ES2435504B2 - Eje, membranas y sus dispositivos de acoplamiento para bombas de fluido - Google Patents

Eje, membranas y sus dispositivos de acoplamiento para bombas de fluido Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere a una especial configuración y diseño de la varilla de conexión, casquillo de deslizamiento, de las membranas y sus dispositivos de acoplamiento entre la varilla y las membranas para bombas de fluido. La varilla de conexión que puede ser de material plástico, metálico o combinación de ambos, presenta un especial diseño de ranuras perimetrales en sus extremos que sirve para la realización de la unión deslizante de los extremos en los dispositivos de acoplamiento que están fijados a las membranas. La varilla de conexión configura en el centro de su propio cuerpo unas nervaduras de estanqueidad con forma de ranuras circunferenciales que por sí mismas impiden la comunicación entre las dos cámaras de fluido de la bomba de membrana sin el empleo de juntas tóricas, o juntas de estanqueidad de otro tipo. Las membranas están compuestas de elastómero o material similar, contando opcionalmente una capa de PTFE (politetrafluoroetileno) o material similar y contiene el dispositivo de acoplamiento. El dispositivo de acoplamiento está compuesto generalmente por una tuerca incluida en la membrana a la que se rosca un tornillo con un alojamiento radial para permitir la inserción de la varilla de conexión. Dicha varilla desliza sobre un casquillo perteneciente al cuerpo de la bomba el cual puede configurar unos labios de estanqueidad y obturación de impurezas en ambos extremos y que pertenecen al mismo casquillo.

Description

DESCRIPCIÓN
Varilla de conexión, casquillo de deslizamiento, membranas y sus dispositivos de acoplamiento para bombas de doble membrana accionadas por aire comprimido o cualquier otro fluido a presión. 5
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a una especial configuración y diseño de la varilla de conexión, casquillo de deslizamiento, de las membranas y sus dispositivos de 10 acoplamiento entre la varilla y las membranas para bombas de fluido.
La varilla de conexión que es de material plástico, metálico o combinación de ambos, mantiene fija la distancia relativa entre las dos membranas (ver fig 3) y presenta un especial diseño de ranuras perimetrales en ambos extremos que sirve para la realización 15 de la unión deslizante de ambos extremos en los correspondientes dispositivos de acoplamiento que están fijados a ambas membranas, estas dos uniones deslizantes semirrígidas de la varilla facilita la independencia de la varilla y de ambas membranas de cualquier otra parte de la bomba, y permite la sustitución de las membranas y de la propia varilla desmontando exclusivamente la(s) tapa(s) correspondiente(s), sin necesidad de 20 desmontar la bomba ni de las líneas de fluido ni de la instalación. La varilla de conexión desliza dentro de un casquillo de deslizamiento inmerso en el fluido y la interacción entre la varilla y el casquillo restringe el flujo de fluido entre las dos cámaras de fluido situadas a ambos lados del cuerpo central de la bomba. La varilla de conexión puede presentar unas nervaduras de estanqueidad en el centro de su cuerpo para evitar la comunicación 25 entre las dos cámara de fluido de la bomba de membrana sin el empleo de juntas tóricas o juntas de estanqueidad de otro tipo. Las membranas están compuestas de elastómero o material similar, contando opcionalmente una capa de PTFE (politetrafluoroetileno) o material similar y contiene el inserto del dispositivo de acoplamiento. El dispositivo de acoplamiento está compuesto generalmente por una tuerca insertada en la membrana a 30 la que se rosca un tornillo con un alojamiento radial para permitir la inserción del varilla de conexión.
Campo de la invención
35
Esta invención tiene su aplicación dentro del sector de la industria de las bombas para el transvase de fluidos, y/o fluidos con sólidos o partículas en suspensión y/o polvos y/o fluidos químicamente agresivos o de complicada manipulación, como son los hidrocarburos, hidrocarburos clorados, ácidos, bases y otros productos químicos utilizados en los procesos industriales. 40
Antecedentes de la invención
Existen en el mercado numerosas membranas y ejes de impulsión utilizado en bombas de fluidos, por ejemplo bombas de doble membrana accionadas por aire comprimido, o 45 por cualquier otro fluido a presión, siendo generalmente de dos tipos:
a) Bombas de flujo periférico que bombean el fluido de forma alternativa desde dos cámaras de fluido situadas en cada uno de los dos lados externos de la bomba y con cámaras de aire al lado opuesto de las membranas que separan el fluido del aire en 50 ambos casos.
b) Bomba de flujo central en el que el fluido se bombea de forma alterna desde dos cámaras de fluido situadas a ambos lados de la parte central de la bomba y con cámaras de aire al lado exterior de las membranas que separan el fluido del aire en ambos casos.
