ES2342267T3 - Tobera para la generacion de un chorro de alta presion. - Google Patents
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Abstract
Tobera para la generación de un chorro de alta presión de un medio capaz de fluir con un cuerpo de la tobera (1) y un disco de tobera (2) de un material de alta dureza que está alojada en el en una entalladura (7) que presenta una perforación de tobera (3) axial, preferentemente central, que desemboca en una perforación de entrada y/o una perforación de salida (4, 5), caracterizada porque el cuerpo de la tobera (1) está formado alrededor del disco de tobera (2) por sinterización o por colada que en ello se apoya bajo presión de apriete en las superficies de contacto de la entalladura (7) y que está encapsulado por completo en el cuerpo de la tobera (1) con excepción de la zona de entrada y de salida de la perforación de tobera (3).
Description
Tobera para la generación de un chorro de alta
presión.
La invención se refiere a una tobera para la
generación de un chorro de alta presión según el preámbulo de la
reivindicación 1.
Una tobera de este tipo es un componente de una
cabeza de tobera que se aplica, por ejemplo, en la técnica de
chorros de agua de alta presión como tobera de chorro de agua. Una
tobera de chorro de agua de este tipo sirve, por ejemplo, para la
limpieza de superficies, la remoción de recubrimientos, el raspado
de aéreas, así como para el corte y la separación de
materiales.
Para la generación del chorro de alta presión se
convierte con alta velocidad en un chorro la presión producida por
una bomba dentro del caudal del medio mediante un estrechamiento de
la sección transversal dentro de la tobera, preferentemente en un
chorro de líquido. En este caso como líquido habitualmente se aplica
agua. Las presiones generadas pueden alcanzar hasta 4000 bar y más,
mientras que la velocidad es de hasta 900 m/s.
Por el documento US 5,893,520 se conoce una
tobera según el preámbulo de la reivindicación 1.
Debido de la solicitación extraordinariamente
elevada del disco de tobera que resulta de ello por el documento DE
94 19 809 U1 se conoce producir este de un zafiro.
Para una duración hasta la revisión medianamente
aceptable, sin embargo, es necesario trabajar el disco de tobera,
así como la entalladura en la que está colocado el disco con
respecto al paralelismo de las superficies de contacto, con
respecto a la concentricidad y los ángulos, así como la exactitud de
medida dentro de límites de tolerancias muy estrechas. Descontado
que esto solamente es posible con un esfuerzo de fabricación
sustancial, incluso las tolerancias reducidas llevan a una
solicitación extremadamente elevada del disco de tobera en el
funcionamiento del disco de tobera que influye fuertemente la
duración hasta la revisión.
Aunque no se menciona expresamente en el
documento DE 94 19 809 U1 el disco de tobera está provisto de una
junta redonda que se fabrica de una aleación de metal no ferroso o
de un material plástico y que aísla el disco de tobera con respecto
a la zona lateral de pared de la entalladura del cuerpo de la
tobera.
No obstante, la junta redonda no es capaz apoyar
lateralmente al disco de tobera, tal como sería necesario para
alojar las tensiones que actúan sobre el disco de tobera que se
producen por la presión interior elevada dentro de la perforación
de tobera. Este apoyo radial no existente del disco de tobera
frecuentemente lleva a fisuras y roturas durante el funcionamiento,
por lo que se producen situaciones peligrosas, especialmente cuando
se aplican toberas de este tipo en herramientas operadas a mano,
como por ejemplo pistolas o similares. Por la distención repentina
de la presión en caso de rotura del disco de tobera incrementa la
fuerza de repulsión de forma inesperada y se eleva de forma ilícita
lo que puede poner en peligro el usuario de la pistola.
En el caso de la tobera conocida se aplica una
fuerza de tensión previa axial a través de un tornillo de tobera
que se aplica tanto en el disco de tobera así como en el cuerpo de
la tobera. En este caso se guía la fuerza a través del disco de
tobera y la junta redonda hacia el cuerpo de la tobera.
Esto, sin embargo, tiene como condición
precedente que se mantengan tolerancias de altura correspondientes
de los componentes con un esfuerzo elevado de fabricación. Sin
embargo, en caso del exceso del par de apriete en el tornillo de
tobera se puede producir la rotura del disco de tobera quebradiza.
Esto es el caso relativamente frecuente dado que muchas toberas se
utilizan y se montan bajo condiciones de funcionamiento duras, por
ejemplo, en obras para el saneamiento de cemento.
El apoyo radial no existente mencionado del
disco de tobera también lleva a una solicitación elevada por
partículas de suciedad que se encuentran en el líquido del chorro
que asimismo pueden producir fisuras al chocar con la superficie
frontal asociada del disco de tobera con las consecuencias
descritas.
Por lo tanto, la presenta invención se basa en
la tarea de desarrollar una tobera del tipo genérico de tal manera
que se pueda producir más fácilmente y su duración hasta la revisión
sea mayor y se mejore la seguridad del funcionamiento.
Esta tarea se resuelve por una tobera que
presenta las características de la reivindicación 1.
Una tobera configurada de esta manera presenta
ventajas importante con respecto a la tobera conocida.
