ES2651512T3 - Aislador de caja de engranajes - Google Patents
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Abstract
Un conjunto de caja de engranajes que incluye una caja de engranajes (50), y un dispositivo (10) aislador de caja de engranajes que comprende: una vejiga (22) de ventilación situada dentro de un cartucho (24) de ventilación y conectada de manera fluídica a la caja de engranajes (50) y adaptada para almacenar y reenviar el gas procedente de la caja de engranajes, un conjunto de depósito conectado de manera fluídica a la caja de engranajes que comprende un filtro (32) desecante situado dentro de un cartucho (34) de gas de depósito, incluyendo el cartucho de gas de depósito una válvula de retención de vacío, estando el conjunto de depósito adaptado para proporcionar aire de reposición a la caja de engranajes filtrado por el filtro desecante procedente de la atmósfera, y una válvula (36) de retención de la presión conectada de manera fluídica a la caja de engranajes y adaptada para permitir que el gas procedente de la caja de engranajes se evacúe a la atmósfera cuando la vejiga de ventilación no pueda admitir aire adicional, caracterizado porque el conjunto incluye un conector en T (40) de cuatro vías que define (a) un primer paso (42) de conexión que está conectado a la vejiga (22) dentro del cartucho (24) de ventilación, (b) un segundo paso (44) de conexión que está conectado al filtro (32) dentro del cartucho (34) de depósito, (c) un tercer paso (46) de conexión que está conectado a la válvula (36) de retención de la presión y (d) un cuarto paso (48) de conexión que está conectado a la caja de engranajes (50).
Description
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DESCRIPCION
Aislador de caja de engranajes
La presente invencion se refiere a sistemas de tratamiento del aire en dispositivos que requieren una ventilacion cerrada hermeticamente y, en particular a un sistema de tratamiento del aire que ofrece un uso particular en el aislamiento de una caja de engranajes frente a la contaminacion por el aire, por ejemplo de humedad y de materia particulada que pueda contaminar la cavidad de la caja de engranajes incluyendo el lubricante dispuesto dentro de la caja de engranajes.
Las cajas de engranajes son dispositivos mecanicos disenados para transferir energfa rotacional de un dispositivo a otro, por ejemplo, un buje de turbina eolica rotatorio hasta un generador. Pueden encontrarse en una pluralidad de aplicaciones e industrias incluyendo energfa eolica, minena, fabricacion y transporte, etc. Las cajas de engranajes se calientan y enfnan proporcionalmente con la intensidad de la operacion y del entorno circundante. El gas (aire) alojado dentro del espacio cabecero de la cavidad, que es el volumen de la cavidad dispuesto por encima del nivel del aceite, debe ser capaz de expandirse y contraerse debido a la turbulencia y a estos cambios de temperatura sin crear ninguna presion o vado, respectivamente, interna apreciable. La presion o vado interna puede provocar que la caja de engranajes presente fugas mas alla de las juntas de estanqueidad de eje en ambas direcciones. Una fuga de la junta de estanqueidad provocada por un estado de vado es un asunto preocupante en cuanto ello permitira la entrada de contaminacion directamente hasta el interior del area de los cojinetes y a continuacion de la entera cavidad. Un respiradero de ventilacion se utiliza generalmente para hacer posible que la caja de engranajes aspire libremente. Como resultado de la turbulencia y de la aspiracion arrastrada de la temperatura, la caja de engranajes queda sometida a una entrada continua de contaminacion por aire a traves de un respiradero de ventilacion tfpico.
Las cajas de engranaje son tfpicamente desplegadas en areas que pueden contener numerosos contaminantes por aire. Un desecante y otros tipos de filtros son tfpicamente instalados en los orificios de los respiraderos de ventilacion como alternativa a un respiradero de ventilacion sin filtro. Los ventiladores desecantes son filtros ideales, de cajas de engranajes a corto plazo, con un rango de aspiracion completo, pero que se saturan rapidamente por la humedad ambiental en vez de por la propia aspiracion de la caja de engranajes. Como resultado de ello, en aplicaciones tfpicas abiertas al aire, los desecantes requieren una sustitucion continua para proteger la caja de engranajes. En ultimo termino, una vez que los medios desecantes son saturados no ofrecen proteccion contra los condensados de la humedad. Esto conlleva la necesidad de un mantenimiento de los filtros mas frecuente y, de no ocurrir asf, en el peor de los casos puede producirse un fallo catastrofico de la caja de engranajes. Estas reparaciones son muy costosas cuando se considera el ingreso perdido debido al tiempo de parada.
