ES2268556T3 - Un dispositivo para construcciones subterraneas que comprende un grupo de transmision presurizado y metodo de control de la presion en dicho grupo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para construcciones subterráneas con un engranaje provisto a su vez de una carcasa del engranaje (16) y de un dispositivo de presión para la modificación de la presión interna existente en la carcasa del engranaje (16), caracterizado porque está previsto un dispositivo de ajuste (20) activo que se puede dirigir, a través de un dispositivo de control, para la modificación de la presión interior existente en la carcasa del engranaje (16).
Description
Un dispositivo para construcciones subterráneas
que comprende un grupo de transmisión presurizado y método de
control de la presión en dicho grupo.
La invención se refiere a un dispositivo para
construcciones subterráneas con un engranaje provisto a su vez de
una carcasa para el engranaje y de un dispositivo de presión para la
modificación de la presión interna existente en la carcasa del
engranaje. Por otra parte la invención se refiere a un procedimiento
para el manejo de un dispositivo, con el que se controla en
particular la presión interior existente en un engranaje.
En el caso de engranajes que trabajan bajo el
agua o en otras condiciones ambientales de presión elevada se hace
necesario equilibrar la presión, para adaptar la presión del aceite
existente en el engranaje a la presión del entorno exterior. De no
ser así existiría el riesgo de diferencias de presión elevadas entre
el interior de la carcasa y el entorno. En este caso el agua podría
penetrar en el engranaje desde fuera como consecuencia de la
diferencia de presión. Sin un equilibrado de la presión de este tipo
se necesitaría efectuar un trabajo considerable para la
hermetización del engranaje y evitar la penetración de líquido desde
fuera.
Por la patente DE 2 162 314 A se conoce un
sistema de este tipo de equilibrado de presión en un engranaje.
Para ello en la carcasa del engranaje está previsto un orificio que
se hermetiza frente al entorno por medio de una membrana flexible.
En caso de una mayor presión del entorno la membrana se abomba hacia
dentro, consiguiendo así una compensación de la presión en el
interior del engranaje. No obstante, un sistema de este tipo es
susceptible de sufrir deterioro en condiciones ambientales
difíciles como las existentes, por ejemplo, en lugares de obras
para equipos de perforación profunda.
Por la patente EP 0 518 293 B1 se conoce una
fresadora de muros pantalla donde las obturaciones de sus
rodamientos están provistas de un dispositivo hidráulico de
compensación de la presión. Para ello está previsto un émbolo
móvil, en uno de cuyos extremos puede incidir la presión del
entorno. El otro extremo del émbolo móvil actúa sobre un depósito
colector de aceite, capaz de producir una contrapresión hidráulica
sobre las obturaciones de los rodamientos en caso de un aumento
correspondiente de la presión del entorno.
Con este dispositivo conocido se consigue una
mejora considerable de la robustez frente a una membrana flexible,
menos estable desde un punto de vista mecánico, si bien aquí existe
también el peligro de que, como consecuencia de la suciedad
existente en las condiciones del lugar de obra, quede limitada la
movilidad del émbolo o se deteriore la unión con el entorno
exterior del émbolo. En este caso no se podría garantizar una
compensación fiable de la presión.
La patente US 4.757.878 describe un
procedimiento y un sistema para la lubricación en condiciones
adversas, que se pueden utilizar en una bomba para agua geotérmica.
Según la parte expositiva de la patente US 4.757.878 está prevista,
entre otras opciones, la regulación de la presión de admisión y de
la presión de salida del lubricante, para mantener en un valor
constante la presión en las secciones lubricadas.
La patente US 4.473.754 da a conocer un sistema
de producción de energía del ciclo Brayton que presenta, entre
otros elementos, una carcasa de engranaje bajo presión.
Por la patente US 3.843.095 se deduce una
excavadora con un mecanismo de tracción por cable. Para impedir que
el cable haga comba se prevé un dispositivo con un accionamiento
lineal hidráulico y un depósito colector con líquido de
funcionamiento, unido a una fuente de aire a presión para mantener
bajo presión el líquido de funcionamiento.
