ES2582011A1 - Máquina de fluido polivalente. - Google Patents

Abstract

Máquina de fluido polivalente que cuenta con un rotor (2) acoplado radial y axialmente al interior de una carcasa (1), donde la geometría del rotor (2) en sintonía con la de la carcasa (1) puede diseñarse con multitud de siluetas configuradas por pares de arcos, no condicionados por formas regulares, cilíndricas o simetrías. Resultan tantos pares de vías entrada-salida (3', 3'' - 4', 4'') como pares de arcos conformen al rotor (2). El rotor (2) obedece a un movimiento traslacional asistido por medios de guiado (5) alojados en cualquier parte del mismo (2). Con sólo interactuar con la alimentación de las vías de entrada (3', 3'') o de salida (4', 4'') puede operar indistintamente como máquina generadora, motora, reversible o transmisora, incluso como máquina motora y generadora al unísono careciendo de ejes que salgan al exterior de la carcasa (1).

Description

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permanentemente radial y axialmente a la carcasa (1). Los circuitos de entrada (6) y salida

(7) siguen un ciclo uniformemente creciente y decreciente respectivamente, que se puede revertir con el simple cambio de sentido de traslación del rotor (2). En dos ocasiones o intervalos de un ciclo del rotor (2) se crean cámaras cerradas estancas (8 y 9) que se

5 alimentan del circuito de entrada (6) y evacuan en el circuito de salida (7). La capacidad de desplazamiento de fluido del sistema es igual a la suma del volumen de estas dos cámaras cerradas (8 y 9).

Como se ha dicho antes y más adelante se verá, el sistema de traslación del rotor (2) se

10 garantiza por al menos un medio de guiado (5) que obligue a ese tipo de movimiento, basado en el giro excéntrico que se produciría por rotar un apoyo o eje situado en el rotor (2) alrededor de un apoyo o eje situado en la carcasa (1). El número de estos medios de guiado

(5) puede ser de uno a varios e ir alojados en cualquier parte del rotor (2). Para facilitar la comprensión sobre estos medios de guiado (5) de la traslación, en el esquema (Fig-8a) se 15 representa un rotor (2) con apoyos a modo de ejes (11) que rotan alrededor de ejes (10) situados en la carcasa (1). En esquema (Fig-8b) se describen cuatro intervalos de traslación del rotor (2) sobre la carcasa (1) como resultado de girar sincronizados los ejes (10). Se muestra en esquemas (Fig-8c) una sección radial, (Fig-8d) sección axial y (Fig-8e) perspectiva de lo que siendo un solo elemento se compone por dos ejes (10 y 11)

20 desplazados entre sí para aportar desplazamiento excéntrico.

Los medios de guiado de traslación (5) comprenden cualquier sistema ya existente en el estado de la técnica que aporte rotación de un apoyo alrededor de un eje (Efecto cigüeñal), siendo el detalle que se expone en la (Figura-8) sólo una muestra somera pero práctica para

25 ayudar a entender el tipo de desplazamiento.

La posibilidad de que los medios de guiado (5) que asisten la traslación puedan aportar una excentricidad adaptablemente variable, provocaría con la reducción de la misma, la pérdida de ajuste o sellado del rotor (2) con la carcasa (1), hasta un punto extremo donde aún 30 girando el eje motriz (10) no provocaría desplazamiento al rotor (2). En la (Figura-9) representamos tres esquemas de ejemplo donde en (Fig-9a) se muestra una excentricidad plena que tenemos que apuntar como preferente, donde el rotor (2) tiene óptimo ajuste radial a la carcasa (1). En (Fig-9b) mostramos cómo actuaría una excentricidad media, manteniendo el rotor (2) su ajuste o sellado axial con la carcasa (1) pero distanciándose de 35 su ajuste radial, no por ello anulando el desplazamiento del fluido, sino reduciendo caudal y presión en el circuito. El funcionamiento en este estado se asemejaría en rendimiento y

prestaciones a las máquinas de fluido de tipo rotodinámicas perdiendo la condición de volumétrica, pero aventajaría sobre el resto en que según se controle y adapte la excentricidad, las asistencias potenciales al circuito alterarían sus valores con ganancias y ventajas superiores a las de cualquier tipo de máquina de fluido rotodinámica. En (Fig-9c)

5 los ejes (11) apoyados sobre el rotor (2) coinciden con el centro del eje motriz (10), por lo que aún girando este último eje motriz (10) no trasladaría movimiento alguno al rotor (2), quedando el circuito abierto sin ningún tipo de elemento que lo interrumpa.

