ES2251645T3 - Sistema de arrastre de una centrifugadora. - Google Patents

Abstract

Máquina de revolución (1), que comprende un casco (2) y un árbol (3) montados - el uno dentro del otro - de forma rotativa alrededor de un mismo eje (4); un primer motor de arrastre (20) del casco (2); como asimismo comprende esta máquina un segundo motor de arrastre (30) del árbol (3), estando integrados entre si los ejes de los motores (20, 30) y el eje de rotación (4) del casco (2) y del árbol (3); máquina en la que los motores (20, 30) están dispuestos por el mismo lado de la máquina de revolución (1); esta máquina está caracterizada porque los motores de arrastre (20, 30) son unos motores síncronos de imanes permanentes 22, 32), y ellos están alojados dentro de un mismo cárter (50), mientras que los árboles de arrastre (10, 11) del casco (2) y del árbol (3) - que son concéntricos entre si - se encuentran directamente acoplados a los rotores (21, 31) de sus respectivos motores de arrastre (20, 30).

Description

Sistema de arrastre de una máquina de revolución.

La presente invención se refiere a los sistemas de arrastre de las máquinas de revolución y, más concretamente, de las centrifugadoras.

Las centrifugadoras son comúnmente empleadas en las operaciones de separación de un líquido y de un sólido con distintas densidades; de purificación de un líquido; de clasificación de distintos sólidos en suspensión dentro de un líquido; de deshidratación de un sólido, y de otras operaciones similares.

Las centrifugadoras comprenden, por regla general, un casco, denominado tambor, en el cual es introducida la mezcla de sólido y de líquido, como asimismo comprende un tornillo sinfín, que se extiende dentro del tambor siguiendo el eje del mismo. El tambor y el tornillo sinfín son arrastrados en su rotación a unas distintas velocidades, con el fin de llevar a efecto las operaciones anteriormente mencionadas.

En las centrifugadoras convencionales, el tambor puede ser arrastrado en su rotación mediante un motor eléctrico asíncrono y por el rodeo de una correa, mientras que el tornillo sinfín es arrastrado por medio de un segundo motor, acoplado a un reductor de velocidad. Los dos motores están normalmente acoplados entre si en la frecuencia a través de distintos medios ya conocidos como tales.

En estas centrifugadoras, sin embargo, la presencia de una correa trae consigo unas vibraciones así como los resbalamientos a nivel de los contactos entre la correa y los árboles de arrastre, mientras que las magnitudes de volumen y de peso de los sistemas de este tipo pueden ser prohibitivas. Los motores eléctricos asíncronos están asimismo sujetos a unas variaciones en la frecuencia.

Además, en determinadas aplicaciones es preferible emplear unas centrifugadoras de gran longitud y de un diámetro más reducido. Un inconveniente de las estructuras de esta clase consiste en el efecto de flexión, que se puede presentar en el dispositivo. Este efecto de la flexión es sobre todo acentuado por la velocidad de rotación así como por la presencia de unas correas entre los ejes conductores y los ejes conducidos; estas correas ejercen sobre los ejes de rotación una fuerza, que es perpendicular a los mismos. Las correas constituyen, por consiguiente, un obstáculo para el incremento en la velocidad de rotación de las centrifugadoras.

La Patente Núm. 4.120.447 de los Estados Unidos propone prever en una centrifugadora dos motores de arrastre - del tambor y del tornillo sinfín - los cuales están situados por el mismo lado de la centrifugadora y cuyos ejes de arrastre están integrados en el eje de rotación del tambor. También queda reducido el efecto de flexión anteriormente mencionado. En esta centrifugadora, sin embargo, los dos motores se encuentran dispuestos, uno detrás del otro, dentro de una carcasa; como consecuencia, existe un efecto perjudicial de voladizo para las vibraciones de la centrifugadora, el cual no permite resolver por completo el problema de la flexión. Por el otro lado, son también bastante elevadas las dimensiones totales del dispositivo.

La presente invención tiene el objeto de eliminar los inconvenientes anteriormente comentados.

