MECANISMO DE TRANSMISION DE AGITADOR
Descripción Detallada de la Invención Esta solicitud se refiere a un mecanismo de transmisión para un agitador rotatorio. En particular, el mecanismo de transmisión proporciona la agitación de substancias químicas en medios ambientes de alta presión, de alta temperatura, sin la necesidad de un sello alrededor del eje motor, y permite el uso de cojinetes convencionales para soportar el eje. Los procesos químicos industriales ocurren frecuentemente en los recipientes del reactor y requieren agitación para ayudar a las reacciones químicas. Por ejemplo, la agitación puede proporcionar mezclado homogéneo, o una suspensión uniforme de los materiales que tienen diferentes densidades o fases tales como emulsiones o sólidos suspendidos en un líquido. En general, los agitadores incluyen típicamente uno o más propulsores o impulsores dentro del recipiente que son fijados a un eje giratorio. El eje se extiende hacia fuera a través de la pared del recipiente hasta un motor que hace girar el eje y, a su vez, hace girar los impulsores o propulsores. Uno o más ensamblajes de cojinetes, generalmente cerca de la pared del recipiente, mantienen al eje en su lugar y le permiten girar libremente y en estado permanente bajo varias cargas
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rotacionales, transversales, y de empuje. Es deseable que un agitador proporcione un funcionamiento consistente con pocas fallas. Las instalaciones mayores de procesamiento industrial son extremadamente complejas y muy costosas en su operación. Una interrupción en un recipiente puede detener la operación de una porción principal de una planta, y el desensamblaje (y reensamblaje) de un mecanismo de transmisión del agitador por reparaciones toma frecuentemente un periodo de tiempo prolongado y puede destruir el lote que está siendo procesado en el recipiente. En un caso aún peor, una interrupción en la parte media de un lote puede requerir que el recipiente sea limpiado cuidadosa y laboriosamente antes de que el procesamiento pueda ser reasumido. En donde las condiciones dentro del recipiente son severas, tal como en donde la temperatura y presión dentro del recipiente son ambas muy elevadas, un sistema de transmisión de agitador convencional podría no proporcionar una confiabilidad aceptable. Por ejemplo, el motor para un sistema de transmisión está localizado típicamente en un área de presión baja, y el eje motor pasa desde el motor hacia el recipiente de modo que generalmente deben existir sellos, empaques, y/o cojinetes en el punto en donde el eje pasa a través de la pared del recipiente. Los sellos y el empaque están propensos a una degradación rápida bajo condiciones
severas en donde los mismos están colocados en temperaturas elevadas o a través de las diferencias de presión elevadas. Además, los sellos, el empaque, o los cojinetes deben ser lubricados apropiadamente, y bajo condiciones severas, los lubricantes pueden degradarse o aún pueden fugarse hacia el interior del recipiente, contaminando el proceso. Las soluciones convencionales pueden no ser adecuadas para resolver problemas tales como los provocados por las condiciones severas. Por ejemplo, los sellos mecánicos impulsores son utilizados frecuentemente en la pared del recipiente entre las áreas de presión alta y baja. Estos sellos generalmente, sin embargo, son a base de elastómeros, los cuales son materiales inapropiados para aplicaciones de alta temperatura. Los sellos de fuelles metálicos (o que no son impulsores), son utilizados frecuentemente en donde se esperan temperaturas elevadas, pero los mismos generalmente no trabajan bien bajo altas presiones. Los materiales de empaque también pueden ser provistos alrededor de un eje en donde el mismo se introduce a un recipiente. Aunque tal solución nuevamente trabaja bien bajo alta presión, puede provocar problemas en donde las temperaturas son elevadas. Por ejemplo, las fuerzas elevadas de fijación alrededor del material del empaque ayudan a formar un sello hermético que puede resistir la alta presión, pero las. fuerzas también crean una fricción que produce calor
adicional. Cuando se combinan con temperaturas elevadas en el recipiente, esta fricción puede provocar la destrucción rápida de los materiales . La colocación de un sistema de transmisión - motor y demás - completamente dentro del recipiente, resuelve el problema de sellado a través de una diferencia de presión elevada, pero esto generalmente no es aceptable. El motor del mecanismo de transmisión probablemente será menos tratable a condiciones severas que lo que lo son los cojinetes que soportan el eje a causa de que el mismo contiene cojinetes y otros componentes que no pueden manejar temperaturas elevadas o también un ambiente corrosivo. Y la colocación del sistema de transmisión completo en el recipiente simplemente coloca a los cojinetes completamente dentro de las condiciones de temperatura elevada y potencialmente corrosivas. Además, el acceso al mecanismo de transmisión es más difícil cuando el mismo está completamente dentro del recipiente. Además, el problema de la contaminación potencial del recipiente puede ser empeorado, particularmente en donde el motor es accionado hidráulicamente. Una solución al problema es romper el eje en dos, colocar el motor y una parte del eje fuera del recipiente, y la otra parte del eje dentro del recipiente, de modo que ninguna porción del mecanismo de transmisión pase a través de la pared del recipiente. Las dos partes del eje pueden ser
acopladas a través de la pared del recipiente magnéticamente. El eje del motor fuera del recipiente puede ser fijado a magnetos grandes, y el eje motor fijado al agitador dentro del recipiente puede ser fijado a magnetos correspondientes. Los conjuntos de magnetos pueden ser colocados sobre cada lado de un área sobresaliente de la pared del recipiente de modo que la rotación del motor induzca la rotación del agitador por acoplamiento magnético. Este método de "acoplamiento magnético", sin embargo, es costoso y permite solamente un par de torsión limitado que va a ser suministrado al agitador, y todavía requiere que los cojinetes que soportan el eje sean localizados en el medio ambiente hostil del recipiente. Como resultado, también se puede requerir que los cojinetes sean hechos de materiales costosos, especiales, puede conducir a una falla prematura del cojinete, y puede producir la contaminación del recipiente. Además, a causa de que la fuerza de acoplamiento es inversamente proporcional al cuadrado del espesor de la pared entre los magnetos, existirá un límite práctico al nivel de acoplamiento que puede ocurrir a través de una pared que es lo suficientemente gruesa para mantener la integridad del recipiente. Además, como se incrementan los requerimientos del par de torsión, los magnetos pueden necesitar ser colocados lejos de los ejes de modo que el recipiente a través del cual operan los magnetos
