MX2012001216A - Control de flujo variable utilizando bombas lineales. - Google Patents

Abstract

Se describen sistemas de distribución de tasa variable (10) y fija (100). Cada bomba (12) se alimenta con energía por medio de un motor CD (14) que hace girar una bomba de engranajes (16) que se encuentra inmersa en un unidad motriz hidráulica (18). La salida de la unidad motriz (18) alimenta a un motor hidráulico lineal (20) en donde su dirección se controla mediante una válvula de inversión de dos salidas (22). El motor hidráulico lineal (20) acciona las bombas (24) de uno o dos materiales las cuales se unen mecánicamente a la bomba hidráulica (12). Las salidas de presión y/o de flujo de las bombas de material (24) se controlan al modificar la salida de torque del motor CD (14), utilizando un módulo de control de motor (MCM) (26) especialmente diseñado. El MCM (26) utiliza un sensor de posición lineal (28) y un transductor de presión (30) instalados en la salida de la bomba de material (24) según las variables primarias del proceso (o retroalimentaciones) para controlar la bomba (24). El sistema no depende de costosos fluxómetros para controlar la salida de la bomba.

Description

CONTROL DE FLUJO VARIABLE UTILIZANDO BOMBAS LINEALES CAMPO TÉCNICO Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de E.U. serie número 61/229,347, presentada el 29 de julio de 2009, cuyo contenido se incorpora en la presente mediante la referencia.

TÉCNICA ANTERIOR Uno de los problemas cuando se distribuyen dos materiales componentes en un sistema de alta tecnología, es la necesidad de mantener una presión constante durante los períodos inactivos entre las operaciones de distribución. En la práctica anterior, especialmente en distribuidores a base de RIM (Moldeo por Inyección de Reacción) , se utilizaba un sistema automático de recirculación. Un sistema automático de recirculación requiere bombas de distribución y sistemas de acondicionamiento para operar de manera continua.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Este método de la presente invención eliminará la necesidad de un sistema automático de recirculación, su costo y requerimientos de energía, mientras proporciona resultados similares. En un sistema de tasa fija de acuerdo con la invención, están presentes las siguientes ventajas: (1) control de presión: se mantiene el punto de referencia de la presión en la condición tanto estática como dinámica lo cual elimina la zona muerta de presión estática a dinámica; (2) control de la tasa de flujo: la tasa de flujo de un material de dos componentes se mantiene en el punto de referencia para asegurar una tasa de distribución volumétrica precisa; (3) control de conversión: reduce la pérdida de volumen durante el cambio direccional (conversión) para la bomba de pistón lineal - esta pérdida durante la conversión puede crear una pérdida en el volumen de distribución; (4) control de la viscosidad del material: dos controles térmicos independientes para los componentes laterales A y B manejan la viscosidad del material para la repetibilidad de la distribución y a través de la mezcla en el aplicador; (5) controles del aplicador: aseguran que se cumplan todos los parámetros antes de iniciar la distribución del material.

De manera similar, en un sistema de tasa variable, están presentes las siguientes ventajas: (1) control de presión: se mantiene el punto de referencia de la presión en la condición tanto estática como dinámica lo cual elimina la zona muerta de presión estática a dinámica; (2) control de la tasa de flujo: la tasa de flujo de un material de dos componentes se mantiene en el punto de referencia para asegurar tanto una tasa de mezclado volumétrico como una tasa de distribución precisas; (3) control de conversión: reduce la pérdida de volumen durante el cambio direccional (conversión) para la bomba de pistón lineal - esta pérdida durante la conversión puede crear una pérdida en el volumen de distribución; (4) control de la viscosidad del material: dos controles térmicos independientes para los componentes laterales A y B manejan la viscosidad del material para la repetibilidad de la distribución y a través de la mezcla en el aplicador; (5) controles del aplicador: aseguran que se cumplan todos los parámetros antes de iniciar la distribución de un material; y (6) control sincronizado de la bomba: control de la bomba sin cambio de fase.

