ES2959232T3 - Dispositivo de control de velocidad de giro viscoso - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de control de velocidad de rotación incluye una carcasa que contiene un fluido viscoso y un eje dispuesto en la carcasa y que puede girar con respecto a la carcasa. Un rotor puede moverse axialmente sobre el eje dependiendo de la velocidad de rotación del eje. El rotor está desviado en una dirección de bajo par. El par de frenado entre el rotor y la carcasa varía según la posición axial del rotor sobre el eje. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de control de velocidad de giro viscoso

Es deseable mantener una velocidad de giro relativamente constante de un rociador de riego independientemente del tamaño o la presión de la boquilla (es decir, caudal másico y velocidad del fluido). Esta invención da como resultado un gran aumento en el par de frenado para un pequeño aumento en la velocidad de giro y, por lo tanto, minimiza el cambio en la velocidad de giro del rociador de riego cuando se cambia el tamaño o la presión de la boquilla.

Durante muchos años, se ha utilizado un sistema de frenado para placas deflectoras de rociadores que utiliza un rotor sumergido en un fluido viscoso. El rotor está conectado a un eje que transmite la energía del rociador giratorio o placa deflectora en el mecanismo de frenado viscoso. El rotor, el fluido viscoso y una porción del eje están contenidos dentro de un alojamiento sellado. A medida que el eje y el rotor giran, el fluido viscoso crea un esfuerzo cortante entre el rotor y el alojamiento. A medida que aumenta la tasa de esfuerzo cortante, aumenta también el par de frenado que retarda el giro del eje. Como cuestión de operación, la tasa de esfuerzo cortante aumenta debido a un aumento en la velocidad de giro del eje y, por lo tanto, la velocidad superficial del rotor. Como cuestión de diseño, la tasa de esfuerzo cortante se puede aumentar disminuyendo el hueco entre el rotor y el alojamiento.

Es deseable evitar que el eje se mueva axialmente dentro y fuera del alojamiento. El movimiento axial puede arrastrar agua y otros contaminantes al interior del sello y, por lo tanto, causar la entrada de agua y/o un desgaste excesivo. Adicionalmente, a medida que el eje se mueve dentro del alojamiento, presuriza la cámara de fluido, lo que puede causar un exceso de fricción del sello y desgaste del sello a menos que se agregue una cámara de expansión.

El documento US 6155328 A desvela un dispositivo de control de velocidad de giro para una cubierta arquitectónica, tal como una persiana o pantalla.

La invención se define por las reivindicaciones adjuntas. En algunas realizaciones no parte de esta invención, el hueco entre el rotor y el alojamiento cambia automáticamente en respuesta a los cambios en la velocidad de giro del eje. El rotor está unido al eje en una forma que hace que gire con el eje, pero permite que se mueva axialmente con respecto al eje. El rotor está diseñado con una característica de impulsor para crear una fuerza axial cuando gira en el fluido viscoso. La magnitud de la fuerza axial es proporcional a la velocidad de giro del rotor. Un mecanismo de resorte está ubicado dentro del alojamiento de tal forma que resiste la fuerza axial del rotor. La fuerza axial del rotor comprime el mecanismo de resorte hasta que la fuerza del resorte coincide con la fuerza axial generada por el giro del eje y del rotor. Estas fuerzas de equilibrio se utilizan para determinar la posición axial del rotor dentro del alojamiento.

Cuando la velocidad de giro del eje de entrada cambia debido a cambios de presión o al tamaño de la boquilla del rociador, el rotor se mueve a una nueva posición axial. El rotor está diseñado para cooperar con el alojamiento u otras características no giratorias dentro del alojamiento para variar el hueco de esfuerzo cortante en respuesta a la posición axial del rotor. El rotor, el alojamiento y el mecanismo de resorte pueden diseñarse para cooperar y crear grandes cambios en el par de frenado en respuesta a pequeños cambios en la velocidad de giro del eje de entrada. Esto permite controlar la velocidad de giro del rociador o de la placa deflectora dentro de un intervalo relativamente estrecho.

Como alternativa, la estructura puede configurarse para usar paletas para crear movimiento radial en lugar de movimiento axial. Otras realizaciones alternativas usan roscas coincidentes que trabajan contra resortes de compresión o torsión para crear movimiento axial. Otra realización alternativa usa fricción mecánica además de cizallamiento de fluido viscoso para crear par de frenado.

