ES2739073T3 - Bomba hidráulica de pistones axiales con tambor giratorio flotante - Google Patents

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Abstract

Esta bomba comprende una carcasa (1 ); un tambor (2) con unos cilindros en los que se encuentran montados unos pistones (3) que se apoyan con unos patines (32) de apoyo sobre un plato inclinado (4) fijo; y una primera y una segunda placa (5a 5b) distribuidoras de fluido con unos orificios (51, 52) que establecen alternativamente la conexión de unas primeras bocas (23) de los cilindros (22) con unas primeras entrada (11 ) y salida (12) de líquido primario y de unas segundas bocas (24) con unas segundas entrada (13) y la salida (14) de líquido secundario. La bomba comprende una primera y una segunda pletina (6a, 6b) dispuestas entre el tambor (2) y las placas distribuidoras (5a, 5b), posibilitadas de desplazamiento longitudinal y que permiten una cierta basculación del tambor, estableciendo un cierre estanco entre los extremos del tambor (2) y las placas distribuidoras (5a, 5b).

Description

DESCRIPCIÓN
Bomba hidráulica de pistones axiales con tambor giratorio flotante.
Objeto de la invención.
La presente invención se refiere a una bomba hidráulica de pistones axiales con tambor giratorio flotante; aplicable principalmente en las desalinizadoras de agua marina mediante osmosis inversa. Una bomba hidráulica de pistones axiales tal como se define en el preámbulo de la Reivindicación 1 del documento de patente US 7799221.
Estado de la técnica.
Son conocidos diversos documentos relativos a bombas de pistones axiales en los que por medio de una placa oscilante se acciona una pluralidad de pistones insertados de forma estanca y deslizables en cilindros, para un movimiento alternativo longitudinal. Algunas de las bombas de pistones axiales están descritas, por ejemplo, en los siguientes documentos de patentes: GB 1482817A (MITSHUBISHI HEAVY IND., CO. LTD.), o JP S6165080 A (HITACHI CONSTRUCTION MACHINERY).
En particular, son conocidos diversos documentos relativos a bombas de pistones axiales destinados a utilizarse en equipos, por ejemplo de desalinización de agua marina, que requieren para su funcionamiento el aporte de un líquido primario a alta presión, que es impulsado por la bomba de pistones axiales, y que retornan un líquido secundario a una presión ligeramente inferior a la de alimentación; incorporando las mencionadas bombas de pistones axiales unos medios para aprovechar la energía del líquido secundario rechazado o retornado por el equipo en cuestión.
En el caso concreto de los equipos de desalinización de agua marina mediante osmosis inversa, el líquido primario está constituido por agua marina que es suministrada a una presión elevada a las membranas de osmosis; mientras que el líquido secundario, está constituido por el agua de rechazo con alto contenido en sal suministrada por la membrana de osmosis a una presión inferior a la del líquido primario.
Algunas de las bombas de pistones axiales de este tipo se encuentran descritas por ejemplo en los documentos: US 7799221 B1 (MACHARG JOHN P); WO 2010025729 A1 (DANFOSS AS et al.) o en la solicitud PCT/ ES 2012/000279 (BOLSAPLAST S.L.) del mismo inventor de la presente invención.
Las bombas de pistones axiales con aprovechamiento energético descritas en dichos documentos comprenden de forma generalizada una carcasa en la que se encuentra alojado un tambor giratorio provisto de un eje motriz para su accionamiento mediante un motor externo, y de una pluralidad de cilindros dispuestos circularmente en torno al eje geométrico de dicho tambor y comunicados por sus extremos por unas primeras bocas de entrada y salida de líquido primario y unas segundas bocas de entrada y salida de líquido secundario; encontrándose definidas dichas primeras y segundas bocas en un primer extremo y un segundo extremo del tambor giratorio.
En los cilindros del tambor se encuentran montados axialmente unos pistones que se prolongan en unos vástagos que sobresalen por un segundo extremo del tambor y que rematan en unos patines de apoyo sobre un plato inclinado fijo, de modo que al girar el tambor dichos pistones describen alternativamente un movimiento de avance y retroceso por el interior de los cilindros.