La siguiente descripción se basa en el diagrama de bloques del sistema de la Figura 1. El diagrama ilustra un sistema de tasa variable completo. El diseño general puede utilizarse para sistemas de distribución de tasa tanto variable como fija.

Como se indica en la figura, cada bomba se alimenta con energía por medio de un motor CD que hace girar una bomba de engranajes que se encuentra inmersa en una unidad motriz hidráulica. La salida de la unidad motriz alimenta a un motor hidráulico lineal en donde su dirección se controla mediante una válvula de inversión de dos salidas . El motor hidráulico lineal acciona bombas de uno o dos materiales las cuales se unen mecánicamente a la bomba hidráulica.

Las salidas de presión y/o de flujo de las bombas de material se controlan al modificar la salida de torque del motor CD, utilizando un módulo de control de motor ( CM) especialmente diseñado. El MCM utiliza un sensor de posición lineal y un transductor de presión instalados en la salida de la bomba de material según las variables primarias del proceso (o retroalimentaciones ) para controlar la bomba. El sistema no depende de costosos medidores de flujo para controlar la salida de la bomba.

Los dos MCMs se instalarán para controlar las dos bombas de manera independiente. En esta configuración, los dos MCMs se comunicarán entre si para proporcionar un verdadero sistema de tasa variable para el usuario.

Para eliminar la necesidad de costosos componentes automáticos de recirculación, este sistema se detendrá a una presión establecida introducida por el usuario. La detención por presión es el proceso de operar el motor y la(s) bomba (s) a un nivel de bajo torque con la(s) válvula (s) de distribución cerrada (s) . Cuando se encuentra en este modo, solamente se requieren pequeños niveles de torque aplicados al motor para mantener la presión objetivo requerida.

La implementación de esta práctica ahorrará una energía considerable, eliminando así la necesidad de operar las bombas de manera continua durante los períodos inactivos sin distribución, y además eliminará la necesidad de operar el sistema de acondicionamiento del material. La detención a una presión establecida ayudará a asegurar que el material distribuido desde el aplicador de material se encuentre a la presión deseada al inicio de la operación de distribución.

El sistema se detendrá por presión después de una operación de distribución a la presión objetivo establecida durante la última operación de distribución. Esta permanecerá durante una situación de inactividad entre las distribuciones .

Cuando se promueve una nueva operación de distribución, se introducirá una nueva presión objetivo para la distribución en la lógica de control de presión (remplazando la presión objetivo anterior) , antes del inicio de la distribución. Si la condición de detención en espera descrita previamente permanece durante un prolongado período de tiempo, la condición de "detención por presión" se dará por terminada. El límite finito para permitir la existencia de la condición de "detención por presión" es el ahorro de energía, reducir el calor en la unidad motriz hidráulica y en otros componentes mecánicos .

Las siguientes ventajas se aplican al sistema configurado sin un sistema automático de recirculación: · La invención elimina la necesidad de válvulas automáticas de recirculación, la lógica y tubería de recirculación asociadas.

• La invención elimina la necesidad de operar el sistema de acondicionamiento a niveles de distribución, ahorrando así una energía significativa para operar la máquina .

• Ya que las bombas no operarán significativamente durante los períodos inactivos, se espera menos desgaste en los componentes mecánicos .

En la configuración de distribución de tasa variable, el usuario puede seleccionar la distribución de material de 2 partes a una tasa de flujo constante. El MCM tomará la tasa de flujo requerida por el usuario (en unidades de volumen a través de incrementos de tiempo para el material de 2 partes mezclado) y utilizará los siguientes elementos para convertir matemáticamente la información en velocidades objetivo del pistón para cada bomba en el sistema: 1. Tamaño de las bombas A y B . 2. Tasa del material introducido por el usuario. El control de la tasa de flujo del material distribuido se efectúa controlando la presión de la bomba y la velocidad de bombeo. La velocidad se calcula por medio de la lógica del MCM, calculando el cambio en la posición de la bomba a un intervalo de tiempo fijo.

