ES2482766B1 - Bomba de engranajes con cámara de amortiguación de pulsaciones de presión en la cámara de aspiración para reducción de ruido y vibraciones - Google Patents
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Abstract
Bomba de engranajes que comprende una cámara con paredes laterales opuestas, un par de engranajes dispuestos en el interior de la cámara, cuyos dientes engranan entre sí, una cámara de aspiración y una cámara de impulsión en lados opuestos de los engranajes, separadas entre sí por la zona de engrane, un conducto en una de las paredes laterales de la cámara de aspiración, perpendicular a ésta, que conecta dicha cámara con otra cámara de amortiguación más pequeña, separada en dos subcámaras a través de una membrana flexible paralela a las paredes laterales de la cámara de aspiración. La subcámara contigua al conducto queda llena del fluido impulsado por la bomba, mientras que la otra lo está de aire a presión. Esto amortigua las pulsaciones de caudal y presión generadas en la zona de engrane contigua a la cámara de aspiración, evitando que se transmitan hacia la entrada de la bomba.
Description
BOMBA DE ENGRANAJES CON CÁMARA DE AMORTIGUACiÓN DE PULSACIONES DE PRESiÓN EN LA CÁMARA DE ASPIRACiÓN PARA REDUCCiÓN DE RUIDO Y VIBRACIONES
5 Solicitudes Relacionadas
La solicitud US2007/0178003 A 1 hace referencia a un dispositivo de
amortiguación de ruido y vibraciones para bombas de engranajes situado en la zona de engrane, con el fin de reducir las pulsaciones de presión a la salida de
la bomba, a diferencia de la presente solicitud que trata de un dispositivo
10 situado en la cámara de aspiración destinado a reducir dichas pulsaciones en
la entrada.
Campo de la invención
15 particularmente con bombas de engranajes de bajos niveles de ruido y
Las bombas de engranajes generalmente comprenden una cámara de engrane definida entre un par de placas laterales. Un par de engranajes se acomodan
20 rotado, lo cual hace girar el engranaje ligado a éste, que a su vez, a través de la interacción entre los dientes de ambos engranajes, hace rotar en sentido inverso el otro engranaje. Una cámara de aspiración y otra de impulsión se sitúan a ambos lados de los engranajes, limitados por las placas laterales, de
forma que a través del mecanismo de engrane el fiuido es absorbido desde la
25 cámara de aspiración hacia la zona de engrane, y tras ser transportado entre
los dientes de los engranajes y las paredes de la cámara de engrane, se
Durante la rotación de los engranajes, en la zona de engrane contigua a la cámara de aspiración, la separación de los dientes que engranan provoca que
5 el volumen encerrado entre dichos dientes aumente. La succión del fiuido
hidráulico se debe al proceso de llenado de este volumen creciente. Dicho llenado se produce de forma muy rápida, lo que genera pulsaciones de presión
que se propagan por la cámara de aspiración hacia la entrada de la bomba.
Estas pulsaciones pueden causar vibraciones y/o ruido.
Una aproximación al problema es disponer una pequeña cámara conectada a través de un orificio a la cámara de aspiración . En esta cámara se dispone una
membrana que la divide en dos zonas: la llenada por el fiuido de trabajo y otra
llena de aire presurizado. La diferencia de presiones entre ambos lados de la 15 membrana es absorbida por la deformación de la misma. De este modo las fluctuaciones de presión producirán deformaciones en la membrana, de tal
modo que los picos de presión serán amortiguados por el efecto del incremento del volumen ocupado por el fiuido hidráulico, disminuyendo la amplitud de las
pu lsaciones transmitidas hacia la entrada de la cámara.
Resumen de la invención
La presente invención consta de una bomba de engranajes en la que una cámara de amortiguación se comunica con la cámara de aspiración con el fin
de amortiguar las pulsaciones de presión generadas en la zona de engrane
25 contigua a la cámara de aspiración.