debe ser más grande, y su espesor de la pared se debe incrementar para contener la presión del recipiente. Como resultado, las limitaciones prácticas del tamaño y del par de torsión restringen la aplicabilidad general de los mecanismos de transmisión acoplados magnéticamente. En consecuencia, existe una necesidad de un sistema de transmisión de agitador que pueda proporcionar una operación confiable a los recipientes que alojan condiciones severas con un riesgo pequeño o ningún riesgo de pérdida de presión o contaminación de los contenidos del recipiente. Además, existe una necesidad de proporcionar tal mecanismo de transmisión en un sistema sin sellado que pueda utilizar materiales y partes convencionales. Además, existe una necesidad de proporcionar un motor para tal mecanismo de transmisión que pueda operar confiablemente en una atmósfera de alta presión en el cual la presión varia durante el transcurso del tiempo. En general, un mecanismo de transmisión de agitador es descrito para su uso con un recipiente de procesamiento químico. El mecanismo de transmisión puede ser sellado con el recipiente, y puede así estar bajo la misma presión o una presión semejante que el alojamiento. El mecanismo de transmisión puede ser separado del alojamiento por un piso aislado, de modo que la temperatura dentro del alojamiento sea significativamente inferior que aquella dentro del
recipiente. Un par de protectores de superposición, en la forma de un tubo vertical fijado el piso del mecanismo de transmisión y una orilla fijada al eje, pueden prevenir que el fluido del alojamiento se introduzca al recipiente. Además, los cojinetes que soportan el eje pueden estar sumergidos en uno o más cárteres alrededor del eje, que son llenados con lubricante. Como resultado, el eje motor no pasa desde un área de alta presión hasta un área de presión baja, y los componentes del mecanismo de transmisión activos, tales como los cojinetes y el motor, son aislados de las temperaturas elevadas en el recipiente. En una modalidad, un mecanismo de transmisión para un ensamblaje de agitador tiene un alojamiento del mecanismo de transmisión que define un volumen interior y un motor del mecanismo de transmisión montado en el volumen interior. Un soporte del cojinete está conectado al lado interno del alojamiento y tiene un receptáculo del cojinete en el cual uno o más cojinetes están montados, ün eje motor rodeado por un cárter está montado giratoriamente en los cojinetes y es impulsado por el motor del mecanismo de transmisión. El cárter define un volumen interior para contener un lubricante en el cual al menos una porción de los cojinetes están localizados en el volumen interno de modo que los cojinetes puedan ser sumergidos en el lubricante. El cárter también puede estar conectado al eje motor y girar con el eje motor.
El soporte del cojinete puede tener una porción superior, la cual puede comprender una pluralidad de brazos de soporte o un disco sólido, fuera del cárter, y una porción en voladizo, la cual puede comprender un cilindro . sólido, que contiene el receptáculo del cojinete. El eje, uno o más cojinetes, y una porción en voladizo pueden definir una galería para el fluido, y el soporte del cojinete puede tener un colector para el suministro del fluido, ün piso puede estar localizado abajo del cárter y puede tener un pasaje rodeado por un tubo vertical a través del cual pasa el eje motor, üna orilla fijada al eje puede rodear y superponerse con el tubo vertical, y puede ser provista con un deflector que se superpone con un deflector sobre el tubo vertical. Un sistema de circulación de fluido también puede recibir y recircular el fluido desde el motor y los cojinetes. En otra modalidad, un mecanismo de transmisión es provisto teniendo un alojamiento con un piso, y un motor del mecanismo de transmisión en el alojamiento conectado a un eje motor que se extiende a través del piso. Un tubo vertical alrededor del eje motor puede extenderse hacia arriba desde el piso, y un protector puede ser fijado al eje motor arriba del tubo vertical para prevenir que el fluido se introduzca al tubo vertical . El protector puede comprender una orilla que cuelga del tubo vertical, y la orilla puede tener un deflector que se superpone con un deflector sobre el tubo
vertical. Una abertura de drenaje puede estar localizada en el alojamiento cerca del piso. Un cárter puede ser montado alrededor del eje, y puede tener un cojinete montado en su volumen interior. El borde superior del cárter puede estar arriba de la parte superior de los cojinetes, y los cojinetes pueden estar en voladizo en el cárter sobre el soporte del cojinete, el cual puede tener pasajes para fluido para introducir el lubricante cerca de los cojinetes. El mecanismo de transmisión también puede ser provisto con una linea de introducción del medio que se extiende a través del tubo vertical y termina cerca del eje. Además, el piso y una porción del eje que se extiende hacia el recipiente abajo del piso pueden ser aislados. En todavía otra modalidad, se describe un método de extensión de la duración del cojinete en un mecanismo de transmisión de agitador por el cual uno o más cojinetes en un soporte del cojinete son provistos alrededor de un eje motor, un cárter es provisto alrededor de los cojinetes, el lubricante es pasado a través de los cojinetes hasta que el cárter esté rebosando para lubricar y enfriar los cojinetes, y el fluido es reciclado. ün divisor, tal como un piso, puede ser provisto abajo del cárter entre el recipiente y el mecanismo de transmisión alrededor del eje motor. También, un tubo vertical puede ser provisto alrededor de un orificio en el divisor para prevenir que el fluido pase hacia el
