ES2586839T3

ES2586839T3 - Mecanismo de rotor

Info

Publication number: ES2586839T3
Application number: ES13709989.1T
Authority: ES
Inventors: Jonathan Roy Graham MARSH; Victor Darievich Svet; Natalia Nikolaevna KOMISSAROVA
Original assignee: ROTOMOTOR Ltd
Current assignee: ROTOMOTOR Ltd
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2033-03-04
Also published as: EP2823148B1; WO2013132237A3; GB201204111D0; US9714573B2; WO2013132237A2; GB2500045A; US20150010413A1; EP2823148A2

Abstract

Un mecanismo (20) de rotor para su utilización en el movimiento de un fluido, el mecanismo de rotor que comprende: una pluralidad de unidades de rotor (30a-f) dispuestas de forma esférica para formar un cuerpo de mecanismo de rotor; incluyendo cada unidad de rotor una superficie (32a-f) exterior y una superficie (38a-f) interior y al menos una unidad de rotor que tiene una primera abertura en la superficie exterior y una segunda abertura (41c) en la superficie interior, de tal manera que una abertura alargada se extiende entre la primera y segunda aberturas para crear un puerto (40c) a través de la unidad de rotor; y en el que la rotación de al menos una unidad de rotor provoca la rotación de las unidades de rotor adyacentes que de ese modo mueven el fluido sin compresión entre una superficie (32a-f) exterior del cuerpo y el puerto, a través de una cavidad (26) de espacio libre sustancialmente esférica central formada por la cooperación de las superficies (38a-f) interiores de las unidades de rotor.

Description

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DESCRIPCION

Mecanismo de rotor

La presente invencion se refiere a un mecanismo de rotor, en particular, la presente invencion se refiere a un mecanismo de rotor totalmente sumergible para el movimiento de un fluido.

Antecedentes de la invencion

Las bombas tradicionalmente se dividen en dos grandes grupos: las bombas de rotor-dinamico y bombas de desplazamiento positivo. Sus nombres describen el metodo utilizado por la bomba para mover el fluido. Las bombas de rotor-dinamico se basan en impulsores con palas que giran dentro del fluido para impartir una aceleracion tangencial al fluido y un por consiguiente aumentar la energla del fluido. El proposito de las bombas de rotor- dinamico es convertir esta energla cinetica en energla de presion en el sistema de tuberlas asociadas. Una bomba de desplazamiento positivo hace que un llquido o gas se mueva al atrapar una cantidad fija de fluido o gas y despues forzando (desplazando) el volumen atrapado en la tuberla de descarga. En estos dos tipos de bombas el movimiento del fluido puede ser considerado como un movimiento en dos dimensiones a lo largo de un plano.

No importa que tipo de bomba se utilice, todas ellas tienen una caracterlstica de diseno comun: la parte movil (rotor o turbina) esta situada en una carcasa sellada resistente (estator). Este diseno aumenta principalmente el peso y tamano de la bomba. La bomba tambien requiere muchas partes diferentes, tales como casquillos, engranajes, juntas, etc. Dado que una bomba con una alta productividad Q (litros/ minuto) requiere una velocidad de rotacion muy alta (RPM) estas piezas mecanicas adicionales dan lugar a una variedad de diferentes efectos negativos en terminos de vibracion, perdidas por friccion, ruido, gran consumo de energla y una pulsacion de la corriente de fluido, los cuales reducen la fiabilidad de la bomba.

Una maquina de rotor volumetrica ha sido desarrollada para su uso en la ingenierla mecanica hidraulica, la cual no requiere una carcasa resistente al agua ya que las zonas de alta y baja presion se forman dentro de las unidades rotatorias. La maquina de rotor esta formada por seis rotores fijados en una direccion axial sobre ejes mutuamente perpendiculares sin movimiento. Cada rotor tiene la forma de un cono truncado con dos rebajes espirales simetricos previstos en la superfine lateral del rotor que actuan para cooperar con los rotores adyacentes. Los canales de baja presion se forman en el mecanismo por la creacion periodica de una camara de trabajo a partir de las caras extremas mas grandes de cada uno de los rotores y los canales de alta presion, mediante la creacion de una camara de trabajo a partir de las caras extremas pequenas de cada uno de los rotores, en donde la parte central de la maquina y las respectivas caras extremas forman una cavidad de alta presion y se crean camaras axiales en uno o mas ejes de los rotores. El mecanismo es operado siendo sumergido en un llquido y el llquido que lo rodea entra en el mecanismo por todos los lados al contrario que con las bombas convencionales que, por regla general, tienen una sola entrada o puerto de succion.

Esta maquina volumetrica fue inventada por A. V. Vagin en 1972 y fue inscrita en el Registro Estatal de Invenciones de la U.R.S.S. el 14 de enero de 1975, como invencion Certificada 470.190, publicada ahora como SU470190. Dado que el documento original esta en ruso, proporcionamos una traduccion de la description de este documento.

Una vista general de la maquina de rotor volumetrica se muestra en la figura 1 con una vista de un rotor mostrada en la figura 2. Secciones de un rotor se muestran en las figuras 3 a 6. Secciones planas del dispositivo en las que el plano pasa a traves de los ejes de los rotores en un angulo 9 igual a 0°, 45°, 90° y 135°, respectivamente, se muestran en las figuras 7 a 10.

La maquina de rotor volumetrica contiene seis rotores identicos, 1 a 6 que tienen cada uno la forma de un cono truncado con dos rebajes en espiral formados en la superficie lateral. Los rebajes se forman de manera que sus mlnimos se disponen coaxialmente a una superficie de rotor conica con un angulo Ui en la parte superior donde

U1 = arccos V 2/3 = 35° 15’ (1)

y los bordes se disponen coaxialmente a una superficie de rotor conica con un angulo U2 en la parte superior, donde

U2 = arccos V 1/3 = 54° 15’ (2)

en donde las partes superiores de las dos superficies conicas coinciden con la parte superior de un rotor. La superficie lateral de un rotor, en un sistema esferico de coordenadas (r, U, 9), es descrito por las ecuaciones: con

U = arccos (t / V 3)

y

y = arcsenf (t2+t-2)/ V2(3 -12)] + y0 (r)

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con

1<f<V2 (3)

donde y0(r) es cualquier funcion monotona que define una vista de profundizacion en espiral y bordes en una superficie lateral de un rotor.