La patente US 4.423.567 describe un dispositivo
para bruñir que presenta un cilindro propulsor hidráulico. El
cilindro está unido mediante conductos a un depósito, en el que se
dispone aceite hidráulico y, por encima de éste, aire.
La invención se plantea el objetivo de describir
un dispositivo para construcciones subterráneas y un procedimiento
para el funcionamiento de éste, que permitan, con una estructura
sencilla y robusta, la modificación fiable de la presión en el
engranaje.
De acuerdo con la invención el objetivo se
resuelve, por una parte, con un dispositivo para construcciones
subterráneas con las características de la reivindicación 1 y, por
otra, con un procedimiento con las características de la
reivindicación 12. En las diferentes subreivindicaciones se indican
varias formas de realización preferidas.
El dispositivo conforme a la invención se
caracteriza porque está previsto un dispositivo de ajuste activo
que se puede dirigir, a través de un dispositivo de control, para la
modificación de la presión interior existente en la carcasa del
engranaje. Una idea básica de la invención consiste en pasar, de una
adaptación por así decirlo pasiva, propia del estado actual de la
técnica y en la cual la presión del entorno modifica directamente
la presión interior a través de una membrana o de un émbolo, a un
ajuste activo, controlado, de la presión. A través de un
dispositivo de control se activa el dispositivo de ajuste accionado
por energía, que modifica, de acuerdo con las instrucciones de
control, la presión interior en la carcasa del engranaje.
En principio la modificación de la presión se
puede producir de diferentes maneras, por ejemplo modificando el
volumen de la carcasa del engranaje mediante un émbolo graduable.
Una forma de realización preferida según la invención consiste en
que el dispositivo de ajuste se configura para modificar el llenado
de la carcasa del engranaje. De este modo se puede conseguir, de
forma relativamente sencilla, una modificación de la presión rápida
y controlada.
Preferiblemente el dispositivo de ajuste
presenta una bomba y/o un recipiente de compensación, unido
mediante conductos a la carcasa del engranaje para la admisión y/o
la evacuación de un fluido. Como fluido para modificar la presión
se puede prever el aceite lubricante previsto para el engranaje, y
también el aire que se suele encontrar en un engranaje. Para
determinados casos prácticos resulta conveniente también un fluido
de presión específico, que puede tener determinadas características
físicas en relación con la compresibilidad y con el comportamiento
térmico, y asimismo características de protección contra la
corrosión.
Según un desarrollo de la invención supone una
ventaja el hecho de que en el recipiente de compensación se pueda
ajustar una presión definida, para lo cual la admisión de fluido en
la carcasa del engranaje se puede controlar mediante una
servoválvula. En el recipiente de compensación se puede dar una
sobrepresión definida frente al interior de la carcasa, de modo que
en cualquier momento se puede introducir fluido en la cantidad
deseada en la carcasa del engranaje. Para reducir la presión se
puede prever una válvula de escape de aire, que se puede regular
también desde el dispositivo de control.
Según la invención, para un ajuste eficaz de la
presión está previsto que el dispositivo de ajuste presente un
dispositivo de cambio de volumen, en particular un émbolo, para la
modificación del volumen interior del recipiente de compensación.
Aquí el ajuste de la presión tiene lugar en el recipiente de
compensación, que se encuentra en unión de flujo con la carcasa del
engranaje, de modo que la presión existente dentro del recipiente
de compensación corresponde a la presión existente en la carcasa del
engranaje.
Una realización especialmente practicable y
económica consiste en que el recipiente de compensación está lleno,
al menos en parte, de aceite lubricante, que sirve como fluido para
la modificación de la
presión.
presión.
