MX2010012551A - Bomba de paletas. - Google Patents

Abstract

En una bomba de paletas tradicional un rotor está soportado en un eje el cual a su vez está soportado por un par de cojinetes en las paredes opuestas de una carcasa. Cualquier desalineación en los cojinetes puede provocar un desgaste prematuro y una pérdida de eficiencia en la bomba. Se provee una bomba de paletas (10) que consta de una caja (30), un rotor (60) dispuesto en la caja (30), el rotor (60) con una superficie interior (70), una pluralidad de paletas (64) móviles radialmente con respecto al rotor (60) se extienden desde el rotor (60), un eje impulsor (90) acoplado con la superficie interior (70), un segundo eje (46) conectado en firma fija a la caja (30) y que se extiende desde la caja (30) para acoplar en forma deslizante la superficie interior (70), un resalte (74, 76) que se extiende desde cada extremo del rotor (60), cada resalte (74, 76) cooperando con la caja (30) para sellar al flujo de un fluido, y cada resalte (74, 76) controlando una posición del rotor dentro de la caja(30) mediante un acoplamiento deslizante, y el eje impulsor (90) que es retenido en una posición predeterminada con respecto a la caja (30).

Description

BOMBA DE PALETAS La ; invención se refiere a una bomba de paletas y más particularmente a una bomba de paletas que tiene un rotor con unal posición que está controlada axialmente entre las paredes de la bavidad de la caja y un eje acoplado con el rotor. i Las! bombas son componentes fundamentales de la ingeniería usadas en 'una variedad de aplicaciones para transferir fluidos. Se pueden encontrar en una amplia gama de tamaños y capacidades para adecuarse a aplicaciones particulares. Una aplicación típica es la de suministrar aceite lubricante en un motor automotriz. Las bombas de paleta se usan ampliamente en aplicaciones de aceite para el motor y aceite para la transmisión. Las bombas de paletas comprenden paletas que están acopladas en forma deslizante acopladas con un rotor. Las paletas se mueven radialmente en el rotor en tanto que también se . deslizan a lo largo de la superficie lineal de una cavidad excéntrica en la caja de la bomba.

En ¡ aplicaciones de aceite para el motor la operación confiable de ! la bomba es esencial para evitar una falla catastrófica del motor. Por otro lado, los fabricantes de la industria automotriz demandan una reducción en los requerimientos de costo, peso y i energía de la bomba para satisfacer sus objetivos. i I Cohvencionalmente, las bombas tienen un rotor soportado dentro de! una carcasa sobre un par de cojinetes. Los cojinetes están colocados en las paredes opuestas de la carcasa y el rotor tiene uní eje integral soportado en esos cojinetes. Generalmente, el eje está colocado a presión en el rotor lo cual puede provocar un' esfuerzo significativo sobre el rotor. Esta colocación puede requerir un material exótico para soportar los esfuerzos i provocados por el ajuste a presión en tanto que aseguran la transmisión del torque en temperaturas frías. También requiere una) alineación cuidadosa de los cojinetes que están colocados en carcasas independientes de la bomba para permitir que el eje gire libremente dentro de los cojinetes. Una mala alineación en los cojinetes puede provocar que el rotor se incline dentro de i la carcasa, ocasionando un desgaste prematuro y/o una mayor o menor tolerancia con la consecuente pérdida de eficiencia o arrastre mecánico. En forma similar, una mala alineación de los coj'inetes impone cargas laterales sobre el eje lo que inhibe la rogación y aumenta el torque requerido para accionar la bomba y por consiguiente un aumento en el consumo de combustible cuando I se usa en un entorno automotriz. Como tales las bombas i convencionales no satisfacen fácilmente los requerimientos cada vez más rigurosos para una mejor eficiencia y menores costos.

Representativa de la técnica es la .Patente de EU No. 5,964,584 qué revela una bomba de paletas para líquidos que incluye un rotor ranurado apoyado en la pared interior del estator, en donde las paletas desplazables radialmente están dispuestas en forma deslizante, las cuales se presionan en forma deslizante en tanto que actúan por fuerza centrífuga, tensión de los muelles o por fuerza de compresión contra una pared interior de estator, en¡ cuyo proceso se forman las celdas de suministro las cuales se expanden o estrechan de una manera que va en aumento y se lleva a cabo la entrada del líquido a través del estator concéntrico hueco y el llenado de las celdas desde el interior al exterior.

