ES2944561T3

ES2944561T3 - Intercambiador de presión

Info

Publication number: ES2944561T3
Application number: ES21153911T
Authority: ES
Inventors: Poul Erik Hansen; Tommi Kolb
Original assignee: Danfoss Power Solutions ApS
Current assignee: Danfoss Power Solutions ApS
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2041-01-28
Also published as: EP4036421B1; EP4036421A1; US20220235749A1; CN114810684B; CN114810684A; US11920573B2

Abstract

Se describe un intercambiador de presión (1) que comprende una carcasa (2), un eje de accionamiento (3) y un tambor cilíndrico (4) dispuesto de forma giratoria en la carcasa (2), el tambor cilíndrico (4) que comprende dos caras frontales y al menos un cilindro (5) entre las caras frontales, donde la carcasa (2) comprende una brida de puerto (7, 8) en cada extremo del tambor del cilindro (4) y al menos en un extremo del tambor del cilindro (4) una presión La zapata (18) está dispuesta entre el tambor del cilindro (4) y la brida del puerto de este extremo. Dicho intercambiador de presión debe operarse de manera rentable. Para este fin, se dispone un dispositivo de tope ajustable (19) zapata (18) y el tambor del cilindro (4). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Intercambiador de presión

La presente invención se refiere a un intercambiador de presión que comprende una carcasa, un árbol de transmisión, y un tambor cilíndrico dispuesto de forma giratoria en la carcasa, comprendiendo el tambor cilíndrico dos caras frontales y al menos un cilindro entre las caras frontales, en el que la carcasa comprende una brida de puerto en cada extremo del tambor cilíndrico y al menos en un extremo del tambor cilíndrico se dispone una zapata de presión entre el tambor cilíndrico y la brida de puerto de este extremo.

Por ejemplo, un intercambiador de presión tal es conocido a partir del documento EP 2837 824 A1 o EP 2837 825 A1. En ambos casos se proporcionan medios para mantener un equilibrio de presión sobre una zapata de presión durante la operación.

El documento EP 3 020 968 A1 muestra una máquina hidráulica en forma de un intercambiador de presión. El intercambiador de presión comprende un tambor cilíndrico con un número de cilindros. Un pistón está dispuesto en cada cilindro 5. Se proporcionan medios de frenado que frenan el pistón respectivo antes de alcanzar un tope final.

Un intercambiador de presión se utiliza para transferir una presión de un fluido a otro fluido. Para ello, el tambor cilíndrico es girado mediante un motor. Un primer fluido a alta presión se suministra a un lado del tambor cilíndrico e ingresa en un cilindro del tambor cilíndrico a través de la brida de puerto. Este primer fluido transfiere su presión a un segundo fluido en el cilindro. El segundo fluido del cilindro sale del cilindro a través de la otra brida de puerto. La otra brida de puerto tiene una entrada a la que se suministra el segundo fluido con baja presión. La brida del primer puerto tiene una conexión de retorno a través de la cual sale el primer fluido después de haber transferido la presión al segundo fluido.

Para mantener bajas las pérdidas internas de los fluidos, el tambor cilíndrico debe desplazarse sobre las respectivas bridas de puerto en un contacto deslizante. Sin embargo, este contacto deslizante no debe producir demasiada fricción para evitar el desgaste. Durante la operación, es decir, una vez iniciado el intercambio de presión, las presiones sobre la zapata de presión y las fuerzas resultantes de estas presiones se equilibran, de modo que la zapata de presión se mantiene con una fuerza suficiente contra la brida de puerto, sin embargo, esta fuerza está dimensionada tan baja que la fricción es aceptable.

La situación es algo diferente cuando el intercambiador de presión entra en operación. En esta situación no hay suficiente presión del fluido presente en el interior de la carcasa, por lo que la zapata de presión no se mantiene lo suficientemente apretada contra la brida de puerto. En este caso, las fugas serían tan elevadas que podría fallar un arranque fiable de la operación del intercambiador de presión.

Para superar este problema, se ha propuesto utilizar muelles entre el tambor cilíndrico y la zapata de presión para presionar la zapata de presión con fuerzas suficientes contra la brida de puerto. Sin embargo, durante el arranque del intercambiador de presión estos muelles producen una gran fuerza de fricción, por lo que se requiere un motor que tenga un gran par y, en consecuencia, una gran potencia. En algunos casos, el par necesario para iniciar la rotación del tambor cilíndrico es de cinco a diez veces superior al par necesario durante la operación normal.

El uso de un motor grande genera costes. Además, cuando se utiliza un motor sobredimensionado, el motor no suele funcionar en el punto de operación óptimo. Esto produce costes energéticos adicionales.

