ES2322632T3 - Boquilla giratoria de liquido con retardador de resorte en espiral. - Google Patents

Abstract

Dispositivo giratorio retardador para la conexión entre una estructura de referencia (10, 30) y una estructura giratoria (11 a 13) para controlar la velocidad de rotación de la estructura giratoria con respecto a dicha estructura de referencia, comprendiendo dicho dispositivo unos medios de superficie de fricción conectados a dicha estructura de referencia (10, 30) y que proporcionan una superficie cilíndrica interior coaxial con un eje de rotación de dicha estructura giratoria (11 a 13), unos medios sensibles al peso centrífugamente (35 a 37) soportados por dicha estructura giratoria (11 a 13), y giratorios con la misma, estando dichos medios de peso (35 a 37) provistos de partes de superficie exteriores que se pueden acoplar con dicha superficie cilíndrica interior después del desplazamiento centrífugo hacia la parte exterior de dichos medios de peso con respecto a dicho eje, unos medios de solicitación por resorte para forzar dichos medios de peso (35 a 37) hacia dicho eje y alejándolos de dicha superficie cilíndrica interior, unos medios de accionamiento para hacer girar dicha estructura giratoria (11 a 13) en una dirección alrededor de dicho eje, un resorte en espiral (34) enrollado helicoidalmente que rodea coaxialmente una parte de dicha estructura giratoria (11 a 13) y con un extremo en acoplamiento de accionamiento con una parte de dicha estructura giratoria que tiende a desenrollarse y a incrementar el diámetro del resorte en espiral (34) cuando dicho un extremo del resorte en espiral es accionado por la estructura giratoria en dicha una dirección, unos medios para el acoplamiento de un segundo extremo de dicho resorte en espiral (34) a dichos medios de peso (35 a 37) en los que el resorte en espiral hace girar dichos medios de peso en dicha una dirección alrededor de dicho eje, en respuesta a la rotación de la estructura giratoria (11 a 13) en dicha una dirección, siendo dichos medios de peso (35 a 37) sensibles centrífugamente a la velocidad de rotación incrementada de dicha estructura giratoria (11 a 13) en dicha una dirección para el acoplamiento por fricción de dicha superficie cilíndrica interior y retardar el movimiento de dicho segundo extremo del resorte en espiral (34) en dicha una dirección y desenrollar cada vez más el resorte en espiral, de manera que sus espiras se incrementen en diámetro y se acoplen por fricción con dicha superficie cilíndrica interior para retardar el movimiento de rotación relativo de dicha estructura giratoria con respecto a dicha estructura de referencia (10, 30).

Description

Boquilla giratoria de líquido con retardador de resorte en espiral.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un conjunto pequeño de boquilla giratoria para rociar líquidos a alta presión y provisto de un dispositivo de resorte en espiral helicoidal que se puede expandir radialmente controlado centrífugamente, accionado por medio de una boquilla giratoria para actuar como retardador de velocidad giratorio con el fin de evitar un exceso de velocidad no deseado de la rotación de la boquilla.

Técnica anterior

En el campo de los dispositivos giratorios de manejo de líquidos a alta presión, según se describe por ejemplo en el documento US nº 4.802.628, en los que los parámetros de funcionamiento pueden exceder 6.895 Newton/cm^{2} (10.000 psi), las velocidades de rotación de 1.500 rpm y los caudales de flujo de 95 litros/min (25 gpm), los parámetros de funcionamiento relacionados con la construcción, el coste, la duración y la facilidad de mantenimiento de boquillas pequeñas giratorias adolecen de muchos problemas. La longitud y el diámetro combinados de dichas boquillas pueden no pasar de algunos centímetros. Los parámetros de funcionamiento más extremos así como la gran reducción del tamaño forman parte de dichos problemas. La presión, la temperatura y los factores de desgaste afectan a la duración, la facilidad de mantenimiento y el coste de atención, así como la inconveniencia y la seguridad de uso de dichos dispositivos de boquilla. Son necesarias unas boquillas de velocidad controlada duraderas de bajo coste y fácil mantenimiento.

Exposición de la invención

Entre los objetivos de la invención se encuentra el de simplificar la configuración de las piezas de desgaste de una boquilla rociadora a alta presión, para reducir la cantidad y el coste y facilitar la fabricación y sustitución económicas de dichas piezas de desgaste.

Otro objetivo de la invención es ayudar a conseguir un conjunto de boquilla rociadora giratoria a alta presión pequeño, duradero, ligero de peso, alargado y que presente un diámetro pequeño, que se pueda incorporar de forma conveniente en el extremo de una lanza rociadora e insertar fácilmente en tubos que presenten un diámetro menor y similares, a fin de limpiarlo, además de que se pueda utilizar en otras estructuras o áreas planas de mayor tamaño.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una boquilla con un mecanismo retardador de velocidad provisto de un primer mecanismo de generación de fricción baja que reaccione al control de la velocidad de la boquilla que interactúa directamente con un mecanismo de generación de fricción más elevada también bajo el control de la velocidad de la boquilla, con el fin de conseguir una desaceleración deseada de la velocidad de la boquilla.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un mecanismo de control de velocidad de rotación duradero para el cabezal rociador giratorio en un conjunto rociador de agua a alta presión alargado de diámetro pequeño.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un mecanismo de control de velocidad mejorado para un elemento de boquilla giratoria de un conjunto de boquilla rociadora a alta presión de diámetro pequeño que utilice centrífugamente sensible.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un mecanismo de control de velocidad mejorado para un elemento de boquilla giratoria de un conjunto de boquilla rociadora a alta presión de diámetro pequeño que utilice un mecanismo que incorpore un resorte en espiral helicoidal expansible radialmente con un peso centrífugo controlado para el control de la desaceleración de la boquilla.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un mecanismo de control de velocidad mejorado para un elemento de boquilla giratoria de un conjunto de boquilla rociadora a alta presión de diámetro pequeño que utilice la expansión radial de desenrollado de un resorte en espiral helicoidal expansible contra una superficie cilíndrica resistente al desgaste de diámetro interno pequeño, para crear un efecto retardador en la boquilla.

Otro objetivo de la invención es proporcionar en una cámara estanca aislada única de un conjunto de boquilla rociadora a alta presión de diámetro pequeño un mecanismo de control de velocidad mejorado para un elemento de boquilla giratoria y un conjunto de desgaste de boquilla giratoria.

Otro objetivo de la invención es limitar el aumento de temperatura en los componentes que generan calor de los conjuntos alargados de boquilla rociadora de agua a alta presión de diámetro pequeño.

Un objetivo adicional de la invención es proporcionar un conjunto de boquilla giratoria mejorado en el que se consiga la extracción de todas las partes principales de los rodamientos de soporte de boquilla giratoria y los mecanismos de control de velocidad de la boquilla giratoria de una cámara estanca común a través de un extremo de un cuerpo de carcasa que contiene una boquilla giratoria.

Otro objetivo de la invención es proporcionar medios mejorados para rellenar o sustituir el líquido lubricante de viscosidad estable en una cámara estanca que alberga un mecanismo de control de velocidad, únicamente retirando un tapón de llenado que se abre a la cámara y que bombea líquido nuevo a la cámara.

Otro objetivo de la invención es conseguir una cantidad significativa de fuerza de desaceleración en una boquilla giratoria de un conjunto de boquilla rociadora mediante el cizallado viscoso en un mecanismo de control de velocidad provisto de piezas retardadoras de velocidad que generan fricción inmersas en el líquido.

La boquilla a alta presión según la presente invención está concebida para su uso en un intervalo de alta presión (HP) de aproximadamente 3.447 a 20.685 Newton/cm^{2} (5.000 a 30.000 psi). Así, el cierre hermético entre un soporte de cierre hermético relativamente estacionario y el extremo de entrada giratorio de una conducción de boquilla giratoria debe soportar cualquier presión seleccionada que se vaya a utilizar. Para una presión seleccionada, el caudal de flujo y la orientación de las puntas de descarga de la boquilla proporcionan la fuerza reactiva para hacer girar la boquilla. Con unos medios de control de velocidad de la boquilla que utilizan fricción interrelacionada que genera mecanismos retardadores de velocidad inmersos en un líquido lubricante resistente a altas temperaturas, como un fluido de transmisión automática, confinado en una cámara de control de velocidad protegida mediante estanqueidad para evitar un exceso de velocidad, se puede mantener la velocidad de forma selectiva en el intervalo comprendido entre 100 y 2.000 rpm para una operación de rociado. Sin un control de velocidad máxima efectivo, una boquilla fuera de control puede alcanzar varios miles de rpm, que pueden afectar de forma negativa la función del rociado, así como incrementar rápidamente el desgaste de los cierres herméticos, los rodamientos y otras partes de funcionamiento de la estructura de boquilla giratoria.

Los rodamientos de bola radiales forman unos medios de rodamiento de distribución de carga separada axialmente entre un eje de boquilla giratoria y una superficie cilíndrica interior de un cuerpo de carcasa de boquilla. Los rodamientos soportan, de forma giratoria, el eje coaxialmente con el cuerpo de carcasa, y evitan el movimiento axial de dicho eje cuando éste está sometido a elevadas fuerzas de empuje dirigidas hacia adelante procedentes de las altas presiones de líquido internas en los elementos de cierre hermético giratorio en el conjunto de boquilla.