En las ecuaciones (3) la dependencia y(U) es esencial en r = constante y para la funcion y(r) en U = constante, la monotonia es importante solamente. En otras palabras, la forma de la seccion de un rotor por la superficie esferica, con el centro en su parte superior, es el factor clave y una torsion de un rotor en una espiral alrededor de su eje en la transicion desde una seccion horizontal a otra, definida por el aditivo yo (r), solo deberla ser monotona. La forma de las superficies de las caras de los rotores no es esencial.

El plano CC es el plano axial principal de un rotor. Los ejes 7 perpendiculares de rotores se cruzan mutuamente en un punto. Las partes superiores de los seis rotores se encuentran en un punto de cruce de los semiejes. La orientacion mutua de los rotores significa que los planos axiales de rotores 1 y 2 pasan a traves de los ejes de los rotores 3 y 4, los planos axiales principales de los rotores 3 y 4 pasan a traves de los ejes de los rotores 5 y 6 y los planos axiales principales de los rotores 5 y 6 pasan a traves de los ejes de los rotores 1 y 2.

Los rotores en forma de espiral en las superficies laterales de los rotores se unen en la longitud para profundizar en las superficies laterales de los rotores proximos, de modo que la creacion periodica de camaras de trabajo en el interior del dispositivo forma una cavidad 8 de alta presion y en uno o varios ejes de los rotores, se ejecutan canales de alta presion a traves de canales del medio de trabajo y se conectan con la cavidad 8 y el escape 9.

Los canales 10 de baja presion se forman mediante la comunicacion periodica de las camaras de trabajo desde el lado de las caras extremas mas grandes de los rotores.

El dispositivo posee un grado de libertad de rotacion interior, el giro de uno de los rotores alrededor del eje sobre cualquier angulo necesariamente conlleva el giro de los otros rotores alrededor de los ejes en el mismo angulo. En el giro de los rotores alrededor de los ejes, la camara en el interior del dispositivo permanece cerrada y su volumen cambia periodicamente.

En una posicion inicial, tal y como la mostrada en la figura 7, la seccion de los rotores 1 y 2 coincide con la seccion A-A de un rotor en la figura 3 y rotores 5 con la seccion CC en la figura 5. Como los angulos Ui y U2 se suplementan entre si hasta estar por encima de 90 °, los bordes de los rotores 1 y 2 se disponen en esta seccion en los mlnimos de las profundizaciones de los rotores 1 y 2. En la posicion y= 45° (ver figura 8) la seccion de los rotores 1 y 2 coincide con la seccion D-D en la figura 4. Los bordes de los rotores 1 y 2 se disponen en la seccion de los mlnimos de las profundizaciones de los rotores 5 y 6 y los bordes de los rotores 5 y 6 se disponen en los mlnimos de las profundizaciones de los rotores 1 y 2.

Las posiciones y= 90° (vease la figura 9) and y= 135° (vease la figura 10) coinciden con las posiciones y = 0° y y = 45° si se mira a los dibujos habiendolos girado 90°. El perlodo de recurrencia de una imagen es de 180°.

Cada cuarto de vuelta de los rotores en las posiciones y= 45°, 135°, 225°, 315° da un cambio espasmodico del volumen de la camara de trabajo desde V hasta Vmax. En un giro de los rotores en la camara, el valor del volumen que es forzado o aspirado es igual a

AV = 4 (Vmax - Vmin ) (4)

La relacion de AV con respecto al volumen total de diseno de V es igual

AV / V = 0,5 (5)

Hay algunos inconvenientes importantes en el uso de esta maquina de rotor volumetrica. Este diseno crea cavidades de alta presion entre las esferas, interior (cavidad central en las caras extremas de los rotores) y exterior (caras exteriores de los rotores) del mecanismo. Las zonas de presion generadas crean un desequilibrio sistemico que conduce el fluido a traves del dispositivo, creando un flujo. Tal y como esta configurado el dispositivo, el mecanismo de engranaje (los ejes 7) es una parte integral del mecanismo de captura de volumen. Esto significa que el dispositivo no puede retener la presion al igual que otras bombas de desplazamiento positivo, mediante el uso de juntas en las superficies en contacto de las cavidades. Esta limitation reduce la efectividad del diseno considerablemente ya que una gran cantidad de presion se pierde a traves del mecanismo y no se aplica al fluido en flujo.

Esto se ve agravado por el hecho de que los engranajes 7 llenan una parte importante de la cavidad 8 de alta presion. La cavidad 8, por lo tanto no es una cavidad de espacio libre que solo contendrla fluido. De forma adicional,

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la cavidad 8 de alta presion es relativamente pequena, ya que el radio de la superficie 12 interior (vease la figura 5), es menor que la mitad del radio de la superficie 14 exterior de cada unidad 1 a 6 de rotor, restringiendo el volumen del fluido ahora comprimido que puede pasar a traves de la cavidad 8 y fuera del escape 9. Por tanto, una desventaja adicional de este mecanismo de rotor del estado de la tecnica anterior es que comprime el fluido lo que a su vez aumenta la presion de retorno en cualquier restriccion tal como el escape 9.

De forma adicional, el dispositivo funciona manteniendose estacionario en el escape 9. Por lo tanto, los otros cinco rotores pueden girar alrededor de sus ejes 7, pero el rotor que contiene el escape 9 debe permanecer estacionario ya que la llnea de escape debe estar parada. Por consiguiente, la disposicion esta limitada a una sola llnea de escape. Se ha encontrado, durante su uso, que las restricciones de la velocidad de flujo en el escape aumentan la presion de retorno a traves del mecanismo, lo que resulta en la expulsion de los fluidos a traves de las entradas, lo cual hace que todo el mecanismo sea ineficiente.

