ES2912553T3 - Conjunto de bomba de molde - Google Patents

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Abstract

Un conjunto de bomba de metal fundido (10) para llenar un molde con metal fundido (12) compuesto de aluminio, donde el conjunto de bomba comprende (10): un eje alargado (16) que conecta un motor (14) a un impulsor (22), donde el impulsor (22) está alojado dentro de una cámara (18) de un miembro base (20) de tal manera que la rotación del impulsor (22) atrae metal líquido al interior de la cámara (18) en una entrada (48) y fuerza el metal fundido a través de una salida de la cámara, el impulsor (22) incluye un primer borde radial (32) separado de un segundo borde radial (34) de tal manera que el primer el borde radial (32) está próximo al eje alargado (16) y un conjunto de cojinetes (35) que rodea el impulsor (22) dentro de la cámara (18), donde el conjunto de cojinetes (35) incluye: un primer anillo de cojinete (36) adaptado para soportar la rotación del impulsor (22) en el primer borde radial (32); un segundo anillo de cojinete (38) adaptado para soportar la rotación del impulsor (22) en el segundo borde radial (34); caracterizado porque al menos un espacio de derivación (60) a un entorno circundante interpuesto entre una parte de uno de los anillos de cojinete primero y segundo y los bordes radiales primero y segundo asociados (32, 34), donde el espacio de derivación (60) comprende un ancho entre el segundo anillo de cojinete (38) y el segundo borde radial asociado (34) del impulsor que es al menos aproximadamente 1,25 veces mayor en ancho que un espacio de lubricación (62) entre el primer el anillo de cojinete (36) y el primer borde radial (32) del impulsor, siendo operativo el espacio de derivación (60) para manipular la velocidad de flujo y la presión de descarga del metal fundido.

Description

DESCRIPCIÓN
Conjunto de bomba de molde
Antecedentes
La presente realización se refiere a un conjunto de bomba para bombear metal fundido, que encuentra una aplicación particular junto con un conjunto de eje e impulsor para bombas de presión variable para llenar moldes con metal fundido y se describirá con referencia particular al mismo.
En ocasiones, es necesario mover metales en su forma líquida o fundida. Las bombas de metal fundido se utilizan para transferir o recircular metal fundido a través de un sistema de tuberías o dentro de un recipiente de almacenamiento. Estas bombas generalmente incluyen un motor soportado por un miembro de base que tiene un eje alargado giratorio que se extiende dentro de un cuerpo de metal fundido para hacer girar un impulsor. El elemento de base está sumergido en el metal fundido e incluye una carcasa o cámara de bomba que tiene el impulsor ubicado en su interior. El motor está soportado por una plataforma que está unida rígidamente a una pluralidad de postes estructurales o un tubo de soporte central que está unido al miembro base. La pluralidad de postes estructurales y el eje alargado giratorio se extienden desde el motor hasta la cámara de la bomba, sumergidos en el metal fundido dentro del cual gira el impulsor. La rotación del impulsor provoca un flujo dirigido de metal fundido.
El impulsor está montado dentro de la cámara en el miembro base y está soportado por anillos de cojinete para actuar como una superficie resistente al desgaste y permitir una rotación suave en el mismo. Además, se puede proporcionar una superficie de apoyo radial en el eje o impulsor alargado para evitar una vibración excesiva del conjunto de bomba que podría conducir a la ineficiencia o incluso a la falla de los componentes de la bomba. Estas bombas se han denominado tradicionalmente bombas centrífugas.