A este efecto, la presente invención se refiere, en primer lugar, a una centrifugadora, tal como la misma está definida en la reivindicación 1).

Como ya indicado más arriba, la Solicitante no desea, sin embargo, limitar el alcance de sus derechos a una centrifugadora con un tambor y con un tornillo sinfín. El tambor es un casco, y el tornillo sinfín es un árbol que está provisto de filetes de rosca exterior, y la presente Solicitud se refiere, de forma más general, a una máquina de revolución que comprende un casco y un árbol, montados - uno dentro del otro - de forma rotativa alrededor de un mismo eje; con un primer motor de arrastre del casco y con un segundo motor de arrastre del árbol; máquina ésta que está caracterizada por el hecho de que los ejes de los motores y el eje de rotación del casco y del árbol están integrados entre si.

La presente invención se comprenderá mejor a través de la descripción, relacionada a continuación para varias formas de realización de la centrifugadora de la invención, haciendo para ello referencia a los planos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 muestra una vista de perfil - parcialmente en sección y de manera separada - de una primera forma de realización de la centrifugadora de la invención;

La Figura 2 indica una vista esquematizada de sección de la estructura de los motores, de los árboles del tambor, del tornillo sinfín y del reductor de una variante de realización de la centrifugadora de la invención;

La Figura 3 muestra una vista de perfil - parcialmente en sección - de una tercera forma de realización de la centrifugadora de la invención.

La Figura 4 indica una vista de perfil - parcialmente en sección - de una cuarta forma de realización de la centrifugadora de la invención; mientras que

La Figura 5 muestra una vista de perfil - parcialmente en sección - de una quinta forma de realización de la centrifugadora de la invención.

Haciendo referencia a la Figura 1, se aprecia que la centrifugadora 1 de la invención comprende un casco 2, denominado tambor, así como un tornillo sinfín 3, que están montados - uno dentro del otro - de forma rotativa alrededor de un eje 4. De este modo, el tornillo sinfín 3 se extiende hacia el interior del tambor 2, en la dirección del eje 4. El tambor 2 de la invención presenta, en su conjunto, una simetría de revolución alrededor del eje 4. Estructuralmente, este tambor comprende un tronco 5, de forma principalmente cilíndrica, así como una cabeza 6, de forma esencialmente troncocónica. El tornillo sinfín 3 está previsto en forma de un árbol cilíndrico 7, que está provisto de los filetes de una rosca helicoidal exterior alrededor del árbol 7. La centrifugadora 1 está montada sobre una bancada 9.

Por la parte posterior del tambor 2, es decir, por la base de su tronco 5, de forma opuesta a la cabeza 6, se extiende un árbol tubular 10 para el arrastre del tambor 2, el cual es solidario con éste último. Este árbol 10 es arrastrado, en su rotación alrededor del eje 4, por un motor 20.

Por el interior del árbol 10, y de forma concéntrica al mismo, se extiende un árbol 11 para el arrastre del tornillo sinfín 3. Este árbol 1 está siendo arrastrado - para su rotación alrededor del eje 4 - por un motor 30.

Un cojinete fijo 12 sostiene el árbol 10 por el lado del tronco 5 del tambor 2. Por el lado de la cabeza 6 del tambor 2, otro cojinete 13 sostiene un árbol 10', igualmente de forma solidaria con el tambor 2, pero aquí de una manera flotante con el objeto de poder compensar un posible alargamiento del tambor 2 debido a, por ejemplo, un aumento del calor. Es evidente que la disposición de los cojinetes pueda ser invertida.

Los dos motores, 20 y 30, para el arrastre del tambor 2 y del tornillo sinfín 3, respectivamente, están alojados dentro de un mismo cárter 50. Esta configuración es posible por el hecho de que los motores de arrastre, 20 y 30, son, en este caso, unos motores sin árbol impulsado, y la forma anular del rotor de los mismos permite insertar aquí directamente el árbol impulsor de una de las dos partes rotativas y, por consiguiente, colocar, de forma particular, los dos motores, en línea, estando concéntricos los árboles de estas partes rotativas.

