ES2244493T3 - Electrobomba con accinador de reluctancia variable de alta frecuencia. - Google Patents
Electrobomba con accinador de reluctancia variable de alta frecuencia.Info
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Abstract
Electrobomba volumétrica de desplazamiento positivo lineal que comprende: - por lo menos un pistón (27) guiado en translación en un bloque cilíndrico (28), - una cámara de admisión/retroceso (34) de líquido dotada de clapetas (36, 37) de retención para admisión/retroceso y adaptada para recibir unas variaciones de presión inducidas por los desplazamientos del pistón (27), - unos medios (26, 70) motores electromagnéticos adaptados para arrastrar el pistón (27) en translaciones alternativas en el bloque cilíndrico (28), correspondiendo el desplazamiento del pistón (27) en un sentido a fases de admisión del líquido en la cámara de admisión/retroceso (34), mientras que el desplazamiento del pistón (27) en el otro sentido corresponde a fases de retroceso de líquido fuera de la cámara de admisión/retroceso (34), caracterizada porque los medios (26, 70) motores electromagnéticos comprenden: - por lo menos un accionador (26) electromagnético de reluctancia variable unidireccional de recorrido lineal, que comprende una armadura móvil (60, 61) asociada al pistón (27) para arrastrarlo en translación en el sentido correspondiente a las fases del retroceso del líquido, - unos medios (70) electrónicos de alimentación eléctrica y de mando del accionador (26) adaptados para controlar su funcionamiento a una frecuencia de funcionamiento superior a 100 Hz.
Description
Electrobomba con accionador de reluctancia
variable de alta frecuencia.
La invención se refiere a un sistema y un
procedimiento de alimentación con ergol líquido de por lo menos un
propulsor -especialmente los propulsores de control de actitud o de
maniobra- de una aeronave o un vehículo espacial como puede ser un
satélite artificial.
Los propulsores de control de actitud o de
maniobra de una aeronave o un vehículo espacial deben poder estar
alimentados de manera intermitente, a partir de un depósito de ergol
-especialmente un monergol como puede ser la hidracina- presurizado
por un gas neutro como puede ser el nitrógeno bajo una presión
inicial que es típicamente del orden de 2 MPa a 2,5 MPa. Esta
alimentación mediante depósito bajo presión permite alimentar los
propulsores rápidamente y en función de la demanda, en todo momento.
A medida que transcurre el vuelo, el depósito de ergol se va
agotando y la presión de salida suministrada a los propulsores
disminuye por lo tanto hasta una presión mínima, del orden de 0,55
MPa, para la cual se considera que el depósito está vacío.
Esta caída de presión perjudica el rendimiento de
los propulsores, que es en efecto óptimo para una presión de
admisión predeterminada, pero no puede ser constante en un intervalo
tan extenso de presión. Esta variación de rendimiento y de
prestaciones de los propulsores en el transcurso del vuelo plantea
varios problemas. En primer lugar, obliga a prever una cantidad de
ergol más importante de la que fuera necesaria, a igualdad de
energía suministrada. Por lo demás, el hecho de utilizar un depósito
presurizado que alimenta directamente los propulsores que imponen
una presión mínima al final de su vida de un valor relativamente
importante (0,55 MPa), se traduce por un depósito de un volumen y
una masa importantes. Además, hace más difícil el control automático
de la máquina ya que las señales de mando de los propulsores
-especialmente su tiempo de encendido- para obtener un efecto dado,
varían según su rendimiento. Además, las prestaciones de los
propulsores se degradan en el transcurso del vuelo, y el tiempo de
las maniobras de la máquina se alarga y el consumo de ergol para
cada maniobra puede aumentar. Además, los propulsores se desgastan
más rápidamente al funcionar a baja presión.
Para paliar estos inconvenientes, en ciertos
vehículos espaciales en los cuales los propulsores deben presentar
unas prestaciones por lo menos sensiblemente constantes durante un
tiempo dado, se embarcan unos depósitos complementarios de gas
neutro presurizado a alta presión que permiten restablecer la
presión en el depósito de ergol presurizado a medida que se va
consumiendo. Se puede contemplar esta solución para los vehículos
espaciales de grandes dimensiones (satélites geoestacionarios,
sondas espaciales planetarias u otras). No se puede contemplar sin
embargo en el caso de máquinas de tamaños pequeños, en las cuales la
sobrecarga debida a los depósitos complementarios de gas neutro
sería redhibitoria.
