ES2582011B2 - 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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DESCRIPCION

mAquina de fluido polivalente.

SECTOR DE LA TECNICA

La presente invencion pertenece al sector de bombas y motores, y mas concretamente al de maquinas de fluidos. Aporta un nuevo sistema de herramienta que indistintamente puede operar como maquina motora, maquina generadora o ambas al umsono. Todo ello tan solo dependiendo del sentido de transferencia de la energia entre la maquina y el fluido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Dependiendo del sentido de transferencia de la energia entre la maquina y el fluido que circula a traves de ella, las maquinas de fluido se pueden clasificar en cuatro grupos:

• Maquinas generadoras: Consumen energia mecanica trasladandola al fluido, como por ejemplo las bombas, ventiladores y compresores.

• Maquinas motoras: Extraen energia del fluido convirtiendola en energia mecanica que puede transmitirse a un generador electrico, o directamente a un vehiculo, una maquina herramienta, etc.

• Maquinas reversibles: Pueden funcionar indistintamente como generadoras o motoras, como por ejemplo los grupos de Turbina-Bomba que se utilizan en las centrales de acumulacion por bombeo.

• Maquinas transmisoras: Permiten transmitir energia mediante un fluido, estando constituidas por una combination de maquinas motoras y generadoras. Ejemplos tipicos son los acoplamientos, convertidores de par, transmisiones hidraulicas y neumaticas, etc.

Segun su principio de funcionamiento, las maquinas de fluido se pueden clasificar en dos grupos:

• Maquinas dinamicas: Se basan en el intercambio de movimiento entre la maquina y el fluido. Se generalizan en las llamadas maquinas rotodinamicas (Turbomaquinas), que intercambian energia con el fluido a traves de una variation de momento cinetico.

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• Maquinas volumetricas o de desplazamiento positivo: Se basan fundamentalmente en principios fluidoestaticos y mecanicos, caracterizandose por confinar determinada masa fluida en un compartimento que se desplaza desde la zona de alimentacion de la maquina a la zona de descarga.

Existe una gran variedad de disenos que basandose en distintos sistemas atienden las aplicaciones concretas para que se utilizan. Las maquinas generadoras dinamicas (Bombas rotodinamicas) se caracterizan por su alta capacidad de desplazamiento y son las mas extendidas en la industria porque se adecuan a casi cualquier uso, constituyendo al menos el 80% de la produccion mundial de bombas. Se justifica por mover mayor cantidad de liquido que las de tipo volumetricas, carecer de valvulas y proporcionar un flujo uniforme libre de impulsos de baja frecuencia. En cambio, las bombas volumetricas o de desplazamiento positivo tienen un uso mas espedfico insustituible por las anteriores. Resultan mas utiles para operacion manual, presiones extremadamente altas, descargas relativamente bajas y controladas, baja velocidad, succiones variables y pozos profundos sin exigencia de altos caudales. Son excelentes bombas de vado y manejan bien los fluidos viscosos.

La extensa casdstica sobre escenarios con los que nos podemos encontrar en la industria y entornos domesticos hace inadaptable como sistema estandar a cualquier sistema de maquina de fluido actual. Por ello existen distintos tipos y disenos de maquinas de fluido, cubriendo cada uno su mercado y aplicaciones sin solaparse, no siendo eficaz ni economico instalar un tipo de maquina distinto del recomendado para cada caso.

No cabe destacar ni hacer mencion a publicaciones, patentes o modelos de utilidad recogidos por el estado actual de la tecnica porque ningun contenido aporta parecido o semejanza con el sistema que presenta la presente invencion. Se pretende aportar al estado de la tecnica una maquina de fluido que reune las condiciones de maquina generadora, motora, reversible y transmisora, y que si bien su principio de funcionamiento es el de las maquinas volumetricas o de desplazamiento positivo, ademas se puede configurar para operar como maquina rotodinamica.

EXPLICACION DE LA INVENCION

La presente invencion se refiere a un nuevo sistema de maquina de fluido volumetrica que

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puede operar como maquina generadora, maquina motora o ambas a la vez, caracterizada por contar con un solo rotor que se traslada ajustado radial y axialmente a la carcasa donde se disponen los orificios de las v^as de entrada y salida, que pueden ir ubicados tanto en las caras radiales como axiales de la carcasa, incluso en ambas para elegir la mas idonea en el momento de su instalacion.

El rotor describe un movimiento traslacional ajustado a las paredes de la carcasa, que por su geometria garantiza en todo momento mantener aisladas las vias de entrada y salida.

Siendo el rotor de una sola pieza o elemento se puede disenar con multitud de siluetas sin romper con su principio, dando lugar en sintoma con la carcasa a varios compartimentos o camaras independientes que potencian su productividad y rendimiento.

El ajuste que garantiza la estanquidad y aislamiento entre las vias de entrada y salida se produce mediante el acople radial y axial del rotor con la carcasa.

Las geometrias conjuntas del rotor y la carcasa garantizan que en ningun momento existan ausencias de contacto radial y axial, aportandose sellado estanco absoluto al sistema.

El principio de funcionamiento del sistema es tal que no condiciona el diseno a simetrias o geometrias regulares.

En cualquier intervalo de la secuencia de un ciclo de traslacion del rotor se produce admision (Succion) y evacuacion continua asistida por la traslacion del rotor ajustado permanentemente radial y axialmente a la carcasa. Los circuitos de entrada y salida siguen un ciclo uniformemente creciente y decreciente respectivamente, que se puede revertir con el simple cambio de sentido de traslacion del rotor.