recipiente, y el fluido puede ser enfriado fuera del mecanismo de transmisión del agitador. Los detalles de una o más modalidades de la invención son descritas en las figuras que se anexan y la descripción que se da posteriormente. Otras características, objetos, y ventajas de la invención serán evidentes de la descripción y figuras, y de las reivindicaciones. Descripción de las Figuras La Figura 1 es una vista en perspectiva en sección parcial de un mecanismo de transmisión para su uso con un agitador . La Figura 2 es una vista en sección transversal del mecanismo de transmisión. La Figura 3 muestra una vista en sección parcial de un motor de transmisión hidráulica para su uso en un medio ambiente de alta presión. La Figura 4 muestra el sistema de circulación de fluido para el sistema de transmisión en una forma esquemática . Los símbolos con referencias semejantes en las diversas Figuras indican elementos semejantes. La Figura 1 es una vista en perspectiva en sección parcial de un mecanismo de transmisión 10 para su uso con un agitador. El motor 12 está acoplado al eje 14, el cual se extiende descendiendo desde el motor 12 hacia el recipiente
18 del reactor, y proporciona la potencia para el mecanismo de transmisión 10. El eje 14 también puede ser conectado a un agitador (no mostrado) para agitar un liquido dentro del recipiente 18. Los componentes del mecanismo de transmisión 10 pueden estar localizados dentro del alojamiento 16, el cual puede extenderse hacia fuera desde el recipiente 18, como es mostrado, o puede estar localizado total o parcialmente dentro del recipiente 18. El recipiente 18 puede ser un recipiente de almacenamiento a largo plazo, un recipiente de contención que está intermedio para otras etapas del proceso, un recipiente del reactor, u otro recipiente presurizable útil en las industrias químicas o en otras industrias de proceso. Como es mostrado, el alojamiento 16 es un cilindro hermético a la presión, hueco, cuyas paredes internas soportan los diversos componentes del mecanismo de transmisión 10, pero se podría utilizar una variedad de formas o arreglos para el alojamiento 16. Los interiores del alojamiento 16 y el recipiente 18 son mantenidos ambos generalmente a una presión alta y substancialmente semejante, tal como de varios cientos de libras por pulgada cuadrada (psig) . El interior del recipiente 18 puede ser mantenido a varios cientos de grados Fahrenheit, pero el interior del alojamiento 16 es mantenido generalmente a una temperatura substancialmente inferior. Los interiores del recipiente 18 y
el alojamiento 16 también pueden estar en comunicación, y cualesquiera gases dentro del alojamiento 16 y el recipiente 18 se puede permitir que se entremezclen. Alternativamente, la presión dentro del alojamiento 16 puede ser mantenida ligeramente arriba de la presión dentro del recipiente 18 de modo que los gases dentro del recipiente 18 sean mantenidos dentro del recipiente 18, o su liberación y salida del recipiente 18 por medio del alojamiento 16 pueda ser controlada, por ejemplo, haciendo bajar la presión del alojamiento 16 abajo de aquella del recipiente 18. De manera semejante, los gases pueden ser introducidos en el alojamiento 16 y pueden ser movidos dentro del recipiente 18. El motor 12 puede estar localizado dentro del alojamiento 16, y se puede tener acceso a él por medio de la cubierta removible 21. El motor 12 puede ser un motor accionado hidráulicamente, del tipo de desplazamiento positivo. Alternativamente, el motor 12 podría ser de cualquier tipo de fuente de potencia que pueda proporcionar movimiento giratorio al eje 14, tales como motores eléctricos o neumáticos. La cubierta 21 es provista ventajosamente para permitir el ensamblaje, el servicio, y el menos el desensamblaje parcial del mecanismo de transmisión 10. Además, las porciones del mecanismo de transmisión 10 pueden ser provistas en secciones de alojamiento separadas para permitir el pre-ensambla e de los elementos principales del
mecanismo de transmisión 10, y su fijación subsiguiente al aloj amiento . La placa de montaje puede ser sujetada al alojamiento 16 debajo del motor 12, y puede proporcionar un anclaje o fijación conveniente para el motor 12. La placa de montaje 22 puede ser una placa sólida y también podría estar perforada para permitir que cualquier lubricante que se acumule dentro del alojamiento 20 del motor pase a través de él hasta el alojamiento 16. Además, la placa de montaje 22 puede ser montada removiblemente para permitir el acceso facilitado a otros componentes dentro del alojamiento 16. Alternativamente, el motor 12 podría ser montado por cualquiera de un número de otros medios de montaje, tales como brazos de montaje o barras transversales. El eje 14 puede ser sujetado en su lugar por uno o más ensamblajes de cojinete 24, 26. El ensamblaje de cojinete 24 incluye un par de cojinetes 32, un soporte 28 de cojinete, y un cárter 34. El soporte 28 del cojinete tiene una porción superior 28A que se extiende hacia adentro de la pared del alojamiento 16, y una porción 28B en voladizo descendente, cilindrica. La porción superior 28A puede ser fijada directamente a la pared interna del alojamiento 16, o puede ser fijada a bloques de montaje (no mostrados) que son fijados a la pared interna del alojamiento 16, de modo que permita la remoción facilitada del soporte 28 del cojinete.
La porción superior 28A puede incluir una pluralidad de crucetas, o brazos, que se extienden desde la porción en voladizo 28B hasta la pared del alojamiento 16. Las crucetas pueden estar en la forma de tiras de extensión que están formadas integralmente con la porción superior 28A o pueden ser estructuras separadas. Las crucetas pueden crear un hueco entre la pared interna del alojamiento 16 y la porción superior 28A de modo que el lubricante puede caer una vez que se ha pasado el soporte 28 del cojinete, y de modo que se pueda tener acceso al ensamble 26 del cojinete inferior. Alternativamente, la porción superior 28A podría ser una placa sólida o disco. La porción en voladizo 28B es de forma cilindrica y define un volumen interno dimensionado apropiadamente para retener los cojinetes 32. Además, la porción en voladizo 28B puede tener una porción ligeramente rebajada para recibir los cojinetes 32 y mantenerlos de manera ceñida en su lugar. La porción 28B en voladizo también podría tomar una variedad de otras formas apropiadas. Los cojinetes 32 son mantenidos en su posición dentro de la porción 28B en voladizo, y forman el fondo de la galería de aceite 30. Los cojinetes 32 pueden ser lubricados con el aceite de la línea de lubricación 52, ya sea directamente o por el paso del lubricante hacia la galería de aceite 30. Por ejemplo, el aceite puede ser bombeado a través