La presion de retorno, acoplada con la alta presion experimentada en los pulsos a traves del mecanismo tambien provoca un rapido desgaste y danos en los bordes de los rotores.

DE19738132 de Jaitner describe una maquina de compresion de multiples elementos que tiene al menos tres elementos que giran alrededor de ejes fijos y con superficies de interconexion en espiral que no estan en contacto para proporcionar un espacio mlnimo. Los elementos giran a una velocidad constante y generan nuevos volumenes de compresion que pasan a traves de la maquina de una manera mas laminar que con motores de compresion convencionales. No se requieren juntas especiales para una accion de compresion de alta eficiencia.

Al igual que Vagin, esta maquina tambien comprime el fluido, por tanto, tendra las mismas desventajas en la presion de retorno.

US 4,979,882 de Wisconsin Alumni Research Foundation da a conocer una maquina rotativa esferica que puede estar realizada como una bomba, un motor de combustion interna, un compresor u otro dispositivo similar, que incluye una carcasa exterior con una superficie interior sustancialmente esferica, una carcasa interior que incluye una superficie exterior sustancialmente esferica centrada dentro de la carcasa exterior, y seis pistones rotativos situados entre la carcasa interior y la exterior. Cada piston puede girar alrededor de su propio eje central, estando los seis ejes centrados de forma ortogonal en el centro de la maquina. Cada piston incluye una superficie esferica convexa superior que se conforma sustancialmente en forma de y se situa adyacente a la superficie interior esferica de la carcasa exterior, una superficie esferica concava inferior que se conforma sustancialmente en forma de y se situa adyacente a la superficie exterior esferica de la carcasa interior, y una superficie lateral conica ovalada que se define sustancialmente por llneas que son sustancialmente radiales con respecto a un punto cerca del centro de la maquina. La superficie lateral ovalada de cualquier piston simple, al menos casi toca tangencialmente a lo largo de las llneas generalmente radiales de la superficie lateral ovalada de cada uno de sus cuatro pistones adyacentes, de manera que cualquiera de los tres pistones, que son todos adyacentes entre si, forma una camara de desplazamiento que varla en tamano a medida que la pistones giran simultaneamente. Cada piston esta conectado de forma operativa a un engranaje que esta interconectado con los engranajes de los otros pistones para regular las posiciones relativas de los pistones para asegurar que todos los pistones giran con una velocidad y una direccion identicas con respecto al centro de la maquina. Estos engranajes pueden estar situados dentro o fuera de la carcasa exterior de la maquina.

Una vez mas, como Vagin, esta maquina comprime el fluido e incluye ejes del mecanismo de engranaje que pasan a traves e interrumpen la cavidad de alta presion dentro de la superficie interior sustancialmente esferica. De esta manera tiene las mismas desventajas que para Vagin. Ademas, no hay torsion en cualquiera de los pistones, por lo que la maquina no podrla lograr el movimiento de fluido desde la superficie exterior a traves del escape, ya que sin la torsion no hay medios de captura del fluido.

US 2006/0210419 de Searchmont LLC describe una maquina rotativa que puede ser una bomba o un motor de combustion interna que tiene un alojamiento que encierra una pluralidad de husillos de rotor que se disponen sobre la superficie de un cono imaginario para el accionamiento de un arbol de salida situado en la vertice del cono imaginario. Los husillos tienen un engranaje biselado en un extremo y acoplan un arbol de salida y un cojinete conico en el otro extremo. Unos rotores excentricos en angulo estan montados en cada husillo conformados para mantener el contacto de deslizamiento tangencial con dos rotores adyacentes para formar una camara de compresion o de combustion. Una version esferica de un compresor o de un motor utiliza una pluralidad de pistones rotativos cada uno de los cuales estan montados excentricamente y forma un segmento esferico. Cada piston rotativo esta montado para un contacto deslizante tangencial con al menos otros dos pistones rotativos para formar entre ellos una camara de desplazamiento. Los pistones rotativos utilizan una forma generalmente de "lagrima". Una bomba rotativa tiene un alojamiento que tiene un colector para la distribucion del aire de admision y de escape. La bomba tiene una pluralidad de arboles de lobulo, teniendo cada uno un rotor montado excentricamente unido a la misma montado en la carcasa para formar una camara de compresion en el medio del rotor cuando los rotores estan en contacto entre si durante la rotacion.

Como el otro estado de la tecnica, esta maquina esta disenada para comprimir el fluido, como se requiere de un motor de combustion. Los pistones rotativos carecen de un angulo de torsion y por tanto no se logra la captura del llquido para mover el fluido entre una superficie exterior de la maquina, a una cavidad central y luego a traves de un puerto de retorno a una posicion en la superficie exterior.

5 Es un objeto de la presente invencion proporcionar un mecanismo de rotor que evite o mitigue al menos algunas de las desventajas del estado de la tecnica anterior.

Resumen de la invencion

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invencion, se proporciona un mecanismo de rotor para su uso en el movimiento de un fluido, el mecanismo de rotor que comprende:

10 una pluralidad de unidades de rotor dispuestas de forma esferica para formar un cuerpo de mecanismo de rotor;

incluyendo cada unidad de rotor una superficie exterior y una superficie interior y al menos una unidad de rotor que tiene una primera abertura en la superficie exterior y una segunda abertura en la superficie interior, de tal manera que una abertura alargada se extiende entre la primera y segunda aberturas para crear un puerto a traves de la 15 unidad de rotor; y

en el que la rotacion de al menos una unidad de rotor provoca la rotacion de las unidades de rotor adyacentes que de ese modo mueven el fluido sin compresion entre una superficie exterior del cuerpo y el puerto, a traves de una cavidad de espacio libre sustancialmente esferica central formada por la cooperacion de las superficies interiores de 20 las unidades de rotor .