El objeto fundamental de la invención es proporcionar un intercambiador de presión que pueda ser operado de una forma rentable.

Este objeto se resuelve con un intercambiador de presión como el descrito al principio, en el que una disposición de tope ajustable está dispuesta entre la zapata de presión y el tambor cilíndrico, limitando la disposición de tope el movimiento de la zapata de presión entre la brida de puerto y el tambor cilíndrico, limitando así el tamaño de un hueco entre la zapata de presión y la brida de puerto durante el arranque del intercambiador de presión.

El tope ajustable limita el movimiento de la zapata de presión entre la brida de puerto y el tambor cilíndrico. Cuando se limita este movimiento, también se puede limitar el tamaño del hueco entre la zapata de presión y la brida de puerto. De este modo, la disposición de tope puede ajustarse de forma que el hueco entre la zapata de presión y la brida de puerto no supere un tamaño en el que las fugas ya no sean aceptables. Sin embargo, con una fuga aceptable, el intercambiador de presión puede ponerse en marcha. Durante la siguiente operación "normal", la zapata de presión es cargada por las presiones del fluido y las fuerzas producidas por estas presiones se equilibran de manera que la zapata de presión se mantiene en una posición en la que las fugas son mínimas y, al mismo tiempo, las fuerzas de fricción entre la zapata de presión y la brida de puerto también son mínimas.

En una realización de la invención, la disposición de tope gira junto con la zapata de presión y el tambor cilíndrico. Por lo tanto, no hay fuerzas de fricción entre la zapata de presión y la disposición de tope.

En una realización de la invención, la disposición de tope es ajustable desde afuera de la carcasa. Esto significa que la posición de la disposición de tope puede ajustarse cuando el tambor cilíndrico ya está montado en la carcasa. Dado que la disposición de tope es ajustable desde el exterior, las tolerancias en los elementos que forman el intercambiador de presión pueden tolerarse en gran medida.

En una realización de la invención, la disposición de tope comprende un soporte que, al menos durante la operación del intercambiador de presión, se mantiene en una posición axial predefinida, en la que el soporte comprende al menos un elemento de tope. La posición axial se refiere al eje de rotación del tambor cilíndrico. Cuando el soporte se mantiene en la posición axial predefinida, el elemento de tope también se mantiene en una posición axial predefinida y puede definir de este modo una acción límite para un movimiento de la zapata de presión en una dirección hacia el tambor cilíndrico.

En una realización de la invención, al menos durante la operación del intercambiador de presión, el soporte se apoya contra el tambor cilíndrico. En otras palabras, el tambor cilíndrico forma un tope contra un movimiento del soporte y define la posición axial del soporte. No es necesario ningún tope adicional.

En una realización de la invención durante el ajuste el elemento de tope se mueve axialmente con respecto al soporte. En otras palabras, puede desplazarse en dirección axial para variar la posición de tope de la zapata de presión.

En una realización de la invención, el elemento de tope tiene la forma de un pasador con una sección transversal constante sobre una longitud de ajuste. Se trata de una forma simple de un elemento de tope.

En una realización de la invención, el elemento de tope está sujeto a presión en el soporte. El ajuste a presión está dimensionado de forma que el elemento de tope pueda moverse en relación con el soporte durante el ajuste de la disposición de tope. Sin embargo, el ajuste a presión sujeta el elemento de tope lo suficientemente ajustado como para que no pueda desplazarse por las fuerzas producidas por las presiones durante el arranque y la operación normal del intercambiador de presión.

En una realización de la invención, el soporte tiene la forma de una placa dispuesta sobre el árbol de transmisión y móvil al menos en dirección axial junto con el árbol de transmisión. Cuando el árbol de transmisión se mueve axialmente, la placa se mueve junto con el árbol de transmisión. Así, para el ajuste del tope ajustable es suficiente con desplazar axialmente el árbol de transmisión.

En una realización de la invención, un extremo del intercambiador de presión está proporcionado con una rosca interior, en el que la rosca interior comprende un eje paralelo a un eje de rotación del árbol de transmisión, en el que un perno de ajuste puede enroscarse en la rosca interior para entrar en contacto con el árbol de transmisión o el tambor cilíndrico. En una realización preferente, el eje de la rosca interior coincide con el eje de rotación. Cuando el perno se enrosca en la rosca interior y entra en contacto con el árbol de transmisión o el tambor cilíndrico, la rotación del perno provocará un movimiento axial del tambor cilíndrico o del árbol. Cuando el soporte se desplaza axialmente junto con el tambor cilíndrico o con el árbol de transmisión, el movimiento del soporte presionará el elemento de tope contra la zapata de presión. Tras un movimiento adicional, el elemento de tope se desplazará aún más hacia el interior del soporte. Cuando el paso de la rosca es conocido, existe una relación única entre el ángulo de rotación del tornillo y el movimiento axial producido por esta rotación. De este modo, la posición de la disposición de tope puede ajustarse con precisión.