de la linea 52 de lubricante y puede introducirse a la galería de aceite 30 en una o más localizaciones por medio de pasajes para fluido (mostrados con líneas de trazos interrumpidos) . El lubricante puede fluir entonces hacia abajo a través de cojinetes 32 ya sea debido a la presión desde la línea 52 de lubricante o bajo la fuerza de gravedad.' El lubricante también puede ser dirigido hacia los cojinetes 32 por cualquier otro medio adecuado, tal como introduciendo lubricante arriba del soporte 28 del cojinete. Preferentemente, el lubricante es introducido en cantidades suficientes, y de una manera continua o semi-continua, para sumergir los cojinetes 32 y proporcionar un flujo adecuado sobre los cojinetes 32 para darles una lubricación fresca y enfriamiento, y para asegurar que los cojinetes 32 no se atasquen o sobrecalienten durante la operación normal. El cárter 34 rodea una porción de la porción en voladizo 28B, y captura el lubricante que pasa desde la galería de aceite 30 a través de los cojinetes. El cárter 34 puede ser fijado sólidamente al eje 14 con un sello hermético al líquido y puede girar así cuando el eje 14 gira. El cárter 34 puede ser colocado de modo que su borde superior esté arriba de la parte superior de los cojinetes 32 pero abajo de la porción superior 28A. De esta manera, los cojinetes 32 estarán sumergidos totalmente en lubricante, y la galería de aceite 30 en general no se derramará sobre la parte de arriba
de la porción superior 28?. Alternativamente, el cárter 34 podrían rodear el eje 14, y no estar fijado al eje 14, y por lo tanto podría ser estacionario. En tal arreglo, algún lubricante se puede permitir que pase entre la porción interna del cárter 34 y el eje 14. Un segundo ensamblaje 26 del cojinete incluye un cojinete único 40, en compañía de un- soporte 36 del cojinete y el cárter 42. Tal segundo ensamblaje 26 del cojinete puede ser particularmente ventajoso en donde el eje 14 se espera que sea sometido a pares de torsión y/o cargas transversales muy elevadas. El montaje 26 del cojinete puede proporcionar un segundo punto de anclaje o fijación que está separado del punto de fijación del ensamblaje 24 del cojinete, y puede lograr por medio de esto un apalancamiento más grande para mantener al eje 14 en su lugar. Como con el ensamblaje 24 del cojinete, el soporte 36 del cojinete para el ensamblaje 26 del cojinete tiene una porción superior 36A que se extiende hacia adentro desde la pared del alojamiento 16, y una porción en voladizo 36B. El lubricante puede introducirse por medio de pasajes (mostrados por líneas de trazos interrumpidos) en el soporte 36 del cojinete a través de la línea 54 de lubricante, y puede pasar hacia la galería de aceite 38 definida por la porción 36B en voladizo y el cojinete 40. Aunque los soportes 28, 26 del cojinete son mostrados teniendo porciones cilindricas para
mantener los cojinetes 32, 40, los soportes del cojinete también podrían tomar cualquiera de un número de otras formas apropiadas, tales como una canasta perforada, brazos de soporte múltiples, o un anillo colgado de los brazos de soporte. El cárter 42 puede ser provisto para capturar el lubricante que fluye a través del cojinete 40. El cárter 42 puede ser fijado sólidamente por un sello hermético al líquido, al eje 14 y puede girar así con el cárter 14. El cárter 42 puede tener una vasija superior 44 y una orilla descendente 46, en donde la vasija superior 44 captura y retiene al lubricante mientras que la orilla 46 proporciona una protección contra el paso del lubricante. El cárter 42 puede ser colocado de modo que el borde superior de la vasija superior 44 esté arriba de la parte superior del cojinete 40 pero abajo de la porción superior 36A del soporte 36 del cojinete. De esta manera, el cojinete 40 estará totalmente sumergido en el lubricante, y la galería de aceite 38 en general no se derramará sobre la parte superior de la porción superior 36A del soporte 36 del cojinete. El cárter 42 también puede ser provisto separadamente de la orilla descendente . La orilla descendente 46 puede tomar una forma cilindrica y puede bajar descendiendo hacia, y terminando arriba de, el piso 48 del mecanismo de transmisión. Un
divisor entre el interior del alojamiento 16 y el interior del recipiente 18, en la forma del piso 48 del mecanismo de transmisión, puede estar localizado en o cerca del fondo del alojamiento 16, o puede estar localizado arriba o abajo del fondo del alojamiento 16. El tubo vertical 50 a su vez puede tomar una forma cilindrica, coaxial con, y dentro de, la orilla 46, y puede elevarse desde el piso 48 del mecanismo de transmisión. El tubo vertical 50 puede superponerse verticalmente con la orilla 46 para impedir o prevenir el paso del liquido desde el recipiente 18 hacia el alojamiento 16 y viceversa. El tubo vertical 50 también puede tomar cualquier número de otras formas apropiadas que prevengan que los fluidos pasen desde el alojamiento 16 hacia el recipiente 18. Como resultado, el cárter 42 puede servir como un protector para prevenir que el fluido se introduzca al tubo vertical 50. El piso 48 del mecanismo de transmisión, el tubo vertical 50, y la orilla 46 separan convenientemente el interior del alojamiento 16 del mecanismo de transmisión del interior del recipiente 18. Una ruta en forma de serpentina es creada entre el tubo vertical 50 y la orilla 46 de modo que el liquido no pueda pasar fácilmente entre el recipiente 18 y el alojamiento 16. Sin embargo, es posible permitir que los gases pasen entre las dos áreas, de modo que la diferencia de la presión entre el recipiente 18 y el
alojamiento 16 sea mínima, por ejemplo, una atmósfera. En general, ningún sello es requerido entre el eje 14 y el tubo vertical 50. En lugar de esto, el tubo vertical 50 y la orilla 46 bloquean el paso del fluido lubricante fuera del alojamiento 16 del mecanismo de transmisión o el paso de la substancia química hacia el alojamiento 16 del mecanismo de transmisión. Como resultado, un mecanismo de transmisión del agitador sin sellado puede ser logrado. Sin embargo, la presente invención no está limitada a mecanismos de transmisión sin sellado. En particular, los sellos o el empacado (tal como un material de empacado de grafito) o bujes de restricción (tales como bujes de laberinto) todavía pueden ser provistos alrededor del eje 14, por ejemplo, para mantener una diferencia de la presión o para reducir el flujo de calor desde el recipiente 18. Se debe reconocer, sin embargo, que el uso de tales técnicas de sellado no es necesario para practicar la presente invención, y que la modalidad descrita puede abarcar diseños tanto sellados como no sellados . El lubricante provisto al mecanismo de transmisión