Para evitar la presencia de impurezas en el
aceite lubricante la invención prevé la presencia en el recipiente
de compensación de un segundo fluido, separado del aceite lubricante
mediante un elemento separador como un émbolo, una membrana o una
burbuja. El segundo fluido, que es preferiblemente aire, sirve
también para compensar las variaciones de temperatura que se dan en
el aceite lubricante durante el funcionamiento del dispositivo.
Para una modificación suave de la presión en la
carcasa del engranaje se prevé la presencia de un elemento de
amortiguación con el que se pueda amortiguar, en particular, la
transmisión de presión al aceite lubricante, para lo cual el
elemento de amortiguación presenta, en particular, un elemento
separador con un muelle incorporado o bien un volumen de gas
previsto.
Para que la adaptación de la presión sea exacta
resulta ventajoso disponer, según la invención, un sensor de
presión que sirva para medir la presión dentro y/o fuera de la
carcasa del engranaje y que se encuentre en relación de
señalización con el dispositivo de control. Así un sensor de presión
exterior puede medir la presión del entorno y transmitir el dato al
dispositivo de control. Con ayuda de estos valores de medición el
dispositivo de control puede adaptar de la forma deseada la presión
interior de la carcasa, con un sensor de presión interior sirviendo
como elemento retroactivo. Así pues, se puede conseguir una
regulación completa de la presión interior, más allá de un mero
control.
Otra forma de realización preferida de la
invención consiste en prever un dispositivo de medición del nivel
de aceite para registrar el nivel del aceite lubricante en el
recipiente de compensación, que se encuentre en relación de
señalización en particular con el dispositivo de control. Aquí el
nivel de aceite lubricante en el recipiente de compensación se
puede registrar fácilmente y utilizar para una medición fiable de la
reserva de aceite. El dispositivo de medición se puede acoplar
también a un sensor de temperatura, de modo que se puedan tener en
cuenta los eventuales cambios de volumen del aceite lubricante
debidos a la temperatura. De esta manera se puede monitorizar de
forma particularmente fiable el llenado y las pérdidas de la carcasa
del engranaje.
Básicamente el engranaje descrito se podría
utilizar para las aplicaciones más diversas en las que se utilicen
engranajes en condiciones de sobrepresión o de depresión, por
ejemplo debajo del agua.
De acuerdo con la invención se prevé el uso del
engranaje en un dispositivo para construcciones subterráneas, en
particular en una fresadora de muros pantalla. La disposición
descrita se puede lograr sin piezas mecánicas móviles delicadas,
expuestas a las duras condiciones exteriores del entorno, de modo
que precisamente en dispositivos de construcción subterránea
resulta posible un ajuste fiable y una adaptación de la presión
interior del engranaje.
El procedimiento conforme a la invención se
caracteriza porque la presión interior existente en la carcasa del
engranaje se modifica por medio de un dispositivo de ajuste activo,
controlado a través de un dispositivo de control. Con este
procedimiento conforme a la invención se pueden conseguir las
ventajas explicadas anteriormente en relación con un ajuste fiable
y una adaptación fiable de la presión.
Según una forma de realización preferida está
previsto que se mida, por medio de un sensor de presión exterior,
la presión exterior en la carcasa del engranaje, y que la presión
interior se controle en función de la presión exterior medida.
Debido al poco tamaño y a los costes relativamente bajos de los
sensores de presión se pueden disponer también, preferiblemente,
varios sensores de presión exteriores, garantizando así una
precisión de medida particularmente elevada.
Como alternativa, o de modo complementario, la
presión exterior se puede determinar también por el nivel de
profundidad del aparato, como por ejemplo en el caso de una
fresadora de muros pantalla, pues la presión exterior es
proporcional a la profundidad del aparato dentro de un líquido.
Mediante los correspondientes sensores, ubicados por ejemplo en el
torno, la presión del entorno se puede determinar a través de la
posición, de modo que también se puede ajustar la presión sin un
sensor de presión exterior.
Para un ajuste de la presión especialmente
fiable por medio de una regulación la invención prevé la
realización de una medición de la presión interior en la carcasa del
engranaje por medio de un sensor de presión interior, y la
regulación de la presión interior mediante el dispositivo de
control.
