ES2209317T3 - Transmisor manometrico diferencial inductivo. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un indicador de diferencia de presión para un motor de turbina de gas. El indicador de diferencia de presión proporciona la diferencia de presión a través de un transductor de desplazamiento variable, que emplea un núcleo ferromagnético (3) que actúa como un pistón de deslizamiento auxiliar dentro de un alojamiento (2). Un muelle (4) define la posición de referencia del núcleo correspondiente a una diferencia de presión dada. Se emplea una bobina primaria (5) conectada a una tensión AC y a un par de bobinas secundarias (6, 7) para obtener una señal eléctrica correspondiente a la posición del núcleo, que representa la diferencia de presión.

Description

Transmisor manométrico diferencial inductivo.

La presente invención se refiere a un transmisor manométrico diferencial para los grupos motopropulsores de turbinas de gas, conforme a lo indicado en el preámbulo de la reivindicación de patente 1).

Para la regulación y vigilancia de los grupos motopropulsores es conveniente que por unos determinados puntos - sobre todo dentro del sistema de carburante y de aceite lubrificante - pueda ser medida, de una manera fiable, la respectiva presión diferencial. La medición con unos transmisores manométricos existentes en el mercado - como, por ejemplo, con unas cajas de presión - resulta problemática en cuanto al peso, a los costos y a la fiabilidad.

Las mencionadas cajas de presión o cápsulas manométricas consisten normalmente en un recipiente evacuado, con una membrana que es elásticamente deformable; en este caso, por una deformación mecánica - y, por consiguiente, con una variación eléctrica de las resistencias en una conexión de puente - son producidas unas señales eléctricas variables, que pueden ser empleadas como la medida de las presiones diferenciales momentáneamente existentes. Sobre todo las elevadas temperaturas del carburante y del aceite en los grupos motopropulsores de turbinas de gas así como las presiones máximas dentro de estos líquidos, dan origen a una muy precaria fiabilidad de las cajas de presión, no en último lugar a causa de unas permanentes deformaciones en los elementos decisivos (membrana, resistencias), las cuales no pueden ser registradas.

Por motivo de estos inconvenientes, las cajas de presión no se han podido imponer hasta ahora para sus aplicaciones en los grupos motopropulsores.

Por consiguiente, hasta la fecha se emplean, para las necesarias vigilancias de la presión diferencial, unos interruptores eléctricos controlados por la presión, los cuales trabajan según el principio de Sí/No de unos elementos de resorte mecánicos, que cambian entre dos posiciones finales. En este caso, son admitidas una insuficiente vigilancia de los interruptores así como la ausencia de un registro del comportamiento de la presión diferencial, es decir, del desarrollo de la misma.

Para unas mediciones de posición bajo unas difíciles condiciones de trabajo, se conoce el principio LVDT (Lineal Variable Displacement Transducer - Transductor de desplazamiento lineal variable). En este caso, se trata de un registrador de recorrido eléctrico, con por lo menos una función aproximadamente lineal entre la señal y el recorrido. Tal como es sabido, este registrador también es apropiado para unas temperaturas más elevadas así como para unas mayores solicitaciones de tipo mecánico.

La Patente Núm. 4 678 991 A de los Estados Unidos protege un transmisor inductivo de posición según el principio LVDT y RVDT para unos desplazamientos de traslación y de rotación, respectivamente, con un núcleo ferromagnético móvil (48); con una bobina primaria (42), que es excitada por una tensión alterna; así como con dos bobinas secundarias (44, 46), que con respecto a la bobina primaria son coaxiales y están conectadas en el sentido axial la una por detrás de la otra. El núcleo y las bobinas solamente están separados entre si por un entrehierro (52). No está previsto ningún elemento hidráulico ni de fluido, y sobre todo no existe ningún cilindro, dentro del cual el núcleo podría actuar como émbolo. Está previsto solamente una varilla mecánica o árbol (50), que desplaza el núcleo y que conduce hacia un elemento de ajuste (elemento actuador). La particularidad del circuito eléctrico consiste en el hecho de que las dos bobinas secundarias (44, 46) se encuentran conectadas en serie en el sentido opuesto, con el fin de impedir el paso cero o un cambio de signo de la señal de tensión de salida (indicación de señal unipolar). Por consiguiente, las bobinas secundarias solamente disponen de una toma de tensión en común (terminales 54, 60).