10 puede ser cualquier fluido lubricante y/o de enfriamiento apropiado que proporcione un efecto lubricante a los cojinetes 32, 40, y puede ser un fluido simple o una mezcla de fluidos. Los ejemplos de tales fluidos incluyen un fluido hidráulico, aceite mineral, aceite de petróleo, y
preparaciones lubricantes o de enfriamiento, sintéticas, o fluidos a base de agua. Los fluidos hidráulicos ofrecen la ventaja de una amplia disponibilidad y buenas propiedades lubricantes y de enfriamiento. Ventajosamente, el mismo fluido puede ser utilizado para la lubricación de los cojinetes 32, 40 y para accionar el motor 12. La Figura 2 muestra el mecanismo de transmisión 10 en sección transversal. El motor 12 y el eje 14 están montados dentro del alojamiento 16. El fluido hidráulico para accionar el motor 12 es provisto por la linea de suministro 70 y removido por la linea de retorno 72. A causa de que el motor 12 es un motor del tipo de desplazamiento positivo, su velocidad giratoria puede ser controlada convenientemente - y puede ser invertida - por medio de la provisión de fluido al motor 12. El fluido que se fuga del motor 12 puede colectarse sobre la placa 22, y puede pasar hacia abajo a través de los orificios en la placa 22. Además, la presión en exceso en el alojamiento 16 puede pasar hacia arriba a través de los orificios en la placa 22 y pueden ser relevada por medio de la linea de ventilación 74, la cual se abre hacia la parte superior del alojamiento 16. El motor 12 es acoplado al eje 14 por medio del acoplamiento 76. El acoplamiento 76 puede permitir una alineación más facilitada del motor 12 con el eje 14, y puede proporcionar una remoción facilitada del motor 12 desde el
alojamiento 16. El acoplamiento 12 puede tomar una variedad de formas bien conocidas, y pueden ser sólidas o flexibles. Como en la Figura 1, dos ensamblajes 24, 26 de cojinete, son mostrados, y cada uno tiene un cárter 34, 42. La linea de suministro 52 de lubricante puede proporcionar lubricante al soporte 28 del cojinete, y la linea de suministro 54 del lubricante puede proporcionar lubricante al soporte 36 del cojinete. Las lineas lubricantes 52, 54 pueden comunicar con los colectores 84, 86 de suministro del fluido en los soportes 28, 36 del cojinete respectivamente. Como es mostrado, el lubricante es suministrado tanto arriba de los cojinetes 32, 40 dentro las galerías de aceite 30, 38, como abajo de los cojinetes 32, 40 dentro los cárteres 34, 42. Los cárteres 34, 42 están colocados con relación a los cojinetes 32, 40 de tal modo que el borde superior de cada vasija esté arriba del cojinete o cojinetes correspondientes. De esta manera, el lubricante adecuado puede ser mantenido alrededor y arriba de los cojinetes 32, 40 en las galerías de aceite 30, 38, de modo que los cojinetes 32, 40 sean sumergidos totalmente. El cárter inferior 42, en un caso, puede hacerse más profundo que el cárter superior 34 de modo que el cárter inferior 42 contenga un volumen más grande del lubricante, lo cual por esto proporciona un enfriamiento más grande a la porción más caliente, más baja, del eje 14.
Específicamente, los cojinetes 32 son mostrados como un par de cojinetes, y pueden ser un par de cojinetes de bola, tales como cojinetes de bola de contacto angular montados frente a frente o espalda con espalda para que sean resistentes a las fuerzas de empuje en ambas direcciones. Alternativamente, dos cojinetes de rodillos ahusados, espaciados lejos, montados en orientaciones opuestas también podrían ser utilizados. Otros tipos de cojinetes, incluyendo cojinetes de rodillos ahusados, cojinetes de aguja, cojinetes de bolas de empuje axial, y cojinetes de manguito interior o lisos, también pueden ser utilizados en las circunstancias apropiadas. Además, un solo cojinete o varias combinaciones de cojinetes, incluyendo cojinetes tales como cojinetes de levitación magnética, también pueden ser utilizados. También, los cojinetes 32 podrían ser montados para proporcionar resistencia a las fuerzas de empuje solamente en una dirección. Un retén 83 puede ser provisto sobre el eje 14 para mantener a los cojinetes 32 en su lugar, y puede tomar la forma de un collar roscado, una tuerca roscada, un collar de ajuste por fricción, un tornillo o anillo de fijación, u otra estructura apropiada. De manera semejante, el cojinete 40 puede ser cualquier cojinete apropiado o combinación de cojinetes . El piso 48 del mecanismo de transmisión actúa generalmente para colectar el lubricante que se derrama
arriba del cárter giratorio 42. El piso 48 del mecanismo de transmisión es mostrado con el aislamiento que hace más lenta la transferencia de calor desde adentro del recipiente 18 hasta adentro del alojamiento 16. Además, una linea de drenaje 56 es provista cerca del piso 48 del mecanismo de transmisión para permitir la salida del lubricante desde el alojamiento 16. La linea de drenaje 56 puede ser sobredimensionada convenientemente de modo que el lubricante fluya fácilmente fuera del alojamiento 16. Además, un vertedero puede ser provisto para asegurar que algo del lubricante permanezca sobre el piso 48 del mecanismo de transmisión y para proporcionar aislamiento adicional entre el recipiente 18 y el alojamiento 16. Además, el piso 48 del mecanismo de transmisión puede ser provisto con canales internos (no mostrados) para el paso del fluido de enfriamiento asi como para aislar adicionalmente el alojamiento 16 del recipiente 18. Aunque el piso del mecanismo de transmisión es mostrado en la interfaz entre el alojamiento 16 y el recipiente 18, el mismo también puede estar colocado adicionalmente dentro del alojamiento 16. El tubo vertical 50 puede extenderse hacia arriba y hacia abajo desde el piso 48 del mecanismo de transmisión, y puede ser concéntrico con, y estar en proximidad estrecha con, el eje 14. El forro aislante 90 puede ser provisto alrededor del eje 14 dentro del recipiente 18, y además puede
