BR0203724B1 - bomba de fluidos e placa de transferência de fluidos e sensor indutivo para bomba de fluidos. - Google Patents

bomba de fluidos e placa de transferência de fluidos e sensor indutivo para bomba de fluidos. Download PDF

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "BOMBA DEFLUIDOS E PLACA DE TRANSFERÊNCIA DE FLUIDOS E SENSOR IN-DUTIVO PARA BOMBA DE FLUIDOS"
A presente invenção refere-se a uma bomba de fluidos, a umaplaca de transferência de fluidos e a um sensor para bomba de fluidos, parti-cularmente aplicáveis a compressores lineares para detectar a posição dorespectivo pistão e evitar que este último venha a colidir com a placa detransferência de fluidos por ocasião de variações nas condições de operaçãodo compressor, ou mesmo variações na tensão de alimentação.
Descrição do Estado da Técnica
Um compressor linear compreende basicamente um pistão des-locável axialmente em um corpo vazado, usualmente um cilindro, sendo afunção do pistão de comprimir o gás utilizado no ciclo de refrigeração. O me-canismo de compressão do gás se dá pelo movimento axial do pistão, sendoque no final do curso do dito pistão, estão posicionadas as válvulas de suc-ção e de descarga, as quais regulam a entrada e saída do gás no cilindro. Opistão é acionado por um atuador, o qual é formado por um suporte e umimã, que é acionado por uma bobina, este conjunto sendo acionado aindapor uma mola helicoidal formando um conjunto ressonante do compressor.
O conjunto ressonante acionado pelo motor linear, tem a funçãode desenvolver um movimento alternativo linear, fazendo com que o movi-mento do pistão no interior do cilindro exerça uma ação de compressão dogás admitido pela válvula de sucção, até o ponto em que ele pode ser des-carregado para o lado de alta pressão, através da válvula de descarga.
Variações nas condições de operação do compressor, ou mes-mo variações na tensão de alimentação podem fazer com que o conjuntoressonante se desloque mais do que o necessário, fazendo com que o pis-tão se colida com o seu final de curso, provocando ruídos e até mesmo da-nos no compressor, sendo, portanto, necessário um meio de controle damovimentação do pistão.
Várias soluções para controlar o movimento do pistão já forampropostas, como aquela revelada no documento EP 0 398 012 que descreveum sensor localizado no final do curso de um pistão de um atuador. Tal atu-ador sendo construído a partir de um disco fabricado com material condutorpara possibilitar, assim, a determinação da distância entre o pistão e o finaldo curso do cilindro através de um sensor magnético para evitar a colisão dopistão com o final de curso do cilindro. Um dos inconvenientes desta soluçãoé de que o posicionamento do sensor da forma proposta faz com que omesmo fique submetido à pressão interna do cilindro o que resulta em com-plicações de hermeticidade do equipamento, além de complicações nas co-nexões elétricas do sensor, por estar este submetido a áreas de pressãoelevada, podendo causar o seu mal funcionamento com o passar do tempo.
Uma outra solução do estado da técnica é revelada no docu-mento US 4.924.675, que descreve um compressor linear dotado de umsensor magnético que detecta a posição do curso do pistão através do fluxomagnético criado entre o sensor e um imã existentes no pistão. O posicio-namento do sensor na estrutura externa ao do curso do pistão no cilindro,faz com que esta parede existente entre sensor e pistão seja um obstáculopara a passagem do fluxo magnético necessário para a detecção do cursodo pistão.
Ainda uma outra solução do estado da técnica é descrita no do-cumento DE 3246731, que revela um sensor posicionado no final de cursode um pistão, mas protuberante à estrutura do cilindro. Com tal construção,pode ocorrer o choque do pistão com o final do curso e a conseqüente que-bra ou avaria do sensor de posição.
Uma outra solução do estado da técnica é descrita no documen-to US 6.084.320, que revela um sensor de posição posicionado no início docurso e fixado no corpo do pistão. Como nesta solução o sensor se movi-menta juntamente com o pistão, a possibilidade deste sofrer danos com amovimentação é grande e sendo, assim, esta configuração pouco confiável,além de trazer complicações na montagem do equipamento.