En todos los casos, está reconocido que el hecho
de adoptar un depósito de ergol presurizado que alimenta
directamente los propulsores obliga a sobredimensionar el conjunto
del sistema de propulsión.
A la inversa, los propulsores de funcionamiento
único y continuo, como pueden ser los propulsores de los lanzadores
espaciales, están alimentados por medio de una turbobomba arrastrada
por los gases quemados, y que suministra una presión constante de
ergol a los propulsores. Una solución de este tipo no está adaptada
en el caso de propulsores de funcionamiento intermitente que deben
ser alimentados rápidamente en función de la demanda, teniendo en
cuenta especialmente el tiempo prohibitivo de lanzamiento y de
parada de la turbobomba, y los valores de caudal y presión
requeridos. Además, acarrea un peso, una complejidad y un coste
inútiles comparativamente a la sola sobrecarga de ergol necesaria
para compensar la baja de rendimiento de un sistema con depósito
presurizado.
Por otro lado, se considera que las dos
soluciones conocidas que consisten en utilizar o bien un sistema con
depósito presurizado que alimenta directamente los propulsores, o
bien un sistema con bomba de alimentación, se excluyen mutuamente en
la medida en que el depósito presurizado induce en sí mismo una
sobrecarga de masa inerte relativamente importante y hace que se
pierda el interés por utilizar una bomba (ya que sólo hace falta
embarcar una cantidad suficiente de ergol), y, a la inversa, el uso
de una bomba hace que sea inútil emplear un depósito presurizado ya
que el ergol puede ser bombeado desde un depósito a baja presión que
presenta una masa inerte mucho más reducida.
Así, el documento US-5026259
describe un sistema miniaturizado de presurización que permite
almacenar un monergol a baja presión (0,35 MPa a 1 MPa) y
suministrarlo a alta presión a los propulsores gracias a una bomba
diferencial de pistón alternativo alimentada por un generador de gas
caliente que transforma el monergol en gas caliente que motoriza la
bomba. La presurización se obtiene mediante un bucle cerrado
inestable asociado a un limitador de presión. Un acumulador de gran
dimensión está previsto paralelamente a los propulsores a la salida
de la bomba para corregir las variaciones de presión suministradas
por la bomba. Esta solución presenta también el inconveniente de que
se utiliza una parte del ergol para la presurización y por lo tanto
perjudica el rendimiento global de la propulsión a la vez que
aumenta la masa debida a las piezas mecánicas de la propulsión
(bomba, colector múltiple, generador de gas, etcétera), tanto más
cuanto que el suministro de un caudal por lo menos sensiblemente
continuo de monergol a alta presión obliga a doblar el sistema de
presurización. Por otro lado, la cantidad de ergol necesaria para la
presurización es tanto más importante cuanto que la presión en el
depósito disminuye en el transcurso del vuelo, y las prestaciones
del generador de gas caliente, cuyo funcionamiento está ligado a la
reacción química de degradación del monergol, son difíciles de
dominar. Así, es difícil determinar con precisión la cantidad de
monergol que debe embarcarse en función de la duración de vuelo
requerida y de las variaciones de utilización de los propulsores.
Con una solución de este tipo el control automático del vehículo
espacial es relativamente complejo.
Asimismo, el documento
US-4.696.160 describe un sistema de alimentación de
un propulsor con ergoles líquidos que comprende unos depósitos de
ergoles a baja presión y unas bombas accionadas por solenoides que
suministran los ergoles al propulsor a través de unas válvulas de
inyección accionadas por la presión. La electrobomba de solenoide
descrita en este documento no es compatible con las condiciones de
peso, dimensiones totales y potencia requeridas a bordo de una
aeronave o un vehículo espacial y no está adaptada para el bombeo de
un monergol como puede ser la hidracina. En particular, una
electrobomba de este tipo requiere un solenoide de grandes
dimensiones, peso importante y de consumo eléctrico considerable
para una presión de salida dada. En la práctica, una electrobomba de
solenoide de este tipo no puede ser realmente utilizada para la
alimentación con ergol a una presión del orden de 2 MPa a 2,5 MPa de
un propulsor de aeronave o de vehículo espacial como puede ser un
microsatélite -especialmente un microsatélite de comunicación-.