La Patente Alemana Núm. DE 36 05 344 A revela un transmisor de medición para los sistemas hidráulicos; con un émbolo (10) que es desplazable por el interior de un cilindro (12), que puede ser unido con el sistema hidráulico; con un transmisor inductivo (16) con unas bobinas (18, 20, 22), que están bobinadas sobre el cilindro (12) para la generación de una señal, que está en función de la posición del émbolo (10) dentro del cilindro (12). El transmisor inductivo (16) representa un llamado transformador diferencial, con una pareja de bobinas primarias (18, 20), que están alimentadas por una corriente alterna y que - dentro de una bobina secundaria (22) - generan unos flujos de fuerza magnética dirigidos de manera opuesta entre si y que, por consiguiente, producen una tensión alterna de salida, que está en función de la posición del émbolo. Este émbolo (10) está impulsado, por un lado, por la presión hidráulica del sistema y el mismo se encuentra unido, por el otro lado, con un elemento de resorte (24).

La Patente Británica Núm. GB 1 285 889 A se refiere a un transmisor manométrico diferencial, que está apropiado para unas elevadas temperaturas (de por ejemplo 600 grados C.). Un émbolo ferromagnético (11) es axialmente desplazable dentro de un cilindro (12), y el émbolo es mantenido en su posición central a través de unos resortes (32, 33). Este émbolo (11) está directamente impulsado por la presión diferencial de un fluido caliente siendo, en este caso, admisible una pequeña fuga entre el émbolo (11) y el cilindro (12). Por fuera del cilindro (12), una bobina primaria (27) y una bobina secundaria (28) están dispuestas la una por detrás de la otra en el sentido axial a efectos de la inducción de una señal de salida en función de la posición del émbolo.

Partiendo de este estado de la técnica, la presente invención tiene el objeto de proporcionar un transmisor manométrico diferencial para los grupos motopropulsores de turbinas de gas, el que haga posible una medición no escalonada de las variables presiones diferenciales dentro de un mismo medio o entre dos medios distintos y el cual también pueda trabajar, de una manera fiable, a largo plazo y bajo unas duras condiciones de uso en los grupos motopropulsores.

De acuerdo con la presente invención, este objeto se consigue por medio de un transmisor manométrico diferencial con las características indicadas en la reivindicación de patente 1). Lo esencial de la presente invención consiste, en resumen, en una aplicación del principio LVDT en los transmisores manométricos diferenciales; en este caso, la señal eléctrica de la presión diferencial es - por lo menos esencialmente - proporcional a la existente diferencia en la presión.

En las reivindicaciones secundarias están caracterizadas unas preferidas ampliaciones de la forma de realización del transmisor manométrico diferencial según la reivindicación principal.

A continuación, la presente invención está explicada con más detalles a través del plano adjunto que, en una representación esquematizada y muy simplificada, muestra los elementos más esenciales de un transmisor manométrico diferencial y su forma de disposición según el principio LVDT.

En la figura única del plano adjunto y para una mayor claridad, la zona de funcionamiento inmediato del transmisor manométrico diferencial 1 está indicada con un marco elíptico de puntos. Por encima de esta zona se puede observar una tubería 10 que conduce, por ejemplo, el carburante - es decir, el queroseno - hacia un grupo motopropulsor de turbina de gas (no indicado aquí). La dirección de corriente dentro de la tubería 10 está indicada, por la parte izquierda, con una flecha. En la tubería 10 está integrado un elemento de estrangulación 11, es decir, un elemento de funcionamiento que reduce la presión; en este caso, se puede tratar, por ejemplo, de un diafragma de geometría fija o de una válvula de control de una sección transversal variable para la corriente. Preferentemente para los fines de una regulación del grupo motopropulsor., la caída de presión ha de ser registrada metrológicamente, a través del elemento de estrangulación 11, dentro de la corriente del medio y esto, concretamente, sin escalonamiento y en el desarrollo temporal del medio. A este efecto, de la tubería 10 ramifican las dos conexiones de presión, 8 y 9; una corriente arriba del elemento de estrangulación 11, y la otra corriente abajo de este elemento de estrangulación 11. Las dos conexiones de presión, 8 y 9, constituyen unas uniones volumétricas abiertas con el transmisor manométrico diferencial 1, de tal manera que la corriente del medio pueda entrar en este transmisor y salir del mismo. La geometría de empalme es elegida de tal modo, que por el interior del transmisor manométrico diferencial 1 prácticamente estén efectivas sólo las componentes estáticas de una presión. Dentro de una carcasa de forma tubular 2 - con una sección transversal interior preferentemente de forma cilíndrica circular - se encuentra guiado en su movimiento axial un núcleo en forma de émbolo 3, que está hecho de un material ferromagnético. Teniendo en cuenta que, según el ejemplo aquí representado, por ambos lados del núcleo 3 se encuentra el mismo medio, la conducción y el paso dentro de la carcasa 2 no tienen porqué estar completamente estancos al medio. Una pequeña y bien definida corriente de fuga por la circunferencia exterior del núcleo 3 surte un efecto "lubrificante", es decir, de reducción del rozamiento, y el mismo puede, de todos modos, ser deseable siempre que esta corriente de fuga se mantenga, en relación con la corriente principal que pasa por la tubería 10, a un nivel desdeñablemente reducido. Para el caso de que el transmisor manométrico diferencial esté dispuesto entre unos medios distintos, que no deben ser mezclados entre si, es evidente que el núcleo tiene que ser estanco en su guía, para lo cual es de una gran importancia un más reducido nivel de rozamiento. Para ello se ofrecen - entre otras soluciones más - las llamadas juntas de medias enrollables.