Ainda outras soluções descritas, por exemplo nos documentosUS 4.471.304, US 5.455.509 e EP 0 271 878, revelam o posicionamento dosensor para detecção do curso do pistão na lateral do cilindro e sem umaproteção adequada para os mesmos, sendo o inconveniente nestes casos anecessidade da provisão de uma camada magnética no pistão para a detec-ção de sua posição, limitando o uso de tipos de pistão nestas configurações.
Um problema existente nas técnicas anteriores é o fato de queum sensor provido em um compressor é submetido a pressões variáveis queoscilam entre a pressão mínima do gás ou fluido a ser comprimido e a pres-são máxima do gás ou fluido comprimido pelo compressor. Tal variação depressão, pode causar problemas de hermeticidade ao compressor: (i) já queo gás ou fluido comprimido pode vazar no local de posicionamento do sensore, (ii) ao circuito de monitoramento de movimento do pistão do compressor,já que as conexões elétricas do sensor podem ser prejudicadas pelas altaspressões a que são submetidas as regiões onde o gás ou fluido é comprimi-do pelo pistão.
Outras abordagens do problema estão, por exemplo, descritasno documento PI0001404 onde é descrito um sensor para detecção do pis-tão que evite o choque do mesmo com o cabeçote do cilindro, dotado desonda elétrica cooperante a um circuito de controle. Neste caso, a detecçãoda proximidade do pistão com o final de curso deste é feita pelo contato elé-trico do pistão com o sensor. Apesar de atender às necessidades e evitar oimpacto do pistão, a solução usando-se contato físico do sensor com o pis-tão pode gerar ruído elétrico, o que pode interferir com a precisão da medi-ção.
Tendo em vista os inconvenientes acima citados, a presente in-venção revela melhorias na área de compressores dotados de sensor deposição para pistão.
Objetivos da Invenção
Um dos objetivos da presente invenção é prover uma bomba defluidos, uma placa de transferência de fluidos bem como um sensor indutivopara bomba de fluidos, em uma configuração tal que possibilite a indicar daposição de um pistão no interior de um compressor linear.
Um outro objetivo da presente invenção é prover um protetorisolante para um sensor indutivo de posição para pistão de um compressorlinear.
Ainda um outro objetivo da presente invenção é de prover umsensor de posição do pistão em uma localização que não está submetida àsaltas pressões do compressor e que não sofra de interferências mecânicasentre o pistão e o sensor, através do isolamento do sensor indutivo do ambi-ente de alta pressão.
Ainda é objetivo da presente invenção prover um sensor quetenha baixo custo de fabricação e implementação e que ao mesmo tempotenha a confiabilidade desejada neste tipo de equipamento e que não apre-ente os inconvenientes das soluções do estado da técnica.
Breve Descrição da Invenção
Os objetivos da presente invenção são alcançados através deuma bomba de fluidos compreendendo um pistão axialmente deslocáveldentro de um cilindro, o cilindro compreendendo uma placa de transferênciade fluidos de fechamento do cilindro, o pistão deslocando-se em direção daplaca de transferência de fluidos, e a bomba de fluidos compreendendo umconjunto sensor que inclui um sensor indutivo associado à placa de transfe-rência de fluidos.
Os objetivos da presente invenção são também alcançados a-través de uma placa de transferência de fluidos particularmente aplicável auma bomba de fluidos e que compreende uma placa de válvulas provida deum orifício passante para associação de um protetor cooperante com o orifí-cio, o protetor compreendendo ao menos uma cavidade de sensor para as-sociação de um sensor indutivo.
Os objetivos da presente invenção são também alcançados a-través de um sensor indutivo para bomba de fluidos particularmente aplicá-vel na detecção da posição de um pistão, o pistão sendo axialmente deslo-cável em um cilindro, a bomba de fluidos compreendendo uma placa de vál-vulas, o sensor indutivo sendo instalado em um protetor, o protetor sendofixado em um orifício passante provido na placa de válvulas.