Además, la subida de presión a cada arranque de la bomba descrita en
este documento es demasiado lenta para garantizar un funcionamiento
correcto del propulsor, especialmente en el caso de un propulsor de
control de actitud.
La invención pretende por lo tanto paliar estos
inconvenientes.
La invención pretende proponer una electrobomba
susceptible de ser utilizada en un sistema y/o un procedimiento de
alimentación con ergol líquido.
La invención pretende en particular proponer una
electrobomba apta para mantener una presión por lo menos
sensiblemente constante elevada -especialmente del orden de 2 MPa a
2,5 MPa-, de líquido en un depósito secundario del cual el líquido
es extraído, en función de la demanda, estando esta electrobomba
alimentada con líquido a partir de un depósito principal presurizado
bajo una presión que puede variar en el transcurso del tiempo de una
presión elevada -especialmente del orden de 2 a 2,5 MPa- hasta una
presión reducida -especialmente del orden de 0,1 MPa-.
La invención pretende en particular proponer una
electrobomba apta para suministrar una presión de valor medio por lo
menos sensiblemente constante elevada con un caudal relativamente
reducido -especialmente del orden de 1 a 10 cm^{3}/s-.
La invención pretende también proponer una
electrobomba que presenta un tiempo reducido de subida de presión y
caudal, especialmente del orden de o inferior al segundo.
La invención pretende más particularmente
proponer una electrobomba adaptada para el bombeo de ergol
-especialmente un monergol como puede ser la hidracina- para la
alimentación de por lo menos un propulsor -especialmente de todos
los propulsores- de una aeronave o un vehículo espacial.
La invención pretende también proponer una
electrobomba que sea compatible con las condiciones de coste, peso,
dimensiones totales, duración de vida, fiabilidad, y resistencia
requeridas por una integración a bordo de una aeronave o un vehículo
espacial.
La invención pretende más particularmente
proponer una electrobomba adaptada para la alimentación con ergol de
propulsores -especialmente de los propulsores de control de actitud
o de maniobra- de una aeronave o un vehículo espacial como puede ser
un satélite artificial.
Para ello, la invención se refiere a una
electrobomba volumétrica de desplazamiento positivo lineal que
comprende:
- -
- por lo menos un pistón guiado en translación en un bloque cilíndrico,
- -
- una cámara de admisión/retroceso de líquido dotada de clapetas de retención para admisión/retroceso y adaptada para recibir unas variaciones de presión inducidas por los desplazamientos del pistón,
- -
- unos medios motores electromagnéticos adaptados para arrastrar el pistón en translaciones alternativas en el bloque cilíndrico, correspondiendo el desplazamiento del pistón en un sentido a fases de admisión del líquido en la cámara de admisión/retroceso, mientras que el desplazamiento del pistón en el otro sentido corresponde a fases de retroceso de líquido fuera de la cámara de admisión/retroceso,
caracterizada porque los medios motores
electromagnéticos comprenden:
- -
- por lo menos un accionador electromagnético de reluctancia variable unidireccional de recorrido lineal, que comprende una armadura móvil asociada al pistón para arrastrarlo en translación en el sentido correspondiente a las fases del retroceso del líquido,
- -
- unos medios electrónicos de alimentación eléctrica y de mando del accionador adaptados para controlar su funcionamiento a una frecuencia de funcionamiento superior a 100 Hz. Ventajosamente y según la invención, los medios electrónicos de alimentación eléctrica y de mando del accionador están adaptados para controlar su funcionamiento a una frecuencia de funcionamiento comprendida entre 100 Hz y 300 Hz -especialmente entre 150 Hz y 250 Hz-.