El sistema de traslacion del rotor es atendido por medios de guiado que garantizan ese tipo de desplazamiento.

El sistema permite que se controle y adapte la excentricidad que guia la traslacion, lo que deriva en perder la condicion de maquina volumetrica en virtud de modificar sus valores con ganancias y ventajas superiores a las de cualquier tipo de maquina de fluido rotodinamica. Esto se traduce en que el sistema cumple a la perfeccion con las caracteristicas conjuntas de maquina de fluido volumetrica y rotodinamica.

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Por tanto, y como consecuencia de las caracteristicas explicadas, un objeto de la presente invencion es el de aportar un sistema de maquina de fluido polivalente de alto rendimiento y reducido coste que supere en prestaciones a lo que actualmente recoge el estado de la tecnica.

Otro objeto es aunar en un solo sistema las prestaciones que por separado caracterizan a las actuales maquinas de fluido volumetricas y rotodinamicas.

Es objeto de la presente invencion aportar un sistema con capacidad de aunar una maquina de fluido generadora accionada por una maquina de fluido motora, integradas ambas en una carcasa hermetica que carezca de ejes al exterior. Todo ello con un solo elemento rotor y la misma carcasa que del mismo modo se constituye en un solo elemento.

Una de sus caracteristicas es la posibilidad de evadir la obligatoriedad cilmdrica, pudiendose disenar con formas irregulares que le permitan instalarse en huecos muertos de chasis o maquinarias para obtener resultados mas compactos y reducidos de las mismas.

Al poder contar con varios pares de vias entrada-salida (admision-expulsion) y la capacidad de que las camaras que se conforman en su interior no tengan la obligacion de ser identicas, se pueden hacer combinaciones que den lugar a una herramienta estandar que emule diversos modelos del estado actual de la tecnica, pudiendose cambiar su configuracion en pleno funcionamiento con una sencilla interactuacion de valvulas. Dicho sistema de valvulas seria un medio anexo potenciador de los recursos de la presente invencion.

Como resumen destacamos que la presente invencion es capaz de cubrir los dos nichos de mercado que hasta la fecha ocupan con independencia los distintos sistemas de maquinas de fluido conocidos (Rotodinamicas y Volumetricas), potenciando aun mas las prestaciones que puedan ofrecer cada uno de ellos.

Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos tecnicos y cienrificos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiende un experto normal en la tecnica a la que pertenece esta invencion. En la practica de la presente invencion se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la memoria.

A lo largo de la description y de las reivindicaciones la palabra “comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras caracteristicas tecnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los

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expertos en la materia, otros objetos, ventajas y caracteristicas de la invencion se desprenderan en parte de la descripcion y en parte de la practica de la invencion.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Figura (1 ) .- Sistema con orificios de las vias de entrada y salida en cara axial.

Figura (2 ) .- Sistema con orificios de las vias de entrada y salida en cara radial.

Figura (3 ) .- Sellado radial.

Figura (4 ) .- Sellado axial.

Figura (5 ) .- Geometrias variables del diseno del rotor.

Figura (6 ) .- Modelo exagerado para demostrar que no es imprescindible simetria o formas regulares.

Figura (7 ) .- Desarrollo de un ciclo del rotor justificando el flujo.

Figura (8 ) .- Movimiento traslacional asistido por medios que aplican excentricidad. Figura (9 ) .- Excentricidad ajustable en los medios de guiado de la traslacion.

Figura (10 ) .- Varias geometrias de contacto o sellado radial con la carcasa.

Figura (11 ) .- Posibilidad de rotores compuestos por varios arcos.

Figura (12 ) .- Arcos interno-externo rotor de un solo arco.

Figura (13 ) .- Arcos interno-externo rotor mas de un arco.

Figura (14 ) .- Desarrollo de un ciclo completo rotor de mas de un arco.

Figura (15 ) .- Seccion del sistema con ejes al exterior de la carcasa.

Figura (16 ) .- Seccion del sistema sin ejes al exterior de la carcasa.

Figura (17 ) .- Esquema de interactuacion con vias de entrada.

Figura (18 ) .- Rotor asimetrico de dos arcos con varias opciones de desplazamiento de fluido.

Figura (19 ) .- Rotor asimetrico de cuatro arcos con varias opciones de desplazamiento de fluido.

Figura (20 ) .- Figura para publicar con el resumen.

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realizacion preferente de la invencion propuesta.

Empleando las Figuras 1 y 2 para describir el fundamento basico de la presente invencion, sirve como avance de la sencillez y simpleza del sistema. Nos remitimos a un rotor (2)

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ubicado en el interior de una carcasa (1) donde se disponen las v^as de entrada y salida (Admision-Expulsion) (3) y (4), que como se puede observar pueden ir ubicadas tanto en las caras axiales de la carcasa (Figura-1), como en la cara radial (Figura-2), incluso en ambas para elegir la mas idonea en el momento de su instalacion.

El rotor describe un movimiento traslacional ajustado a las paredes de la carcasa, que por su geometria garantiza en todo momento mantener aisladas las vias de entrada y salida (3) y (4) o admision y expulsion.

El ajuste que garantiza la estanquidad y aislamiento entre las vias de entrada y salida (3) y (4) se produce mediante el acople radial que se esquematiza como una seccion radial en la (Figura-3), representandose como (1) la carcasa, (2) el rotor, y siendo las flechas las que senalan el punto mas desfavorable y susceptible de fuga por las diferentes presiones que existiran entre los canales de admision y expulsion (3) y (4). En la (Figura-4) a modo se seccion axial se esquematiza el sellado axial representandose como (1) la carcasa, (2) el rotor, y siendo las flechas las que senalan los puntos mas desfavorables y susceptibles de fuga por las distintas presiones que existiran a cada lado de las caras del rotor (2).