A continuación se explica, con más detalle y con referencia a la Figura 2, la estructura de los motores de arrastre, 20 y 30, que se emplean en la centrifugadora de la presente invención.

Por consiguiente, los motores de arrastre, 20 y 30, son aquí unos motores de tipo síncrono, de imanes permanentes. De este modo, cada motor, 20 y 30, posee un rotor anular, 21 y 31, respectivamente, en el cual están montados - solidarios con el mismo - los respectivos imanes permanentes, 22 y 32. Alrededor de los imanes están dispuestos unos bobinados, 23 y 33, respectivamente, por los cuales pasa una corriente continua; el fenómeno de la inducción produce ahora la rotación de los imanes, 22 y 32, y, por lo tanto, también de los rotores, 21 y 31. Los bobinados, 23 y 33, están fijados en el mismo cárter 50.

Pueden ser apreciados dos tipos de estructura equivalentes para el cárter 50, que contiene los dos motores, 20 y 30. Haciendo referencia a la Figura 1, se puede observar que los bobinados, 23 y 33, no se pueden encontrar a la misma distancia radial del eje 4; en este caso, el cárter 50 está adaptado al desfase existente entre estos bobinados, 23 y 33, pero el mismo permanece fabricado como una envoltura única. Con referencia a la Figura 2, los rotores, 21 y 31, pueden estar dimensionados de tal manera, que las respectivas periferias de los imanes, 22 y 32, se encuentran situadas a la misma distancia radial del eje 4, lo cual permite - al ser empleados unos bobinados, 23 y 33, de un mismo espesor radial - emplear un cárter 50, que es cilíndrico por toda su longitud de soporte para los dos bobinados, 23 y 33. Estas formas de realización son indicadas aquí solamente a título de ejemplo, y se comprenderá que es posible imaginarse cualquier otro tipo de configuración, en la cual los motores, 20 y 30, se encuentran alineados entre si y están sostenidos por el mismo cárter 50.

El árbol 10 para el arrastre del tambor 2 está dispuesto dentro del rotor 21 del motor de arrastre 20 del tambor 2. El árbol 11 para el arrastre del tornillo sinfín 3 está dispuesto dentro del rotor 31 del motor de arrastre 30 para el tornillo sinfín 3. El motor de arrastre 30 del tornillo sinfín 3 está situado por detrás - en relación con la centrifugadora 1 - del motor de arrastre 20 del tambor 2.

De esta manera, el árbol de arrastre 11 del tornillo sinfín 3 se extiende de forma concéntrica hacia el interior del árbol tubular 11 para el arrastre del tambor 2.

Entre el tambor y el tornillo sinfín, por una parte, y sus respectivos árboles de arrastre, 10 y 11, por la otra parte, está dispuesto un reductor 40. En este caso, el reductor 40 se compone de una corona interior 41; de un "punto" de entrada 43 para un árbol; de un mecanismo de engranaje, aquí es un tren cicloidal o epicicloidal, no indicado y constituido sobre todo de unas ruedas excéntricas, de ruedas planetarias o bien de unos rodillos; como asimismo se compone este mecanismo de engranaje de un eje de salida 42. Este tipo de reductor es ya conocido como tal, y el mismo es empleado normalmente en las centrifugadoras convencionales. Por consiguiente, la estructura del reductor no será indicada aquí de forma detallada, y para más detalles sobre la estructura de este reductor se puede hacer referencia a la Patente Francesa Núm. FR 1 090 292.

