ES2630179T3 - Bomba de diafragma - Google Patents

Abstract

Una bomba de diafragma (110) para recibir la potencia de accionamiento de un motor, comprendiendo dicha bomba: un alojamiento (112) que tiene una cámara de bombeo (106) adaptada para contener el fluido a bombear, una cámara de transferencia (44) adaptada para contener un fluido hidráulico y un depósito de fluido hidráulico; un diafragma (34) que tiene un lado de cámara de transferencia y un lado de cámara de bombeo, estando dispuesto dicho diafragma (34) entre dicha cámara de bombeo (106) y dicha cámara de transferencia (44) y adaptado para alternar hacia y desde dicha cámara de bombeo (106); un pistón (46) en un cilindro (120) en dicho alojamiento (112) adaptado para alternar entre una carrera de potencia y una carrera de succión, formando dicho cilindro (120) una porción de dicha cámara de transferencia (44), moviéndose dicho pistón (46) longitudinalmente en dicho cilindro (120) con dicho cilindro teniendo una superficie con una porción superior cuando dicha bomba (110) se orienta de manera que dicho cilindro (120) es generalmente horizontal; un recorrido de comunicación fluida para el fluido hidráulico entre dicho depósito de fluido hidráulico y dicha cámara de transferencia (44) y una válvula en dicho recorrido para permitir selectivamente el flujo de fluido hidráulico desde dicho depósito de fluido hidráulico a dicha cámara de transferencia (44) cuando se abre dicha válvula; caracterizada porque dicha válvula tiene un alojamiento de válvula (136) que incluye una acanaladura circunferencial (138) que se sitúa axialmente de manera que se interseca con un orificio (140) de la válvula de dicho alojamiento de la válvula (136); y un respiradero entre dicha cámara de transferencia (44) y dicho depósito de fluido hidráulico, comprendiendo dicho respiradero una muesca longitudinal (116, 128) formada en la porción superior (118) de la superficie de dicho cilindro (120); en la que el aire de dicha cámara de transferencia (44) se fuerza desde ella a través de dicho respiradero en dicha superficie de cilindro de dicho cilindro (120).

Description

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DESCRIPCION

Bomba de diafragma Campo de la invencion

La presente invencion se refiere generalmente a una bomba de diafragma mejorada, y mas especlficamente, a una bomba de diafragma mejorada para su uso en una condicion en que se ceba el lado del fluido hidraulico del diafragma y el lado de bombeo del diafragma esta en un estado de vaclo relativamente elevado y otra condicion en que no se ceba el lado del fluido hidraulico del diafragma.

Description de la tecnica

La bomba de diafragma accionada rotativamente con respaldo/accionamiento de aceite conocida es una bomba de alta presion inherentemente capaz de bombear muchos fluidos diflciles porque en el fluido de proceso, no tiene pistones deslizantes o juntas que frotar. El diafragma alsla la bomba completamente del ambiente circundante (el fluido de proceso), protegiendo de este modo la bomba de la contamination.

En general, una bomba de diafragma 20 se muestra en la figura 1. La bomba 20 tiene un arbol de transmision 22 sujeto de manera rlgida en el alojamiento 24 de la bomba por un gran rodamiento de rodillos 26 ahusado en la parte trasera del arbol y un pequeno rodamiento (no mostrado) en la parte frontal del arbol. Intercalada entre otro par de grandes rodamientos (no mostrados) hay una leva de angulo fijo o placa oscilante 28. Cuando el arbol de transmision gira, la placa oscilante se mueve, oscilando hacia delante y hacia atras convirtiendo el movimiento axial en un movimiento lineal. Los conjuntos de tres pistones 30 (solo se muestra un conjunto de pistones) se desplazan alternativamente mediante la placa oscilante 28. Tal como se muestra mas adelante, cada piston esta en un recinto que incluye un cilindro tal que el recinto se llena de aceite. Una valvula de retention 32 de bola en el fondo del conjunto de piston/cilindro 30 funciona para permitir que el aceite de un deposito 27 (la placa oscilante 28 esta en el deposito) llene el recinto en la carrera de suction. Durante la salida o la carrera de bombeo, el aceite contenido en el recinto presuriza el lado posterior del diafragma 34 y cuando la placa oscilante se mueve, provoca que el diafragma se flexione hacia delante para proporcionar la action de bombeo. Idealmente, la bomba equilibra hidraulicamente la presion a traves del diafragma sobre el intervalo completo de presion de diseno. Como se vera mas adelante, en la practica real este no es el caso para todas las situaciones de bombas conocidas. En cualquier caso, cada diafragma tiene su propia camara de bombeo que contiene un conjunto de valvula de retencion de entrada y de salida 36, 37 (ver ademas la figura 2). Cuando el diafragma se retrae, el fluido de proceso entra en la bomba a traves de una entrada comun y pasa a traves de una de las valvulas de retencion de entrada. A la salida o la carrera de bombeo, el diafragma fuerza el fluido de proceso fuera de la valvula de retencion de descarga y a traves de una salida comun del colector. Los diafragmas, equidistantes a 120° entre si, funcionan secuencialmente para proporcionar un flujo constante de fluido de proceso, virtualmente sin pulso.

En mas detalle, se muestra en section transversal en la figura 2, una portion de una bomba de diafragma 20. El diafragma 34 se mantiene entre dos porciones 38, 40 del alojamiento 24. El diafragma 34 separa el lado de la bomba del lado de transmision hidraulico de la bomba lleno de aceite. En el lado de transmision, un conjunto 30 de pistones de transmision que incluye un embolo 42 de diafragma esta contenido dentro del recinto lleno de aceite que funciona como una camara de transferencia 44. Una pluralidad de valvulas de retencion 32 en el piston 46 separa una camara de transferencia 44 del deposito de aceite (no mostrado). Una placa oscilante 28 (no mostrada en la figura 2) pone en contacto un cojinete 48 con un piston de transmision 46. La flecha 49 indica la direction general del movimiento de la leva o placa oscilante. Cuando el piston y el diafragma han terminado la carrera hacia delante o de bombeo, el extremo 50 del piston 46 esta en punto muerto superior (PMS). Cuando el piston y el diafragma se han retraldo en la carrera de succion, el extremo 50 del piston 46 esta en punto muerto inferior (PMI).

El piston 46 alterna en el cilindro 47. El piston 46 tiene una seccion de funda 52 que forma la pared exterior del piston. La seccion de funda 52 incluye una funda 54 y una porcion de extremo 56 en el extremo que tiene un cojinete 48 que hace contacto con la placa oscilante. La funda 54 contiene una seccion de base 58. La seccion de base 58 incluye una primera base 60 que esta en contacto con la porcion de extremo 56 e incluye elementos de sellado 62 para el sellado entre la primera base 60 y la funda 54. La seccion de base 58 ademas incluye una segunda base 64 en el extremo opuesto de la primera base 60. Una pared de conexion 66 conecta la primera y la segunda base 60 y 64. El muelle de retorno 68 del piston es un muelle helicoidal que se extiende entre la primera base 60 y el tope 70 del diafragma que es una parte del alojamiento 24 de la bomba. El alojamiento 72 de la valvula esta contenido dentro de la seccion de base 58 y se extiende entre la segunda base 64 y la porcion de extremo 56. Unas juntas 74 proporcionan un mecanismo de sellado entre el alojamiento 72 de la valvula y la pared de conexion 66 cerca de la segunda base 64.