Las geometrias conjuntas del rotor (2) y la carcasa (1) garantizan que en cada punto de la traslacion del rotor (2) sobre la carcasa (1) no existan ausencias de contacto que eviten una estanquidad absoluta, aplicandose solo la tolerancia prevista y suficiente como para que evitando fugas el desplazamiento sea suave sin rozamientos innecesarios que puedan frenar y mermar el propio rendimiento de la herramienta.

La geometria del rotor (2) y por tanto la carcasa (1) pueden adoptar multitud de formas sin alterar el principio del sistema. En la (Figura-5) mostramos cinco ejemplos de siluetas que podria adoptar el sistema, pudiendose apreciar que esa cifra se puede extender a lo que la propia imagination quiera alcanzar.

No existe obligatoriedad en respetar geometrias regulares o simetricas, por lo que mostramos en la (Figura-6) un modelo exagerado con el proposito de demostrar esta afirmacion, util para destacar su alto potencial para disenar modelos que ocupen zonas muertas en chasis o maquinarias haciendolas asi mas compactas. Observamos en la (Figura-6) una carcasa (1) con geometria asimetrica y formas irregulares, al igual que en su interior un rotor (2) que obedece al mismo orden. Pero advertimos dos entradas (3) y dos salidas (4), esto no es otra cosa que siendo el rotor un solo elemento puede estar

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compuesto por varios arcos que como mas adelante se vera dispondran de entradas-salidas (Admision-Expulsion) independientes. Como (5) se representa el alojamiento de los medios que tutorizan o gwan el movimiento traslacional del rotor (2), pudiendo ser estos de uno a varios y situarse en cualquier parte del mismo.

Como se ha dicho antes, las geometrias del rotor (2) y la carcasa (1) garantizan una estanquidad absoluta que aisla por completo las vias de entrada (3) y salida (4), o lo que es lo mismo admision y expulsion. En la (Figura-7) se ilustra un desarrollo completo del rotor (2) ajustado a la carcasa (1) para mostrar el desplazamiento positivo que se produce de un fluido contenido en el circuito. En la (Figura-7a), los contactos radial y axial del rotor (2) con la carcasa (1) dan lugar a una camara cerrada y estanca (8) donde mediando el rotor (2) quedan aislados los circuitos de entrada (6) y salida (7). Si anadimos un cuarto de traslacion en sentido antihorario sobre el rotor (2) nos encontramos con lo que se representa en la (Figura-7b), donde la camara cerrada (8) de la figura anterior queda abierta sumandose al circuito de salida (7). En esta posicion es solo el rotor (2) mediante sus contactos radial y axial el que sigue proporcionando aislamiento estanco entre los circuitos de entrada (6) y salida (7). Dentro del sistema se ha producido un aumento de volumen en el circuito de entrada (6), por lo que resulta en una succion que se alimenta a traves de la via de entrada (3). Por otra parte, el volumen de la anterior camara cerrada (8) se ha sumado al circuito de salida (7), y esta suma ha sufrido una reduction de volumen respecto su valor anterior, por lo que da como resultado una expulsion a traves de la via de salida (4). En la (Figura-7c) mostramos otro esquema donde se le suma otro cuarto de traslacion al rotor (2). En esta posicion se ha vuelto a conformar otra camara cerrada estanca (9) que mediando el rotor (2) sigue manteniendo separados los circuitos de entrada (6) y salida (7). Dentro del sistema se ha producido un aumento de volumen en el circuito de entrada (6) donde parte del mismo se ha encapsulado como camara cerrada (9), por lo que se ha vuelto a succionar a traves de la via de entrada (3) para alimentar la expansion de este circuito de entrada (6). Del mismo modo, el circuito de salida (7) ha vuelto a reducir su volumen evacuando a traves de la via de salida (4). Con otro cuarto de traslacion que anadimos al rotor (2) en la (Figura-7d), el contenido de la camara cerrada anterior (9) se suma al circuito de salida (7) evacuandose el diferencial de volumen por la via de salida (4), y el circuito de entrada (6) aumenta de volumen succionando por la via de entrada (3). Si anadimos otro cuarto de traslacion al rotor (2) lo posicionamos de nuevo en el esquema de la (Figura-7a) iniciandose un nuevo ciclo. En cualquier intervalo de la secuencia de un ciclo de traslacion del rotor (2) se cumple lo que hemos visto en comun sobre estos cuatro esquemas de la (Figura-7), o sea, succion (Alimentacion) y evacuacion continua asistida por la traslacion del rotor (2) ajustado

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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 traslacion del rotor (2). En dos ocasiones o intervalos de un ciclo del rotor (2) se crean camaras cerradas estancas (8 y 9) que se 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 camaras cerradas (8 y 9).

Como se ha dicho antes y mas adelante se vera, el sistema de traslacion del rotor (2) se garantiza por al menos un medio de guiado (5) que obligue a ese tipo de movimiento, basado en el giro excentrico que se produciria por rotar un apoyo o eje situado en el rotor (2) alrededor de un apoyo o eje situado en la carcasa (1). El numero de estos medios de guiado (5) puede ser de uno a varios e ir alojados en cualquier parte del rotor (2). Para facilitar la comprension sobre estos medios de guiado (5) de la traslacion, en el esquema (Fig-8a) se 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 traslacion del rotor (2) sobre la carcasa (1) como resultado de girar sincronizados los ejes (10). Se muestra en esquemas (Fig-8c) una seccion radial, (Fig-8d) seccion axial y (Fig-8e) perspectiva de lo que siendo un solo elemento se compone por dos ejes (10 y 11) desplazados entre si para aportar desplazamiento excentrico.