Otras soluciones incluyen unos ventiladores de vejiga. Los ventiladores de vejiga son dispositivos de aspiracion ideales de aspiracion, a largo plazo, de volumen fijo, pero tfpicamente permiten que se acumulen gradientes de presion y vado, debido al estiramiento de la vejiga, en la caja de engranajes, cuando la presion o el vado se aproxima a los lfmites de la valvula de retencion. No ofrecen proteccion en situaciones de vado perjudiciales, anormales, en cuanto estan disenados para aspirar aire de reposicion potencialmente contaminado para autocorregir el equilibrio de la presion interna y externa. Como resultado de ello, deben estar disenados con un volumen sustancial para cubrir la extension operativa completa e intentar cubrir una porcion de la extension anormal.
Un dispositivo ventilador identificado con el nombre comercial Hydroguard Select DC/HGS3-R, divulgado en el Catalogo de Productos de Control de la Contaminacion con fecha de 2006 publicado por Des-Case Corporation, puede ser utilizado para controlar los contaminantes dispuestos dentro del recinto del tipo de una caja de engranajes. Incluye una vejiga que puede almacenar gas procedente del recinto. Incluye una cantidad de gel desecante dentro de la camara de un elemento ventilador a traves de la cual es admitido aire procedente de la atmosfera. Una serie de valvulas de compensacion de la presion / vado mantienen la integridad del sistema. La Des-Case Corporation tambien ha publicado un folleto de ventas fechado en 2011 referente a unos dispositivos ventiladores identificados como Hydroguard Hybrid Breathers, que presentan un diafragma expansible dentro de un cuerpo de carcasa. El cuerpo de carcasa contiene una cantidad de gel desecante que absorbe agua del aire entrante. Es un objetivo de la invencion proporcionar un dispositivo aislador de caja de engranajes mejorado y simplificado de un conjunto de caja de engranajes. Este objetivo se consigue mediante un conjunto de caja de engranajes de acuerdo con la reivindicacion 1. Este aislador de caja de engranajes mejorado difiere de otras soluciones en cuanto protege la entera extension de aspiracion de la caja de engranajes frente a la contaminacion y, en particular, en situaciones de vado perjudiciales que puedan producirse. Lleva a cabo este resultado con un gradiente de presion cerca del cero, de manera segura y compacta, frente a una duracion considerablemente prolongada.
El conjunto de la invencion puede ser utilizado en un procedimiento de control del aire dentro de una cavidad de una caja de engranajes que comprende las etapas de:
la conexion de forma fluidica de una vejiga de ventilacion con una caja de engranajes;
la admision de gas desde la caja de engranajes para que fluya desde la caja de engranajes hasta la vejiga de
ventilacion de la caja de engranajes, la conexion de manera fluidica de un filtro desecante con la caja de
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engranajes, permitiendo que el gas procedente de la atmosfera pase a traves de una valvula de retencion de vado y a continuacion a traves del filtro desecante y a continuacion hasta la caja de engranajes para proporcionar aire de reposicion de manera selectiva a la caja de engranaje, y
la conexion de manera flmdica de una valvula de retencion de la presion con la caja de engranajes; haciendo posible que el gas procedente de la caja de engranajes se evacue a la atmosfera cuando la vejiga de ventilacion no pueda admitir aire adicional.
A continuacion se describiran con mayor detalle formas de realizacion de la invencion con referencia a los dibujos que se acompanan, en los cuales:
La FIG. 1 es una vista en perspectiva de un prototipo de un aislador de engranajes adaptado para su uso en la presente invencion.
La FIG. 2 es una vista en seccion transversal del aislador de caja de engranajes de la FIG. 2.
La FIG. 3 es una vista en detalle de una porcion de la valvula de retencion del aislador de la caja de engranajes de la FIG. 2.
La FIG. 4 es una vista en seccion transversal de la porcion de la valvula de retencion del aislador de la caja de engranajes de la FIG. 3.
La FIG. 5 es una vista en seccion transversal de las porciones del recipiente del tubo y del gas del aislador de la caja de engranajes de la FIG. 2.
La FIG. 6 es una vista en seccion transversal de las porciones del conector y del conjunto del deposito del aislador de la caja de engranajes de la FIG. 2.
La FIG. 7 es una vista en perspectiva del conjunto del deposito que incluye un recorte de una porcion del cartucho que deja ver el filtro desecante y la valvula de retencion de vado.