Estas bombas comprenden una primera placa y una segunda placa distribuidora de fluido, enfrentadas a los extremos opuestos del tambor, provistas de unos orificios distribuidos convenientemente para establecer alternativamente, durante el giro del tambor, la conexión de las primeras bocas de los cilindros con la primera entrada y la primera salida de líquido primario de la carcasa; y la conexión de las segundas bocas de los cilindros con la segunda entrada y la segunda salida de líquido secundario; estableciéndose dichas conexiones de forma sincronizada con el sentido de desplazamiento de los pistones por el interior de los cilindros.
Un problema generalizado de este tipo de bombas viene determinado por la necesidad de establecer un cierre estanco entre los extremos opuestos del tambor giratorio y las correspondientes placas distribuidoras de fluido que permanecen estáticas.
Obviamente entre los extremos opuestos del tambor giratorio y las placas distribuidoras de fluido debe existir una tolerancia adecuada para permitir el giro del tambor, sin embargo la existencia de estas tolerancias se traduce en una existencia de fugas entre el tambor y las placas distribuidoras debido a que dicho tambor tiende a bascular lateralmente y a desalinearse respecto a la dirección axial debido al desplazamiento axial y en sentidos opuestos de los pistones por el interior de los cilindros.
Esta basculación o cabeceo lateral del tambor provoca que los extremos opuestos del mismo, en puntos diametralmente opuestos ejerzan una presión excesiva contra las respectivas placas distribuidoras de fluido y en los puntos diametralmente opuestos a éstos se distancien de dichas placas distribuidoras proporcionando unas zonas de fuga de líquido.
Este problema, generalizado en los antecedentes mencionados evita que este tipo de bombas axiales con recuperación de energía puedan trabajar correctamente durante un tiempo prolongado ya que se producen desgastes excesivos por fricción irregular del tambor contra las placas distribuidoras de fluido.
En este tipo de bombas de pistones axiales con recuperación de energía el líquido primario accede por la primera boca de entrada a la zona anterior de los cilindros para ser impulsado hacia la primera boca de salida durante el avance de los pistones; mientras que el líquido secundario accede por la segunda boca de entrada a la zona posterior de los cilindros y colabora en el movimiento de avance de los pistones antes de ser expulsado por la segunda boca de salida durante el retroceso de dichos pistones.
Esto determina que sobre el tambor actúen también las presiones del líquido primario y del líquido secundario provocando un desequilibrio del tambor en dirección axial.
El problema técnico que se plantea es el desarrollo de una bomba hidráulica de pistones axiales, con recuperación de energía, del tipo de las mencionadas anteriormente, pero que resuelva de una forma efectiva los problemas de los antecedentes citados.
Descripción de la invención.
La bomba hidráulica de pistones axiales con tambor giratorio flotante, objeto de esta invención, siendo del tipo de las mencionadas anteriormente presenta unas particularidades constructivas orientadas a garantizar un cierre estanco entre los extremos opuestos del tambor giratorio y las placas distribuidoras de fluido mediante la interposición entre un primer extremo del tambor y la primera placa distribuidora y entre un segundo extremo del tambor y la segunda placa distribuidora de una primera y una segunda pletina que giran conjuntamente con el tambor y que permiten un montaje flotante o con una cierta holgura del tambor giratorio tanto en dirección longitudinal como en dirección axial manteniendo dicha estanqueidad en el cierre.
Otro de los objetivos de la invención es conseguir la anulación de las componentes horizontales de las fuerzas producidas por las presiones de los líquidos primario y secundario sobre el tambor, con independencia del valor de dichas presiones.
Otro de los objetivos de la invención es conseguir el accionamiento en dirección axial de las pletinas encargadas de establecer el cierre estanco entre los extremos del tambor y las placas de distribución con la colaboración de las propias presiones de los líquidos primario y secundario.
La primera y la segunda pletina que giran conjuntamente con el tambor, y son las encargadas de establecer un cierre estanco contra las placas distribuidoras de fluido presentan unos orificios enfrentados con las primeras y las segundas bocas del tambor, y unos medios de acoplamiento adecuados para permitir un desplazamiento de la primera y la segunda pletina en dirección axial respecto al tambor y la actuación frontal de dichas pletinas contra las respectivas placas distribuidoras, estableciendo dichas pletinas un cierre estanco entre los extremos del tambor y las respectivas placas distribuidoras.
