ES2984984A1 - PUMPING PRESSURE INTENSIFIER SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
SISTEMA INTENSIFICADOR DE PRESIÓN DE BOMBEOPUMPING PRESSURE INTENSIFIER SYSTEM
Sector de la técnicaTechnical sector
La presente invención está relacionada con la industria dedicada al bombeo de un fluido como agua o aceite a alta presión para su aplicación a dispositivos que requieren de dicha alta presión para su funcionamiento. The present invention is related to the industry dedicated to pumping a fluid such as water or oil at high pressure for its application to devices that require said high pressure for their operation.
Estado de la técnicaState of the art
En la mayoría de la maquinaria hidráulica empleada en la actualidad, la presión normalmente empleada de 2 a 10 bar puede no ser suficiente para operar ciertos mecanismos y aplicaciones como puede ser el corte por chorro de agua. A menudo, para satisfacer la necesidad de un requisito de alta presión es necesario el uso de un intensificador o multiplicador de presión hidráulico que aumenta la presión de cualquier fluido líquido con ayuda de la energía hidráulica disponible a partir de una cantidad de líquido a baja presión. In most hydraulic machinery used today, the normally used pressure of 2 to 10 bar may not be sufficient to operate certain mechanisms and applications such as water jet cutting. Often, to meet the need for a high pressure requirement, the use of a hydraulic pressure intensifier or multiplier is necessary, which increases the pressure of any liquid fluid with the help of the hydraulic energy available from a low pressure quantity of liquid.
Para la parte hidráulica de un dispositivo de alta presión es necesaria la entrega eficiente a largo plazo, la controlabilidad en caso de paradas o bloqueos evitando picos de sobrepresión y baja pulsación en la parte de alta presión del dispositivo. Es muy importante minimizar los efectos de golpes de ariete y sobrecargas que producen el deterioro y mal funcionamiento de los elementos de la instalación. For the hydraulic part of a high-pressure device, efficient long-term delivery is necessary, as well as controllability in the event of stops or blockages, avoiding overpressure peaks and low pulsation in the high-pressure part of the device. It is very important to minimize the effects of water hammer and overloads that cause deterioration and malfunction of the installation elements.
Una de las soluciones empleadas en la actualidad para cumplir estos requisitos y minimizar problemas es el uso de bombas de aceite de pistones axiales de caudal variable. En estas bombas el motor gira a velocidad constante y es la propia bomba hidráulica la que, mediante un mecanismo interno de compensación, baja o sube el caudal a demanda del circuito aguas abajo, manteniendo la presión incluso a caudal cero. Sin embargo, este tipo de bombas, aunque adecuadas, generan un alto nivel de ruido. One of the solutions currently used to meet these requirements and minimize problems is the use of variable-displacement axial piston oil pumps. In these pumps, the motor runs at a constant speed and it is the hydraulic pump itself that, through an internal compensation mechanism, lowers or raises the flow rate on demand of the downstream circuit, maintaining the pressure even at zero flow. However, this type of pump, although suitable, generates a high noise level.
Una solución alternativa del estado de la técnica es la divulgada en el documento de Patente Europea EP2610490 cuya solución comprende un accionamiento para un intensificador de presión en el que esencialmente se utiliza como accionamiento hidráulico una bomba de caudal constante accionada por un servomotor, donde la velocidad del servomotor es eléctricamente controlable, ajustable y/o conmutable por medios en el lado de baja presión y/o por medios en el lado de alta presión del sistema. De forma que existe un lazo cerrado de regulación de la velocidad del motor. An alternative state-of-the-art solution is disclosed in European Patent EP2610490, the solution of which comprises a drive for a pressure intensifier in which essentially a constant flow pump driven by a servomotor is used as a hydraulic drive, where the speed of the servomotor is electrically controllable, adjustable and/or switchable by means on the low pressure side and/or by means on the high pressure side of the system. In such a way that there is a closed loop for regulating the speed of the motor.
Objeto de la invenciónObject of the invention
Con la finalidad de solucionar los problemas técnicos comentados hasta el momento, además de aportar ventajas adicionales que se pueden derivar más adelante, la presente invención proporciona Sistema intensificador de presión de bombeo para un dispositivo de alta presión, que comprende una bomba de husillo accionada por un servomotor configurado para mantener un par constante sin intermediación de medios de regulación de la velocidad externos al servomotor, comprendiendo el sistema unos medios de control del cambio del sentido de giro del servomotor para accionamiento alternativo de la bomba de husillo. In order to solve the technical problems discussed so far, in addition to providing additional advantages that may be derived later, the present invention provides a pumping pressure intensifier system for a high-pressure device, comprising a spindle pump driven by a servomotor configured to maintain a constant torque without the intermediation of speed regulation means external to the servomotor, the system comprising means for controlling the change in the direction of rotation of the servomotor for alternative drive of the spindle pump.