La estructura de la boquilla comprende un cuerpo de carcasa generalmente cilíndrico que forma una estructura de referencia relativamente estacionaria con respecto a una boquilla giratoria coaxial que soporta el elemento de eje de conducción en la misma. El elemento de eje es una estructura giratoria provista de un extremo de entrada en una relación de estanqueidad con respecto a un elemento de entrada de líquido a alta presión de conexión en el extremo de entrada de la carcasa que presenta una parte roscada interior para recibir el extremo roscado macho, es decir, roscado en cono o roscados de tubos convencionales, de una lanza con una estructura de boquilla u otros medios (que no se muestran) para suministrar el líquido de rociado a alta presión a la estructura de boquilla.

Entre el elemento de entrada de líquido y el extremo de entrada del eje de la boquilla se prevé un conjunto de estanqueidad a alta presión que forma un paso para confinar el líquido a alta presión que se transfiere a la boquilla y que comprende un soporte de cierre hermético anular estacionario en el lado opuesto al extremo del eje, para soportar los componentes de estanqueidad anular dispuestos de un extremo a otro extremo y que presentan unos diámetros internos correspondientes al diámetro interno del extremo de entrada del eje. El soporte del cierre hermético está achaflanado, con el fin de proporcionar un receso anular escalonado con una pared cilíndrica lisa coaxial con respecto al eje y que contiene los componentes de un extremo a otro extremo que comprenden un elemento de cierre hermético cilíndrico anular de plástico y un asiento de anillo de estanqueidad fuerte resistente al desgaste al carburo en forma cilíndrica anular, que se sujeta entre el cierre hermético de plástico y el extremo del eje cuando el líquido a alta presión fluye a través de la boquilla durante su operación de rociado. El asiento de carburo se mantiene coaxial con respecto al eje mediante el receso escalonado y su extremo delantero se proyecta más allá del receso en un acoplamiento de estanqueidad con el extremo del eje. La pared exterior del cierre hermético de plástico encaja de forma adecuada contra la pared del receso escalonado y está provista de un cierre hermético de junta tórica de estanqueidad liso adicional en una ranura anular longitudinalmente central entre el cierre hermético de plástico y la pared del receso escalonado, para proporcionar unos medios de estanqueidad adicionales entre los mismos y mantener el cierre hermético de plástico en su posición contra la rotación y contra el asiento de carburo, puesto que este último se mantiene contra el eje mediante la presión del líquido de rociado en el cierre hermético de plástico y gira con el eje durante el funcionamiento de la boquilla. Cuando se desgasta el extremo del cierre hermético de plástico cuando éste contacta con el asiento de carburo, la presión del líquido sobre el cierre hermético de plástico lo empujará hacia adelante a lo largo del receso escalonado, para asegurar la continuidad del conjunto de estanqueidad en el extremo de entrada del eje.

El cierre hermético contiene la elevada presión de trabajo del líquido de rociado a alta presión y evita el escape de líquido a alta presión del paso del recorrido del flujo de líquido al extremo de entrada del elemento de boquilla tubular. El elemento de cierre hermético está realizado en un polietileno resistente a la extrusión con un peso molecular ultra alto de enlaces cruzados. La junta tórica de estanqueidad más lisa adicional preferentemente está realizada en un material elastomérico resistente al calor, duro y elástico, que se retiene en una ranura de sección transversal rectangular mecanizada en la superficie cilíndrica exterior del elemento de cierre hermético en la mitad de su longitud. Cuando el extremo del elemento de cierre hermético que se acopla con el extremo de entrada del asiento se desgasta hasta estar próximo a la ranura de la junta tórica, el elemento de cierre hermético de plástico se puede retirar y dar la vuelta para volver a utilizar hasta que el otro extremo del elemento de cierre hermético quede igual de desgastado.

\newpage

El conjunto de estanqueidad utilizado permite la sustitución sencilla de un elemento individual de cierre hermético de plástico con la junta tórica, cuando se desgasta, a un coste de sustitución mucho menor que el del asiento de carburo. El asiento de carburo se presiona axialmente contra el eje de la boquilla y gira con el mismo durante el funcionamiento del aparato de boquilla rociadora.

El conjunto de estanqueidad comprende el soporte de cierre hermético, el cierre hermético de plástico y el asiento de carburo. Esto proporciona una estanqueidad muy efectiva a un coste reducido, debido a la simplicidad de la configuración de estas tres partes principales y a su forma de retención y sustitución cuando es necesario después del desgaste, durante la vida de la estructura de boquilla. El desgaste del 50% del cierre hermético de plástico se tolera sin degradación de la estanqueidad de este conjunto.

En una cámara estanca están alojados unos medios para el control de la velocidad de rotación para la boquilla rociadora, que comprenden unos medios de rodamiento de bolas para soportar de manera que giratoria el elemento de eje de boquilla tubular giratoria que lleva el líquido de rociado al cabezal rociador de la boquilla. Esta cámara es estanca para proteger los mecanismos de control de velocidad y rodamiento y los lubricantes de los mismos de cualquier líquido de rociado que se pueda escapar de los pasos de líquido de rociado en la carcasa de la boquilla.

El control de la velocidad resulta útil para dirigir el diagrama de rociado de la boquilla del cabezal rociador cuando se mueve el conjunto de boquilla mediante su soporte, con respecto a un objeto o superficie que se está rociando. Además, la velocidad de rotación reducida reduce de forma significativa el desgaste y la generación de calor en las partes móviles del interior del conjunto de boquilla.

La cámara estanca de control de velocidad que comprende rodamientos está cerrada en el extremo delantero de la carcasa mediante un elemento de agarre en forma de copa que se puede extraer y un cierre hermético de labio final delantero anular entre la superficie exterior del eje y una superficie interior del elemento de agarre. El extremo posterior de la cámara estanca está estanqueizada mediante un cierre hermético de labio anular entre el eje y una parte de cuello de la carcasa. Un tapón roscado amovible en una abertura en el elemento de agarre permite la inyección de líquido lubricante bajo presión en el interior de la cámara estanca. Los labios de los cierres herméticos están dispuestos de manera que el cierre hermético delantero bloquea el escape del líquido pero el cierre hermético posterior permite que el líquido escape más allá de su labio y así, permita el rellenado o la sustitución completa del líquido únicamente retirando el tapón.

Los distintos elementos internos en la cámara de rodamientos estanca del conjunto de boquilla, comprendiendo los rodamientos, se mantienen en posiciones axiales relativamente fijas por unos medios que comprenden el elemento de agarre amovible que empuja la totalidad de dichos elementos hacia un extremo de la carcasa en el que un elemento del conjunto topa con un escalonado de la carcasa que se extiende hacia la parte interior.

\vskip1.000000\baselineskip

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una sección longitudinal de un aparato de boquilla rociadora de líquido a alta presión que utiliza para el control de la velocidad del rotor de la boquilla un resorte en espiral que se expande radialmente, desenrollándose con un peso centrífugo controlado que se puede acoplar con una superficie de fricción cilíndrica para evitar el exceso de velocidad y que muestra un tapón final delantero para mantener los componentes interiores del aparato rociador sujetos en su lugar.

La Figura 2 es una vista en perspectiva del aparato de boquilla de la Figura 1 desde su extremo de salida, pero con las puntas de descarga de la boquilla y un protector para dichas puntas omitidos.

La Figura 3 es una vista explosionada en perspectiva del aparato de boquilla de la Figura 2.

La Figura 4 es una vista explosionada ampliada de los componentes de control de velocidad de resorte en espiral principales, utilizados en las boquillas de las Figuras 1 a 3.

La Figura 5 es una vista lateral de un elemento de eje que forma parte del submontaje de la Figura 4.

La Figura 5A es una vista lateral posterior del elemento de eje de la Figura 5.

La Figura 6 es una vista lateral de un resorte en espiral helicoidal que forma parte del submontaje de la Figura 4.

La Figura 7 es una vista lateral de un grupo de pesos centrífugos que forman parte del submontaje de la Figura 4.

La Figura 7A es una vista final frontal del grupo de pesos centrífugos que se muestra en la Figura 7.

La Figura 8 es una ilustración gráfica de la relación entre el par de reacción autogenerado de la boquilla giratoria con respecto a la velocidad de la boquilla giratoria cuando se utiliza un mecanismo retardador de la velocidad de la boquilla según la presente invención.

La Figura 9 es una vista similar a la Figura 1 que muestra una forma de realización alternativa que también utiliza un mecanismo de control de la velocidad de resorte en espiral.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

Las Figuras 1 a 4 muestran un conjunto de aparato de boquilla de líquido a alta presión provisto de un cuerpo de carcasa de boquilla cilíndrico alargado 10 en cuyo interior se monta de manera giratoria una estructura de eje de boquilla coaxial de dos piezas hueca o tubular, provista de un primer elemento de eje tubular 11 con un extremo delantero roscado hembra en cuyo interior se enrosca el extremo posterior macho de una extensión de eje coaxial 13 que prevé un paso en forma de Y que alimenta dos tomas de boquilla en un cabezal de boquilla 14. La estructura de eje hueca 11 a 13 lleva líquido a alta presión a un cabezal rociador de descarga 14 en un extremo del cuerpo 10. Los medios de boquilla en el extremo delantero del eje de boquilla giratorio prevén múltiples chorros de inyección de líquido para la limpieza con los flujos orientados para proporcionar un par de reacción de chorro en el eje de la boquilla para hacer que sea autogiratoria. A fin de retrasar el eje tal como se indica a continuación, la dirección de autogiro en esta forma de realización ilustrada es en el sentido de las agujas del reloj cuando se observa el extremo de descarga del conjunto de boquilla. Esto también mantiene la extensión 13 enroscada de forma fija en el elemento de eje 11.

