ES2344489T3 - Bomba de dosificacion con membrana aislante en una de sus paredes o en el flanco extremo de la camara de dosificacion. - Google Patents
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Abstract
Bomba especialmente para un fluido químicamente reactivo en la cual una cabeza de bomba comprende por lo menos dos paredes (2, 4) entre las cuales está definida una cámara (5) de bombeo del fluido considerado, una (2) de las paredes siendo fija, la otra (4) siendo móvil o deformable con relación a la pared fija (2) por medio de un dispositivo (9) de accionamiento o de deformación, la pared fija (2) por lo menos estando provista de un revestimiento de protección (20) con respecto al fluido, el revestimiento estando constituido por una hoja de materia plástica (20), adherida de forma estanca contra la pared fija (2) en la periferia (Z) de aquella, caracterizada porque el espacio comprendido entre la superficie protegida (21) y la hoja (20) de revestimiento, en el interior de la zona (Z) de su contacto estanco, está relleno de un líquido incompresible.
Description
Bomba de dosificación con membrana aislante en
una de sus paredes o en el flanco extremo de la cámara de
dosificación.
La invención se refiere a una bomba para la
dosificación de un producto extremadamente corrosivo.
\vskip1.000000\baselineskip
Una bomba de este tipo comprende de forma
clásica una cabeza de bomba que define una cámara de bombeo, es
decir una cámara de volumen variable por deformación o
desplazamiento de una pared de la cabeza. Esta cámara es solidaria
de un bastidor que sostiene la cabeza de la bomba y los órganos
motores acoplados a la pared móvil o deformable.
Cuando esta pared es un pistón, los órganos
motores están formados por un sistema de bielas que une el pistón a
un cigüeñal de excéntrica única. Cuando esta pared es una membrana,
lo cual es el caso principalmente que concierne a la invención, los
órganos motores son ya sea una transmisión mecánica directa del
género de sistema de bielas, ya sea una transmisión hidráulica con
una cámara de trabajo a un lado de la membrana llena de un fluido
hidráulico animado de un movimiento cíclico por un pistón motor que
empuja este fluido hacia la membrana, bajo presión, disminuyendo el
volumen de la cámara de bombeo (retroceso de la bomba) o que lo
aspira desplazando la membrana en sentido inverso, por lo tanto
aumentando el volumen de la cámara de bombeo (aspiración de la
bomba).
La cabeza de la bomba comprende un orificio de
admisión y un orificio de retroceso, cada uno provisto de por lo
menos una válvula unidireccional de forma que el fluido circula en
un único sentido dentro de la cámara de bombeo. Las válvulas se
mantienen solidarias pero se pueden desmontar de la cabeza de la
bomba mediante las cajas de válvulas.
La agresividad del fluido bombeado conduce al
empleo de materiales nobles para las tiendas en contacto con el
fluido: aceros inoxidables, aleaciones especiales, titanio,
etcétera, que son particularmente costosos.
La estructura más frecuente de una cabeza de
bomba consiste en una pieza en forma de disco grueso, ahuecada para
definir un casquete cóncavo que forma la cámara de bombeo sobre la
cual se implantan las cajas de válvulas. Este casquete se vuelve a
cerrar por la membrana, pinzada entre la pieza y el bastidor de la
bomba.
La pieza ahuecada es una pieza que ofrece una
superficie importante al contacto con el fluido bombeado. Es además
una pieza maciza que, cuando hay que realizarla de un material
altamente inatacable químicamente, se convierte en extremadamente
cara.
Se ha pensado en el revestimiento de la
superficie de esta pieza vuelta hacia la cámara de bombeo por medio
de, ya sea una clase de vulcanización (véase el documento US 2 753
804), ya sea por medio de una piel, por ejemplo de
politetrafluoretileno conformada por moldeo y retenida por presión
dentro de la cámara de bombeo (véase el documento US 3 000
320).
El preámbulo de la reivindicación independiente
1 se basa en el documento US 3 000 320.
Ninguna de estas soluciones es conveniente: la
primera porque no existe materia alguna químicamente neutra que
pueda formar un revestimiento sólidamente fijado por adherencia o
por cualquier otro procedimiento de adherencia superficial con
respecto a las tensiones de presión y de depresión que existen en
una cámara de bombeo, la segunda porque no es posible resistir a
estas tensiones mediante una única unión de grapas de una piel al
cuerpo de la cabeza de bombeo. Además para este último caso la
conformación de la piel por moldeo por ejemplo no puede ser
perfectamente congruente con la superficie del cuerpo expuesto en la
cámara de bombeo, ni ser suficientemente regular porque no existan
bolsas de gas entre el cuerpo y la piel que se dilaten y se
contraigan en cada ciclo de bombeo, disminuyendo la cilindrada de
esta bomba.