Aunque las bombas centrífugas funcionan para bombear metal fundido de manera satisfactoria, nunca han sido aceptadas como un medio para llenar moldes de metal fundido. Más bien, esta tarea se ha dejado en manos de bombas electromagnéticas, hornos presurizados y vaciado. Las bombas centrífugas que se conocen de manera general controlan la velocidad de flujo y la presión del metal fundido modulando la velocidad de rotación del impulsor. Sin embargo, este mecanismo de control experimenta un control errático de la velocidad de flujo y la presión del metal fundido cuando intenta transferir metal fundido a un molde tal como un molde de forma. El control errático del flujo de metal fundido en el molde de forma prevalece especialmente cuando se intenta llenar un molde de forma para una herramienta o pieza de forma complicada o intrincada. El documento US 4457 866 A se dirige a una bomba de circuito principal instalada en la fase caliente de un reactor reproductor rápido enfriado con sodio. El sistema descrito es un sistema cerrado para enfriar un reactor reproductor rápido donde ni la boquilla de suministro ni la boquilla de rebose conducen a un entorno externo. En el documento US 2010/0266396 A1 se describe una bomba de transferencia para bombear metal fundido que tiene un tubo ascendente con un casquillo reutilizable. La bomba puede levantar el impulsor para lograr múltiples funciones de transferencia o descarga. Cuando el impulsor se eleva para dirigir el metal fundido desde una cámara de bombeo superior a un tubo ascendente, el dispositivo que se muestra en el documento US 2010/0266396 A1 utiliza pares de anillos de cojinete que sellan los bordes superior e inferior de una cámara de bombeo activa.
Breve descripción
En una realización, la presente descripción se refiere a un conjunto de bomba de metal fundido para llenar moldes con metal fundido compuesto de aluminio. El conjunto de bomba comprende un eje alargado que conecta un motor a un impulsor. El impulsor está alojado dentro de una cámara de bomba de un elemento de base de manera que la rotación del impulsor atrae metal fundido hacia la cámara en una entrada y fuerza el metal fundido a través de una salida de la cámara. El impulsor incluye un primer borde radial separado de un segundo borde radial de manera que el primer borde radial sea adyacente al eje alargado. Un conjunto de cojinetes rodea el impulsor dentro de la cámara, el conjunto de cojinetes incluye un primer cojinete adaptado para soportar la rotación del impulsor en el primer borde radial y un segundo cojinete adaptado para soportar la rotación del impulsor en el segundo borde radial. Al menos un espacio de derivación a un entorno circundante se interpone entre uno de los cojinetes primero y segundo y los bordes radiales primero y segundo asociados. El espacio de derivación comprende un ancho entre el segundo anillo de cojinete y el segundo borde radial asociado del impulsor que es al menos aproximadamente 1,25 veces mayor en ancho que un espacio de lubricación entre el primer anillo de cojinete y el primer borde radial del impulsor. El espacio de derivación es operativo para manipular una velocidad de flujo y una presión de descarga del metal
fundido. El metal fundido se escapa de la cámara a través del espacio de derivación a una velocidad predeterminada a medida que gira el impulsor de manera que se logra un control preciso de la velocidad del flujo.
Breve descripción de los dibujos
La FIGURA 1 es una vista frontal de un conjunto de bomba de metal fundido de la técnica anterior.
La FIGURA 2 es una vista en sección transversal de una parte del conjunto de bomba de metal fundido, donde la parte incluye un eje alargado unido a un impulsor dentro de una cámara de un elemento de base.
La FIGURA 3 es una vista en perspectiva del eje alargado y el impulsor.
La FIGURA 4 es una vista de extremo del impulsor.
La FIGURA 5 es una vista frontal del eje alargado.
La FIGURA 6 es una vista en sección transversal del elemento de base.
La FIGURA 7 es una vista en sección transversal explosionada del eje alargado unido al impulsor dentro de la cámara del miembro base ilustrado en la FIGURA 2.
La FIGURA 8 es un gráfico que no forma parte de la invención reivindicada que indica la relación entre la presión del metal fundido en una salida y la velocidad de flujo de metal fundido en relación con las rotaciones por minuto (RPM) del impulsor del conjunto de bomba.
La FIGURA 9 es un gráfico que no forma parte de la invención reivindicada que indica una relación ejemplar entre las RPM y el tiempo en relación con un perfil de llenado de molde programable.
La FIGURA 10 es un gráfico de un perfil de llenado de molde programable ejemplar asociado con un molde complejo, que no forma parte de la invención reivindicada.
Descripción detallada
Se apreciará que los dibujos no están a escala y que partes de ciertos elementos pueden estar exageradas para fines de claridad y facilidad de ilustración.