Tal como se puede apreciar en la Figura 1, los brazos del paso en forma de Y en la estructura del eje giratorio 11 a 13 conectan con unas perforaciones inclinadas cilíndricas roscadas 45 en el cabezal 14 de las estructuras de boquilla. Las puntas de descarga de boquilla 46 están roscadas en dichas perforaciones inclinadas 45. El extremo de la punta de la boquilla superior 46 en la Figura 1 está inclinado hacia el lector y el extremo de la punta de la boquilla inferior 46 en la Figura 1 está inclinado de forma similar alejándose del lector, de manera que las fuerzas de reacción debidas a los chorros de inyección de dichas puntas de boquilla 46 giran el cabezal de boquilla 14 en el sentido de las agujas del reloj tal como se puede apreciar si se observa hacia el extremo de descarga de boquilla, o en la dirección hacia un roscado a derechas para mantener el elemento de extensión del eje 13 enroscado en el elemento de eje 11.

El líquido a alta presión se suministra al extremo de entrada del eje 11 a través de unos medios de entrada que comprenden un extremo de entrada en forma de cuello del cuerpo de carcasa 10 que está roscado en su parte interior para conectar un conector roscado en cono convencional en el extremo de una manguera o una lanza que forman la fuente de líquido a alta presión (que no se muestra) para el conjunto de boquilla. La parte interior del extremo de entrada del cuerpo 10 está provista de una perforación cilíndrica lisa que termina en un escalonado dirigido hacia la parte interior que prevé una superficie de estanqueidad anular contra la que se sujeta un soporte de cierre hermético 16 mediante el conector roscado en cono de la fuente de suministro de líquido. El soporte de cierre hermético está provisto de una superficie exterior cilíndrica que se puede deslizar en el interior de la perforación en el extremo de entrada del cuerpo 10. El soporte 16 presenta una entrada cónica de líquido a alta presión que se estrecha hasta un orificio cilíndrico de diámetro reducido corto. Justo delante de dicho orificio se prevé una superficie de soporte de cierre hermético achaflanada cilíndrica anular lisa y escalonada, que rodea completamente un cierre hermético de plástico anular deslizable axialmente 17 que se apoya sobre un asiento o elemento de cierre hermético anular de carburo fuerte y duradero 18, que se encuentra parcialmente dispuesto en el soporte de cierre hermético 16 achaflanado.

Cuando el conector roscado en cono convencional en la fuente de líquido a alta presión (que no se muestra) se fija en el extremo de entrada del cuerpo de carcasa 10, forma una conexión estanca en la entrada cónica al soporte de cierre hermético 16 y sujeta dicho soporte de cierre hermético 16 fuertemente en su lugar contra el saliente en el extremo de la perforación en el extremo de entrada del cuerpo de carcasa 10. El paso achaflanado coaxial escalonado del soporte de cierre hermético 16 presenta una superficie cilíndrica interior lisa en cuyo interior se soportan coaxialmente, en una relación de un extremo a otro extremo, el elemento de cierre hermético deformable cilíndrico anular 17 y el asiento de carburo rígido cilíndrico anular 18 que se empujan hacia adentro únicamente por medio de la presión elevada del líquido en el elemento de cierre hermético 17 y en el asiento 18 para forzar el asiento contra el extremo de entrada del eje 11. El elemento de asiento de cierre hermético 18 está provisto de una primera cara extrema biselada en su borde exterior y que soporta el eje 11 con una zona de contacto menor que una zona en la que su cara de extremo opuesta sujeta el elemento de cierre hermético 17, donde la fuerza diferencial a través del asiento 18 debida al líquido a alta presión en dicho paso interior sujeta el asiento 18 contra el eje durante el funcionamiento del aparato.

El elemento de cierre hermético 17 está provisto de una junta tórica elastomérica en una ranura anular central longitudinal de sección transversal rectangular en su superficie exterior para evitar que el líquido a alta presión fluya entre la superficie cilíndrica exterior del cierre hermético 17 y la pared del achaflanado en el soporte de cierre hermético 16. El elemento de cierre hermético 17 está realizado en un material duro y fuerte resistente a la extrusión deformable y resistente al desgaste, como un polietileno de peso molecular ultra elevado reticulado.

Después de la retirada de la conexión roscada en cono en el suministro de líquido a alta presión del extremo de entrada del cuerpo de carcasa 10, el conjunto de estanqueidad que comprende el soporte de cierre hermético 16, el cierre hermético 17 y el asiento 18 puede retirarse libremente del extremo de entrada del cuerpo de carcasa 10 para su inspección, reparación o sustitución, sin interferir ni desmontar ninguna otra parte del aparato de boquilla. Con el fin de evitar la separación inadvertida del soporte de cierre hermético 16, el cierre hermético 17 y el asiento 18 del extremo de entrada del cuerpo de carcasa 10, una junta tórica de retención 19 está soportada de manera amovible en la parte exterior del soporte de cierre hermético 16 en una ranura en la pared interior del extremo del cuerpo 10.

Los componentes del cierre hermético que comprenden el soporte de cierre hermético 16, el elemento de cierre hermético deformable 17 y el asiento de carburo 18 forman los medios de estanqueidad del líquido a alta presión en dicho cuerpo de carcasa 10 para confinar el flujo de líquido a alta presión entre la conexión del extremo de entrada al cuerpo de carcasa 10 y el extremo de entrada del elemento de eje 11 a un paso de flujo en dicho cuerpo de carcasa que está aislado del interior de una cámara estanca entre la estructura del eje 11 a 13 y el cuerpo de carcasa 10. Cualquier fuga del líquido a alta presión al exterior del cierre hermético 17 y el asiento 18 puede salir a través de los pasos de drenaje ranurados 26 en el cuerpo 10 hacia el exterior del conjunto de boquilla. El extremo de entrada del eje 11 presenta una parte de diámetro reducido que se extiende hacia atrás a través de una abertura pequeña en una pared transversal en el cuerpo 10 y en la cámara cortada por los orificios de drenaje 26 donde se estanqueiza el asiento 18 contra el extremo de entrada del eje 11.

El soporte de cierre hermético 16, el elemento de cierre hermético 17 y el asiento de cierre hermético 17 que se ilustran se dan a conocer en la solicitud en trámite US número 09/071.384 presentada el 30 de abril de 1998, en la que el solicitante es un coinventor.

La cámara estanca contiene unos rodamientos de bola radiales 20a y 20b para soportar de manera giratoria la estructura del eje 11 a 13, un mecanismo de control de la velocidad del eje que se describe con mayor detalle a continuación y unos medios de lubricación. Los extremos de la cámara estanca se definen justo más allá de los rodamientos 20a y 20b por medio de un cierre hermético de eje frontal 22 entre el elemento de eje 13 y el cuerpo 10 y un cierre hermético de eje posterior 24 entre el elemento de eje 11 y una superficie escalonada interior del cuerpo de carcasa 10.

Los cierres herméticos de labio 22 y 24 en los extremos opuestos de la cámara estanca entre el eje giratorio y la carcasa presentan los labios de estanqueidad dirigidos hacia la parte posterior del aparato de boquilla. Esto permite bombear el líquido lubricante por cualquier dispositivo adecuado del tipo jeringa, en una abertura estanca mediante el tapón roscado 42 para rellenar o sustituir por completo el líquido lubricante en la cámara que vuelve a ser estanca después de dicho bombeo. El tapón roscado 42 está dispuesto en el elemento de caperuza anular 40 cerrando el extremo frontal del cuerpo de carcasa 10. El cierre hermético posterior está orientado de manera que permita que el exceso de líquido lubricante salga hacia la zona de los pasos o puertos de drenaje 26 en el cuerpo 10 que comunica con la parte exterior de la carcasa 10 del conjunto de boquilla. El llenado completo de líquido deteriorado y contaminado se indica mediante el flujo de líquido claro y limpio procedente de los puertos de drenaje 26 de la carcasa 10 a medida que progresa el bombeo de líquido limpio.

El extremo delantero de la estructura de eje se soporta de manera que permita su rotación mediante el rodamiento de bolas radial 20a dispuesto entre la extensión del eje 13 y el extremo delantero del cuerpo 10 tapado mediante un elemento de caperuza anular 40 enroscado en el extremo delantero exterior del cuerpo de carcasa 10. El extremo posterior de la estructura de eje 11 a 13 se soporta de manera que permita su rotación mediante el rodamiento de bolas radial 20b dispuesto entre el elemento de eje 11 y el cuerpo de carcasa 10. La posición axial del rodamiento 20a se fija mediante el empuje de su anillo de rodadura exterior mediante la caperuza final 40 axial hasta el acoplamiento de apriete con el extremo delantero de un manguito de bronce 30 en que se apoya un escalonado que se proyecta hacia la parte interior desde la parte de la pared cilíndrica más exterior del cuerpo de carcasa 10. La posición axial de la estructura de eje 11 a 13 se fija mediante el anillo de rodadura interior del rodamiento 20a que se aprieta entre los escalonados opuestos en el elemento de eje 11 y en elemento de extensión de eje 13 cuando dichos elementos 11 y 13 están enroscados juntos.