La lógica del MCM existente controlará el flujo manteniendo la velocidad del pistón entre las inversiones de la bomba ya sea con un único circuito lógico PID de velocidad o con 2 circuitos PID en cascada teniendo el circuito de control de velocidad máxima su salida de control alimentando un circuito de control de presión inferior con puntos de referencia de presión. Si se opera a bajas presiones de distribución, solo puede utilizarse un circuito de control de velocidad de bombeo.

Para minimizar el costo del sistema, la lógica de control de flujo no necesita la entrada de un costoso fluxómetro para monitorear la salida de flujo de la bomba. Para el sistema, puede utilizarse un módulo de monitoreo de flujo opcional separado para verificar la salida de flujo de la bomba. El sistema opcional separado utiliza fluxómetros instalados en la trayectoria de flujo del material para verificar la salida de flujo del sistema.

El MCM será responsable de monitorear y rastrear si la velocidad objetivo de la bomba se ha alcanzado, después de cada cálculo de velocidad de bombeo. Si la lógica no fue capaz de mantener su velocidad objetivo (dentro de cierto porcentaje del objetivo) por el gran porcentaje de la operación de distribución, se generará un código de error correspondiente de proporción suspendida o flujo suspendido.

Cuando se suministra a un flujo constante en un sistema de tasa variable, se aplican los siguientes elementos : a. Cuando se distribuyen 2 componentes que necesitan tener la proporción del material mezclado final a la misma proporción durante el transcurso completo de la operación de distribución, ambas bombas operarán en un modo sincronizado. En otras palabras, ambas bombas deben invertirse al mismo tiempo para duplicar la caída de presión en ambas bombas de manera simultánea para asegurar mejor que no exista una "condición en la proporción" durante el proceso de inversión de la bomba. Este proceso puede no ser necesario para algunos materiales de 2 componentes . b. Para controlar la proporción de las 2 bombas, ambas bombas deben mantener sus velocidades de bomba respectivas en un alto porcentaje de tiempo durante la operación de distribución. Por ejemplo, para suministrar a una proporción de 2:1 para 2 bombas del mismo tamaño, es necesario que la velocidad de bomba de una bomba sea 2 veces más rápida que la de la segunda bomba. Para este tipo de distribución, la bomba sincronizada más lenta será de "corta marcha" (no recorrerá la longitud completa de la bomba) como se estableció anteriormente.

Las siguientes ventajas se aplican al sistema de control de tasa variable: 1. La invención permite el uso de bombas lineales, las cuales son más económicas y suministrarán una mayor variedad de materiales. El uso de bombas de engranajes racionales para aplicaciones de distribución de tasa variable es más costoso y no funciona muy bien cuando se distribuyen materiales de alta viscosidad o abrasivos. 2. La invención no requiere costosos fluxómetros para que el usuario controle el flujo. 3. La invención permite al usuario modificar la tasa de flujo y la tasa de distribución sin cambiar ninguna configuración mecánica.

. La invención permite al usuario modificar la tasa de flujo y la tasa de distribución durante una operación de distribución activa.

Estos y otros objetivos y ventajas de la invención se evidenciarán más completamente a partir de la siguiente descripción hecha en conjunción con los dibujos anexos en donde caracteres de referencia similares se refieren a las mismas o similares partes a través de todas las diversas vistas .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra un sistema de tasa variable de acuerdo con la presente invención.

La Figura 2 muestra un sistema de tasa fija de acuerdo con la presente invención.

MODO ÓPTIMO PARA LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN La siguiente descripción se basa en el diagrama de bloques del sistema de la Figura 1. El diagrama ilustra un sistema de tasa variable 10 completo. El diseño general puede utilizarse para sistemas de distribución de proporción tanto variable 10 como fija 100.

