. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 2, caracterizada porque están distribuidos tres o más pistones diferenciales (K) en forma de estrella alrededor del eje (38) del árbol de accionamiento (12) y porque los pistones diferenciales (K) tienen asignados una excéntrica (13) común y un cuerpo de arrastre (44) común.

13. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 12, caracterizada porque los elementos de control de válvula (18) para las disposiciones de válvulas de salida y entrada (A) de los pistones diferenciales (K) están distribuidos en forma de estrella regularmente alrededor del eje (38) del árbol de accionamiento (12), preferiblemente con un desplazamiento de aproximadamente 90º, respectivamente, respecto a los pistones diferenciales (K) y porque los elementos de control de válvula (18) tienen asignados una excéntrica (14) común y un cuerpo de arrastre (44) común.

14. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 2, caracterizada porque la disposición de válvulas de salida y entrada (A) presentan fijos en la carcasa un asiento de válvula de entrada (27) y un asiento de válvula de salida (28), que están orientados radialmente al eje (38) del árbol de accionamiento (12) y que son coaxiales uno a otro, porque el asiento de válvula de salida (28) se encuentra más cerca del árbol de accionamiento (12) que el asiento de válvula de entrada (27) y porque el asiento de válvula de salida (28) está orientado hacia el árbol de accionamiento (12) y el asiento de válvula de entrada (27) está orientado en dirección opuesta al árbol de accionamiento (12).

15. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 14, caracterizada porque el elemento de control de válvula (18) se extiende respectivamente con una distancia radial a través del asiento de válvula de salida (28) hasta el asiento de válvula de entrada (27), está estanqueizado respecto al árbol de accionamiento (12) y entre los asientos de válvula (27, 28) y presenta un primer hombro (23) para elevar un cuerpo de válvula de salida dispuesto de forma móvil en el lado del asiento de válvula de salida (28) orientado hacia el árbol de accionamiento (12), así como un segundo hombro (24) para elevar un cuerpo de válvula de entrada dispuesto de forma móvil en el lado del asiento de válvula de entrada orientado en dirección opuesta al árbol de accionamiento (12).

16. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 15, caracterizada porque los hombros (23, 24) están formados por los extremos de un tubo (22) fijado en el elemento de control de válvula (18), preferiblemente enroscado.

17. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 15, caracterizada porque el cuerpo de válvula de entrada (32) es un disco solicitado por un resorte (33) hacia el asiento de válvula de entrada (27), preferiblemente centrado por el resorte (33), y porque el cuerpo de válvula de salida (29) es un disco anular solicitado por un resorte (31) hacia el asiento de válvula de salida (28), guiado de forma móvil en el elemento de control de válvula (18), preferiblemente con una junta de anillo deslizante (30) dispuesta entre el elemento de control de válvula (18) y el disco anular.

18. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 17, caracterizada porque el disco anular y el disco presentan superficies de asiento cónicas o esféricas y porque los asientos de válvula (27, 28) están realizados preferiblemente de forma cónica o esférica.

19. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 15, caracterizada porque la distancia vista en la dirección longitudinal del elemento de control de válvula (18) entre los hombros (23, 24) es menor que la distancia entre los cuerpos de válvula colocados en los asientos de válvula (27, 28), preferiblemente de tal forma que cuando el pistón diferencial (K) asignado a la disposición de válvulas de salida y entrada (A) se encuentra en el punto muerto superior e inferior los dos cuerpos de válvula están colocados en los asientos existiendo un juego respecto al hombro (23, 24) correspondiente, preferiblemente entre aproximadamente 0,1 y 0,4 mm.

20. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 15, caracterizada porque el elemento de control de válvula (18) entre el asiento de válvula de salida (28) y el árbol de accionamiento (12) y entre los asientos (27, 28) pasa por guías (21, 37) fijas de la carcasa.

21. Bomba de pistón diferencial según la reivindicación 14, caracterizada porque los asientos de válvula (27, 28) y una guía (21) están dispuestos en cuerpos de casquillo (25, 26), que están sujetados en una cámara de la carcasa entre una pared de carcasa (10) adyacente al árbol de accionamiento (12) y una tapa de la carcasa (9) y presentan una entrada (5) y dos salidas (34, 6) y porque en la pared de la carcasa (10) está dispuesta otra entrada.

22. Bomba de pistón diferencial según al menos una de las reivindicaciones anteriores 2 a 21, caracterizada porque la excéntrica (13) para el pistón diferencial (K) y la excéntrica (14) para el elemento de control de válvula están dimensionadas al menos sustancialmente de igual manera y están realizadas con las mismas excentricidades (C).

23. Bomba de pistón diferencial según al menos una de las reivindicaciones anteriores 2 a 22, caracterizada porque el alcance de la excentricidad (C) de las excéntricas (13, 14) es regulable y/o la excéntrica (13, 14) está dispuesta de forma intercambiable en el árbol de accionamiento.