Estos y otros aspectos y ventajas se describirán en detalle con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

la Figura 1 muestra un dispositivo de control de velocidad de giro de ejemplo en una etapa de frenado bajo, no parte de la invención;

la Figura 2 muestra el dispositivo de control de velocidad de giro de la Figura 1 haciendo una transición entre la etapa de frenado bajo y la etapa de frenado alto;

la Figura 3 muestra el rotor;

la Figura 4 muestra una realización alternativa del dispositivo de control de velocidad de giro con un rotor modificado, no parte de la invención;

la Figura 5 muestra la realización de la Figura 4 en posición intermedia de frenado;

la Figura 6 muestra el rotor para la realización de las Figuras 4 y 5;

la Figura 7 es una vista en sección de una realización alternativa, no parte de la invención;

la Figura 8 es una vista en sección de la realización de la Figura 7 con el rotor en transición de una posición de frenado bajo a una posición de frenado alto;

la Figura 9 es una vista en sección de una realización alternativa que utiliza un rotor en forma de disco, no parte de la invención;

la Figura 10 es una vista en sección de la realización de la Figura 9 en una posición de frenado alto;

la Figura 11 es una vista en sección de una realización alternativa que muestra un dispositivo de 3 etapas con un área de deslizamiento adicional en la posición mínima de frenado, no parte de la invención;

la Figura 12 es una vista en sección de la realización de la Figura 11 en una posición máxima de frenado; la Figura 13 es una vista en sección de la realización de la Figura 11 que incluye una banda de control de accionamiento;

la Figura 14 es un gráfico que muestra el rendimiento de control de velocidad viscoso convencional con compensación y sin compensación;

las Figuras 15 y 16 muestran el dispositivo de control de velocidad de giro como parte de un rociador industrial;

la Figura 17 es una vista en sección de una realización alternativa que utiliza cilindros anidados, no parte de la invención;

la Figura 18 muestra el eje y un cubo roscado para la realización de la Figura 17;

la Figura 19 es una vista detallada del rotor de la realización de la Figura 17;

la Figura 20 muestra el rotor en la realización de la Figura 17 acercándose a una posición de par máximo;

la Figura 21 es una vista superior en perspectiva del conjunto de freno de una realización alternativa según la invención;

la Figura 22 es una vista en sección vertical de la Figura 21 que muestra el cubo y las zapatas de freno;

las Figuras 23 y 24 muestran una vista inferior del conjunto de la Figura 21 con el alojamiento retirado;

la Figura 25 es una vista en perspectiva superior de un conjunto de freno alternativo, según la invención;

las Figuras 26 y 27 son vistas en sección de la realización de la Figura 25;

la Figura 28 es una vista en perspectiva del rotor de la realización de la Figura 25;

la Figura 29 es una vista lateral de una realización alternativa instalada en un rociador giratorio de ejemplo, no parte de la invención;

la Figura 30 es una vista transversal de la Figura 29;

la Figura 31 es una vista en sección del conjunto de freno de la realización de la Figura 29;

la Figura 32 es una vista en sección de la realización de la Figura 29 con el rotor en una posición de frenado alto; la Figura 33 es una vista en perspectiva del alojamiento en la realización de la Figura 29;

las Figuras 34-36 son vistas en perspectiva del rotor de la realización de la Figura 29;

la Figura 37 es una vista en sección de una realización alternativa en posición de reposo y posición de baja velocidad, no parte de la invención;

la Figura 38 es una vista en sección de la realización de la Figura 37 en una posición de frenado alto;

la Figura 39 es una vista en perspectiva del cubo roscado y del resorte de torsión de la realización de la Figura 37; las Figuras 40 y 41 muestran el rotor de la realización de la Figura 37;

la Figura 42 es una vista en perspectiva del resorte de torsión en la realización de la Figura 37;

la Figura 43 muestra otra realización alternativa no parte de la invención utilizando rampas para controlar una posición axial del rotor;

la Figura 44 es una vista en sección de la realización de la Figura 43 en una posición de par bajo;

la Figura 45 es una vista en sección de la realización de la Figura 43 en una posición de par alto;

la Figura 46 es una vista en perspectiva detallada de un miembro de ranura de bola con rampa; y

la Figura 47 es una vista en perspectiva detallada del rotor de la realización de la Figura 43.

Las Figuras muestran varias realizaciones de un dispositivo de control de velocidad de giro viscoso 10. Las figuras 1 20 y 29-47 no muestran realizaciones de la invención, sino realizaciones de la divulgación útiles para entender la invención. Haciendo referencia a la Figura 1, un rotor 12 puede girar con un eje 14 en un alojamiento 16. La placa deflectora 15 está fijada al eje 14 para girar con el eje 14. (Véase, por ejemplo, Figura 15). El alojamiento 16 está lleno de un fluido viscoso, tal como un fluido de silicona de alta viscosidad o similar. El alojamiento 16 está cerrado en un extremo inferior e incluye un rebaje o canal 18 para recibir el eje 14. Un sello 20 asegurado con un retenedor de sello 22 contiene el fluido viscoso dentro del alojamiento 16.