El¡ rotor está montado directamente en el eje y es de construcción tubular, ambos lados están extendidos más allá del ár|ea operativa determinada por las paletas y el rotor está apoyado con las extensiones en el estator exterior, en tanto que el rotor posee ranuras continuas desde el diámetro interno al externo. En el área de las extensiones del rotor, el cuerpo del í estator posee en sus superficies hidráulicas efectivas que act¡úan mediante la presión operativa y/o la presión descargada dirjigida contra el rotor para la compensación al menos parcial o para evitar las fuerzas radiales que se presentan.

Lo !que se necesita es una bomba de paletas que cuente con un rotor que tiene una posición que está controlada axialmente entre las paredes de la cavidad de la caja y un eje acoplado con el rotor. Esta invención satisface esta necesidad.

I i El ¡aspecto primordial de la invención es proporcionar una bomba de ! paletas que cuenta con un rotor que tiene una posición que está controlada axialmente entre las paredes de la cavidad de la caja y un eje acoplado con el rotor.

Se ' señalarán otros aspectos de la invención o serán obvios mediante la siguiente descripción de la misma y los dibujos que se j acompañan .

La; invención comprende una bomba de paletas que incluye una caja, un rotor colocado en la caja, el rotor con una superficie interior, una pluralidad de paletas móviles en forma radial con respecto al rotor que se extienden desde el rotor, un eje impulsor acoplado al diámetro interior, un segundo eje conectado en' forma fija a la caja, una parte plana que se extiende desde cada extremo del rotor, cada parte plana cooperando con la caja para sellar el flujo de un fluido y cada parte plana además controlando en forma deslizante una posición de rotor dentro de la caja mediante un acoplamiento deslizante, y el eje impulsor i I que! se puede retener en una posición predeterminada con respecto a la caja.

Los, dibujos que se acompañan los cuales se incluyen y forman parte de la especificación, ilustran las incorporaciones predominantes de esta invención y junto con una descripción sirven para explicar los principios de la misma.

La 1 Figure 1 es una vista transversal de la bomba de paletas instalada en un motor de combustión interna.

La ¡Figura 2 es un detalle transversal de la bomba de paletas que se .muestra en la Figura 1.

La , Figura 3 es una vista en perspectiva de un rotor usado en la bomba de paletas.

I La i Figura 4 es un detalle transversal de la bomba de paletas que se 'muestra en la Figura 1.

La Figura 5 es una vista en perspectiva del eje.

La( Figura 6 es una proyección horizontal de la conexión entre el eje y el rotor. 1 La. Figura 7 es un detalle de la Figura 6.

La' Figura 8 es una vista despiezada de la bomba.

La' Figura 1 es una vista transversal de la bomba de paletas instalada en un motor de combustión interna. La bomba 10 está montada en el bloque del motor B. La bomba 10 impele el aceite de una salida 12 a cámaras internas G. El aceite es suministrado desde un cárter S a la bomba de succión en la entrada 14 .

La bomba 10 es accionada por el eje impulsor 90 . El eje impulsor 90 está conectado a un cigüeñal (no se muestra) o toma de fuerza para el motor similar. Los detalles del motor no forman parte de la invención y el suministro de aceite a la bomba y la entrega del aceite desde la bomba 10 es por requisitos del motor.

Un ¡sello hidráulico conocido en el gremio está dispuesto entre el :eje 90 y la superficie de la porción de la caja 22 .

La ¡Figura 2 es un detalle transversal de la bomba de paletas que se ¡muestra en la Figura 1 . Con referencia a la Fig. 1 y a la Fig.. 2 , el eje 46 está ajustado a presión en la caja 30 . Para proveer la superficie de apoyo necesaria, el eje 4 6 se extiende en ! el rotor 60 aproximadamente 50% a 90% de la distancia entre las paredes interiores 34 y 38 . Las paredes 34 y 38 son su¿stancialmente planas y son paralelas entre si, definiendo por consiguiente los lados opuestos de la cavidad 18 . En la i incorporación predominante el eje se extiende en excedo de aproximadamente un 75% de la distancia entre las paredes 34 y 38 Í El, rotor está ubicado dentro de la cavidad 18 . La cavidad 18 está formada entre las porciones 20 y 30 de la caja.

