ES2881760T3 - Una bomba de desplazamiento positivo de diafragma giratorio - Google Patents

Abstract

Una bomba giratoria que comprende: una carcasa (1) que define una cámara anular con puertos (12) de entrada y (11) de salida separados alrededor de la cámara, un diafragma (3) anular flexible que forma un lado de la cámara separado opuesto a una pared anular de la carcasa, el diafragma está sellado en sus bordes a la carcasa, una partición (13) se extiende a través de la cámara desde una ubicación entre los puertos de entrada y salida hasta el diafragma; en la que el diafragma (3) comprende una superficie exterior que se acopla a la pared anular de la carcasa, y una superficie interior opuesta a la primera superficie, en la que la superficie exterior está configurada para presionarse progresivamente contra la pared opuesta de la carcasa, mediante un medio (7) giratorio, para forzar la entrada de fluido en el puerto de entrada en un lado de la partición alrededor de la cámara y expulsarlo por el puerto de salida en el otro lado de la partición; un anillo (4) de refuerzo que rodea los medios giratorios y conectado a una región central del diafragma, en el que el anillo de refuerzo comprende una porción (30) embebida incorporada en una porción interior de la región central del diafragma (3), y una porción (31) de soporte que se proyecta radialmente hacia adentro desde el diafragma y axialmente más allá de la porción embebida, la porción (31) de soporte tiene una superficie (35) que se orienta radialmente hacia afuera la cual orienta y sostiene la superficie interna del diafragma adyacente al anillo (4) de refuerzo durante el funcionamiento de la bomba giratoria, caracterizado porque el diafragma (3) no está unido a la superficie (35) que se orienta radialmente hacia fuera de la porción (31) de soporte, y porque la porción (30) embebida está unida a la porción interior de la región central del diafragma.

Description

DESCRIPCIÓN

Una bomba de desplazamiento positivo de diafragma giratorio

La presente invención se refiere a una bomba de desplazamiento positivo de diafragma giratorio.

Una bomba de este tipo se divulga en nuestro propio documento EP0819853 anterior.

Dicha bomba giratoria comprende una carcasa que define una cámara anular con puertos de entrada y salida separados alrededor de la cámara, un diafragma anular flexible forma un lado de la cámara separado opuesto a una pared anular de la carcasa, estando el diafragma sellado en su borde a la carcasa, una partición que se extiende a través de la cámara desde una ubicación entre los puertos de entrada y salida hasta el diafragma; en el que el diafragma está configurado para presionarse progresivamente contra la pared opuesta de la carcasa para forzar el fluido aspirado en el puerto de entrada en un lado de la partición alrededor de la cámara y expulsarlo en el puerto de salida en el otro lado de la partición.

En el documento EP0819853, agregamos un anillo de refuerzo al diafragma para agregar rigidez a una porción central del diafragma para que pueda hacer frente a cargas más altas y prolongar la vida útil de la bomba.

La bomba ha tenido éxito comercialmente para aplicaciones tales como análisis médicos y dispensación de agua. Todas estas aplicaciones se realizan a una presión relativamente baja (normalmente por debajo de 200 KPa, pero más normalmente por debajo de 100 KPa). Sin embargo, a presiones más altas, el diseño actual de la bomba tiene una vida útil más limitada.

La presente invención está dirigida a una versión modificada de la bomba para permitirle operar de manera más confiable a presiones más altas durante un período de tiempo más largo.

Los documentos US2017/114692 y DE202015103751U divulgan una bomba de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

De acuerdo con la presente invención, una bomba de este tipo se caracteriza por los rasgos característicos de la reivindicación 1.

La presencia de la porción de soporte con una superficie que se orienta radialmente hacia afuera que se orienta y soporta la superficie interna del diafragma proporciona un soporte mejorado para el diafragma, particularmente cuando el diafragma está en su posición radialmente más interna de manera que la extrusión hacia adentro del diafragma en esta región de apoyo se evita mediante la porción de soporte.

Debido a que el diafragma no está unido a la superficie que se orienta radialmente hacia afuera de la porción de soporte, el diafragma puede moverse con respecto a la superficie que se orienta radialmente hacia afuera de la porción de soporte.

Además, debido a que la porción embebida está unida a la porción interior de la región central del diafragma, esto mejora la resistencia de la conexión entre la porción embebida y el diafragma.