De esta manera, una gran cavidad de espacio libre ininterrumpido se forma en el centro del mecanismo de rotor que no esta afectado por un mecanismo de engranajes. Esto permite la transferencia de un mayor volumen de fluido que reduce la probabilidad de presion de retorno y permite que se cree un sellado entre los rotores que se mueven, de manera que se mantiene la presion tal y como se esperarla en una bomba de desplazamiento positivo.

25 Preferiblemente, el cuerpo del mecanismo de rotor esta soportado en un bastidor exterior. De esta manera, no hay ningun requisito para un mecanismo de engranaje interior y no se requiere que se monte a traves de los rotores. Esto proporciona un diseno muy compacto que puede ser de bajo peso y pequenas dimensiones.

Mas preferiblemente, el bastidor comprende una pluralidad de arcos. De esta manera, la superficie exterior del cuerpo se deja sin obstaculos para la transferencia de fluido. Preferiblemente, el bastidor soporta el cuerpo en una 30 pluralidad de cojinetes. De esta manera, las unidades de rotor pueden moverse independientemente del bastidor.

Preferiblemente, al menos dos unidades de rotor tienen un puerto a traves de la unidad de rotor. De esta manera, varios puertos de escape pueden estar presentes lo que aumenta el volumen de salida y por lo tanto reduce aun mas la posibilidad de presion de retorno.

Preferiblemente, cada unidad de rotor es operable para cooperar con las unidades de rotor adyacentes de tal 35 manera que durante la rotacion se crean varios canales en los se trasporta el fluido en una direccion entre la superficie exterior del cuerpo de mecanismo y la cavidad de espacio libre central. La direccion de desplazamiento sera dependiente de la direccion de rotacion de los rotores. Preferiblemente, cada rotacion llena el canal y sella cada extremo del mismo para crear una camara temporal. De esta manera, se crea una pluralidad de puertos temporalmente en la superficie exterior del cuerpo. Los puertos temporales pueden actuar como puertos de entrada 40 o de salida en funcion del sentido de giro de las unidades de rotor.

Preferiblemente, cada unidad de rotor tiene al menos dos superficies laterales que estan dispuestas para proporcionar la unidad de rotor con una forma de helice doble truncada. De esta manera, la forma de helice doble truncada formada de las superficies laterales de las unidades de rotor proporciona una disposicion para crear los canales.

45 Preferiblemente, el mecanismo de rotor esta provisto de seis unidades de rotor. De esta manera, el mecanismo de rotor puede ser disenado en torno al modelo de tres ejes del estado de la tecnica anterior. Mas preferiblemente, cada unidad de rotor comprende un rotor de husillo conico, que tiene un eje en angulo recto a las unidades de rotor adyacentes y que esta torsionado en un angulo a lo largo de una longitud de un cono truncado. El angulo proporciona el angulo de rotacion de la forma de doble helice de las superficies laterales. Preferiblemente, cada 50 unidad de rotor tiene las mismas dimensiones. De esta manera, la longitud y el angulo se pueden utilizar para determinar el volumen de fluido a traves de los canales y en la cavidad central con respecto al radio de la superficie exterior del cuerpo.

Preferiblemente, un radio de la superficie interior de una unidad de rotor es mayor que la mitad de un radio de una superficie exterior de una unidad de rotor. De esta manera, el radio de la cavidad de espacio libre es mayor que la

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mitad del radio del cuerpo exterior, de modo que el llquido no es comprimido al entrar en la cavidad de espacio libre o restringido cuando sale del puerto.

Preferiblemente, el radio del cuerpo exterior y la longitud y el angulo de torsion de las unidades de rotor se seleccionan para eliminar, sustancialmente, cualquier compresion del fluido a traves del mecanismo de rotor. De esta manera, el mecanismo actua como una bomba de desplazamiento positivo en contraste con el mecanismo del estado de la tecnica anterior. De forma adicional, el mecanismo de rotor puede bombear hasta alrededor de la mitad del volumen del cuerpo exterior en un solo giro de las unidades de rotor. De esta manera, se forma una bomba de baja presion de gran capacidad.

Preferiblemente, el radio del cuerpo exterior, la longitud y el angulo de torsion de las unidades de rotor y la dimension de los puertos se seleccionan para igualar sustancialmente el volumen de fluido que viaja a traves del mecanismo de rotor. De esta manera, se eliminan las perdidas hidraulicas debido a las grandes discrepancias volumetricas que crean altas presiones.

Preferiblemente, un borde en espiral de cada rotor que constituye la cavidad de espacio libre central, tiene una vuelta de exactamente igual a 180 grados con el fin de aislar completamente la cavidad central del medio ambiente. De esta manera, el mecanismo de rotor se puede considerar como "no soplado 'en comparacion con los disenos conocidos de bombas de turbina y centrlfugas que son sopladas o tienen permeabilidad.

En un modo de realization, una primera unidad de rotor se mantiene estacionaria y las unidades de rotor restantes giran sincronizadas alrededor de tres ejes perpendiculares entre si que convergen en un punto central de la cavidad central del mecanismo de rotor. De esta manera el mecanismo de rotor puede funcionar de la misma manera que el mecanismo de rotor volumetrico del estado de la tecnica anterior, pero puede tener orificios de escape adicionales para mover, de manera mas eficiente, el fluido a traves del mecanismo. Esto puede proporcionar una alta capacidad esferica de la bomba sumergible de baja presion. Dicha bomba encuentra uso como bomba de achique para embarcaciones marinas.

Preferiblemente, el mecanismo de rotor esta provisto ademas de una unidad de accionamiento que, durante su uso, actua sobre una de dichas unidades de rotor, operable para girar con el fin de accionar e impulsar las unidades de rotor giratorio. La unidad de accionamiento puede ser cualquier disposition de motor tal y como es conocida por los expertos en la materia. El mecanismo puede ser operado a valores muy bajos de RPM y por lo tanto puede ser utilizada una unidad de motor pequeno que tiene su arbol de accionamiento conectado a un eje de una unidad de rotor en contraste con las grandes disposiciones de bombas hidraulicas de dos etapas del estado de la tecnica anterior.

