ES2297300T3 - Bomba rotativa mejorada. - Google Patents
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Abstract
Una bomba (10) que incluye un elemento de bombeo principal (12) y un elemento de bombeo auxiliar generalmente paralelo (13, 14), así como un alojamiento de bomba (11), interactuando los elementos de bombeo principal (12) y auxiliar (13, 14) uno con otro y con una pared interna (27, 28, 29) de una cámara de bombeo alargada (23) del alojamiento (11) a medida que giran uno con relación a otro para bombear fluido desde un primer extremo de entrada axial (32) de la cámara alargada (23) hacia un segundo extremo de salida axial (33) de dicha cámara alargada (23), e incluyendo la pared interna (27, 28, 29) de la cámara de bombeo alargada (23) unos rebajos primero y segundo directamente adyacentes (35) que se extienden a lo largo de al menos una porción de la extensión axial de la cámara (23) entre los extremos de entrada (32) y de salida (33) de dicha cámara (23), caracterizada porque un elemento de bombeo adyacente (12, 13, 14) puede hacer contacto con la pared (27, 28, 29) de la cámara en un primer borde de contacto discreto (36) dispuesto entre los rebajos primero y segundo y en unos bordes de contacto discretos segundo y tercero (36) previstos en lados opuestos de los rebajos (35) con relación al primer borde de contacto discreto (36).
Description
Bomba rotativa mejorada.
Esta invención se refiere a una bomba y más
particularmente a una bomba que incluye un elemento de bombeo que
gira dentro de un alojamiento.
Un ejemplo de una bomba de la clase de la que se
ocupa la presente invención es una bomba de tornillo que incluye un
elemento de bombeo principal, tal como un tornillo accionado o
tornillo de toma de fuerza, y uno o usualmente dos elementos de
bombeo auxiliares o tornillos accionados, teniendo el tornillo de
toma de fuerza y el tornillo o tornillos auxiliares unas formas de
tornillo que engranan una con otra de modo que, a medida que se
hace girar el tornillo de toma de fuerza, el tornillo o los
tornillos auxiliares giran dentro del alojamiento, proporcionando
las formas de tornillo engranadas y el alojamiento unas cavidades de
bombeo para bombear fluido desde un extremo de baja presión de la
bomba hasta un extremo de alta presión de la bomba a medida que se
hace que gire el tornillo de toma de
fuerza.
fuerza.
En particular, cuando se bombean fluidos
viscosos, particularmente aceite de transmisión a baja temperatura,
puede haber importantes pérdidas de cizalladura experimentadas entre
los tornillos y el alojamiento. Aunque estas pérdidas disminuyen a
medida que el aceite se calienta y se hace menos viscoso, se tiene
que durante al menos el funcionamiento inicial de la bomba, cuando
el aceite está frío, tales pérdidas de cizalladura pueden
contribuir a un sustancial drenaje de potencia de una batería de
vehículo que accione la bomba. Se espera que los vehículos con
bombas de aceite de transmisión funcionen a temperaturas ambientales
que se extienden a lo largo de una amplia gama, por ejemplo entre
-40ºC y +125ºC, y que la viscosidad del aceite de transmisión pueda
variar sustancialmente a lo largo de esa gama de temperatura.
Se pueden presentar también inaceptables
pérdidas de cizalladura a altas velocidades de rotación, expresión
con la cual queremos dar a entender velocidades de bombeo del orden
de 7500 rpm.
El documento
US-A-3927869 describe una bomba de
tornillo en la que las paredes internas de una cámara de bombeo
alargada incluyen uno o más rebajos que se extienden a lo largo de
la extensión axial de la cámara de bombeo entre los extremos de
entrada y de salida de la cámara. En una realización de la bomba
ilustrada en este documento de la técnica anterior, dos de tales
rebajos están dispuestos directamente adyacentes uno a otro y un
rotor de la bomba hace contacto con la pared de la cámara en un
borde de contacto situado entre los rebajos.
Según un aspecto de la invención, proporcionamos
una bomba que incluye un elemento de bombeo principal y un elemento
de bombeo auxiliar generalmente paralelo, y un alojamiento de bomba,
interactuando los elementos de bombeo principal y auxiliar uno con
otro y con una pared interna de una cámara de bombeo alargada del
alojamiento a medida que giran uno con relación a otro para bombear
fluido desde un primer extremo de entrada axial de la cámara
alargada hacia un segundo extremo de salida axial de la cámara
alargada, y en donde la pared interna de la cámara de bombeo
alargada incluye unos rebajos primero y segundo directamente
adyacentes que se extienden a lo largo de al menos parte de la
extensión axial de la cámara entre los extremos de entrada y de
salida de dicha cámara, caracterizada porque un elemento de bombeo
adyacente puede establecer contacto con la pared de la cámara en un
primer borde de contacto discreto situado entre los rebajos primero
y segundo y en unos bordes de contacto discretos segundo y tercero
situados en lados opuestos de los rebajos con relación al primer
borde de contacto discreto.