Los orificios de las pletinas están prolongados periféricamente en unos manguitos adecuados para alojarse en las primeras y segundas bocas del tambor con la interposición de unos elementos de estanqueidad; permitiendo una cierta basculación o desalineación del tambor, y para recibir, por efecto de la presión de los líquidos primario y secundario, un empuje que desplaza axialmente a dichas pletinas contra las placas distribuidoras.
Estos acoplamientos entre el tambor y las pletinas, garantiza que las pletinas se mantengan paralelas y establezcan un cierre estanco contra las placas distribuidoras aunque el tambor giratorio bascule o no se mantenga perfectamente alineado.
Dichos manguitos también son adecuados para recibir, por efecto de la presión de los líquidos primario y secundario unos empujes axiales que desplazan frontalmente la primera y la segunda pletina contra las respectivas placas distribuidoras, estableciendo dichas pletinas un cierre estanco entre los extremos opuestos del tambor y las respectivas placas distribuidoras.
Otra característica relevante de la invención consiste en que las superficies del tambor destinadas a contactar con los líquidos primario y secundario presentan una disposición y unas dimensiones adecuadas para que la resultante de las fuerzas generadas por la presión de los líquidos primario y secundario sobre el tambor tengan una componente nula en dirección axial. De este modo el tambor se mantiene equilibrado.
Según la invención comprende entre un primer extremo del tambor y la primera pletina, y entre un segundo extremo del tambor y la segunda pletina unos muelles orientados en dirección axial y adecuados para garantizar una cierta presión de dichas pletinas contra las respectivas placas distribuidoras.
Estos muelles resultan efectivos especialmente durante la fase inicial de arranque de la bomba en la que el primer líquido y el segundo líquido se encuentran sin presión.
Estos muelles también contribuyen inicialmente al centrado del tambor respecto a la primera y a la segunda pletina. Tal como se mencionaba anteriormente esta bomba también presenta unas características orientadas a conseguir un equilibrado del tabor en dirección axial evitando que las fuerzas producidas por las presiones de líquido primario y de líquido secundario sobre el tambor tiendan a desplazarlo hacia uno u otro sentido en dirección axial.
Para ello y de acuerdo con la invención las primeras bocas de entrada y salida del líquido primario se encuentran alineadas axialmente con los cilindros del tambor y presentan unos diámetros coincidentes con los de dichos cilindros para impedir que la presión del líquido primario produzca sobre el tambor una fuerza de empuje en dirección axial. Por su parte las segundas bocas de entrada y salida de líquido secundario se encuentran conectadas a los cilindros del tambor mediante unos conductos de geometría y dimensiones adecuadas para que la resultante del conjunto de fuerzas generadas por la presión del líquido secundario sobre el tambor tenga una componente nula en dirección axial.
Descripción de las figuras.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
- La figura 1 muestra una vista esquemática en alzado de un ejemplo de realización de la bomba hidráulica de pistones axiales con tambor giratorio flotante, según la invención, seccionada por un plano vertical.
- La figura 2 muestra una vista explosionada de los diferentes elementos internos de la bomba.
Realización preferida de la invención.
Como se puede observar en las figuras adjuntas la bomba comprende una carcasa (1) con una primera entrada (11) y una primera salida (12) de líquido primario, y con una segunda entrada (13) y una segunda salida (14) de líquido secundario.
En el interior de la carcasa (1) se encuentra dispuesto el tambor (2) giratorio accionable por un elemento motor (no representado) a través del eje motriz (21).
El tambor (2) dispone de una pluralidad de cilindros (22) dispuestos circularmente en torno a su eje geométrico.
Los cilindros (22) están comunicados con primera boca (23) de entrada y salida de líquido primario y con una segunda boca (24) de entrada y salida de líquido, secundario.
En los cilindros (22) se encuentran montados unos pistones (3) prolongados por uno de sus extremos en unos vástagos (31) que pasan a través de unos orificios practicados en la superficie posterior de los cilindros (22) y sobresalen del tambor (2) y rematan en respectivos patines (32) que actúan sobre un plato inclinado (4) fijo.