En primer lugar hay que mencionar que el disco
de tobera está colocado casi sujetado fijamente dentro de la
entalladura en el cuerpo de la tobera y concretamente en todas las
direcciones de solicitación posibles en el funcionamiento de la
tobera.
Especialmente las fuerzas radiales efectivas que
resultan de la presión interior de funcionamiento dentro de la
perforación de tobera se guían inmediatamente hacia el cuerpo de la
tobera. Por ello el disco de tobera resulta extremadamente
resistente, de modo que la formación repentina de fisuras o una
rotura prácticamente se pueden descartar. También está reducida
sustancialmente la sensibilidad frente a partículas de suciedad.
Según la invención el cuerpo de la tobera con el
disco de tobera colocado se fabrican como una unidad de fabricación
y se pueden montar de tal manera que no actúan fuerzas de presión
inmediatas sobre el disco de tobera en el montaje, por ejemplo,
mediante un tornillo de presión o un cuerpo de admisión que funciona
en este sentido.
En este caso el disco de tobera está dispuesto
en el interior del cuerpo de la tobera, es decir que el disco de
tobera está rodeado por todos los lados por el cuerpo de la
tobera.
Esfuerzos de apriete aplicados para la fijación
del cuerpo de la tobera por ello se guían exclusivamente hacia el
cuerpo de la tobera.
Esto es el caso igualmente cuando el disco de
tobera colocado en la entalladura insertada entonces frontalmente
dentro del cuerpo de la tobera, en donde el cuerpo de admisión como
pieza de presión presiona al cuerpo de la tobera contra un suelo de
carcasa y la presión de apriete que parte del cuerpo de admisión se
guía por fuera del disco de tobera en el cuerpo de la tobera.
Según la invención está previsto que se fabrica
el cuerpo de la tobera por sinterización o por colada, en donde el
disco de tobera se inserta previamente de manera que este esté
rodeado por completo por el material del cuerpo de la tobera
después de la colada o de la sinterización.
De este modo se puede renunciar de una exactitud
de elaboración especial del disco de tobera lo que naturalmente
conlleva un ahorro de costes.
El material del cuerpo de la tobera en el que el
disco de tobera está incrustado al principio sin perforación de
tobera preferentemente es resistente a corrosión y de alta
resistencia.
Por el proceso de sinterización o bien de colada
se aplican elevadas presiones de apriete permanentes sobre las
superficies de contacto del disco de tobera que para el
funcionamiento de la tobera conllevan las ventajas mencionadas.
Una vez terminada la sinterización o bien la
colada se producen las superficies exteriores o bien las superficies
obturadoras del cuerpo obturador, así como se insertan una
perforación de salida y en el caso dado una perforación de entrada
y la perforación de tobera. De este modo se consigue una elevada
concentricidad que lleva a una optimización del chorro de medio que
sale de la tobera.
Dado que una rotura debido al funcionamiento del
disco de tobera prácticamente está descartada incrementa la
seguridad de funcionamiento para el usuario frente a la tobera
conocida. Además, también se produce un incremento de la duración
hasta la revisión que se eleva adicionalmente porque el cuerpo de la
tobera con un disco de tobera alojado está configurado de forma
simétrica bilateral tanto en la dirección longitudinal como también
en la dirección del eje transversal. Esto posibilita girar el cuerpo
de la tobera cuando se haya desgastado por el funcionamiento la
zona de entrada de la perforación de tobera. En este caso el cuerpo
de la tobera con el disco de tobera encerrado solamente se gira en
180º, de manera que entonces el lado de salida anterior de la
perforación de tobera ahora forme el lado de entrada.
El disco de tobera puede consistir de un
material cerámico de alta dureza, preferentemente de un zafiro,
rubí, diamante policristalino o una cerámica mixta.
En cualquier caso la forma de construcción
robusta de la tobera permite también la inserción de geometrías de
chorro plano de la perforación de tobera que entonces puede
presentar una sección transversal que difiere de la forma circular,
por ejemplo, una forma elíptica o rectangular. En este sentido de la
invención resulta un área de aplicación ampliada.
Para incrementar la duración hasta la revisión
además de la posibilidad de giro mencionado del cuerpo de la tobera
se puede repasar la perforación de tobera, especialmente en la zona
del canto de entrada, de manera que en total resulta una mejora
considerable también desde el punto de vista económico.
Otros desarrollos ventajosos de la invención se
señalan en las reivindicaciones dependientes.
Ejemplos de realización de la invención se
describen a continuación mediante los dibujos anexos:
Muestran:
Figuras 1 y 2 en cada caso una tobera en un
corte longitudinal.
En las Figuras 1 y 2 está representada en cada
caso una tobera para la generación de un chorro de alta presión de
un medio que puede fluir, por ejemplo, de un líquido, una mezcla de
líquido, sólido y gas o un gas que en su construcción básica
presenta un cuerpo de la tobera 1, un disco de tobera 2 de un
material de alta dureza alojado en el dentro de una entalladura 7
con la perforación de tobera 3 axial, preferentemente central, así
como un cuerpo de admisión 8 con el que se puede presionar
firmemente el cuerpo de la tobera 1 formando una cabeza de tobera
dentro de una carcasa de tobera no representada.