El extremo 76 opuesto a la porcion de extremo 56 de la porcion de funda 52 se abre. Del mismo modo, el extremo 78 del alojamiento 72 de la valvula se abre. La segunda base 64 tiene una abertura 80 para recibir el vastago 82 del

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embolo 42.

El embolo 42 del diafragma tiene un carrete 84 de valvula encajado dentro del alojamiento 72 de la valvula con el vastago 82 que se extiende desde el carrete 84 de la valvula a traves de la abertura 80 hasta la cabeza 86 sobre el lado de la camara de transferencia del diafragma 34. La placa de base 88 esta sobre el lado de la camara de bombeo del diafragma 34 y sujeta el diafragma a la cabeza 86 usando un tornillo 90 que se rosca en la porcion hueca 92 del embolo 42. La porcion hueca 92 se extiende axialmente desde un extremo del embolo 42 al otro extremo. El tornillo 90 se enrosca en el extremo del diafragma. El extremo del piston de porcion hueca 92 se abre. Se proporciona una pluralidad de aberturas 94 en direccion radial en el vastago 82. Un muelle de desviacion 96 es un muelle helicoidal y se extiende entre la segunda base 64 y el carrete 84 de la valvula. Se proporciona un orificio 98 de valvula en la pared del alojamiento 72 de la valvula. Una acanaladura 100 se extiende en la pared de conexion 66 desde el recorrido mas alejado del orificio 100 de la valvula hasta la porcion de extremo 56. Una valvula de retencion 102 se forma en la porcion de extremo 56 en un paso 104 que esta en comunicacion fluida con el deposito (no mostrado). Asl, hay comunicacion fluida desde el deposito (no mostrado) a traves del paso 104 y la valvula de retencion 102 a traves de la acanaladura 100 al orificio 98 de la valvula. Cuando la valvula se abre, hay mas comunicacion a traves del espacio en el que se situa el muelle helicoidal 96 y despues a traves de una de la pluralidad de aberturas radiales 94 y a traves de la porcion hueca 92 axial del embolo 84. Hay mas comunicacion de fluido desde la porcion hueca 92 a traves de otras aberturas 94 en direccion radial hacia varias porciones de la camara de transferencia 44. El paso hueco 92, junto con las aberturas 94 en direccion radial, proporciona una comunicacion fluida desde la porcion de camara de transferencia 44 cerca del diafragma 34 hasta la porcion de la camara de transferencia 44 dentro del alojamiento 72 de la valvula de piston 30. La camara de transferencia ademas incluye el espacio ocupado por el muelle de retorno 68 del piston.

En el lado de la bomba del diafragma 34, hay un conjunto de valvulas de retencion de entrada 36 que se abre durante la carrera de succion cuando se crea un vaclo en la camara de bombeo 106. Hay ademas una valvula de retencion 37 que se abre durante la carrera de bombeo o de salida cuando se crea presion en la camara de bombeo 106.

Las figuras 3 (a) - (f) ilustran el funcionamiento de la bomba convencional 20 en condiciones de operacion normales y estandar usando un muelle de desviacion 96 convencional. Se muestran unas presiones habituales. Se muestran unas direcciones vectoriales habituales para la leva o placa oscilante (no mostrada en las figuras 3 (a) - (f)). La succion es menor que 101,4 kPa (14,7 psia). La presion de salida es mayor que 101,4 kPa (14,7 psia). El diferencial de presion a traves del diafragma 34 se establece aproximadamente en 20,7 kPa (3 psia).

Haciendo referencia a la figura 3 (a), la carrera de succion empieza en el extremo de la carrera de bombeo. Para las condiciones asumidas, la presion en la camara de bombeo cae inmediatamente desde que estaba a una presion elevada, por ejemplo, de 827,4 kPa (120 psia) a 68,9 kPa (10 psia). La presion en la camara de transferencia hidraulica es de 89,6 kPa (13 psia) que es menor que los 101,4 kPa (14,7 psia) en el deposito. El piston 30 esta en punto muerto superior y empieza a moverse hacia el punto muerto inferior. El muelle de desviacion 96 mueve el embolo 42 momentaneamente, y particularmente el carrete 84 de la valvula, a la derecha para abrir el orificio 98.

Ya que la presion en la camara de transferencia es menor que la presion en el deposito, la valvula de retencion 32 se abre y el aceite fluye desde el deposito hasta la camara de transferencia para llenarlo apropiadamente con aceite que se habla perdido durante la carrera de bombeo previa. Es decir, bajo la presion de la carrera de bombeo, el aceite fluye a traves de tolerancias algo holgadas de las partes del piston de manera que un poco de aceite fluye desde la camara de transferencia de vuelta al deposito. Asl, se tiene que rellenar de aceite la camara de transferencia durante la carrera de succion para que haya suficiente aceite como para proporcionar presion eficientemente durante la siguiente carrera de bombeo.

La figura 3 (b) muestra la configuracion a media carrera. La ligera succion en la camara de bombeo (que se muestra de 68,9 kPa (10 psia)), mantiene el diafragma 34 y el carrete 84 a la izquierda mientras el piston 30 se mueve a la derecha, cerrando de este modo el orificio 98. Puesto que las presiones son casi iguales y el diafragma 34 se mueve a la derecha con el piston 30, la camara de bombeo se llena con fluido de proceso.

Tal como se muestra en la figura 3 (c), el fluido de proceso continua entrando mientras el diafragma 34 se mueve hacia la derecha. El orificio 98 de la valvula permanece cerrado. Se produce una fuga de aceite muy pequena desde el deposito (no mostrado) hacia la camara de transferencia 44, puesto que las presiones con casi iguales. Asl, ambos lados del diafragma se llenan adecuadamente.

Cuando el piston 30 alcanza el punto muerto inferior, la carrera de succion se completa y la salida o carrera de bombeo empieza tal como se muestra en la figura 3 (d). La presion en la camara de transferencia inmediatamente aumenta, por ejemplo, desde 89,6 kPa (13 psia) hasta 848,1 kPa (123 psia). Del mismo modo, la presion en la camara de bombeo inmediatamente aumenta, por ejemplo, desde 68,9 kPa (10 psia) hasta 827,4 (120 psia). La placa oscilante empieza moviendo el piston 30 a la izquierda, lo que provoca el aumento de presion. Las valvulas de retencion 32 se cierran. El diafragma 34 se mueve conjuntamente en volumen con el aceite y el fluido de proceso

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que queda con el piston para expulsar (bombear) el fluido de proceso.

A media carrera, tal como se muestra en la figura 3 (e), hay una salida continuada. Alguna fuga del aceite mas alla de las tolerancias entre el piston y el cilindro puede mover el carrete 84 de la valvula del embolo 42 del diafragma hacia la derecha para abrir el orificio 98 de la valvula. Las valvulas de retencion 32, sin embargo, estan cerradas, bloqueando de este modo el aceite en la camara de transferencia 44, excepto para las fugas.

La carrera de salida termina con la configuration mostrada en la figura 3 (f). La camara de transferencia 44 llena empuja el diafragma 32 a la izquierda dispensando el fluido de proceso mientras se mueve. El funcionamiento normal tal como se muestra en las figuras 3 (a) - (f) provoca poca tension en el diafragma 32.