hacer lenta la transferencia de calor desde el recipiente 18 hacia el eje 14 y el alojamiento 16. ün borde superior del forro 90 puede extenderse hacia arriba, y puede superponerse con la porción descendente del tubo vertical 50 para formar una cavidad para desechos, para reducir la probabilidad de contaminación, y para bloquear el flujo de calor hacia arriba. Además, los deflectores 92 para fluido pueden ser provistos periféricamente sobre el lado exterior del tubo vertical 50 y la parte interna de la orilla 46 también para bloquear el flujo de lubricante fuera del alojamiento 16. Mostrados en la Figura en una forma semejante a una placa, los deflectores 92 pueden tomar cualquier otra forma apropiada, incluyendo las formas que establecen un pasaje no hermético a la presión, pero en forma de serpentina. Como se señaló, varias características ayudan a bloquear el flujo de calor desde el recipiente 18 hacia el alojamiento 16. El forro aislado 90 previene el flujo directo hacia el cuerpo del eje 90, y la porción que se proyecta hacia arriba del forro ayuda a bloquear el flujo convectivo de calor. El piso 48 del mecanismo de transmisión puede ser aislado y además bloquear el flujo de calor hacia arriba desde el recipiente 18. Además, el lubricante sobre el piso 48 del mecanismo de transmisión puede absorber además el calor justo antes de que fluido salga a través de la abertura 56. El tubo vertical 50 también puede bloquear el flujo
convectivo de calor, tanto por su proximidad estrecha al eje 14 como por su superposición con la orilla 46 (y por medio de los deflectores 92 de superposición) . Además, el lubricante en los cárteres rotatorios 34, 42 y en las galerías de aceite 30, 38 pueden estar en contacto con el eje 14 y puede remover por esto el calor que es capaz de propagarse hacia arriba a través del eje 14. En la operación, el motor 12 proporciona una fuerza rotatoria al eje 14. El lubricante es provisto por medio de las líneas 52, 54 y fluye hacia las galerías de aceite 30, 38 y los cárteres giratorios 34, 42. El lubricante puede ser provisto alternativamente por otros medios adecuados, incluyendo la entrada a través de las paredes del alojamiento 16 y a través de la parte superior de los soportes 28, 36 de los cojinetes. El lubricante desde las galerías de aceite 30, 38 fluye descendentemente bajo la fuerza de la bomba de suministro o por gravedad a través de los cojinetes 32, 40 y hacia los cárteres 34, 42. Cuando el lubricante en las galerías de aceite 30, 38 se eleva arriba del nivel de los bordes superiores de los cárteres 34, 42, respectivamente, el lubricante es forzado a desbordarse hacia los cárteres 34, 42. En donde los cojinetes 32, 40 están más abajo, respectivamente, que los bordes superiores de los cárteres 34, 42, los cojinetes 32, 40, estarán sumergidos en el lubricante. De esta manera, la altura de los bordes
superiores puede ser utilizada para controlar la profundidad del lubricante en los cárteres 34, 42. La porción superior 36A del soporte 36 del cojinete puede estar comprendida de una pluralidad de brazos que se extienden hacia adentro desde la pared del alojamiento 20 hacia la porción en voladizo 36B, de modo que el lubricante que se derrama sobre el cárter 34 pueda caer a través de los brazos y sobre el piso 48 del mecanismo de transmisión. En el caso del cárter giratorio 42, el lubricante que se derrama cae directamente al piso 48 del mecanismo de transmisión. El fluido sobre el piso 48 del mecanismo de transmisión puede salir a través de la abertura de drenaje 56. El flujo general de lubricante está indicado en la figura por medio de flechas pequeñas marcadas como "a". El medio, tal como los gases, líquidos, o polvos, puede ser introducido en el sistema por medio de la línea de introducción 88. Como es mostrado, la línea 88 de introducción del medio se introduce al alo amiento 16 a través del centro de la abertura de drenaje 56, y se abre en la pared del tubo vertical 50 cerca del eje 14. De esta manera, los gases introducidos pueden migrar descendiendo a lo largo el eje 14 hacia el recipiente 18 y hacia arriba a lo largo del eje 14 dentro del alojamiento 16. Tales gases pueden ser provistos, por ejemplo, en donde el recipiente de proceso 18 requiere un medio ambiente particular, o en donde el gas introducido reduce la entrada de gases perjudiciales
del proceso hacia el alojamiento 16. Los gases pueden incluir cualquier gas utilizado en el recipiente de proceso, o los gases introducidos para mantener una diferencia de la presión particular entre el alojamiento 16 y el recipiente 18, incluyendo el aire. Ventajosamente, el arreglo mostrado separa los cojinetes del recipiente interno 18 de temperatura elevada. Como resultado, el arreglo puede hacer uso de cojinetes convencionales, por lo cual se reducen los costos y se mejora la conflabilidad del sistema. También, el arreglo no coloca los cojinetes u otros componentes entre dos áreas de presión ampliamente diferente. Por lo tanto, los sellos de alta presión u otras precauciones no son necesarias en general para que el mecanismo de transmisión opere. El arreglo mostrado permite que los cojinetes sean aislados del recipiente interno 18 de alta temperatura sin que requiera un sello hermético a la presión alrededor del eje 14 que separa la parte interna del recipiente 18 de la atmósfera ambiental. En lugar de esto, el interior del alojamiento 16 es mantenido generalmente a la misma presión o una presión semejante a aquella dentro del recipiente 18. Por la eliminación de tal sello, el riesgo de contaminación, la falla inicial del sello, y el escape de los gases y otros materiales pueden ser minimizados ampliamente. La Figura 3 muestra una vista en sección parcial de
un motor de transmisión hidráulica 130 para su uso en un medio ambiente de alta presión. En particular, los motores hidráulicos estándares son llenados con fluido hidráulico que está bajo presión. En el uso normal, la presión interna en el motor generalmente empuja el fluido hidráulico desde la parte interna del motor a través de los cojinetes en el reborde del motor. De esta manera, los cojinetes del motor, los cuales están localizados usualmente cerca de los extremos de un motor, pueden recibir un suministro continuo de fluido y pueden ser lubricados por el fluido. El fluido puede ser capturado en el reborde del motor y reciclado, o se puede permitir que gotee fuera del motor en la atmósfera ambiental. Sin embargo, cuando un motor hidráulico estándar es colocado en una atmósfera de alta presión, en donde la presión ambiental es más elevada que la presión del fluido dentro del motor, el fluido hidráulico no es capaz de fluir fuera del centro del motor y lubricar los cojinetes. Como resultado, los cojinetes pueden estar faltos de lubricante, pueden estar expuestos a gases corrosivos, y pueden desgastarse rápidamente. Los motores hidráulicos pueden ser provistos con orificios de drenaje que pueden abrirse hacia cavidades internas cerca de los cojinetes del motor. Por lo tanto, en un medio ambiente de alta presión, es posible conducir por tubería el lubricante a través de los orificios de drenaje a una presión suficiente de modo que el lubricante fluya hacia
