MXPA06013342A - Bomba con piston de carrera variable. - Google Patents

Abstract

Un aparato de bomba incluye un alojamiento ubicado en un eje. El alojamiento tiene una cámara, una válvula de entrada y una válvula de salida. Un impulsor de pistón se configura para reciprocar axialmente. Un pistón se configura para reciprocar en la cámara para dirigir líquido a la cámara a través de la válvula de entrada durante una carrera de admisión y para descargar el líquido de la cámara a través de la válvula de salida durante una carrera de descarga. Un resorte deriva axialmente el pistón a una posición base respecto al impulsor, de manera tal que el impulsor al reciprocar, desplazará el pistón para reciprocar. Una estructura de pre-carga, pre-carga al resorte para permitir que la presión del líquido en la cámara desplace al pistón lejos de la posición base contra la derivación del resorte después de que la presión excede un nivel umbral.

Description

t BOMBA CON PISTÓN DE CARRERA VARIABLE CAMPO TÉCNICO Esta solicitud se refiere a bombas para líquidos. ANTECEDENTES Una bomba para líquidos incluye un pistón que reciproca en una cámara cilindrica. El pistón dirige el líquido a través de una válvula de entrada dentro de la cámara, durante una carrera de admisión y fuerza el líquido fuera de la cámara a través de una válvula de salida durante una carrera de descarga. COMPENDIO Un aparato de bomba incluye un alojamiento situado en un eje. El alojamiento tiene una cámara, una válvula de entrada y una válvula de salida. Un impulsor de pistón se configura para reciprocar axialmente. Un pistón esta configurado para reciprocar en la cámara, para dirigir líquido a la cámara a través de la válvula de entrada durante una carrera de admisión y descargar el líquido de la cámara a través de la válvula durante una carrera de descarga. Un resorte deriva axialmente el pistón a una posición base respecto al impulsor, de manera tal que el impulsor, al reciprocar, desplaza el pistón para reciprocar. Una estructura de pre-carga, precarga el resorte, para permitir que la presión de líquido en la cámara desplace el pistón desde la posición base contra la derivación del resorte después que la presión excede un nivel umbral. De preferencia, el resorte tiene una constancia de resorte que aumenta al incrementar la compresión del resorte. El resorte se configura para hacer que el volumen de líquido suministrado durante cada carrera de descarga esté inversamente relacionado a la presión de salida de la bomba. La precarga se ajusta manualmente. La estructura de precarga incluye una proyección en el pistón dentro del impulsor, y además incluye una superficie de tope en el impulsor, que bloquea la proyección que sale del impulsor y contra la cual la proyección se deriva por el resorte. El resorte se configura para absorber toda la reciprocación del impulsor, en una situación en donde se bloquea la salida de líquido del pistón de la válvula de salida, mientras que un impulsor continúa reciprocando. " "BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es una vista esquemática de una lavadora de presión, que incluye una bomba; Las FIGURAS 2-4 son vistas en sección esquemática de la bomba en etapas diferentes durante su operación; y La FIGURA 5 es una vista esquemática de un resorte de la bomba. DESCRIPCIÓN El aparato 1 mostrado en la Figura 1 tiene partes que son ejemplos de los elementos descritos en las reivindicaciones. El aparato de esta manera incluye ejemplos de como una persona con destreza ordinaria en la especialidad puede hacer y emplear la invención reivindicada. Se describe aquí para satisfacer los requerimientos de puesta en práctica y mejor modo sin imponer limitaciones que no se describen en las reivindicaciones. El aparato 1 es una lavadora a presión. Incluye una bomba 10 para bombear un líquido desde una línea de suministro 12 a una línea de salida 14. La línea de suministro 12 tiene una manguera de entrada 20 con un extremo de roscado 22 configurado para ser roscado en un grifo de agua. La línea de salida 14 tiene una manguera de salida 24 conectada a una boquilla de rocío 26. La bomba 10 dirige agua desde la línea de entrada 12 y la fuerza fuera de la boquilla 26 y la forma de un rocío a presión.