La invención se propone resolver la cuestión de
hacer pasiva esta superficie expuesta al fluido bombeado proponiendo
un revestimiento de esta superficie por medio de una piel
perfectamente adaptada a la forma de la superficie que se tiene que
proteger de manera que ninguna degradación de origen mecánico o como
continuación de la fatiga con el paso del tiempo, pueda afectar a
esta protección.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención tiene por lo tanto por objeto una
bomba especialmente para un fluido químicamente reactivo, en la
cual una cabeza de bomba comprende por lo menos dos paredes entre
las cuales está definida una cámara de bombeo del fluido
considerado, una de las paredes siendo fija, la otra siendo móvil o
deformable con relación a la pared fija por medio de un dispositivo
de accionamiento o de deformación, la pared fija por lo menos
estando provista de un revestimiento de protección con respecto al
fluido caracterizada porque el revestimiento está constituido por
una hoja de materia plástica, adherida de forma estanca contra la
superficie de la periferia de aquélla, el espacio comprendido entre
la superficie protegida y la hoja de revestimiento, en el interior
de la línea de su contacto estanco, estando relleno de un líquido
incompresible.
El material compuesto formado por el líquido y
la hoja de materia plástica constituye un material y deformable
bajo el efecto de las presiones y las depresiones alternadas que
reinan en la cámara. En efecto, el líquido que llena totalmente el
espacio entre la superficie y la hoja expulsa cualquier burbuja de
gas que haya podido dejar, por su compresibilidad en el momento de
la variación de su volumen, una libertad de deformación a la hoja
con respecto a la pared que protege, deformación que habrá
disminuido la cilindrada de la bomba y que habrá constituido una
tensión de fatiga de la hoja que conduce rápidamente a su
desgarramiento.
Esta disposición presenta además un gran interés
en el ámbito de la fabricación. En efecto, se sabe que mediante un
mecanizado corriente no se puede obtener un estado superficial
extremadamente pulido de la superficie de la brida. Además, es
imposible dominar la forma de la hoja (por ejemplo en casquete
esférico) con los procedimientos de fabricación conocidos. Siempre
existirán irregularidades de las curvaturas que formarán bolsas y
huecos con respecto a la superficie de la brida por lo tanto bolsas
de gas, sobre todo si las dimensiones de la bomba son importantes
(300 a 450 mm de diámetro exterior de la cabeza de la bomba, por
ejemplo). La invención permite liberarse de la necesidad de dominar
con precisión las formas y los estados de las superficies de la
brida y la hoja. Permite así una fabricación barata.
Por otra parte, cuanto más grande sea la
resistencia a un alargamiento superficial de la hoja de protección
menos sensible será el líquido a las variaciones de presión en la
cámara de bombeo. En consecuencia, las zonas de estanqueidad
estarán menos solicitadas y los riesgos de fuga, tanto a través de
las juntas como de las válvulas de excelente calidad, serán
menores, con la ventaja de una mayor longevidad de la bomba.
Esta resistencia superficial puede ser conferida
a la hoja de por lo menos dos maneras diferentes. La primera
consiste en conformar la hoja en casquete sensiblemente esférico o
cónico, en congruencia con la superficie interior de la brida para
acoplarla lo más exactamente posible con la convexidad de esta forma
girada hacia el interior de la cámara.
La segunda consiste en poner en su sitio una
placa de protección de la superficie de la hoja girada hacia el
lado de la cámara de bombeo, placa de protección de material noble
que presente una buena resistencia a la corrosión.
La bomba está finalmente equipada de medios para
proceder de manera simple y correcta al montaje de la hoja de
protección, ya sea en el momento del montaje inicial de la bomba, ya
sea en el momento de volverla a montar después de las operaciones
normales de mantenimiento. Se trata de dos orificios de los cuales
está equipada la brida, que desembocan en la proximidad inmediata
de la línea de estanqueidad entre la hoja en la cabeza de la bomba,
uno en la parte más baja y el otro en la parte más alta de la cámara
de bombeo, cada uno comprendiendo un tapón roscado para su cierre.
Una funda de protección del tapón recubre cada uno de ellos y
descansa sobre una superficie exterior de la brida por una cara de
apoyo que comprende una junta tórica de estanqueidad que rodea el
tapón y alojada en una garganta de fondo cónico, que permite la
dilatación radial de esta junta bajo el efecto de un fluido bajo
presión que sale del tapón y la creación de una fuga de este fluido
entre la funda y la brida.
\vskip1.000000\baselineskip
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán de manifiesto a partir de la descripción proporcionada
más adelante en este documento a título de ejemplo de un modo de su
realización.
Se hará referencia a los dibujos adjuntos entre
los cuales:
- la figura 1 es una vista en corte axial de la
cabeza de bombeo de una bomba de membrana según la invención,
- la figura 2 es una vista en corte axial de un
detalle de la cabeza de la figura 1 y
- la figura 3 ilustra otro detalle de esta
cabeza.