Un anillo de retención 30 y un retenedor de cojinete 28 se utilizan para ubicar axialmente el cojinete de bolas en el eje 14. Un soporte de cojinete inferior 26 y un soporte de cojinete superior 24 cooperan para ubicar axial y radialmente el conjunto de cojinete del eje en el alojamiento 16. Las Figuras 1-10 y 13 utilizan un cojinete de bolas para soportar la carga axial y radial que el agua imparte sobre el eje 14. La carga axial se transmite al alojamiento 16 a través del soporte de cojinete inferior 26.

El rotor 12 incluye una sección de frenado 32 y un impulsor 34. La holgura entre la sección de frenado 32 y una pared interior del alojamiento 16 está directamente relacionada con la cantidad de frenado. En la sección A mostrada en la Figura 1, la holgura entre la sección de frenado 32 del rotor y la pared interior del alojamiento 16 es relativamente grande para un frenado bajo. La pared interior del alojamiento 16 incluye un escalón 36 que estrecha la holgura entre la sección de frenado 32 del rotor 12 y la pared interior del alojamiento 16. La holgura más pequeña proporciona un mayor frenado.

Un mecanismo de resorte, tal como un resorte de equilibrio 38, actúa sobre el rotor 12 y empuja al rotor 12 hacia la posición de gran holgura, frenado bajo mostrada en la Figura 1. El resorte de equilibrio está asegurado mediante un retenedor de resorte 40. A medida que giran el eje 14 y el rotor 12, el impulsor 34 acciona el rotor axialmente contra la fuerza del resorte 38. La holgura entre el impulsor 34 y la pared interior del alojamiento 16 es relativamente pequeño para permitir que el impulsor accione más eficazmente la posición axial del rotor 12. La fuerza axial del rotor 12 comprime el resorte 38 hasta que la fuerza del resorte coincide con la fuerza axial generada por el giro del eje 14 y el rotor 12. Cuando la velocidad de giro del eje de entrada 14 cambia debido a cambios de presión o al tamaño de la boquilla del rociador, el rotor 12 se mueve a una nueva posición axial. El mecanismo de resorte puede comprender cualquier estructura adecuada para proporcionar el empuje, por ejemplo, imanes opuestos o estructura equivalente.

La Figura 2 muestra el rotor 12 desplazado axialmente por un aumento en la fuerza axial desarrollada giratoriamente. El rotor 12 se desplaza de tal forma que al menos una porción de la sección de frenado 32 está dispuesta adyacente a la sección de holgura pequeña B de la pared interior del alojamiento 16. En virtud de la holgura más pequeña, se proporciona una mayor resistencia al frenado. La Figura 3 es una vista aislada del rotor 12.

Las Figuras 4 y 5 muestran una realización alternativa. En esta realización, el rotor 112 es generalmente cilíndrico y está provisto de ranuras de rosca 134 que definen el impulsor para accionar una posición axial del rotor 112. La pared interior del alojamiento 16 incluye el escalón 36 de tal forma que con un giro más lento, una porción más grande del rotor 112 se coloca adyacente a la sección de holgura grande A del alojamiento para un frenado más bajo. En la sección de holgura más pequeña B, las ranuras de rosca del impulsor/tornillo de rosca 134 pueden accionarse de forma más eficaz, y la holgura más pequeña crea un frenado de esfuerzo cortante relativamente alto en el diámetro principal de la rosca para un frenado más alto a mayores velocidades de giro. Haciendo referencia a la Figura 5, a medida que el impulsor de tornillo 134 penetra más profundo, más de su diámetro principal está en la sección de holgura pequeña B, lo que crea más área de esfuerzo cortante y por lo tanto, más frenado. En las Figuras 4 y 5, la rosca tiene un paso relativamente corto con una cresta de rosca ancha. La acción de esfuerzo cortante que crea el frenado se realiza principalmente entre la cresta de rosca (diámetro principal) y el alojamiento 16. Las Figuras 4 y 5 muestran el rotor con una rosca de paso variable con el paso aumentando en la parte superior. Esto es para crear crestas de rosca progresivamente más anchas y más área sujeta al alto esfuerzo cortante que ocurre en la sección de holgura más pequeña B. Este estilo de rotor puede tener un paso variable como se muestra o un paso constante dependiendo del rendimiento deseado. La Figura 6 es una vista aislada del rotor 112.