Como se muestra en la Figura 2, la bomba 10 incluye un alojamiento 30 ubicado en un eje central A. El alojamiento 30 tiene extremos frontal y posterior axiales 32 y 34 y una superficie de apoyo de pistón cilindrico 36, que define una cámara cilindrica 38. La cámara 38 está centrada en el eje A y se extiende hacia adelante desde una abertura posterior 40 del alojamiento 30. Líquido entra a la cámara 38 desde la línea de suministro 12 a través de una válvula de retención de entrada 42. El líquido sale de la cámara 38 a la línea de salida 14 a través de una válvula de retención de salida 44. Un pistón 50 incluye una cabeza de pistón 52 fija rígidamente a una varilla de pistón 54. Un extremo frontal roscado 56 de la varilla 54, se rosca en una perforación roscada 57 de la cabeza 52. La longitud L del pistón 50 depende de la profundidad en la cual la varilla 54 se rosca en la cabeza 52. La cabeza 52 se extiende desde la brida 54 en la cámara 38. Forma un sello hermético a líquido anular con y se desliza axialmente contra la superficie de apoyo de pistón superficialmente 36. La cabeza 52 y el alojamiento 30 juntas circunscriben una cavidad de compresión 58, que está en una sección cerrada de la cámara 38, que tiene un volumen que varia conforme reciproca la cabeza 52. Una tuerca 60 se rosca en el extremo posterior 62 de la varilla 54 y se proyecta radialmente hacia afuera de la varilla 54. El extremo posterior 62 de la varilla 54 se captura en una perforación 70 de un impulsor de pistón 72. Un anillo roscado 74 circunda la varilla 54, se rosca en un extremo frontal roscado 76 de la perforación 54. Una superficie de tope con frente hacia atrás 78 del anillo 74 bloquea la tuerca 60 evitando que salga de la perforación 70.

Un resorte de derivación 80 se envuelve respecto a la brida 54 y comprime entre superficies de apoyo de resorte respectivas 82 y 84 de la cabeza 52 y el impulsor 72. El resorte 80 deriva la varilla 54 en una posición base respecto al impulsor 72, como se muestra en la Figura 2, en donde la tuerca 60 confina a tope la superficie de tope 78. La tuerca 60 y la superficie de tope 78 de esta manera en conjunto pre^cargan el resorte 80. La superficie de tope 78 está axialmente entre la tuerca 60 y el resorte de derivación 80. Un resorte de retorno 90 se envuelve respecto a la cabeza de pistón 54 y comprime entre superficies de apoyo de resorte respectivas 92 y 94 del alojamiento 30 en la cabeza 52. El resorte de retorno 90 mantiene al impulsor 72 en contacto con la superficie oscilación frontal 96 de una placa de oscilación 98. La placa 98 se conecta a una flecha de salida que se extiende axialmente 100 de un motor 102. La superficie de oscilación 96 está inclinada respecto al eje A, de manera tal que empuja en forma reciprócate el impulsor 72 hacia adelante, contra la derivación del resorte de retomo 90 conforme gira la placa 98. El pistón 50 se desplaza por el impulsor 72 para reciprocar, con una serie de carreras de admisión y descarga en fase con las carreras de avance y retroceso del impulsor 72. La carrera de descarga empieza con el pistón 50 totalmente retraído como se muestra en la Figura 2, y la presión ?8? en la cavidad 58 iguala la presión de la línea de suministro P¡n más la presión de fisura Pcrack de la válvula de admisión 42. Posteriormente, durante la carrera de descarga, el pistón 50 avanza, provocando que aumente la presión en la cavidad 58. En algún punto, como en la Figura 3, cuando la presión de la cavidad ??? empieza a exceder Pout+Pcrack. la válvula de salida 44 empieza a abrir, para permitir el líquido a la línea de salida 14. De ahí en adelante, mayor avance del pistón 50 suministra el líquido en la línea de salida 14 mientras que Pcav permanece constante a Pout+Pcrack- Esto continua hasta que el pistón 50 alcanza una posición totalmente avanzada que se muestra en la Figura 4, se cierra la válvula de salida 44 y la presión de cavidad Pcav permanece en Pout+Pcrack- La carrera de admisión empieza con el pistón 50 totalmente extendido como se muestra en la Figura 4. Conforme el resorte de retorno 90 empuja el pistón 50 hacia atrás, disminuye gradualmente la presión de cavidad ?8?. Cuando Pcav retrocede