ES2884162T3 - Una bomba de desplazamiento positivo de diafragma rotativo - Google Patents
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Abstract
Una bomba rotativa que comprende: una carcasa (1) que define una cámara (2) anular con puertos de entrada (12) y salida (11) separados alrededor de la cámara, un diafragma (3) anular flexible formando un lado de la cámara separado opuesto a una pared anular de la carcasa, estando el diafragma sellado en sus bordes a la carcasa, una partición (13) que se extiende a través de la cámara a partir de una ubicación entre los puertos de entrada y salida hasta el diafragma; en donde el diafragma (3) está configurado para presionarse progresivamente contra la pared opuesta de la carcasa para forzar el fluido aspirado en el puerto (12) de entrada en un lado de la partición alrededor de la cámara y expulsarlo en el puerto (11) de salida al otro lado de la partición; caracterizado porque la cara exterior del diafragma (3) anular tiene un canal (41, 42) en la parte del diafragma el cual está orientado hacia el puerto (12) de entrada y/o en la parte del diafragma que está orientada hacia el puerto (11) de salida.
Description
DESCRIPCIÓN
Una bomba de desplazamiento positivo de diafragma rotativo
La presente invención se refiere a una bomba de desplazamiento positivo de diafragma rotativo. Dicha bomba de este tipo se divulga en el propio documento de los inventores EP0819853 anterior.
Dicha bomba rotativa de este tipo comprende una carcasa que define una cámara anular con puertos de entrada y salida separados alrededor de la cámara, formando un diafragma anular flexible un lado de la cámara separado opuesto a una pared anular de la carcasa, estando el diafragma sellado en su borde a la carcasa, una partición que se extiende a través de la cámara a partir de una ubicación entre los puertos de entrada y salida hasta el diafragma; en donde el diafragma está configurado para presionarse progresivamente contra la pared opuesta de la carcasa para forzar la entrada de fluido en el puerto de entrada en un lado de la partición alrededor de la cámara y expulsarlo en el puerto de salida en el otro lado de la partición.
En EP0819853, agregamos un anillo de refuerzo al diafragma con el fin de agregar rigidez a una porción central del diafragma para que pueda hacer frente a cargas más altas y prolongar la vida útil de la bomba.
La bomba ha tenido éxito comercial para aplicaciones tales como análisis médicos y dispensación de agua. Todas estas aplicaciones se encuentran a una presión relativamente baja (normalmente por debajo de 200 kPa pero más normalmente por debajo de 100 kPa). Sin embargo, a presiones más altas, el diseño actual de la bomba tiene una vida útil más limitada.
La presente invención está dirigida a una versión modificada de la bomba para permitirle operar de manera más confiable a presiones más altas durante un período de tiempo más largo.
Los documentos EP0053868 y GB2256462 divulgan una bomba de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. De acuerdo con la presente invención, una bomba de este tipo se caracteriza por las características de la reivindicación 1.
La presencia de un canal en la parte del diafragma el cual está orientado hacia el puerto de entrada y/o el puerto de salida reduce sustancialmente o elimina la posibilidad de que el material del diafragma sea forzado hacia el puerto de entrada y/o el puerto de salida, lo cual podría, con el tiempo, resultar en una falla del diafragma. Como resultado, la bomba se puede operar a una presión más alta.
Preferiblemente, el canal está confinado a la parte de la cara exterior del diafragma anular la cual está orientada hacia el puerto de entrada y/o la parte del diafragma la cual está orientada hacia el puerto de salida.
El confinamiento del canal solo a estas regiones proporciona un contacto completo de la superficie exterior del diafragma con la pared anular de la carcasa, asegurando así que el fluido circule de forma fiable alrededor de la bomba.
Esta modificación se puede aplicar con o sin un anillo de refuerzo, pero preferiblemente hay un anillo de refuerzo que rodea los medios giratorios y está conectado a la región central del diafragma.
La configuración de la bomba rotativa es preferiblemente tal que el diafragma no gira con respecto a la carcasa. Ahora se describirá un ejemplo de una bomba de acuerdo con la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La Figura 1 es una sección transversal de la bomba en un plano perpendicular al eje de rotación el cual pasa a través de los puertos de entrada y salida.