La configuración de la bomba giratoria es preferiblemente tal que el diafragma no gira con respecto a la carcasa. Esta porción de soporte se puede utilizar tanto si la bomba está provista de un rodamiento giratorio como si no. Sin embargo, preferiblemente, se proporciona un rodamiento giratorio entre los medios giratorios y el anillo de refuerzo. En este caso, la cara interior del anillo de refuerzo encaja preferiblemente en toda la cara del rodamiento exterior. Esto proporciona un soporte más robusto para el rodamiento en comparación con el documento EP0819853 en el que el rodamiento está parcialmente en contacto con el diafragma. Más preferiblemente, la cara interior del anillo de refuerzo que se orienta al rodamiento es más larga en la dirección del eje de rotación que la cara exterior del rodamiento. De nuevo, esto proporciona un anillo de refuerzo más robusto en comparación con el documento EP0819853 que tiene una porción estrecha adyacente al rodamiento que es más propensa a fallar con el tiempo.

Se describirá ahora un ejemplo de una bomba de acuerdo con la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

• La figura 1 es una sección transversal de la bomba en un plano perpendicular al eje de rotación que pasa a través de los puertos de entrada y salida;

• La figura 2 es una porción ampliada de la figura 1 que muestra la región adyacente al puerto de salida;

• La figura 3 es una sección transversal en un plano axial mostrado como III - III en la figura 1 que incluye la línea de contacto entre el diafragma y la carcasa;

• La figura 4 muestra un detalle de la región inferior izquierda de la figura 3;

• La figura 5 es una vista lateral del diafragma; y

• La figura 6 es una vista en perspectiva despiezada del diafragma.

Como se muestra en las Figuras 1 y 3, una porción tubular de una carcasa 1 rígida tiene una ranura 2 anular que corre alrededor de la superficie interior, que actúa como la cámara de la bomba. En su estado relajado, un diafragma 3 flexible se encuentra dentro de la pared de la carcasa dejando la ranura libre para contener el fluido bombeado. Un anillo 4 de refuerzo rígido está moldeado en el diafragma y este anillo está en todo momento en contacto íntimo con una superficie exterior de un rodamiento 5 montado a través de un acoplamiento 6 excéntrico a un árbol 7 que se extiende a través y está montado en la carcasa en rodamientos (no mostrado). El árbol 7 está montado concéntricamente con la ranura anular pero excéntricamente con respecto al eje 8 de la carcasa 1 y es accionado por un motor (no mostrado). Si el anillo de refuerzo no estuviera presente, el diafragma se estiraría y el rendimiento se reduciría de manera similar a la que se experimenta con las bombas peristálticas, cuando el tubo colapsa al vacío.

A medida que gira el árbol 7 de transmisión, el rodamiento 5, el anillo 4 de refuerzo y la porción central del diafragma 3 orbitan todos juntos dentro de la carcasa. Los dos extremos del diafragma 3 se sujetan a la carcasa 1 mediante las tapas 9 de los extremos, lo que proporciona un sellado eficaz y estático a la atmósfera. A medida que la porción central del diafragma 3 orbita alrededor del interior de la ranura 2, existe una línea 10 de contacto entre el diafragma y la ranura que proporciona un tope que empuja el fluido hacia el puerto 11 de salida y simultáneamente aspira el fluido a través del puerto 12 de entrada. La bomba proporciona así ciclos de presión y succión en la salida y la entrada, respectivamente, que son simétricos y que varían sinusoidalmente. Dado que el diafragma no gira con respecto a la carcasa, existe una mínima acción de deslizamiento entre ellos y, por lo tanto, casi ningún desgaste.

En la Figura 1, puede verse que otra característica de la moldura de diafragma es una partición 13 elástica que evita la comunicación entre los puertos 11 de salida y 12 de entrada. Este se coloca entre las paredes 14, 15 que descienden hacia abajo que forman porción de la carcasa. Dado que la partición es elástica, se adapta al movimiento alternativo del diafragma mientras mantiene un sello de presión estática entre ambos puertos y la atmósfera. De esta manera, todas las funciones de sellado compatibles requeridas por la bomba son proporcionadas por la moldura de diafragma y dado que ninguno de estos son sellos deslizantes, no están sujetos a un desgaste significativo.

La descripción anterior se aplica igualmente a la bomba de la técnica anterior del documento EP0189853. A continuación, se describirán las modificaciones de la presente bomba.

Las tapas 9 de los extremos se muestran mejor en la figura 4. Estos tienen un primer extremo 20 en la cara más externa de la tapa de extremo y un segundo extremo 21 en la cara más interna opuesta. En el primer extremo 20 hay una brida 22 que se extiende radialmente hacia afuera que sujeta el diafragma 3 a la carcasa 1 con la cooperación de una brida 23 anular en la carcasa 1. A continuación, la brida 22 se fija a la carcasa 1 para mantenerla en su lugar.