Las Figuras 7 y 8 muestran un diseño alternativo para variar el esfuerzo cortante y el frenado en función de la posición axial del rotor 212. En esta realización, la porción de frenado 232 del rotor 212 tiene una forma parcialmente cónica, y la sección de holgura pequeña B en el alojamiento 16 tiene una forma correspondientemente cónica. La Figura 7 muestra el rotor 212 en la posición de bajo esfuerzo cortante/frenado bajo, y la Figura 8 muestra el rotor 212 al menos parcialmente en la posición de alto esfuerzo cortante/frenado alto. Obsérvese que el hueco de esfuerzo cortante 213 se hace más pequeño a medida que la posición axial del rotor 212 se desplaza contra una fuerza del resorte 38 por el impulsor 34 debido al aumento de las velocidades de giro.

Las Figuras 9 y 10 muestran otra realización alternativa donde el alojamiento incluye un saliente 313, y la porción de frenado 332 del rotor 312 está separada del saliente 312 por un hueco de esfuerzo cortante variable C. Como la posición axial del rotor 312 es accionada por el impulsor 34, el hueco de esfuerzo cortante C se reduce como se muestra en la Figura 10 para mayor esfuerzo cortante y mayor frenado.

Las Figuras 11-13 muestran una realización que no solo cambia el hueco de esfuerzo cortante, sino que también agrega un área de esfuerzo cortante adicional. El rotor 412 incluye una ranura circular 413 que se acopla a una nervadura vertical o a un reborde circular 414 formada en el alojamiento 16. El reborde 414 proporciona un área de esfuerzo cortante adicional cuando se acopla con el rotor 412. En la Figura 13, el reborde 414' forma parte de una banda de control de accionamiento 420 insertada entre el alojamiento 16 y el rotor 412. La banda de control de accionamiento 420 mantiene constante la longitud de la porción de tornillo/impulsor 34 del rotor 412 que está acoplada en el diámetro estrecho constante y proporciona un mejor control de la respuesta del rotor.

La Figura 14 es un gráfico de rendimiento típico que ilustra la diferencia de rendimiento entre un freno viscoso convencional y este dispositivo.

Las Figuras 15 y 16 muestran el dispositivo 10 como parte de un rociador. Nótese que el dispositivo 10 también puede emplearse en otras formas de rociadores, incluyendo aquellos que transmitirían el par al eje del dispositivo a través de un tren de engranajes.

La Figura 17 muestra otra configuración alternativa donde el alojamiento 16 que contiene el fluido viscoso está provisto de una pluralidad de ranuras circulares 514 separadas por un reborde cilíndrico 515. El rotor 512 incluye cilindros separados 516 que cooperan con las ranuras 514 para aumentar o disminuir el esfuerzo cortante y el frenado basándose en una posición axial del rotor 512. Un cubo roscado 522 que incluye roscas del cubo 523 se ajusta a presión al eje 14 de forma que girará con el eje. En esta realización, el rotor incluye también un cilindro central 524 que incluye un segmento de rosca 526.

El cilindro central 524 y el segmento de rosca 526 se acoplan por fricción al cubo 522 y a las roscas del cubo 523. Cuando comienza a girar, el rotor 512 gira también con el cubo roscado 522. A medida que aumenta el par de entrada, la velocidad de giro del eje 14 y del rotor 512 aumenta, lo que crea más par en el rotor 512 debido al aumento de esfuerzo cortante del fluido entre los anillos del cilindro 516 y la pared interior del alojamiento 16. Este aumento de par hace que el rotor 512 supere la fuerza de acoplamiento por fricción y gire con respecto al cubo 522, que enrosca (en espiral) el rotor 512 en el cubo 522 contra el empuje del resorte 538. Puede haber algún deslizamiento entre el extremo del resorte 538 y el rotor 512 y/o el cubo 522 para permitir que el rotor 512 gire con respecto al cubo 522. Cuando se reduce el par de entrada, la velocidad disminuye y, por lo tanto, se reduce el par en el rotor 512 debido al esfuerzo cortante del fluido. Como consecuencia, el resorte 538 puede dominar las fuerzas ascendentes y hacer que el rotor 512 se enrosque (en espiral) hacia abajo del cubo 522 hasta que se alcance el equilibrio.

Cuando el rotor 512 está en la posición de par máximo (véase Figura 20), una superficie achaflanada en el extremo del cilindro central del rotor 524 contacta con la superficie cónica cerca de la parte superior del cubo 522 (evitando un mayor movimiento hacia arriba del rotor 512), y el cubo 522 y el rotor 512 posteriormente giran juntos mientras el cubo 522 continúa girando, hasta que se produzca una caída del par de entrada. Si no hay caída en el par de entrada y si el par de entrada continúa aumentando, la velocidad de giro seguirá aumentando. La Figura 18 es una vista aislada del cubo roscado 522 y el eje 14. La Figura 19 es una vista aislada del rotor 512. La Figura 20 muestra el rotor 512 desplazado axialmente desde la posición mostrada en la Figura 17 y acercándose a la posición de par máximo.