Generalmente las membranas están unidas (normalmente roscadas) a través de un eje 5 que comunica el movimiento alternativo de una membrana a la otra. Existen también bombas de membrana cuya interacción entre las dos membranas se lleva a cabo usando un eje libre o pieza metálica o plástica que debido al movimiento alternativo de las membranas el eje toma contacto con ellas pero no está íntimamente unido a ellas como sucede en la varilla de conexión que la presente invención propugna. 10
Sin embargo no se conoce la existencia de ningún tipo de acoplamiento que incorpore una varilla con ranuras perimetrales en sus extremos que permitan, mediante deslizamiento, su alojamiento en el dispositivo de acoplamiento fijado en la membrana y cuya singular unión presenta restricción de movimiento en la dirección longitudinal de la 15 varilla pero es libre en el sentido radial y permite que a la hora del montaje y desmontaje se pueden liberar las membranas de la varilla independientemente.
En concreto podemos citar las Patentes 0132913 A1/B1 FLOTRONICS AG que incorpora un eje que fluctúa libre o puede ser fijado a las membranas, pero en ningún momento 20 tiene uniones deslizantes semirrígidas entre el eje y las membranas, tampoco contiene nervaduras de estanqueidad en el eje, ya que, o bien utiliza juntas de estanqueidad o bien utiliza un casquillo adicional sin labios de estanqueidad.
Igualmente la patente WO 2005085639 A1 (NAMIKI PRECISION JEWEL CO LTD ET 25 AL.) constituye una bomba eléctrica de una sola membrana por lo que su funcionamiento es completamente diferente al de las bombas neumáticas. La bomba de Namiki posee un eje de unión deslizante siempre rígida a la membrana cuyo movimiento alternativo se produce debido a un diseño de cuadrilátero articulado en el que el movimiento giratorio del eje del motor eléctrico se convierte en alternativo y se aplica a la membrana. En el 30 caso de las bombas neumáticas de doble membrana de aire comprimido, el movimiento alternativo se produce debido al empuje del aire comprimido contra la membrana que produce la impulsión de fluido. Dicha membrana interacciona alternativamente con la membrana opuesta a través de la varilla de conexión.
35
Existen numerosas conexiones deslizantes de cola de milano o similar entre elementos mecánicos que no guardan relación con la patente que se propugna. Por lo que respecta a la patente DE 763835 C (FORSCHUNGSANSTALT PROF JUNKERS), no tiene membranas ni esta operado con aire comprimido y en su pistón (Fig. 1 Comp. 3) hay ranuras que probablemente son alojamientos para componentes de estanqueidad, pero 40 en absoluto constituyen nervaduras de estanqueidad en sí mismas.
Descripción de la invención
Para la descripción de la presente invención se emplea la siguiente terminología, 45 comúnmente aceptada en el sector de la técnica al que se refiere, cuyo significado desglosamos a efectos de su comprensión:
- BOMBA = bombas de doble membrana accionadas por aire comprimido o cualquier otro fluido a presión. 50
- CONEXIÓN DESLIZANTE SEMIRRIGIDA = unión de dos piezas que encajan una sobre la otra permitiendo fácil desmontaje, tiene juego, holgura o tolerancias entre sus componentes que le permiten limitados grados de libertad en sus movimientos.
- CASQUILLO DE LA VARILLA = elemento insertado en el cuerpo de la bomba que sirve 5 de guía de deslizamiento de la varilla y de estanqueidad entre las cámaras.
- DISPOSITIVO DE ACOMPLAMIENTO = elemento de unión fijado a la membrana para el alojamiento deslizante de la varilla compuesto generalmente por una tuerca insertada en la membrana a la que se rosca un tornillo con un alojamiento radial para permitir la 10 inserción del extremo con ranura perimetral de la varilla de conexión.