Los medios de guiado de traslacion (5) comprenden cualquier sistema ya existente en el estado de la tecnica que aporte rotacion de un apoyo alrededor de un eje (Efecto ciguenal), siendo el detalle que se expone en la (Figura-8) solo una muestra somera pero practica para ayudar a entender el tipo de desplazamiento.

La posibilidad de que los medios de guiado (5) que asisten la traslacion puedan aportar una excentricidad adaptablemente variable, provocaria con la reduction de la misma, la perdida de ajuste o sellado del rotor (2) con la carcasa (1), hasta un punto extremo donde aun girando el eje motriz (10) no provocaria 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 optimo ajuste radial a la carcasa (1). En (Fig-9b) mostramos como actuaria una excentricidad media, manteniendo el rotor (2) su ajuste o sellado axial con la carcasa (1) pero distanciandose de su ajuste radial, no por ello anulando el desplazamiento del fluido, sino reduciendo caudal y presion en el circuito. El funcionamiento en este estado se asemejaria en rendimiento y

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prestaciones a las maquinas de fluido de tipo rotodinamicas perdiendo la condicion de volumetrica, pero aventajaria sobre el resto en que segun se controle y adapte la excentricidad, las asistencias potenciales al circuito alterarian sus valores con ganancias y ventajas superiores a las de cualquier tipo de maquina de fluido rotodinamica. En (Fig-9c) los ejes (11) apoyados sobre el rotor (2) coinciden con el centro del eje motriz (10), por lo que aun girando este ultimo eje motriz (10) no trasladaria movimiento alguno al rotor (2), quedando el circuito abierto sin ningun tipo de elemento que lo interrumpa.

Este hecho explicado con anterioridad y representado con la (Figura-9) nos demuestra que con una motricidad uniforme podemos pasar de un circuito libre sin ningun tipo de interrupcion (Fig-9c) a progresivamente ir reduciendo o aumentando flujo a capricho con solo aplicar una excentricidad calculada para tal fin (Fig-9b), o interrupcion total y absoluta del circuito consiguiendo un caudal exacto (Fig-9a). Esto se traduce en que el sistema cumple a la perfeccion las caracteristicas conjuntas de maquina de fluido volumetrica y rotodinamica.

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 extension minima igual o superior al diametro del eje motriz (10). No ocurre lo mismo con los contactos o sellado radial, que puede adaptarse a geometrias que no cumplan esa obligatoriedad. En la (Figura-10) se muestran en seccion axial del sistema tres ejemplos para entender que la geometria 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 arqueados, siendo esto variables que se pueden aplicar en el momento de su diseno y fabrication para ajustar el modelo resultante a las propias exigencias del proyectista.

Todo el desarrollo y esquematizacion 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 geometrias, sin que ello quiera decir que sea el total de la invention, sino la variante mas simple que permite exponer con mayor claridad los detalles y principios sobre los que en si se basa el propio sistema.

Por ello, destacando y considerando que el rotor (2) en forma de arco (Con posibilidad de distintas geometrias) a traves de su recorrido o traslacion 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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concretos se generan camaras cerradas y estancas (8) tambien exterior e interior (9) al diseno resultante del arco, la presente invencion se completa demostrando que no se trata de un solo rotor (2) en forma de arco con un par de vias entrada-salida (3-4) (Admision- Expulsion), sino un solo rotor (2) con diseno tal que puede contener de uno a varios arcos con uno o varios pares de vias entrada-salida (3-4), no siendo condicion obligada que los arcos sean geometricamente iguales en el caso de existir mas de uno, al igual que la cantidad de ellos no tenga obligatoriedad de par o impar.

En la (Figura-11) se muestran varios modelos donde siendo el rotor (2) un solo elemento se puede componer de varios arcos. En el esquema (Fig-11a) se muestra lo que hasta ahora se ha venido definiendo como rotor simple de un solo arco. En el esquema (Fig-11b), siguiendo siendo el rotor (2) un solo elemento se conforma por dos arcos. En el esquema (Fig-11 c) seria rotor (2) de tres arcos, esquema (Fig-11d) rotor (2) con cuatro arcos y ocho arcos en el esquema (Fig-11 e). Mediante los esquemas representados en la (Figura-11) se deja clarificado que el numero de arcos no tiene limitacion y que no debe obedecer a exigencia par o impar. Otro punto que se despeja es que los medios de guiado que contienen los ejes motrices (10) que gman la traslacion del rotor pueden ser desde uno a varios sin una localization espedfica, sino que el proyectista es el que elige la cantidad y su ubicacion ajustandose a su propio criterio y exigencias.

Como se muestra en la (Figura-12), en un rotor (2) de un solo arco es simple diferenciar entre sus caras interna y externa si consideramos que la seccion radial de este rotor (2) esta enmarcada por un arco externo (14) continuado de un arco interno (13). Como comparamos con (Figuras-12a y 12b), estos arcos pueden ser compuestos y constituirse por formas regulares como en (Figura-12a) o sucesion de tramos rectos y arqueados como en (Figura-12b). En (Figura-12c) se muestra la carcasa (1) que corresponded al rotor de la (Figura-12a) distinguiendo un par de vias entrada-salida (3 y 4), que si bien con anterioridad se justifico que era indiferente ubicarlas en la cara axial o radial de la carcasa (1), en la (Figura-12c) mostramos la option donde las vias de entrada (3) y salida (4) se ubican en una o las dos caras axiales (12) de la carcasa (1). Para rotores compuestos por mas de un arco observaremos que se sigue la misma regla, pero resultando como se vera tantos pares de vias entrada-salida como pares de caras interna-externa cuente el rotor.