Nótese que un accionador electromagnético de
reluctancia variable de recorrido lineal (del tipo electroimán) no
es un dispositivo motor electrodinámico con entrehierro constante
como puede ser un accionador de solenoide formado por un simple
bobinado alimentado con corriente alternativa o provisto de un
pulsador y no posee sus propiedades. Además, en la electrobomba
según la invención, el accionador electromagnético de reluctancia
variable está controlado a alta frecuencia y no está utilizado en
todo o nada a baja frecuencia como en las aplicaciones tradicionales
de estos accionadores (electroimanes de retención, relés,
etcétera).
Sin embargo, se observa en la práctica que la
elección de un accionador de este tipo, aunque de mando eléctrico
más complejo, permite realizar una electrobomba compacta que
suministra una presión elevada que puede ser de valor medio por lo
menos sensiblemente constante pero ajustable a voluntad, a pesar de
variaciones de la presión de admisión en un intervalo amplio. El
hecho de hacer funcionar el accionador a alta frecuencia, superior a
100 Hz, -especialmente entre 100 Hz y 300 Hz, preferentemente entre
150 Hz y 250 Hz- permite especialmente disminuir el diámetro del
pistón, y la masa y las dimensiones totales de la electrobomba, a la
vez que libera una presión de retroceso relativamente elevada.
Ventajosamente, una electrobomba según la
invención está caracterizada porque el accionador electromagnético
comprende una armadura fija asociada a por lo menos un bobinado de
imantación y una armadura móvil guiada en translaciones alternativas
con respecto a la armadura fija con la cual define un circuito
magnético con un entrehierro cuya dimensión varía en el transcurso
de los movimientos de translación de la armadura móvil, estando la
armadura móvil unida mecánicamente con el pistón de manera que lo
arrastre en translación en el sentido correspondiente a las fases de
retroceso del líquido durante el cierre del entrehierro inducido por
la circulación de una corriente eléctrica por el bobinado y que sea
retornada en translación con el pistón en el sentido correspondiente
a las fases de admisión del líquido durante la apertura del
entrehierro, y porque dichos medios electrónicos están adaptados
para suministrar al bobinado una corriente eléctrica por impulsos
apta para arrastrar, según la frecuencia de funcionamiento, la
armadura móvil, que está activa, en las fases de retroceso, y para
no arrastrar la armadura móvil, que está inactiva, en las fases de
admisión durante las cuales el pistón y la armadura móvil son
retornados por la presión del líquido a la admisión y/o por unos
medios de retorno elástico.
Ventajosamente y según la invención, dichos
medios electrónicos están adaptados para liberar un perfil de
corriente de alimentación adaptado para impedir el contacto de la
armadura móvil con la armadura fija al final de las fases de
retroceso. Se evitan así los choques que pueden perjudicar el
funcionamiento continuo y la longevidad de la bomba. Para ello, sólo
hace falta interrumpir la corriente de alimentación del bobinado a
cada impulso con suficiente tiempo de antelación.
Asimismo, ventajosamente y según la invención, el
accionador electromagnético incluye un tope amortiguado de final de
recorrido que limita la amplitud de desplazamiento de la armadura
móvil al final de las fases de admisión, y dichos medios
electrónicos están adaptados para liberar un perfil de corriente de
alimentación adaptado para impedir el contacto de la armadura móvil
con el tope al final de las fases de admisión. Para ello, sólo hace
falta, antes de liberar cada impulso de mando en el sentido del
retroceso, establecer una corriente de alimentación de un valor
suficiente para frenar el recorrido de la armadura móvil antes del
final de la fase de admisión, pero limitado para permitir que la
armadura móvil termine su recorrido en fase de admisión.
La presión de admisión, variable, contribuye al
retorno del pistón y de la armadura móvil en fase de admisión. Por
consiguiente, el perfil de la corriente de alimentación de la bobina
está adaptado en función de esta presión de admisión mientras
permanece superior a un valor predeterminado -especialmente del
orden de 0,3 MPa-.
Ventajosamente y según la invención, la
electrobomba comprende unos medios de retorno elástico del pistón y
de la armadura móvil del accionador electromagnético, en el sentido
correspondiente a las fases de admisión del líquido.