Alternativamente, la unidad de accionamiento puede operar en el mecanismo de rotor por medio de una rotation inducida electromagneticamente. Una o mas unidades de rotor pueden incluir devanados en el rotor o alrededor de un eje del mismo, acoplados a una fuente magnetica de polo opuesto, se puede entregar una fuerza de rotacion inducida por el suministro electrico a los devanados. De esta manera, se forma una bomba de baja presion de gran capacidad muy compacta esferica, ya sea un motor de CA o de CC.

Alternativamente, se puede formar un generador esferico en el que la rotacion de las unidades de rotor se lleva a cabo por una fuerza externa y la electricidad se genera moviendo los devanados a traves del campo magnetico. En este modo de realizacion, el llquido (o cualquier metodo de producir rotacion) se introduce a traves del puerto en una unidad de rotor y sale a traves de los puertos temporales en la superficie exterior. Esto proporciona un generador electrico de baja presion de alta capacidad esferica. Mas preferiblemente, la aplicacion de un fluido a traves de un puerto induce la rotacion de una unidad de rotor que opera de este modo el mecanismo de rotor.

Ventajosamente, una o mas unidades de rotor pueden incluir devanados sobre un eje del mismo con un nucleo situado dentro de los devanados, el cual, mediante la aplicacion de un fluido a traves de un puerto, provoca la rotacion de la unidad de rotor y que los devanados induzcan el flujo electrico en cada nucleo para proporcionar una turbina esferica.

Breve description de los dibujos

A continuation se describiran los modos de realizacion de la presente invention, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos de los cuales:

La figura 1 es un diagrama esquematico de un mecanismo de rotor volumetrico conocido;

Las figuras 2 a 6 son secciones transversales de los detalles de las caracterlsticas del mecanismo de rotor volumetrico de la figura 1;

Las figuras 7 a 10 son secciones transversales del mecanismo de rotor volumetrico de la figura 1 a traves de diferentes planos;

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La figura 11 es una vista en seccion transversal, a traves de una ilustracion esquematica, de un mecanismo de rotor de acuerdo con un primer modo de realizacion de la presente invention;

La figura 12 es una ilustracion esquematica del mecanismo de rotor de la figura 11;

La figura 13 es una ilustracion esquematica de una disposition de bastidor de un mecanismo de rotor segun un modo de realizacion de la presente invencion;

Las figuras 14A a 14F son vistas diferentes de un modo de realizacion de un rotor del mecanismo de rotor de la presente invencion;

Las figuras 15A a 15D son diagramas esquematicos de una seccion de un modo de realizacion de un mecanismo de accionamiento del mecanismo de rotor de la presente invencion;

Las figuras 16A a 16F son representaciones graficas de la progresion de fluido en un mecanismo de rotor de acuerdo con un modo de realizacion adicional de la invencion;

Las figuras 17A y 17B son ilustraciones esquematicas de las bombas de acuerdo con modos de realizacion de la presente invencion; y

La figura 18 es una ilustracion esquematica de un mecanismo de rotor dispuesto para un motor o turbina de acuerdo con un modo de realizacion de la presente invencion.

Description detallada de la presente invencion

Se hace inicialmente referencia a la figura 11 de los dibujos que muestra un mecanismo de rotor, indicado en general por el numero de referencia 20, mostrando en seccion transversal cuatro de las seis unidades 30a a 30f de rotor, dispuesto esfericamente para formar un cuerpo 21 de mecanismo de rotor, con cada unidad 30 de rotor que tiene una superficie 32a a 32f exterior y una superficie 38a a 38f interior respectivamente, y un puerto 40c que proporciona una abertura 41c entre la superficie 32c exterior y la superficie 38c interior de una unidad 30c de rotor, que conduce a una cavidad 26 espacio libre en el centro del mecanismo 20 de rotor.

Las unidades 30 de rotor son elementos solidos en forma de una espiral conica dispuesta en un eje 31. Las unidades de rotor 30 estan situadas de tal manera que el eje 31a a 31f de cada unidad 30 de rotor esta en angulo recto con el eje 31a a 31 f de las unidades de rotor adyacentes. Cada unidad 30 de rotor esta dispuesta para cooperar entre si de tal manera que la superficie 32 exterior en forma petalo de cada unidad 30 de rotor esta curvada de forma concava hacia fuera del mecanismo 20 de rotor y contribuye a la superficie 22 exterior del cuerpo 21 del mecanismo de rotor. Esto se ve mejor en la figura 12. La superficie 32 exterior con forma petalo de cada unidad 30 de rotor se define por un borde 33 exterior. Cada unidad 30 de rotor se proporciona ademas con las superficies 34 y 36 laterales, en este caso las superficies 34b, 34c y 34d laterales se pueden ver entre los bordes 33b, 33c y 33d exteriores en el que las superficies 34b, 34c y 34d laterales cooperan para formar un rebaje 24a de superficie exterior que puede ser considerado como un puerto temporal. Tambien puede observarse que para las unidades 30b, 30a y 30c de rotor, las puntas 37a, 37b y 37c de rotor de las superficies 32a, 32b y 32c exteriores todas ellas se encuentran, cerrando de este modo la superficie 22 exterior en estos puntos, que pueden ser considerados como puntos cerrados . Este es tambien el caso en las puntas 37c, 37d y 37e del rotor y as! sucesivamente en todo el mecanismo 20 del rotor. Para las seis unidades 30 de rotor, habra cuatro rebajes de superficie exterior, o puertos temporales, y cuatro puntos cerrados a la vez. Ademas, se puede ver que entre estos puntos cerrados formados por las puntas 37a, b y c de rotor, y as! sucesivamente, se forma una camara 42 que esta cerrada tanto a la cavidad 26 central del mecanismo 20 de rotor como al entorno 28 exterior que rodea el mecanismo 20 de rotor. Esto se ve mejor en la figura 11.