Este hecho explicado con anterioridad y representado con la (Figura-9) nos demuestra que

10 con una motricidad uniforme podemos pasar de un circuito libre sin ningún tipo de interrupción (Fig-9c) a progresivamente ir reduciendo o aumentando flujo a capricho con sólo aplicar una excentricidad calculada para tal fin (Fig-9b), o interrupción total y absoluta del circuito consiguiendo un caudal exacto (Fig-9a). Esto se traduce en que el sistema cumple a la perfección las características conjuntas de máquina de fluido volumétrica y

15 rotodinámica.

Si bien existe una obligatoriedad de contacto o sellado axial recto y plano entre el rotor (2) y la carcasa (1), este obedece a una extensión mínima igual o superior al diámetro del eje motriz (10). No ocurre lo mismo con los contactos o sellado radial, que puede adaptarse a 20 geometrías que no cumplan esa obligatoriedad. En la (Figura-10) se muestran en sección axial del sistema tres ejemplos para entender que la geometría del contacto o sellado radial entre la carcasa (1) y el rotor (2) se puede aplicar con multitud de siluetas. Se muestra en el esquema (Fig-10a) un rotor (2) con caras y cantos rectos, en el esquema (Fig-10b) rotor (2) con caras rectas y cantos romos, y en esquema (Fig-10c) un rotor (2) con caras y cantos

25 arqueados, siendo esto variables que se pueden aplicar en el momento de su diseño y fabricación para ajustar el modelo resultante a las propias exigencias del proyectista.

Todo el desarrollo y esquematización hechos hasta el momento se han referido a un solo rotor (2) en forma de arco que se puede construir con multitud de formas y geometrías, sin

30 que ello quiera decir que sea el total de la invención, sino la variante más simple que permite exponer con mayor claridad los detalles y principios sobre los que en sí se basa el propio sistema.

Por ello, destacando y considerando que el rotor (2) en forma de arco (Con posibilidad de

35 distintas geometrías) a través de su recorrido o traslación por la carcasa (1) hace contacto o sellado con la misma por sus caras exterior e interior, y a su vez en dos momentos

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(14’ y 14’’), así como dos ejes (16) y (17) que forman parte de los medios (5) que guían la traslación. El esquema (Fig-13b) se refiere a la carcasa (1), donde encontramos dos pares de vías entrada-salida (3’-4’ y 3’’-4’’) ubicadas en la cara axial (12) de la carcasa (1). En ese mismo plano se encuentran los apoyos o pasantes (15) de los ejes (16) que perteneciendo a 5 los medios de guiado (5) de la traslación pueden proporcionar motricidad al rotor (2). Se insiste que no está condicionado en el número de estos medios de guiado (5), sino que va a criterio del proyectista y la única limitación que su propio diseño le permita. En esquemas (Fig-13c) y (Fig-13d), a modo de ejemplo se despeja con dos secciones axiales lo que podría ser un medio de guiado (5), donde en (Fig-13c) el eje (16) es pasante al exterior de la 10 carcasa (1) a través del apoyo o pasante (15) para proporcionar o robar motricidad al rotor (2), y en (Fig-13d) el eje (16) sólo se aloja o apoya en la carcasa (1) en el apoyo o pasante

(15) para garantizar la función de los medios de guiado (5). Como se ha dicho con anterioridad, los medios de guiado (5) comprenden cualquier sistema ya existente en el estado de la técnica que aporte rotación de un apoyo alrededor de un eje (Efecto cigüeñal),

15 siendo el detalle que se expone en la (Figura-13) sólo una muestra práctica para ayudar a entender el tipo de desplazamiento.

En la (Figura-14) representamos un ciclo completo (Por octavos de traslación) para comprender que el principio en el que se basa cualquier sistema con rotor múltiple de varios 20 arcos es el mismo que el que hasta ahora habíamos desarrollado como rotor simple de un solo arco.

Comenzamos en el esquema (Fig-14a) con una cámara cerrada (8) aislada de las vías de entrada (3’) y salida (4’), mas un circuito de entrada (6’’) con conexión directa a la red 25 general de succión (Admisión) mediante la vía de entrada (3’’) y un circuito de salida (7’’) con conexión directa a la red general de evacuación mediante la vía de salida (4’’).