La presente invención que se propone consiste en un especial diseño de la varilla, de las membranas y el dispositivo de acoplamiento entre ambos, aplicable a bombas de membrana. El especial diseño de la unión y sujeción de la varilla que interacciona con las 15 membranas permite una solución intermedia entre las denominadas uniones fijas y/o solidarias y uniones mediante eje libre.
La presente invención describe la interacción que hace las membranas solidarias sin el empleo de elementos cotidianos de unión como por ejemplo las uniones roscadas, 20 pegadas o soldadas, obteniendo a través del dispositivo de acoplamiento una unión entre varilla y membranas de forma sencilla y que permite ejecutarla sin herramientas adicionales y sin esfuerzos. Esta unión permite que a la hora del montaje y desmontaje se pueden liberar las membranas de la varilla independientemente sin desmontar la bomba de membrana de la instalación y sin necesidad de abrir las dos cámaras donde 25 están incluidas la membranas, simplemente retirando la tapa correspondiente y tirando de la membrana que se quiere cambiar en la dirección radial Esta unión presenta restricción de movimiento en la dirección longitudinal de la varilla pero éste es libre en el sentido radial del mismo.
30
Para ello y de forma más concreta la presente invención propone:
- UNA VARILLA de conexión que puede ser fabricado en material plástico, metálico o combinación de ambos, y que presenta un diseño caracterizado porque en sus extremos dispone de una ranura perimetral que sirve para realizar la unión de estos extremos con 35 el dispositivo de acoplamiento que esta fijo en las membranas. Dicho dispositivo de acoplamiento tiene un alojamiento para introducir el extremo con ranura perimetral de la varilla de conexión de forma deslizante.
En cuanto a la varilla de conexión entre membranas juega un papel fundamental en el 40 funcionamiento de la bomba de membrana ya que permite transmitir la presión de funcionamiento de una cámara a otra para que se produzca el movimiento alternativo que hace funcionar la bomba de membrana. La varilla puede estar situado en la cámara húmeda (de fluido) o bien en la cámara seca (de aire) en función de qué tipo de bomba de membrana se trate o bomba de flujo periférico o bomba de flujo central de fluido. 45
En el caso de que la varilla además de su uso en bombas de flujo periférico se use, por ejemplo, en las bombas de flujo central, es decir, la varilla está situada en las cámaras húmedas:
50
- éste puede tener en su diseño un numero definido de cajeras o nervaduras de estanqueidad que se ajustan sin contacto directo sobre el casquillo y que provocan una pérdida de carga entre ambas cámaras de fluido generando la estanqueidad entre la varilla y el casquillo de deslizamiento de la varilla y que evita la comunicación entre ambas cámaras de fluido de la bomba. Estas ranuras y/o 5 nervaduras de estanqueidad se realizarán en la zona central de la varilla la cual debido a la limitación del movimiento en la dirección longitudinal dada por la carrera de la bomba nunca sobresale del casquillo de la varilla y que tendrá dicha zona diferente longitud en función del diámetro de la varilla de conexión y de la carrera de la bomba de membrana. 10
- dicha varilla desliza dentro de un casquillo de deslizamiento inmerso en el fluido y la interacción entre la varilla y el casquillo restringe el flujo de fluido entre las dos cámaras de fluido situadas a ambos lados del cuerpo central de la bomba, la cual puede estar provista en sus extremos de labios de estanqueidad y obturación de 15 impurezas.
- la varilla de conexión puede disponer de un alma que puede ser de diferente material dependiendo de la resistencia o durabilidad que tenga que soportar y en la parte exterior es generalmente de un material plástico o similar que lo hace compatible con 20 el fluido a bombear.