\vskip1.000000\baselineskip
La cabeza de bomba representada en la figura 1
comprende, de manera conocida, una corona cilíndrica 1 sobre el
flanco izquierdo de la cual está instalada una brida 2 en forma de
disco macizo, por medio de tornillos periféricos no representados
mientras que su flanco derecho está instalado sobre un bastidor 3 de
la bomba que encierra y sostiene todos los órganos motores de ésta.
Una membrana deformable 4 está pinzada entre la corona y el
bastidor. La cámara de bombeo 5 está así delimitada por la corona 1,
la brida 2 y la membrana 4. Una caja de válvulas 6 constituye el
medio de acoplamiento de la cámara de bombeo 5 a una canalización
de aspiración no representada, a través de por lo menos una válvula
unidireccional que pasa en el sentido A. El retroceso de la bomba
comprende igualmente una caja de válvulas 7 con una válvula
unidireccional de la cual se ve el extremo 8, que pasa igualmente
en el sentido A. La membrana 4 está animada de una carrera de
aspiración en el sentido B y de una carrera de retroceso en el
sentido C por medio de un fluido hidráulico contenido en una cámara
de trabajo 9 que comprende igualmente un dispositivo 10 clásico de
compensación de fugas.
Se comprenderá a la vista de este dibujo que la
brida 3 constituye la pieza que ofrece la superficie más grande de
contacto con el fluido bombeado. A fin de suprimir el contacto
directo de la brida 3 con el fluido, se dispone un revestimiento 20
sobre la superficie de la brida girada hacia la cámara de bombeo 5.
Este revestimiento será de preferencia una hoja de
politetrafluoretileno (PTFE) de un grosor comprendido entre 1 y 5
mm. Para bombas de diámetro del orden de 400 mm por ejemplo, el
grosor retenido será de 4 mm. El PTFE es un material rígido de
manera que un espesor significativo le confiere una indeformabilidad
que es interesante para obtener un buen comportamiento de la bomba
a lo largo del tiempo.
En el caso de la figura, la hoja 20, obtenida
por compresión-moldeo, es en forma de casquete
esférico para acoplar la superficie 21 de la brida 2 de la misma
forma. La hoja 20 está pinzada entre la corona 1 y la brida 2 por
una zona periférica Z de forma que su contacto en esta zona con la
superficie 21 es un contacto estanco (igual por otra parte que con
la corona 1). La forma en casquete de la hoja constituye un factor
geométrico complementario de su resistencia a la deformación
generada por las variaciones de presión en la cámara 5.
La brida 2 está perforada con dos orificios 22 y
23 que desembocan en la cámara 5, para uno 22, en la parte inferior
de la cámara en el límite de la zona Z y para el otro en la parte
superior de la cámara, igualmente en el límite de la zona Z.
También es posible introducir entre la hoja 20 y la brida 2 una
película de líquido incompresible como por ejemplo de aceite a
partir del orificio inferior 22. Se fuerza por medio de una bomba
el líquido en este espacio de manera que se provoque la invasión
progresiva hasta que vuelva a salir por el orificio superior 23.
Así se está seguro de haber capturado la totalidad del aire
intersticial que permanecía entre la hoja y la brida. Se procede a
continuación al taponado de estos orificios. La bomba está entonces
en estado de funcionar sin pérdida de cilindrada y sin solicitación
mecánica ni de fatiga para la hoja 20.
En las figuras 2 y 3 se ha ilustrado el detalle
de la bomba al nivel de los orificios 22 23. Se vuelven a encontrar
en estas figuras los elementos ya descritos con las mismas
referencias.
El orificio inferior 22 es apto para recibir un
tapón roscado provisto de una junta tórica de estanqueidad 31 y de
un canal central 32 que desemboca por un canal transversal 32a en
una sección 22a del orificio 22. Esta sección comunica con la
sección final 22b de este orificio 22 a través de un asiento
(estrechamiento) 22c que puede ser obturado por el extremo cónico
30a del tapón roscado 30. El extremo libre de este tapón posee seis
caras de maniobra 30b superado por una contera de conexión en cola
de abeto 30c para el acoplamiento temporal del orificio 22 a una
fuente de fluido a presión no representada.
Se comprenderá que, puesto que el espacio entre
la brida y la hoja está totalmente relleno, es suficiente que el
operario rosque el tapón a fondo para hacer llevar el extremo cónico
30a de este último contra el asiento 22c, extremo que había estado
anteriormente mantenido distante por un atornillado parcial del
tapón dentro del orificio a fin de permitir el paso del fluido de
cebado.