Por el lado de la presión más reducida, el núcleo 3 se encuentra apoyado - a través de un resorte de compresión 4 - en dirección hacia la carcasa 2. Las características del resorte de compresión están elegidas de tal manera, que este núcleo 3 se encuentre, al ser aplicada una presión diferencial nominal, en su teórica posición central en el sentido axial. Al diferir la presión diferencial del referido valor nominal, el núcleo 3 se desplaza axialmente, es decir, hacia la derecha o hacia la izquierda, y esto durante tanto tiempo, hasta que exista otra vez un equilibrio entre la fuerza de presión (presión diferencial multiplicada por superficie frontal) y la fuerza del resorte. por el lado exterior de la carcasa 2 están dispuestas tres bobinas, 5 hasta 7, por medio de las cuales los movimientos axiales del núcleo 3 son transformados en unas señales eléctricas de medición. Una bobina primaria 5 se extiende, en el sentido axial, por prácticamente toda la zona de recorrido del núcleo 3. Durante el funcionamiento, la bobina primaria 5 es impulsada por una tensión alterna/tensión de referencia Ur, y la misma genera, por consiguiente, un campo alterno electromagnético, que ha de registrar o penetrar sobre todo la zona de recorrido del núcleo 3. Por lo tanto, la carcasa 2 debería de estar hecha de un material que influya lo menos posible en las líneas del campo magnético, es decir, hecha de un material plástico, por ejemplo. De forma coaxial a la bobina primaria 5 están dispuestas - la una por detrás de la otra - dos bobinas secundarias, 6 y 7, que son idénticas entre si y que se extienden, en su conjunto, por aproximadamente la misma longitud axial como la bobina primaria 5. La tensión alterna Ur genera - dentro de las bobinas secundarias, 6 y 7, y según el principio de un transformador - unas tensiones secundarias de la misma frecuencia, Ua y Ub, que son empleadas como las señales de medición. El núcleo ferromagnético 3 ejerce una influencia sobre el desarrollo espacial (dirección, distribución, densidad) de las líneas del campo magnético. En función de la posición axial del núcleo 3, el campo magnético o está uniformemente distribuido por las dos bobinas secundarias, 6 y 7, o bien el mismo está más concentrado en una de las dos bobinas secundarias. La bobina con la mayor concentración del campo magnético suministra entonces una mayor tensión inducida. Para toda la zona de recorrido del núcleo 3 ha de ser aplicado - por lo menos en una buena aproximación la relación siguiente: (\Deltap - \Deltapn) \sim (Ua - Ub) ./. (Ua + Ub), en la que (Ua + Ub) \approx const.

Expresado con otras palabras, la diferencia entre la presión diferencial efectiva (\Deltap) y la presión diferencial nominal (\DeltapN) es proporcional al cociente de la diferencia entre las tensiones secundarias y la suma de las tensiones secundarias siendo, en este caso, ésta última más o menos constante. Por consiguiente, resulta finalmente que las presiones secundarias constituyen una medida para la variación en la presión diferencial, partiendo para ello de la presión diferencial nominal. Con una buena aproximación existe, por lo tanto, una relación lineal entre la señal eléctrica de medición (Ua - Ub) y la desviación axial del núcleo 3 de su posición teórica. Al incrementarse la tensión Ua con respecto a la tensión Ub, esto significa que el núcleo 3 se ha desplazado más hacia la derecha, es decir, que la diferencia de presión se ha incrementado desde la izquierda hacia la derecha. Por consiguiente, del "signo" (+, -) de la diferencia de tensión, Ua menos Ub, puede ser desprendido si se trata de un incremento o de una reducción en la presión diferencial.