Las Figuras 21-28 muestran dos realizaciones según la invención para frenos de compensación de fluido viscoso. Al igual que las realizaciones anteriores, ambas unidades se llenan con un fluido de silicona de alta viscosidad o similar. Ambos diseños utilizan un eje que hace girar componentes que tienen miembros que se expanden radialmente. Los miembros que se expanden radialmente se expanden en respuesta a la velocidad de giro para aumentar el par de frenado al disminuir el hueco de esfuerzo cortante del fluido viscoso. En la realización de las figuras 21-24, el dispositivo se muestra con un diámetro exterior liso en las zapatas de freno 614 que interactúa con una pared interior lisa o un diámetro interior en el alojamiento 16. La realización mostrada en las Figuras 25-28 utiliza geometría de tipo laberinto en el área de interacción, pero podría usarse de tipo liso o laberinto con ambos conceptos.

La Figura 21 es una vista en perspectiva superior del único conjunto de freno. La Figura 22 es una vista en sección vertical de la Figura 21 que muestra el cubo 612 y las zapatas de freno 614. Las Figuras 23 y 24 muestran una vista inferior del conjunto con el alojamiento retirado. Las zapatas de freno 614 están en la posición de par mínimo, empujándose allí por resortes integrales 616. El cubo 612 está asegurado al eje 14 para girar con el eje 14. El cubo 612 incluye postes de pivote 618 alrededor de los que pueden pivotar las zapatas de freno 614, respectivamente. Las zapatas de freno 614 incluyen superficies exteriores 620 que están curvadas sustancialmente en correspondencia con la pared interior del alojamiento 16. A medida que las zapatas de freno 614 pivotan sobre los postes de pivote 618, las superficies exteriores curvas 620 de las zapatas de freno 614 se desplazan radialmente hacia fuera hacia la pared interior del alojamiento 16. La cantidad de pivote/desplazamiento de las zapatas de freno 614 varía de acuerdo con la velocidad de giro del eje 14.

La posición de par mínimo mostrada es la posición de las zapatas 614 cuando la unidad está en reposo o cuando gira muy lentamente. Los bordes de ataque 622 de las zapatas tienen una forma tal que a medida que aumenta la velocidad de giro, las zapatas 614 pivotarán hacia fuera contra la fuerza del resorte 616 para disminuir el hueco de corte de fluido en el exterior de las zapatas 614, aumentando así el par de frenado. Es decir, las zapatas de freno 614 pivotan radialmente hacia fuera mediante el giro del eje 14 en una cantidad que varía de acuerdo con la velocidad de giro del eje 14. En una disposición, los bordes de ataque 622 de las zapatas de freno 614 son ahusados, aunque pueden ser adecuadas otras formas. Las zapatas 614 pueden configurarse para presionar contra la pared interior del alojamiento 16 para añadir un componente de fricción mecánica al par de frenado.

La Figura 25 es una vista en perspectiva superior de un único conjunto de freno alternativo. Las Figuras 26 y 27 son vistas en sección vertical. El alojamiento 16 puede estar provisto de anillos laberínticos 720 en la pared interior. Los anillos 720 se pueden mecanizar o moldear con el alojamiento 16, o los anillos 720 pueden tener la forma de un inserto 722 asegurado en el alojamiento 16. Como se muestra en la Figura 26, un sello 724 tal como una junta tórica o similar sella una junta entre el alojamiento 16 y el inserto 722.

En esta realización, el miembro que se expande radialmente puede incluir segmentos laberínticos 726 que se pueden desplazar entre una posición contraída (Figura 26) y una posición expandida (Figura 27). Los segmentos 726 están dimensionados y posicionados para interactuar con los anillos laberínticos 720 en la posición expandida. El miembro que se expande radialmente también incluye una sección de rotor 728 que está fijada al eje 14 y brazos de segmento 730 acoplados con la sección de rotor 728. Como se muestra, los segmentos laberínticos 726 están dispuestos en superficies exteriores de los brazos de segmento 730. Una sección de resorte 732 actúa entre la sección de rotor 728 y los brazos de segmento 730 y empuja los brazos de segmento 730 hacia la posición contraída. En una disposición, la sección del rotor, la sección de resorte y los brazos del segmento pueden ser solidarios entre sí.