Sin una estructura 7 de tren de engranajes interna, como en el estado de la tecnica anterior, las unidades 30 de rotor se mantienen juntas mediante el uso de un bastidor 50, ilustrado en la figura 13. En la figura 13, a las partes similares a las de las figuras 11 y 12 se han dado los mismos numeros de referencia para facilitar la comprension. El bastidor 50 comprende cuatro secciones 52a a d de arco. Solo dos 52a, b se muestran, pero 52c, d estarlan dispuestas para formar un clrculo, que se dispondrla perpendicularmente a las secciones 52a, b de arco, para proporcionar una jaula esferica como el bastidor 50. En el puerto 40c, y para esta ilustracion, la unidad 30d de rotor opuesta tambien tiene un puerto 40d que se conecta a la cavidad 26 central, una seccion 54 tubular se inserta en el puerto 40 para extender el puerto 40 hacia fuera del bastidor 50. Entre las secciones 52 de arco y la seccion 54 tubular hay una unidad 56 de cojinete. Cada orificio 40 tiene una seccion 54 tubular y una unidad 56 de cojinete. Cada unidad 56 de cojinete se conecta a las cuatro secciones 52 de arco en las roscas 58 de husillo. Cada unidad 56 de cojinete alberga dos anillos 60 de cojinete dispuestos a lo largo de la seccion 54 tubular, por lo que la seccion 54 tubular, y con ella la unidad 30c de rotor, pueden girar independientemente del bastidor 50. La unidad 56 de cojinete tambien proporciona un puerto 62 de salida, para la conexion a un tubo o tuberla cuando sea requerido.

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En las unidades 30 de rotor que no incluyen los puertos 40, un eje 44 de cojinete esta fijado a la superficie 32 exterior de la unidad 30 de rotor. El eje 44 no se extiende a traves de la unidad 30 de rotor y solo esta lo suficientemente embebido para girar con la unidad 30 de rotor. Preferentemente los puertos 40 estan enfrentados entre si, cuando mas de uno esta presente. En este modo de realizacion se muestran dos, pero puede haber hasta seis dentro, es decir, uno por unidad 30 de rotor, si se desea. Cada seccion 52 de arco tiene un conjunto doble de anillos 64 de cojinete dispuestos central y axialmente en el arco. Los anillos 64 de cojinete se deslizan sobre los ejes 44 y permiten que los ejes 44, junto con su unidad 30 de rotor unida, giren independientemente del bastidor 50.

Mediante el uso de pares de anillos 60, 64 de cojinete en cada uno de los seis ejes 31 del mecanismo de rotor 20, los ejes estan en voladizo para el apoyo.

Cada una de las unidades 30 de rotor se considera ahora con mayor detalle en las figuras 14A a 14F que ilustran una variedad de vistas en perspectiva y en planta de una unidad 30 de rotor.

Con referencia primero a la figura 14A, se muestra una vista en planta de una unidad 30 de rotor en la que se puede ver la superficie 38 interior que tiene una forma de petalo. La superficie 38 interior esta situada entre la primera superficie 34 lateral y la segunda superficie 36 lateral.

Como puede verse en la figura 14B en la que se muestra una vista lateral del rotor 30, la superficie 34 lateral tiene una forma helicoidal biselada con una superficie lateral que tiene una forma helicoidal biselada opuesta, de tal manera que las superficies 34 y 36 laterales juntas forman una doble helice truncada. La forma de la unidad de rotor puede ser entendida como un husillo conico que esta torsionado en un angulo 9 sobre la longitud L de un cono truncado. La superficie 38 interior esta curvada de forma concava en el cuerpo de la unidad 30 de rotor y la superficie 32 exterior esta curvada de forma concava lejos del cuerpo de la unidad 30 de rotor. El eje 44 esta situado en el centro de la superficie 32 exterior. Se ha de notar que el eje 44 es un saliente que no pasa a traves del rotor 30.

Con referencia a la figura 14C se muestra una vista en planta de una unidad 30 de rotor con las llneas de seccion A- A; B-B y C-C detalladas. Como puede apreciarse, el borde 33 exterior define la superficie 32 exterior y las superficies 34 y 36 laterales que tienen bordes 34 'y 36' de accionamiento que se extienden ligeramente mas alla del borde 33 exterior, en posiciones diametralmente opuestas, sobre el borde 33 exterior. En las figuras 14D, 14E y 14F se muestran vistas en seccion transversal de la unidad 30 de rotor a traves de las llneas de seccion A-A, B-B y C-C respectivamente.

Durante su uso, las seis unidades 30 de rotor estan situadas dentro del bastidor 50. En un modo de realizacion de una bomba sumergible o de achique, esta presente un solo puerto 40 y se hara la conexion 62 a un tubo para ser dirigido por encima de la borda. En un eje 44, se situara un motor de CC para convertir el eje en un arbol de accionamiento y provocar la rotacion de la unidad 30 de rotor a la cual esta fijado el eje 44. Un bajo nivel de RPM es todo lo que se requiere ya que el motor solo esta girando una unica unidad de rotor. El cuerpo 21 del mecanismo de rotor, en su bastidor 50, esta sumergido en el agua.

La rotacion de una unica unidad 30 de rotor mediante el motor impulsa a las otras unidades de rotor para girar de forma slncrona alrededor de sus ejes 31. Con referencia ahora a las figuras 15A a 15D, se muestran dos unidades de rotor combinadas para ilustrar mejor la interconexion de las unidades 30 de rotor en el mecanismo 20 de rotor y la progresion del mecanismo de accionamiento, lo que resulta de la cooperacion de las unidades de rotor. Como puede verse en la figura 15A, una unidad 30a de rotor esta dispuesta de manera que coopera con, y en angulo recto a la unidad 30b de rotor. Los puntos 39a y 39b de la superficie interior estan dispuestos de manera que se tocan entre si y el borde 34'a de accionamiento de la superficie 34a lateral esta dispuesto de tal manera que, despues de la rotacion, actuara sobre la superficie 36b lateral aplicando una fuerza. El angulo de incidencia entre el borde 34'a de accionamiento y la superficie accionada, en este caso la superficie lateral 36b, contribuye, junto con otros factores tales como la distancia desde el extremo de contacto con el eje central del borde de accionamiento, a determinar el par de torsion requerido para accionar las unidades 30 de rotor del mecanismo 20 de rotor.