En la (Figura-13) se representa un rotor (2) que podemos llamar multiple de dos arcos por estar compuesto por dos pares de arcos internos-externos (13’-14’ y 13’’-14’’). En el esquema (Fig-13a) senalamos dos caras o arcos internos (13’ y 13’’) y otros dos externos

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(14’ y 14’’), asi como dos ejes (16) y (17) que forman parte de los medios (5) que guian la traslacion. El esquema (Fig-13b) se refiere a la carcasa (1), donde encontramos dos pares de vias 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 los medios de guiado (5) de la traslacion pueden proporcionar motricidad al rotor (2). Se insiste que no esta condicionado en el numero de estos medios de guiado (5), sino que va a criterio del proyectista y la unica limitation que su propio diseno le permita. En esquemas (Fig-13c) y (Fig-13d), a modo de ejemplo se despeja con dos secciones axiales lo que podria ser un medio de guiado (5), donde en (Fig-13c) el eje (16) es pasante al exterior de la carcasa (1) a traves del apoyo o pasante (15) para proporcionar o robar motricidad al rotor (2), y en (Fig-13d) el eje (16) solo se aloja o apoya en la carcasa (1) en el apoyo o pasante (15) para garantizar la funcion 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 tecnica que aporte rotation de un apoyo alrededor de un eje (Efecto ciguenal), siendo el detalle que se expone en la (Figura-13) solo una muestra practica para ayudar a entender el tipo de desplazamiento.

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

Comenzamos en el esquema (Fig-14a) con una camara cerrada (8) aislada de las vias de entrada (3’) y salida (4’), mas un circuito de entrada (6’’) con conexion directa a la red general de suction (Admision) mediante la via de entrada (3’’) y un circuito de salida (7’’) con conexion directa a la red general de evacuation mediante la via de salida (4’’).

Anadiendo un octavo de traslacion al rotor (2) nos posicionamos en el esquema (Fig-14b), donde por una parte la anterior camara cerrada (8) se convierte en circuito de salida (7’) por tener ya conexion con la red general a traves de la via de salida (4’), y por otra se inicia el circuito de admision (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 succion de la red general a traves de las vias de entrada (3’) y (3’’), al igual que se ha reducido volumen en los circuitos de salida (7’) y (7’’) y por tanto evacuacion a la red general a traves de las vias de salida (4’) y (4’’).

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En el esquema (Fig-14c) hemos anadido otro octavo de traslacion al rotor (2), con lo que observamos que siguen aumentando de volumen los circuitos de entrada (6’) y (6’’) y reducido los circuitos de salida (7’) y (7’’), y por tanto succion (Admision) y evacuacion simultanea a la red general a traves de las vias de entrada (3’) y (3’’) y salida (4’) y (4’’). Pero advertimos que se ha creado una camara cerrada (9).

En el proximo octavo de traslacion (Fig-14-d), la anterior camara cerrada (9) que habia venido alimentandose del circuito de entrada (6’’) se conecta y pasa a ser parte del circuito de salida (7’). Los dos circuitos de entrada (6’ y 6’’) y salida (7’ y 7’’) siguen en expansion y reduction continuando ininterrumpidas la succion (Admision) y evacuacion sobre la red general.

En (Fig-14e) y (Fig-14-g) se conforman otras camaras cerradas (8) y (9) que solo se diferencian en que las camaras cerradas (8) se forman por las caras de arcos exteriores y las camaras (9) por las caras de arcos interiores. Todas ellas se alimentan de los circuitos de entrada (6) y descargan en los circuitos de salida (7). El cubicaje de la herramienta resultante o capacidad de desplazamiento por ciclo del sistema es igual a la suma de los volumenes de estas cuatro camaras cerradas (Dos tipo (8) y dos tipo (9)).

A partir de sistemas con rotores de mas de un arco podemos utilizar la herramienta como sistema compuesto, y nos referimos a que la propia herramienta puede operar como maquina de fluido generadora accionada por una maquina de fluido motora. O sea, que por una o varias vias de entrada (3) se inyecta el fluido motriz actuando ese o esos circuitos como maquina motora (Motor), y por la/s restante/s (3) se succiona fluido actuando el/los circuito/s como maquina generadora (Bomba). Esto dana lugar a una carcasa completamente hermetica sin ejes al exterior, contando solo con dos colectores de entrada y uno de salida. Nos remitimos de nuevo a la (Figura-14) para explicar este detalle. Si inyectamos fluido a traves de la via de entrada (3’), el circuito de entrada (6’) tiende a expandirse provocando la traslacion del rotor (2). El fluido inyectado resulta evacuado a traves de las vias de salida (4’) y (4’’). A su vez, esta traslacion que se ha producido en el rotor (2) tambien ha expandido el circuito de entrada (6’’), por lo que se origina succion a traves de la via de entrada (3’’). El fluido succionado resulta evacuado a traves de las vias de salida (4’) y (4’’) conjuntamente con el fluido inyectado.