fuera y sobre los cojinetes. Para asegurar la lubricación adecuada y substancialmente continua, sin embargo, puede ser necesario hacer variar la presión a la cual el fluido es introducido para compensar los cambios en la presión ambiental alrededor del motor. Tal compensación puede requerir el uso de un circuito de control de sistema cerrado que tiene transductores de la presión y válvulas de control -una solución costosa y complicada. El motor 130 está adaptado para operar sin estructuras complejas dentro de un medio ambiente de alta presión en el cual la presión puede cambiar durante el transcurso del tiempo. El motor 130 incluye una entrada 132 para fluido hidráulico y una salida 134 para fluido hidráulico. El fluido hidráulico se introduce a la entrada 132 bajo presión y sale a través de la salida 134. El fluido hidráulico que pasa a través del motor 130 puede proporcionar una fuerza para provocar que el eje 136 del motor gire. El eje 136 del motor puede ser conectado a un agitador, tal como aquel descrito anteriormente, o a otro equipo. El eje 136 del motor puede ser mantenido en su lugar por el cojinete superior 138 y el cojinete inferior 140, los cuales puede ser cojinetes de bolas o cualquier otro tipo apropiado de cojinete. Los cojinetes 139, 140 pueden ser removibles, y pueden ser mantenidos en su lugar por el retén 142 del cojinete superior y el retén 144 del cojinete
inferior, respectivamente. Un sello 146 del borde puede ser provisto para capturar el fluido que ha pasado a través del cojinete inferior 140. El sello 146 del borde puede ser provisto con un drenaje de modo que el fluido que se colecta allí se pueda pasar a otra localización y sea reciclado. El drenaje 148 de la caja inferior puede proporcionar acceso a una cavidad inferior 152 debajo del cojinete inferior 140 y por medio de esto puede permitir el ingreso y salida del fluido desde la cavidad inferior 152. De manera semejante, el drenaje 156 de la caja superior puede permitir el acceso a una cavidad superior (no mostrada) debajo del cojinete superior 138. Los conductos 150, 158 para el fluido se pueden conectar, respectivamente, al drenaje 148 de la caja inferior y al drenaje 156 de la caja superior, de modo que el fluido en los conductos pueda fluir hacia el motor 130. Los conductos 150, 158 pueden terminar, respectivamente, en los receptáculos 154, 160 para el fluido. Los conductos 164, 162 de suministro del fluido pueden extenderse a través de una pared 166 de un alojamiento presurizado y terminar arriba de los receptáculos 154, 160 para el fluido, separados de los receptáculos 154, 160 para el fluido, por huecos de aire 170, 168. Los receptáculos 154, 160 para el fluido también podrían ser combinados en un receptáculo único, y los conductos 164, 162 para el suministro del fluido también podrían ser combinados entre sí.
En la operación, el lubricante puede ser introducido a través de los conductos 162, 164 de suministro del fluido y pueden pasar hacia los receptáculos 154, 160 para el fluido. Los receptáculos 154, 160 para el fluido pueden ser dimensionados y conformados en forma de vasija para capturar una porción substancial del lubricante desde los conductos 164, 162 para el suministro del fluido. El lubricante retenido en los receptáculos 154, 160 para el fluido puede suministrar una carga ligera de presión que empuje al lubricante descendiendo a través de los conductos 150, 158 y dentro del motor 130 de modo que el lubricante pueda pasar sobre los cojinetes 140, 138. Ventajosamente, la presión del fluido en los receptáculo 154, 160 para el fluido siempre está relacionada con la presión ambiental alrededor del motor 130, de modo que si la presión ambiental cambia, el lubricante todavía fluirá hacia el motor 130. El lubricante puede ser introducido a través de los conductos de suministro 162, 164 del fluido a una velocidad relativamente permanente o a una velocidad variable. El fluido puede ser suministrado a una velocidad relativamente permanente, por ejemplo, en donde el fluido es impulsado por una bomba de desplazamiento positivo de velocidad constante. Hasta el grado que el flujo de lubricante exceda las demandas del motor, el lubricante se puede permitir que se desborde sobre los receptáculos 154, 160 para el fluido, y puede ser
colectado, filtrado, y reciclado. En donde no sea posible tener el derrame del fluido sobre los receptáculos 154, 160 para el fluido, la velocidad de flujo a través de los conductos de suministro 162, 164 del fluido puede ser variada o detenida. Por ejemplo, la cantidad de fluido suministrado puede ser reducida cuando la velocidad del motor hidráulico sea reducida. Alternativamente, los sensores del nivel del fluido (no mostrados) , tales como flotadores, pueden ser provistos en los receptáculos 154, 160 para desconectar el suministro de fluido antes que el fluido se desborde. Alternativamente, un hueco de aire puede ser provisto en uno o ambos de los drenajes 148, 156 de la caja. El lubricante, en este caso, puede ser rociado o dispersado como una niebla a través del hueco y dentro del motor, de modo que los drenajes 148, 156 de la caja, actúen como receptáculos para fluido. Venta osamente, la modalidad descrita proporciona un motor que puede ser operado en un medio ambiente de alta presión sin la necesidad de mecanismos de compensación de la presión especializados. El depósito del fluido es referido constantemente a la presión alrededor del motor 130, de modo que la presión del fluido debajo de los cojinetes 138, 140 está ligeramente más arriba que la presión en el frente de los cojinetes 138, 140. De esta manera, los cojinetes 138, 140 pueden ser provistos con un nivel apropiado de lubricante en toda la operación del motor 130.