Sería deseable asegurar que el par producido por los chorros que se descargan en las puntas de boquilla inclinadas 46 esté dentro de los límites de funcionamiento de la herramienta. El rango de par de funcionamiento de la herramienta preferido oscila entre 0,23 y 0,67 Newton-metro (1,5 a 6 pulgadas/libra) y generalmente sería deseable no exceder de 1,13 Newton-metro (10 pulgadas/libra) de par. Una cantidad superior a 1,13 Newton-metro (10 pulgadas/libra) proporcionará más amplitud para los rangos tolerables de los parámetros de funcionamiento generales.

La fuerza de reacción del chorro y la orientación de la boquilla están concebidas para producir entre 0,23 y 0,67 Newton-metro (1,5 a 6 pulgadas/libra) de par dependiendo del tamaño de la bomba. Un par demasiado pequeño podría provocar unos ritmos de rotación erráticos o resultar insuficiente para iniciar la rotación. Un par demasiado grande excederá la capacidad de la herramienta para dirigir la velocidad de rotación y podría provocar una acumulación de calor, un aumento de la temperatura en las partes interiores, un desgaste del cierre hermético rápido, y velocidades de rotación excesivas que afecten al funcionamiento de limpieza de los chorros de inyección. La herramienta generalmente no se debería hacer funcionar con pares superiores a 1,13 Newton-metro (10 pulgadas por libra).

La potencia nominal del flujo de la herramienta es de 0,45 Cv. Esto significa que a 34 litros/minuto (9 galones por minuto) la pérdida de presión, a través de la herramienta, es aproximadamente de 276 Newton/cm^{2} (400 libras por pulgada cuadrada), mientras que a 45,4 litros/minuto (12 galones por minuto) la pérdida es aproximadamente de 490 Newton/cm^{2} (710 libras por pulgada cuadrada).

La pared exterior del cierre hermético de plástico 17 encaja perfectamente contra la pared del receso escalonado achaflanado en el soporte de cierre hermético estacionario 16. La junta tórica 17' en la ranura anular longitudinalmente central del cierre hermético 17, no sólo proporciona medios de estanqueidad adicionales entre el cierre hermético de plástico y la pared del receso escalonado, sino que también ayuda en el soporte del cierre hermético de plástico 17 en su posición contra la rotación debido a que dicho cierre hermético 17 se ve empujado hacia adelante mediante la presión del líquido de rociado en el cierre hermético de plástico y estanco contra el asiento de carburo 18 cuando el asiento 17 se mantiene estanco y gira con el extremo de entrada del elemento de eje 11. El asiento 18 gira con el eje durante el funcionamiento de la boquilla. Cuando se desgasta el extremo del cierre hermético de plástico 17 al contactar con el asiento de carburo 18, la presión del líquido en dicho cierre hermético de plástico 17 lo empujará hacia adelante a lo largo del receso cilíndrico achaflanado del soporte de cierre hermético 16, para asegurar la continuidad del conjunto de estanqueidad en el extremo de entrada del elemento de eje 11. La importancia de la junta tórica 17' es evitar que el líquido a alta presión fluya o se fugue alrededor de la parte exterior del cierre hermético de plástico 17.

Los medios retardadores para controlar la velocidad de la estructura de eje de boquilla autogiratoria comprenden dos componentes que se acoplan por fricción con la superficie cilíndrica interior del manguito de bronce no giratorio 30 apretado al cuerpo de carcasa 10. Estos componentes son un dispositivo de resorte en espiral helicoidal extensible radialmente 34 que rodea la estructura de eje y unos medios de peso sensibles centrífugamente en forma de un grupo de pesos que comprende tres elementos de peso de segmento alargado 35 a 37 dispuestos alrededor de una parte de cuerpo cilíndrica 11a del elemento de eje 11. El grupo de pesos comprende unos medios de resorte del tipo de bobina toroidal 33 de acero de resorte que rodean de forma general los elementos de peso en las ranuras 33a para forzar los pesos hacia el eje de rotación de la estructura de eje de boquilla y, cuando ésta funciona en vacío, en contacto con la parte de cuerpo cilíndrico exterior 11a del elemento de eje 11. La Figura 7A muestra dichos elementos de peso de segmento conformados complementariamente 35 a 37 cuando se mantienen juntos mediante los resortes toroidales 33 y cada peso presenta una superficie curvada cilíndrica interior con un radio de curvatura complementario al diámetro exterior de la parte de superficie cilíndrica 11a del elemento de eje 11 al que se acoplan los pesos en sus posiciones inactivas. Las superficies arqueadas exteriores de los pesos presentan cada una de ellas un radio cilíndrico de una curvatura separada aproximadamente 0,05 cm (0,020 pulgadas) de la superficie cilíndrica interior del manguito 30 cuando los pesos se encuentran en su posición inactiva y que se mueven de forma centrífuga para acoplar el manguito 30 cuando los pesos se mueven a sus posiciones activas de desaceleración. El manguito 30 presenta una superficie cilíndrica con un diámetro interior aproximadamente de 3,05 cm (1,20 pulgadas) y los diámetros exteriores de los pesos y del resorte en sus configuraciones inactivas son 0,05 cm (0,20 pulgadas) menos de diámetro o 0,025 (0,010 pulgadas) menos de radio de curvatura que la superficie interior del manguito. Con el fin de poder desenrollar lo suficiente para todas las espiras del resorte, para contactar el diámetro interior del manguito, el extremo delantero de dicho resorte gira unos 60 grados con respecto al extremo posterior de dicho resorte.

Las Figuras 4 a 7 muestran unos detalles de las interconexiones entre los extremos del resorte en espiral 34 y el elemento de eje de accionamiento 11 y el elemento de peso 37 de los medios del elemento de peso accionado centrífugamente 35 a 37. El resorte es una hélice cilíndrica continua. Un escalonado de acoplamiento de resorte 38 en el extremo delantero del elemento de eje 11 está provisto en una parte de corona en la misma de una ranura arqueada periférica para el extremo final arqueado 38a de aproximadamente 0,16 cm (1/16 pulgadas) de ancho y aproximadamente 0,64 cm (1/4 pulgadas) de largo, para recibir y sostener el extremo delantero del resorte en espiral 34. El extremo delantero del elemento de peso 37 está provisto de una parte de corona 39 con una ranura arqueada de extremo final similar 39a para recibir y sostener el extremo posterior del resorte en espiral 34.

El resorte en espiral tiene 10 espiras de 1,25 mm (0,049 pulgadas) de acero de resorte cuadrado que están enrolladas apoyándose entre sí cuando los extremos opuestos se sujetan respectivamente en las ranuras 38a y 39a. El fluido lubricante puede fluir alrededor y entre las espiras, como una ayuda para mantener el resorte frío durante su funcionamiento retardado.

Durante el montaje del elemento de eje 11, el resorte en espiral 34 y los elementos de peso 35 a 37, dichos elementos de peso se aprietan en primer lugar juntos mediante los resortes toroidales 33. El resorte 34 se dispone sobre la parte de cabezal 11b del elemento de eje 11 con el extremo delantero del resorte acoplado en la ranura 38a. A continuación, el grupo de pesos 35 a 37 se dispone sobre la parte de cuerpo 11a del elemento de eje y el resorte en espiral 34 y el peso 37 se manipulan relativamente para su acoplamiento con el extremo posterior del resorte 34 en la ranura 39a. Durante este montaje, se dispone un perno que se extiende axialmente 37p, fijado en el extremo del peso 37, sobre la superficie de una parte plana para llave 11f para limitar unidireccionalmente la rotación relativa del grupo de pesos 35 a 37 con respecto al elemento de eje 11 a fin de evitar que el peso 37 se mueva más allá de la punta posterior del resorte 34. Dicha rotación limitada entre estas partes proporciona unos medios para evitar que los extremos del resorte se retiren de las ranuras 38a y 39a durante el funcionamiento del aparato retardador. El perno 37p, al mismo tiempo que limita la rotación respectiva del peso 37 y el elemento de eje 11 en una dirección, se moverá sobre una parte recortada del plano 11f, para permitir el suficiente movimiento respectivo del perno en la dirección opuesta, de manera que el elemento de eje pueda desenrollar el resorte en espiral 34 lo suficiente después de que los pesos se acoplen con la superficie interior del manguito 30 para permitir que las espiras del resorte en espiral se acoplen por fricción con la parte interior de dicho manguito 30. Las dimensiones del resorte son tales, que resulta suficiente el movimiento de desenrollado respectivo de aproximadamente 60º del extremo delantero del resorte con respecto al extremo posterior del resorte o aproximadamente 6,0º por espira de resorte como para mover la superficie exterior del resorte desenrollado 34 en acoplamiento con la superficie interior del manguito 30.

El resorte en espiral está provisto de un extremo de punta que se acciona mediante la ranura 38a en el extremo delantero del elemento de eje 11. Las espiras del resorte se enrollan de manera que progresen en el sentido de las agujas del reloj como un tornillo a derechas en la dirección de alejamiento del extremo de descarga de la boquilla. La rotación de la estructura de eje fuerza la rotación del extremo delantero del resorte en espiral mediante la ranura 38a en la dirección de rotación, de manera que la fuerza de accionamiento del eje tiende a desenrollar el resorte en espiral.

