MXPA06009783A - Accionador electrohidraulico con acumuladores energizados por muelle. - Google Patents

Abstract

Se provee un accionador electrohidraulico con protecciones integradas en casos de fallas; multiples acumuladoras se integran en el accionador para mejorar la confiabilidad y la redundancia; uno o mas acumuladores puede fallar y los acumuladores restantes proveen suficiente energia para mover el accionador a su condicion a toda prueba.

Description

ACCIONADOR ELECTROHIDRAULICO CON ACUMULADORES ENERGIZADOS POR MUELLE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a accionadores electrohidráulicos, y muy particularmente, a accionadores electrohidráulicos que tienen acumuladores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los acumuladores son dispositivos que almacenan energía en la forma de fluido bajo presión. Los acumuladores son herramientas útiles en el desarrollo de sistemas hidráulicos eficientes debido a su capacidad para almacenar energía en exceso y liberarla cuando se necesita. Los acumuladores se pueden utilizar para proveer varias funciones en sistemas hidráulicos. Estas funciones incluyen compensación de fuga, absorción de pulsación y choque, eliminación de ruido y compensación de carga. Los acumuladores tradicionales para accionadores electrohidráulicos son del tipo cargado con gas nitrógeno. Estos acumuladores generalmente se cree que constan de una membrana elástica cargada con nitrógeno para proveer la energía potencial al fluido hidráulico para operar los accionadores. Las membranas elásticas se deterioran con el paso del tiempo, dando como resultado una fuga de nitrógeno en el fluido hidráulico. Típicamente, el nitrógeno se escapa lentamente conforme la membrana se deteriora con el paso del tiempo, sin que exista una forma de detectar la fuga. La falla desconocida del acumulador puede conducir a una operación no confiable del sistema hidráulico. Adicionalmente, los acumuladores con frecuencia se agregan como una idea de último momento en los diseños de sistemas hidráulicos y se montan al azar alrededor del sistema hidráulico siempre que se tiene espacio, con diferentes grados de éxito. La invención provee un accionador electrohidráulico a toda prueba que supera los problemas antes mencionados. Estas y otras ventajas de la invención, así como características inventivas adicionales, serán aparentes a partir de la descripción de la invención aquí proporcionada .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN En un aspecto, la invención provee un sistema de accionamiento que tiene múltiples acumuladores construidos en el accionador para proveer funcionalidad a toda prueba. La integración de los acumuladores da como resultado un accionador a toda prueba redundante, completamente probado y validado. En otro aspecto, la invención reemplaza el acumulador basado en la membrana y el nitrógeno cargado con un acumulador de pistón cargado por muelle. Con el uso de múltiples acumuladores construidos en el accionador, cualquier acumulador puede dejar de funcionar adecuadamente cuando se requiere y los otros acumuladores golpearán completamente el accionador/válvula a su condición a toda prueba. Otros aspectos, objetivos y ventajas de la invención serán más aparentes a partir de la siguiente descripción detallada cuando se tome en conjunto con las figuras anexas .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las figuras anexas que se incorporan y forman parte de la descripción detallada, ilustran varios aspectos de la presente invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención. En las figuras : La figura 1 es una vista esquemática de una modalidad ejemplar de un sistema hidráulico, de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención; La figura 2 es una vista transversal isométrica del sistema hidráulico de la reivindicación 1; La figura 3 es una vista parcial isométrica del sistema hidráulico de la reivindicación 1 que muestra acumuladores redundantes; La figura 4 es una vista transversal de un acumulador, de acuerdo con las enseñanzas de la invención; y La figura 5 es un diagrama de líneas de un sistema hidráulico, de acuerdo con las enseñanzas de la invención que tienen la capacidad de operar como un sistema abierto con falla y cerrado con falla. Aunque la invención se describirá en relación con algunas modalidades preferidas, no se pretende limitar a esas modalidades. Por el contrario, se pretende abarcar todas las alternativas, modificaciones y equivalentes tal como se incluyen en el espíritu y alcance de la invención conforme a lo definido por las reivindicaciones anexas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención supera muchos problemas de acumuladores tradicionales proveyendo un accionador electrohidráulico a toda prueba que tiene múltiples acumuladores integrados en el accionador para proveer funcionalidad a toda prueba. La integración de los acumuladores da como resultado un accionador a toda prueba redundante, totalmente probado y validado. La membrana y