Como conclusión, se quisiera poner aquí una vez más de manifiesto que las bobinas - al igual que el núcleo - también pueden estar alojadas dentro de la carcasa de forma tubular; a este efecto, las bobinas están incrustadas, de una manera conveniente, en un material portador de aislamiento eléctrico y de tal modo, que se produzca también un cuerpo de bobina de forma tubular, dentro del cual se encuentra directamente guiado este núcleo ferromagnético. Una ventaja de esta disposición interior de las bobinas consiste en el hecho de que la carcasa entonces puede estar hecha asimismo de un material ferromagnético como, por ejemplo, de acero. Cierto inconveniente consiste, sin embargo, en la conducción de las conexiones de las bobinas a través de la pared de la carcasa (estancamiento, etc.). Teniendo en cuenta que una variante de construcción de este tipo es fácilmente comprensible para un experto del ramo, se ha prescindido de indicar aquí una representación gráfica de la misma.

Claims (6)

1. Transmisor manométrico diferencial para los grupos motopropulsores de turbinas de gas a los efectos de medir las variables presiones diferenciales dentro de un mismo medio o entre unos medios distintos, sobre todo para su empleo en contacto con unos medios calientes como, por ejemplo, el carburante, el aceite lubrificante o el gas del proceso, según el principio de un transformador diferencial eléctrico, con por lo menos una bobina primaria y con por lo menos una bobina secundaria, el cual comprende un núcleo en forma de émbolo y hecho de un material ferromagnético, que dentro de una carcasa se encuentra guiado en su limitado desplazamiento axial y está por lo menos aproximadamente estanco al fluido; con por lo menos un elemento de resorte elástico que, a una presión diferencial nominal, determina previamente la posición axial teórica del núcleo; así como con una carcasa de forma tubular con una respectiva conexión por ambos lados de la zona de recorrido del núcleo; transmisor éste que está caracterizado por una forma de realización como transmisor de recorrido lineal según el principio LVDT (Lineal Variable Displacement Transducer - Transductor de desplazamiento lineal variable), el cual comprende una bobina primaria (5) que - de forma coaxial al núcleo (3) - se extiende por aproximadamente la zona de recorrido del núcleo y que posee una conexión para una tensión eléctrica alterna; como asimismo comprende el mismo dos bobinas secundarias (6, 7), que son idénticas entre si y que en el sentido axial están dispuestas la una por detrás de la otra; bobinas secundarias éstas que, en su conjunto, se extienden por aproximadamente la longitud de la bobina primaria (5) así como de forma coaxial a la misma y que poseen una toma de conexión por separado.

2. Transmisor manométrico diferencial conforme a la reivindicación 1) y caracterizado por la disposición de la bobina primaria (5) y de las bobinas secundarias (6, 7) por el lado exterior de la carcasa de forma tubular (2).

3. Transmisor manométrico diferencial conforme a la reivindicación 1) y caracterizado por la disposición de la bobina primaria y de las bobinas secundarias por el lado interior de la carcasa de forma tubular; en este caso, las bobinas se encuentran incrustadas en una armadura de bobina que también es de forma tubular y de guía - por su parte interior - el núcleo en su desplazamiento axial.

4. Transmisor manométrico diferencial conforme a las reivindicaciones 1), 2) o 3) y caracterizado por una conexión paralela de corriente a una tubería (10) con un elemento de estrangulación fijo o regulable (11) como, por ejemplo, con un diafragma o con una válvula; a este efecto, una conexión de presión (8) desemboca en la tubería (10) corriente arriba del elemento de estrangulación (11), mientras que la otra conexión de presión (9) desemboca en la tubería (10) corriente abajo del elemento de estrangulación (11) y, en este caso, el núcleo (3) se encuentra guiado, pero no de una manera completamente estanca al fluido, sino con una bien definida rendija de fuga por la circunferencia del núcleo.

5. Transmisor manométrico diferencial conforme a las reivindicaciones 1), 2) o 3) para la medición de la presión diferencial entre unos distintos medios y caracterizado por un estancamiento hermético del núcleo en su conducción mediante, por ejemplo, una llamada junta de medias enrollables.

6. Transmisor manométrico diferencial conforme a una o a varias de las reivindicaciones 1) hasta 5) y caracterizado porque el elemento de resorte elástico está realizado como un resorte de compresión (4) previsto entre el núcleo (3) y la carcasa (2) y por aquel lado del núcleo (3), el cual está siendo impulsado por una más reducida presión de trabajo.