En una realización de la invención, el árbol de transmisión comprende un extremo accionado y la rosca está dispuesta frente al extremo accionado. En el extremo accionado típicamente hay un acoplamiento para acoplar el árbol de transmisión con un motor. El otro extremo queda libre, de modo que la rosca interior pueda estar dispuesta en el otro extremo.

En una realización de la invención, la rosca interior está dispuesta en el extremo alejado del tope ajustable. Durante el ajuste, el tambor cilíndrico se introduce en la carcasa. En la mayoría de los casos es más fácil producir fuerzas de empuje que fuerzas de tracción.

En una realización de la invención, el tambor cilíndrico comprende al menos un orificio ciego en una cara frontal y el al menos elemento de tope sobresale en el orificio ciego. De esta manera es posible utilizar un tambor cilíndrico convencional que se ha utilizado anteriormente junto con los muelles como se ha descrito anteriormente. Además, el orificio ciego proporciona espacio suficiente para el elemento de tope de forma sencilla.

En una realización de la invención, el elemento de tope sobresale del soporte en una dirección hacia la zapata de presión. De este modo, sólo el elemento de tope forma el tope de la zapata de presión y no el soporte. Esto simplifica el ajuste.

Una realización preferente de la invención se describirá ahora con más detalle con referencia al dibujo, en el que:

La Fig. 1 muestra una sección esquemática en una vista de un intercambiador de presión,

La Fig. 2 muestra esquemáticamente una disposición de tope al principio de un ajuste,

La Fig. 3 muestra la disposición de tope al final del ajuste, y

La Fig. 4 muestra la disposición de tope antes del arranque del intercambiador de presión.

En todas las Figuras los mismos elementos se identifican con los mismos números de referencia.

La Fig. 1 muestra esquemáticamente un intercambiador de presión 1 que comprende una carcasa 2, un árbol de transmisión 3 y un tambor cilíndrico 4 dispuesto de forma giratoria en la carcasa 2. El tambor cilíndrico 4 comprende una pluralidad de cilindros 5 que están distribuidos uniformemente en dirección circunferencial alrededor del árbol de transmisión 3. Sin embargo, teóricamente un cilindro 5 sería suficiente.

El tambor cilíndrico está fijado de manera giratoria al árbol de transmisión 3. El árbol de transmisión 3 comprende un extremo accionado 6.

El extremo accionado 6 puede estar proporcionado con un acoplamiento para conectar un motor de accionamiento u otro medio de accionamiento para hacer girar el árbol de transmisión 3.

Las bridas de puerto 7, 8 están dispuestas en cada extremo del tambor cilíndrico 4. El tambor cilíndrico 4 gira con respecto a las bridas de puerto 7, 8.

La brida del primer puerto 7 comprende dos aberturas en forma de riñón 9, 10 que están conectadas a los puertos 11, 12 en una parte de extremo 13 de la carcasa 2. La brida del segundo puerto 8 comprende dos aberturas en forma de riñón 14, 15 que están conectadas al puerto 16 (el otro puerto no se muestra) en una segunda parte de extremo 17 de la carcasa.

Una zapata de presión 18 está dispuesta entre el tambor cilíndrico 4 y la brida del segundo puerto 8. La zapata de presión 18 está sellada con respecto a los cilindros 5 del tambor cilíndrico 4 (las juntas no se muestran) y es ligeramente móvil con respecto al tambor cilíndrico 4, de modo que durante la operación puede mantenerse en contacto con la brida del segundo puerto 8.

Durante la operación, es decir, cuando los fluidos en el intercambiador de presión 1 ya tienen una presión elevada, estas presiones producen fuerzas sobre la zapata de presión 18, que se equilibran de tal manera que la zapata de presión 18 se sujeta con baja fricción contra la brida del segundo puerto 8 para asegurar una estanqueidad en la zona de contacto entre la brida del segundo puerto 8 y la zapata de presión 18, sin embargo, con una baja fricción entre la zapata de presión 18 y la brida del segundo puerto 8. La zapata de presión 18 gira junto con el tambor cilíndrico 4.

Sin embargo, cuando se pone en marcha el intercambiador de presión 1 las presiones necesarias en los fluidos no están disponibles.