En consecuencia , la invención incluye una bomba de engranajes que
comprende una cámara con paredes laterales opuestas, un par de engranajes dispuestos en el interior de la cámara, cuyos dientes engranan entre sí, una cámara de aspiración y una cámara de impulsión en lados opuestos de los engranajes, separadas entre sí por la zona de engrane, un conducto en una de las paredes laterales de la cámara de aspiración , perpendicular a ésta , que conecta dicha cámara con otra cámara de amortiguación más pequeña, separada en dos subcámaras a través de una membrana flexible paralela a las
placas laterales de la cámara de aspiración. La subcámara contigua al conducto queda llena del fiuido impulsado por la bomba, mientras que la otra lo está de aire a presión . Esto amortigua las pulsaciones de caudal y presión
generadas en la zona de engrane contigua a la cámara de aspiración , evitando
que se transmitan hacia la entrada de la bomba.
La cámara de amortiguación de pulsaciones tendrá un tamaño considerablemente menor que la cámara de aspiración pero será suficientemente grande para amortiguar de forma efectiva las pulsaciones de presión . Se comunicará con la cámara de aspiración por medio de un pequeño orificio practicado en la placa de presión. La subcámara que queda llena de fluido hidráulico estará mecanizada en la propia placa lateral, mientras que una carcasa , unida a la placa lateral mediante tornillos por la parte exterior formará la subcámara que queda llena de aire. La membrana quedará atrapada entre la
carcasa que limita la subcámara de aire y la placa lateral, fijada por los tornillos
anteriormente mencionados. En la carcasa de la subcámara de aire se dispondrá de una válvula que permita introducir aire a presión cuando sea
necesario, de modo que la presión del aire se ajuste para que la membrana se
encuentre en una posición de equilibrio con la presión media del fluido Características adicionales se describirán a través de la descripción detallada
junto a las figuras.
Breve descripción de las figuras
En las figuras adjuntas:
Fig 1: Una sección de una bomba de engranajes en un plano medio paralelo a
10 los engranajes.
Fig 2: una vista de una sección a lo largo de la linea 2-2 de la figura 1, en un plano perpendicular a los engranajes.
15 Fig 3: Una vista ampliada de la cámara de amortiguación.
Fig 4: Gráfica que compara las fluctuaciones de presión a la entrada obtenidas mediante simulación numérica con y sin efectos de cavitación.
20 Descripción detallada
Las figuras 1 y 2 muestran la invención en detalle sobre una bomba de
engranajes tipica. La bomba de engranajes 10 tiene una carcasa 12 que
engranajes 16 y 18. La carcasa incluye un cuerpo central 20 en el cual se
encuentran la cámara 14 y las placas laterales opuestas 22 y 24 . Los extremos
de la cámara 14 que contienen los engranajes 16 y 18 están cerrados mediante placas de presión 26 y 28 localizados en los lados interiores de las placas laterales 22 y 24. Es típico en algunas bombas de engranajes encontrar las placas de presión formando parte de las placas laterales de la carcasa. Tal
como se muestra, pueden incorporarse sellos 30 entre las placas de presión y las placas laterales. Adicionalmente, pueden disponerse sellos 32 entre las placas laterales y el cuerpo de la cámara de engrane .
Un par de ejes 34 y 36 soportan los engranajes. Dichos ejes encajan en las
paralelos entre si. El eje de soporte 34 se extiende a través de la placa lateral
26 hacia fuera de la carcasa 12, silViendo de eje conductor para la rotación del
engranaje 16 que gira solidariamente con el eje. Un sello 46 puede incluirse
entorno al eje de soporte en la placa lateral. El otro eje de soporte 36 mantiene
el otro engranaje 18 engranado con el engranaje conductor 16, y será por tanto conducido por éste cuando sea rotado.