La bomba comprende una primera y una segunda placa distribuidora (5a, 5b) de líquido enfrentadas a los respectivos extremos del tambor (2) y provistas de unos orificios para la conexión alternativa de la primera boca (23) de los cilindros con la primera entrada (11) y la primera salida (12) de líquido primario, y la conexión alternativa de la segunda boca (24) de los cilindros (22) con la segunda entrada (13) y la segunda salida (14) de líquido secundario durante el giro del tambor (2).
El enfrentamiento de la primera boca (23) y de la segunda boca (24) con las entradas y salidas de líquido primario y de líquido secundario está sincronizada con el movimiento axial alternativo de los pistones (3), al desplazarse sobre el plato inclinado (4).
La entrada de líquido primario a baja presión, del orden de 2 bar, a uno cualquiera de los cilindros (22) se realiza durante el movimiento de retroceso del pistón (3) correspondiente; mientras que la entrada de líquido secundario al mismo cilindro se realizará durante el avance del mencionado pistón (3), contribuyendo la presión de dicho líquido secundario, junto con la acción del plato inclinado (4) a desplazar el pistón (3) hacia la zona anterior y a impulsar el líquido primario hacia la primera salida (12) de líquido primario.
Para establecer un cierre efectivo entre los extremos opuestos del tambor y las respectivas placas distribuidoras (5a, 5b), se encuentran montados entre dichos elementos una primera y una segunda pletina (6a, 6b) de cierre que giran conjuntamente con el tambor (2).
Para el paso de los líquidos primario y secundario, dichas pletinas (6a, 6b) están provistas de unos orificios prolongados por su periferia en unos manguitos (61y 62) acoplados respectivamente en las primeras bocas (23) y las segundas bocas (23) del tambor con la interposición de unos elementos de estanqueidad (7) representados por juntas tóricas,
Estos acoplamientos permiten que una cierta basculación o cabeceo del tambor (2) mientras las pletinas (6a, 6b) se mantienen paralelas a la primera y a segunda placa distribuidora (5a, 5b), ejerciendo un cierre contra las mismas debido al empuje de los líquidos primario y secundario contra los extremos de los mencionados manguitos (61 y 62) de las pletinas (6a y 6b).
Entre los extremos opuestos del tambor (2) y las pletinas (6a, 6b) de cierre se encuentran dispuestos unos muelles (8) que presionan dichas pletinas (6a, 6b) contra respectivas placas distribuidoras (5a, 5b) contribuyendo a la obtención de un cierre estanco.
Las primeras bocas (23) porque las primeras bocas de entrada y salida del líquido primario se encuentran alineadas axialmente con los cilindros (22) del tambor y presentan unos diámetros coincidentes con los de dichos cilindros (22), impidiendo que la presión del líquido primario transmita al tambor (2) una fuerza de empuje en dirección axial.
Las segundas bocas (24) de entrada y salida de líquido secundario se encuentran conectadas a los cilindros (22) correspondientes mediante respectivos conductos (25) presentando las segundas bocas (24) una sección igual a aquella superficie extrema del cilindro (22) correspondiente que se encuentra expuesta a la presión del líquido secundario, de forma que el conjunto de fuerzas generado por la presión del líquido secundario sobre el tambor tiene una componente nula en dirección axial, al igual que las generadas por la presión del líquido primario, con lo que se consigue mantener equilibrado el tambor (2) durante el funcionamiento de la bomba.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando estén en el ámbito de aplicación de las siguientes reivindicaciones.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. - Una bomba hidráulica de pistones axiales con tambor giratorio flotante; comprendiendo:
- una carcasa (1) provista de: una primera entrada (11) para la admisión de un líquido primario; una primera salida (12) para la entrega de dicho líquido primario a alta presión; una segunda entrada (13) para la admisión de un líquido secundario a una presión menor que la presión de entrega del líquido primario y una segunda salida (14) para la entrega de dicho líquido secundario;