Por cuanto respecta al orificio 23, se coloca
otro tapón roscado 35. En una versión básica no representada, este
tapón es un simple tornillo de punta (con canales central y
transversal como para el tapón 30) y que tapa el estrechamiento 23c
de este orificio. En la versión representada, el tapón 35 comprende
un extremo 35a en forma de cono de centraje para una bola 36 que
puede así ser sujetada contra el asiento 23c por el tapón o que
puede, con un atornillado parcial, estar libre entre este asiento y
el cono de centraje. El interés de esta estructura es que una vez
acabado el cebado, se cierra el tapón de alimentación y se acciona
la bomba durante algunos ciclos de aspiración y retroceso para
desgasificar totalmente el espacio entre la brida y la hoja. La
bola juega entonces el papel de una válvula antirretorno que permite
al fluido o al gas escapar en cada carrera de retroceso cerrando el
canal 23 durante cada carrera de aspiración. Cumplidos algunos
ciclos, se aprieta el tapón 35 que obtura totalmente el orificio
23.
Hay que indicar finalmente, sobre cada una de
estas figuras, la presencia de una funda 40 que recubre la contera
30c, 35c de cada tapón para protegerlo de los golpes y la suciedad
exterior. La particularidad de esta funda reside en el hecho de que
está apretada contra la cara exterior de la brida 2 de manera
estanca gracias a una junta tórica 41 que está alojada en una
garganta (o refrentado) 42 en el fondo 43 cónico. En el momento del
montaje de la funda, la junta se comprime ligeramente entre la brida
2 y el fondo 43 de la garganta. Si se produce una fuga al nivel del
tapón con la funda, el fluido acumulado en el tapón tiende, bajo la
presión creciente de cada golpe de la bomba, a retroceder hacia el
exterior de la junta 41. Ésta está prevista para dilatarse y por lo
tanto ocupar un lugar de la garganta en donde su compresión
desaparece por el hecho de la conicidad del fondo 43 de la
garganta. Una fuga del líquido es entonces posible, lo que es un
signo de alarma para el operario y sobre todo que impide al fluido
bajo presión de hacer saltar la funda y así hacer desaparecer la
protección de las conteras del tapón.
En las figuras 2 y 3 se representa finalmente
una variante de realización de la protección de la brida en la cual
la hoja 20a es plana pero está recubierta de una chapa metálica 20b
que le confiere la capacidad de resistir sin deformación las
variaciones de presión en la cámara 5. Esta chapa está igualmente
pinzada en la periferia entre la corona 1 y la brida 2 de la cabeza
de la bomba.
Claims (5)
1. Bomba especialmente para un fluido
químicamente reactivo en la cual una cabeza de bomba comprende por
lo menos dos paredes (2, 4) entre las cuales está definida una
cámara (5) de bombeo del fluido considerado, una (2) de las paredes
siendo fija, la otra (4) siendo móvil o deformable con relación a la
pared fija (2) por medio de un dispositivo (9) de accionamiento o
de deformación, la pared fija (2) por lo menos estando provista de
un revestimiento de protección (20) con respecto al fluido, el
revestimiento estando constituido por una hoja de materia plástica
(20), adherida de forma estanca contra la pared fija (2) en la
periferia (Z) de aquella, caracterizada porque el espacio
comprendido entre la superficie protegida (21) y la hoja (20) de
revestimiento, en el interior de la zona (Z) de su contacto
estanco, está relleno de un líquido incompresible.
2. Bomba según la reivindicación 1
caracterizada porque la hoja (20) está conformada en casquete
sensiblemente esférico o cónico, en congruencia con la superficie
interior (21) de la brida (2) para acoplarla lo más exactamente
posible, con la convexidad de esta forma girada hacia el interior de
la cámara (5).
3. Bomba según la reivindicación 1
caracterizada porque comprende una placa de protección (20b)
de la superficie de la hoja (20a) girada hacia el lado de la cámara
de bombeo.
4. Bomba según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque comprende
medios para realizar el rellenado mediante un fluido del espacio
entre la brida (2) y la hoja (20, 20a) constituidos por dos
orificios (22, 23) de los cuales está equipada la brida (2), que
desemboca en la proximidad inmediata de la zona (Z) de estanqueidad
entre la hoja (20, 20a) y la cabeza de la bomba, uno (22) en la
parte más baja y el otro (23) en la parte más alta de la cámara (5)
de bombeo, cada uno comprendiendo un tapón roscado (30, 35) para
cerrarlos.
5. Bomba según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque una funda
(40) de protección del tapón (30, 35) recubre cada uno de ellos y
reposa sobre una superficie exterior de la brida (2) por una cara
de apoyo que comprende una junta tórica (41) de estanqueidad que
rodea el tapón (30, 35) y alojada en una garganta (42) de fondo
cónico (43), que permite la dilatación radial de esta junta (41)
bajo el efecto de un fluido bajo presión que sale del tapón y la
creación de una fuga de este fluido entre la funda (40) y la brida
(2).
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