Se apreciara que cuando tres o mas unidades 30 de rotor estan interconectadas perpendiculares entre si la funcionalidad de accionamiento de la disposicion actuara de forma continua con un borde 34' de accionamiento que actua sobre una unidad 30 de rotor, para un giro de 180°, despues de lo cual actuara sobre otra unidad 30 de rotor adyacente. Como hay dos bordes 34', 36' de accionamiento por unidad 30 de rotor, se logra un proceso de accionamiento continuo a traves de una rotacion de 360°.

La forma helicoidal de la interconexion de las unidades 30a-f de rotor, cuando se disponen para formar el mecanismo 20 de rotor de las figuras 11 a 13, es tal que cuando se aplica una fuerza de accionamiento a un rotor, por ejemplo, el rotor 30a, la forma de la unidad 30a de rotor de accionamiento, tal y como se ha descrito con referencia a las figuras 14A a 14F, actuara sobre las unidades 30b, 30c, 30e y 30f de rotor adyacente (no mostradas) aplicando una fuerza que provocara que estas unidades 30b, 30c, 30e y 30f de rotor de accionamiento giren sobre un eje a 90° con respecto a la unidad 30a de rotor de accionamiento. Cada una de estas unidades 30b,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

30c, 30e y 30f de rotor aplicara una fuerza para accionar la sexta unidad 30d de rotor de la misma manera que como se describe para las otras unidades de rotor.

En referencia de nuevo a la figura 12, podemos considerar esto como una posicion de inicio. Habra cuatro rebajes 24 expuestos en el cuerpo 21 esferico. De la misma manera, habra cuatro puntos cerrados donde se encuentran tres puntas de rotor. En esta configuration, detras de cada punto cerrado hay una camara 42 cerrada formada a partir de las superficies laterales de las unidades 30 de rotor. A medida que las unidades 30 de rotor empiezan a girar, se abre el punto cerrado, llevando de ese modo el fluido en el cual esta sumergido el mecanismo 20 de rotor, en el cuerpo 21. Se produce un movimiento de contraste en los rebajes 24. Cada punta del rotor se mueve a lo largo del borde 33 de la otra unidad 30 de rotor, de modo que cada punto cerrado se convierte en un rebaje 24 en una rotation de 180 grados de las unidades de rotor. A medida que el accionamiento y los rotores 30a-f de accionamiento giran, los bordes 33, 34', 36' de interconexion y las superficies 34, 36 crean, de forma temporal, camaras 42 las cuales capturan fluido, ya sea desde el entorno 28 externo o desde la cavidad 26 central, impulsandolo en o fuera del mecanismo 20 en funcion del sentido de giro de las unidades 30 de rotor. Tras 360 grados de rotacion de las unidades 30 de rotor, el cuerpo 21 habra vuelto a la posicion de inicio. La progresion de fluido se ilustra en las figuras 16A-F que muestran la creation de los rebajes 24, el movimiento de fluido en una camara 42 cerrada y el movimiento de fluido en la cavidad 26 de espacio libre central. Se muestran cuatro caminos en las figuras 16A-F, pero otros cuatro caminos existiran en el eje transversal del cuerpo 21. Para nuestra bomba de achique, el agua es llevada desde la superficie 22 exterior a la cavidad 26 de espacio libre y fuera del puerto 40 de escape.

Si cada una de las unidades 30 de rotor estan formadas de tal manera que el borde en espiral de cada unidad 30 de rotor proporciona una vuelta igual a 180 grados en el punto cerrado, entonces, la cavidad 42 interior esta completamente aislada del entorno 28. Tal diseno se conoce como “no soplado”, el cual preve la posibilidad de bombeo a alta presion. Esto esta en contraste con los disenos conocidos de bombas centrlfugas y de turbina, en condiciones de frenada que son sopladas o tienen permeabilidad. Preferentemente, el radio de la cavidad 26 central y del cuerpo 21 se selecciona junto con la longitud de rotor, el angulo de rotacion y el volumen de salida, para proporcionar un volumen casi constante de fluido a traves del mecanismo de rotor, de manera que se evita la presion de retorno. En particular, el radio de la cavidad 26 central se hace mayor que la mitad del radio del cuerpo 21. Esto tambien reduce el diferencial de presion a traves del mecanismo de rotor para que el llquido no se comprima y se previene el dano a las unidades de rotor.

Como se ha detallado anteriormente, con referencia a una bomba sumergible o de achique, el mecanismo 20 de rotor puede ser accionado por cualquier motor externo. La figura 17A ilustra el mecanismo de rotor 20 dentro del bastidor 50 siendo impulsado por un motor 70 electrico. El arbol de accionamiento del motor 70 esta conectado a un eje 44 en una de las unidades 30 de rotor. Mediante el funcionamiento del motor 70, se girara la unidad 30 de rotor en el arbol de accionamiento, esto a su vez va a obligar a las otras unidades de rotor a girar tal y como se ha descrito anteriormente. Si el bastidor 50 esta sumergido en el llquido, el llquido se introduce en la unidad de rotor y se expulsa a traves de los puertos 40. En esta disposition, se muestran dos puertos 40, pero se podrlan disponer hasta cinco puertos de salida. Si el invierte el accionamiento, el llquido se puede llegar a los puertos 40, y ser expulsado a traves de los puertos 24 temporales. Se pueden utilizar mecanismos de propulsion alternativos tales como un motor diesel, un motor de gasolina (2 tiempos/ 4 tiempos), un motor Wankel, vapor, una turbina eolica y un motor reclproco. Un motor 72 hidraulico se ilustra en la figura 17B. Los expertos en el estado de la tecnica reconoceran que cualquier sistema de motor externo se puede utilizar para accionar el mecanismo 20 de rotor.