Una fuerza de rotación aplicada por la ranuras 38a a la punta frontal del resorte se transfiere a través de las espiras de resorte, en la dirección de las agujas del reloj tal como se ha mencionado, a la punta de resorte en espiral posterior acoplada en la ranura 39a para accionar el peso 37 en el sentido de las agujas del reloj, tal como se puede apreciar en la Figura 7. En una condición inactiva o parada de la estructura de eje, el resorte en espiral 34 y los elementos de peso 35 a 37 están ligeramente separados de la superficie cilíndrica interior del manguito 30 y permanecen de este modo hasta que se accionan a una velocidad de rotación próxima a un rango de velocidad en el que la acción retardadora de la estructura de eje tiene lugar para evitar que el eje funcione a una velocidad excesiva. Por debajo de este rango de control, la velocidad de la boquilla no está retardada debido a la acción del resorte en espiral 34. El funcionamiento centrífugo de los pesos 35 a 37 sobre la curva de velocidad relativamente plana y casi lineal de A a B en la Figura 8 no provoca un desenrollado significativo del resorte 34. Sin embargo, cerca del punto B la fuerza centrífuga en cada uno de los pesos 35 a 37 los mueve en un acoplamiento de fricción con la superficie cilíndrica interior del manguito de bronce 30 e inicia la acción retardadora en el eje giratorio desenrollando el resorte en contacto con el manguito 30.

Las superficies exteriores de los elementos de peso se acoplan con la superficie interior cilíndrica del manguito 30 y la fricción que tiene lugar en las superficies de los elementos de peso 35 a 37 se aplica mediante una ranura 39a en el elemento de peso 37 como una fuerza retardadora a la punta posterior del resorte en espiral 34. Esta fuerza retardadora de fricción en el elemento 37 se complementa mediante las fuerzas de fricción de los elementos 35 y 36, a medida que se empujan hacia adelante mediante el elemento de peso 37. La fuerza retardadora del grupo de pesos centrífugos 35 a 37 no sólo se transfiere por lo menos inicialmente por las espiras del resorte en espiral mediante las ranuras 39a y 38a a la estructura de eje, sino que también la fuerza retardadora inicial actúa para crear una fuerza retardadora adicional debido a un desenrollado del resorte en espiral 34 en contacto con el manguito 30.

Las espiras del resorte en espiral 34 son dimensionalmente uniformes y presentan una superficie cilíndrica exterior de un diámetro mínimo cuando el resorte se encuentra en un estado inactivo. Sin embargo, durante el desenrollado del resorte en espiral 34 mediante la acción de los pesos centrífugos 35 a 37, el diámetro del resorte en espiral se incrementa progresivamente hasta que la acción retardadora de los pesos provoca el acoplamiento de la superficie exterior del resorte con la superficie interior del manguito 30, donde se aplica directamente una fuerza de fricción adicional mediante el resorte a la estructura de eje en la ranura 38a. Esto sucede en un punto próximo a B en la curva de la Figura 8 y sobre esta velocidad tiene lugar un efecto complicado pero drástico, dado que la velocidad del eje contra la curva de par de autoaccionamiento aumenta exponencialmente hasta que se alcanza una condición de equilibrio cerca del punto C entre: (a) el par de autoaccionamiento de la boquilla generado por sus chorros de inyección, y (b) las fuerzas retardadoras y de resistencia del interior del conjunto de boquilla. Más allá del punto C no se incrementa la velocidad de rotación del eje sin un cambio significativo en el par de boquilla autogenerado, tal como podría suceder, por ejemplo, debido a un cambio significativo en el caudal de flujo de líquido a alta presión de los chorros de boquilla. La proximidad de los puntos B y C para un rango de velocidad deseada aceptable seleccionado a lo largo del eje de velocidad de la Figura 8 da una tolerancia considerable en la concepción de los componentes retardadores del conjunto de boquilla, a fin de proporcionar una acción retardadora en el rango amplio entre B y C a lo largo del eje vertical de la Figura 8 sin que el eje de boquilla supere la velocidad más allá de la pequeña gama de velocidad deseable o aceptada disponible entre B y C.

A velocidad máxima de la estructura de eje cerca del punto C, la fuerza de fricción retardadora entre el resorte en espiral 34 y el manguito 30 es por lo menos varias veces la fuerza de fricción retardadora entre el grupo de peso 35 a 37 y el manguito 30.

Se considera que la forma exponencial de la curva de la fuerza retardadora entre B y C de la Figura 8 en la que se controla la fricción retardadora entre el eje de la boquilla y la carcasa estacionaria producida por el resorte en espiral está relacionada con la desaceleración entre una correa y una polea accionada según se expresa en la ecuación de Eytelwein (que se encuentra en el Standard Handbook of Machine Design) que se utiliza para analizar las fuerzas de la correa y establece una correlación entre el coeficiente de fricción y el arco de correa a lo largo del cual tiene lugar el deslizamiento.

El resorte en espiral 34, después de expandirse con el desenrollado para acoplar el manguito de bronce 30, añade bastante resistencia a la fricción retardadora de eje y la generación de calor en el cojinete y en la cámara de control de velocidad es más elevada en el resorte. Tal como se puede apreciar en las Figuras 1 y 9, el resorte en espiral 34 está dispuesto en una posición central longitudinalmente a lo largo de la estructura de eje 11 a 13 (Figura 1) o del eje 12 (Figura 9) para obtener la transferencia de calor óptima desde el área del resorte en espiral hasta el área central de la estructura de eje y longitudinalmente hacia los extremos opuestos de la estructura de eje para maximizar la transferencia de calor al líquido a alta presión que fluye a través de dicha estructura de eje. Un líquido lubricante adecuado para los cojinetes, pesos y para el resorte en espiral es el fluido de transmisión automática convencional, que se inyecta en la cámara estanca a través de una abertura en la caperuza 40, cuya abertura normalmente está sellada para encerrar el líquido lubricante en la cámara mediante el tapón roscado 42. El líquido lubricante para los cojinetes y las superficies retardadoras se agita y se remueve o bate continuamente en el interior de la cámara estanca. El calor se extrae de los pesos giratorios, el resorte en espiral y los rodamientos directamente mediante la conducción a otras partes acopladas del aparato de boquilla e indirectamente, mediante la transferencia de calor a través del líquido lubricante a otras partes del aparato de boquilla, como el manguito de bronce y la superficie exterior de la estructura de boquilla tubular a través de la cual se fuerza el paso del fluido de rociado a alta presión durante las operaciones de rociado.

El fluido de transmisión automática convencional (ATF) presenta una viscosidad de aproximadamente 7,24 centistokes a 100ºC y 33,3 centistokes a 40ºC, una temperatura límite de aproximadamente 115ºC (240ºF), y un índice de viscosidad que pasa de 190. El ATF presenta una estabilidad al cizallamiento elevada en comparación con los aceites de motor convencionales. Para mezclas de ATF sintéticas, las viscosidades respectivas (7,5 y 34 centistokes), el límite de temperatura 132ºC (270ºF) y el índice de viscosidad (198) son algo más elevados. Para un ATF sintético, la temperatura límite todavía puede ser elevada o alrededor de 149ºC (300ºF). Sería deseable que la viscosidad del líquido lubricante utilizado con la presente invención permanezca estable durante el uso continuado del aparato de boquilla.

La Figura 9 muestra otra forma de realización de la invención descrita con mayor detalle a continuación, pero utiliza varias partes comunes con los mismos números de referencia que en la Figura 1 con las mismas funciones en el mecanismo retardador, comprendiendo: el manguito de bronce 30, los pesos centrífugos 35 a 37 (el 36 no aparece en la sección de la Figura 9), los resortes toroidales 33 y el resorte en espiral 34. Varias otras partes similares de la Figura 1 están designadas por las mismas referencias numéricas en la Figura 9. Algunas partes similares a las de la Figura 1 y que presentan la misma función en la Figura 9 cuentan con una notación prima añadida a la referencia numérica.

La Figura 9 muestra un conjunto de aparato de boquilla de líquido a alta presión, provisto de un cuerpo de carcasa de boquilla cilíndrico alargado 10' en cuyo interior se monta de forma giratoria un eje hueco coaxial 12, que lleva el líquido a alta presión a un cabezal rociador de descarga 14' en un extremo del cuerpo 10'. Los medios de boquilla en el extremo delantero del eje giratorio proporcionan múltiples chorros de inyección del líquido con fines de limpieza con los chorros orientados para proporcionar un par de reacción de la inyección en el eje con el fin de hacerlo autogiratorio en una dirección en el sentido de las agujas del reloj tal como se puede apreciar del extremo de descarga de la boquilla.