por debajo de Pin-PCrack. la válvula de entrada 42 se abre para permitir entrada del líquido de la línea de suministro 12 a la cavidad 58. Mayor retracción del pistón 50 dirige líquido a través de la válvula, de entrada 42 a la cavidad 58, mientras que Pcav permanece constante a P¡n-PCrack- La carrera de admisión termina como se muestra en la Figura 2 con el pistón 50 totalmente retraído. Durante las carreras de descarga y admisión, el resorte de derivación 80 funciona como sigue: al inicio de la carrera de descarga, como se ilustra en la Figura 2, la presión de la cavidad P^v es demasiado débil para superar la precarga del resorte de derivación 80, que desplaza la tuerca 60 contra la superficie de tope 78. En algún punto durante la carrera de descarga, si y cuando la presión de la cavidad P^v aumenta lo suficiente para superar la precarga, la tuerca 60 empezará a separarse de la superficie de tope 78. Para propósitos de comparición, la Figura 4 muestra las posiciones del impulsor 72 y el pistón 50, al inicio de la carrera de descarga en líneas punteadas y sus posiciones en el extremo de la carrera de descarga, en líneas sólidas. Al final de la carrera de descarga, la distancia del desplazamiento DP del pistón 50, es más corta que la distancia desplazamiento DD del impulsor 72 por la distancia de separación ? D de la tuerca 60 desde la superficie de tope 78. Si la presión de salida Pout permanece por debajo de un nivel umbral suficiente para superar la precarga de resorte, ? D será cero. Sobre el umbral, en un intervalo de presiones de salida Pout para el cual la bomba 10 se diseña, ? D es una- función positiva uniforme de la presión de salida Pout. La función es "positiva" ya que ? D aumenta al aumentar Pout a través del intervalo de presión, y "uniforme" ya que la segunda derivada de ? D contra Pout es finita sobre el intervalo operativo. Debido a la densidad e incompresibilidad del líquido que llena la cavidad 58, ? D no es substancialmente afectada por inercia de la cabeza de pistón 52. El volumen de carrera de descarga, es decir el volumen de líquido que se suministra durante cada carrera de descarga, es proporcional al desplazamiento DP del pistón 50, que es igual al desplazamiento DD del impulsor 72 menos ? D. Por lo tanto, cuando Pout está sobre la presión umbral, el volumen de carrera de descarga se relaciona en forma uniforme e inversa con Pout. Cuando Pout está por debajo de la presión umbral, el volumen de carrera de descarga no se afecta al variar Pout. El umbral puede aumentarse manualmente al incrementar la precarga en el resorte de derivación 80. Esto puede realizarse al roscar o atornillar la varilla 54 más profundo en la cabeza 52 o roscar el anillo 74 más profundo en el impulsor 72. Cualquiera de estas etapas disminuye la profundidad de la cabeza 52 en la cámara 38. El incremento resultante en volumen inicial de la cavidad 58 no afecta la presión de salida alcanzable Pout, debido a que el líquido es ¡ncomprimible. La alimentación de energía por la bomba 10 del motor 102 es típicamente proporcional a la velocidad de motor, el volumen de carrera de descarga y la presión salida Pout. Ya que el volumen de carrera de descarga de esta bomba 10 disminuye al aumentar Pout, la potencia o energía requerida tendrá a variar menos con Pou, que sin reducir ? D en desplazamiento de carrera. De preferencia, el resorte de derivación 80 se elige para proporcionar un volumen de carrera de descarga, que es proporcional en forma aproximadamente inversa a Pout, es decir proporcional a l/P0Ut- Eso hace a la energía de alimentación aproximadamente invariante con Pout, de manera tal que un motor 102 optimizado para un nivel de energía en una presión de salida, será también óptimo para otras presiones. Esto puede lograrse por el resorte de derivación 80, que tiene una constante de resorte que aumenta al incrementarse la compresión de resorte. Una constante de resorte que se incrementa en forma escalonada puede lograrse por el resorte de derivación 80 que comprende los resortes helicoidales 111 y 112 diferentes en constante de resorte. En el ejemplo mostrado en la Figura 5, los resortes 111 y 112 se disponen en paralelo, más específicamente