En la Figura 26, el rotor 712 está en la posición de par mínimo (en reposo o a baja velocidad), y en la Figura 27, el rotor 712 se está acercando a la posición de par máximo. El rotor 712 incluye una pluralidad de palas de hélice 718 en ángulo en la parte superior del rotor 712 acopladas con cada uno de los brazos de segmento 730. A medida que aumenta la velocidad con respecto a la configuración de la Figura 26, las palas del impulsor 718 fuerzan los segmentos del rotor hacia fuera, y los segmentos laberínticos 726 en el rotor 712 interactúan con los anillos laberínticos 720 en el alojamiento 16 para disminuir el hueco de corte del fluido y aumentar así el par de frenado. Es decir, las palas del impulsor 718 están configuradas y colocadas para desviar los brazos de segmento 730 contra una fuerza de la sección de resorte 732 hacia la posición expandida mediante el giro del eje 14 en una cantidad que varía de acuerdo con la velocidad de giro del eje 14.

La Figura 28 es una vista en perspectiva superior del único rotor 712. El rotor 712, como se muestra, es una sola pieza que puede moldearse de un plástico elástico. El rotor podría construirse también como un conjunto de varias piezas si se desea.

Las Figuras 29-36 muestran aún otra configuración alternativa del conjunto de freno. En principio, es similar a las otras realizaciones descritas. El movimiento axial, sin embargo, funciona con palas de tipo impulsor en lugar de una rosca, y varios anillos concéntricos giran muy cerca de varios anillos estacionarios para crear la acción de frenado viscoso.

La Figura 29 es una vista lateral del dispositivo 800 instalado en un rociador giratorio de ejemplo. Normalmente, los rociadores operan en una amplia gama de tamaños de boquillas y presiones de línea. La Figura 30 es una sección transversal vertical de la Figura 29. La Figura 31 muestra el conjunto de freno 800 que incluye el alojamiento 16, el eje 14 y el rotor 812. Como en realizaciones anteriores, el alojamiento 16 se llena de un fluido de silicona de alta viscosidad. En la Figura 31, el freno está en reposo o gira muy lentamente, y el rotor 812 está en la posición elevada o de bajo esfuerzo cortante, empujándose a esa posición por el resorte de compresión 38. En la posición mostrada en la Figura 31, el par de frenado es mínimo debido a las holguras relativamente grandes entre los miembros giratorio y estacionario. Cuando se aplica un par al eje 14, el rotor 812 gira más rápido, lo que hace que las palas del impulsor exteriores 818 (y en menor medida, las palas que conectan los anillos del rotor) empujen el rotor 812 hacia abajo contra la fuerza del resorte 38. La Figura 32 muestra el rotor 812 en su posición más baja, lo que crea un frenado máximo al crear áreas grandes con un hueco de fluido mínimo. Dependiendo del par aplicado al eje 14, el rotor 812 flotará verticalmente entre las posiciones mínima y máxima, encontrando un equilibrio axial entre la carga del resorte y las cargas del impulsor.

La Figura 33 es una vista en perspectiva del alojamiento 16 que muestra las aberturas 820 cortadas en los anillos interiores para permitir que el fluido se mueva de un lado del rotor al otro mientras el rotor se mueve axialmente. Las Figuras 34-36 son varias vistas en perspectiva del rotor 812 que muestran las palas del impulsor 818. Como se muestra en las Figuras 31 y 32, el cubo 822 se mecaniza preferiblemente a partir de material cuadrado de latón y se ajusta a presión sobre el eje para permitir la transmisión del par al rotor mientras que también permite el movimiento axial del rotor. El cubo 822 proporciona también soporte para el resorte de compresión 38.

Los rociadores de ejemplo de las Figuras 29 y 30 se muestran en la posición utilizada cuando el agua se suministra a través de un tubo de caída, pero el mismo rociador se usa a menudo en la posición invertida, por ejemplo, encima de una máquina de riego de pivote central.