En la figura 2 se indica mediante flechas la dirección de rotación de los engranajes conductor y conducido. Una cámara de aspiración 50 y una cámara de impulsión 52 se localizan en lados opuestos de los engranajes. Las cámaras de aspiración e impulsión se encuentran respectivamente en los lados anterior y posterior de los engranajes con respecto a las direcciones de rotación . Las cámaras de aspiración e impulsión están conectadas a los puertos de entrada 54 y salida 56 respectivamente, provistos para su conexión a las líneas de
Con esta disposición, el fluido introducido en la cámara de aspiración 50 a través del puerto de entrada 54 es recibido en el volumen existente entre los dientes de los engranajes 16 y 18 que enfrentan la cámara de aspiración, y es confinado en los espacios interdentales definidos entre los dientes de los engranajes y la superficie interior 58 del cuerpo central para ser expulsado a la cámara de impulsión. Los dientes de los engranajes conductor y conducido involucrados en el suministro del fluido a la cámara de impulsión 52 son movidos a través de la zona de engrane de los engranajes hasta que de nuevo un volumen interdental enfrenta la cámara de aspiración, por lo cual el fluido es recibido entre los dientes de los engranajes de nuevo para su entrega en la cámara de impulsión 52.
Durante la operación de la bomba de engranajes aparece una distribución de presión que va desde la baja presión en la cámara de aspiración 50 hasta la alta presión en la cámara de impulsión 52 con un incremento de presión producido en la cámara de engranajes mediante la rotación de éstos. En esta operación, de forma cíclica, se abre un volumen interdental entre ambos engranajes 61 el cual enfrenta la cámara de aspiración de modo que el fluido es aspirado por ese volumen creciente, llenándolo a medida que los engranajes giran. Este volumen se prolonga hasta el punto de contacto entre engranajes
61.
A velocidades de giro elevadas, el proceso de llenado ha de ser muy rápido, lo que provoca fuertes disminuciones de presión en la zona de la cámara de
aspiración. Cuando finaliza un ciclo de engrane, esto es, cuando el punto de contacto entre dientes más cercano a la cámara de aspiración desaparece ya que dichos dientes se separan, un nuevo volumen interdental aparece
enfrentando la cámara de aspiración y limitado por el punto de contacto entre el siguiente par de dientes engranados, y es llenado de nuevo con fluido
hidráulico. Este proceso cíclico provoca fuertes pu lsaciones de presión en la
cámara de aspiración. Dichas pulsaciones se propagan hacia la entrada de la
cámara de aspiración, produciendo ruidos y vibraciones.
La presente invención reduce las pulsaciones de presión en una medida significativamente mayor que previos intentos. Esto se consigue añadiendo una
cámara de amortiguación de pulsaciones 70 y 71 acoplada a la placa lateral de
la bomba o mecanizada en la propia placa que se comunica con la cámara de
aspiración a través de un orificio 78 practicado en la placa de presión 28. La
cámara está dividida en dos subcámaras. Una 70 comunicada directamente
con la cámara de aspiración y por tanto llena de fluido hidráulico, y otra 71
separada de la primera mediante una membrana elástica 75 y llena de aire. La subcámara de fluido hidráulico está mecanizada en la placa lateral 24 mientras que la subcámara de aire está limitada por una carcasa 74. La carcasa se unirá
a la placa lateral y a la membrana mediante tornillos 77. El volumen de la
cámara de amortiguación de pulsaciones será considerablemente menor que el de la cámara de aspiración , del orden del volumen interdental de los engranajes. Las dos subcámaras serán de tamaño similar. La subcámara de aire 71 dispondrá de una válvula de llenado 79 a través de la cual se podrá suministrar aire para asegurar el equilibrio de la membrana a la presión nominal
de entrada del fluido hidráulico. La figura 4 muestra los resultados obtenidos
mediante simulaciones numéricas de la evolución de las fluctuaciones de
presión en la entrada de una bomba de engranajes similar a la de la figura 1
trabajando a 1500 revoluciones por minuto a lo largo de un ciclo de engrane. La línea negra muestra el comportamiento cuando no se tienen en cuenta efectos de cavitación del aceite y la línea roja el comportamiento teniendo en cuenta dichos efectos. Puesto que las nubes de vapor debidas a la cavitación tienen 5 un efecto análogo al del dispositivo descrito, aumentando el volumen efectivo ocupado por el aceite en la cámara de aspiración cuando la presión aumenta y viceversa, el comportamiento que esperamos encontrar será similar al de la curva roja, en la que se puede observar la disminución de las fluctuaciones de presión asociadas al cambio repentino de la posición del punto de contacto al
10 comenzar un nuevo ciclo de engrane.