Gracias a esta configuración se mantiene la presión en la instalación y se compensan picos de sobrepresión en paradas o bloqueos, o baja pulsación en la parte de alta presión, sin ser necesario un lazo de control de regulación como en el estado de la técnica. Resulta una instalación más sencilla y económica al prescindir de medios de regulación que realicen mediciones en la parte de baja y/o alta presión del sistema para enviar dicha información al servomotor para su regulación como en las soluciones conocidas. Thanks to this configuration, the pressure in the system is maintained and overpressure peaks are compensated during stops or blockages, or low pulsation in the high pressure part, without the need for a regulation control loop as in the state of the art. It is a simpler and more economical installation as it does not require regulation means that take measurements in the low and/or high pressure part of the system to send said information to the servomotor for regulation as in known solutions.
Con la solución de la presente invención se proporciona una presión constante independientemente del volumen succionado por la bomba, de manera que el servomotor, por su propia configuración de funcionamiento a par constante, durante el bombeo atiende al parámetro del par y si el volumen de fluido demandado disminuye, la velocidad de giro del servomotor disminuye, y si la bomba absorbe más volumen de fluido, la velocidad de giro del servomotor aumenta. With the solution of the present invention, a constant pressure is provided independently of the volume sucked by the pump, so that the servomotor, due to its own configuration of constant torque operation, during pumping responds to the torque parameter and if the volume of fluid demanded decreases, the speed of rotation of the servomotor decreases, and if the pump absorbs a greater volume of fluid, the speed of rotation of the servomotor increases.
Esta “autorregulación” no es tan precisa como la que se lleva a cabo por un sistema con un lazo cerrado de regulación de velocidad como en el estado de la técnica porque pueden existir pérdidas por calentamiento, roces, etc., sin embargo, en la aplicación, esta “autorregulación” del accionamiento eléctrico a par constante es suficiente para mantener los requerimientos de la instalación, proporcionando una alta presión constante en los dispositivos de alta presión como pueden ser corte por chorro de agua, evitando sobrepresiones que puedan dañar los componentes de la instalación. This “self-regulation” is not as precise as that carried out by a system with a closed speed regulation loop as in the state of the art because there may be losses due to heating, friction, etc. However, in the application, this “self-regulation” of the constant torque electric drive is sufficient to maintain the installation requirements, providing a constant high pressure in high pressure devices such as water jet cutting, avoiding overpressures that may damage the installation components.
Según una realización preferente de la invención, los medios de control del cambio del sentido de giro del servomotor son al menos un encoder instalado en el propio servomotor. According to a preferred embodiment of the invention, the means for controlling the change in the direction of rotation of the servomotor are at least one encoder installed in the servomotor itself.
De este modo el servomotor gira alternativamente a par constante en una y otra dirección para que a su vez una tuerca de husillo accionada por el servomotor accione el husillo en uno u otro sentido determinando en qué momento deberá hacerse el cambio de sentido de giro mediante dicho encoder. In this way, the servomotor rotates alternately at a constant torque in one direction or another so that in turn a spindle nut actuated by the servomotor drives the spindle in one direction or another, determining when the direction of rotation must be changed by means of said encoder.
Según otra realización preferente de la invención, los medios de control del cambio sentido de giro del servomotor son unos finales de carrera dispuesto en el desplazamiento de la bomba de husillo. Con esta configuración, se llevará un control de cambio del sentido de giro del servomotor preciso sin necesidad del empleo de encoders. According to another preferred embodiment of the invention, the control means for changing the direction of rotation of the servomotor are limit switches arranged in the movement of the spindle pump. With this configuration, precise control of the change in the direction of rotation of the servomotor will be achieved without the need to use encoders.
Descripción de las figurasDescription of the figures
La figura 1 muestra una vista esquemática del sistema intensificador de presión objeto de la invención. Figure 1 shows a schematic view of the pressure intensifier system object of the invention.
Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention
A la vista de la mencionada figura, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar un ejemplo no limitativo de realización preferente de la invención, donde se puede ver como un servomotor (2) configurado para mantener un par constante se dispone acoplado a una bomba de husillo (1), acoplándose a una tuerca (1.1) de la bomba de husillo (1) de forma que al girar dicha tuerca (1.1) se acciona el husillo de la bomba de husillo (1) para aumentar la presión de salida. In view of the aforementioned figure, and in accordance with the numbering adopted, a non-limiting example of a preferred embodiment of the invention can be observed, where it can be seen how a servomotor (2) configured to maintain a constant torque is coupled to a spindle pump (1), coupling to a nut (1.1) of the spindle pump (1) such that when said nut (1.1) is turned, the spindle of the spindle pump (1) is actuated to increase the output pressure.
La bomba de husillo (1) se alimenta de fluido, preferentemente aceite o agua a baja presión de entre 2 - 10 bares. De forma que se aumenta dicha baja presión a una presión más alta correspondiente con la presión de trabajo, siendo dicha presión de trabajo la presión a la salida de la bomba de husillo (1) de por ejemplo 3000 bares. Esta bomba de husillo (1) recibe alimentación de fluido de una acometida (3), pudiendo ser a baja, o a media presión con objeto de que el sistema proporcione una alta presión a ese fluido. Una vez alcanzada la presión de trabajo, será aplicada en un dispositivo de alta presión (5) como puede ser una máquina de corte por chorro de agua. The spindle pump (1) is supplied with fluid, preferably oil or water at a low pressure of between 2 - 10 bars. In such a way that said low pressure is increased to a higher pressure corresponding to the working pressure, said working pressure being the pressure at the outlet of the spindle pump (1) of for example 3000 bars. This spindle pump (1) receives fluid supply from a connection (3), which may be at low or medium pressure so that the system provides a high pressure to said fluid. Once the working pressure is reached, it will be applied to a high pressure device (5) such as a water jet cutting machine.
Debido a las altas presiones en las que se trabaja, los materiales y elementos de la instalación son proclives a su deterioro o daño debido a paradas o bloqueos que derivan en golpes de ariete y picos de sobrepresión, y baja pulsación en la parte del sistema de alta presión. Due to the high pressures under which work is carried out, the materials and elements of the installation are prone to deterioration or damage due to stops or blockages that result in water hammer and overpressure peaks, and low pulsation in the high-pressure part of the system.
Para evitar estos problemas, el sistema objeto de la invención comprende el servomotor (2) configurado para proporcionar un par constante atendiendo a dicho parámetro del par durante el bombeo. El servomotor (2), y dada su propia configuración de funcionamiento a par constante, busca cambiar su velocidad automáticamente hasta que encuentra un equilibrio entre el par que genera el servomotor (2) y la resistencia que encuentra en el bombeo. To avoid these problems, the system object of the invention comprises the servomotor (2) configured to provide a constant torque according to said torque parameter during pumping. The servomotor (2), and given its own configuration of constant torque operation, seeks to change its speed automatically until it finds a balance between the torque generated by the servomotor (2) and the resistance it encounters during pumping.
Si por ejemplo el diámetro de la boquilla del chorro de agua sufre un desgaste y aumenta su sección, el nuevo punto de equilibrio del sistema, para un par dado, estará en una mayor velocidad de rotación del servomotor (2). Del mismo modo, si por suciedad en la boquilla, por estar el aceite más frío disminuye su sección o se cierra completamente la boquilla, el equilibrio de par hará que la velocidad del servomotor disminuya automáticamente o incluso se podrá llegar a detener, encontrando en cada momento un punto de equilibrio para el par fijo del servomotor (2). If, for example, the diameter of the water jet nozzle is worn and its section increases, the new equilibrium point of the system, for a given torque, will be at a higher rotation speed of the servomotor (2). Likewise, if due to dirt in the nozzle, because the oil is colder, its section decreases or the nozzle is completely closed, the torque balance will automatically cause the speed of the servomotor to decrease or it may even stop, finding at each moment an equilibrium point for the fixed torque of the servomotor (2).