concéntricos, con resortes sucesivamente más cortos que tienen constantes de resorte sucesivamente superiores. De forma alterna, una constante de resorte que se incrementa de manera uniforme puede lograrse por el resorte de derivación 80, que comprende un solo resorte helicoidal sencillo de espesor de alambre variante uniformemente. La constante de resorte y la precarga para el resorte de derivación 80 de preferencia son superiores que para el resorte de retorno 90. Esto asegura que la mayoría del reciprocado del impulsor pasará al pistón 50 y absorberá por el resorte de retorno 90 y no se absorbe por el resorte de derivación 80. Por otra parte, la constante de resorte del resorte de derivación y la precarga de preferencia son suficientemente bajas y su longitud inicial suficientemente alta para permitir que el resorte de derivación 80 absorba toda la carrera de reciprocación del impulsor 72 en una situación en donde el pistón 50 se atasca en su posición totalmente retraída. Esta situación puede ocurrir si un obstáculo en la línea de salida 14 evita totalmente que el líquido salga de la válvula de salida 44. Esta descripción escrita utiliza ejemplos para ¡lustrar la invención, incluyendo el mejor modo, y también para permitir a cualquier persona con destreza en la técnica el hacer y emplear la invención. El alcance patentable de la invención se define por las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que se le ocurran a aquellos con destreza en la especialidad. Estos otros ejemplos se pretenden dentro del alcance de las reivindicaciones, si tienen elementos que no difieren del lenguaje de la literatura en las reivindicaciones, o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insubstanciales del lenguaje de la literatura de las reivindicaciones.

Claims (18)

1. REIVINDICACIONES 1. Un aparato de bomba, caracterizado porque comprende: un alojamiento ubicado en un eje y que tiene una cámara, una válvula de entrada y una válvula de salida; un impulsor de pistón configurado para reciprocar axialmente; un pistón configurado para reciprocar en la cámara para dirigir líquido a la cámara a través de la válvula de entrada durante una carrera de admisión y para descargar el líquido de la cámara a través de la válvula de salida durante una carrera de descarga; un resorte que deriva axialmente el pistón a una posición base respecto al impulsor, de manera tal que el impulsor, al reciprocar desplace el pistón para reciprocar axialmente; y una estructura de pre-carga del resorte para permitir que la presión del líquido en la cámara desplace el pistón lejos de la posición base contra la derivación del resorte después de que la presión excede un nivel umbral.
2. 2. El aparato, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el resorte tiene una constante de resorte que aumenta al aumentar la compresión del resorte.
3. 3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el resorte se configura para hacer que el volumen del líquido suministrado durante cada carrera de suministro, esté inversamente relacionado con la presión de salida de la bomba.
4. 4. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el resorte se configura para hacer que el volumen del líquido suministrado durante cada carrera de suministro, esté inversamente relacionado con la presión de salida.
5. 5. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la pre-carga es manualmente ajustable.
6. 6. El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el ajuste manual de la pre-carga ajusta la profundidad del pistón en la cámara.
7. 7. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el resorte es un resorte de derivación y el aparato además comprende un resorte de retorno que tiene una menor constante de resorte que el resorte de derivación que desplaza al pistón fuera de la cámara.
8. 8. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la estructura de pre-carga incluye una proyección en el pistón que se ubica en el impulsor y se desplaza axialmente por el resorte contra una superficie tope del impulsor.
9. 9. El aparato de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la superficie de tope está entre la proyección de varilla y el resorte.
