ES2941464T3 - Una bomba giratoria de desplazamiento positivo de diafragma - Google Patents

Abstract

Una bomba rotativa que comprende una carcasa (1) que define una cámara anular con puertos de entrada y salida (12, 11) separados alrededor de la cámara, un diafragma anular flexible (3) que forma un lado de la cámara espaciado frente a una pared anular de la carcasa (1) y que tiene dos extremos circulares opuestos, el diafragma (3) está sellado en sus bordes a la carcasa (1), una partición (13) que se extiende entre los puertos de entrada y salida (12, 11) al diafragma (3) . El diafragma (3) está configurado para ser presionado progresivamente contra el alojamiento (1), por un medio giratorio, para forzar el fluido alrededor de la cámara. Los medios giratorios comprenden un cojinete (5). Hay un anillo de refuerzo (4) que rodea el cojinete (5) y está conectado a una región central del diafragma (3), y un par de tapas anulares (9), una en cada extremo del diafragma (3). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Una bomba giratoria de desplazamiento positivo de diafragma

La presente invención se relaciona con una bomba giratoria de desplazamiento positivo de diafragma. Tal bomba se divulga en el documento GB1280185 y en nuestro propio documento EP0819853 anterior.

Tal bomba giratoria comprende un alojamiento que define una cámara anular con puertos de entrada y salida espaciados alrededor de la cámara, un diafragma anular flexible que forma un lado de la cámara espaciado opuesto a una pared anular del alojamiento, estando el diafragma sellado en su borde al alojamiento, una partición que se extiende a través de la cámara desde una ubicación entre los puertos de entrada y salida hasta el diafragma; en donde el diafragma está configurado para ser presionado progresivamente contra la pared opuesta del alojamiento para forzar fluido extraído 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, se agregó un anillo de refuerzo al diafragma con el fin de agregar rigidez a una porción central del diafragma de tal manera que pueda lidiar con cargas más altas y prolongar la vida útil de la bomba.

La bomba ha tenido éxito comercial para aplicaciones tales como análisis médicos y dispensación de agua. Todas estas aplicaciones están a una presión relativamente baja (típicamente por debajo de 200kPa pero más normalmente por debajo de 100kPa). 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 más fiable a presiones más altas durante un período de tiempo más prolongado.

De acuerdo con la presente invención tal bomba giratoria se caracteriza por los rasgos característicos de la reivindicación 1.

Al llevar el extremo de las tapas de extremo muy cerca del cojinete adyacente o del anillo de refuerzo (en comparación con una brecha de al menos 2 mm en nuestra bomba existente), la presente invención proporciona una ventaja de que las tapas anulares no se pueden insertar tan lejos en el alojamiento que comprimen excesivamente el material de diafragma. Además, ambas tapas de extremo solo se pueden insertar en un grado limitado y ambas se pueden insertar en el mismo grado. Esto proporciona un proceso de ensamblaje más fiable que asegura la alineación entre todos los componentes y que forma de manera fiable el sello entre el diafragma y el alojamiento.

El segundo extremo está formado con una muesca en la porción radialmente más exterior en la cual puede moverse en uso una parte interior del anillo de refuerzo. Esto permite que la bomba acomode un anillo de refuerzo más grande mejorando de esa manera la robustez de la bomba y proporcionando un contacto mejorado entre el cojinete y anillo de refuerzo.

El espaciado axial es preferiblemente de no más de 0.4 mm y más preferiblemente de no más de 0.25 mm.

El cojinete puede ser un cojinete liso o casquillo. Alternativamente, puede ser un cojinete de elementos rodantes tal como un cojinete de bolas.

La configuración de la bomba giratoria es preferiblemente de tal manera que el diafragma no gira en relación con el alojamiento.

Ahora se describirá un ejemplo de una bomba de acuerdo con la presente invención con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales:

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 el contacto de línea entre el diafragma y alojamiento;

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 en despiece del diafragma.

Como se muestra en las figuras 1 y 3, una parte tubular de un alojamiento 1 rígido tiene una muesca 2 anular que recorre alrededor de la superficie interior, que actúa como la cámara de bomba. En su estado relajado, un diafragma 3 flexible yace dentro de la pared del alojamiento dejando la muesca 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 cojinete 5 montado a través de un acoplamiento 6 excéntrico a un árbol 7 que se extiende a través y está montado en el alojamiento en cojinetes (no se muestra). El árbol 7 está montado concéntricamente a la muesca anular pero excéntricamente con respecto al eje 8 del alojamiento 1 y es accionado por un motor (no se muestra). Si el anillo de refuerzo no estuviera presente, el diafragma se estiraría y el rendimiento se reduciría de una forma similar a lo que se experimenta con las bombas peristálticas, cuando la tubería colapsa bajo vacío.