Un problema con las bombas de diafragma convencionales, sin embargo, es una rotura inesperada del diafragma en ciertas condiciones de funcionamiento. El diafragma puede fallar mucho antes de lo normal, o mas frecuentemente, puede fallar antes que otros componentes de la bomba. Un fallo contamina las llneas de proceso con aceite de transmision. La condition de funcionamiento que mas a menudo provoca un fallo es una entrada de elevado vaclo con una presion de salida baja correspondiente. Esta es una incidencia esperada en un sistema de bombeo habitual cuando el filtro de entrada empieza a taponarse. En ese caso, el taponamiento requiere de un vaclo elevado para tirar del fluido de proceso a traves del filtro. Al mismo tiempo, el descenso del volumen bombeado de fluido de proceso hacer caer la presion de salida. Esto crea una situation donde una suction elevada en el lado de bombeo baja la presion durante la carrera de succion en el lado de la camara de transferencia de manera que la camara de transferencia esencialmente "solicita mas fluido de llenado" y, consecuentemente, el aceite que fluye sobrellena la camara de transferencia y lo hace sin una presion elevada correspondiente para expulsar el aceite durante la carrera de bombeo o de salida para contrarrestar. El sobrellenado de aceite "hincha" el diafragma en el orificio de fluido de la valvula hasta que el diafragma se desgarra. Adicionalmente, con una bomba de vaclo/de presion de alta velocidad reversible tal como este aparato, los cierres de valvula a elevada velocidad crean tremendos picos de presion, llamados pulsos de Jaukowski. Los picos pueden consistir en una presion de fluido u ondas acusticas y armonicos de ambos. Estos picos de presion pueden “solicitar” un flujo de fluido de aceite en el piston de transmision cuando eso no deberla de estar ocurriendo. Otra vez, esto puede causar el sobrellenado y conducir a un fallo de diafragma. Las figuras 4 (a) - 4(f) se proporcionan para ilustrar el modo de fallo de sobrellenado.

En la figura 4 (a) empieza la carrera de succion. Dado que se supone que el lado de entrada para el fluido de proceso esta taponado o bloqueado, solo se creo una baja presion durante la carrera de salida. Es decir, la presion en la camara de bombeo 106 fue, por ejemplo, de 96,5 kPa (14 psia) y llego hasta 68, 9 kPa (10 psia) como lo hizo en la figura 3 (a). La succion, sin embargo, rapidamente aumenta el vaclo de manera que la presion en la camara de bombeo 106 cae todavla mas hasta, por ejemplo, 20,7 kPa (3 psia), tal como se muestra en la figura 4 (b). El diafragma 34 y el embolo 42 permanecen demasiado a la izquierda dejando el orificio 98 de la valvula cerrado y el muelle de desviacion 96 algo comprimido. Solamente hay un flujo de aceite momentaneo a traves de las valvulas de retencion 32, el orificio 98 de la valvula y los diversos pasajes en el vastago 82.

A media carrera de la carrera de succion, tal como se muestra en la figura 4 (b), cualquier movimiento del diafragma hacia la derecha provoca un vaclo mas elevado en la camara de bombeo 106 que tiende a mantener el diafragma 34 y el embolo 42 a la izquierda, mientras el piston 46 se mueve hacia la derecha. El orificio 98 de la valvula se cierra, pero sin embargo, dado que la presion que se desarrolla en la camara de transferencia 44 es mas baja, por ejemplo, 41,4 kPa (6 psia), hay una fuga de aceite debido a las tolerancias en el sistema desde el deposito (no mostrado) hacia la camara de transferencia 44. El muelle de desviacion 96 debil en la bomba convencional de diafragma permite que el embolo 42, y particularmente el carrete 84 de la valvula, permanezca demasiado a la izquierda y permite que se desarrolle y continue la presion mas baja en la camara de transferencia 44.

Tal como se muestra en la figura 4 (c), en el extremo de la toma o la carrera de succion, el embolo 42 y el diafragma 34 permanecen demasiado a la izquierda, y la baja presion en la camara de transferencia 44 sigue provocando fugas y despues de muchas carreras como esta, la camara de transferencia 44 se sobrellena con aceite antes de empezar la carrera de salida.

La configuracion al principio de la carrera de salida se muestra en la figura 4 (d). El piston 46 empieza a moverse a la izquierda. Dado que hay baja presion en la camara de bombeo 106, la presion no se crea en la camara de transferencia 44 hasta mas tarde en la carrera de salida.

Tal como se muestra a media carrera en la figura 4 (e), la camara de transferencia 44 sobrellenada de aceite mueve el diafragma 34 y el carrete 84 de la valvula a la izquierda a la misma velocidad. Cuando la placa de base 88 y el diafragma 34 se acercan a la pared 108 en el lado de bombeo de la bomba, aumenta finalmente la presion en la camara de transferencia 44. El corto tiempo en que hay una presion mayor que 101,4 kPa (14,7 psia), que es la presion en el deposito, no es tiempo suficiente para permitir la fuga desde la camara de transferencia 44 hacia el deposito para equilibrar la fuga de flujo durante la carrera de succion. Por lo tanto, el diafragma 34 se deforma debido al sobrellenado de aceite en la camara de transferencia 44. El muelle 96 debil se comprime.

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El extremo de la carrera de salida se muestra en la figura 4 (f). La camara de transferencia 44 sobrellenada empuja la placa de base 88 totalmente contra la pared 108 y el diafragma 34 se estira en el orificio del conjunto de valvula de retencion de salida 37. Un aumento rapido de la presion en la camara de transferencia 44 en este momento acaba provocando que el diafragma 34 o bien corte varias superficies que se encuentre o bien estalle. En este punto, la bomba falla. Como resultado, puede haber una contaminacion por remanentes de fluido de proceso en el conjunto 30 de pistones y una contaminacion de aceite en la llnea de fluido de proceso.

Por lo tanto, cuando existe un elevado vaclo (es decir, un filtro taponado o una entrada de la valvula cerrada) en el lado de la camara de bombeo del diafragma, el diafragma no quiere moverse con el piston. Esto no causarla ordinariamente un problema, puesto que el carrete 84 de la valvula y el orificio 98 de la valvula se cierran. Si esta condicion existe, sin embargo, durante un largo perlodo de tiempo, la fuga entre el carrete de la valvula y el orificio de la valvula mas la fuga entre el piston y el alojamiento se combinan para permitir el sobrellenado de aceite en la camara de transferencia. En la carrera de salida, la presion debe ser lo suficientemente elevada para volver a expulsar el volumen de fuga. Puede expulsarlo, sin embargo, solamente alrededor del piston y del alojamiento dado que las valvulas de retencion 32 de bola evitan cualquier salida a traves del orificio de la valvula. Dado que la entrada de la bomba esta bloqueada y no puede bombear mucho volumen de fluido de proceso, la presion durante la salida del fluido de proceso es baja y/o solamente para la parte de la carrera. Emplricamente, se ha encontrado que la presion de salida debe ser mayor que 790,8 kPa (100 psia) con el fin de que "se fugue tanto como entra". Si la bomba no filtra fuera tanto de la camara de transferencia como lo que entra, el volumen anadido se impulsa mediante el piston de transmision hasta que el diafragma se hincha y entra en orificios o grietas y provoca una rotura.

La bomba convencional 20 ademas tiene el problema de que el carrete 84 de la valvula puede pegarse a las rebabas, en particular en el borde de las aberturas para los orificios 98 de la valvula. En este tipo de situacion, el diafragma 34 tiende a envolverse alrededor de la placa de base 88 tensando y/o pellizcando de este modo el material del diafragma.