Breve Descrição dos Desenhos
A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descri-ta com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. Asfiguras mostram:
Figura 1 - é uma vista em corte de uma bomba de fluido com-preendendo um protetor de sensor conforme o objeto da presente invenção;
Figura 2 - é uma vista em corte em detalhe do protetor de sensorde posição conforme a presente invenção;
Figura 3 - é uma segunda concretização do protetor objeto dapresente invenção; e
Figura 4 - é uma em corte de uma terceira concretização prefe-rencial do protetor objeto da presente invenção.
Descrição Detalhada das Figuras
Como pode ser visto a partir das figuras 1 e 2, um compressorlinear 1 (ou bomba de fluido 1) compreende um pistão 2 axialmente deslocá-vel no interior de um cilindro 3, tal cilindro 3 sendo fechado usualmente emuma de suas extremidades com uma placa de transferência de fluidos 40que, por sua vez, compreende uma placa de válvulas 4 e um conjunto deválvulas de sucção 4a e de descarga 4b, estando estas válvulas de sucção4a e descarga 4b, associadas respectivamente às aberturas de sucção 4a' edescarga 4b' providas na placa de válvulas 4.
O compressor 1 é posicionado em um ambiente de baixa pres-são 11 preenchido com o gás ou fluido que será comprimido pelo compres-sor 1 através do movimento axial do pistão 2 no interior do cilindro 3 (ou am-biente de alta pressão 11' quando o gás ou fluido está comprimido) por in-termédio das válvulas de sucção 4a e de descarga 4b posicionadas na placade transferência 40 que regulam a entrada e saída de gás ou fluido no cilin-dro 3. O pistão 2 é movimentado por um motor 66 compreendendo um imã 6que é acionado por uma bobina 6' sendo uma mola helicoidal 7 montadacontra o pistão 2 de modo que esta fique sempre comprimida e formar umcircuito ressonante.
O circuito ressonante é o responsável pela movimentação linear,fazendo com que o pistão 2 execute o movimento linear desejado e, destamaneira, comprima o gás ou fluido proveniente do ambiente de baixa pres-são 11 que entra pela válvula de sucção 4a, até o ponto em que ele possaser descarregado para o lado ambiente de alta pressão 11', através da vál-vula de descarga 4b e direcionado para, por exemplo, um circuito de refrige-ração (não mostrado).
A amplitude de operação do pistão 2 do compressor 1 é regula-da com o equilíbrio da potência gerada pelo motor 66 e a potência consumi-da pelo mecanismo na compressão do gás e demais perdas. Para se obter omelhor rendimento do compressor 1 é necessário operar a uma amplitudeonde o pistão 2 se aproxima o máximo da placa de transferência de fluidos40. A amplitude de operação do pistão 2 deve ser conhecida com precisãopois se houver erros, a distância de segurança para evitar a colisão do pis-tão 2 com a placa de transferência de fluidos 40 terá que ser maior. Estacolisão pode danificar o compressor 1 dependendo de seu uso e aplicação.Ademais, deve ser previsto que, de acordo com o modelo de compressor 1onde o objeto da presente invenção for aplicado, a placa de transferência defluidos 40 pode ser configurada de maneiras distintas. Em alguns modelos, aválvula de sucção 4a projeta-se entre a placa de válvulas 4 e o pistão 2 con-forme fica evidenciado na figura 2. Neste caso o impacto ocorrerá contra aválvula de sucção 4a, e a força do impacto será descarregada na placa deválvulas 4 de maneira distinta daquela nos projetos de compressor onde oimpacto se dará diretamente sobre a citada placa de válvulas 4. Em ambosos casos, o impacto será descarregado sobre a placa de transferência defluidos 40, que compreende o placa de válvulas 4 e conjunto de válvulas desucção 4a e de descarga 4b.
Algumas soluções para este problema já foram discutidas noestado da técnica, mas todas as soluções apresentam inconvenientes já ci-tados.