Como se indica en la figura, cada bomba se alimenta con energía por medio de un motor CD 14 que hace girar una bomba de engranajes 16 que se encuentra inmersa en un unidad motriz hidráulica 18. La salida de la unidad motriz 18 alimenta a un motor hidráulico lineal 20 en donde su dirección se controla mediante una válvula de inversión de dos salidas 22. El motor hidráulico lineal 20 acciona bombas 24 de uno o dos materiales las cuales se unen mecánicamente a la bomba hidráulica 12.

Las salidas de presión y/o de flujo de las bombas de material 24 se controlan al modificar la salida de tor ue del motor CD 14, utilizando un módulo de control de motor (MCM) 26 especialmente diseñado. El MCM 26 utiliza un sensor de posición lineal 28 y un transductor de presión 30 instalados en la salida de la bomba de material 24 según las variables primarias del proceso (o retroalimentaciones ) para controlar la bomba 24. El sistema no depende de costosos fluxómetros para controlar la salida de la bomba.

Los dos MCMs 26 se instalarán para controlar las dos bombas 24 de manera independiente. En esta configuración, los dos MCMs 26 se comunicarán entre si para proporcionar un verdadero sistema de tasa variable para el usuario .

Para eliminar la necesidad de costosos componentes automáticos de recirculación, este sistema se detendrá a una presión establecida introducida por el usuario. La detención por presión es el proceso de operar el motor 14 y la(s) bomba (s) 24 a un nivel de bajo torque con la(s) válvula (s) de distribución 32 cerrada(s). Cuando se encuentra en este modo, solamente se requieren pequeños niveles de torque aplicados al motor 14 para mantener la presión objetivo requerida .

La implementación de esta práctica ahorrará una energía considerable, eliminando así la necesidad de operar las bombas 24 de manera continua durante los períodos inactivos sin distribución, y además eliminará la necesidad de operar el sistema de acondicionamiento del material. La detención a una presión establecida ayudará a asegurar que el material distribuido desde el aplicador de material 32 se encuentre a la presión deseada al inicio de la operación de distribución.

El sistema se detendrá por presión después de una operación de distribución a la presión objetivo establecida durante la última operación de distribución. Esta permanecerá durante una situación de inactividad entre las distribuciones.

Cuando se promueve una nueva operación de distribución, se introducirá una nueva presión objetivo para la distribución en la lógica de control de presión (remplazando la presión objetivo anterior) , antes del inicio de la distribución. Si la condición de detención en espera descrita previamente permanece durante un prolongado periodo de tiempo, la condición de "detención por presión" se dará por terminada. El límite finito para permitir la existencia de la condición de "detención por presión" es el ahorro de energía, reduciendo el calor en la unidad motriz hidráulica y en otros componentes mecánicos .

En la configuración de distribución de tasa variable, el usuario puede seleccionar la distribución de material de 2 partes a una tasa de flujo constante. El MCM tomará la tasa de flujo requerida por el usuario (en unidades de volumen sobre incrementos de tiempo para el material de 2 partes mezclado) y utilizará los siguientes elementos para convertir matemáticamente la información en velocidades objetivo del pistón para cada bomba en el sistema: 1. Tamaño de las bombas A y B. 2. Proporción para el material introducida por el usuario .

El control de la tasa de flujo del material distribuido se efectúa controlando la presión de la bomba y la velocidad de bombeo. La velocidad se calcula por medio de la lógica del MCM, calculando el cambio en la posición de la bomba a un intervalo de tiempo fijo.

La lógica del MCM existente controlará el flujo manteniendo la velocidad del pistón entre las inversiones de la bomba ya sea con un único circuito lógico PID de velocidad o con 2 circuitos PID en cascada teniendo el circuito de control de velocidad máxima su salida de control alimentando un circuito de control de presión inferior con puntos de referencia de presión. Si se opera a bajas presiones de distribución, puede utilizarse un circuito de control solo de velocidad de bombeo .