Con referencia a la FIGURA 1, se muestra un ejemplo de un conjunto de bomba de metal fundido 10 sumergido en un baño de metal fundido 12. El metal fundido 12, como el aluminio, se puede ubicar dentro de un horno o tanque (no mostrado). El conjunto de bomba de metal fundido 10 incluye un motor 14 conectado a un eje alargado 16 a través del acoplamiento 17. El motor está adaptado para funcionar a velocidad variable mediante un controlador programable 19, como un ordenador u otro procesador. El eje alargado 16 está conectado a un impulsor 22 ubicado en la cámara 18 de un miembro de base 20. El miembro de base 20 está suspendido por una pluralidad de postes refractarios 24 unidos a un soporte de motor 26. También podría emplearse una forma alternativa de poste donde una varilla de acero rodeada por una funda refractaria se extiende entre el soporte del motor y el elemento de base 20.
El eje alargado 16 se gira por el motor 14 y se extiende desde el motor 14 y dentro de la cámara de la bomba 18 sumergida en el metal fundido 12 dentro del cual gira el impulsor 22. La rotación del impulsor 22 en el mismo provoca un flujo dirigido de metal fundido 12 a través de un conducto de suministro de metal asociado (no mostrado), tal como un tubo ascendente adaptado para el flujo de metal fluido. El tubo ascendente para el sistema de conductos de suministro de metal está conectado a la salida de la cámara de la bomba 18 que normalmente está junto a una pared lateral o pared superior del miembro de base. Estos tipos de bombas a menudo se denominan bombas de transferencia. Un ejemplo de una bomba de transferencia adecuada se muestra en la patente estadounidense 5.947.705, cuya descripción se incorpora a la presente como referencia.
Con referencia a las FIGURAS 2 a 6, se ilustran elementos del conjunto de bomba de metal fundido 10 de la presente descripción. Más particularmente, el eje alargado 16 tiene una forma cilíndrica que tiene un eje de rotación que es generalmente perpendicular al miembro base 20. El eje alargado tiene un extremo proximal 28 que está adaptado para acoplarse al motor 14 mediante el acoplamiento 17 y un extremo distal 30 que está conectado al impulsor 22. El impulsor 22 está posicionado de forma giratoria dentro de la cámara de la bomba 18 de manera que la operación del motor 14 gira el eje alargado 16, el cual gira el impulsor 22 dentro de la cámara de la bomba 18.
El miembro de base 20 define la cámara de bomba 18 que recibe el impulsor 22. El miembro de base 20 está configurado para recibir estructuralmente los postes refractarios 24 (opcionalmente compuestos por una varilla de metal alargada dentro de una cubierta refractaria protectora) dentro de los pasajes 31. Cada pasaje 31 está adaptado para recibir el componente de varilla de metal del poste refractario 24 para sujetarlo rígidamente a un soporte de motor 26. El soporte de motor 26 soporta el motor 14 sobre el metal fundido 12.
En un ejemplo, el impulsor 22 está configurado con un primer borde radial 32 que está separado axialmente de un segundo borde radial 34. Los bordes radiales primero y segundo 32, 34 están ubicados periféricamente alrededor de la circunferencia del impulsor 22. La cámara de bomba 18 incluye un conjunto de cojinete 35 que tiene un primer anillo de cojinete 36 separado axialmente de un segundo anillo de cojinete 38. El primer borde radial 32 está alineado facialmente con el primer anillo de cojinete 36 y el segundo borde radial 34 está alineado facialmente con el segundo anillo de cojinete 38. Los anillos de cojinete están hechos de un material, como el carburo de silicio, que tiene propiedades de cojinete de fricción a altas temperaturas para evitar fallas cíclicas debido a las altas fuerzas de fricción. Los cojinetes están adaptados para soportar la rotación del impulsor 22 dentro del miembro de base, de tal manera que se evita que el conjunto de bomba 10 vibre al menos sustancialmente. De manera similar, los bordes radiales del impulsor pueden estar compuestos de un material tal como carburo de silicio. Por ejemplo, los bordes radiales del impulsor 22 pueden estar compuestos por un anillo de cojinete de carburo de silicio.
En un ejemplo, el impulsor 22 incluye una primera circunferencia periférica 42 separada axialmente de una segunda circunferencia periférica 44. El eje alargado 16 está unido al impulsor 22 en la primera circunferencia periférica 42. La segunda circunferencia periférica 44 está separada frente a la primera circunferencia periférica 44 y alineado con una porción inferior 46 del miembro base 20. El primer borde radial 32 es adyacente a la primera circunferencia periférica 42 y el segundo borde radial 34 es adyacente a la segunda circunferencia periférica 44.