Otros modos de realization de la presente invention se proporcionan mediante la incorporation de un iman y una disposicion de bobinas en los ejes 44. Se muestra un ejemplo de este modo de realizacion en la figura 18. En esta disposicion, el eje 44 incluye un conjunto de imanes 80 dispuestos circunferencialmente. Alrededor de cada eje 44, en la ubicacion de los imanes 80, hay un conjunto de bobinas 82 devanadas. De igual modo, los imanes podrlan estar dispuestos alrededor de la bobina.

Mediante la aplicacion de una corriente electrica a los devanados 82, se genera un campo magnetico que aplica una fuerza de rotacion de la unidad 30 de rotor que acompana. El corolario es tambien util, ya que si los rotores 30 son movidos por cualquier medio de propulsion, los imanes 80 rotaran y las bobinas 82 se moveran a traves de los campos magneticos de los imanes 80, estableciendo una corriente en los devanados y creando as! electricidad.

El principio ventajoso de la presente invencion es que proporciona un mecanismo de rotor que no requiere una carcasa a prueba de agua cerrada.

Una ventaja adicional de la presente invencion es que proporciona un mecanismo de rotor que no comprime el fluido a medida que se mueve a traves del mecanismo.

Una ventaja adicional de la presente invencion es que proporciona una bomba viable a valores muy bajos de RPM.

Ventajas adicionales de la presente invencion se materializan en que tiene una alta compacidad del diseno (bajo peso y pequenas dimensiones); bajo numero de elementos para conferir una simplicidad en el diseno y construction;

un nivel de ruido bajo; un nivel bajo de vibraciones; una constancia de la corriente de un producto sobre bombeado; unas pequenas perdidas por friccion y un pequeno consumo de energla en comparacion con las bombas de similar productividad.

Se pueden hacer modificaciones a la invencion aqul descrita sin apartarse del alcance de la misma.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Reivindicaciones

1. Un mecanismo (20) de rotor para su utilizacion en el movimiento de un fluido, el mecanismo de rotor que comprende:

una pluralidad de unidades de rotor (30a-f) dispuestas de forma esferica para formar un cuerpo de mecanismo de rotor;

incluyendo cada unidad de rotor una superficie (32a-f) exterior y una superficie (38a-f) interior y al menos una unidad de rotor que tiene una primera abertura en la superficie exterior y una segunda abertura (41c) en la superficie interior, de tal manera que una abertura alargada se extiende entre la primera y segunda aberturas para crear un puerto (40c) a traves de la unidad de rotor; y

en el que la rotacion de al menos una unidad de rotor provoca la rotacion de las unidades de rotor adyacentes que de ese modo mueven el fluido sin compresion entre una superficie (32a-f) exterior del cuerpo y el puerto, a traves de una cavidad (26) de espacio libre sustancialmente esferica central formada por la cooperacion de las superficies (38a-f) interiores de las unidades de rotor.
2. Un mecanismo de rotor de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el cuerpo del mecanismo de rotor esta soportado en un bastidor externo.
3. Un mecanismo de rotor de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que el bastidor comprende una pluralidad de arcos.
4. Un mecanismo de rotor de acuerdo con la reivindicacion 2 o la reivindicacion 3, en el que el bastidor sujeta el cuerpo en una pluralidad de cojinetes.
5. Un mecanismo de rotor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que al menos dos unidades de rotor tienen un puerto a traves de la unidad de rotor.
6. Un mecanismo de rotor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que cada unidad de rotor es operable para cooperar con las unidades de rotor adyacentes, de tal manera que durante la rotacion se crean canales plurales en los cuales se lleva el fluido en una direccion entre la superficie exterior del cuerpo de mecanismo y la cavidad de espacio libre central.
7. Un mecanismo de rotor de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que cada rotacion llena el canal y sella cada extremo del mismo para crear una camara temporal.
8. Un mecanismo de rotor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que cada unidad de rotor tiene al menos dos superficies laterales que estan dispuestas para proporcionar a la unidad de rotor con una forma de doble helice truncada.
9. Un mecanismo de rotor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que el mecanismo de rotor esta provisto de seis unidades de rotor, teniendo las unidades de rotor las mismas dimensiones.
10. Un mecanismo de rotor de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que cada unidad de rotor comprende un rotor de husillo conico, que tiene un eje en angulo recto a las unidades de rotor adyacentes y que esta torsionado en un angulo sobre una longitud de un cono truncado.
11. Un mecanismo de rotor de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que un radio de la cavidad de espacio libre central es mayor que la mitad del radio del cuerpo exterior.
12. Un mecanismo de rotor de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que las unidades de rotor tienen unas dimensiones tales que el mecanismo de rotor bombea hasta alrededor de la mitad del volumen del cuerpo exterior en un solo giro de las unidades de rotor.
13. Un mecanismo de rotor de acuerdo con la reivindicacion 12, en el que el radio del cuerpo exterior, la longitud y el angulo de torsion de las unidades de rotor y la dimension de los puertos son seleccionados para igualar sustancialmente el volumen de fluido que se mueve a traves del mecanismo de rotor.
14. Un mecanismo de rotor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que un borde en espiral de cada unidad de rotor que constituye la cavidad central de espacio libre, tiene una vuelta de exactamente igual a 180 grados con el fin de aislar completamente la cavidad central del entorno.
15. Un mecanismo de rotor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que durante su uso, una primera unidad de rotor se mantiene estacionaria y las unidades de rotor restantes giran sincronizadas alrededor de tres ejes perpendiculares entre si que convergen en un punto central de la cavidad central del mecanismo de rotor.