La tapa 9 de extremo tiene una cara 24 exterior ahusada que se estrecha hacia dentro alejándose del primer extremo 20. Esta cara 24 exterior soporta el diafragma 3 cuando el diafragma está en su posición radialmente más interior como se muestra en el lado derecho de la figura 3.

En la porción radialmente más interior del segundo extremo 21 hay una saliente 25 anular. La presencia de esta saliente 25 forma un rebajo 26 que proporciona una reducción escalonada en el diámetro exterior de la tapa 9 de extremo en la región adyacente al segundo extremo 21. Como puede verse en la figura 4, el segundo extremo 21 está separado del rodamiento 5 en una cantidad muy pequeña creando un primer espacio 27 axial, en este caso menos de 0.4 mm y preferiblemente 0.25 mm. Un segundo espacio 28 axial está presente entre el rebaje 26 y el anillo 4 de refuerzo. De nuevo, este es menos de 0.4 mm y preferiblemente 0.25 mm.

Como resultará evidente en la figura 4, la tapa 9 de extremo está ubicada enganchando la brida 22 contra el diafragma 3 flexible. En vista del espacio muy pequeño mencionado anteriormente, la brida 22 no puede sobrecomprimir el diafragma 3 de otra manera. la tapa 9 de extremo apoyará contra el anillo 4 de refuerzo y el rodamiento 5. Esto asegura que la tapa 9 de extremo en cualquier extremo del conjunto se pueda insertar de manera consistente ya que ambas tapas de extremo comprimirán el diafragma 3 en la misma cantidad limitada.

La naturaleza pequeña del segundo espacio 28 también asegura que solo haya una región muy pequeña del diafragma 3 compresible que permanece sin soporte cuando el diafragma 3 se presiona contra la tapa 9 del extremo (como se muestra en el lado derecho de la Fig. 3). En esta posición, la cara exterior opuesta del diafragma está recibiendo toda la presión dentro de la cámara de la bomba y esto tendería a extruir el material del diafragma en cualquier región no soportada del lado opuesto. La naturaleza muy pequeña de este espacio 28 limita significativamente el potencial de extrusión del diafragma 3 incluso cuando se aumenta la presión en la cámara de la bomba.

El anillo 4 de refuerzo tiene una forma modificada como se muestra mejor en las Figs. 3 y 4.

Este comprende una porción 30 embebida que forma la porción radialmente más exterior del anillo 4 y una porción 31 de soporte que forma la porción radialmente más interior del anillo 4. La porción 30 embebida tiene una configuración crenulada en este caso que consta de cuatro aristas anulares que, en sección transversal, tienen una configuración curva que carece de esquinas afiladas. Esto es para evitar cualquier concentración de tensión en el anillo 4. Estas crenulaciones están diseñadas para proporcionar una gran área de superficie dentro de una región axial relativamente limitada. El diafragma 3 se forma como un sobremolde en el anillo 4 y la presencia de las crenulaciones maximiza el área superficial para la unión entre los dos. El número relativamente grande de anillos 32 combinado con sus secciones transversales generalmente curvadas distribuye eficazmente la transmisión de carga entre los dos componentes evitando así la delaminación de los dos componentes incluso bajo cargas relativamente altas.

La porción 31 de soporte del anillo 4 se extiende axialmente más allá de las crenulaciones 32 formando porciones de soporte del diafragma 34. Éstas tienen una superficie 35 que se orienta radialmente hacia afuera que se orienta directamente a una cara interna del diafragma 3. El diafragma 3 no está unido a la cara 35. Sin embargo, en la posición en la que el diafragma 3 está más alejado de la carcasa 1, el diafragma está soportado en esta zona por la cara 35.

Esta característica proporciona soporte para el diafragma en un momento en el que se encuentra bajo una presión hacia adentro relativamente alta debido a la presión dentro de la cámara de la bomba. Al igual que con el espacio 28 mencionado anteriormente, este soporte evita la extrusión del material del diafragma en esta posición estresada.

Como se muestra en las Figs. 1, 2 y 6, la cara exterior del diafragma 3 está provista de un canal 40 extendido axialmente a través de una porción sustancial del diafragma en la vecindad de la salida. Se proporciona un canal 41 similar en la entrada. El canal 40 tiene en cada caso un primer borde 42 adyacente a la partición 13 y un segundo borde 43 opuesto al primer borde. Los canales 40, 41 están alineados con un conducto 44 de salida y un conducto 45 de entrada respectivos que conducen al puerto 11 de salida y desde el puerto 12 de entrada, respectivamente.