Otra ventaja de la invención consiste en que la
presión interior de la carcasa del engranaje se controla y/o se
regula de modo que sea igual o mayor o menor, en una diferencia de
presión definida, que la presión medida en el exterior. Así pues,
mediante el dispositivo de control se puede ajustar en todo momento
una sobrepresión o depresión definidas en la carcasa del engranaje.
En el caso de una sobrepresión predeterminada se garantiza que el
líquido de fuera no pueda penetrar en la carcasa del engranaje. En
el caso de trabajos en entornos delicados, por ejemplo, en una zona
de protección de aguas subterráneas, puede resultar conveniente el
ajuste de una ligera depresión en la carcasa del engranaje,
evitando así, con una seguridad especialmente elevada, el derrame
de aceite lubricante.
La invención se explica a continuación en mayor
detalle con la ayuda de unos ejemplos de realización preferidos,
que se representan esquemáticamente en los dibujos. En los dibujos
se puede ver:
Figura 1 una vista lateral parcial, muy
esquematizada, de una fresadora de muros pantalla conforme a la
invención, con un engranaje; y
Figuras 2a a 2e vistas esquemáticas en sección
transversal de diferentes recipientes de compensación para la
invención.
En la figura 1 se muestra una fresadora de muros
pantalla 10 configurada según la invención, con dos ruedas de
fresado 12 a ambos lados de un protector del engranaje 13. En el
protector del engranaje 13 se encuentra un engranaje 14 que
transmite el par de giro desde el accionamiento hidráulico 15 a las
ruedas de fresado 12. El engranaje 14 se extiende hasta el centro
de las ruedas de fresado 12, si bien allí se representa sólo una
parte de las ruedas dentadas. Debido a la estructura simétrica de
una fresadora de muros pantalla 10, la disposición del engranaje se
explica a continuación sólo en referencia a la disposición del lado
izquierdo de las ruedas de fresado 12.
Para la modificación de la presión dentro de una
carcasa 16 del engranaje 14 está previsto un dispositivo de ajuste
20 activo para la modificación de la presión. En el presente ejemplo
de realización el dispositivo de ajuste activo 20 presenta un
recipiente de compensación 22 que se encuentra en unión de
conductos, a través de un conducto de fluido 24, con el interior de
la carcasa del engranaje 16. En el recipiente de compensación 22 se
puede producir, mediante un dispositivo de control no representado,
una presión deseada que se transmite a la presión interior del
engranaje 14 a través del conducto de fluido 24. De esta manera se
puede ajustar una presión deseada dentro del engranaje 14, que se
puede adaptar, por ejemplo, a una presión del entorno exterior. De
esta manera se puede evitar, en una fresadora de muros pantalla 10
que tiene que trabajar a una profundidad de hasta 100 m en
pantallas llenas de material en suspensión, una diferencia de
presión entre el interior y el exterior del engranaje. De esta
manera se puede evitar, sin medidas específicas de hermetización en
las juntas del eje y de la carcasa del engranaje 14 y a pesar de la
elevada presión del entorno, la penetración de líquido o de
material en suspensión en la carcasa del engranaje 16.
Al extraer de la pantalla la fresadora de muros
pantalla 10 se puede reducir de nuevo, en correspondencia con el
cambio de profundidad, la presión existente dentro de la carcasa 16
del engranaje, donde el recipiente de compensación 22 se puede
purgar o llenar a través de un conducto de escape de aire 26, que
desemboca en una válvula esférica.
Una primera forma de realización para la
creación de presión en un recipiente de compensación 22a para la
invención está representada en la figura 2a. El recipiente de
compensación 22a cilíndrico está parcialmente lleno de un aceite
lubricante 5, que se comunica con el aceite lubricante del engranaje
a través de un conducto de fluido 24a. Para el ajuste de la presión
se puede introducir aire a presión en el recipiente de compensación
22a, a través de un conducto de aire a presión 25a, mediante una
válvula de ajuste no representada y controlada por el dispositivo
de control. En el recipiente de compensación 22a se pueden disponer
sensores 42, 43, que además de medir la presión se utilizan también
como dispositivo para medir el nivel de aceite.