- DOS MEMBRANAS de especial configuración que permiten en su parte externa un perfecto acoplamiento a las dos tapas de membrana de ambas cámaras y a los dos lados exteriores de la cámara húmeda en su caso, que se han diseñado específicamente para 25 que cumplan tres funciones: 1.- Las membranas tienen un dispositivo de acoplamiento metálico y/o plástico o combinación de ambos en su cara interior con especial diseño para alojar la varilla que puede ser en forma de cola de milano o cualquier otra que permita el deslizamiento del extremo con ranura perimetral de la varilla, siendo posible usar insertos complejos de la membrana que presenten esta forma de unión deslizante 30 en uno de sus extremos para la conexión de la membrana a la varilla. 2.- EI perfecto acoplamiento de la membrana a la cámara húmeda garantizando su perfecta estanqueidad 3.- La membrana constituida con un elastómero o similar está diseñada de una forma en su estado de reposo idéntica a las tapas de membrana de las cámaras de la bomba y en el ciclo de impulsión la membrana almacena energía del fluido de 35 funcionamiento y en el ciclo de aspiración utiliza esta energía ayudando en la aspiración de la bomba, presionado a su vez por la varilla de conexión cuya unión deslizante permite su movimiento sin restricciones en la dirección radial y restringe el mismo en la dirección longitudinal liberando la varilla de los esfuerzos de flexión y no sufriendo por tanto ninguna tensión irregular que tienda a acortar su vida, incluso en situaciones de 40 funcionamiento en régimen de cavitación, funcionamiento en vacío o, a lo largo de su vida útil, debido a las holguras que hubiera podido presentar la varilla de transmisión por desgaste
DISPOSITIVO DE ACOPLAMIENTO, Dispositivo de acoplamiento se configura como el 45 elemento de unión fijado a la membrana para el alojamiento deslizante de la varilla compuesto generalmente, pero no limitado, por una tuerca insertada en la membrana a la que se rosca un tornillo con un alojamiento radial para permitir la inserción del extremo con ranura perimetral de la varilla de conexión. El inserto que va ligado a la membrana, en este caso con forma de tuerca, además del tornillo que presenta la zona de unión 50 deslizante, pueden tener diferentes diseños en función del tipo de membrana que se esté
utilizando, siendo factible que el inserto mismo presente la zona de unión deslizante. En la forma más general el tornillo se rosca al inserto que está incluido en el cuerpo de la membrana el cual puede tener conexión directa entre cámaras de aire-fluido o no. A su vez, el material del tornillo y la tuerca o inserto puede ser diverso, desde materiales metálicos hasta plásticos e incluso combinación de ambos. 5
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña como parte integrante 10 de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La FIGURA 1, muestra una vista del detalle de unión entre la varilla deslizante, el dispositivo de acoplamiento y la membrana, 15
La FIGURA 2, muestra una vista del detalle del despiece de la varilla, los dispositivos de
acoplamiento y las membranas,
LA FIGURA 3, muestra las membranas, la varilla y los dispositivos de acoplamiento 20 unido,
La FIGURA 4, muestra un detalle de la varilla el casquillo, las ranuras perimetrales y las
nervaduras de estanqueidad,
25
LA FIGURA 5, muestra un detalle de la varilla compuesto de alma metálica o material similar.
Realización preferente de la invención
30
La aplicación de esta invención de la varilla de conexión, casquillo, membranas y dispositivos de acoplamiento tiene lugar dentro de una bomba de membrana por la interacción de los siguientes componentes de la misma:
- Varilla (1) 35
- Casquillo (4)
- Membranas (3)
40
- Dispositivos de acoplamiento (2)
En el caso de la implementación dentro de una bomba de doble membrana de flujo central accionado por aire comprimido u otro fluido a presión, cuando se conecta una bomba de membrana a la línea de presión del fluido de accionamiento a la bomba de 45 membrana, se dirige el flujo de fluido de accionamiento hacia una de las cámaras de aire formadas entre la membrana (3) y la tapa lateral de la bomba, en ese momento la membrana sometida a la presión de aire que actúa por una de sus caras comienza a moverse hacia el centro de forma solidaria con la varilla. (1)
50
En la otra membrana el recorrido es inverso por tanto, la otra cámara de fluido entra en aspiración por tanto, el fluido conectado a la aspiración de la bomba comienza a entrar en la cámara. Esta membrana se mueve como consecuencia de la propia energía elástica almacenada en la membrana y por la presión de aire que presiona la membrana de la otra cámara y que empuja a ésta y a la varilla de conexión de unión deslizante (1) que se 5 encuentra en el medio de ambas y que efectúa un movimiento en la dirección longitudinal de la varilla pero es libre en el sentido radial del mismo.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Varilla de conexión (1), casquillo de deslizamiento (4) dos membranas (3) y sus dispositivos de acoplamiento (2) entre la varilla y las membranas para bombas de doble membrana accionadas por aire comprimido a por cualquier otro fluido a presión 5 caracterizado porque:
    - La varilla de conexión que es de material plástico, metálico o combinación de ambos, mantiene fija la distancia relativa entre las dos membranas (ver fig 3) y presenta un especial diseño de ranuras perimetrales en ambos extremos (1,1) que sirve para la 10 realización de la unión deslizante semirrígida de ambos extremos en los correspondientes dispositivos de acoplamiento (2) que están fijados a ambas membranas. Estas dos uniones deslizantes semirrígidas mantienen el contacto entre la varilla de conexión extraíble y ambas membranas extraíbles sin estar éstas sólidamente unidas
    15
    - La varilla de conexión desliza dentro de un casquillo de deslizamiento (4) inmerso en el fluido, y la interacción entre la varilla y el casquillo restringe el flujo de fluido entre las dos cámaras de fluido situadas a ambos lados del cuerpo central de la bomba.