Sin embargo para conseguir la estanqueidad necesaria en el intercambiador de presión 1, se proporciona una disposición de tope 19 que limita un movimiento de la zapata de presión 18 que se aleja de la brida del segundo puerto 8. Como se explicará más adelante, la disposición de tope 19 limita un movimiento de la zapata de presión 18 que se aleja de la brida del segundo puerto 8 para que un hueco entre la muestra de presión 18 y la brida del segundo puerto 8 no exceda un tamaño predefinido y permisible.

La disposición de tope 19 se explicará con más detalle haciendo referencia a las Figs. 2 a 4.

La disposición de tope 19 comprende un soporte 20 en forma de disco o placa que se monta en el árbol de transmisión 3 y se apoya contra el tambor cilíndrico 4. El soporte 20 aloja un número de elementos de tope 21 (en las Figuras 2 a 4 sólo se muestra uno). Los elementos de tope 21 están distribuidos en dirección circunferencial alrededor del árbol de transmisión 3. En una realización preferente hay doce elementos de tope 21.

Antes de ajustar la disposición de tope 19, el elemento de tope 21 sobresale del soporte 20 al menos en una dirección hacia la zapata de presión 18. Sin embargo, es preferente que el elemento de tope 21 sobresalga del soporte 20 por ambos lados.

El tambor cilíndrico 4 comprende una serie de orificios ciegos 22. Estos orificios ciegos 22 alojan un extremo del elemento de tope 21 que sobresale del soporte 20 en una dirección hacia el tambor cilíndrico 4. Los orificios ciegos 22 son el resultado del hecho de que el tambor cilíndrico 4 es del mismo tipo que un tambor cilíndrico que se ha utilizado en conjunto con una disposición de muelles.

Los elementos de tope 21 tienen forma de pasador con una sección transversal constante (al menos en una longitud de ajuste). Los elementos de tope 21 están sujetos en el soporte 20 con ajuste a presión. Cuando se ejerce una fuerza sobre el elemento de tope 21 que supera la fuerza producida por el ajuste a presión, el elemento de tope 21 puede moverse con respecto al soporte 20. Este movimiento es paralelo al eje de rotación del árbol de transmisión 3.

La Fig. 1 muestra medios para producir tales fuerzas.

La primera parte de extremo 13 está proporcionada con una rosca interior 23. La rosca interior puede estar proporcionada en un elemento roscado 24 que puede fijarse a la primera parte de extremo 13 y puede retirarse de la primera parte de extremo 13 después del ajuste. En la rosca interior 23 puede enroscarse un perno 25. El perno 25 se enrosca en la rosca interior 23 hasta que entra en contacto con el árbol de transmisión 3. Alternativamente, puede entrar en contacto directamente con el tambor cilíndrico 4.

De este modo, cuando el perno 25 gira, puede mover el árbol de transmisión 3 en dirección axial hacia la segunda parte de extremo 17. Cuando el árbol de transmisión 3 se desplaza axialmente, el tambor cilíndrico 4 también se desplaza axialmente y el soporte 20 que entra en contacto con el tambor cilíndrico 4 también se desplaza axialmente en dirección hacia la segunda parte de extremo 17 y, por tanto, hacia la zapata de presión 18.

Debido a este movimiento del tambor cilíndrico 4, el elemento de tope 21 entra en contacto con la zapata de presión 18 (Fig. 2). Tras el movimiento adicional tambor cilíndrico 4, el elemento de tope 21 se desplaza en relación con el soporte 20, de modo que el extremo que entra en contacto con la zapata de presión 18 será más corto y la longitud del extremo que sobresale en el orificio ciego 22 será mayor.

Cuando el paso de la rosca 23 es conocido, es posible ajustar con precisión la posición axial del soporte 20. Cuando la rosca 23, por ejemplo, tiene un paso de 1,5 mm por revolución, la rotación del perno 25 en 24° provocará un movimiento del tambor cilíndrico 4 y, en consecuencia, del soporte 20 en 0,1 mm.

De este modo, es posible ajustar el soporte 20 y, junto con el soporte, los elementos de tope 21 de modo que (después de retirar el perno 25) se forme un hueco 26 entre los elementos de tope 21 y la zapata de presión 18. Este hueco 26 puede tener, por ejemplo, un espesor de 0,1 a 0,8 mm, en particular de 0,2, 0,3 o 0,4 mm.

Se permite que la zapata de presión 18 se aleje de la brida del segundo puerto 8 en la misma distancia.

Esto significa que sin otras fuerzas puede formarse un hueco entre la zapata de presión 18 y la brida del segundo puerto 8 de la misma magnitud que el hueco 26.