el nitrógeno cargado del acumulador típico son reemplazados con un acumulador de pistón cargado por muelle. Con el uso de múltiples acumuladores construidos en el accionador, cualquier acumulador puede dejar de funcionar adecuadamente y los otros acumuladores golpearán completamente el accionador/válvula a su condición a toda prueba. Volviendo ahora a las figuras en donde números de referencia similares se refieren a elementos similares, la invención se ilustra como ejecutada en un ambiente operativo conveniente. Aunque no se requiere, la invención se describirá en el contexto general de un accionador electrohidráulico . Aquellos expertos en la técnica apreciarán que la invención se puede practicar con otras configuraciones en donde se utilizan los acumuladores. Volviendo ahora a las figuras, se ilustra un accionador hidráulico 100. El accionador 100 es un accionador de doble accionamiento. Aquellos expertos en la técnica apreciarán que la invención se puede ejecutar en otros tipos de accionadores, incluyendo, por ejemplo, accionadores de un solo accionamiento. El accionador hidráulico 100 es solo un ejemplo de un ambiente operativo conveniente y no pretende sugerir limitación alguna respecto al alcance de uso o funcionalidad de la invención. Tampoco el accionador 100 se deberá interpretar como que tiene alguna dependencia o requerimiento relacionado con algún componente o combinación de componentes que se ilustran en el accionador ejemplar 100. El distribuidor hidráulico 102 provee fluido de control al pistón hidráulico 104 y a los acumuladores 106. El pistón 104 está conectado a la varilla de salida 108 y se puede utilizar para controlar las válvulas (que no se muestran) conectando la horquilla del eje de salida 110 al vastago de válvula de la válvula. El LVDT (transformador diferencial de voltaje lineal [también conocido como transformador diferencial de variable lineal] ) 112 provee información de la posición del pistón a la caja de unión eléctrica 114. Aunque se puede utilizar un solo LVDT, se utilizan múltiples LVDT para redundancia y confiabilidad incrementada del sistema. La operación del accionador es muy conocida y no se necesita analizar en detalle en la presente invención. Para propósitos de claridad, no todas las conexiones o tuberías se muestran en las figuras. Cada acumulador 106 está conectado al accionador 100 a través de las estructuras modulares 116, 118. La estructura modular 116 conecta un acumulador 106 al distribuidor 102 a través de un bloque de recolección 120. La estructura modular 118 conecta las partes inferiores de los acumuladores al accionador 100 y ejes de soporte 122. Las estructuras modulares 116, 118 tienen rebordes de enclavamiento con agujeros de perno para fijar las estructuras a otras estructuras. El bloque de recolección 120 tiene pasos para conectar el fluido en el distribuidor 102 con los acumuladores 106. Los ejes de soporte 122 proveen rigidez al accionador 100. Alternativamente, las estructuras de modulador 116 y 118 junto con el bloque de recolección 120 pueden ser reemplazados con tubería hidráulica que conecte directamente los acumuladores 106 al distribuidor hidráulico 102. Los acumuladores 106 reemplazan el nitrógeno de los acumuladores típicos con muelles helicoidales 140. Los muelles helicoidales 140 están anidados dentro del alojamiento cilindrico 142 y están asentados sobre el asiento de muelle 144 y la placa inferior de muelle 146. La placa inferior de muelle 146 forma la parte inferior del acumulador 106. Los muelles helicoidales anidados 140 y el asiento de muelle 144 se mantienen dentro del alojamiento cilindrico 142 a través de una placa superior de muelle 148 que está fija al alojamiento cilindrico 142. Los acumuladores 106 reemplazan la cámara de aire de acumuladores típicos con pistón 150. El pistón 150 no se deteriora con el tiempo. El pistón 150 se ubica en una manga 152 que, en combinación con el pistón 150, forma una cavidad de almacenamiento para fluido hidráulico, tal como se analizará en la presente invención. El pistón 150 tiene una base 154 que está fija a la pared lateral 156. La pared lateral 156 también está conectada al asiento de muelle 144. Los sellos 158 evitan que el fluido se fugue al área del acumulador 106 en donde se ubican los muelles 140. Durante la operación, el distribuidor hidráulico de accionador 102 almacena energía en el acumulador permitiendo que la presión de suministro hidráulica empuje el pistón 150, comprimiendo así el fluido (y los muelles helicoidales 140 de su estado por omisión) . Una válvula de retención (que no se muestra) evita que la presión de suministro se drene de regreso al sistema de suministro. Durante la operación normal, el fluido comprimido permanece en los acumuladores 106. Cuando se requiere mover la válvula 100 a su condición a toda prueba, (es decir, el pistón 104 está en su condición abierta o cerrada) , el distribuidor libera la energía almacenada de los acumuladores 106. Los muelles comprimidos 140 regresan a su estado