En un ejemplo, se proporciona una entrada inferior 48 en la segunda circunferencia periférica 44. Más particularmente, la entrada comprende el anillo de un impulsor 22 de tipo jaula. Por supuesto, la entrada puede estar formada por álabes, orificios, ánulos («jaula») u otros conjuntos conocidos en la técnica. Se observa que también se puede usar un conjunto de bomba de alimentación superior o una combinación de conjunto de bomba de alimentación superior e inferior.
Como será evidente a partir de la siguiente discusión, un impulsor perforado o de jaula de puede ser ventajoso porque incluye un borde radial definido que permite crear una tolerancia diseñada (o espacio de derivación) con la cámara de bomba 18. En la patente de los e E. UU. 6,464,458, se proporciona un ejemplo de un impulsor perforado, cuya descripción se incorpora a la presente como referencia.
La rotación del impulsor 22 atrae el metal fundido 12 hacia la entrada 48 y hacia la cámara 18 de tal manera que la rotación continua del impulsor 22 hace que el metal fundido 12 sea forzado fuera de la cámara de la bomba 18 hacia una salida 50 del miembro base 20.
Con referencia a la FIGURA 6, el conjunto de cojinete 35 incluye un adaptador de cojinete de anillo base 52 que está configurado para conectar el segundo anillo de cojinete 38 a la porción inferior 46 del miembro base 20. El adaptador de cojinete de anillo base 52 incluye una porción de brida radial 54 que está unida rígidamente a un cuerpo de disco 56 y funciona para soportar anillos de cojinete de varios tamaños a lo largo de la parte inferior 46 del miembro de base 20. La parte de brida radial 54 está adyacente a la cámara de bomba 18 y generalmente es perpendicular al cuerpo de disco 56.
La FIGURA 7 ilustra el impulsor 22 ubicado dentro del elemento de base 20. Se mantiene una estrecha tolerancia entre el borde radial 32 del impulsor 22 y el primer anillo de cojinete 36 para brindar soporte rotacional y estructural al impulsor 22 dentro de la cámara 18. El adaptador de cojinete de anillo base 52 es generalmente circular y está configurado para recibir el segundo anillo de cojinete 38. El adaptador de cojinete de anillo base 52 y los anillos de cojinete de diferentes tamaños pueden proporcionarse en el miembro de base para interactuar con el impulsor 22 de manera que un espacio de derivación 60 de un tamaño deseado se proporcione entre el anillo de cojinete 38 y el borde radial 34 del impulsor 22. Opcionalmente, se contempla que el espacio de derivación 60 pueda proporcionarse entre el primer borde radial 32 y el primer anillo de cojinete 36.
En un ejemplo, el espacio de derivación 60 está interpuesto entre una porción del segundo anillo de cojinete 38 y el segundo borde radial 34. Por ejemplo, el espacio de derivación 60 es un espacio radial interpuesto entre al menos una porción del segundo cojinete 38 y el segundo borde radial 34 del impulsor 22. El espacio radial tiene una tolerancia diseñada que se puede variar para permitir una tasa de fuga predeterminada del metal fundido 12.
A este respecto, se observa que existe un espacio de lubricación 62 entre el borde radial 32 del impulsor 22 y el anillo de cojinete 36 dispuesto dentro de la base 20. El espacio de lubricación 62 es un espacio provisto dentro del cual se retiene el metal fundido. para proporcionar un límite de baja fricción. El intervalo de lubricación 62 puede variar en función de los componentes de la aleación pertinente. El espacio de derivación tiene un ancho (es decir, una distancia entre el impulsor y la base) de al menos aproximadamente 1,25 veces el espacio de lubricación.
También se observa que se puede emplear un ancho de espacio discontinuo donde las regiones de tolerancia relativamente estrechas se intercalan con regiones de ancho de espacio de derivación relativamente grandes.