El rotor es típicamente un componente pulvimetalúrgico como se muestra en la Figura 3 . El rotor 60 también se puede maquinar a partir de un tocho cilindrico o fundir con igual desempeño. El rotor 60 es generalmente cilindrico con una serie de ranuras radiales 62 , ver la Fig. 3 . Cada ranura 62 recibe en forma I i i cooperante y deslizante una paleta 64. Las paletas 64 se acoplan en forma deslizante con la pared periférica 34 de la cavidad 18. El rotor 60 está formado con una parte plana periférica exterior 74 'y una parte plana periférica interior 76 que se extiende alrededor de la superficie interior 760 en ambos extremos.

El Rotor 60 además comprende una superficie interior 70 que recibe un buje 78. El buje -78 está ajustado a presión en la superficie interior 70. El buje 78 proporciona una superficie de apoyo para rotación del rotor 60 y del eje 46. El buje 78 es uno de ¡nylon con refuerzo metálico que se ajusta en forma deslizante con el eje 46. En una incorporación alterna el eje 78 se puede omitir. En la incorporación alterna en donde se omite el buje 78,| el eje 46 tiene un ajuste deslizante dentro del diámetro 70 mediante lo cual al rotor 60 puede girar en el eje 46. Puede ocurrir algún movimiento lateral menor del rotor 60 con respecto al;eje 46 sin afectar en forma adversa la operación de la bomba.

Un extremo de la superficie interior 70 tiene la forma de un casquillo hexagonal 86. El casquillo 86 comprende un ajuste forzado sobre un eje impulsor 90. El eje 90 se proyecta a través de; una abertura 21 en la caja 20. Es preferible obtener una unión por contacto a lo largo de cada uno de los flancos del eje impulsor hexagonal. Esto mejora las capacidades de transmisión del torque de la conexión al eje impulsor, permitiendo por lo tanto un casquillo más corto para un torque deseado.

Para ensamblar la bomba 10, se ajusta a presión el eje 46 en la superficie interior 50 en la caja 30. El buje 78 se ajusta a presión en el rotor 60. El rotor 60 y el buje 78 se deslizan en el¡ eje 46. El extremo 47 del eje 46 está adyacente pero no en contacto con el reborde 87 en la intersección del casquillo 86 y I la superficie interior 70. Esta característica coloca al rotor 60 radialmente en el eje 46. La caja 20 entonces se asegura a la caja 30 usando los sujetadores 40. El eje impulsor 90 se inserta en ia abertura 21 y en el casquillo 86.

En operación, la rotación del rotor 60 por acción del eje impulsor 90 provoca que el fluido se desplace desde la entrada 14 ;hacia la salida 12 por el movimiento de las paletas 64. Los resaltes periféricos 74, 76 en los extremos frontales opuestos del rotor proporcional sellos dinámicos entre los extremos del rotor 60 y la cavidad 18, mediante lo cual se inhibe que ocurra una fuga en las paredes laterales 34, 38, lo que mejora la eficiencia hidráulica. Los resaltes 74, 76 eliminan la necesidad de sellos secundarios separados. Cada parte plana 74, 76 ? ubican axialmente y controlan la ubicación del rotor dentro de ¡ la cavidad 18 durante su operación. La dirección "axial" es paralela al eje de rotación del rotor. Se debe hacer notar que el ¡eje 90 solamente transmite torque al rotor y no sirve como un medio de localizar y posicionar el rotor 60 dentro de la cavidad i 18: Esta función la llevan a cabo los resaltes 74, 76 y el eje 461 Se observará que se utiliza un solo buje en la superficie del eje 46 por lo que no se requiere la alineación de los cojinetes espaciados. Aún más, el acoplamiento del buje 78 con el i eje 46 permite que el rotor "flote" en la cavidad 18 lo que permite que el rotor encuentre un equilibrio natural durante su operación dentro de la cavidad. Esto a su vez permite que la tolerancia entre las paredes extremas 34, 38 que definen la cavidad 18 se reduzca aún más en comparación con el uso de un par de cojinetes en cada extremo del eje, una vez más incrementando la eficiencia hidráulica. Puesto de otra manera, el¡ rotor 60 es similar a un "cojinete" ya que gira y flota entre las paredes 34, 38.