El árbol de arrastre 20 del tambor 2 está acoplado, por un lado, de forma directa al rotor 21 del motor de arrastre 20 del tambor 2, y el mismo está montado, por el otro lado, sobre la corona exterior 41 del reductor 40. El árbol de arrastre 11 del tornillo sinfín 3 está acoplado, por un lado, al rotor 31 del motor de arrastre 30 del tornillo sinfín 3 y, por el otro lado, al punto de entrada 43 del reductor 40. El tambor 2 es solidario con la corona exterior 41 del reductor 40, y el tornillo sinfín 3 lo es con el eje de salida 42 del mismo. Existe una relación entre la velocidad de rotación del motor de arrastre 20 del tambor 2, la velocidad de rotación del motor de arrastre 30 del tornillo sinfín, la velocidad de rotación del tambor 2 - que, en este caso, es idéntica a la velocidad de rotación de su motor de arrastre 20 - la velocidad de rotación de tornillo sinfín 3 y, finalmente entre unos parámetros constantes, que dependen de la geometría del reductor 40.

Esta relación está en función del reductor empleado, y la misma permite regular - gracias a los dos motores de arrastre, 20 y 30 - las velocidades de rotación, tanto del tambor 2 como del tornillo sinfín 3.

Está previsto, además, un acoplamiento entre los dos motores de arrastre 20 y 30. Cada motor está conectado a un respectivo variador o convertidor de frecuencia; estos variadores de frecuencia no han sido indicados aquí. Los variadores están conectados entre si por medio de un bus continuo. Este tipo de montaje permite dominar los motores entre si y, gracias a ello, controlar las velocidades relativas del tambor 2 y del tornillo sinfín 3. Existe asimismo la posibilidad de adaptar estas velocidades al empleo, que se esté haciendo de la centrifugadora 1.

El conjunto de las relaciones entre los distintos elementos de la centrifugadora 1 es bien conocido, y las mismas ya han sido aplicadas en las centrifugadoras convencionales, por lo que aquí no se entran en más detalles sobre ellas.

La presente invención consiste en la alineación de los motores 20 y 30, la cual se hace posible gracias al empleo de los motores, 20 y 30, sin unos árboles impulsores, a los cuales están acoplados los árboles de arrastre, 10 y 11, del tambor 2 y del tornillo sinfín 3, los que son, según esta forma de realización, concéntricos entre si. En este caso, el empleo de los motores, 20 y 30 - síncronos y de imanes permanentes - resulta conveniente por las siguientes consideraciones: Ello permite una mejor compacidad de los motores; una mayor suavidad de uso; una más elevada exactitud en la medición de sus velocidades; un funcionamiento a unas velocidades más interesantes; la resistencia a unos mayores pares de fuerza; etc., etc. Estas ventajas se unen a las ventajas inherentes a la alineación de los ejes de arrastre de los motores, 20 y 30, con el eje de inercia del tambor 2 y del tornillo sinfín 3.

A continuación, se describe con mayor detalle el modo de funcionamiento de la centrifugadora 1 de la presente invención.

Durante una primera fase de arranque, solamente el motor de arrastre 20 del tambor 2 es puesto en marcha, con el fin de poner el tambor 2 en rotación. Es importante el par de fuerza necesario, teniendo en cuenta que hace falta poner en movimiento, al mismo tiempo, también los distintos elementos de la centrifugadora 1, aparte de las sustancias que la misma pueda contener.

En una segunda fase, también es puesto en marcha el motor de arrastre 30 del tornillo sinfín 3, con el objeto de poner en rotación el tornillo sinfín 3, lo cual precisa de un par de fuerza suplementario.

Una vez que esté establecido un régimen permanente, el motor de arrastre 30 del tornillo sinfín puede ser empleado como generatriz. La energía, de este modo almacenada dentro del motor de arrastre 30 del tornillo sinfín 3, es dirigida de nuevo hacia el motor de arrastre 20 del tambor 2 por medio de los convertidores de frecuencia y del bus continuo. El funcionamiento de la centrifugadora 1 de la presente invención no será indicado aquí con más detalles, toda vez que el mismo está ya conocido a través de las centrifugadoras convencionales.

Resulta ser beneficiosa la presencia del reductor 40; sin el mismo, sería muy elevado el par de fuerza ejercido sobre el árbol de arrastre 11 del tornillo sinfín 3. En efecto, las fuerzas de fricción entre el tornillo sinfín 3 y el tambor 2 son muy elevadas, debido a las sustancias contenidas en la centrifugadora 1 así como a causa de las velocidades, que entran en juego.