Con referencia a las FIGS. 1 a 7, en ella se muestran, en diversas vistas, un sistema de tratamiento del aire designado en la presente memoria como aislador 10 de caja de engranajes. El aislador de caja de engranajes comprende 10 un conjunto 20 de ventilacion que comprende una vejiga 22 de ventilacion situada en un cartucho 24 de ventilacion, un conjunto 30 de deposito que comprende un filtro 32 desecante situado en un cartucho 34 de deposito, y una valvula 36 de retencion de caja de engranajes. Un conector en T 40 de cuatro vfas presenta un primer paso 42 de conexion que conecta la vejiga 22 dentro del cartucho 24 de ventilacion, un segundo paso 44 de conexion que conecta el filtro 32 dentro del cartucho 34 de deposito, un tercer paso 46 de conexion que conecta la valvula 36 de retencion de presion y un cuarto paso 48 de conexion que esta conectado a una caja de engranajes 50. El cartucho 24 de ventilacion incluye una abertura 26 de ventilacion para permitir que el aire entre y salga del cartucho 24 para adaptar los cambios del volumen de aire dentro del cartucho debidos a la vejiga 22 de ventilacion de llenado y descarga. El cartucho 24 de deposito incluye una valvula 38 de retencion del cartucho que permite que el aire exterior penetre en el cartucho 24 de deposito cuando la caja de engranajes 50 necesite reponer aire.
La operacion del aislador 10 de caja de engranajes se describe a continuacion:
Cuando la caja de engranajes 50 se calienta, el gas procedente de la cavidad 50 de caja de engranajes se expande y fluye por el interior del aislador 10 de caja de engranajes donde fluye a traves del dispositivo en T 40 para introducirse en la vejiga 22 del cartucho 24 de ventilacion. La vejiga 22 se expande cuando el gas procedente de la caja de engranajes 50 entra en la vejiga 22 mientras que el aire situado dentro del cartucho 24 es expulsado a traves de una abertura 26.
En algunas situaciones, la caja de engranajes 50 puede calentarse de manera que el gas que abandona la caja de engranajes se situe mas alla de la capacidad de retencion de la vejiga 22 de ventilacion. En estos casos, el gas sobrante sera expulsado a traves de la valvula 36 de retencion de la caja de engranajes, para evacuar el gas a la atmosfera.
Cuando la caja de engranajes 50 se enfna, el gas dispuesto dentro de la vejiga 22 es aspirado hasta el interior de la caja de engranajes 50 y el aire procedente de la atmosfera entra en el cartucho 24 para alojar la vejiga 22 mas pequena a traves de una abertura 26 y contribuye a desinflar la vejiga 22. Si la caja de engranajes 50 se enfna hasta un punto en el que no queda gas en la vejiga 22 y se necesita un gas adicional, el conjunto 30 de deposito proporcionara un gas de reposicion. El aire que entra en el cartucho 34 de deposito a traves de la valvula 38 de retencion del cartucho y es limpiado y secado a medida que pasa a traves del filtro 32 desecante y se desplaza a traves del paso en T 40 hasta la caja de engranajes 50.
Por consiguiente, el aislador 10 de caja de engranajes proporciona un grado de seguridad adicional y una inteligencia pasiva por medio de un circuito de valvula 36, 38 de retencion tanto para la presion como para el vado que funcionan como descarga y como reposicion, respectivamente, si la caja de engranajes 10 esta en peligro de sobrepasar los lfmites permisibles operativos de la presion y el vado. La presion sobrante es simplemente evacuada
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a la atmosfera mientras que el filtro 22 desecante alojado en un recinto estanco del cartucho 34 de deposito es utilizado para eliminar todo tipo de humedad que pueda introducirse si la valvula 38 de introduccion del cartucho esta encajada para reponer volumen. El recinto 34 estanco elimina el efecto de la humedad ambiente sobre los medios desecantes, incrementando la vida util y el periodo intermedio de sustitucion.