La Figura 2 es una porción ampliada de la Figura 1 que muestra la región adyacente al puerto de salida;
La Figura 3 es una sección transversal en un plano axial que se muestra como III - III en la Figura 1 el cual incluye la línea de contacto entre el diafragma y la carcasa;
La Figura 4 muestra un detalle de la región inferior izquierda de la Figura 3;
La Figura 5 es una vista lateral del diafragma; y
La Figura 6 es una vista en perspectiva en despiece del diafragma.
Como se muestra en las Figuras 1 y 3, una parte tubular de una carcasa 1 rígida tiene una ranura 2 anular que va alrededor de la superficie interior, la cual actúa como la cámara de la bomba. En su estado relajado, un diafragma 3 flexible se encuentra dentro de la pared de la carcasa dejando la ranura libre para contener el fluido bombeado. Un anillo 4 de refuerzo rígido está moldeado en el diafragma y este anillo está en todo momento en contacto íntimo con una superficie exterior de un cojinete 5 montado a través de un acoplamiento 6 excéntrico a un árbol 7 el cual se
extiende a través y está montado en la carcasa en cojinetes (no se muestra). El árbol 7 está montado concéntricamente con la ranura anular pero excéntricamente con respecto al eje 8 de la carcasa 1 y es accionado por un motor (no se muestra). Si el anillo de refuerzo no estuviera presente, el diafragma se estiraría y el rendimiento se reduciría de una manera similar a la que se experimenta con las bombas peristálticas, cuando el tubo colapsa al vacío.
A medida que gira el árbol 7 de transmisión, el cojinete 5, el anillo 4 de refuerzo y la porción central del diafragma 3 orbitan todos juntos dentro de la carcasa. Los dos extremos del diafragma 3 se sujetan a la carcasa 1 mediante las tapas 9 de extremo, lo que proporciona un sellado eficaz y estático a la atmósfera. A medida que la porción central del diafragma 3 orbita alrededor del interior de la ranura 2, existe un contacto 10 lineal entre el diafragma y la ranura que proporciona un tope el cual empuja el fluido hacia el puerto 11 de salida y, al mismo tiempo, extrae el fluido a través del puerto 12 de entrada. La bomba proporciona así ciclos de presión y succión en la salida y la entrada, respectivamente, los cuales son simétricos y los cuales varían sinusoidalmente. Dado que el diafragma no gira con respecto a la carcasa, existe una mínima acción de deslizamiento entre ellos y, por lo tanto, casi ningún desgaste.
En la Figura 1, puede verse que otra característica de la moldura de diafragma es una partición 13 elástica la cual impide la comunicación entre los puertos de salida 11 y de entrada 12. Esta se coloca entre las paredes 14, 15 que cuelgan hacia abajo las cuales son parte de la carcasa. Dado que la partición es elástica, se adapta al movimiento alternativo del diafragma a la vez que mantiene un sello de presión estática entre ambos puertos y la atmósfera. De esta manera, todas las funciones de sellado compatibles requeridas por la bomba son proporcionadas por la moldura de diafragma y dado que ninguno de estos son sellos deslizantes, no están sujetos a un desgaste significativo.
La descripción anterior se aplica igualmente a la bomba de la técnica anterior de EP0189853. A continuación se describirán las modificaciones de la presente bomba.
Las tapas 9 de extremo se muestran mejor en la Figura 4. Estas tienen un primer extremo 20 en la cara más exterior de la tapa de extremo y un segundo extremo 21 en la cara más interior opuesta. En el primer extremo 20 hay una brida 22 que se extiende radialmente hacia afuera la cual, sujeta el diafragma 3 a la carcasa 1 con la cooperación de una brida 23 anular en la carcasa 1. A continuación, la brida 22 se fija a la carcasa 1 para mantenerla en su lugar.
La tapa 9 de extremo tiene una cara 24 exterior ahusada que se estrecha hacia adentro alejándose del primer extremo 20. Esta cara 24 exterior soporta el diafragma 3 cuando el diafragma está en su posición radialmente más interior como se muestra en el lado derecho de la Figura 3.