De acordo com uma concretização preferencial da presente in-venção e conforme pode ser visto das figuras 1 e 2, de acordo com os ensi-namentos da presente invenção relacionados à bomba de fluidos, a placa detransferência de fluidos bem como o sensor indutivo para bomba de fluidos,é previsto um sensor indutivo 8 associado a um protetor 9 que, por sua vez,é associado à placa de transferência de fluidos 40 formando um conjuntosensor 98. O sensor indutivo 8 deverá ser posicionado de modo a emitir umcampo magnético em direção do pistão 2, para que este, quando em apro-ximação, interfira no citado campo magnético. Com isso, será possível pormeio um circuito eletrônico (não mostrado por não ser objeto da presenteinvenção) monitorar a distância do pistão com relação à placa de transferên-cia de fluidos 40.
Para viabilizar a montagem conjunto sensor 98, a placa de trans-ferência de fluidos 40 deverá compreender um orifício passante 10 para en-caixe do protetor 9 que irá isolar o ambiente de baixa pressão 11 da pressãoelevada que ocorre no interior do cilindro 3 quando em fase e compressãodo gás ou fluido.
O protetor 9, que é de formato análogo ao do orifício 10 e deve,preferencialmente, ser construído em formato cilíndrico, já que isso facilita aconstrução do orifício passante 10 e, por conseqüência, a fabricação docompressor 1, que pode ser fabricado com maior celeridade e com custosmais baixos.
Nesta configuração, o protetor 9 possui porções de encaixe 9c,porção aberta 9a e uma porção fechada 9b formando uma peça em formatosubstancialmente de um copo com uma cavidade de sensor 8' para acomo-dar um sensor magnético 8. Construtivamente, o protetor 9 é associado detal maneira que as porções de encaixe 9c cooperem com o orifício passante10 por interferência, isto é, as dimensões do protetor 9 devem ser minima-mente maiores que o orifício passante 10, para o esta fique firmemente as-sentada à placa de válvulas 4 e assim evitar o vazamento do gás ou fluidodo interior do cilindro 3, já que este - comprimido dentro do cilindro 3 - podechegar a pressões elevadas, por exemplo, de 30 bar acima da pressão doambiente de baixa pressão 11.
A porção fechada 9b ficará alinhada com a face interna 9b' daplaca de válvulas 4 e, por conta disso, não invadirá o orifício 10 do cilindro 3e, assim evitará os problemas de impacto do sensor com o pistão 2 resol-vendo os problemas de ruído de medição das técnicas anteriores. Ao mes-mo tempo, esta configuração permite que o sensor indutivo 8 fique posicio-nado exatamente no ponto necessário para que a colisão do pistão 2 sejaevitada já que a interpretação do valor da grandeza medida no sensor induti-vo 8 será diretamente proporcional à distância do pistão 2 com a placa deválvulas 4, o que facilita o monitoramento eletrônico do compressor 1.
A porção aberta 9a deixará a cavidade de sensor 8' exposta parao ambiente de baixa pressão 11 onde o sensor indutivo 8 é posicionado esendo fixado, preferencialmente, de encontro à porção fechada 9b do prote-tor 9 para a detecção da distância e posicionado preferencialmente no finalde curso do pistão 2. Como material para a fabricação do protetor 9, deve-seempregar um material que não bloqueie demasiadamente o fluxo magnéticodo sensor 8, podendo-se usar, por exemplo, o inox. Evidentemente pode-seempregar outros materiais metálicos compatíveis ou até materiais poliméri-cos desde que atendam às condições mecânicas e elétricas necessárias.
Com esta configuração atinge-se o objetivo de manter o sensor8 protegido do ambiente de alta pressão 11 além de permitir a passagemdas conexões elétricas 88 a um circuito eletrônico (não mostrado) para codi-ficação e interpretação dos sinais extraídos do sensor 8. Ainda, tendo emvista que a porção aberta 9a posicionada no ambiente de baixa pressão 11,não ocorrem interferências nas conexões elétricas 88, que poderiam ser afe-tadas pela constante flutuação da pressão. Outra vantagem evidente decor-rente do protetor objeto da presente invenção é o fato de que as conexõeselétricas 88 ficam com um acesso facilitado.