Las Figuras 37-42 muestran otra realización alternativa. La Figura 37 es una sección transversal del conjunto 900 cuando está en posición de reposo y posición de baja velocidad. La unidad se llena de un fluido viscoso. El rotor 912 está empujado a la posición hacia arriba por un resorte de torsión 938. El cubo roscado 922 se ajusta a presión al eje 14 de modo que gire con el eje. Cuando comienza a girar, el rotor 912 gira también con el cubo roscado 922, hasta el momento en que la velocidad de giro sea lo suficientemente alta como para que el esfuerzo cortante viscoso entre el rotor 912 y el alojamiento 16 sea lo suficientemente alto para superar el resorte de torsión 938 y el esfuerzo cortante viscoso entre el rotor 912 y el cubo roscado 922 para hacer girar el rotor 912 en relación con el cubo roscado 922. El rotor 912 incluye un segmento roscado 926 (similar al segmento roscado 526 descrito con referencia a las Figuras 17 20) acoplado con el cubo roscado 922. El giro relativo entre el rotor 912 y el cubo roscado 922 impulsa el rotor 912 hacia la posición mostrada en la Figura 38 en virtud del segmento roscado 926 acoplando las roscas del cubo roscado 922. En esta posición, el extremo inferior del rotor está en contacto con el alojamiento, creando un par de fricción mecánico además del par de esfuerzo cortante viscoso. La Figura 39 es una vista detallada del cubo roscado 922 y del resorte de torsión 938. Las Figuras 40 y 41 son vistas diferentes del rotor 912, y la Figura 42 es una vista detallada del resorte de torsión 938.

Las Figuras 43-47 muestran una realización alternativa que utiliza ranuras de bolas con rampa helicoidales para desplazar axialmente el rotor sobre el eje. Un conjunto de cubo 1012 incluye un miembro de cubo 1013 asegurado al eje 14 para girar con el eje 14. El rotor 1014 está acoplado con el eje 14 por medio del elemento de cubo 1013 en un acoplamiento por fricción. Como se muestra, el miembro de cubo 1013 incluye un saliente 1016 que soporta un miembro de resorte 1038 entre el miembro de cubo 1013 y un saliente 1018 en una superficie interna del rotor 1014.

El conjunto de cubo 1012 incluye también un miembro de ranura de bola con rampa 1020 asegurado al miembro de cubo 1013 para girar con el eje 14. El miembro 1020 de ranura de bola con rampa incluye una primera ranura de bola con rampa 1022. El rotor 1014 incluye una segunda ranura de bola con rampa 1024 dispuesta en una relación de enfrentamiento cooperable con la primera ranura de bola con rampa 1022 como se muestra en la Figura 43. Al menos una bola 1026 está colocada entre la primera ranura de bolas con rampa 1022 y la segunda ranura de bolas con rampa 1024. En las Figuras 46 y 47 se muestran, respectivamente, vistas en perspectiva detalladas del miembro de ranura de bola con rampa 1020 y el rotor 1014. El miembro de ranura de bola con rampa 1020 y el rotor 1014 están configurados de tal forma que el giro del eje 14 y el miembro de ranura de bola con rampa 1020 con respecto al rotor 1014 efectúe el desplazamiento axial del rotor 1014 en el eje 14 mediante el desplazamiento de la primera ranura de bola con rampa 1022 con respecto a la segunda ranura de bola con rampa 1024. En una construcción preferida, el conjunto utiliza dos primeras ranuras de bolas con rampa 1022, dos segundas ranuras de bolas con rampa 1024 y dos bolas 1026.

Al igual que las realizaciones descritas anteriormente, el alojamiento 16 puede incluir una pared interior que tiene una sección ahusada 1028. Por tanto, se varía una cantidad de holgura entre el rotor 1014 y la pared interior del alojamiento basándose en una posición axial del rotor 1014 en el eje 14. La Figura 45 muestra el rotor en una posición de par máximo con el rotor 1014 sustancialmente coincidente con la sección ahusada 1028 de la pared interior del alojamiento. Por tanto, el rotor se puede desplazar mediante las ranuras de bolas con rampa 1022, 1024 entre una posición de par bajo (Figura 44) y una posición de par alto (Figura 45).

Como en realizaciones anteriores, el alojamiento 16 se llena de fluido viscoso, de forma que a medida que aumenta la velocidad de giro, el par en el rotor 1014 aumenta, lo que acciona el rotor 1014 hacia abajo contra el resorte 1038 debido a la acción de las ranuras de bolas con rampa 1022, 1024 y las bolas 1026. A medida que disminuye la velocidad de giro, el par en el rotor 1014 disminuye, y el resorte 1038 devuelve el rotor 1014 hacia la posición de par mínimo debido a la acción de las ranuras de bolas con rampa 1022, 1024 y las bolas 1026. El diseño de esta realización utiliza una conexión de menor fricción para devolver más fácilmente el rotor 1014 a la posición de par mínimo cuando el par de entrada se reduce o cesa.

Los resortes de equilibrio en las diversas realizaciones se pueden reemplazar con imanes orientados de forma opuesta para generar la fuerza de equilibrio.

El conjunto de freno se puede montar en varias disposiciones, incluidas aquellas donde el eje puede ser impulsado por un engranaje, en lugar de directamente por una placa deflectora, como cuando se usa en un Big Gun Rotator™.