La previsión de un rebajo de esta clase reduce
significativamente las pérdidas de cizalladura que se producen
entre la pared de la cámara y el elemento de bombeo adyacente,
especialmente cuando el fluido es viscoso. Aunque la previsión de
un rebajo de esta clase puede reducir la eficiencia de bombeo de la
bomba en una pequeña cuantía, la energía así perdida es
significativamente superada por la energía ahorrada por la reducción
de pérdidas de cizalladura.
Dado que el elemento de bombeo puede hacer
contacto todavía con la pared de la cámara en los bordes de contacto
discretos, se conserva una interacción hermética entre el elemento
o elementos de bombeo principales y auxiliares a fin de mantener
las fugas de fluido entre ellos en un mínimo.
Es deseable que el rebajo se extienda en general
axialmente con respecto a la cámara de bombeo, pero puede
enroscarse alrededor del eje del elemento de bombeo adyacente, si se
desea. En cada caso, el rebajo se extiende de preferencia a lo
largo de sustancialmente toda la extensión axial de la cámara de
bombeo.
Los bordes de contacto pueden extenderse
sustancialmente a lo largo de toda la extensión axial de la cámara
de bombeo o solamente a lo largo de una parte de la misma.
Es deseable que esté prevista una pluralidad de
tales rebajos que sean generalmente paralelos uno a otro, con lo
que se proporcionan entre rebajos adyacentes los bordes de contacto
discretos que pueden hacer contacto con el elemento de bombeo
adyacente. Por tanto, la pared interna de la cámara de bombeo puede
ser proporcionada por rebajos separados por bordes de contacto
discretos a uno y otro lado de cada uno de tales rebajos.
Típicamente, se prevén entre tres y cinco rebajos, por ejemplo
cuatro rebajos, pero se pueden prever más o menos rebajos, según se
requiera, en la pared interna para el o cada uno del uno o más de
los elementos de bombeo.
El rebajo o cada rebajo es preferiblemente de
poca profundidad, preferiblemente de menos de un 1% del diámetro
exterior del elemento de bombeo adyacente y posiblemente entre 0,2%
y 0,75% del diámetro exterior del elemento de bombeo adyacente.
Aunque el rebajo o cada rebajo puede tener
cualquier sección transversal deseada, es preferible que el rebajo
o cada rebajo sea en general arqueado en sección transversal.
La invención es particularmente aplicable cuando
los elementos de bombeo principal y auxiliar están provistos de
formas de tornillo interacoplables que interactúan por engrane. Así,
la bomba puede ser una llamada bomba de tornillo. Preferiblemente,
están previstos un par de elementos de bombeo auxiliares, uno a cada
lado del elemento de bombeo principal. En un ejemplo, el elemento
de bombeo puede ser hecho girar dentro del alojamiento de la bomba
por medio de una máquina motriz, tal como un motor eléctrico, para
accionar el elemento o los elementos auxiliares, creando las formas
de tornillo engranables una con otra y la interacción entre el
elemento o elementos de bombeo auxiliares y la pared interna o las
paredes internas de la cámara de bombeo unas cavidades de bombeo
para bombear un fluido desde el extremo de entrada hasta el extremo
de salida de la cámara de bombeo.
Una bomba de esta clase tiene aplicación
particular en el bombeo de aceite en el ambiente de un motor, tal
como aceite de transmisión utilizado para sistemas de actuación en
un vehículo.
Conforme a un segundo aspecto de la invención,
proporcionamos una transmisión que incluye una bomba según el
primer aspecto de la invención.
Se describirán ahora realizaciones de la
invención con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
La figura 1 es una vista lateral ilustrativa de
una bomba de acuerdo con la invención; y
La figura 2 es una sección transversal ampliada
de la cámara de bombeo tomada por la línea 2-2 de la
figura 1, excluyendo elementos de bombeo para mayor claridad.
Haciendo referencia a los dibujos, una bomba de
tornillo 10 incluye un alojamiento 11 en el que están previstos un
elemento de bombeo principal 12 y unos elementos de bombeo
auxiliares primero y segundo 13, 14.