La Figura 4 ilustra, en una forma esquemática, un sistema 100 de circulación del fluido para el mecanismo de transmisión 10. El sistema de circulación 100 puede ser un sistema generalmente cerrado, y puede proporcionar tanto potencia para operar el mecanismo de transmisión 10, como lubricación y enfriamiento para los cojinetes y otros componentes dentro del mecanismo de transmisión 10. Ventajosamente, ambas funciones pueden ser efectuadas con el mismo fluido. Además, el sistema 100 puede proporcionar la captura, filtración, y reutilización del fluido desde el mecanismo de transmisión 10, y puede controlar cualesquiera gases dentro del mecanismo de transmisión 10. La presión dentro del alojamiento 16 puede ser mantenida en parte por medio de la trampa 104 fijada a la linea de ventilación 74 y la linea de drenaje 122. La linea de drenaje 122 puede ser dimensionada adecuadamente de modo que no sea llenada totalmente con el lubricante que deja el alojamiento 16, y se puede permitir por esto que el gas escape. La linea de drenaje 122 también puede ser dimensionada para que sea llenada completamente con el lubricante . La trampa 104 puede actuar como un separador de liquido/gas, y el tanque de almacenamiento 102 del fluido hidráulico puede liberar cualesquiera gases restantes a través de la ventilación 110. Por ejemplo, la ventilación 110
puede ser purgada de gases indeseables, o tales gases pueden ser liberados a la atmósfera, y pueden ser encendidos desde un ensanchamiento sobre la ventilación 110. Tales gases también podrían ser recuperados y almacenados para uso posterior, colección, o desecho, o para procesamiento, cuando sea apropiado. Para capturar el gas y los fluidos, la línea de ventilación 74 conecta la trampa 104, la cual a su vez se vacía en el tanque de almacenamiento 102. La trampa 104 puede recibir el lubricante que ha pasado a través del mecanismo de transmisión 10 desde la línea de drenaje 122, y de manera semejante puede dejar pasar el lubricante hasta el tanque de almacenamiento 102. El lubricante que ha sido utilizado para accionar el mecanismo de transmisión 10 también pasa desde la línea de retorno 72 hasta el tanque de almacenamiento 102. Los filtros de captura 106, 108 pueden ser provistos en las líneas que conducen al tanque de almacenamiento 102 para remover los desechos que se introducen al lubricante en el mecanismo de transmisión 10. El lubricante en el tanque de almacenamiento 102 puede ser extraído para accionar el motor en el mecanismo de transmisión 10 y para lubricar y enfriar los componentes en el mecanismo de transmisión 10, tales como los cojinetes. Como es mostrado, un intercambiador de calor de tubos y coraza 112 es provisto para remover el calor que ha sido acumulado en el lubricante desde el mecanismo de transmisión 10. El fluido de enfriamiento para el intercambiador de calor
112 puede ser, por ejemplo, agua de una torre de enfriamiento u otra fuente de fluido relativamente frió. Otros tipos de intercambiadores de calor también pueden ser utilizados. Además, el intercambiador de calor 112 puede ser provisto en los retornos que están en un punto anterior desde el tanque de almacenamiento 102. Las bombas de desplazamiento positivo 114, 118 pueden ser provistas para suministrar lubricante, respectivamente, para accionar el motor en el mecanismo de transmisión 10, y para lubricar y enfriar los cojinetes en el mecanismo de transmisión 10. La bomba 114 es una bomba del tipo de engranes de desplazamiento positivo, y es accionada por el mecanismo de transmisión 116. La bomba 114 extrae el fluido desde el tanque de almacenamiento 102 y provee el fluido a través de la linea de suministro 70 al motor en el mecanismo de transmisión 10. El mecanismo de transmisión 116 puede ser un mecanismo de transmisión de velocidad variable. A causa de que el motor en el mecanismo de transmisión 10 es un motor de desplazamiento positivo, y la bomba 114 es una bomba de desplazamiento positivo, la velocidad giratoria del motor puede ser controlada por la velocidad del mecanismo de transmisión 116. Otros tipos de bombas, incluyendo las bombas de desplazamiento no positivo, también pueden ser utilizadas. La bomba 118 también es una bomba del tipo de engranes de desplazamiento positivo, y puede ser acoplada al
mecanismo de transmisión 120. La bomba 118 puede extraer el fluido desde el tanque de almacenamiento 102 y proporcionar el fluido bajo presión como lubricante para los cojinetes y otros componentes en el mecanismo de transmisión 10. El lubricante puede ser suministrado a los cojinetes por medio de las lineas 52, 54. El lubricante también puede ser suministrado por medio de las lineas 162, 164 para lubricar los cojinetes del motor en el mecanismo de transmisión 10. Además, la linea 88 de introducción del medio, puede proporcionar un medio, tal como una corriente de gas, al interior del alojamiento 16, como se describió anteriormente. Ventajosamente, el sistema descrito separa los cojinetes del mecanismo de transmisión y otros componentes del mecanismo de transmisión del calor del recipiente y también colecta el lubricante de los cojinetes de modo que se puedan utilizar cojinetes convencionales de bajo costo. Por ejemplo, los cojinetes de tipo abierto, es decir, aquellos que no son sellados, permiten el flujo de fluido lubricante en todas las diversas partes de los cojinetes, tales como los rodillos, bolas, agujas, u otros elementos intermedios que pueden estar colocados entre los anillos de rodadura de los cojinetes. Además, a causa de que no existen diferencias de presión substanciales a través de los cojinetes, los cojinetes no necesitan ser seleccionados para mantener una presión, y pueden tener duraciones de servicio más
prolongadas . Además, el mismo fluido puede proporcionar potencia, lubricación, y enfriamiento. Como resultado, un número más pequeño de partes son necesarias para el sistema de accionamiento, y el sistema por esto puede ser construido y operado de manera más confiable y menos costosa. Por supuesto, otros sistemas de suministro y circulación del fluido que tienen diferentes arreglos de componentes diferentes de aquellos mostrados en las figuras también pueden ser utilizados y proporcionar una función semejante. Otros arreglos de la modalidad descrita también están dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, varios números, tipos, y arreglos de cojinetes pueden ser provistos para sujetar al eje, y se podrían proporcionar cojinetes adicionales para una distribución aún mayor de la carga desde el eje y el enfriamiento mejorado de cada cojinete. Además, un sistema "en serie", en el cual dos (o más) ejes son provistos dentro de un solo alojamiento, pueden ser provistos, en el cual cada eje podría ser provisto con uno o más cojinetes y bombas rotatorias asociadas, y podrían ser impulsados por un solo motor o por motores múltiples . Tal arreglo podría ser particularmente ventajoso para un proceso que requiere dos o más agitadores en un recipiente, particularmente en donde los agitadores giran en sentido contrario .
Se debe entender que varias modificaciones se podrían hacer sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. En particular, la invención está propuesta para ser operativa en cualquiera de un número de medios ambientes, y usando cualquiera de un número de arreglos de elementos . En consecuencia, otras implementaciones están dentro del alcance y cobertura de las siguientes reivindicaciones. Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.