El uso del casquillo hexagonal 86 en el rotor 60 evita la necesidad de un tratamiento de calor para el rotor 60 para evitar el "redondeo" del casquillo. El simple ajuste deslizante del rotor 60 en el eje 46 también evita la necesidad de materiales exóticos que de otra manera serian necesarios para que el rotor soporte el ajuste a presión de una colocación i convencional del eje.

La colocación de la bomba que se describió con anterioridad elimina la desalineación potencial de un par de cojinetes que se pueden usar convencionalmente, lo que facilita la fabricación y ensamblaje. Aunque las tolerancias son escazas, la presente colocación fácilmente se adapta para un rango normal de temperatura operativa del motor de aproximadamente -40°C a +130 °C en tanto que mantiene tolerancias reducidas. Se puede logar una reducción en el torque impulsor en el rango de aproximadamente 5% a 10% mediante la bomba de la invención en comparación con colocaciones convencionales.

La'Fig. 3 es una vista en perspectiva de un rotor utilizado en lai bomba de paletas. El rotor 60 incluye el casquillo 86 y las ranuras radiales 62. Cada ranura radial 62 recibe en forma deslizante una paleta 64, ver la Fig. 2. Cada paleta 64 se mueve libremente dentro de cada ranura 62, mientras que el movimiento i está restringido por las superficies interiores de la caja 20 y la caja 30. Los resaltes 74, 76 están dispuestos alrededor de una circunferencia del rotor 60.

En' la incorporación predominante, el rotor 60 incluye un comprimido pulvimetalúrgico o aleación. Esto permite que el I diseño de la invención se beneficie de la geometría "en estado de presión" para el rotor. Posteriormente, el compacto crudo se sinteriza usando métodos conocidos. En consecuencia, el rotor solamente requiere un acabado menor de la superficie para las I tolerancias operativas finales.

La (Figura 4 es un detalle transversal de la bomba de paletas que se muestra en la Figura 1. El eje impulsor acopla la abertura 21 con; un ajuste sin presión con una tolerancia relativamente grande entre el eje 90 y la superficie 22 de la abertura 21, por ejemplo, desde aproximadamente 1 a 3 mm. El eje impulsor 90 está fijado en forma floja en la caja 20 por medio de una ranura circunferencial (configuración de la superficie) 94 en el eje 90.; El anillo de retención 98 está dispuesto en una ranura circunferencial (configuración de la superficie) 100 dentro de la ¡caja 20. La ranura 100 es lo suficientemente profunda para permitir que el anillo 98 se expanda en lo que se inserta el eje 90 J i Uná vez que se ha insertado el eje 90 a través de la abertura 21 j el anillo 98 se acopla con la ranura 94. El diámetro "D" del anillo 98 es superior a la separación radial "RG". Esto inhibe un ' movimiento axial adicional hacia el eje 90 con respecto a la caja 20, por lo que se retiene mecánicamente el eje en la caja y se evita la pérdida de acoplamiento del eje 90 con el casquillo 86¡ en el rotor 60 durante el embarque. Se observará que el eje 90 gira libremente e la caja 20 con movimiento axial limitado i para adaptar para dar cabida a la conexión al motor y asegurar que no haya interferencia o contacto con el eje 46 una vez que es;tá completamente instalada la bomba. í La¡ Figura 5 es una vista en perspectiva del eje. El buje 78 se mufestra acoplado con el eje 46. El rotor 60 se omite en esta vista. El eje 46 está ajustado a presión en la caja 30.

•I La Figura 6 es una proyección horizontal de la conexión entre el eje y el rotor. El casquillo hexagonal 86 está acoplado con el eje impulsor 90. El eje 90 tiene una forma hexagonal que comprende seis partes planas 901. Cada uno de los seis lados del casquillo 86 y divididos en el punto medio y en ángulo con respecto al eje 90 por el ángulo "B". El ángulo "B" entre las superficies adyacentes 861 y 862 se encuentra en el rango de aproximadamente +0° a aproximadamente 15°. Por lo tanto, el casquillo hexagonal 86 incluye seis pares de superficies adyacentes 861 y 862. Las superficies 861 dispuestas opuestas i entre si a través del casquilla están separadas por la dimensión "A". La dimensión también aplica a las superficies opuestas 862. ? i La ! tolerancia entre el casquillo 86 y el eje 90 está compensada con el ángulo "B" para proveer más bien un área de contacto que una línea de contacto entre el eje 90 y el casquillo 86, ver la Figura 7. El área de contacto aumenta el torque que se puede transmitir antes que se llegue al límite de esfuerzo del material. Esto es una mora sobre la técnica anterior que enseña una simple línea de contacto entre las esquinas del eje 90 y el casquillo hexagonal 86 lo que 1 se puede inducir mediante variaciones en la manufactura.