Asimismo, son posibles otras formas de realización de la centrifugadora 1 de la presente invención, las cuales se describen a continuación. El funcionamiento de las mismas es, en cada caso, comparable al funcionamiento descrito anteriormente; tan sólo está cambiada la disposición entre los distintos elementos de la centrifugadora. Las referencias numéricas, empleadas para designar los distintos elementos, son mantenidas para indicar los elementos funcional o estructuralmente idénticos de las distintas formas de realización.

Según las formas de realización, representadas en las Figuras 3, 4 y 5, es así que los motores, 20 y 30, están contenidos - al igual que en la primera forma de realización - dentro de un mismo cárter 50.

Según la forma de realización de la centrifugadora 1, la cual está indicada en la Figura 3, resulta que el cojinete fijo de sostenimiento 12 - que, en la primera forma de realización, estaba situado entre el reductor 40 y los motores, 20 y 30 - se encuentra ahora dispuesto entre el reductor 40 y el tronco 5 del tambor 2. Los demás elementos de la centrifugadora 1 son, en todos los puntos, comparables a los elementos de la primera forma de realización. El árbol de arrastre 10 del tambor 2 sigue estando acoplado, por un lado, al motor de arrastre 20 del tambor 2 y, por el otro lado, el mismo está montado sobre la corona exterior 41 del reductor 40, estando el tambor 2 solidario con esta corona exterior 41. El árbol de arrastre 11 del tornillo sinfín 3 está siempre acoplado, por un lado, al motor de arrastre 30 del tornillo sinfín 3 y, por el otro lado, al punto de entrada 43 del reductor 40, y el tornillo sinfín 3 es solidario con el eje de salida 42 del reductor 40.

La forma de realización de la centrifugadora 1, la cual está representada en la Figura 4, es en todos los puntos similar a la forma de realización de la Figura 3, con la diferencia de que el tambor 2 está dispuesto en el sentido contrario, es decir, la cabeza 6 y el tronco 5 del mismo están invertidos entre si; la cabeza 6 se encuentra, por consiguiente, por el lado de los motores. La estructura y el funcionamiento de esta centrifugadora 1 son - aparte de este detalle - comparables a los de la centrifugadora 1 de la Figura 3.

La forma de realización de la centrifugadora 1, la cual está indicada en la Figura 5, es en todos los puntos comparable a la forma de realización de la Figura 1, con la diferencia de que el tambor 2 - de la misma manera como anteriormente - está dispuesto en el sentido contrario, es decir, que están invertidas entre si, en relación con los otros elementos de la centrifugadora 1, las posiciones de la cabeza 6, por un lado, y del tronco 5, por el otro lado.

Claims (2)

1. Máquina de revolución (1), que comprende un casco (2) y un árbol (3) montados - el uno dentro del otro - de forma rotativa alrededor de un mismo eje (4); un primer motor de arrastre (20) del casco (2); como asimismo comprende esta máquina un segundo motor de arrastre (30) del árbol (3), estando integrados entre si los ejes de los motores (20, 30) y el eje de rotación (4) del casco (2) y del árbol (3); máquina en la que los motores (20, 30) están dispuestos por el mismo lado de la máquina de revolución (1); esta máquina está caracterizada porque los motores de arrastre (20, 30) son unos motores síncronos de imanes permanentes 22, 32), y ellos están alojados dentro de un mismo cárter (50), mientras que los árboles de arrastre (10, 11) del casco (2) y del árbol (3) - que son concéntricos entre si - se encuentran directamente acoplados a los rotores (21, 31) de sus respectivos motores de arrastre (20, 30).

2. Máquina de revolución (12) conforme a la reivindicación 1), siendo esta máquina de revolución una centrifugadora (1), en la que el casco (2) es un tambor (2), mientras que el árbol (3) es un tornillo sinfín (3).