En la porción radialmente más interior del segundo extremo 21 hay una saliente 25 anular. La presencia de esta saliente 25 forma un receso 26 el cual proporciona una reducción escalonada en el diámetro exterior de la tapa 9 de extremo en la región adyacente al segundo extremo 21. Como puede verse en la Figura 4, el segundo extremo 21 está separado del cojinete 5 en una cantidad muy pequeña creando un primer espacio 27 axial, en este caso menos de 0.4 mm y preferiblemente 0.25 mm. Un segundo espacio 28 axial está presente entre el receso 26 y el anillo 4 de refuerzo. De nuevo, este es menos de 0.4 mm y preferiblemente 0.25 mm.
Como resultará evidente en la Figura 4, la tapa 9 de extremo se encuentra acoplada con la brida 22 contra el diafragma 3 flexible. En vista del espacio muy pequeño mencionado anteriormente, la brida 22 no puede comprimir demasiado el diafragma 3, de lo contrario, la tapa 9 de extremo se apoyará contra el anillo 4 de refuerzo y el cojinete 5. Esto asegura que la tapa 9 de extremo en cualquier extremo del conjunto se pueda insertar de manera consistente ya que ambas tapas de extremo comprimirán el diafragma 3 en la misma cantidad limitada.
La pequeña naturaleza del segundo espacio 28 también asegura que solo haya una región muy pequeña del diafragma 3 compresible el cual permanece sin soporte cuando el diafragma 3 se presiona contra la tapa 9 de extremo (como se muestra en el lado derecho de la Figura 3). En esta posición, la cara exterior opuesta del diafragma está recibiendo toda la presión dentro de la cámara de la bomba y esto tendería a extrudir el material de diafragma en cualquier región no soportada del lado opuesto. La naturaleza muy pequeña de este espacio 28 limita significativamente el potencial de extrusión del diafragma 3 incluso cuando se aumenta la presión en la cámara de la bomba.
El anillo 4 de refuerzo tiene una forma modificada como se muestra mejor en las Figuras 3 y 4.
Este comprende una porción 30 incrustada que forma la porción radialmente más exterior del anillo 4 y una porción 31 de soporte que forma la porción radialmente más interior del anillo 4. La porción 30 incrustada tiene una configuración crenulada en este caso que consta de cuatro aristas anulares las cuales, en sección transversal, tienen una configuración curva la cual carece de esquinas afiladas. Esto es para impedir cualquier concentración de tensión en el anillo 4. Estas crenulaciones están diseñadas para proporcionar una área de superficie grande dentro de una región axial relativamente limitada. El diafragma 3 se forma como un sobre molde en el anillo 4 y la presencia de las crenulaciones maximiza el área de superficie para la unión entre los dos. El número relativamente grande de anillos 32 combinado con sus secciones transversales en general curvadas distribuye de manera efectiva la transmisión de carga entre los dos componentes impidiendo así la deslaminación de los dos componentes incluso bajo cargas relativamente altas.
La porción 31 de soporte del anillo 4 se extiende axialmente más allí de las crenulaciones 32 formando porciones 34 de soporte de diafragma. Estas tienen una superficie 35 orientada radialmente hacia afuera la cual está orientada
directamente a una cara interior del diafragma 3. El diafragma 3 no está unido a la cara 35. Sin embargo, en la posición en la cual el diafragma 3 está más alejado de la carcasa 1, el diafragma está soportado en esta región por la cara 35.
Esta característica proporciona soporte para el diafragma en un momento en donde se encuentra bajo una presión interna relativamente alta debido a la presión dentro de la cámara de la bomba. Al igual que con el espacio 28 mencionado anteriormente, este soporte impide la extrusión del material del diafragma en esta posición tensionada.
Como se muestra en las Figuras 1, 2 y 6, la cara exterior del diafragma 3 está provista con un canal 40 extendido axialmente a través de una porción sustancial del diafragma en la vecindad de la salida. Se proporciona un canal 41 similar en la entrada. El canal 40 tiene en cada caso un primer borde 42 adyacente a la partición 13 y un segundo borde 43 opuesto al primer borde. Los canales 40, 41 están alineados con un conducto 44 de salida y un conducto 45 de entrada respectivos los cuales conducen al puerto 11 de salida y a partir del puerto 12 de entrada, respectivamente.