En este ejemplo hay dos elementos de bombeo
auxiliares 13, 14, pero en otro ejemplo pueden estar dispuestos un
solo elemento de bombeo auxiliar o más de dos elementos de bombeo
auxiliares 13, 14.
El elemento de bombeo principal 12 en este
ejemplo tiene una forma de tornillo externa proporcionada por una
cresta helicoidal 16 y en realidad, en el ejemplo mostrado, por un
par de tales crestas helicoidales 16 que están entrelazadas una con
otra para proporcionar una forma de doble rosca de tornillo con
doble entrada. Cada uno de los elementos de bombeo auxiliares 13,
14 tiene también un par de formas de tornillo 17 que engranan con
las formas de tornillo 16 del elemento de bombeo principal 12, con
lo que, a medida que se hace girar el elemento de bombeo principal
12 dentro del alojamiento 11 según se describe más abajo, los
elementos de bombeo auxiliares 13, 14 son obligados a girar dentro
del alojamiento 11.
En este ejemplo el elemento de bombeo principal
12 es un tornillo de toma de fuerza o tornillo accionado y está
asegurado a un árbol de accionamiento 20 o forma una sola pieza con
éste, cuyo árbol es hecho girar por una máquina motriz, tal como un
motor eléctrico 18 que se muestra sólo esquemáticamente en la figura
1 de los dibujos. El árbol 20 está apoyado en cojinetes 19, y está
prevista una junta de sellado 21 para aislar la bomba 10 respecto
de la máquina motriz 18.
No obstante, en otro ejemplo el elemento de
bombeo principal 12 puede mantenerse fijo mientras el alojamiento
11 y los elementos de bombeo auxiliares 13, 14 son hechos girar
alrededor del elemento de bombeo principal 12, lo cual nuevamente
obligará a los elementos de bombeo auxiliares 13, 14 a girar dentro
del alojamiento 11.
En cada caso, las formas de tornillo engranadas
16, 17 de los elementos de bombeo principal y auxiliares 12, 13, 14
interactuarán una con otra para formar cavidades de bombeo que
progresan axialmente con respecto a los elementos de bombeo 12, 13,
14 para bombear fluido desde un extremo axial 32 de baja presión de
la bomba 10 hasta un extremo axial 33 de alta presión de dicha
bomba 10.
El alojamiento 11 incluye una cámara de bombeo
alargada 23 en la que están contenidos los elementos de bombeo 12,
13, 14, incluyendo la cámara de bombeo 23 una parte de cámara
parcialmente circular 24 del elemento de bombeo principal y unas
respectivas partes de cámara parcialmente circulares 25, 26 de los
elementos de bombeo auxiliares, incluyendo cada parte de cámara de
bombeo 24, 25, 26 una respectiva parte de pared interna 27, 28, 29
de una pared interna 30 de la cámara de bombeo 23, cuya
configuración se describirá más adelante.
Los elementos de bombeo 12, 13, 14, al igual que
engranan uno con otro, interactúan también con sus respectivas
partes de pared interna 27, 28, 29 a medida que giran, y al menos
cuando el líquido que se está bombeando está frío y es viscoso,
esto puede dar como resultado sustanciales pérdidas de cizalladura
que son generalmente proporcionales al cubo del radio nominal de la
respectiva parte de cámara de bombeo 24, 25, 26 (o del radio
externo del elemento de bombeo adyacente 12, 13, 14) multiplicado
por el cuadrado de la velocidad diferencial entre el respectivo
elemento de bombeo 12, 13, 14 y las respectivas partes de pared
interna 27, 28, 29.
Cuando la bomba 10 está destinada a bombear un
fluido de transmisión, la bomba 10 será típicamente una bomba de
alta velocidad, siendo hecho girar el elemento de bombeo principal
12 o el alojamiento 11 a velocidades de hasta y más de 7500 rpm.
Por consiguiente, para reducir las pérdidas de
cizalladura al menos entre los elementos de bombeo auxiliares 13 y
14 y sus respectivas partes de pared interna 28, 29, estas partes de
pared interna 28, 29 están provistas de rebajos 35, como se ve de
forma óptima en la figura 2.
Los rebajos 35 se extienden axialmente con
relación a las respectivas partes de cámara de bombeo 25, 26 a lo
largo de sustancialmente la totalidad de la extensión axial de las
partes de cámara de bombeo 25, 26, pero al menos a lo largo de una
porción importante de dicha extensión axial, y en este ejemplo
dichos rebajos son rectos, pero podrían enroscarse alrededor de los
respectivos ejes de las partes de cámara de bombeo 25, 26, según se
desee.