De este modo, cuando se pone en marcha el intercambiador de presión 8, la zapata de presión 18 se desliza con baja fricción o casi sin fricción sobre la brida del segundo puerto 8. Aunque un pequeño volumen de fluido hidráulico puede escapar a través del hueco entre la zapata de presión 18 y la brida del segundo puerto 8, esta fuga es tan pequeña que se puede acumular suficiente presión para que esta presión pueda ejercer las fuerzas necesarias sobre la zapata de presión 18 para presionarla con fuerzas suficientes, pero no demasiado altas, contra la brida del segundo puerto 8.

En lo anterior, sólo se ha descrito una zapata de presión 18 en la válvula del tambor cilíndrico 4 orientada hacia la segunda parte de extremo 17. No obstante, puede estar dispuesta otra zapata de presión 27 entre el otro lado del tambor cilíndrico 4 y la brida del primer puerto 7. En este caso, las dos zapatas de presión 18, 27 deben compartir el movimiento admisible, que está definido por el hueco 26.

Así, durante el arranque se evitan fugas demasiado grandes y también se evita una fricción demasiado grande, de modo que el intercambiador de presión 1 puede operarse con un motor de accionamiento que es suficiente para la operación normal pero que no necesita superar grandes pares durante el arranque del intercambiador de presión 1.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Intercambiador de presión (1) que comprende una carcasa (2), un árbol de transmisión (3), y un tambor cilindrico (4) dispuesto de forma giratoria en la carcasa (2), comprendiendo el tambor cilíndrico (4) dos caras frontales y al menos un cilindro (5) entre las caras frontales, en el que la carcasa (2) comprende una brida de puerto (7, 8) en cada extremo del tambor cilíndrico (4) y al menos en un extremo del tambor cilíndrico (4) está dispuesta una zapata de presión (18) entre el tambor cilíndrico (4) y la brida de puerto (8) de dicho extremo, caracterizado porque entre la zapata de presión (18) y el tambor cilíndrico (4) está dispuesta una disposición de tope ajustable (19), limitando la disposición de tope (19) el movimiento de la zapata de presión (18) entre la brida de puerto (8) y el tambor cilíndrico (4), limitando así el tamaño de un hueco entre la zapata de presión (18) y la brida de puerto (8) durante el arranque del intercambiador de presión (1).

2. Intercambiador de presión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la disposición de tope (19) gira junto con la zapata de presión (18) y el tambor cilíndrico (4).

3. Intercambiador de presión de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la disposición de tope (19) es ajustable desde el exterior de la carcasa (2).

4. Intercambiador de presión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la disposición de tope (19) comprende un soporte (20) que al menos durante la operación del intercambiador de presión (1) se mantiene en una posición axial predefinida, en el que el soporte (20) comprende al menos un elemento de tope (21).

5. Intercambiador de presión de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque al menos durante la operación del intercambiador de presión el soporte (20) se apoya contra el tambor cilíndrico (4).

6. Intercambiador de presión de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque durante el ajuste el elemento de tope (21) se desplaza axialmente con respecto al soporte (20).

7. Intercambiador de presión de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el elemento de tope (21) tiene forma de pasador con una sección transversal constante a lo largo de una longitud de ajuste.

8. Intercambiador de presión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque el elemento de tope (21) está sujeto a presión en el soporte (20).

9. Intercambiador de presión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque el soporte (20) tiene forma de placa dispuesta sobre el árbol de transmisión (3) y móvil al menos en dirección axial junto con el árbol de transmisión (3).

10. Intercambiador de presión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque en un extremo del intercambiador de presión (1) está proporcionada una rosca interior (23), en el que la rosca interior (23) comprende un eje paralelo a un eje de rotación del árbol de transmisión (3), en el que un perno de ajuste (25) puede enroscarse en la rosca interior (23) para entrar en contacto con el árbol de transmisión (3) o el tambor cilíndrico (4).

11. Intercambiador de presión de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el árbol de transmisión (3) comprende un extremo accionado (6) y la rosca interior (23) está dispuesta frente al extremo accionado (6).

12. Intercambiador de presión de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque la rosca interior (23) está dispuesta en el extremo alejado de la disposición de tope ajustable (19).

13. Intercambiador de presión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 12, caracterizado porque el tambor cilíndrico (4) comprende al menos un orificio ciego (22) en una cara frontal y el al menos un elemento de tope (21) sobresale en el orificio ciego (22).

14. Intercambiador de presión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 13, caracterizado porque el elemento de tope (21) sobresale del soporte (20) en una dirección hacia la zapata de presión (18).