El aislador 10 de caja de engranajes impide la entrada de los contaminantes por aire como por ejemplo, la humedad y la materia particulada dentro de una caja de engranajes 50 haciendo al tiempo posible que la caja de engranajes 50 aspire normalmente. La vejiga 22, montada externamente funciona como un pulmon para proporcionar una estanqueidad positiva respecto de la atmosfera exterior (impidiendo la contaminacion de todo tipo de aire y lfquido dentro de la caja de engranajes). La vejiga 22 hace posible que el mismo volumen de gas limpio sea intercambiado dentro y fuera de la cavidad 50 de la caja de engranajes con arreglo a las condiciones operativas normales. La vejiga 22 de ventilacion esta fabricada a partir de un material flexible y, genericamente impermeable, que se expandira facilmente hasta su estado completamente libre y, a la inversa, se contraera hasta un estado completamente aplastado. Elastomeros y Termoplasticos son materiales apropiados para la construccion de la vejiga 22 de ventilacion. En esta forma de realizacion del aislador 10 de caja de engranajes, se utiliza un material termoplastico para evitar que sea posible que la vejiga 22 de ventilacion se estire mas alla de su estado libre. Es conveniente permitir que la vejiga de ventilacion alcance completamente unos volumenes de estado libre mmimos y maximos sometidos a unas presiones muy bajas y, a continuacion, activar las valvulas 36, 38 de presion y vacfo de manera contundente. El proceso tfpico de estiramiento con elastomeros permite que se acumule un gradiente de presion no deseable cuando la presion del sistema se aproxime al umbral de la valvula 36 de retencion de la presion. Por tanto, en el uso de las vejigas 22 de ventilacion, un cartucho 24 de vejiga de ventilacion resulta necesario para eliminar la posibilidad de estiramiento, mas alla de su estado completamente libre antes de accionar las valvulas 36 de retencion. A la inversa, la rigidez en el estado libre de la vejiga de ventilacion 22 ofrece resistencia al estiramiento mas alla del estado completamente libre y permite el accionamiento de las valvulas 36, 38 de retencion sin necesidad de un recinto cerrado.
El filtro 32 desecante esta integrado en el interior del aislador 10 de caja de engranajes para eliminar la humedad y forma parte de un sistema que esta completamente cerrado a la atmosfera exterior cuando no esta en uso. Este sistema cerrado prolonga la vida util del filtro 32 desecante mas alla de las instalaciones tfpicas que se encuentran en otras soluciones (lo que conduce a un mantenimiento menos constante y unos menores costes operativos globales). Asf mismo, mediante el uso de una valvula 36, 38 de retencion de entrada y salida, el aislador 10 de caja de engranajes permite unas fluctuaciones internas de la presion que hagan posible una instalacion en una zona de recepcion mas pequena y mas versatil que en otras soluciones. Esta flexibilidad de tamano y volumen permite que el aislador 10 de caja de engranajes sea instalado en areas y aplicaciones que presenten restricciones de espacio.
Los niveles de presion y vacfo anormales pueden venir provocados por diferenciales tanto operativos como estacionales de la temperatura. Para dar respuesta a este problema, se dispone un grado de seguridad anadido y una inteligencia pasiva por medio de un circuito autocorrector de las valvulas 36, 38 de retencion tanto para la presion como para el vacfo que funcionan, respectivamente, como una descarga y una reposicion si la caja de engranajes 50 esta en peligro de sobrepasar los lfmites permisibles de los niveles de presion y de vado.El diseno de vejiga permite que sean manejados de manera pasiva las extensiones y las correcciones totales muy estrechas de vacfo - presion. Cada presion excesiva es simplemente evacuada a la atmosfera a traves de la valvula 36 de retencion de la presion. El vacfo sobrante es dirigido a traves de un filtro 32 desecante alojado en un recinto 34 hermetico y utilizado para eliminar todo tipo de humedad y contaminacion que pueda introducirse si la valvula 38 de retencion de vacfo queda encajada y se requiere un volumen de aire de reposicion. El recinto 34 hermetico elimina el efecto de deterioro de la humedad ambiente sobre los medios desecantes, incrementando tanto la vida util como el intervalo de tiempo requerido para la sustitucion.
La unidad de aislador 10 de caja de engranajes funcionara en una diversidad de emplazamientos en entornos y climas geograficos. Esta especialmente indicado para un equipamiento desplegado en entornos de gran humedad asf mismo, la unidad del aislador 10 de caja de engranajes sera disenada para operar con una diversidad de cajas de engranajes asf como de unidades de energfa hidraulica y de otros tipos de mecanismos que requieran una ventilacion estanca.