Uma outra vantagem decorrente da presente invenção está nofato de que o sensor indutivo 8 é diretamente cooperante com o materialconstituinte do pistão 2, não sendo necessário que o pistão 2 tenha umacamada magnética específica para trabalhar com o sensor 8, devendo esteser constituído de material que interfira no campo magnético do sensor 8,como por exemplo, ferro fundido, alumínio, cobre, etc.
O orifício 10 e o protetor 9 podem ser previstos em qualquer ou-tro ponto do cilindro 3, ou mesmo em qualquer outra configuração de com-pressor. Assim como a posição do sensor 8 dentro do protetor 9 pode terqualquer configuração construtiva.
Ainda conforme pode ser visto na figura 3, de acordo com umasegunda concretização preferencial da presente invenção, o protetor 9 podeser fixado entre uma junta de vedação 3' (usualmente presente em com-pressores) e a placa de válvulas 4 propriamente dita, neste caso, pode serdesnecessário um controle rigoroso tolerâncias dimensionais do protetor 9 edo orifício passante 10. Nesta configuração a placa de válvulas 4 pode aindacompreender rebaixos 91 para fixação de extremidades protuberantes 92preferencialmente previstas do protetor 9.
A figura 4 mostra uma outra concretização preferencial da pre-sente invenção, sendo neste caso o orifício passante 10 da placa de válvulas4 fechado por um disco protetor 90 em lugar do protetor 9.
Nesta configuração, com o fechamento do orifício passante 10,forma uma cavidade 10', sendo que nesse caso, a fixação do disco protetor90 é feita em rebaixos 93 configurados de modo proporcional as do disco 90e sendo tais rebaixos 93 providas na face interna do cilindro 3. Nesse caso osensor 8 será fixado na parte posterior do disco protetor 90.
Tendo sido descritos exemplos de concretização preferidas, de-ve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possí-veis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações à-pensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims (19)

1. Bomba de fluidos (1) compreendendo:um pistão (2) axialmente deslocável dentro de um cilindro (3);o cilindro (3) compreendendo uma placa de transferência de flui-dos (40) de fechamento do cilindro (3);o pistão (2) deslocando-se em direção da placa de transferênciade fluidos (40) e captando um gás ou fluido de um ambiente de baixa pres-são (11), ea bomba de fluidos (1) sendo caracterizada pelo fato de quecompreende um conjunto sensor (98) que inclui um sensor indutivo (8) asso-ciado à placa de transferência de fluidos (40), a placa de transferência defluidos compreendendo uma placa de válvulas (4) provida de um orifíciopassante (10) para associação de um protetor (9) cooperante com o orifício(10), o sensor (8) estando posicionado em contato com o ambiente de baixapressão (11).
2. Bomba de fluidos de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada pelo fato de que o protetor (9) compreende ao menos uma cavidade desensor (8') para associação do sensor indutivo (8).
3. Bomba de fluidos de acordo com a reivindicação 2, caracteri-zada pelo fato de que o sensor indutivo (8) emite um campo magnético emdireção o pistão (2).
4. Bomba de fluidos de acordo com a reivindicação 3, caracteri-zada pelo fato de que o protetor (9) compreende uma porção de encaixe(9c), uma porção aberta (9a), e uma porção fechada (9b), a porção de en-caixe (9c) sendo associada cooperativamente com o orifício passante (10), aporção fechada (9b) alinhando-se com uma face interna (9b') do cilindro (3),e a porção aberta (9a) compreendo a cavidade de sensor (8').
5. Bomba de fluidos de acordo com a reivindicação 4, caracteri-zada pelo fato de que a placa de válvulas (4) compreende uma válvula desucção (4a) associada a um ambiente de baixa pressão (11) e uma válvulade descarga (4b) associada a um ambiente de alta pressão (11'), e aindapelo fato de que a porção aberta (9a) está em contato com o ambiente debaixa pressão (11) e a porção fechada (9b) está em contato com o ambientede alta pressão (11').