La bomba convencional 20 tiene ademas el problema de la ineficiencia volumetrica. Esto ocurre porque no hay un desvlo de fuga bastante grande del aceite (y del aire) alrededor del piston para purgar el aire desde la camara de transferencia. En esta condicion, la eficiencia disminuye cuanto mas aire se acumula dentro de la camara de transferencia. Esta eficiencia volumetrica disminuida se produce porque el piston comprime y descomprime repetidamente el exceso de aire capturado en la camara de transferencia. Esto provoca una pulsacion de presion de fluido mas y mas severa porque la compresion de aire cambia la carrera del diafragma desde la forma sinusoidal pura a casi una forma cuadrada. Un resultado directo de esto es la fluctuacion de presion aumentada en la salida de la bomba, una caracterlstica indeseable de una bomba de diafragma.

El documento US 6 554 578 B1 divulga una bomba de diafragma con un dispositivo para controlar la posicion de un diafragma que separa la camara de conduction desde la camara de desplazamiento. Como sustituto del control mecanico del proceso de rellenado, se dispone un sensor de presion en la camara de desplazamiento, que esta conectada con una unidad de evaluation disenada para generar una senal de relleno, que esta conmutada de modo que acciona una valvula de recarga a traves de una conexion operativa. Ventajosamente, se proporciona un segundo sensor para detectar el recorrido del piston, cuya senal esta conectada con la senal del sensor de presion. Este documento ademas se refiere a un metodo para controlar la posicion de un diafragma.

El documento US 4 116 590 A divulga una bomba de presion elevada en la que al menos un piston accionado alternativamente actua sobre un fluido hidraulico que comunica con un lado de un diafragma, comunicando el otro lado del diafragma con un fluido para ser desplazado por la bomba. El diafragma esta hecho de material de elastomero, y es relativamente grueso de manera que se restablece automaticamente sustancialmente en la carrera de vuelta del piston incluso en el caso de bloqueo total del suministro de fluido a desplazar.

Sumario de la invention

La presente invencion esta dirigida a una bomba de diafragma que recibe una potencia de accionamiento de un motor. La bomba tiene una carcasa que aloja una camara de bombeo adaptada para contener un fluido a bombear (fluido de proceso), una camara de transferencia adaptada para contener un fluido hidraulico (aceite) y un deposito de fluido hidraulico. La bomba tiene un diafragma que tiene un lado de camara de transferencia y un lado de camara de bombeo. El diafragma esta soportado por la carcasa y esta dispuesto entre la camara de bombeo y la camara de transferencia y adaptado para alternar hacia y desde la camara de bombeo. La bomba tiene un piston en un cilindro en la carcasa adaptado para alternar el diafragma entre una carrera de potencia y una carrera de suction.

El cilindro forma una portion de la camara de transferencia. El piston se mueve longitudinalmente en el cilindro con el cilindro cuando la bomba se orienta de manera que el cilindro esta generalmente horizontal teniendo una superficie con una porcion superior. Una placa oscilante y un primer muelle cooperan para alternar el piston. La placa oscilante se acciona mediante el motor. El primer muelle es compresible entre el alojamiento y el piston. Un segundo muelle impulsa el diafragma lejos de la camara de bombeo con un primer extremo del segundo muelle

conectado con el diafragma y un segundo extremo del segundo muelle soportado por el piston para el movimiento con el mismo. Un recorrido de comunicacion fluida para el fluido hidraulico se forma entre el deposito de fluido hidraulico y la camara de transferencia. Una valvula en el recorrido de comunicacion fluida permite selectivamente el flujo de fluido hidraulico desde el deposito de fluido hidraulico hasta la camara de transferencia cuando la valvula se 5 abre. Un respiradero se forma en la porcion superior de la superficie del cilindro. De esta manera, el aire de la camara de transferencia se fuerza desde la camara de transferencia a traves del respiradero en el cilindro para mejorar la calidad del fluido que queda en la camara de transferencia y para autocebar la bomba.

De esta manera, la presente invention divulga una bomba de diafragma novedosa que "escupe" pequenas cantidades de aire y aceite atrapados a traves del respiradero en cada ciclo de la bomba. Lo hace solo en un punto 10 de la carrera en el que no hay grandes presiones de choque. El tener solamente aceite no compresivo en el cilindro proporciona un desplazamiento "solido" para mejorar la dosificacion del aceite, la eficacia volumetrica y la estabilidad de presion de salida de la bomba. La elimination de aire evita los problemas provocados por el aprisionamiento de aire acumulado, que incluye la imposibilidad de autocebarse. Esto simplifica el conjunto final, el ensayo final y el funcionamiento por parte del usuario. La presente invencion mantiene la unidad de aceite inclinada como se 15 describe en la patente estadounidense 3.775.030. La presente invencion, sin embargo, divulga el uso de un muelle de desviacion rlgido. De esta manera, en condiciones de alto vaclo, el muelle de desviacion mantiene la presion del aceite de transmision por encima de su presion de vapor, lo que evita la cavitation de aceite, y (2) el muelle de desviacion supera las fuerzas de suction en la camara de bombeo y evita el sobrellenado de aceite en la camara de transferencia (as! el diafragma no falla).

20 En consecuencia, las mejoras que aqul se divulgan optimizan la durabilidad y la eficiencia para una bomba de diafragma.

Breve description de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva de una bomba convencional de diafragma;

la figura 2 es una vista parcial en section transversal de una bomba convencional de diafragma;

25 las figuras 3 (a) - 3 (f) son vistas parciales en seccion transversal de una bomba convencional de diafragma que ilustran condiciones normales;

las figuras 4 (a) - 4 (f) son vistas parciales en seccion transversal de una bomba convencional de diafragma que ilustran una condition de vaclo elevado que resulta en un fallo del diafragma;

la figura 5 es una vista parcial en seccion transversal de una bomba de diafragma de acuerdo con la presente 30 invencion;

la figura 6 es una vista parcial en seccion transversal de una primera realization alternativa; la figura 7 es una vista parcial en seccion transversal de una segunda realizacion alternativa; la figura 8 es una vista despiezada en seccion transversal de un conjunto de piston/cilindro;

las figuras 9 (a) - 9 (f) son vistas parciales en seccion transversal de una bomba de diafragma que ilustran el 35 funcionamiento con un muelle de desviacion con una constante de muelle elevada;

la figura 10 es un grafico que ilustra un muelle de desviacion convencional debil y un muelle de desviacion fuerte de acuerdo con la presente invencion;

la figura 11 es un grafico que ilustra un intervalo de constantes de muelle para muelles de desviacion de acuerdo con la presente invencion; y

40 las figuras 12 (a) - 12 (f) son vistas parciales en seccion transversal de una bomba de diafragma que tiene una muesca para expulsar aire y que ilustran el autocebado.

Descripcion detallada de la realizacion preferida

La presente invencion es una mejora de la bomba convencional de diafragma anteriormente descrita. Las partes iguales se designan con numeros iguales. Las partes mejoradas se distinguen y describen. Se entiende que las 45 partes mejoradas conducen a una mejora sinergica del rendimiento y la durabilidad de una bomba.