Los rebajos 35 pueden ser de cualquier sección
transversal deseada, pero preferiblemente son arqueados y poco
profundos. En el ejemplo mostrado los elementos de bombeo auxiliares
13, 14 pueden tener cada uno de ellos un diámetro externo de
aproximadamente 7 mm y así las partes de pared interna 28, 29 tienen
un diámetro interno de esa misma magnitud. Los rebajos 35 pueden
tener una profundidad comprendida entre 15 y 50 \mum o, en
términos generales, una profundidad comprendida entre 0,2% y 0,75%
del diámetro externo del elemento de bombeo adyacente 13, 14.
En el ejemplo mostrado hay cuatro rebajos 35
para cada parte de cámara de bombeo 25, 26 de los elementos
auxiliares. Sin embargo, en otro ejemplo pueden preverse más o
menos de tales rebajos 35, por ejemplo entre tres y cinco rebajos o
quizá hasta tantos como nueve rebajos.
En cada caso, los radios de los rebajos
arqueados 35 son preferiblemente tales que toda la parte de pared
interna 28, 29 de la respectiva parte de cámara de bombeo 25, 26 de
los elementos de bombeo auxiliares es proporcionada por rebajos 35
separados por bordes discretos 36 que proporcionan bordes de
contacto para el elemento de bombeo auxiliar 13, 14 que gira dentro
de la parte de cámara de bombeo 25, 26. Cuando se ven en un plano
transversal a través de la cámara de bombeo 23 como en la figura 2,
los bordes de contacto 36 aparecen como puntos, pero deberá
apreciarse que en este ejemplo los bordes de contacto 36 se
extienden a lo largo de toda la extensión axial de las partes de
cámara de bombeo 25, 26.
De esta manera, se reducen significativamente
las pérdidas de cizalladura entre los elementos de bombeo auxiliares
13, 14 y sus respectivas partes de pared interna 28, 29 de la
cámara de bombeo 23, al menos mientras el fluido que se está
bombeando esté frío y sea viscoso. A medida que el fluido bombeado
se calienta hasta su temperatura de funcionamiento usual, se pueden
reducir en cualquier caso tales pérdidas por cizalladura. Sin
embargo, la reducción de las pérdidas por cizalladura mientras el
fluido está frío en virtud de la invención y es viscoso puede dar
como resultado una importante reducción del drenaje de la batería
del vehículo que alimenta al motor eléctrico 18 cuando es probable
que la demanda de energía de la batería sea la más alta, es decir,
al arrancar el motor/vehículo.
Por supuesto, los rebajos 35 pueden reducir
ligeramente la eficiencia de bombeo de la bomba 10, pero tal
reducción de eficiencia será compensada por los ahorros de
eficiencia conseguidos al reducir las pérdidas por cizalladura.
En una bomba modificada la parte de pared
interna 27 de la parte de cámara de bombeo 24 del elemento de bombeo
principal puede estar provista también, o por el contrario, de
rebajos para aliviar las pérdidas de cizalladura que se producirían
de otra manera entre la parte de pared interna 27 y el elemento de
bombeo principal 12, y los rebajos pueden estar nuevamente
separados por bordes de contacto discretos para el elemento de
bombeo principal 12 rotativo o relativamente rotativo dentro de la
parte de cámara de bombeo principal 24.
Pueden hacerse diversas modificaciones sin
apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, en la figura 1
del dibujo la entrada de la bomba en el extremo 32 de entrada de
dicha bomba es proporcionada por una entrada axial, y la salida en
el extremo 33 de salida de dicha bomba es proporcionada por una
salida axial. En otras bombas las entradas y salidas no tienen que
estar localizadas axialmente.
Además, aunque en el ejemplo mostrado los bordes
de contacto discretos 36 entre rebajos adyacentes 35 se extienden a
lo largo de sustancialmente toda la extensión axial de la cámara de
bombeo 23, los bordes de contacto discretos 36 pueden extenderse a
lo largo de solamente una parte de la extensión longitudinal de la
cámara de bombeo 23, estando previstos axialmente más rebajos por
encima y/o por debajo de los bordes de contacto 36.
En este caso, se proporcionaría soporte
suficiente para los elementos de bombeo 12, 13, 14 en tanto la
longitud axial de cada borde de contacto 36 exceda del paso de las
formas de tornillo 17 de los elementos de bombeo auxiliares 13,
14.
Aunque la invención se ha descrito en relación
con una llamada bomba de tornillo en la que los elementos de bombeo
principal 12 y auxiliares 13, 14 interactúan por engrane, la
invención puede aplicarse a otros tipos de bomba en los que haya
elementos de bombeo interactuantes dentro de una cámara de bombeo en
la que pueden ocurrir pérdidas por cizalladura entre uno o más de
los elementos de bombeo y una pared interna adyacente de la cámara
de bombeo.