predeterminado, liberando y empujando así el fluido comprimido (es decir, la energía acumulada) de los acumuladores 106 para mover el accionador a su condición segura. El uso de múltiples acumuladores 106 provee tolerancia a las fallas (es decir, redundancia) . Si un acumulador falla (por ejemplo, una falla de muelle, un pistón limitador, etc.), el resto de los acumuladores provee suficiente energía para mover el accionador a su condición segura. La carga almacenada en los acumuladores, en una modalidad, están configurados para que el resto de los acumuladores tenga suficiente energía almacenada para mover el accionador a su condición a toda prueba si falla un acumulador. En otra modalidad, los acumuladores están configurados para mover el accionador a su condición a toda prueba si fallan múltiples acumuladores. Es posible que un muelle 140 pueda fallar. En una modalidad, los indicadores visuales son provistos en el alojamiento cilindrico 142 que permiten la inspección de los muelles 140 así como la confirmación del estado de carga del acumulador (es decir, posición del asiento de muelle 144) . Los indicadores visuales también proveen la capacidad para determinar si el pistón 150 está limitado o, de otra manera, atascado en el acumulador 106. Tal como se indicó previamente, los acumuladores 106 mueven el accionador a su condición a toda prueba. La condición a toda prueba puede ser en la posición abierta (es decir, falla abierta) o la posición cerrada (es decir, falla cerrada) . En una modalidad, el accionador se puede modificar fácilmente en el campo ya sea para la falla abierta o la falla cerrada estableciendo la ubicación de los tapones 160-166 ubicados en el distribuidor 106. Los tapones 160, 162 están instalados para poner el accionador 100 en un modo de falla cerrada. Los tapones 164, 166 están instalados para poner el accionador 100 en un modo de falla abierta. El uso de tapones provee la capacidad de utilizar el mismo distribuidor en ambos modos de operación, falla abierta y falla cerrada. A partir de lo anterior, se puede apreciar que se ha descrito un accionador de carga alta con protecciones a prueba de fallas incorporadas. La invención se puede utilizar en muchas situaciones. Por ejemplo, se puede utilizar como una válvula de vapor para una turbina de vapor. Múltiples acumuladores están incorporados en el accionador para proveer confiabilidad adicional. Uno o más acumuladores pueden fallar y los acumuladores restantes pueden proveer suficiente energía para mover el accionador a su condición a toda prueba. El uso de los términos "un" y "una" y "el" y referencias similares en el contexto de la descripción de la invención (especialmente en el contexto de las siguientes reivindicaciones) se interpretará para abarcar tanto el singular como el plural, a menos que se indique lo contrario en la presente invención o que el contexto claramente diga lo contrario. Los términos "que comprende", "que tiene" "que incluye" y "que contiene" se interpretarán como términos de fin abierto (es decir, significarán, "incluyendo, pero no limitado a,") a menos que se observe lo contrario. La mención de rangos de valores en la presente invención simplemente pretende servir como un método rápido para hacer referencia, de manera individual, a cada valor separado que caiga dentro del rango, a menos que se indique lo contrario en la presente invención, y cada valor separado se incorpora en la descripción detallada como si se mencionara de forma individual. Todos los métodos aquí descritos se pueden realizar en cualquier orden conveniente a menos que se indique lo contrario o que el contexto claramente lo contradiga. El uso de cualquiera y todos los ejemplos, o lenguaje ejemplar (por ejemplo, "tal como") aquí provisto, simplemente pretende ilustrar mejor la invención y no implica una limitación del alcance de la invención, a menos que se reclame lo contrario. Ningún lenguaje en la descripción se interpretará como una indicación de un elemento no reclamado como esencial para la práctica de la invención. Las modalidades preferidas de la presente invención se describen aquí, incluyendo el mejor modo conocido para que los inventores lleven a cabo la invención. Variaciones de estas modalidades preferidas se pueden volver aparentes para aquellos expertos en la técnica al momento de leer la descripción anterior. Los inventores esperan que aquellos expertos en la técnica empleen dichas variaciones según sea apropiado, y los inventores pretenden que la invención sea practicada de una manera diferente a la aquí descrita específicamente. Por consiguiente, la presente invención incluye todas las modificaciones y equivalentes de la materia sujeto mencionada en las reivindicaciones anexas a la presente conforme a lo permitido por la ley aplicable. Además, cualquier combinación de los elementos anteriormente descritos en todas las variaciones posibles de los mismos queda abarcada por la invención a menos que se indique lo contrario o que el contexto claramente diga lo contrario.