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Haciendo referenda a la figura 5, la presente invention se realiza en la bomba 110. Un alojamiento 112 comprende las porciones 38, 114 que son similares a las porciones 38, 40 del alojamiento 24. La portion 114 incluye un respiradero con forma de una muesca 116 formada en la porcion superior 118 de la superficie del cilindro 120, que es similar al cilindro 47. La muesca 116 proporciona una comunicacion fluida entre la camara de transferencia 44 y el deposito de aceite (no mostrado). Aunque la muesca 116 se muestra para extenderse desde mas alla del extremo derecho del piston 46 en el cilindro 120 cuando el piston 46 esta lo mas a la derecha posible del recorrido, a saber, cuando la placa de base 88 contacta con la pared 122 de la porcion de alojamiento 38, la realization preferida tiene la muesca que se extiende justo mas alla de la mitad de recorrido del piston. En consecuencia, el piston "desconectara " el paso de muesca durante la mitad final de la carrera de salida y la primera mitad de la carrera de suction. La muesca se abrira para expulsar aire y aceite justo antes del punto medio de la carrera de suction y permanecera abierta hasta pasado el punto medio de la carrera de salida. Esto ha probado emplricamente que proporciona un cebado facil mientras se optimiza la fuga. La muesca 116 se extiende a la izquierda hasta el extremo 124 de la porcion de alojamiento 114 donde se abre al deposito de aceite.

Ademas, se observa que la bomba 110 tiene un muelle de desviacion 126 significativamente mas duro. La combination del muelle de desviacion 126 sensiblemente mas rlgido y la muesca 116 conduce a la elimination virtual de un fallo de diafragma cuando una condition de vaclo elevado se desarrolla en el lado de bombeo del diafragma y ademas conduce a la reduction de aire en el fluido hidraulico en la camara de transferencia 44 y, en consecuencia, permite a la bomba 110 alcanzar el autocebado.

Una primera realizacion de la presente invencion se muestra en la figura 6. La bomba 127 muestra una muesca 128, similar a la muesca 116, excepto que la muesca 128 no se extiende hasta el extremo 124. Por el contrario, un paso 130 de extension radial en dicha porcion de alojamiento 114 se extiende desde el extremo de la muesca 128 cerca del extremo 124 hacia una acanaladura 132 de junta torica. Se proporciona una junta torica 134 en la acanaladura 132.

La junta torica 134 en la acanaladura 132 funciona como una valvula de retention. Cuando existe suficiente presion en la camara de transferencia 44, la presion abrira ligeramente la junta torica 134 desde el paso 130 para evitar la expulsion de aire/aceite en el deposito (no mostrado). Con esta realizacion, el fluido fluye hacia fuera solamente a traves de la muesca 128, del paso 130 y de la valvula de retencion de junta torica 134 y de la acanaladura 132, contrariamente al flujo en dos sentidos a traves de la muesca 116 de la bomba 110.

Una segunda realizacion alternativa no reivindicada se muestra en la figura 7. La bomba 129 muestra un paso 131 que se extiende desde la porcion superior 118 del cilindro 120. El paso 131 se extiende a traves de la pared 133 de la porcion 135 del alojamiento 137. Un paso 131 proporciona una comunicacion fluida entre la camara de transferencia 44 y el deposito de fluido hidraulico. Preferentemente, el paso 131 se extiende radialmente y verticalmente. Preferentemente ademas, el paso 131 se situa justo despues de la mitad del recorrido del piston 46. En consecuencia, el piston 46 "apagara” el paso durante la mitad final de la carrera de salida y la primera mitad de la carrera de succion. El paso se abrira para expulsar el aire y aceite justo antes del punto medio de la carrera de succion y quedarse abierto hasta pasado el punto medio de la carrera de salida. En consecuencia, el paso 131 proporciona una funcion similar a la muesca 116.

Otra caracterlstica de la presente invencion que es relevante en todas las realizaciones se muestra en la figura 8. El alojamiento 136 de la valvula incluye una acanaladura circunferencial 138 que se situa axialmente de manera que se interseca con el orificio de la valvula 140. Sin la acanaladura 138, hay una posibilidad de que se formen rebabas si se fabrica la abertura radial del orificio de la valvula. Si hay una rebaba, entonces el carrete 84 de la valvula se puede enganchar en la rebaba de manera que el carrete se pega. En este caso, el diafragma 34 se puede envolver alrededor de la placa de base 88 y tensarse y/o pinzarse. Al formar la acanaladura circunferencial 138, se elimina la posibilidad de tal rebaba.

En funcionamiento, se describe con respecto a las figuras 9 (a) - (f) una configuration de diseno en la que una bomba de acuerdo con la presente invencion tiene un muelle de desviacion rlgido 126, que se distingue de un muelle de desviacion debil 96. Un muelle de desviacion debil 96 de una bomba convencional se distingue de un muelle de desviacion rlgido 126 en la figura 10.

La figura 10 es un grafico que muestra la longitud de un muelle en pulgadas a lo largo del eje X. En el lado izquierdo a lo largo del eje Y, el grafico esta calibrado para la fuerza en libras que el piston ejerce en el diafragma. A lo largo del lado derecho para el eje Y, se proporciona una presion efectiva en el diafragma en libras por pulgada cuadrada (psi). En la bomba convencional, se conoce por la patente estadounidense 3.775.030, que una pequena sobrepresion, por ejemplo, 20,7 kPa (3 psi), deberla proporcionarse en la camara de transferencia 44 para que la bomba trabajase adecuadamente en condiciones normales. Como consecuencia, el pensamiento convencional ha sido el de proporcionar un muelle debil de manera que la sobrepresion mantenida por el muelle de desviacion no difiera demasiado de 20,7 kPa (3 psi) para varias longitudes de muelle durante la compresion del funcionamiento normal. Una constante de muelle para un muelle habitual se muestra como una llnea 140 en la figura 10. Sin embargo, como se ha comentado anteriormente, con respecto a las figuras 4 (a) - 4 (f), la bomba convencional tiene

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el problema de que el diafragma 34 falla si la ilnea que proporciona el fluido de proceso a la bomba se tapona, como cuando un filtro se ensucia. En consecuencia, con respecto a la presente invention, se consideraron dos puntos de referencia. Un primer punto de referencia se produce cuando el orificio de la valvula 121 en la figura 5 o el orificio 98 de la valvula en la figura 2 se acaba de apagar o cerrar. En el punto en que el orificio 98 de la valvula se acaba de apagar, el muelle de desviacion deberla contrarrestar la suction de fluido en el lado de bombeo de fluido adecuadamente para evitar que la succion retenga el diafragma a ese lado y de este modo permitir que aceite no deseado llene la camara de transferencia. El mlnimo, por supuesto, es cero, dado que claramente una presion negativa exigirla constantemente mas aceite en la camara de transferencia y serla indeseable. La experiencia con la bomba convencional tal como se ha comentado anteriormente ha demostrado que 20,7 kPa (3 psi) funciona bien. Algo mayor, hasta 27,6 kPa (4 psi) o alrededor, es aceptable. Por lo tanto, un intervalo de cero - 27,6 kPa (4 psi) es apropiado. El punto de referencia 1 se muestra con el numero 142 en la figura 10.