I i La¡ Figura 7 es un detalle de la Figura 6. La superficie 901 es un; área de contacto con la superficie 862.

La: Figura 8 es una vista despiezada de la bomba. El rotor 60 y la corredera 120 están dispuestos dentro de la caja 30 y la caja 20. La corredera 120 incluye la superficie interior 121. Una orilla exterior de cada paleta 64 se acopla en forma deslizante con1 la superficie interior 121. La superficie interior 121 es cilindrica, pero la forma de la superficie puede estar ligeramente distorsionada para adaptarse a las geometrías del diseño, por ejemplo a una forma ovoide u oviforme. El pivote 18 acopla el retén 124 y el retén 125. La ranura 122 recibe la pieza 240 para sellar la presión de un fluido en la cámara 23. El ^ sello 240 puede incluir cualquier material que tenga una compatibilidad adecuada con el fluido de la bomba de aceite, por ejemplo, hules sintéticos y/o naturales. El muelle 310 se apoya sobre la pieza 311 y la superficie 128. La presión del aceite aplicada a la cámara 23 de un motor se usa para ajustar una posición de la corredera 120 en la caja 20. La presión del aceite se aplica a la superficie 312 para impartir una fuerza contra la fuerza del muelle 310, por consiguiente ajustando la salida de la bomba ajustando la posición de la corredera 120 dentro de la bomba. Los anillos 641 y 642 controlan la posición radial de cada paleta 64 en lo que gira el rotor. Las bombas de aceite que cuentan con una pieza móvil 120 son conocidas en el oficio.

I Él' uso de la bomba de la invención no está limitado a bombas de j aceite que cuentan con una corredera móvil 120 como se describe en; la Fig. 8. La colocación de la bomba de la invención y del i rotor también se puede usar en una bomba que no incluya una pieza de corredera móvil 120, es decir, una bomba que incluya una pieza no móvil.

Aunque en el presente se han descrito formas de la invención, para aquellos expertos en el oficio será obvio que se pueden hacer variaciones en la construcción y relación de partes sin apartarse del principio y alcance de la invención que aquí se I describe . i

Claims (7)

Reivindicaciones : Reivindico :

1. 1 Una bomba de paletas que consta de: una caja; un rotor dispuesto en la caja, el rotor con una superficie interior; una pluralidad de paletas móviles radialmente con respecto al rotor se extienden desde el rotor; un eje impulsor acoplado con la superficie interior; un segundo eje conectado en forma fija a la caja y que se extiende desde la caja para acoplar en forma deslizante la superficie interior; 1 un resalte que se extiende desde cada extremo del rotor, cada resalte cooperando con la caja para sellar el flujo de un fluido, y cada resalte controlando además en forma axial una posición del rotor dentro de la caja mediante un acoplamiento deslizante; y i el eje impulsor que se puede retener en una posición predeterminada con respecto a la caja. I

2. La bomba de paletas como en la reivindicación 1, en donde i el i rotor consta además de un buje para acoplar el segundo eje.

3. ; La bomba de paletas como en la reivindicación 1, en donde el1 eje impulsor acopla un casquillo hexagonal en la superficie interior .

4. La bomba de paletas como en la reivindicación 1, en donde el eje impulsor consta de una primera configuración de superficie y la caja consta de una segunda configuración de superficie dispuesta en forma cooperante con la primera superficie, una pieza de retención acoplable en forma cooperante con la primera superficie y la segunda superficie para retener el eje impulsor en la caja. :

5. La bomba de paletas como en la reivindicación 1 que además consta de un segundo resalte que se extiende desde cada extremo del rotor, este segundo resalte cooperando con la caja para sellar el flujo de un fluido. ;

6. ' La bomba de paletas como en la reivindicación 1, en donde lai superficie interior además consta de por lo menos un par de superficies adyacentes para acoplar el eje impulsor, las superficies adyacentes con un ángulo (B) entre ellas. i

7. [ La bomba de paletas como en la reivindicación 6, en donde elj ángulo (B) se encuentra en el rango de aproximadamente +0° a aproximadamente 15°. ¦ ' i ,