Claims (19)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un accionador electrohidráulico que comprende: un distribuidor hidráulico; un pistón hidráulico en comunicación de fluido con el distribuidor hidráulico, el pistón hidráulico tiene un alojamiento de pistón; y una pluralidad de acumuladores, cada acumulador en comunicación de fluido con el distribuidor hidráulico y el pistón hidráulico, cada acumulador conectado a una estructura superior y una estructura inferior, el alojamiento de pistón y el distribuidor hidráulico conectados a la estructura superior, en donde la pluralidad de acumuladores está configurada para que por lo menos uno de la pluralidad de acumuladores pueda fallar de manera adecuada cuando se requiera y la pluralidad restante de los acumuladores golpeará el pistón hidráulico a una condición a prueba de falla.

2.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura superior comprende una pluralidad de estructuras modulares y en donde cada acumulador está conectado a una de la pluralidad de estructuras modulares.

3. - El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque una de la pluralidad de estructuras modulares tiene un paso para conectar el acumulador al distribuidor hidráulico.

4.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque cada una de la pluralidad de estructuras modulares tiene rebordes de enclavamiento.

5. - El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el acumulador comprende : un alojamiento de acumulador que tiene una placa superior y una placa inferior; por lo menos un muelle anidado que tiene un primer extremo asentado en la placa inferior y un segundo extremo anidado en un asiento de muelle; y un ensamble de pistón de acumulador fijo al asiento de muelle, el ensamble pistón del acumulador en comunicación de fluido con el distribuidor hidráulico.

6.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el ensamble de pistón del acumulador comprende: un pistón de acumulador que tiene una superficie superior y una superficie inferior; y una pared fija a la superficie inferior y al asiento de muelle, la pared rodea el pistón del acumulador.

7. - El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 6, que además comprende una manga que rodea el pistón del acumulador, la manga se ubica entre la pared y el pistón del acumulador y en donde la manga retiene fluido suministrado desde el distribuidor cuando de comprime por lo menos un muelle anidado.

8. - El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque una parte superior de la manga se ubica aproximadamente en el mismo plano que la placa superior.

9.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la manga y una parte superior del pistón del acumulador forman una cavidad para retener el fluido suministrado desde el distribuidor cuando se comprime por lo menos un muelle.

10.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la estructura inferior comprende una pluralidad de estructuras modulares y en donde la placa inferior está unida a una de la pluralidad de estructuras modulares.

11.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque cada una de la pluralidad de estructuras modulares tiene rebordes de enclavamiento.

12.- Un accionador electrohidráulico que comprende : un distribuidor hidráulico; un pistón hidráulico en comunicación de fluido con el distribuidor hidráulico, el pistón hidráulico tiene un alojamiento de pistón; y una pluralidad de acumuladores, cada acumulador en comunicación de fluido con el distribuidor hidráulico y el pistón hidráulico, cada acumulador conectado a una estructura superior modular y una estructura inferior modular, el alojamiento de pistón y el distribuidor hidráulico conectados a la estructura superior modular, en donde la pluralidad de acumuladores está configurada para que por lo menos uno de la pluralidad de acumuladores pueda fallar de manera adecuada cuando se requiera y la pluralidad restante de los acumuladores golpeará el pistón hidráulico a una condición a prueba de falla.

13.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque cada estructura superior modular tiene un paso para conectar uno de la pluralidad de acumuladores al distribuidor hidráulico.

14.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque cada una de la pluralidad de estructuras modulares tiene rebordes de enclavamiento.

15.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el acumulador comprende: un alojamiento de acumulador que tiene una placa superior y una placa inferior; por lo menos un muelle anidado que tiene un primer extremo asentado en la placa inferior y un segundo extremo anidado en un asiento de muelle; y un ensamble de pistón de acumulador fijo al asiento de muelle, el ensamble pistón del acumulador en comunicación de fluido con el distribuidor hidráulico.

16.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el ensamble de pistón del acumulador comprende: un pistón de acumulador que tiene una superficie superior y una superficie inferior; y una pared fija a la superficie inferior y el asiento de muelle, la pared rodea al pistón del acumulador.

17.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 16, que además comprende un mango que rodea al pistón del acumulador, la manga ubicada entre la pared y el pistón del acumulador y en donde la manga retiene el fluido suministrado desde el distribuidor cuando se comprime por lo menos un muelle anidado.

18.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque una parte superior de la manga se ubica aproximadamente en el mismo plano que la placa superior.

19.- El accionador electrohidráulico de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la manga y una parte superior del pistón del acumulador forman una cavidad para retener el fluido suministrado desde el distribuidor cuando se comprime por lo menos un muelle .