El segundo punto de referencia se produce cuando la camara de transferencia 44 se ha llenado con aceite hasta su maximo, es decir, cuando la placa de base 88 hace contacto con la pared 108 tal como se muestra en la figura 4 (f). El segundo punto de referencia se muestra con el numero 144. Para el muelle debil 140, la presion en el punto de referencia 142 de cierre de la valvula es ligeramente mayor que 20,7 kPa (3 psi) y en el punto de referencia 144 de sobrellenado maximo la presion es de alrededor 27,6 kPa (4 psi). Convencionalmente, este ha sido el diseno para un muelle de desviacion 96. Con el fin de solucionar el problema del fallo de diafragma para una condition de vaclo elevado en la camara de bombeo de la bomba, sin embargo, se determino que era necesario satisfacer aproximadamente el punto de referencia I con respecto a unas condiciones de funcionamiento normales, y con respecto a la condicion de vaclo elevado, se determino que el muelle deberla de proporcionar una presion en la camara de transferencia 44 de aproximadamente 72,4 kPa (10,5 psi) tal como se muestra con el numero 146 en la figura 10, que no permite un gran diferencial de presion entre el deposito y la camara de transferencia. El deposito es atmosferico, o esencialmente 101,4 kPa (14,7 psi). Estos dos puntos de referencia, cuando se conectan por una llnea recta, determinan entonces la constante del muelle para la bomba mejorada.

Las figuras 9 (a) - 9 (f) ilustran el funcionamiento con respecto a un muelle rlgido del tipo representado por la llnea 148 en la figura 10.

Las figuras 9 (a) - 9 (f) suponen un muelle de desviacion rlgido y una condicion de vaclo, es decir, una llnea de proceso taponada. Las figuras 9 (a) -9 (f) son similares a las figuras 4 (a) 4 (f), excepto en que el muelle de desviacion debil se sustituye por el muelle de desviacion rlgido.

En la figura 9 (a), empieza la carrera de succion. Dado que la entrada para el fluido de proceso esta bloqueada, no se ha creado presion en la carrera de salida de manera que la succion en la carrera de succion rapidamente crea una condicion de vaclo en la camara de bombeo 106. El diafragma 34 y el embolo 42 permanecen demasiado a la izquierda y cierran el orificio 121 y comprimen un tanto el muelle de desviacion 126.

Haciendo referencia a la figura 9 (b), se muestra una configuration a media carrera. La presion mas baja en la camara de bombeo 106, que entonces provoca una presion mas baja en la camara de transferencia 44, mantiene el diafragma 34 y el embolo 42 a la izquierda pero no puede mantenerlos tan a la izquierda como en la bomba convencional tal como se muestra en la figura 4 (b), debido al muelle de desviacion rlgido con la constante de muelle mas elevada 146. En estas condiciones, el sobrellenado de la camara de transferencia 44 se limita en consecuencia al volumen de estiramiento del diafragma 34.

La carrera de succion alcanza su extremo en la figura 9 (c) en un punto muerto inferior. La succion elevada en la camara de bombeo todavla esta presente, pero el muelle rlgido (vease el punto de referencia 2 en la figura 10) contrarresta la fuerza de succion aumentando de este modo la presion en la camara de transferencia 44 y evitando el sobrellenado de la camara de transferencia 44 antes del inicio de la carrera de salida. Por ejemplo, en un caso preferido, la presion diferencial en la camara de transferencia frente a la camara de bombeo es de aproximadamente 72,4 kPa (10,5 psi) para que la contrarreste el muelle de desviacion.

La carrera de salida empieza tal como se muestra en la figura 9 (d). El piston 46 se mueve a la izquierda dado que hay muy baja presion en la camara de bombeo. La presion no aumenta en la camara de transferencia excepto cuando se provoca por el muelle de desviacion rlgido 126, y el diafragma 34, el embolo 42 y el piston 46 se mueven juntos.

A media carrera, tal como se muestra en la figura 9 (e), las valvulas de retention 102 permanecen cerradas y el muelle rlgido 126 resiste para provocar la fuga hacia fuera de la camara de transferencia en lugar de hacia dentro de ella.

La carrera de salida termina tal como se muestra en la figura 9 (f). Dado que la camara de transferencia 44 no se ha sobrellenado, el diafragma 34 no se hincha y el funcionamiento normal continua a pesar del taponamiento de la llnea de entrada a la camara de bombeo. Por lo tanto, el muelle de desviacion rlgido 126 evita el modo de fallo descrito

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con respecto a las figuras 4 (a) - 4 (f).

En consecuencia, una vez que el carrete de la valvula se mueve pasado el orificio de cierre, el muelle de desviacion rlgido evita que este se mueva mucho mas alla. Tal como se muestra en la figura 10, en la posicion cerrada de orificio normal (el punto de referencia 1), tanto el muelle mas debil como el muelle mas rlgido tienen una fuerza justo por encima de 14,6 N (4 libras), o una presion de aproximadamente 24,1 - 31,0 kPa (3,5 - 4,5 psi) en el diafragma. En consecuencia, se mantiene la desviacion de transmision positiva de aceite de la patente estadounidense 3.775. 030. Ahora, sin embargo, como el recorrido continua hacia la maxima compresion del muelle, el muelle rlgido tiene mas de 43,9 N (12 libras) de fuerza contra solo alrededor de 18,3 N (5 libras) de fuerza para el muelle debil. La fuerza anadida limita la habilidad del diafragma de moverse demasiado lejos en unas condiciones de vaclo elevado. Esto es cierto porque la traccion del lado de la camara de transferencia de aceite es ahora la fuerza del muelle sumado al diferencial de presion entre la camara de bombeo y la camara de transferencia. El muelle convencional debil podrla contrarrestar solo efectivamente aproximadamente 34,5 kPa (5 psi) de vaclo; el muelle rlgido mejorado esta optimizado para contrarrestar aproximadamente 72,4 kPa (10,5 psi) de vaclo, que es practicamente todo lo que se puede alcanzar (aunque en teorla se podrlan obtener, 101,4 kPa (14,7 psi)). Aunque disenar la maxima fuerza posible asegurarla que el aceite nunca se empujarla en una camara de transferencia completa, solamente es necesario que no haya un aumento neto de aceite durante un ciclo completo de succion y salida de la bomba. En otras palabras, mientras haya mas tiempo durante las carreras de succion y de salida en que la camara de transferencia hidraulica esta mas arriba de la presion atmosferica que mas abajo, no habra un aumento promedio de aceite en la camara.

Se hizo el ensayo de rotura del diafragma de vaclo. Los resultados del ensayo se muestran en la tabla 1. Se uso una bomba tal como se describe en la figura 2, modificada para tener constantes de muelle mas rlgidas para el muelle de desviacion 126 tal como se muestra en la tabla 1. Se mantuvo un vaclo en la entrada (valvula de retention 36). El vaclo se mantuvo en 381,0 mm Hg (15 pulgadas Hg) o menos durante unas cuantas horas y entonces se redujo a 508,0 mm Hg (20 pulgadas Hg) o mayor hasta el fallo o hasta que se paro el ensayo.