10. 10. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el resorte se configura para absorber toda la carrera de reciprocación del impulsor en un caso cuando el líquido es bloqueado en su salida del pistón de válvula de salida mientras que el impulsor continúa reciprocando.
11. 11. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende una manguera de entrada conectada a una fuente de agua.
12. 12. Un aparato de bomba caracterizado porque comprende: un alojamiento ubicado en un eje y que tiene una cámara, una válvula de entrada y una válvula de salida; un impulsor de pistón configurado para reciprocar axialmente; un pistón configurado para reciprocar en la cámara para dirigir líquido a la cámara a través de la válvula de entrada durante una carrera de admisión y para descargar el líquido de la cámara a través de la válvula de salida durante una carrera de descarga; un resorte que deriva axialmente el pistón a una posición base respecto al impulsor, de manera tal que el impulsor, al reciprocar desplace el pistón para reciprocar axialmente mientras que permite que la presión del líquido en la cámara desplace el pistón lejos de la posición base contra la derivación del resorte, el resorte tiene una constante de resorte que aumenta al incrementarse la compresión del resorte.
13. 13. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el resorte incluye resortes helicoidales con diferentes constantes de resorte.
14. 14. Un aparato de bomba caracterizado porque comprende: un alojamiento ubicado en un eje y que tiene una cámara, una válvula de entrada y una válvula de salida; un impulsor de pistón configurado para reciprocar axialmente; un pistón configurado para reciprocar en la cámara para dirigir líquido a la cámara a través de la válvula de entrada durante una carrera de admisión y para descargar el líquido de la cámara a través de la válvula de salida durante una carrera de descarga; un resorte que deriva axialmente el pistón a una posición base respecto al impulsor, de manera tal que el impulsor, al reciprocar desplace el pistón para reciprocar axialmente mientras que permite que la presión del liquido la cámara desplace el pistón lejos de la posición base en contra la derivación del resorte; y que una manguera de entrada conectada a la válvula de entrada y configurada, se conecte a una fuente de líquido.
15. 15. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la manguera de entrada tiene un extremo roscado, configurado para roscarse en un grifo de agua.
16. 16. Un aparato de bomba caracterizado porque comprende: un alojamiento ubicado en un eje y que tiene una cámara, una válvula de entrada y una válvula de salida; un impulsor de pistón configurado para reciprocar axialmente; un pistón configurado para reciprocar en la cámara para dirigir líquido a la cámara a través de la válvula de entrada durante una carrera de admisión y para descargar el líquido de la cámara a través de la' válvula de salida durante una carrera de descarga; y un resorte que deriva axialmente el pistón a una posición base respecto al impulsor, de manera tal que el impulsor, al reciprocar desplace el pistón para reciprocar axialmente mientras que permite que la presión de líquido en la cámara desplace al pistón lejos de la posición base contra la derivación del resorte, el resorte se configura para hacer que el volumen de líquido suministrado durante cada carrera de suministro esté inversamente relacionado con la presión de salida de la bomba.
17. 17. El aparato de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el volumen de la carrera suministro es proporcional inversamente en forma aproximada a la presión de salida de la bomba.
18. 18. Un aparato de bomba caracterizado porque comprende: un alojamiento ubicado en un eje y que tiene una cámara, una válvula de entrada y una válvula de salida; un impulsor de pistón configurado para reciprocar axialmente; un pistón configurado para reciprocar en la cámara para dirigir líquido a la cámara a través de la válvula de entrada durante una carrera de admisión y para descargar el líquido de la cámara a través de la válvula de salida durante una carrera de descarga; y un resorte que deriva axialmente el pistón a una posición base respecto al impulsor, de manera tal que el impulsor, al reciprocar desplace el pistón para reciprocar axialmente mientras que la presión del líquido en la cámara desplaza el pistón lejos de la posición base contra la derivación del resorte, el resorte se configura para absorber toda la carrera de reciprocación del impulsor en una situación en donde la salida del líquido se bloquea de la válvula de salida mientras que el impulsor continuar reciprocando.