En la (Figura-15) mostramos lo que podria ser una section de un equipo basado en la presente invention, donde desde el exterior a la carcasa (1) se le aplica motricidad al rotor

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(2) a traves de uno o varios ejes (16) que mediante uno o varios medios asistentes de excentricidad (5) obligan un movimiento traslacional al rotor (2). El colector (18) reune comunicando todas las vias de entrada (3) que pudieran existir, as^ como el colector (19) hace lo propio con las de salida (4). Este equipo estaria disenado solo como maquina generadora (Bomba) si se aplica motricidad al rotor (2) a traves del eje o ejes (16), o solo como maquina motora si se inyecta fluido por el colector de entrada (18) y el eje o ejes (16) roban al rotor (2) la motricidad aplicada por el fluido.

En la (Figura-16) mostramos lo que podria ser una seccion de un equipo basado en la presente invencion donde no existen ejes al exterior de carcasa (1) que aporten o roben motricidad al rotor (2). En la (Figura-16a) se representa la seccion de un equipo donde al rotor (2) se le aplica motricidad inyectando fluido a traves del colector de entrada (18’), el mismo que reune comunicando todas las vias de entrada (3’) de los circuitos de entrada que se quieran utilizar como maquina motora. El desplazamiento del rotor (2) que se produce por esta accion se ve reflejado en la expansion de los circuitos de entrada, originandose succion a traves de las vias de entrada (3’’) que son reunidas todas por el colector de entrada (18’’). Tanto la evacuacion del fluido inyectado como la del succionado es conjunta por todas las vias de salida (4), siendo el colector de salida (19) el que las reune a todas en un solo caudal de evacuacion. Los medios de guiado (5) de traslacion de este equipo no proyectan ejes al exterior de la carcasa (1), sino que un eje (16) se apoya en la carcasa (1) y con su debida excentricidad el otro eje (17) lo hace en el rotor (2).

El hecho que tanto el fluido inyectado como el succionado se mezclen en la salida del sistema puede llegar a ser un inconveniente para algunos casos, aunque serian mayores las ventajas que inconvenientes si el tipo de fluido inyectado y succionado son el mismo. Para el caso que el fluido de propulsion del rotor deba ser distinto al succionado podrian montarse dos rotores conectados en serie, sin que por ello tenga que existir eje desde el exterior que los comunique. En el esquema (Fig-16b) se muestra un conjunto de dos rotores (2’ y 2’’) montados en la misma carcasa (1), donde conformandose como un solo medio de guiado (5’’), el eje (16) une los dos ejes excentricos (17) que se alojan en cada uno de los rotores (2’ y 2’’), consiguiendose asi una traslacion solidaria de los mismos (2’ y 2’’). En este caso ya existen cuatro colectores totalmente independientes, donde por el de entrada (18’) se inyecta fluido que se evacua por el de salida (19’), y paralelamente se succiona por el colector de entrada (18’’) evacuando por el de salida (19’’).

En el esquema (Fig-16c) se extrae detalle de lo que podria ser el medio de guiado (5’’)

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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 excentricos (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 traslacion comprenden cualquier sistema ya existente en el estado de la tecnica que aporte rotacion de un apoyo alrededor de un eje (Efecto ciguenal), siendo el detalle que se expone en el esquema (Fig-16c) solo una muestra somera pero practica para ayudar a entender el tipo de desplazamiento.

La invencion propuesta se refiere a un rotor (2) que se desplaza ajustado por el interior de 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 principio de la invencion propuesta.

Al resultar tantos circuitos como pares de vias entrada-salida y estas 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 alimentacion de las vias de entrada (3) y/o salida (4).

Apoyandonos en la (Figura-17), esto seria permitir la opcion a cada via de entrada (3’ o 3’’) que se pueda alimentar del colector de admision (18) o del colector de expulsion (19). Cuando una via de entrada (3’ o 3’’) se alimenta del colector de admision (18) da lugar a que en ese circuito (6’-7’ o 6’’-7’’) se produzca un desplazamiento de fluido desde el colector de admision (18) hacia el colector de expulsion (19), en cambio, si la alimentamos del colector de expulsion (19) no se produce tal desplazamiento, ya que se estaria 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 pleno (Fig-17a) con las dos vias de entrada (3) alimentandose del colector de admision (18), o medio caudal (Fig-17b y Fig-17c) si una de esas vias se alimenta del colector de expulsion (19), ya que uno de los circuitos habria quedado nulo sin aportar desplazamiento de fluido desde la admision (18) hacia la expulsion (19). Esto mismo aplicado a rotores de cuatro arcos resultaria en una herramienta configurable con cuatro caudales distintos, o sea, alimentar a traves de una sola via de entrada, de dos, tres, o las cuatro. Esa opcion de configuration se puede aplicar a traves de medios obturadores fijos o practicables en los

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colectores, o medios con valvulas de derivation accionadas de forma manual o remota.

El desarrollo anterior se ha basado en condicionar la alimentation de las vias de entrada (3’ o 3’’), pero resultaria lo propio si lo hacemos con la evacuation de las vias de salida (4’ o 4’’), o sea, condicionar la evacuacion al colector de expulsion provocando circulation del fluido o al colector de admision provocando una recirculation que anula la efectividad de ese circuito. O sea, que se puede interactuar indistintamente con las vias de entrada (3’ o 3’’) o salida (4’ o 4’’) para conseguir la configuration que se describe en el desarrollo anterior.