Tabla 1

Ensayo

Ser. No R Tiempo ejecucion Resultado

1

141849 7548,0 N/m (43,1 libras/pulgada) 97 horas Rotura

2

141849 7548,0 (43,1) 55 Rotura

Nota: Rebaba encontrada; rebaba del alojamiento de la valvula interior eliminada

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141849 7548,0 (43,1) 106 Rotura

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142132 9404,3 (53,7) 106 OK

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? 9404,3 (53,7) 124 OK

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142131 9404,3 (53,7) 214 OK

Los primeros tres ensayos se ejecutaron con un muelle rlgido teniendo una constante de muelle de 7548,0 N/m (43.1 libras/pulgada). El diafragma se rompio a las 97 horas durante los primeros ensayos y en 55 horas durante el segundo ensayo. Despues del segundo ensayo, se examino la bomba y se encontro una rebaba en el alojamiento de la valvula de manera que el carrete 84 de la valvula se enganchaba de tal manera que finalmente el diafragma se hincho y quedo atrapado en la placa de base 90. Se quitaron las rebabas del alojamiento de la valvula y se ejecuto el ensayo 3. El diafragma se rompio a las 106 horas. Se determino que la rebaba no era fundamental para los resultados, excepto para los tiempos de fallo. El muelle nominal 7548, 0 N/m (43 libras/pulgada) permitio que el fallo se produjera aproximadamente a las 100 horas.

Los ensayos 4-6 se realizaron usando un muelle de desviacion teniendo una constante de muelle de 9404,3 N/m (53,7 libras/pulgada). En cada ensayo, la bomba funciono durante mas de 100 horas, y para el ensayo 6, la bomba funciono durante mas de 200 horas sin la rotura del diafragma.

A partir de la prueba se determino que el muelle de desviacion con la constante de muelle de 7548,0 N/m (43,1 libras/pulgada) era marginalmente aceptable. Claramente, la bomba con el muelle de desviacion con la constante de muelle de 9404,3 N/m (53,7 libras/pulgada) era aceptable dado que no hubo ningun fallo. Las conclusiones de los

ensayos se muestran en la figura 11. La ilnea 150 muestra el muelle de desviacion que tiene una constante de muelle de 7548,0 N/m (43,1 libras/pulgada). La llnea 148 muestra el muelle de desviacion con una constante de muelle de 9404,3 N/m (53,7 libras/pulgada). La llnea discontinua 152 representa un muelle de desviacion que tiene una constante de muelle que serla la maxima siempre necesitada. Es decir, el maximo vaclo que se podrla alcanzar 5 en el punto de referencia 2, el punto en que la placa de base 88 hace contacto con la pared 108 (vease la figura 4 (e)) es 101,4 kPa (14,7 psia). Una bomba como esta podrla alcanzar tal vaclo. Por lo tanto, la llnea 152 se muestra discontinua y algo aproximada. En cualquier caso, esto da una idea general de donde estarla una constante de muelle maxima.

Para una bomba particular, la constante de muelle se puede calcular de la siguiente manera suponiendo las 10 siguientes hipotesis de diseno. Primero, el area equivalente del diafragma a media carrera es aproximadamente la misma que el area del piston. Segundo, el diferencial de presion minima a traves del diafragma que se necesita debe ser igual a la presion de succion para la que esta disenada la bomba. Tercero, el diferencial de presion maximo es 101,4 kPa (14,7 psi). Basandose en esto, se pueden hacer las siguientes afirmaciones:

1. La distancia de sobrellenado es la diferencia de la distancia entre el diafragma y el piston en (i) una posicion de 15 sobrellenado maximo y (ii) una posicion neutral (valvula acabada de cerrar).

2. La fuerza de muelle de sobrellenado es el diferencial de presion de succion del diseno multiplicado por el area del piston.

3. La fuerza de muelle neutral es el diferencial de presion de funcionamiento neutral multiplicado por el area del piston.

20 4. La constante de muelle es la cantidad de fuerza de muelle de sobrellenado menos la fuerza de muelle neutral

dividida por la distancia de sobrellenado.

Basandose en estas hipotesis y afirmaciones, la constante de muelle se puede calcular a partir de:

k=Ap (Ps-Pn)/do

donde k es la constante de muelle,

25 Ap es el area del piston,

d0 es la distancia de sobrellenado,

Ps es el diferencial de presion de succion del diseno,

Pn es el diferencial de presion de funcionamiento neutral.

Basandose en el ensayo anteriormente comentado, el diferencial de presion de succion del diseno es de 57,9 - 30 101,4 kPa (8,4 - 14,7 psia). El diferencial de presion de funcionamiento neutral apropiado es cero a 27,6 kPa (4

psia).

Cabe senalar a partir de las figuras 10 y 11 que el muelle mas rigido de resistencia de la presente invencion es necesariamente mas corto que el muelle convencional. Esto tiene un beneficio de que cuando la bomba se apaga, el muelle de desviacion no fuerza el aceite de manera continua fuera de la camara de transferencia y pasada la interfaz 35 del conjunto de piston/alojamiento al deposito. Con el muelle mas rigido, una vez que la camara de transferencia se ha llenado adecuadamente y la bomba se apaga, el muelle ya no ejerce una fuerza significativa. Esto significa que la camara de transferencia tiene un llenado de aceite que esta en su punto de bombeo adecuado, y no se tiene que rellenar en su siguiente arranque. Por otro lado, el muelle mas corto crea un aspecto negativo. El muelle mas corto no expulsa totalmente el aire de la camara de transferencia antes del arranque inicial. El aire anadido hace que sea 40 muy dificil cebar totalmente la camara de transferencia 44. En este caso, la bomba debe desmontarse y cebarse manualmente o cebarse en vacio para cada una de las varias camaras de transferencia. Ademas, a veces la bomba pierde el cebado en condiciones en que el aire en el aceite puede acumularse y no ser expulsado. Para abordar estos aspectos negativos, se desarrollo la muesca 116. La muesca 116 es un mecanismo para expulsar aire. Las figuras 12 (a) - 12 (f) muestran el funcionamiento de una bomba que tiene una muesca 116 con respecto al aire de 45 purga apagado y que proporciona el beneficio adicional de permitir que la bomba se autocebe.

En la figura 12 (a), empieza la carrera de succion. La camara de transferencia 44 tiene un exceso de aire. El aceite fluye a traves del orificio de valvula abierto 98 y empuja el aire hasta el punto mas alto del cilindro 47. Cuando empieza la carrera de succion, quiere entrar mas aceite a traves de las valvulas de retencion 32 y del orificio 98 de la

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valvula, pero el muelle de desviacion rlgido 126 mantiene el diafragma 32 para que se mueva junto con el piston 46.

A media carrera tal como se muestra en la figura 12(b), hay una succion mas elevada de manera que el diafragma 32 se empuja hacia la izquierda para cerrar el orificio de la valvula 121. El muelle de desviacion rlgido 126 resiste excesivamente la compresion de manera que el diafragma 32 se mueve sustancialmente con el piston 46.

Tal como se muestra en la figura 12 (c), todavla hay una succion elevada en la camara de bombeo 106 cuando el piston 46 se acerca a su carrera final (PMI). El resorte rlgido limita el embolo 42 del diafragma y el diafragma 34 para que no vayan demasiado a la izquierda y eleva la presion en la camara de transferencia 44 para evitar el sobrellenado de aceite.

Cuando la carrera de salida empieza tal como se muestra en la figura 12 (d), el piston 46 comienza a moverse hacia la izquierda, mientras que las valvulas de retencion 32 se cierran y la presion en la camara de transferencia 44 aumenta. La presion ascendente en la camara de transferencia 44 empuja el aire fuera de la muesca 116.

A media carrera, como en la figura 12 (e), la presion en la camara de transferencia 44 esta por encima de la presion del deposito y el aire se continua empujando a traves de la muesca 116.

Al final de la carrera de salida como en la figura 12 (f), el diafragma 34 se mueve hacia la izquierda cuando el piston 46 se mueve hacia la izquierda. La mayor parte del aire en la camara de transferencia 44 ha sido expulsado. A medida que las carreras de succion y salida subsiguientes prosiguen, todo el aire se expulsa y la bomba se autoceba rapidamente.