Tal como se puede observar en la Figura 9, los brazos del paso en forma de Y en el cabezal 14' de la estructura de eje giratorio están conectados con las perforaciones inclinadas cilíndricas roscadas 45' en el extremo delantero del cabezal 14'. Las puntas de descarga de la boquilla 46 están roscadas en dichas perforaciones inclinadas. El extremo de la punta de la boquilla superior 46 en la Figura 9 está inclinado hacia el lector y el extremo de la punta de la boquilla inferior 46 en a Figura 9 está inclinado alejándose del lector, de manera que las fuerzas de reacción debidas a los chorros de inyección de las puntas de boquilla 46 hacen girar el cabezal de boquilla 14' en el sentido de las agujas del reloj, tal como se puede apreciar observando el extremo de descarga de la boquilla, o en la dirección de un tornillo a derechas para mantener el cabezal 14' enroscado en el elemento de eje 12 mediante un adaptador macho-macho roscado a derechas 48.

El líquido a alta presión se suministra al extremo de entrada del eje 12 por unos medios de entrada que comprenden una tuerca de entrada 15 que está roscada en su interior para su conexión a un suministro de líquido a alta presión (que no se muestra). A lo largo de la superficie cilíndrica interior del cuerpo de carcasa 10', la tuerca de entrada 15 aprieta fuertemente un grupo de partes coaxiales conjuntamente en su lugar de un extremo a otro extremo y contra un escalonado dirigido hacia la parte interior del cuerpo de carcasa 10' próximo a su extremo delantero o de salida. Dicho grupo de partes ordenadas consiste en un soporte de cierre hermético 16', un retenedor de cierre hermético 27 para el cierre hermético de labio 24, el anillo de rodadura exterior del rodamiento de bola 20b', el manguito de bronce 30 y el anillo de rodadura exterior del rodamiento de bola 20a' que se apoya con el escalonado del cuerpo de carcasa 43'.

En la Figura 9, un cierre hermético de labio 22' en el extremo delantero del cuerpo 10' y un cierre hermético de labio 24 contra el eje 12 en el retenedor del cierre hermético 27, y una junta tórica 28 que sella la periferia exterior del retenedor 27 al cuerpo 10' definen los extremos de una cámara estanca entre el cuerpo de carcasa 10' y el eje 12 para aislar los rodamientos de eje, el mecanismo retardador de eje, y el líquido lubricante de los pasos de líquido a alta presión en el conjunto de boquilla. El líquido lubricante se inyecta en la cámara estanca a través de una abertura en el extremo delantero del cuerpo 10', cuya abertura normalmente está estanqueizada para encerrar el líquido lubricante en la cámara mediante el tapón roscado 42. Cualquier líquido a presión elevada que fluya hacia la parte exterior del cierre hermético 17 y el asiento 18 puede salir por los orificios a través de la pared del cuerpo de carcasa 10' por medio de unos orificios de drenaje radiales 26a en el retenedor 27. Al igual que el eje 11 de la Figura 1, el extremo de entrada del eje 12 presenta una parte de diámetro reducido que se extiende hacia atrás a través de una abertura pequeña en una pared transversal en el retenedor 27 para el cierre hermético de labio 24 y en la cámara cortada por los orificios de drenaje 26a en la que el asiento 18 queda estanca contra el extremo de entrada del eje 12.

El soporte de cierre hermético 16' está provisto de un paso coaxial escalonado que presenta una superficie cilíndrica interior lisa en cuyo interior se sujetan coaxialmente en una relación de un extremo a otro extremo un elemento de cierre hermético cilíndrico deformable anular 17 y un asiento de cierre hermético cilíndrico rígido anular 18 que se sujeta únicamente mediante la presión elevada del líquido en el elemento de cierre hermético 17 y en el asiento para forzar el asiento contra el extremo de entrada del eje 12. El elemento del asiento de cierre hermético 18 presenta una primera cara final biselada en su borde exterior y que se apoya en el eje con una zona de contacto menor que la zona en la que su cara final opuesta apoya el elemento de cierre hermético 17 por lo que el diferencial de presión en el asiento 18 debido al líquido a alta presión en dicho paso de entrada mantiene una fuerza neta que sujeta el asiento 18 contra el eje durante el funcionamiento del aparato.

La parte de eje 12 y el cabezal rociador amovible 14' con el paso de líquido en forma de Y forman dos partes principales de una estructura de eje giratoria de un pluralidad de piezas. El extremo macho posterior del cabezal 14' está enroscado en el extremo macho roscado delantero de la parte de eje 12 por medio del adaptador macho-macho 48.

Un protector de punta de boquilla en forma de disco grueso 50, utilizado en las Figuras 1 y 9, está provisto de perforaciones alineadas y que encierran de forma protectora las puntas de boquilla extraíbles 46. El protector 50 prevé una parte de base 30 sujeta a la cara final del cabezal 14 ó 14' mediante tornillos (que no se muestran). Los orificios roscados 47 para dichos tornillos aparecen en la cara final del cabezal 14 en las Figuras 2-3 en áreas separadas en círculo entre las perforaciones roscadas 45 para las puntas de boquilla 46. El protector en forma de disco 50 permite que este extremo del conjunto de boquilla gire sin que las puntas de boquilla 46 se golpeen o se dañen debido al acoplamiento con las superficies que se están limpiando.

Una comparación de las Figuras 1 a 9 muestra el ahorro de espacio o de tamaño conseguido en la Figura 1 enroscando el elemento de eje 13, que soporta las puntas de boquilla 46 en el cabezal 14, en el extremo roscado hembra alargado del elemento de eje 11 en la situación encerrada e inaccesible del resorte en espiral 34. Las carcasas exteriores 10 y 10' y los cabezales 14 y 14' presentan unos diámetros exteriores respectivos iguales. Los manguitos de bronce, los pesos y los resortes en espiral presentan tamaños idénticos.

El manguito de bronce 30 está realizado en bronce ASTM 660. El resorte 34 está realizado en acero de resorte tratado con calor. Los pesos 35 a 37 están realizados en acero inoxidable del tipo 303. El material de estas partes de fricción y el lubricante se deberían seleccionar para minimizar el gripado en las superficies de fricción durante el funcionamiento del aparato retardador.

Se cree que el principio básico de funcionamiento del mecanismo retardador de la presente invención comprende dos mecanismos de disipación de energía relacionados, en los que un primer mecanismo que gira con la boquilla detecta el movimiento relativo entre la boquilla giratoria y su carcasa estacionaria respectiva y crea una acción retardadora en su primer mecanismo para reducir su rotación con respecto a la carcasa. Esta desaceleración se consigue por medio del grupo de pesos centrífugos que se mueve progresivamente más cerca de la carcasa después de que se alcance una velocidad mínima determinada. Después de alcanzar dicha velocidad mínima determinada, las fuerzas centrífugas en los pesos hacen que éstos se empiecen a mover hacia la parte exterior a medida que dichas fuerzas exceden la fuerza de retención de los resortes toroidales alrededor del grupo de pesos. A velocidades de boquilla inferiores, los resortes toroidales mantienen los pesos en su posición inactiva contra el eje de la boquilla.

El liquido lubricante que llena la cámara estanca que contiene el rodamiento del eje de la boquilla está sometido a un cizallamiento viscoso y a turbulencias, pero se permite la aceleración de la velocidad del eje de la boquilla relativamente sólo con una pequeña resistencia al par de boquilla autogenerado, a medida que se incrementa la velocidad de la boquilla de una condición de paro inicial en el punto A en la curva de la Figura 8 y alcanza rápidamente una velocidad en el punto B próximo al extremo inferior de un rango de velocidad de funcionamiento deseado.

Cerca del punto B, los pesos se mueven hacia la parte exterior y, a medida que se acercan progresivamente al manguito de bronce tiene lugar un cizallamiento viscoso significativo en el líquido lubricante mediante el movimiento relativo de los pesos con respecto al manguito de bronce y la energía disipada mediante dicha acción de cizallamiento viscoso crea una resistencia en los pesos a medida que éstos se acercan al manguito de bronce. Aunque los pesos de acero y el manguito de bronce se seleccionan como materiales relativamente antigripado, en el caso de que rocen el uno contra el otro por lo menos se mantendrá, preferentemente, una película de líquido lubricante entre dichos pesos y dicho manguito de bronce.

El segundo y el principal mecanismo de disipación de energía de los dos mecanismos de disipación de energía mencionados anteriormente está acoplado al primer mecanismo por unos medios que prevén una situación similar a una función de generación ventajosa mecánica para provocar que una parte del segundo mecanismo que gira con el eje de la boquilla interactúe con el manguito de bronce y disipe energía a una razón que incremente exponencialmente como una función de un incremento adicional de la velocidad de la boquilla. Este segundo mecanismo de disipación de energía es el resorte en espiral sumergido en líquido lubricante y progresivamente desenrollado debido a la acción de los pesos que desaceleran el extremo posterior del resorte donde se da un incremento en la fuerza retardadora de la velocidad del eje al moverse desde el punto B hasta el punto C de la curva de la Figura 8. Así, se consigue la máxima fuerza retardadora para limitar la velocidad de la boquilla cuando las fuerzas retardadoras en el eje de la boquilla se encuentran en equilibrio con el par aplicado al eje de la boquilla mediante la reacción de los flujos de chorro que salen de las puntas de descarga de la boquilla.

A pesar de que tiene lugar un poco de disipación de energía en los pesos cuando se someten a las fuerzas de resistencia que incrementan ligeramente con respecto al manguito de bronce, a medida que la velocidad del eje se mueve desde el punto A hasta el punto B, la fuerza total que provoca la desaceleración del eje de la boquilla no se incrementa en gran medida hasta que los pesos aplican una fuerza retardadora al extremo posterior del resorte. Cuando la superficie exterior de las espiras del resorte se expanden desenrollándose y se presionan hacia el manguito de bronce, tiene lugar un incremento importante en el cizallamiento viscoso en el líquido lubricante entre el resorte y las espiras de la bobina, convirtiendo la energía de rotación del eje en energía calorífica en el segundo mecanismo de disipación de energía o retardador.