Añadiendo un octavo de traslación al rotor (2) nos posicionamos en el esquema (Fig-14b), donde por una parte la anterior cámara cerrada (8) se convierte en circuito de salida (7’) por 30 tener ya conexión con la red general a través de la vía de salida (4’), y por otra se inicia el circuito de admisión (6’). Comparando con el intervalo anterior, vemos que los circuitos de entrada (6’) y (6’‘) han aumentado de volumen y por tanto se ha producido succión de la red general a través de las vías de entrada (3’) y (3’’), al igual que se ha reducido volumen en los circuitos de salida (7’) y (7’’) y por tanto evacuación a la red general a través de las vías

35 de salida (4’) y (4’’).

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donde un eje (16) apoyado en la carcasa (1) mediante unos primeros rodamientos (20) une en un solo elemento los dos ejes excéntricos (17) que se apoyan en los rotores (2’ y 2’’) mediante unos segundos rodamientos (21). Nos reiteramos en que los medios de guiado (5) de traslación comprenden cualquier sistema ya existente en el estado de la técnica que

5 aporte rotación de un apoyo alrededor de un eje (Efecto cigüeñal), siendo el detalle que se expone en el esquema (Fig-16c) sólo una muestra somera pero práctica para ayudar a entender el tipo de desplazamiento.

La invención propuesta se refiere a un rotor (2) que se desplaza ajustado por el interior de

10 una carcasa (1), por tanto no se debe confundir la herramienta representada en el esquema (Fig-16b) como una variante o alternativa, ya que se trata de un conjunto de rotores (2’ y 2’’) en serie donde cada uno se desplaza ajustado a una cavidad interna independiente de carcasa (1). Del mismo modo se pueden configurar herramientas de conjuntos de rotores en serie o paralelo, pero siempre atienden a composiciones que derivan de la suma del

15 principio de la invención propuesta.

Al resultar tantos circuitos como pares de vías entrada-salida y éstas tantas como pares de caras o arcos internos-externos en un solo rotor (2), se pueden obtener varios caudales de una misma herramienta si interactuamos con la alimentación de las vías de entrada (3) y/o

20 salida (4).

Apoyándonos en la (Figura-17), esto sería permitir la opción a cada vía de entrada (3’ ó 3’’) que se pueda alimentar del colector de admisión (18) o del colector de expulsión (19). Cuando una vía de entrada (3’ ó 3’’) se alimenta del colector de admisión (18) da lugar a que 25 en ese circuito (6’-7’ ó 6’’-7’’) se produzca un desplazamiento de fluido desde el colector de admisión (18) hacia el colector de expulsión (19), en cambio, si la alimentamos del colector de expulsión (19) no se produce tal desplazamiento, ya que se estaría alimentando del mismo lugar de donde evacua (Quedando ese circuito como nulo). De esta manera, como en un rotor de dos arcos tenemos dos circuitos (6’-7’ y 6’’-7’’) podemos obtener un caudal 30 pleno (Fig-17a) con las dos vías de entrada (3) alimentándose del colector de admisión (18),

o medio caudal (Fig-17b y Fig-17c) si una de esas vías se alimenta del colector de expulsión (19), ya que uno de los circuitos habría quedado nulo sin aportar desplazamiento de fluido desde la admisión (18) hacia la expulsión (19). Esto mismo aplicado a rotores de cuatro arcos resultaría en una herramienta configurable con cuatro caudales distintos, o sea,

35 alimentar a través de una sola vía de entrada, de dos, tres, o las cuatro. Esa opción de configuración se puede aplicar a través de medios obturadores fijos o practicables en los

colectores, o medios con válvulas de derivación accionadas de forma manual o remota.

El desarrollo anterior se ha basado en condicionar la alimentación de las vías de entrada (3’ ó 3’’), pero resultaría lo propio si lo hacemos con la evacuación de las vías de salida (4’ ó

5 4’’), o sea, condicionar la evacuación al colector de expulsión provocando circulación del fluido o al colector de admisión provocando una recirculación que anula la efectividad de ese circuito. O sea, que se puede interactuar indistintamente con las vías de entrada (3’ ó 3’’) o salida (4’ ó 4’’) para conseguir la configuración que se describe en el desarrollo anterior.