En otro ejemplo, la máquina motriz 18 para hacer
girar el elemento de bombeo principal 12 (o para hacer girar el
alojamiento 11 alrededor del elemento de bombeo principal 12) no
necesita ser accionada por vía eléctrica, aunque esto es lo que se
prefiere.
Claims (15)
1. Una bomba (10) que incluye un elemento de
bombeo principal (12) y un elemento de bombeo auxiliar generalmente
paralelo (13, 14), así como un alojamiento de bomba (11),
interactuando los elementos de bombeo principal (12) y auxiliar
(13, 14) uno con otro y con una pared interna (27, 28, 29) de una
cámara de bombeo alargada (23) del alojamiento (11) a medida que
giran uno con relación a otro para bombear fluido desde un primer
extremo de entrada axial (32) de la cámara alargada (23) hacia un
segundo extremo de salida axial (33) de dicha cámara alargada (23),
e incluyendo la pared interna (27, 28, 29) de la cámara de bombeo
alargada (23) unos rebajos primero y segundo directamente
adyacentes (35) que se extienden a lo largo de al menos una porción
de la extensión axial de la cámara (23) entre los extremos de
entrada (32) y de salida (33) de dicha cámara (23),
caracterizada porque un elemento de bombeo adyacente (12,
13, 14) puede hacer contacto con la pared (27, 28, 29) de la cámara
en un primer borde de contacto discreto (36) dispuesto entre los
rebajos primero y segundo y en unos bordes de contacto discretos
segundo y tercero (36) previstos en lados opuestos de los rebajos
(35) con relación al primer borde de contacto discreto (36).
2. Una bomba (10) según la reivindicación 1, en
la que el rebajo se extiende en general axialmente con respecto a
la cámara de bombeo (23).
3. Una bomba (10) según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en la que el rebajo (35) se extiende a lo largo
de sustancialmente toda la extensión axial de la cámara de bombeo
(23).
4. Una bomba según la reivindicación 3, en la
que los bordes de contacto (36) se extienden a lo largo de
sustancialmente toda la extensión axial de la cámara de bombeo
(23).
5. Una bomba (10) según la reivindicación 3, en
la que los bordes de contacto (36) se extienden a lo largo de una
porción de la extensión axial de la cámara de bombeo (23).
6. Una bomba (10) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que está prevista una pluralidad
de rebajos (35) que son en general paralelos uno a otro, con lo que
los bordes de contacto discretos (36) que pueden ser contactados
por el elemento de bombeo adyacente (12, 13, 14) están dispuestos
entre rebajos adyacentes (35).
7. Una bomba (10) según la reivindicación 6, en
la que están previstos entre tres y cinco rebajos (35) en la pared
interna (27, 28, 29) para el o cada uno del uno o más de los
elementos de bombeo (12, 13, 14).
8. Una bomba (10) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el o cada rebajo (35) es de
una profundidad de menos de un 1% del diámetro exterior del elemento
de bombeo adyacente (12, 13, 14).
9. Una bomba (10) según la reivindicación 8, en
la que el o cada rebajo (35) es de una profundidad comprendida
entre 0,2 y 0,75% del diámetro exterior del elemento de bombeo
adyacente (12, 13, 14).
10. Una bomba (10) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el o cada rebajo (35) es en
general arqueado en sección transversal.
11. Una bomba (10) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que los elementos de bombeo
principal (12) y auxiliar (13, 14) están provistos de formas de
tornillo interacoplables que interactúan por engrane.
12. Una bomba (10) según la reivindicación 11,
en la que están previstos un par de elementos de bombeo auxiliares
(13, 14), uno a cada lado del elemento de bombeo principal (12).
13. Una bomba (10) según la reivindicación 11 o
la reivindicación 12, en la que el elemento de bombeo principal
(12) puede ser hecho girar dentro del alojamiento (11) de la bomba
por una máquina motriz para accionar el elemento o elementos de
bombeo auxiliares (13, 14), creando las formas de tornillo
engranadas y la interacción entre el elemento o elementos de bombeo
auxiliares (13, 14) y la pared interna o las paredes internas (27,
28, 29) de la cámara de bombeo (23) unas cavidades de bombeo para
bombear el fluido desde el extremo de entrada (32) hasta el extremo
de salida (33) de la cámara de bombeo (23).
14. El uso de una bomba (10) según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores para bombear aceite
de transmisión en el ambiente de un motor.
15. Una transmisión que incluye una bomba según
una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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