En ausencia de estos canales 40, 41 cuando el diafragma 3 está en la posición más alta, es posible que mientras esté bajo alta presión, el material del diafragma se extruya en el puerto hasta un grado limitado, causando así daños al diafragma con el tiempo. La presencia de los canales 40, 41 reduce o elimina este efecto. Sin embargo, el canal termina en el borde 43 que está adyacente al borde del conducto 44 de modo que todo el espesor del diafragma está disponible inmediatamente después del borde 43. Esto significa que el diafragma puede encajar completamente con la carcasa 1 cuando el diafragma alcanza la parte superior de su recorrido asegurando así que el punto 10 de contacto se mantiene hasta el conducto 44 de salida para expulsar el líquido. Se proporciona una geometría similar para el conducto 45 de entrada.

Los miembros 50 de refuerzo se muestran mejor en las Figs. 2, 5 y 6. Aunque en la figura 6 se muestran dos de tales miembros 50 de refuerzo, en la práctica sólo es necesario que uno de ellos esté presente. Esto dependería de la dirección en la que se cargue la partición 13 en uso.

El miembro 50 de refuerzo comprende un marco de material que es más duro que el material e la partición y, por lo tanto, más resistente a la deflexión bajo presión. Este está conformado para encajar en un rebaje 51 poco profundo en el lado de la partición. Preferiblemente es un ajuste a presión, pero puede estar adherido de manera más segura si la aplicación lo requiere. Como se muestra mejor en la Figura 6, la geometría del miembro 50 de refuerzo es tal que puede considerarse como una placa de refuerzo, cuyo espesor es mucho menor que su longitud/anchura.

Con referencia a la figura 2, cuando el diafragma orbita para bombear el fluido alrededor de la cámara, la partición 13 se desvía hasta cierto punto para adaptarse a este movimiento orbital. Además, la presión del fluido en la entrada 12 o la salida 11 también actuará para desviar la partición. Bajo cargas de presión más altas, esto puede hacer que el material más blando del diafragma entre en contacto con las paredes 14, 15 desgastando así el material 3 del diafragma, particularmente en el borde inferior de las paredes 14, 15 que pueden clavarse en el material del diafragma.

Como puede verse en la figura 2, el miembro 50 de refuerzo está posicionado cerca del borde inferior de las paredes 14, 15 de manera que cualquier contacto será entre dos superficies más duras protegiendo así el material del diafragma del desgaste.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Una bomba giratoria que comprende:

una carcasa (1) que define una cámara anular con puertos (12) de entrada y (11) de salida separados alrededor de la cámara, un diafragma (3) anular flexible que forma un lado de la cámara separado opuesto a una pared anular de la carcasa, el diafragma está sellado en sus bordes a la carcasa, una partición (13) se extiende a través de la cámara desde una ubicación entre los puertos de entrada y salida hasta el diafragma;

en la que el diafragma (3) comprende una superficie exterior que se acopla a la pared anular de la carcasa, y una superficie interior opuesta a la primera superficie, en la que la superficie exterior está configurada para presionarse progresivamente contra la pared opuesta de la carcasa, mediante un medio (7) giratorio, para forzar la entrada de fluido en el puerto de entrada en un lado de la partición alrededor de la cámara y expulsarlo por el puerto de salida en el otro lado de la partición;

un anillo (4) de refuerzo que rodea los medios giratorios y conectado a una región central del diafragma, en el que el anillo de refuerzo comprende una porción (30) embebida incorporada en una porción interior de la región central del diafragma (3), y una porción (31) de soporte que se proyecta radialmente hacia adentro desde el diafragma y axialmente más allá de la porción embebida, la porción (31) de soporte tiene una superficie (35) que se orienta radialmente hacia afuera la cual orienta y sostiene la superficie interna del diafragma adyacente al anillo (4) de refuerzo durante el funcionamiento de la bomba giratoria, caracterizado porque el diafragma (3) no está unido a la superficie (35) que se orienta radialmente hacia fuera de la porción (31) de soporte, y

porque la porción (30) embebida está unida a la porción interior de la región central del diafragma.

2. Una bomba de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un rodamiento (5) giratorio entre los medios giratorios y el anillo de refuerzo.

3. Una bomba de acuerdo con la reivindicación 2, en la que la cara interior del anillo (4) de refuerzo encaja en toda la cara exterior del rodamiento (5).

4. Bomba de acuerdo con la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en la que la cara interior del anillo (4) de refuerzo que se orienta al rodamiento es más larga en la dirección del eje de rotación que la cara exterior del rodamiento.