Se preven variantes adicionales con la finalidad de ofrecer unos sensores 52, 54 de control del estado como se muestra en la FIG. 1, en la que el sensor 52 esta situado dentro de la caja de engranajes y el sensor 54 esta situado por fuera de la caja de engranajes. Esto permitira que el usuario controle un conjunto de datos cnticos de rendimiento por ejemplo, pero no limitados a, la humedad, la presion, la temperatura, la vibracion, y recuento de partfculas tanto del interior como del exterior de la cavidad, cuando sean aplicables. Esto indicara que el sistema se esta llevando a cabo de manera apropiada y resultara util para determinar los regfmenes de mantenimiento asf como el servicio y las reparaciones necesarias que pudieran no haber sido detectadas.
Cuando mejore la tecnologfa de estanqueidad del eje, en cuanto este producto se aplique a las cajas de engranajes, se pueden adoptar presiones mas altas y permitir una extension mayor de la presion y del vacfo, haciendo con ello posible unas presiones de umbral mayores sobre el circuito de valvulas de retencion lo que se traduce en la capacidad de reducir el volumen de la vejiga, el tamano del sistema y la mejora de los costes.
A diferencia de otros productos de vejigas de ventilacion que tienen que ser dimensionados para un 100% del volumen de expansion, debido a que ofrecen una solucion del estado de vado anormal, el aislador 10 de caja de engranajes puede presentar un menor tamano en aplicaciones de espacios cnticos. Sin embargo, el sistema recurrira a la valvula 38 de vado y al desecante 32 mas frecuentemente, reduciendo la vida potencial del desecante 5 32, pero ofreciendo al tiempo una proteccion completa respecto de su duracion.
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Claims (8)
- 5101520253035REIVINDICACIONES1. - Un conjunto de caja de engranajes que incluye una caja de engranajes (50), y un dispositivo (10) aislador de caja de engranajes que comprende:una vejiga (22) de ventilacion situada dentro de un cartucho (24) de ventilacion y conectada de manera flmdica a la caja de engranajes (50) y adaptada para almacenar y reenviar el gas procedente de la caja de engranajes,un conjunto de deposito conectado de manera flmdica a la caja de engranajes que comprende un filtro (32) desecante situado dentro de un cartucho (34) de gas de deposito, incluyendo el cartucho de gas de deposito una valvula de retencion de vado, estando el conjunto de deposito adaptado para proporcionar aire de reposicion a la caja de engranajes filtrado por el filtro desecante procedente de la atmosfera, yuna valvula (36) de retencion de la presion conectada de manera flmdica a la caja de engranajes y adaptada para permitir que el gas procedente de la caja de engranajes se evacue a la atmosfera cuando la vejiga de ventilacion no pueda admitir aire adicional,caracterizado porque el conjunto incluye un conector en T (40) de cuatro vfas que define (a) un primer paso (42) de conexion que esta conectado a la vejiga (22) dentro del cartucho (24) de ventilacion, (b) un segundo paso (44) de conexion que esta conectado al filtro (32) dentro del cartucho (34) de deposito, (c) un tercer paso (46) de conexion que esta conectado a la valvula (36) de retencion de la presion y (d) un cuarto paso (48) de conexion que esta conectado a la caja de engranajes (50).
- 2. - El conjunto de caja de engranajes de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el conector en T (40) incluye unos tubos de extension que se extienden desde la T para formar unas vfas de paso de fluido entre la caja de engranajes (50) y la vejiga (22), el conjunto de deposito y la valvula (36) de retencion de la presion.
- 3. - El conjunto de caja de engranajes de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el cartucho (24) de gas de ventilacion incluye una abertura (26) a traves de una pared del cartucho de gas de ventilacion que permite que el aire entre y salga a traves del cartucho de ventilacion.
- 4. - El conjunto de caja de engranajes de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que la abertura (26) incorpora un filtro situado dentro de la abertura.
- 5. - El conjunto de caja de engranajes de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que el filtro es un tamiz, una esponja, o una membrana permeable.
- 6. - El conjunto de caja de engranajes de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende ademas un sensor (52) situado dentro de la caja de engranajes (50), estando el sensor adaptado para detectar al menos un elemento entre la presion, la temperatura, la humedad, la vibracion y el recuento de partfculas.
- 7. - El conjunto de caja de engranajes de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende ademas un sensor (54) situado por fuera de la caja de engranajes (50), estando el sensor adaptado para detectar al menos un elemento entre la presion, la temperatura y la humedad.
- 8. - El conjunto de caja de engranajes de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la vejiga (22) de ventilacion esta basicamente fabricada a partir de un material termoplastico.
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