Las pulsaciones de presión provocarán el desplazamiento de la membrana en torno a su posición de equilibrio, lo cual se traduce en variaciones del volumen efectivo de la cámara de aspiración (esto es, el volumen de la cámara de aspiración más el de la subcámara llena de fiuido hidráulico). Cuando se 15 produzcan aumentos de presión, la membrana se desplazará comprimiendo el aire y aumentando el volumen ocupado por el aceite en la subcámara 70, lo que compensará parcialmente el efecto de dicho pico. Análogamente, al producirse caídas de presión, la membrana se desplazará en sentido inverso, reduciendo el volumen efectivo ocupado por el aceite y amortiguando la
20 variación de presión.
Como construcción alternativa se propone sustituir la membrana por un émbolo unido mediante un muelle a la pared interior de la cámara.
25 Aunque la invención se ha mostrado y descrito en relación a una cierta construcción preferente o construcciones preferentes, es obvio que a los expertos se les ocurrirán alteraciones y modificaciones equivalentes a través de
la lectura del presente documento y de las figuras adjuntas. En particular, en 10 referente a las funciones desarrolladas por los elementos descritos anteriormente (componentes, ensamblajes, dispositivos... ) los términos utilizados para describir dichos elementos pretenden corresponder, salvo que
5 se especifique de otro modo, a cualquier elemento que realice la función especificada por el elemento descrito (esto es, que sea funcionalmente equivalente), aunque no sea estructuralmente equivalente a la estructura
descrita en el ejemplo de construcción propuesto. Además, mientras alguna característica particular de la invención se ha descrito sólo con respecto a una
10 o varias de las construcciones ilustradas, dicha característica puede combinarse con otras características de otras construcciones propuestas, cuando eso pueda ser deseable o ventajoso para alguna aplicación particular.
Claims (6)
- REIVINDICACIONES1. Una bomba de engranajes que comprende una cámara con paredes laterales opuestas, un par de engranajes dispuestos en el interior de la cámara, cuyos dientes engranan entre sí, una cámara de aspiración y una cámara de impulsión en lados opuestos de los engranajes, separadas entre sí por la zona de engrane, un conducto en una de las paredes laterales de la cámara de aspiración , perpendicular a ésta, que conecta dicha cámara con otra cámara de amortiguación más pequeña, separada en dos partes a través de una membrana flexible paralela a la pared lateral de la cámara de aspiración.
- 2. Una bomba de engranajes como la indicada en la reivindicación 1, donde la cámara de amortiguación se comunica con la cámara de aspiración a través de un pequeño orificio practicado en una placa de presión , en la zona de la cámara de aspiración contigua a la región de engrane.
- 3. Una bomba de engranajes como la indicada en la reivindicación 2, en la que las dos subcámaras de amortiguación tendrán un volumen del orden del 10% del volumen de la cámara de aspiración.
- 4. Una bomba de engranajes como la indicada en la reivindicación 3, en laque la subcámara de aire está limitada por una carcasa y la de aceiteestá mecanizada en la placa lateral, de modo que dicha carcasa se fija ala placa lateral mediante tornillos, los cuales fijan también la membrana.
-
- 5.
- Una bomba de engranajes como la indicada en la reivindicación 4 en la que en la subcámara que trabaja con aire a presión se dispone de una
-
- 6.
- Una bomba de engranajes como la indicada en la reivindicación 5 en la que se sustituye la membrana por un émbolo unido mediante un muelle a la pared interior de la subcámara.
válvula de llenado de aire desde el exterior.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ES201232042A ES2482766B1 (es) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Bomba de engranajes con cámara de amortiguación de pulsaciones de presión en la cámara de aspiración para reducción de ruido y vibraciones |
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-
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2013
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Also Published As
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| WO2014102419A1 (es) | 2014-07-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2482766 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20150512 |