La muesca 116 puede ser cuadrada, hemisferica, triangular o de cualquier forma. La muesca 116 debe ser lo suficientemente grande como para permitir que el aire se purgue bastante rapidamente, pero no tan grande como para que la eficiencia de la bomba sufra. Generalmente, una perdida del 1 % de la eficiencia de la bomba es aceptable. Para una bomba particular, entonces es necesario calcular un area de seccion transversal equivalente para la muesca 116 que serla equivalente a la perdida de eficiencia del 1 %.

Como se ha indicado anteriormente, la muesca 116 deberla colocarse en la parte superior del cilindro 120 de modo que este situada en el punto en el que el aire se acumularla. La muesca 116 deberla ser lo suficientemente larga para que estuviese expuesta a la zona de aceite presurizada durante al menos parte de la carrera del piston. Puede extenderse hasta el final del recorrido del piston para que quede expuesta durante toda la carrera. La mejor practica es tenerla expuesta solamente durante la primera mitad de la carrera. El tamano de la muesca debe ser lo suficientemente grande como para permitir el paso rapido del aire y lo suficientemente pequeno como para resistir el paso del aceite de modo que el rendimiento de la bomba no se reduzca significativamente.

Para la mayorla de las bombas, el area de la seccion transversal de la muesca 116 deberla ser de aproximadamente 0,1 mm2 (0,0002 pulgadas cuadradas) y la altura de 0,43 mm (0,017 pulgadas). Para purgar el aire eficazmente, la seccion transversal deberla ser mayor que 0,03 mm2 (0,00005 pulgadas cuadradas). El area maxima de seccion transversal serla de aproximadamente 2 mm2 (0,003 pulgadas cuadradas). La altura y la anchura de la seccion transversal de la acanaladura deberlan ser ambas mayores que 0,1 mm (0,005 pulgadas).

La bomba mejorada de la presente invencion resulta en una fiabilidad mejorada porque se eliminan las roturas prematuras del diafragma provocadas por el sobrellenado no deseado de aceite hidraulico de la camara de transferencia. La bomba mejorada da como resultado una eficiencia y una suavidad de salida mejoradas porque la longitud de carrera de diafragma totalmente prevista se utiliza continuamente porque hay menos aire en la camara de transferencia durante el funcionamiento normal. La bomba de la presente invencion tiene una capacidad de dosificacion mejorada de aceite/aire con relacion a la camara de transferencia y al deposito, asegurando as! una calidad de aceite consistentemente alta dentro de la camara de transferencia y manteniendo as! practico el sistema hidraulico mas "rlgido", independientemente de las condiciones de entrada y salida de la bomba. La bomba de la presente invencion se autoceba y evita cualquier perdida de cebado durante el funcionamiento. Por lo tanto, la bomba de la presente invencion mejora significativamente con respecto a la bomba de diafragma convencional.

Claims (7)

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   REIVINDICACIONES

   1. Una bomba de diafragma (110) para recibir la potencia de accionamiento de un motor, comprendiendo dicha bomba:

   un alojamiento (112) que tiene una camara de bombeo (106) adaptada para contener el fluido a bombear, una camara de transferencia (44) adaptada para contener un fluido hidraulico y un deposito de fluido hidraulico;

   un diafragma (34) que tiene un lado de camara de transferencia y un lado de camara de bombeo, estando dispuesto dicho diafragma (34) entre dicha camara de bombeo (106) y dicha camara de transferencia (44) y adaptado para alternar hacia y desde dicha camara de bombeo (106);

   un piston (46) en un cilindro (120) en dicho alojamiento (112) adaptado para alternar entre una carrera de potencia y una carrera de succion, formando dicho cilindro (120) una porcion de dicha camara de transferencia (44), moviendose dicho piston (46) longitudinalmente en dicho cilindro (120) con dicho cilindro teniendo una superficie con una porcion superior cuando dicha bomba (110) se orienta de manera que dicho cilindro (120) es generalmente horizontal;

   un recorrido de comunicacion fluida para el fluido hidraulico entre dicho deposito de fluido hidraulico y dicha camara de transferencia (44) y una valvula en dicho recorrido para permitir selectivamente el flujo de fluido hidraulico desde dicho deposito de fluido hidraulico a dicha camara de transferencia (44) cuando se abre dicha valvula;

   caracterizada porque dicha valvula tiene un alojamiento de valvula (136) que incluye una acanaladura circunferencial (138) que se situa axialmente de manera que se interseca con un orificio (140) de la valvula de dicho alojamiento de la valvula (136); y

   un respiradero entre dicha camara de transferencia (44) y dicho deposito de fluido hidraulico, comprendiendo dicho respiradero una muesca longitudinal (116, 128) formada en la porcion superior (118) de la superficie de dicho cilindro (120);

   en la que el aire de dicha camara de transferencia (44) se fuerza desde ella a traves de dicho respiradero en dicha superficie de cilindro de dicho cilindro (120).
2. 2. La bomba de diafragma (110) de la reivindicacion 1 que incluye un muelle (126) que impulsa dicho diafragma (34) lejos de dicha camara de bombeo (106) con un primer extremo de dicho muelle (126) conectado con dicho diafragma (34) y un segundo extremo de dicho muelle (126) soportado por dicho piston (46) para moverse con el, teniendo dicho muelle (126) una constante de muelle obtenida a partir de

   k=Ap (Ps-Pn)/do

   donde

   Ap = area del piston,

   d0 = distancia de sobrellenado,

   Ps = presion de succion del diseno de la bomba,

   Pn = presion de funcionamiento neutral de la bomba,

   y donde la presion de succion del diseno tiene un intervalo comprendido entre 57,9 a 101,4 kPa y un intervalo de presion de funcionamiento comprendido entre cero y 27,6 kPa.
3. 3. La bomba de diafragma (110) de la reivindicacion 1, en la que dicha muesca (128) termina antes de abrirse a dicho deposito de fluido hidraulico, teniendo dicho alojamiento (112) un paso que se extiende a traves de este desde dicha muesca (116) a dicho deposito, incluyendo dicho paso una valvula de retencion (102) que controla el flujo de fluido desde el deposito hasta la muesca.
4. 4. La bomba de diafragma (110) de la reivindicacion 3, en la que dicha valvula de retencion (102) esta formada por una acanaladura (132) de junta torica y una junta torica (134) en dicha acanaladura, acabando dicho paso en dicha acanaladura (132) en un lado de dicho alojamiento (112) opuesto a dicha muesca (128).
5. 5. La bomba de diafragma (110) de la reivindicacion 1, en la que dicho piston (46) tiene un extremo y dicha muesca

   (116) acaba antes de alcanzar el extremo del piston (46) cuando el piston (46) completa enteramente la carrera de potencia.
6. 6. La bomba de diafragma (110) de la reivindicacion 1, en la que la muesca (116) tiene un area en seccion transversal perpendicular a su direccion longitudinal mayor que 0,000323 centlmetros cuadrados y menor que

   5 0,0194 centlmetros cuadrados.
7. 7. La bomba de diafragma (110) de la reivindicacion 5, en la que la muesca (116) tiene una seccion transversal rectangular perpendicular a su direccion longitudinal y una altura y una anchura ambas mayores que 0,0127 centlmetros.