6. Bomba de fluidos de acordo com a reivindicação 5, caracteri-zada pelo fato de que o protetor (9) tem formato substancialmente o mesmodo orifício passante (10).
7. Bomba de fluidos de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o protetor (9) é constituído commaterial com baixa permeabilidade magnética.
8. Bomba de fluidos de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o sensor (8) é fixado à porçãofechada (9b) do protetor (9).
9. Bomba de fluidos de acordo com a reivindicação 2, caracteri-zada pelo fato de que a placa de válvulas (4) compreende rebaixos (91) parafixar o protetor (9), o protetor (9) compreendendo extremidades protuberan-tes (92) e sendo fixado à placa de válvulas (4) por intermédio de uma juntade vedação (3').
10. Bomba de fluidos de acordo com a reivindicação 1, caracte-rizada pelo fato de que a placa de válvulas (4) compreende rebaixos (93)para fixação de um disco protetor (90), o disco protetor (90) formando umacavidade (10') para instalação do sensor (8).
11. Placa de transferência de fluidos (40) particularmente aplicá-vel a uma bomba de fluidos (1) caracterizada pelo fato de que compreende:uma placa de válvulas (4) provida de um orifício passante (10)para associação de um protetor (9) cooperante com o orifício passante (10),o protetor (9) compreendendo ao menos uma cavidade de sensor (81) paraassociação de um sensor indutivo (8).
12. Placa de transferência de fluidos (40) de acordo com a rei-vindicação 11, caracterizada pelo fato de que o protetor (9) compreende umaporção de encaixe (9c), uma porção aberta (9a), e uma porção fechada (9b),a porção de encaixe (9c) sendo associada cooperativamente com o orifíciopassante (10), a porção fechada (9b) alinhando-se com uma face interna(9b') do cilindro (3), e a porção aberta (9a) compreendo a cavidade de sen-sor (8·).
13. Placa de transferência de fluidos, de acordo com a reivindi-cação 11, caracterizada pelo fato de compreender rebaixos (91) para fixar oprotetor (9), o protetor (9) compreendendo extremidades protuberantes (92)e sendo fixado à placa de válvulas (4) por intermédio de uma junta de veda-ção (3').
14. Placa de transferência de fluidos, de acordo com a reivindi-cação 11, caracterizada pelo fato de que a uma placa de válvulas (4) com-preende rebaixos (93) para fixação de um disco protetor (90), o disco prote-tor (90) formando uma cavidade (10') para instalação do sensor (8).
15. Sensor indutivo (8) para bomba de fluidos (1) particularmenteaplicável na detecção da posição de um pistão (2), o pistão (2) sendo axial-mente deslocável em um cilindro (3), a bomba de fluidos (1) compreendendouma placa de válvulas (4), o sensor indutivo (8) sendo caracterizado pelofato de que é instalado em um protetor (9), o protetor (9) sendo fixado emum orifício passante (10) provido na placa de válvulas (4).
16. Sensor de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelofato de que o protetor (9) compreender uma cavidade (8') para posiciona-mento do sensor (8).
17. Sensor de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelofato de o protetor (9) compreender uma porção de encaixe (9c), uma porçãoaberta (9a), e uma porção fechada (9b), a porção de encaixe (9c) sendo as-sociada cooperativamente com o orifício passante (10), a porção fechada(9b) alinhando-se com uma face interna (9b') do cilindro (3), e a porção aber-ta (9a) compreendo a cavidade de sensor (8').
18. Sensor de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelofato de que o protetor (9) compreende extremidades protuberantes (92) as-sociáveis a rebaixos (91) na placa de válvulas (4), o protetor (9) sendo sendofixado à placa de válvulas (4) por intermédio de uma junta de vedação (3').
19. Sensor de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelofato de que é fixado a um disco protetor (90), o disco protetor (90) sendo fi-xado em rebaixos (93) providos na placa de válvulas (4).
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