Si bien la invención se ha descrito en conexión con lo que se considera actualmente que son las realizaciones más prácticas y preferidas, debe entenderse que la invención no debe limitarse a las realizaciones divulgadas, sino, por el contrario, se pretende que cubra diversas modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de control de velocidad de giro para un rociador que incluye una placa deflectora, comprendiendo el dispositivo de control de velocidad de giro:

un alojamiento (16) que contiene un fluido viscoso;

un eje (14) dispuesto en el alojamiento (16) y que puede girar en el alojamiento, en donde la placa deflectora se sujeta al eje para accionar la rotación del eje en el alojamiento; y

un miembro que se expande radialmente acoplado con el eje (14) para girar con el eje (14) en el alojamiento (16) en el fluido viscoso, siendo desplazable el miembro que se expande radialmente entre una posición contraída y una posición expandida por el fluido viscoso que actúa en el miembro que se expande radialmente (614) en donde el miembro que se expande radialmente se desvía hacía la posición contraída.

2. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el miembro que se expande radialmente se configura de modo que el miembro que se expande radialmente se separa una primera distancia desde una pared interior del alojamiento (16) en la posición contraída y una segunda distancia desde la pared interior del alojamiento (16) en la posición expandida, y en donde la segunda distancia es menor que la primera distancia.

3. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el miembro que se expande radialmente se desvía hacia la posición contraída mediante un resorte.

4. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el miembro que se expande radialmente comprende: un cubo (612) sujeto al eje (14); y al menos una zapata de freno (614) acoplada al cubo (612), en donde la zapata de freno (614) es desplazable radialmente en el alojamiento (16) en relación con el cubo (612).

5. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el miembro que se expande radialmente comprende además un resorte que conecta la zapata de freno (614) con el cubo (612).

6. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el miembro que se expande radialmente comprende dos zapatas de freno (614).

7. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 6, en donde las zapatas de freno (614) comprenden superficies exteriores (620) que se curvan sustancialmente en correspondencia a una pared interior del alojamiento (16), y en donde las zapatas de freno (614) pueden pivotar en relación con el cubo (612) mediante el resorte que conecta cada una de las zapatas de freno (614) al cubo (612).

8. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 7, en donde unos bordes de ataque de las zapatas de freno (614) están separados de modo que las zapatas de freno (614) pivotan radialmente hacia fuera por rotación del eje (14) por una cantidad que varía según una velocidad de giro del eje (14).

9. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 4, en donde un borde de ataque de la zapata de freno (614) tiene forma tal que la zapata de freno (614) pivota radialmente hacia fuera por rotación del eje (14) en una cantidad que varía según una velocidad de giro del eje (14).

10. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además anillos laberínticos (720) dispuestos en una pared interior del alojamiento (16), en donde el miembro que se expande radialmente comprende segmentos laberínticos (726) que interactúan con los anillos laberinticos (720) en la posición expandida.

11. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el miembro que se expande radialmente comprende además una sección de rotor (728) fija al eje (14) y brazos de segmento (730) acoplados con la sección de rotor (728), en donde los segmentos laberínticos (726) se disponen en una superficie exterior de los brazos de segmento (730).

12. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el miembro que se expande radialmente comprende además una sección de resorte (732) entre la sección de rotor (728) y los brazos de segmento (730), desviando la sección de resorte (732) el miembro que se expande radialmente hacia la posición contraída.

13. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el miembro que se expande radialmente comprende además una pala de hélice (718) acoplada con cada uno de los brazos de segmento (730).

14. Un dispositivo de control de velocidad de giro de acuerdo con la reivindicación 13, en donde las palas de hélice (718) están conformadas y colocadas para desviar los brazos de segmento (730) contra una fuerza de la sección de resorte (732) hacia la posición expandida por rotación del eje (14) en una cantidad que varía según una velocidad de giro del eje (14).

15. Un método para controlar una velocidad de giro de un deflector de agua en un dispositivo de riego, estando conectado el deflector de agua a un eje de giro (14) dispuesto en un alojamiento (16) que contiene un fluido viscoso, en donde el eje (14) puede girar en el alojamiento (16), comprendiendo el método:

sujetar un miembro que se expande radialmente al eje (14);

girar el eje (14) y el miembro que se expande radialmente en el fluido viscoso en el alojamiento (16); desplazar el miembro que se expande radialmente entre una posición contraída y una posición expandida en función de una velocidad de giro del miembro que se expande radialmente y en función del fluido viscoso que actúa en el miembro que se expande radialmente; y

desviar el miembro que se expande radialmente hacia la posición contraída.