Remitiendonos a afirmaciones anteriores sobre que los arcos del rotor (2) no estan obligados a cumplir con simetrias y que por independencia se les puede aplicar distintas siluetas, se pueden disenar herramientas donde las camaras 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 camaras cerradas que se conformen (8’, 9’, 8’’ y 9’’). En la (Figura-18b) se muestra un esquema donde se reflejan las cuatro camaras cerradas que existirian en un ciclo de traslacion del rotor (2), y en el grafico (Fig-18c) se muestra con la letra (A) una barra con lo que supondria 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 carcasa (1), quedando libre (23) un 57% para el desplazamiento de fluido. Seria facil deducir que este 57% se corresponde con la capacidad de desplazamiento de fluido del sistema, por lo que cabe despejar esta deduction para demostrar que no es cierta. Ese 57% se mide en cualquier position del rotor (2) dentro de la carcasa (1), pero en estado de reposo o sistema estatico. Cuando el sistema esta activo cumpliendo ciclos de traslacion completos, se conforman varias camaras cerradas y la capacidad de desplazamiento del sistema es la suma del volumen de todas ellas. En el grafico (Fig-18c) y barra identificada con la letra (C) mostramos la proportion que corresponded a cada una de las camaras cerradas que se crearian concretamente en este ejemplo de la (Figura-18). La camara (8’) tendria un volumen del 32% respecto al 100% de la cavidad interna de la carcasa, la camara (9’) un 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 dinamico tiene una capacidad de desplazamiento del 15% mayor que cuando se calcula en estatico (Dependiendo del diseno del rotor ese 15% puede aumentar o disminuir). En (Fig-18b) y (Fig-18c) se identifica como (22) la porcion de la cavidad de la carcasa por donde no se forman camaras cerradas, correspondiendo parte de este espacio muerto a la suma de los dos pares de vias entrada-

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salida (3’, 4’ y 3’’, 4’’) y el resto a lo que podriamos llamar zonas muertas o inoperantes. Observamos que la barra identificada con la letra (C) en (Fig-18c) sobrepasa el 100% de la cavidad interna de la carcasa (1), y esto no es otra cosa que por el solape que existe entre camaras cerradas (9’) y (9’’). En (Fig-18c) identificamos otra barra con la letra (D) para referirnos a los circuitos o caudales que transcurriran a traves de las vias de entrada (3’) y (3’’), siendo por (3’) la suma de las camaras cerradas (8’) y (9’’), y por (3’’) la suma de las camaras (8’’) y (9’). O sea, que en este ejemplo que mostramos en la (Figura-18) podemos obtener tres caudales distintos interactuando con los circuitos entrada-salida, siendo un caudal de 1/3 cuando solo se alimente por (3’’), de 2/3 cuando solo se alimente por (3‘) y un 100% cuando se alimente por las dos vias de entrada simultaneamente.

Cuando anteriormente hicimos referencia a la (Figura-17) obtemamos dos caudales en un rotor (2) de dos arcos, ya que al estar refiriendonos a un rotor (2) simetrico el caudal era el mismo en (Fig-17b) que en (Fig-17-c), o sea, un 50% en ambos casos. En el ejemplo de rotor (2) de dos arcos asimetrico de la (Figura-18) si que existiria diferencia entre estas dos opciones (Fig-17b y Fig-17c), ya que uno de ellos resultaria con un caudal del 33% y el otro del 66%, que sumados al 100% de la (Fig-17a) tenemos los tres caudales distintos. Del mismo modo, nos referiamos a un rotor (2) de cuatro arcos simetrico (Fig-19a) con cuatro caudales, pero siendo asimetrico como en (Figura-19b) contariamos con 15 opciones, o sea, cuando alimentemos por solo una via de entrada podremos obtener cuatro caudales distintos (3’, 3’’, 3’’’ y 3’’’’), cuando lo hagamos con dos podemos combinar obteniendo otros seis caudales (3’-3’’, 3’-3’’’, 3’-3’’’’, 3’’-3’’’, 3’’-3’’’’, 3’’’-3’’’’), cuando alimentemos por tres vias de entrada otros cuatro caudales (3’-3’’-3’’’, 3’-3’’-3’’’’, 3’-3’’’-3’’’’, 3’’-3’’’-3’’’’), y el caudal pleno que seria alimentando por las cuatro vias simultaneamente.

Para todos los casos, tanto las vias de entrada como las de salida no tienen por que obedecer a geometrias simetricas o formas regulares, asi como a dimensiones concretas o ser todas iguales. El diseno de los orificios de las vias de entrada y salida puede variar en funcion de las exigencias que el proyectista interprete que debe aplicar a la herramienta que este disenando.

Mediante esta exposicion detallada se han ido definiendo caracteristicas de la presente invencion, destacandose sobre el estado actual de la tecnica por su gran capacidad de configuracion y alternativas con un numero muy reducido de piezas o elementos (Solo un rotor y una carcasa). Destaca por su alta capacidad de desplazamiento de fluido con un reducido tamano de herramienta. Tambien destaca porque la misma herramienta puede

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pasar a adoptar las propiedades de las bombas rotodinamicas con solo reducir excentricidad en los medios de guiado de la traslacion, o propiedades de las bombas volumetricas con la excentricidad plena permitida por el diseno. Destaca tambien por poder adoptar formas irregulares, muy util para aprovechar al maximo huecos muertos en su emplazamiento. Destaca porque ademas de contar con la posibilidad de trabajar como maquina 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 caracteristica destacada es la de poderse obtener distintos caudales interactuando sobre la alimentacion de las vias de entrada y/o evacuacion de las de salida, muy util para disenar bombas estandar configurables que se puedan adaptar a cualquier situation en el mismo momento de su instalacion, asi como en el caso de motores hidraulicos o neumaticos la capacidad de disenar transmisiones y convertidores de par configurables.