En ausencia de estos canales 40, 41 cuando el diafragma 3 está en la posición más alta, es posible que a la vez que esté bajo alta presión, el material de diafragma se extruya en el puerto hasta un grado limitado, causando así daño al diafragma con el tiempo. La presencia de los canales 40, 41 reduce o elimina este efecto. Sin embargo, el canal termina en el borde 43 el cual está adyacente al borde del conducto 44 de modo que todo el espesor del diafragma está disponible inmediatamente con la corriente del borde 43. Esto significa que el diafragma puede encajar completamente con la carcasa 1 a medida que el diafragma alcanza la parte superior de su recorrido asegurando así que el punto de contacto 10 se mantiene hasta el conducto 44 de salida con el fin de expulsar el líquido. Se proporciona una geometría similar para el conducto 45 de entrada.
Los miembros 50 de refuerzo se muestran mejor en las Figuras 2, 5 y 6. Aunque en la Figura 6 se muestran dos de tales miembros 50 de refuerzo, en la práctica sólo es necesario que esté presente uno de ellos. Esto dependería de la dirección en la cual se cargue la partición 13 en uso.
El miembro 50 de refuerzo comprende un marco de material el cual es más duro que el material de la partición y, por lo tanto, más resistente a la deflexión bajo presión. Este está conformado para encajar en un receso 51 poco profundo en el lado de la partición. Preferiblemente es un ajuste a presión, pero puede estar adherido de manera más segura si la aplicación lo requiere. Como se muestra mejor en la Figura 6, la geometría del miembro 50 de refuerzo es tal que puede considerarse como una placa de refuerzo, cuyo espesor es mucho menor que su longitud/ancho.
Con referencia a la Figura 2, cuando el diafragma orbita para bombear el fluido alrededor de la cámara, la partición 13 se desvía hasta cierto punto con el fin de adaptarse a este movimiento orbital. Además, la presión del fluido en la entrada 12 o la salida 11 también actuará para desviar la partición. Bajo cargas de presión más altas, esto puede hacer que el material más blando del diafragma entre en contacto con las paredes 14, 15 desgastando así el material del diafragma 3, particularmente en el borde inferior de las paredes 14, 15, el cual puede clavarse en el material del diafragma.
Como puede verse en la Figura 2, el miembro 50 de refuerzo está colocado en la proximidad del borde inferior de las paredes 14, 15 de tal manera que cualquier contacto será entre dos superficies más duras protegiendo así el material del diafragma del desgaste.
Claims (3)
1. Una bomba rotativa que comprende:
una carcasa (1) que define una cámara (2) anular con puertos de entrada (12) y salida (11) separados alrededor de la cámara, un diafragma (3) anular flexible formando un lado de la cámara separado opuesto a una pared anular de la carcasa, estando el diafragma sellado en sus bordes a la carcasa, una partición (13) que se extiende a través de la cámara a partir de una ubicación entre los puertos de entrada y salida hasta el diafragma;
en donde el diafragma (3) está configurado para presionarse progresivamente contra la pared opuesta de la carcasa para forzar el fluido aspirado en el puerto (12) de entrada en un lado de la partición alrededor de la cámara y expulsarlo en el puerto (11) de salida al otro lado de la partición;
caracterizado porque la cara exterior del diafragma (3) anular tiene un canal (41, 42) en la parte del diafragma el cual está orientado hacia el puerto (12) de entrada y/o en la parte del diafragma que está orientada hacia el puerto (11) de salida.
2. Una bomba rotativa de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el canal (41, 42) está confinado a la parte de la cara exterior del diafragma anular la cual está orientada hacia el puerto (12) de entrada y/o la parte del diafragma la cual está orientada hacia el puerto (11) de salida.
3. Una bomba rotativa de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, comprendiendo además un anillo (4) de refuerzo que rodea los medios rotativos y está conectado a una región central del diafragma (3).
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