Para minimizar el costo del sistema, la lógica de control de flujo no necesita la entrada de un costoso fluxómetro para monitorear la salida de flujo de la bomba. Para el sistema, puede utilizarse un módulo de monitoreo de flujo opcional separado para verificar la salida de flujo de la bomba. El sistema opcional separado utiliza fluxómetros instalados en la trayectoria de flujo del material para verificar la salida de flujo del sistema.

El MCM será responsable de monitorear y rastrear si la velocidad objetivo de la bomba se ha alcanzado, después de cada cálculo de velocidad de bombeo. Si la lógica no fue capaz de mantener su velocidad objetivo (dentro de cierto porcentaje del objetivo) por el gran porcentaje de la operación de distribución, se generará un código de error correspondiente de proporción suspendida o flujo suspendido.

Cuando se suministra a un flujo constante en un sistema de tasa variable, se aplican los siguientes elementos : a. Cuando se distribuyen 2 componentes que necesitan tener la proporción del material mezclado final a la misma proporción durante el transcurso completo de la operación de distribución, ambas bombas operarán en un modo sincronizado. En otras palabras, ambas bombas deben invertirse al mismo tiempo para duplicar la caída de presión en ambas bombas de manera simultánea para asegurar mejor que no exista una "condición en la proporción" durante el proceso de inversión de la bomba. Este proceso puede no ser necesario para algunos materiales de 2 componentes . b. Para controlar la proporción de las 2 bombas, ambas bombas deben mantener sus velocidades de bomba respectivas en un alto porcentaje de tiempo durante la operación de distribución. Por ejemplo, para suministrar a una proporción de 2:1 para 2 bombas del mismo tamaño, es necesario que la velocidad de bomba de una bomba sea 2 veces más rápida que la de la segunda bomba. Para este tipo de distribución, la bomba sincronizada más lenta será de "corta marcha" (no recorrerá la longitud completa de la bomba) como se estableció anteriormente.

Las siguientes ventajas se aplican al sistema de control de tasa variable: Se contempla que pueden efectuarse varios cambios y modificaciones al sistema de control de flujo sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define por medio de las siguientes reivindicaciones.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de distribución de múltiples componentes de flujo variable, comprendiendo dicho sistema de distribución: primera y segunda bombas hidráulicas; un motor CD que alimenta con energía cada una de dichas bombas hidráulicas; una válvula de inversión de dos salidas; al menos un motor hidráulico lineal que tiene su dirección controlada mediante dicha válvula de inversión; un primer módulo de control de motor; y al menos una bomba de material, teniendo dicha bomba de material salidas de presión y de flujo y estando mecánicamente unida a dicho motor hidráulico lineal, controlándose una de dichas salidas al modificar la salida de torque de dicho motor CD con dicho módulo de control de motor .

2. El sistema de distribución de múltiples componentes de flujo variable de la reivindicación 1, que comprende además un sensor de posición lineal y un transductor de presión instalados en la salida de dicha bomba de material .

3. El sistema de distribución de múltiples componentes de flujo variable de la reivindicación 2, que comprende además un segundo módulo de control de motor en donde dichos primero y segundo módulos de control de motor controlan dichas primera y segunda bombas de material, de manera independiente.

4. El sistema de distribución de múltiples componentes de flujo variable de la reivindicación 3, en donde dichos primero y segundo módulos de control de motor se comunican entre sí para proporcionar un verdadero sistema de tasa variable.

5. El sistema de distribución de múltiples componentes de flujo variable de la reivindicación 1, en donde dichos módulos de control de motor se detendrán a una presión establecida introducida por el usuario.

6. El sistema de distribución de múltiples componentes de flujo variable de la reivindicación 5, en donde se aplican a dicho motor pequeños niveles de torque para mantener la presión objetivo requerida.