En este caso el cuerpo de admisión 8 que
presenta en su lado orientado hacia el cuerpo de la tobera 1 un
canal de alimentación 6 dispuesto axialmente por el que se puede
alimentar el medio bajo presión en la dirección de la flecha se
apoya en el cuerpo de la tobera 1 formando en el lado frontal una
superficie obturadora 11.
Según la invención en los dos ejemplos de
realización los discos de tobera 2 que presentan de forma preferente
una forma simétrica radial se apoyan bajo presión de apriete en las
superficies de contacto de la entalladura 7. Según sean las
necesidades, el disco de tobera 2 naturalmente puede adoptar también
otras formas espaciales a parte de la forma cilíndrica.
En el caso del ejemplo mostrado en la Figura 1
el disco de tobera 2 se rodea por completo por el cuerpo de la
tobera 1, es decir el disco de tobera 2 en este sentido está
encerrado por completo.
Por el contrario, en la forma de realización
mostrada pero no reivindicada en la Figura 2 este se apoya bajo
presión de apriete en la entalladura solamente de forma lateral y en
el lado frontal opuesto al cuerpo de admisión 8. Con esto la
superficie obturadora 11 está limitada hacia la zona central por un
espacio libre 12 que tapa el lado frontal del disco de tobera 2
dirigido a el que la superficie obturadora 11 se apoya en el cuerpo
de la tobera 1 por fuera del disco de tobera 2.
En ambos casos la perforación de tobera 3
desemboca en una perforación de salida 5 del cuerpo de la tobera
1.
Mientras que el medio que fluye a través del
canal de alimentación 6 en el caso de la tobera mostrada en la
Figura 1 se conduce inmediatamente en una perforación de entrada 6
del cuerpo de la tobera 1 a la que se une una perforación de tobera
3, en la tobera según la Figura 2 el medio se alimenta a la
perforación de tobera 3 a través de un espacio libre 12 que se une
de forma concéntrica al canal de alimentación 6.
Tal como se ha descrito anteriormente, la
inserción del disco de tobera 2 dentro del cuerpo de la tobera 1 se
realiza mediante colada con el material que luego forma el cuerpo de
la tobera 1 mediante sinterización de este material del disco de
tobera 2 con el cuerpo de la tobera 1.
Una elaboración adicional de esta unidad de
construcción para la inserción de la perforación de tobera 3, de la
perforación de entrada 4, de la perforación de salida 5, así como
para la fabricación de una superficie exterior 9 y una superficie
obturadora 10 del cuerpo de la tobera 1 que forma la superficie
frontal opuesta al cuerpo de admisión 8 se realiza a continuación,
sin que se haya que tener en cuenta tolerancias muy limitadas.
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- 1
- cuerpo de la tobera
- 2
- disco de tobera
- 3
- perforación de tobera
- 4
- perforación de entrada
- 5
- perforación de salida
- 6
- canal de alimentación
- 7
- entalladura
- 8
- cuerpo de admisión
- 9
- superficie exterior
- 10
- superficie obturadora
- 11
- superficie obturadora
- 12
- espacio libre
Claims (7)
1. Tobera para la generación de un chorro de
alta presión de un medio capaz de fluir con un cuerpo de la tobera
(1) y un disco de tobera (2) de un material de alta dureza que está
alojada en el en una entalladura (7) que presenta una perforación
de tobera (3) axial, preferentemente central, que desemboca en una
perforación de entrada y/o una perforación de salida (4, 5),
caracterizada porque el cuerpo de la tobera (1) está formado
alrededor del disco de tobera (2) por sinterización o por colada que
en ello se apoya bajo presión de apriete en las superficies de
contacto de la entalladura (7) y que está encapsulado por completo
en el cuerpo de la tobera (1) con excepción de la zona de entrada y
de salida de la perforación de tobera (3).
2. Tobera según la reivindicación 1,
caracterizada porque la perforación de tobera (3), así como
las perforaciones de entrada y de salida (4, 5) se aloja después de
la envoltura por colada y sinterización.
3. Tobera según la reivindicación 1 en la que el
cuerpo de la tobera (1) se puede fijar contra una carcasa de tobera
mediante un cuerpo de admisión (8), caracterizada porque las
superficies de presión del cuerpo de la tobera (1) y del cuerpo de
admisión (8) que conjuntamente forman una superficie de obturadora
(11) se encuentran por fuera de disco de tobera (2).
4. Tobera según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el cuerpo de la
tobera (1) y el disco de tobera (2) alojada están configuradas en
simetría bilateral tanto en la dirección longitudinal como también
en dirección transversal.
5. Tobera según la reivindicación 1,
caracterizada porque el cuerpo de la tobera (1) consiste de
un material resistente a corrosión y a ácido.
6. Tobera según la reivindicación 1,
caracterizada porque el disco de tobera (2) consiste de un
diamante policristalino.
7. Tobera según la reivindicación 1,
caracterizada porque la perforación de tobera (3) presenta
una sección transversal que difiere de una forma circular,
preferentemente una forma elíptica o rectangular.
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