Se sabe que el calor generado en el resorte en espiral es máximo en su extremo frontal y desciende progresivamente desde el extremo frontal hasta el extremo acoplado por el grupo de peso.

\newpage

Para una vida óptima de la herramienta con un coste de materiales reducido, se prefiere que quede una película o capa del liquido lubricante en el que el grupo de peso y el resorte en espiral están inmersos entre dichas partes inmersas y el manguito de bronce, para evitar una condición de fricción seca en las superficies próximas de dichas partes para proporcionar una cantidad significativa de desaceleración debido al cizallamiento viscoso en el líquido lubricante y para evitar un desgaste excesivo de las partes en movimiento relativo. En casos en los que es deseable el funcionamiento continuo, esta película lubricante resulta importante. Sin embargo, cuando se trata de una operación corta o intermitente, o cuando las condiciones ambientales así lo dicten, se pueden tolerar condiciones de fricción seca.

Salvo que se describa de otro modo, la referencia en la presente memoria al acoplamiento o al acoplamiento por fricción entre los pesos o el resorte en espiral y el manguito de bronce pretende incluir tanto el acoplamiento seco como el acoplamiento húmedo en el que las superficies están empapadas debido al líquido lubricante.

Salvo que se describa de otro modo, la totalidad de los componentes metálicos de los conjuntos de la forma de realización preferida en la presente memoria preferentemente están realizados en un material resistente no corrosivo, tal como acero inoxidable.

A partir de las formas de realización descritas se pondrán de manifiesto otras variaciones dentro del alcance de la presente invención, y se pretende que la presente descripción resulte ilustrativa de las características inventivas que abarcan las reivindicaciones adjuntas.

Claims (27)

1. \global\parskip0.900000\baselineskip

   1. Dispositivo giratorio retardador para la conexión entre una estructura de referencia (10, 30) y una estructura giratoria (11 a 13) para controlar la velocidad de rotación de la estructura giratoria con respecto a dicha estructura de referencia,

   comprendiendo dicho dispositivo unos medios de superficie de fricción conectados a dicha estructura de referencia (10, 30) y que proporcionan una superficie cilíndrica interior coaxial con un eje de rotación de dicha estructura giratoria (11 a 13),

   unos medios sensibles al peso centrífugamente (35 a 37) soportados por dicha estructura giratoria (11 a 13), y giratorios con la misma,

   estando dichos medios de peso (35 a 37) provistos de partes de superficie exteriores que se pueden acoplar con dicha superficie cilíndrica interior después del desplazamiento centrífugo hacia la parte exterior de dichos medios de peso con respecto a dicho eje,

   unos medios de solicitación por resorte para forzar dichos medios de peso (35 a 37) hacia dicho eje y alejándolos de dicha superficie cilíndrica interior,

   unos medios de accionamiento para hacer girar dicha estructura giratoria (11 a 13) en una dirección alrededor de dicho eje,

   un resorte en espiral (34) enrollado helicoidalmente que rodea coaxialmente una parte de dicha estructura giratoria (11 a 13) y con un extremo en acoplamiento de accionamiento con una parte de dicha estructura giratoria que tiende a desenrollarse y a incrementar el diámetro del resorte en espiral (34) cuando dicho un extremo del resorte en espiral es accionado por la estructura giratoria en dicha una dirección,

   unos medios para el acoplamiento de un segundo extremo de dicho resorte en espiral (34) a dichos medios de peso (35 a 37) en los que el resorte en espiral hace girar dichos medios de peso en dicha una dirección alrededor de dicho eje, en respuesta a la rotación de la estructura giratoria (11 a 13) en dicha una dirección,

   siendo dichos medios de peso (35 a 37) sensibles centrífugamente a la velocidad de rotación incrementada de dicha estructura giratoria (11 a 13) en dicha una dirección para el acoplamiento por fricción de dicha superficie cilíndrica interior y retardar el movimiento de dicho segundo extremo del resorte en espiral (34) en dicha una dirección y desenrollar cada vez más el resorte en espiral, de manera que sus espiras se incrementen en diámetro y se acoplen por fricción con dicha superficie cilíndrica interior para retardar el movimiento de rotación relativo de dicha estructura giratoria con respecto a dicha estructura de referencia (10, 30).
2. 2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicha estructura de referencia (10, 30) es una estructura no giratoria.
3. 3. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichos medios de peso (35 a 37) y dicho resorte en espiral (34) no se acoplan con dicha superficie cilíndrica interior cuando la estructura giratoria (11 a 13) no gira.
4. 4. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichos medios de peso (35 a 37) comprenden una pluralidad de elementos de peso dispuestos alrededor de la estructura giratoria (11 a 13) y que comprenden unos medios de resorte (33) del tipo toroidal que rodean colectivamente los elementos de peso para forzar los pesos hacia dicho eje.
5. 5. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicha estructura giratoria (11 a 13) es una boquilla rociadora.
6. 6. Dispositivo según la reivindicación 5, en el que dichos medios de accionamiento para hacer girar dicha estructura giratoria (11 a 13) comprenden unos medios de boquilla de chorro de inyección que crean una fuerza reactiva que acciona dicha estructura giratoria en dicha una dirección en respuesta a los flujos de inyección rociados por los medios de boquilla.
7. 7. Dispositivo según la reivindicación 5, en el que dicha boquilla de rociado comprende una estructura tubular giratoria provista de un extremo de rociado de salida y de un extremo de entrada en el interior de dicha estructura de referencia (10, 30) y que comprende unos medios para suministrar un líquido de rociado a alta presión a dicho extremo de entrada.
8. 8. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende unos medios para confinar un líquido resistente a alta temperatura de viscosidad estable como un medio lubricante entre dicha superficie cilíndrica interior y dichos medios de peso (35 a 37) y dicho resorte en espiral (34).
9. 9. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende unos medios para confinar el fluido de transmisión automática como un medio lubricante entre dicha superficie cilíndrica interna y dichos medios de peso (35 a 37) y dicho resorte en espiral (34).

   \global\parskip1.000000\baselineskip

10. 10. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicha superficie cilíndrica interior forma parte de un manguito cilíndrico amovible (30) fijado en dicha estructura de referencia (10, 30).
11. 11. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicha superficie cilíndrica interior forma parte de un manguito cilíndrico amovible de bronce (30) fijado en dicha estructura de referencia (10, 30).
12. 12. Utilización del dispositivo retardador giratorio según la reivindicación 1 en un conjunto de boquilla para rociar líquido a alta presión contra un objeto, comprendiendo el conjunto de boquilla:

    un cuerpo de carcasa cilíndrico hueco (10) provisto de una superficie cilíndrica interior,

    una estructura de eje tubular (11 a 13) que puede girar coaxialmente en el interior del cuerpo de carcasa (10) y provista de un extremo de entrada de líquido,

    estando dicha estructura (11 a 13) provista de un extremo de salida y comprendiendo unos medios en dicho extremo de salida que prevén un cabezal de boquilla rociadora (14) para la rotación con la estructura de eje,

    unos medios de rodamientos separados axialmente (20a, 20b) entre dicho eje (11) y dicha superficie cilíndrica interior del cuerpo de carcasa (10) para soportar de manera giratoria dicha estructura de eje (11 a 13) coaxialmente en el interior de dicho cuerpo de carcasa y para evitar el movimiento axial de la estructura de eje cuando dicha estructura de eje esté sometida a fuerzas axiales elevadas durante el rociado,

    dicho resorte en espiral (34) acoplado a dicho eje (11) y que se puede acoplar con la superficie cilíndrica interior de dicho cuerpo de carcasa (10),

    unos medios que definen una cámara estanca entre dicho cuerpo de carcasa (10) y dicha estructura de eje (11 a 13) para encerrar dichos medios de rodamiento (20a, 20b) y un lubricante resistente a la temperatura elevada,

    unos medios de entrada para conectar un suministro de líquido a alta presión a un extremo de entrada de dicho conjunto de boquilla en una relación estanca con el extremo de entrada de la estructura de eje (11 a 13),

    comprendiendo dichos medios de entrada de líquido a alta presión una perforación cilíndrica coaxial con dicha estructura de eje (11 a 13) comprendiendo dicha perforación en su extremo interior un escalonado anular que se extiende hacia la parte interior encarado alejándose de dicha estructura de eje,

    comprendiendo dichos medios de entrada un conjunto de estanqueidad que forma un paso hermético de líquido a alta presión entre el suministro de líquido a alta presión y el extremo de entrada de líquido de dicha estructura de eje (11 a 13),

    comprendiendo dicho conjunto de estanqueidad un soporte de cierre hermético anular (16) y un primer y un segundo elementos de cierre hermético coaxial (17, 18) dispuestos de un extremo a otro extremo mediante el soporte de cierre hermético

    presentando dichos elementos de cierre hermético distintas áreas forzadas axialmente hacia el extremo de entrada de líquido de la estructura de eje (11 a 13) mediante dicho líquido a alta presión que actúa sobre dichas áreas diferentes de los elementos de cierre hermético,

    estando dicho soporte de cierre hermético (16) provisto de una superficie cilíndrica exterior coaxial que se puede deslizar en dicha perforación y que presenta unas caras extremas opuestas que se extienden hacia la parte interior desde su superficie cilíndrica exterior,

    estando una cara extrema de dicho soporte de cierre hermético (16) apoyada en dicho escalonado que se extiende hacia la parte interior en el extremo interior de dicha perforación, y

    unos medios que definen una conexión coaxial roscada en el extremo exterior de la perforación para recibir un acoplamiento roscado en un conducto de líquido a alta presión, en el que el acoplamiento roscado acoplará la otra cara extrema del soporte de cierre hermético (16) para sujetar dicha una cara extrema y dicho escalonado en una unión estanca de apriete,

    pudiendo dicho conjunto de estanqueidad ser extraído axialmente del extremo de entrada del conjunto de boquilla después de retirar del conjunto de boquilla el acoplamiento roscado en el conducto de líquido a alta presión sin perturbar la integridad de la estanqueidad de la cámara de estanqueidad y sin retirar otras partes del conjunto de boquilla.
13. 13. Uso según la reivindicación 12, en el que los medios para definir la perforación cilíndrica en el paso de entrada de líquido forma parte del cuerpo de carcasa (10).