    - Los dispositivos de acoplamiento (2) se configuran como los elementos de unión fijados 20 a ambas membranas (3) para el alojamiento deslizante de la varilla de conexión (1) compuestos generalmente, pero no de manera limitativa, por una tuerca insertada (2,2) en la membrana correspondiente a la que se rosca un tornillo (2,1) con un alojamiento radial (2,3) para permitir la inserción del extremo correspondiente con ranura perimetral (1,1) de la varilla de conexión (1). Los insertos que van ligados a ambas membranas, en 25 este caso con forma de tuerca (2,2), además de los tornillos (2,1) que presentan la zona de unión deslizante (2,3), pueden tener diferentes diseños en función del tipo de membrana que se esté utilizando, siendo factible que los insertos mismos presenten la zona de unión deslizante. En la forma más general los tornillos (2,1) se roscan a los insertos (2,2) que están incluidos en el cuerpo de las membranas (3) los cuales pueden 30 tener conexión directa entre las cámaras de aire-fluido o no. A su vez, el material de los tornillos (2,1) y las tuercas (2,2) o insertos pueden ser diversos, desde materiales metálicos hasta plásticos e incluso combinación de ambos.
    - Las uniones deslizantes semirrígidas admiten desplazamientos entre las membranas y 35 los extremos de la varilla de conexión en los alojamientos radiales (2,3) que permiten que
    las membranas adapten su forma libremente y liberan la varilla de los esfuerzos de flexión durante los ciclos de funcionamiento de la bomba.
  2. 2. Varilla de conexión (1), casquillo de deslizamiento (4), dos membranas (3) y sus 40 dispositivos de acoplamiento (2) entre la varilla y las membranas para bombas de doble membrana accionadas por aire comprimido o por cualquier otro fluido a presión caracterizado porque la varilla de conexión (1) configura en el centro de su propio cuerpo unas nervaduras de estanqueidad con forma de ranuras circunferenciales (1,2) que por si mismas impiden la comunicación entre las dos cámaras de fluido de la bomba 45 de membrana.
  3. 3. Varilla de conexión (1), casquillo de deslizamiento (4), dos membranas (3) y sus dispositivos de acoplamiento (2) entre la varilla y las membranas para bombas de doble membrana accionadas por aire comprimido a por cualquier otro fluido a presión 50
    caracterizado porque el casquillo de deslizamiento (4) configura en ambos extremos de su propio cuerpo la forma de labios de estanqueidad y obturación de impurezas (4.1)
  4. 4. Varilla de conexión (1), casquillo de deslizamiento (4), dos membranas (3) y sus dispositivos de acoplamiento (2) entre la varilla y las membranas para bombas de doble 5 membrana accionadas por aire comprimido a por cualquier otro fluido a presión caracterizado porque la varilla de conexión (1) dispone de un alma (1,4) de diferente material resistente a las solicitaciones externas y en la parte exterior una camisa (1,3) de un material plástico o diferente que lo hace compatible con el fluido a bombear.
    10
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