A medida que gira el árbol 7 de accionamiento, el cojinete 5, anillo 4 de refuerzo y porción central del diafragma 3 orbitan todos juntos dentro del alojamiento. Los dos extremos del diafragma 3 están sujetos a el alojamiento 1 mediante tapas 9 de extremo, proporcionando un sello efectivo y estático a la atmósfera. A medida que la porción central del diafragma 3 orbita alrededor dentro de la muesca 2, existe un contacto 10 de línea entre el diafragma y la muesca que proporciona un apoyo que empuja el fluido a lo largo hacia el puerto 11 de salida y simultáneamente extrae fluido a través del puerto 12 de entrada. La bomba proporciona de este modo ciclos de presión y succión en la salida y en la admisión respectivamente que son simétricos y que varían de manera sinusoidal. Dado que el diafragma no gira en relación con el alojamiento, hay una acción deslizante mínima entre ellos y por lo tanto casi no hay desgaste.

A partir de la figura 1, se puede ver que otro rasgo de la moldura de diafragma es una partición 13 elástica que evita la comunicación entre los puertos de salida 11 y entrada 12. Esta se posiciona entre las paredes 14, 15 que cuelgan hacia abajo que son parte del alojamiento. Dado que la partición es elástica, se acomoda al movimiento recíproco del diafragma mientras que mantiene un sello de presión estática entre ambos puertos y atmósfera. De esta forma, 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. Ahora se describirán las modificaciones a la presente bomba.

Las tapas 9 de extremo se muestran mejor en la figura 4. Éstas tienen un primer extremo 20 en la cara más exterior de la tapa de extremo y un segundo extremo 21 en la cara más interior opuesta. En el primer extremo 20 está un reborde 22 que se extiende radialmente hacia afuera que, sujeta el diafragma 3 al alojamiento 1 con la cooperación de un reborde 23 anular en el alojamiento 1. El reborde 22 se fija luego al alojamiento 1 para mantenerlo en su lugar.

La tapa 9 de extremo tiene una cara 24 exterior ahusada que se ahúsa hacia adentro lejos 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 está una proyección 25 anular. La presencia de esta proyección 25 forma un rebaje 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 se puede ver a partir de la figura 4, el segundo extremo 21 está espaciado del cojinete 5 por una cantidad muy pequeña que crea una primera brecha 27 axial, en este caso menor de 0.4 mm y preferiblemente 0.25 mm. Una segunda brecha 28 axial está presente entre el rebaje 26 y el anillo 4 de refuerzo. De nuevo, este es menor de 0.4 mm y preferiblemente 0.25 mm.

Como será evidente a partir de la figura 4, la tapa 9 de extremo se ubica mediante acoplamiento con el reborde 22 contra el diafragma 3 flexible. En vista de la brecha muy pequeña mencionada anteriormente, el reborde 22 no puede comprimir en exceso el diafragma 3 de lo contrario la tapa 9 de extremo se apoyará contra el anillo 4 de refuerzo y cojinete 5. Esto asegura que la tapa 9 de extremo en cualquier extremo del ensamblaje se pueda insertar consistentemente ya que ambas tapas de extremo comprimirán el diafragma 3 en la misma cantidad limitada.

La naturaleza pequeña de la segunda brecha 28 también asegura que solo haya una región muy pequeña del diafragma 3 comprimible que permanece sin soporte cuando el diafragma 3 se presiona contra la tapa 9 de extremo (como se muestra en el lado derecho de la figura 3). En esta posición, la cara exterior opuesta del diafragma está recibiendo toda la presión dentro de la cámara de bomba y esto tendería a extrudir el material de diafragma en cualquier región sin soporte en el lado opuesto. La naturaleza muy pequeña de esta brecha 28 limita significativamente el potencial de extrusión del diafragma 3 incluso cuando se aumenta la presión en la cámara de bomba.

El anillo 4 de refuerzo tiene una conformación modificada como se muestra mejor en las figuras 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 almenada que en este caso consiste en cuatro resaltes anulares que, en sección transversal, tienen una configuración curva que está desprovista de esquinas afiladas. Esto es para evitar cualquier concentración de estrés en el anillo 4. Estas almenas están diseñadas para proporcionar un área superficial grande dentro de una región axial relativamente limitada. El diafragma 3 se forma como un sobremolde en el anillo 4 y la presencia de las almenas 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 efectivamente la transmisión de carga entre los dos componentes evitando de esa manera 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 almenas 32 que forman las porciones 34 de soporte de diafragma. Estas tienen una superficie 35 que mira radialmente hacia afuera que mira directamente a una cara interior del diafragma 3. El diafragma 3 no está unido a la cara 35. Sin embargo, en la posición en la cual el diafragma 3 está más alejado del alojamiento 1, el diafragma está soportado en esta región por la cara 35.