Por ejemplo, el espacio de derivación 60 puede ser una pluralidad de postes o dientes segmentados removibles que se colocan radialmente alrededor del perímetro del impulsor 22 de manera que una pluralidad de dientes mantenga el contacto con el anillo de cojinete 38 durante la rotación del impulsor 22 mientras que los espacios radiales interpuestos entre los dientes están configurados para permitir la fuga del metal fundido 12 a una velocidad predeterminada. En otro ejemplo, el espacio de derivación 60 puede estar provisto de una pluralidad de aberturas ubicadas a través de la primera circunferencia periférica 42 del impulsor para permitir 22 la comunicación fluida con la cámara 18 y un entorno fuera del miembro de base. Además, se contempla que también se puede proporcionar al menos un espacio de derivación aguas abajo del impulsor 22 dentro de la cámara de bomba 18 adyacente a la salida 50 o incluso se puede ubicar dentro del tubo ascendente. Este tipo de espacio de derivación puede estar compuesto por uno o más orificios perforados en un componente del conjunto de bomba. En resumen, es factible proporcionar una bomba de metal fundido que sea funcional para llenar moldes complejos al proporcionar una ruta de fuga diseñada en cualquier punto del conjunto de bomba.
El espacio de derivación 60 funciona para manipular la velocidad de flujo y la presión de descarga del metal fundido 12. El espacio de derivación 60 permite que el metal fundido se escape de la cámara de bomba 18 a un entorno fuera del miembro de base 20 a una velocidad predeterminada. La fuga de metal fundido 12 de la cámara de bomba 18 durante el funcionamiento del conjunto de bomba 10 permite a un usuario asociado ajustar con precisión la velocidad de flujo o la cantidad volumétrica de metal fundido 12 proporcionada a un molde asociado. La tasa de fuga de metal fundido 12 a través del espacio de derivación 60 mejora la capacidad de control del transporte de metal fundido 12 y se debe, al menos en parte, a un coeficiente de viscosidad del metal fundido 12. Es decir, en un ejemplo, como la viscosidad del metal fundido 12 disminuye, el tamaño del espacio de derivación 60 también se reduciría para obtener la tasa de fuga óptima de metal fundido 12.
En un ejemplo, el espacio de derivación 60 lo proporciona el segundo anillo de cojinete 38, de manera que el segundo anillo de cojinete 38 incluye un diámetro interior mayor que el primer anillo de cojinete 36 en el conjunto de cojinete 35. En este sentido, hay un espacio mayor entre dicho borde radial 34 y el segundo anillo de cojinete 38. En otro ejemplo, el impulsor 22 proporciona el espacio de derivación 60 de manera que el segundo borde radial 34 del impulsor 22 tiene un diámetro menor que el primer borde radial 32. En este caso, el primer borde radial 32 se coloca a tope y se soporta de forma giratoria en el primer anillo de cojinete 36 dentro de la cámara de bomba 18 para formar el espacio de lubricación relativamente más estrecho, mientras que existe un espacio de derivación entre el segundo anillo de cojinete 38 y el segundo borde radial 34. Por supuesto, se puede crear un espacio en el lado superior invirtiendo las dimensiones descritas anteriormente.
En un ejemplo, el conjunto de bomba incluye la capacidad de posicionar estáticamente el metal fundido 12 bombeado a través de la salida 50 y hacia un tubo ascendente a aproximadamente 45,7 cm de presión de descarga por encima de un cuerpo de metal fundido 12. En un ejemplo, el impulsor gira aproximadamente 850 a 1000 rotaciones por minuto, de tal manera que el metal fundido se mantiene estáticamente a aproximadamente 45,7 cm por encima del cuerpo de metal fundido 12. El espacio de derivación 60 manipula la velocidad de flujo volumétrico y la relación de presión de descarga de la bomba 10 de tal manera que una mayor cantidad de rotaciones por minuto del impulsor 22 permitiría la reducción de la presión de descarga a medida que aumenta la velocidad de flujo de metal fundido 12. Esta relación se ilustra esquemáticamente en el gráfico de la FIGURA 8.
El control preciso de la cantidad de metal fundido 12 proporcionado a un molde asociado se logra colocando el espacio de derivación 60 entre el conjunto de cojinete 35 y el impulsor 22. Más particularmente, en una realización, el motor 14 es operado por un perfil de rpm de comando programable como se ilustra en la FIGURA 9. Se programa un perfil de RPM de comando en un controlador para comunicarse eléctricamente con el motor para hacer girar el impulsor y forzar el metal fundido a través de la salida 50 y hacia el conducto de suministro de metal, de manera que la salida del conducto de suministro de metal se adapte a un molde asociado. El perfil de RPM de comando programable varía una señal al motor en relación con la tasa de llenado volumétrico y la geometría del molde asociado.