- un tambor (2) provisto de un eje motriz (21) y de una pluralidad de cilindros (22) dispuestos circularmente en torno al eje geométrico de dicho tambor (2) y comunicados por sus extremos con unas primeras bocas (23) de entrada y salida del líquido primario y con unas segundas bocas (24) de entrada y salida de líquido secundario, encontrándose definidas dichas primeras y segundas bocas (23, 24) en un primer extremo y en un segundo extremo del tambor (2);
- unos pistones (3) montados en los respectivos cilindros (22) y que se prolongan en unos vástagos (31) que sobresalen por un extremo del tambor (2) y rematan en unos patines (32) de apoyo sobre un plato inclinado (4) fijo;
- una primera placa (5a) y una segunda placa (5b) distribuidoras de fluido, enfrentadas a los extremos opuestos del tambor (2) y provistas de unos orificios (51, 52) distribuidos convenientemente para establecer alternativamente, durante el giro del tambor (2), la conexión de las primeras bocas (23) de los cilindros (22) con la primera entrada (11) y la primera salida (12) de líquido primario de la carcasa (1) y la conexión de las segundas bocas (24) de los cilindros (22) con la segunda entrada (13) y la segunda salida (14) de líquido secundario, estableciéndose dichas conexiones de forma sincronizada con el sentido de desplazamiento de los pistones (3) por el interior de los cilindros (22); caracterizada porque:
entre un primer extremo del tambor (2) giratorio y la primera placa distribuidora (5a), y entre un segundo extremo del tambor (2) y la segunda placa distribuidora (5b), se encuentran montadas con una cierta holgura en dirección axial, una primera y una segunda pletinas (6a, 6b) que giran conjuntamente con el tambor (2); presentando dichas primera y segunda pletinas (6a, 6b) unos orificios enfrentados con las primeras y las segundas bocas (23, 24) del tambor y unos medios de acoplamiento adecuados para permitir un desplazamiento de la primera y la segunda pletina (6a, 6b) en dirección axial respecto al tambor (2) y la actuación frontal de dichas pletinas (6a. 6b) contra las respectivas placas distribuidoras (5a, 5b), estableciendo dichas pletinas (6a. 6b) un cierre estanco entre los extremos del tambor (2) y las respectivas placas distribuidoras (5a, 5b).
2. - Una bomba, según la reivindicación 1, caracterizada porque las superficies del tambor (2) destinadas a contactar con los líquidos primario y secundario presentan una disposición y unas dimensiones adecuadas para que la resultante de las fuerzas generadas por la presión de los líquidos primario y secundario sobre el tambor (2) tengan una componente nula en dirección axial.
3. - Una bomba según la reivindicación 1, caracterizada porque los orificios de las pletinas (6a, 6b) están prolongados periféricamente en unos manguitos (61, 62) adecuados para alojarse en las primeras y segundas bocas (23, 24) del tambor (2) con la interposición de unos elementos de estanqueidad (7) permitiendo una cierta basculación o desalineación del tambor; y para recibir, por acción de la presión de los líquidos primario y secundario, un empuje que desplaza axialmente a dichas pletinas(6a, 6b) contra las placas distribuidoras (5a, 5b).
4. - Una bomba, según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende entre un primer extremo del tambor (2) y la primera pletina (6a), y entre un segundo extremo del tambor (2) y la segunda pletina (6b) unos muelles (8) orientados en dirección axial, adecuados para garantizar una cierta presión de dichas pletinas (6a, 6b) contra las respectivas placas distribuidoras (5a, 5b).
5. - Una bomba, según la reivindicación 2, caracterizada porque las primeras bocas (23) del tambor (2) se encuentran alineadas axialmente con los cilindros (22) del tambor y presentan unos diámetros coincidentes con los de dichos cilindros para impedir que la presión del líquido primario produzca sobre el tambor (2) una fuerza de empuje en dirección axial.
6. - Una bomba, según la reivindicación 1, caracterizada porque las segundas bocas (24) del tambor (2) se encuentran orientadas axialmente y conectadas a los cilindros (22) mediante unos conductos intermedios (25) presentando las segundas bocas (24) una sección igual a una superficie extrema (26) del cilindro (22) correspondiente expuesta a la presión del líquido secundario, de modo que la resultante del conjunto de fuerzas generadas por la presión del líquido secundario sobre el tambor (2) tenga una componente nula en dirección axial.
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