Este rasgo proporciona soporte para el diafragma en un momento cuando está bajo una presión interna relativamente alta desde la presión dentro de la cámara de bomba. Como sucede con la brecha 28 mencionada anteriormente, este soporte evita la extrusión del material de diafragma en esta posición estresada.

Como se muestra en las figuras 1,2 y 6, la cara exterior del diafragma 3 está provista de un canal 40 que se extiende axialmente a través de una porción sustancial del diafragma en las cercanías de la salida. Se proporciona un canal 41 similar en la entrada. El canal 40 en cada caso tiene 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 ducto 44 de salida y ducto 45 de entrada respectivos que llevan 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 superior, es posible que mientras esté bajo alta presión, el material de diafragma se extrudirá en el puerto en una medida limitada provocando de esa manera daño 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 de ducto 44 de tal manera que todo el espesor del diafragma está disponible inmediatamente corriente abajo del borde 43. Esto significa que el diafragma puede acoplarse completamente con el alojamiento 1 cuando el diafragma alcanza la parte superior de su recorrido asegurando de esa manera que el contacto 10 de punto se mantenga hasta el ducto 44 de salida con el fin de expulsar el líquido. Se proporciona una geometría similar para el ducto 45 de entrada

Los miembros 50 de refuerzo se muestran mejor en las figuras 2, 5 y 6. Aunque en la figura 6 se muestran dos de tales miembros 50 de refuerzo, en la práctica solo es necesario que esté presente uno de estos. Esto dependería de la dirección en la cual se carga la partición 13 en uso.

El miembro 50 de refuerzo comprende un marco de material que es más duro que el material de la partición y por lo tanto más resistente a la deflexión bajo presión. Este está conformado para ajustar en un rebaje 51 poco profundo en el lado de la partición. Preferiblemente es un ajuste a presión pero puede estar, unido 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 de tal manera 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 acomodarse a este movimiento orbital. Además, la presión del fluido en la entrada 12 o salida 11 actuará también 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 de esa manera el material de diafragma, particularmente en el borde inferior de las paredes 14, 15, que puede hundirse en el material de diafragma 3.

Como se puede ver a partir de la figura 2, el miembro 50 de refuerzo está posicionado en las cercanías del borde inferior de las paredes 14, 15 de tal manera que cualquier contacto será entre dos superficies más duras protegiendo de esa manera el material de diafragma del desgaste.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Una bomba giratoria que comprende:

un alojamiento (1) que define una cámara (2) anular con puertos de entrada (12) y salida (11) espaciados alrededor de la cámara, un diafragma (3) anular flexible que forma un lado de la cámara espaciado opuesto a una pared anular del alojamiento y que tiene dos extremos circulares opuestos, estando el diafragma sellado en sus bordes al alojamiento, una partición (13) que se extiende a través de la cámara desde una ubicación entre los puertos de entrada y salida hasta el diafragma;

en donde el diafragma (3) comprende una superficie exterior que se acopla con la pared anular del alojamiento, y una superficie interior opuesta a la primera superficie, en donde la superficie exterior está configurada para ser presionada progresivamente contra la pared opuesta del alojamiento, mediante un medio (7) giratorio, para forzar fluido extraído 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;

comprendiendo el medio giratorio un cojinete (5);

un anillo (4) de refuerzo que rodea al cojinete y se conecta a una región central del diafragma;

un par de tapas (9) de extremo anular, una en cada extremo del diafragma,

teniendo cada tapa (9) de extremo un primer extremo (20) adyacente a un extremo respectivo del diafragma y un segundo extremo (21) espaciado axialmente desde el primer extremo adyacente al cojinete, caracterizada porque el extremo axial del segundo extremo está axialmente espaciado menos de 0.5 mm desde el cojinete (5) adyacente o anillo (4) de refuerzo; y

en donde el segundo extremo (21) está formado con una muesca (26) en la porción radialmente más exterior en la cual se puede mover en uso una parte interior del anillo (4) de refuerzo.

2. Una bomba giratoria de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el espaciado axial no es más de 0.4 mm.

3. Una bomba giratoria de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el espaciado axial no es más de 0.25 mm.