La maquina de fluido expuesta como presente invention cumple con los cuatro grupos sobre los que dependiendo el sentido de transferencia de energia se pueden clasificar las maquinas de fluido en general, o sea, que tiene la capacidad de operar con independencia como maquina generadora, maquina motora, maquina reversible o maquina transmisora. Segun su principio de funcionamiento se enclava dentro de las maquinas de fluido volumetricas, pero el sistema permite la option de controlar y adaptar la excentricidad que guia la traslacion del rotor adoptando las propiedades de las maquinas rotodinamicas.

Todo esto demuestra la alta capacidad innovadora que aportaria a los disenadores y proyectistas la aplicacion de la presente invencion, aventajando con sistemas mucho mas funcionales, reducidos y economicos que los actuales.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invencion, asi como la manera de ponerla en practica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podra ser llevada a la practica en otras formas de realization que difieran en detalle de la indicada a titulo de ejemplo, y a las cuales alcanzara igualmente la protection que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (9)

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   REIVINDICACIONES

   1. - Maquina de fluido polivalente que comprende un rotor (2) ajustado radial y axialmente por el interior de una carcasa (1), donde el rotor (2) describe un movimiento traslacional atendido por uno o varios (soporte en la revindication 3 original) medios de guiado (5) que garantizan ese tipo de movimiento, encontrandose ubicados en las caras de la carcasa (1) al menos dos orificios para las vlas de entrada (3) y al menos otros dos para las de salida (4), estando dichos orificios (3) (4) indistintamente ubicados en las caras radiales de la carcasa

   (1) , caras axiales, o en ambas a la vez, sin tener que obedecer estos orificios (3 y 4) a simetrlas ni dimensiones o formas concretas, al igual que no tienen por que ser todos iguales (reivindicacion 5 original), el rotor (2) presenta una geometrla en su section radial configurada por paridad de arcos abiertos hacia el interior (13) y exterior (14) del propio rotor

   (2) , sin necesidad que entre ellos sean iguales y por independencia admitiendo dicha seccion radial del rotor (2) desde tramos curvos geometricamente regulares hasta tramos irregulares compuestos por sucesion de arcos y rectas, construyendose contornos con al menos dos de estos pares sin obligation de simetrlas ni semejanzas entre ellos, estando correlacionada la geometrla de la carcasa (1) con la del rotor (2) igualmente, el rotor (2) presenta una geometrla en su seccion axial que admite desde tramos rectos o curvos geometricamente regulares hasta tramos irregulares compuestos por sucesion de arcos y rectas, y del mismo modo correlacionada la geometrla de la carcasa (1) con la del rotor (2) (reivindicacion 2 original) caracterizada porque en la carcasa (1) se disponen mas de una pareja de orificios de vlas entrada-salida (3-4) independientes, resultando tantas parejas de orificios (3-4) como pares de caras interna-externa cuente el rotor.
2. 2. - Maquina de fluido polivalente segun la reivindicacion 1 caracterizada porque algunos de los medios de guiado (5) proyectan ejes (16) al exterior de la carcasa (1) que permiten transmitir o robar motricidad al rotor (2).
3. 3. - Maquina de fluido polivalente segun la reivindicacion 1 caracterizada porque los medios de guiado (5) que garantizan el movimiento traslacional del rotor (2) se privan de proyeccion al exterior de la carcasa (1), quedando impracticables con la unica funcion de tutorizar la traslacion del rotor (2).
4. 4. - Maquina de fluido polivalente segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque los medios de guiado (5) que garantizan el movimiento traslacional del rotor (2) cuentan con un mecanismo que aporte excentricidad variable para que resulte configurable el grado de traslacion.

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5. 5. - Maquina de fluido polivalente segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque la geometria de la seccion radial del rotor (2) se configura por paridad de arcos abiertos hacia el interior (13) y exterior (14) del propio rotor (2) siendo desiguales entre ellos, y por tanto las camaras cerradas procedentes de los contactos entre el rotor (2) y la carcasa (1) resultan entre si de distinto volumen.
6. 6. - Maquina de fluido polivalente segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizada porque la geometria de la seccion radial del rotor (2) se configura por paridad de arcos abiertos hacia el interior (13) y exterior (14) del propio rotor (2) siendo iguales entre ellos, y por tanto las camaras cerradas procedentes de los contactos entre el rotor (2) y la carcasa (1) resultan entre si del mismo volumen.
7. 7. - Uso de la maquina de fluido polivalente segun cualquiera de las reivindicaciones 1,2, 4 a, 6 como maquina generadora (bomba) en el que se le transmite motricidad al rotor (2) a traves de uno o varios ejes (16) que salen al exterior de la carcasa (1) desde los medios de guiado (5) de traslacion.
8. 8. - Uso de la maquina de fluido polivalente segun cualquiera de las reivindicaciones 1,2,4 a 6 como maquina motora (Motor hidraulico o neumatico) en el que se le transmite motricidad al rotor (2) inyectando fluido por las vias de entrada (3) y se roba motricidad a traves de uno o varios ejes (16) que salen al exterior de la carcasa (1) desde los medios de guiado (5) de traslacion.
9. 9. - Uso de la maquina de fluido polivalente segun cualquiera de las reivindicaciones 1, 3, 4, 5, 6 como maquina motora y generadora al unisono en el que la maquina no cuenta con ejes que salgan al exterior de la carcasa (1), transmitiendose la motricidad al rotor (2) al inyectar fluido por una o varias vias de entrada (3) y succionando por las vias de entrada (3) restantes, expulsandose conjuntamente o por separado estas dos alimentaciones a traves de las vias de salida (4).