Según la forma de realización alternativa de la
figura 2b, en un recipiente de compensación cilíndrico 22b la
presión del aceite lubricante 5 se puede ajustar también mediante un
émbolo 28b. Entre el émbolo 28b y el aceite lubricante 5 se
encuentra una cantidad de gas 30 definida, que puede servir de
elemento de amortiguación para el ajuste de la presión. En
particular, la adaptación de la presión puede efectuarse de modo
gradual, lo que se consigue con un control sencillo de la válvula.
El ajuste del émbolo 28b se efectúa por medio de un cilindro de
ajuste 32 accionado de forma hidráulica y neumática y provisto de un
vástago de émbolo 34b. Con el correspondiente accionamiento de las
tomas 36 el dispositivo de control puede establecer de forma
definida la posición del émbolo en el recipiente de compensación
22.
En la figura 2c se muestra una disposición
hidráulica, donde el recipiente de compensación 22c está
configurado como el recipiente de compensación 22a de la figura 2a.
La derivación de la presión para la admisión de gas está
configurada como un conducto de acoplamiento 40 que desemboca en un
recipiente hidráulico 38 relleno parcialmente de aceite hidráulico
7. El gas que se encuentra en el recipiente hidráulico 38 está
separado del aceite hidráulico 7 por una burbuja 39c. Con la
correspondiente alimentación y evacuación de aceite hidráulico 7 a
través del conducto hidráulico 41c se puede influir de la forma
deseada sobre el tamaño de la burbuja 39c y por tanto, a través del
conducto de acoplamiento 40, sobre la presión existente en el
recipiente de compensación 22c.
En la figura 2d se muestra una forma de
realización simplificada de la disposición previamente descrita. En
el recipiente de compensación 22d está previsto no sólo el aceite
lubricante 5 sino también el aceite hidráulico 7, así como una
cantidad de gas 30d definida, ambos separados del aceite lubricante
5 en una burbuja elástica 39d. A través del conducto hidráulico 41d
se puede modificar el volumen del aceite hidráulico 7 en el
recipiente de compensación 22d, y por tanto conseguir una
modificación correspondiente de la presión del aceite lubricante 5
dispuesto en la zona superior, que se encuentra en unión de
conductos con el interior de la carcasa del engranaje a través del
conducto de fluido 24d. El volumen de gas 30d que se encuentra en la
burbuja 39d sirve de obturación de gas para amortiguar el cambio de
presión.
Una forma de realización similar se observa en
el recipiente de compensación 22e según la figura 2e. También aquí,
en una zona inferior del recipiente de compensación 22e se encuentra
un aceite hidráulico 7 con una cantidad de gas 30e, separados por
un émbolo 28e de un aceite lubricante dispuesto por encima de los
mismos. Con la admisión de aceite hidráulico 7 a través del conducto
hidráulico 14e se puede modificar la presión existente dentro del
recipiente de compensación 22e, con lo que la presión del aceite
lubricante 5 se transmite, a través del conducto de fluido 24e, al
aceite lubricante ubicado dentro del engranaje. Al mismo tiempo, a
través de un sensor 46e se puede registrar la extensión de los
vástagos de émbolo 34e como medida del nivel de aceite
lubricante.
Claims (16)
1. Dispositivo para construcciones
subterráneas con un engranaje provisto a su vez de una carcasa del
engranaje (16) y de un dispositivo de presión para la modificación
de la presión interna existente en la carcasa del engranaje (16),
caracterizado porque está previsto un dispositivo de ajuste
(20) activo que se puede dirigir, a través de un dispositivo de
control, para la modificación de la presión interior existente en
la carcasa del engranaje (16).