Con referencia a la FIGURA 10, en un ejemplo, un molde asociado (no mostrado) incluye un área geométrica generalmente compleja o un tubo ascendente para ser llenado con metal fundido 12 tal como aluminio. El conducto de suministro de metal o tubo ascendente (no mostrado) está adaptado para llenar el molde asociado con aluminio del conjunto de bomba 10. El conjunto de bomba 10 está programado con un perfil de comando de RPM, como se ilustra en la FIGURA 10, que está asociado con el volumen geométrico interior del molde asociado. Este perfil controla un voltaje de comando en el motor 14 para hacer girar el impulsor 12 a una velocidad de rotación predeterminada para llenar el molde asociado de acuerdo con los límites del molde de forma 1 - 5 en momentos predeterminados. Más particularmente, el espacio de derivación 60 permite un aumento en la magnitud de las RPM requeridas para proporcionar la presión de descarga necesaria del metal fundido 12 al molde asociado. Este ensamblaje y método es ventajoso cuando se llenan moldes asociados para formar piezas complejas dentro de moldes con una disposición geométrica compleja, ya que se logra un ajuste más fino de la cantidad de metal fundido 12 proporcionada por el ensamblaje de bomba 10. Los ejemplos de piezas moldeadas adecuadas para la fundición utilizando el conjunto de bomba descrito en este documento incluyen, entre otros, bloques de motor, ruedas y culatas de cilindros.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un conjunto de bomba de metal fundido (10) para llenar un molde con metal fundido (12) compuesto de aluminio, donde el conjunto de bomba comprende (10):
un eje alargado (16) que conecta un motor (14) a un impulsor (22), donde el impulsor (22) está alojado dentro de una cámara (18) de un miembro base (20) de tal manera que la rotación del
impulsor (22) atrae metal líquido al interior de la cámara (18) en una entrada (48) y fuerza el metal fundido a través de una salida de la cámara, el impulsor (22) incluye un primer borde radial (32) separado de un segundo borde radial (34) de tal manera que el primer el borde radial (32) está próximo al eje alargado (16) y
un conjunto de cojinetes (35) que rodea el impulsor (22) dentro de la cámara (18), donde el conjunto de cojinetes (35) incluye:
un primer anillo de cojinete (36) adaptado para soportar la rotación del impulsor (22) en el primer borde radial (32); un segundo anillo de cojinete (38) adaptado para soportar la rotación del impulsor (22) en el segundo borde radial (34); caracterizado porque
al menos un espacio de derivación (60) a un entorno circundante interpuesto entre una parte de uno de los anillos de cojinete primero y segundo y los bordes radiales primero y segundo asociados (32, 34),
donde el espacio de derivación (60) comprende un ancho entre el segundo anillo de cojinete (38) y el segundo borde radial asociado (34) del impulsor que es al menos aproximadamente 1,25 veces mayor en ancho que un espacio de lubricación (62) entre el primer el anillo de cojinete (36) y el primer
borde radial (32) del impulsor, siendo operativo el espacio de derivación (60) para manipular la velocidad de flujo y la presión de descarga del metal fundido.
2. El conjunto de bomba de metal fundido (10) de acuerdo con la reivindicación 1, donde el metal fundido se escapa de la cámara (18) a través del espacio de derivación (60) a una velocidad predeterminada a medida que gira el impulsor (22).
3. El conjunto de bomba de metal fundido (10) de acuerdo con la reivindicación 1, donde el miembro de base (20) incluye un primer lado y un segundo lado opuesto de manera que el espacio de derivación (60) está entre el segundo anillo de cojinete (38) y el segundo borde radial.
4. El conjunto de bomba de metal fundido (10) de acuerdo con la reivindicación 1, donde el espacio de derivación (60) está adaptado para reducir la presión de descarga del metal fundido asociado en la salida a medida que aumenta la velocidad de rotación del impulsor (22).
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