La bomba de husillo (1) será preferentemente de husillo de bolas, pudiendo disponer de manera alternativa otro tipo de elementos de rodadura como por ejemplo rodillos. Asimismo, en el ejemplo de realización práctica se ha seleccionado una bomba de husillo (1) con una única tuerca (1.1) accionada por el servomotor (2), sin embargo, se contemplan otras realizaciones de bombas de husillo que comprendan dos o más tuercas, tanto a derechas o a izquierdas, o combinadas. La bomba de husillo pudiendo tener sistemas antirrotación del vástago de la bomba como medios de guiado longitudinal del vástago destinados a oponerse al par de reacción que tiende a hacer girar el eje de actuación alrededor del mismo anulando el efecto de avance lineal buscado. Alternativamente, la bomba de husillo podrá carecer de dicho sistema antirrotación compensando esfuerzos por su propia configuración. Se contempla también una bomba de husillo en la que el vástago sea el que rote y sea la tuerca la que se desplace. Es decir, se contempla cualquier tipo de bomba de husillo, siendo siempre el objetivo el conseguir convertir el movimiento giratorio del servomotor en un movimiento longitudinal de desplazamiento axial alternativo del eje de la bomba a un émbolo para comprimir el fluido de trabajo proporcionando una salida de alta presión. The screw pump (1) will preferably be a ball screw pump, and may alternatively have other types of rolling elements such as rollers. Also, in the practical embodiment, a screw pump (1) with a single nut (1.1) driven by the servomotor (2) has been selected, however, other embodiments of screw pumps are contemplated that include two or more nuts, either right- or left-handed, or combined. The screw pump may have anti-rotation systems for the pump stem as longitudinal rod guiding means intended to oppose the reaction torque that tends to make the actuation axis rotate around it, cancelling the linear advance effect sought. Alternatively, the screw pump may lack said anti-rotation system, compensating for stresses due to its own configuration. A screw pump is also contemplated in which the stem rotates and the nut moves. That is, any type of spindle pump is contemplated, the objective always being to convert the rotary movement of the servomotor into a longitudinal movement of alternative axial displacement of the pump shaft to a piston to compress the working fluid providing a high pressure output.
Según una realización preferente, el servomotor comprende un encoder (4) instalado en el propio servomotor (2) mediante el cual se controla el cambio del sentido de giro para el funcionamiento alternativo de la bomba de husillo (1). According to a preferred embodiment, the servomotor comprises an encoder (4) installed in the servomotor (2) itself by means of which the change in the direction of rotation for the alternative operation of the spindle pump (1) is controlled.
Así, el servomotor (2) acoplado a la bomba de husillo (1) hace girar una tuerca (1.1) de la bomba de husillo (1) teniendo, como es conocido, dicha tuerca (1.1) limitado su movimiento axial, de manera que hace que el husillo de la bomba de husillo (1) se mueva linealmente dentro de la tuerca (1.1) para producir el movimiento de bombeo. Thus, the servomotor (2) coupled to the spindle pump (1) rotates a nut (1.1) of the spindle pump (1) having, as is known, said nut (1.1) limited its axial movement, so that it makes the spindle of the spindle pump (1) move linearly within the nut (1.1) to produce the pumping movement.
Al invertir la dirección de rotación del servomotor (2) se puede hacer que el husillo se mueva alternativamente para dar movimiento alternativo a la bomba de husillo (1) para efectuar el suministro de fluido a alta presión desde las salidas de la bomba de husillo (1). Y como se ha mencionado anteriormente, dicha presión de salida se mantendrá constante por la autorregulación proporcionada por la propia configuración a par constante del servomotor (2) que atendiendo al parámetro del par regula la velocidad de giro de accionamiento de la bomba de husillo (1). By reversing the direction of rotation of the servomotor (2) the spindle can be made to move alternately to give reciprocating motion to the spindle pump (1) to effect the supply of high pressure fluid from the outlets of the spindle pump (1). And as mentioned above, said outlet pressure will be kept constant by the self-regulation provided by the constant torque configuration of the servomotor (2) itself, which, depending on the torque parameter, regulates the drive rotation speed of the spindle pump (1).
Según una realización alternativa de la invención, se disponen unos finales de carrera en el desplazamiento del husillo de la bomba de husillo (1), de forma que se controla el cambio del sentido de giro del servomotor (2) prescindiendo del encoder (4). According to an alternative embodiment of the invention, limit switches are arranged in the movement of the spindle of the spindle pump (1), such that the change in the direction of rotation of the servomotor (2) is controlled without using the encoder (4).
Por lo tanto, con el sistema objeto de la invención se obtiene un sistema de bombeo ventajoso que resulta menos ruidoso con respecto a las bombas de aceite de pistones de caudal variable empleadas en el estado de la técnica para la misma aplicación, y siendo un sistema más económico y sencillo que las soluciones con lazo de regulación que resultan más complejas tanto en su diseño e instalación como en su mantenimiento. Therefore, with the system object of the invention, an advantageous pumping system is obtained that is less noisy with respect to the variable flow piston oil pumps used in the state of the art for the same application, and is a more economical and simple system than solutions with a regulation loop that are more complex both in their design and installation as well as in their maintenance.
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2023
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Legal Events
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