2. Dispositivo para construcciones
subterráneas según la reivindicación 1, caracterizado porque
el dispositivo de ajuste (20) está configurado para modificar el
llenado de la carcasa del engranaje (16).
3. Dispositivo para construcciones
subterráneas según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado
porque el dispositivo de ajuste (20) presenta una bomba y/o un
recipiente de compensación (22), unido mediante conductos a la
carcasa del engranaje (16) para la admisión y/o la evacuación de un
fluido.
4. Dispositivo para construcciones
subterráneas según la reivindicación 3, caracterizado porque
en el recipiente de compensación (22) se puede ajustar una presión
definida, para lo cual la admisión de fluido en la carcasa del
engranaje (16) se puede controlar mediante una servoválvula.
5. Dispositivo para construcciones
subterráneas según una de las reivindicaciones 3 ó 4,
caracterizado porque el dispositivo de ajuste (20) presenta
un dispositivo de cambio de volumen, en particular un émbolo (28),
para la modificación del volumen interior del recipiente de
compensación (22).
6. Dispositivo para construcciones
subterráneas según las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado
porque el recipiente de compensación (22) está lleno, al menos en
parte, de aceite lubricante que sirve como fluido para la
modificación de la presión.
7. Dispositivo para construcciones
subterráneas según la reivindicación 6, caracterizado porque
en el recipiente de compensación está previsto un segundo fluido,
separado del aceite lubricante mediante un elemento separador como
un émbolo, una membrana o una burbuja.
8. Dispositivo para construcciones
subterráneas según una de las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado porque está previsto un elemento de
amortiguación con el que se pueda amortiguar, en particular, una
transmisión de presión al aceite lubricante, para lo cual el
elemento de amortiguación presenta, en particular, un elemento
separador con un muelle incorporado o bien un volumen de gas
previsto (30).
9. Dispositivo para construcciones
subterráneas según una de las reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado porque, para medir la presión dentro y/o fuera
de la carcasa del engranaje (16), está previsto un sensor de
presión (42, 43) que se encuentra en relación de señalización con el
dispositivo de control.
10. Dispositivo para construcciones
subterráneas según una de las reivindicaciones 3 a 9,
caracterizado porque, para registrar el nivel del aceite
lubricante en el recipiente de compensación (22), está previsto un
dispositivo para medir el nivel de aceite que se encuentra en
relación de señalización, en particular, con el dispositivo de
control.
11. Dispositivo para construcciones
subterráneas según una de las reivindicaciones 3 a 9,
caracterizado porque está configurado como fresadora de
muros pantalla (10).
12. Procedimiento para el funcionamiento
de un dispositivo para construcciones subterráneas, en particular
un dispositivo para construcciones subterráneas según una de las
reivindicaciones 1 a 11, con un engranaje (14) provisto de una
carcasa del engranaje (16) y de un dispositivo de presión para la
modificación de la presión interior existente en la carcasa del
engranaje (16), caracterizado porque la presión interior
existente en la carcasa del engranaje (16) se modifica por medio de
un dispositivo de ajuste (20) activo, controlado por un dispositivo
de control.
13. Procedimiento según la reivindicación
12, caracterizado porque se mide, por medio de un sensor de
presión (43) exterior, la presión exterior en la carcasa del
engranaje, y porque la presión interior se controla en función de
la presión exterior medida.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 12 ó 13, caracterizado porque se determina
el nivel de profundidad de la carcasa del engranaje (16), y porque
la presión interior se controla en función del nivel de
profundidad.
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque se efectúa la
medición de la presión interior existente en la carcasa del
engranaje (16) por medio de un sensor de presión interior (42), y
porque la presión interior está controlada por el dispositivo de
control.
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque la presión
interior existente en la carcasa del engranaje (16) se controla y/o
se regula de tal modo que es igual o mayor o menor, en una
diferencia de presión definida, que la presión medida en el
exterior.
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