    \newpage

14. 14. Uso según la reivindicación 12 que comprende un tapón extremo anular en un segundo extremo del conjunto de boquilla, estando dicho tapón extremo enroscado en el cuerpo de carcasa (10) y provisto de una abertura central en una relación estanca con la superficie de la estructura de eje (11 a 13) para cerrar la cámara estanca en dicho segundo extremo del conjunto de boquilla.
15. 15. Uso según la reivindicación 12, en el que dicho cuerpo de carcasa (10) comprende en dicha cámara un manguito cilíndrico (30) provisto de una superficie que se puede acoplar por fricción mediante dicho resorte en espiral (34) y dichos medios de peso (35 a 37) para crear una fuerza retardadora giratoria aplicada a la estructura de eje (11 a 13).
16. 16. Uso según la reivindicación 15, en el que a la velocidad giratoria máxima de la estructura de eje (11 a 13) la fuerza de fricción retardadora entre el resorte en espiral (34) y el manguito (30) es por lo menos varias veces la fuerza de fricción retardadora entre los medios de peso (35 a 37) y el manguito.
17. 17. Uso según la reivindicación 13, en el que la estructura de eje (11 a 13) comprende un elemento de extensión que soporta la boquilla amovible (13) provisto de una parte de soporte tubular que se extiende en el interior del cuerpo de carcasa (10) hasta un punto de acoplamiento roscado oculto en la estructura de eje.
18. 18. Uso del dispositivo retardador giratorio según la reivindicación 1 en un conjunto de boquilla esbelto alargado para rociar líquido a alta presión contra un objeto, comprendiendo dicho conjunto de boquilla:

    un cuerpo de carcasa cilíndrico hueco (10) provisto de una superficie cilíndrica interior alargada,

    un eje tubular (11) que puede girar coaxialmente en el interior del cuerpo de carcasa (10) y provisto de un extremo de entrada de líquido y próximo a un extremo de dicho cuerpo de carcasa,

    estando dicho eje (11) provisto de un extremo de salida próximo a un segundo extremo del cuerpo de carcasa (10) y que comprende unos medios en dicho extremo de salida para fijar una boquilla rociadora para la rotación con el eje,

    unos medios de rodamientos separados axialmente (20a, 20b) entre dicho eje (11) y dicho cuerpo de carcasa (10) para soportar de manera giratoria dicho eje coaxialmente en el interior de dicho cuerpo de carcasa y para evitar el movimiento axial del eje cuando éste se vea sometido a fuerzas axiales elevadas durante el rociado,

    unos medios que definen una cámara estanca que encierra dichos medios de rodamiento (20a, 20b) y un lubricante resistente a altas temperaturas entre dicho cuerpo de carcasa (10) y dicho eje (11),

    unos medios de entrada para conectar un suministro de líquido a alta presión a dicho conjunto de boquilla en una relación estanca con respecto al extremo de entrada del eje (11), y

    unos medios de accionamiento para hacer girar dicho eje (11) en una dirección alrededor de dicho eje geométrico,

    rodeando coaxialmente dicho resorte en espiral (34) una parte de dicho eje (11).
19. 19. Uso según la reivindicación 18, en el que los medios de peso (35 a 37) comprenden varios segmentos de peso alargados que presentan unas superficies exteriores curvadas que se pueden acoplar con la superficie cilíndrica interior en el cuerpo de carcasa (10).
20. 20. Uso según la reivindicación 19, en el que los segmentos de peso alargados están rodeados en general en sus extremos opuestos por unos resortes para forzar los pesos hacia el eje de rotación en la estructura de eje (11 a 13).
21. 21. Uso según la reivindicación 18, en el que tanto los medios de peso (35 a 37) como el resorte en espiral (34) producen una resistencia retardadora del eje cuando se acopla con la superficie cilíndrica interior en el cuerpo de carcasa (10), pero la resistencia retardadora del eje impuesta por el resorte en espiral es por lo menos varias veces mayor que la resistencia producida por los medios de peso cuando el eje (11) gira a una velocidad deseada.
22. 22. Uso según la reivindicación 20, en el que las longitudes combinadas del resorte en espiral (34) y los medios de peso (35 a 37) son aproximadamente el cuarenta por ciento de la longitud del cuerpo de carcasa (10).
23. 23. Uso según la reivindicación 18, en el que el resorte en espiral (34) está próximo al centro longitudinal del eje (11) para colaborar en la disipación de calor a lo largo del eje y, desde allí, al líquido que pasa a través del eje.
24. 24. Uso del dispositivo retardador giratorio según la reivindicación 1 en un aparato de acoplamiento para controlar la velocidad de rotación relativa entre un primer elemento giratorio y un segundo elemento, comprendiendo el aparato de acoplamiento:

    unos medios para aplicar un par a dicho primer elemento giratorio en un intervalo entre un primer valor de par reducido y un segundo valor de par más elevado para provocar el incremento de la velocidad de rotación de dicho primer elemento giratorio con respecto a dicho segundo elemento,

    unos medios de acoplamiento giratorios accionados de manera giratoria por dicho primer elemento giratorio y sensibles al incremento de la velocidad de rotación de dicho primer elemento giratorio para aplicar una fuerza de fricción creciente a dicho segundo elemento para retardar la velocidad de rotación de dicho primer elemento con respecto a dicho segundo elemento,

    comprendiendo dichos medios de acoplamiento dichos medios de peso centrífugos (35 a 37) para acoplar inicialmente dicho segundo elemento a medida que se incrementa la velocidad de rotación de dicho primer elemento hasta una primera velocidad, y un resorte en espiral (34) conectado entre dicho primer elemento y dichos medios de peso centrífugos y dispuesto para que se pueda desenrollar mediante la rotación relativa de dicho primer elemento con respecto a dichos medios de peso para el acoplamiento por fricción de dicho segundo elemento después del desenrollado, en el que a una velocidad sobre dicha primera velocidad, una fuerza retardadora del resorte en espiral en dicho primer elemento se hace sustancialmente mayor que la fuerza retardadora de los medios de peso en el primer elemento,

    limitando dichos medios de acoplamiento la velocidad de rotación máxima del primer elemento con respecto al segundo elemento a una velocidad en la que la fuerza retardadora de los medios de acoplamiento y el par aplicado por dichos medios para aplicar el par al primer elemento están en equilibrio.
25. 25. Uso del dispositivo retardador giratorio según la reivindicación 1 en un aparato de control de velocidad que comprende:

    un elemento giratorio accionado cuya velocidad se debe mantener dentro de un intervalo de velocidad de rotación deseada con una velocidad máxima práctica,

    un elemento relativamente estacionario que soporta dicho elemento accionado,

    unos medios de accionamiento para proporcionar una cantidad seleccionada de par para accionar dicho elemento accionado con respecto a dicho elemento relativamente estacionario,

    un primer mecanismo de disipación de energía para detectar la velocidad de rotación del elemento accionado con respecto a dicho elemento relativamente estacionario,

    un segundo y primario mecanismo de disipación de energía que comprende dicho resorte en espiral (34) que interactúa entre los dos elementos accionado y relativamente estacionario, y

    unos medios de acoplamiento entre dichos primer y segundo mecanismos de disipación de energía en los que, cuando dicho primer mecanismo detecta una velocidad de rotación próxima al extremo inferior de dicho rango de velocidad deseada, acciona el segundo mecanismo de disipación de energía para aplicar una fuerza retardadora en el elemento de accionamiento y limitar la velocidad de rotación máxima del elemento de accionamiento a dicha velocidad práctica en la que las fuerzas retardadoras de los dos mecanismos en el elemento accionado están en equilibrio y se oponen al par de accionamiento de dichos medios de accionamiento en dicho elemento de accionamiento.
26. 26. Uso según la reivindicación 25, que comprende unos medios que definen una cámara estanca que contiene un líquido lubricante resistente a altas temperaturas en el que están inmersos dichos mecanismos.
27. 27. Uso según la reivindicación 25, en el que dicho primer mecanismo es un mecanismo sensible centrífugamente.