10 Remitiéndonos a afirmaciones anteriores sobre que los arcos del rotor (2) no están obligados a cumplir con simetrías y que por independencia se les puede aplicar distintas siluetas, se pueden diseñar herramientas donde las cámaras cerradas resultantes sean todas de distinto volumen. En la (Figura-18a) se muestra un ejemplo con un rotor (2) de dos arcos donde todos ellos son distintos, resultando por tanto distinto el volumen de todas las

15 cámaras cerradas que se conformen (8’, 9’, 8’’ y 9’’). En la (Figura-18b) se muestra un esquema donde se reflejan las cuatro cámaras cerradas que existirían en un ciclo de traslación del rotor (2), y en el gráfico (Fig-18c) se muestra con la letra (A) una barra con lo que supondría el 100% del volumen de la cavidad interna de la carcasa. Con la letra (B) se divide una barra en dos para mostrar que el rotor (2) ocupa un 43% de cavidad interna de la

20 carcasa (1), quedando libre (23) un 57% para el desplazamiento de fluido. Sería fácil deducir que este 57% se corresponde con la capacidad de desplazamiento de fluido del sistema, por lo que cabe despejar esta deducción para demostrar que no es cierta. Ese 57% se mide en cualquier posición del rotor (2) dentro de la carcasa (1), pero en estado de reposo o sistema estático. Cuando el sistema está activo cumpliendo ciclos de traslación completos, se

25 conforman varias cámaras cerradas y la capacidad de desplazamiento del sistema es la suma del volumen de todas ellas. En el gráfico (Fig-18c) y barra identificada con la letra (C) mostramos la proporción que correspondería a cada una de las cámaras cerradas que se crearían concretamente en este ejemplo de la (Figura-18). La cámara (8’) tendría un volumen del 32% respecto al 100% de la cavidad interna de la carcasa, la cámara (9’) un

30 7%, (8’’) un 17% y (9’’) un 16%, sumando todo un 72%. Ese 72% es la verdadera capacidad de desplazamiento de fluido que tiene el sistema o herramienta con respecto a su cavidad interna de carcasa (1), o sea, que el sistema en estado dinámico tiene una capacidad de desplazamiento del 15% mayor que cuando se calcula en estático (Dependiendo del diseño del rotor ese 15% puede aumentar o disminuir). En (Fig-18b) y (Fig-18c) se identifica como

35 (22) la porción de la cavidad de la carcasa por donde no se forman cámaras cerradas, correspondiendo parte de este espacio muerto a la suma de los dos pares de vías entrada

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pasar a adoptar las propiedades de las bombas rotodinámicas con sólo reducir excentricidad en los medios de guiado de la traslación, o propiedades de las bombas volumétricas con la excentricidad plena permitida por el diseño. Destaca también por poder adoptar formas irregulares, muy útil para aprovechar al máximo huecos muertos en su emplazamiento. 5 Destaca porque además de contar con la posibilidad de trabajar como máquina generadora

o motora puede hacerlo como ambas a la vez, o sea, bomba impulsada por motor de fluido en una sola herramienta de un solo rotor. Otra característica destacada es la de poderse obtener distintos caudales interactuando sobre la alimentación de las vías de entrada y/o evacuación de las de salida, muy útil para diseñar bombas estándar configurables que se

10 puedan adaptar a cualquier situación en el mismo momento de su instalación, así como en el caso de motores hidráulicos o neumáticos la capacidad de diseñar transmisiones y convertidores de par configurables.

La máquina de fluido expuesta como presente invención cumple con los cuatro grupos

15 sobre los que dependiendo el sentido de transferencia de energía se pueden clasificar las máquinas de fluido en general, o sea, que tiene la capacidad de operar con independencia como máquina generadora, máquina motora, máquina reversible o máquina transmisora. Según su principio de funcionamiento se enclava dentro de las máquinas de fluido volumétricas, pero el sistema permite la opción de controlar y adaptar la excentricidad que

20 guía la traslación del rotor adoptando las propiedades de las máquinas rotodinámicas.

Todo esto demuestra la alta capacidad innovadora que aportaría a los diseñadores y proyectistas la aplicación de la presente invención, aventajando con sistemas mucho más funcionales, reducidos y económicos que los actuales.

25 Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no

30 altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (1)

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