Ventajosamente y según la invención, los medios
de retorno elástico están adaptados para estar activos y suministrar
un esfuerzo de retorno cuando la presión de admisión pasa a ser
inferior a un valor, denominado presión umbral predeterminada. Esta
presión umbral es preferentemente superior a Pmin -especialmente del
orden de 0,3 MPa mientras que Pmin es del orden de 0,1 MPa-. El
esfuerzo de retorno ejercido por los medios de retorno es superior o
igual al impartido por la presión umbral.
Se garantiza así, para los valores de presión de
admisión inferiores a dicha presión umbral, un retorno del pistón y
de la armadura móvil según unas características por lo menos
sensiblemente constantes en todo el intervalo de las variaciones de
la presión de admisión, de modo que las modificaciones del perfil de
la corriente de alimentación en función de las variaciones de la
presión de admisión pueden estar limitadas, hasta incluso inútiles.
Ventajosamente y según la invención, estos medios de retorno
elástico pueden estar formados por un simple muelle de compresión
que actúa sobre el pistón o sobre el núcleo de la armadura móvil, y
adaptado para estar comprimido por lo menos al final de la fase de
retroceso y descomprimirse por lo menos al principio de la fase de
admisión.
Además, ventajosamente y según la invención,
dichos medios electrónicos incluyen por lo menos un captador de la
posición absoluta de la armadura móvil y/o del pistón.
Ventajosamente y según la invención, dichos medios eléctricos
incluyen unos medios de retroalimentación con bucle cerrado en la
posición de la armadura móvil y/o del pistón aptos para adaptar el
perfil de la corriente eléctrica de alimentación del accionador
electromagnético para obtener los valores de la presión de retroceso
nominal y/o del caudal nominal que debe suministrarse en función del
valor de por lo menos un parámetro variable -especialmente de la
presión de admisión-. Estos medios de retroalimentación están
adaptados en particular para mantener el valor del caudal
suministrado cuando la presión de admisión baja. Para ello,
modifican el perfil de la corriente de alimentación para modificar
el recorrido del pistón, aumentándolo cuando la presión de admisión
baja.
Por otro lado, la cámara de admisión/retroceso
puede recibir el extremo activo del pistón que se desplaza
alternativamente, en las aplicaciones en las que el líquido bombeado
es compatible con una estanqueidad dinámica radial formada entre el
pistón y el bloque cilíndrico. En una variante, ventajosamente y
según la invención, especialmente cuando el líquido bombeado es un
líquido inestable como puede ser un monergol -especialmente la
hidracina-, la electrobomba comprende unos medios de estanqueidad
dinámica entre el pistón y el bloque cilíndrico, y una cámara de
bombeo en la cual desemboca un extremo activo del pistón, estando
esta cámara de bombeo llena de un líquido neutro -especialmente
aceite-, y separada de manera estanca de la cámara de
admisión/retroceso por una membrana flexible apta para transmitir
entre estas dos cámaras las variaciones de presión a la frecuencia
de funcionamiento, de modo que el líquido bombeado no pasa a hacer
contacto con los medios de estanqueidad dinámica interpuestos entre
el pistón y el bloque cilíndrico. Ventajosamente y según la
invención, la membrana es metálica. Nótese además que el pistón no
está directamente y mecánicamente unido con la membrana, autorizando
así un funcionamiento a alta frecuencia y alta presión.
Por otro lado, las clapetas de la cámara de
admisión/retroceso deben estar adaptadas para un funcionamiento a
alta frecuencia. Ventajosamente y según la invención, cada una de
las clapetas de retención comprende una bolita retornada por un
muelle contra un asiento de clapeta, y un tope axial para frenar el
disparo de la bolita de manera que impida el desplazamiento axial de
la bolita más allá de su posición en la cual ya no frena el flujo
que atraviesa el asiento de la clapeta. Ventajosamente y según la
invención, cada una de las clapetas de retención comprende una
bolita de nitruro de silicio cuyo diámetro es del orden de 3 mm.
Además, ventajosamente y según la invención, el
pistón presenta un diámetro de 5 mm a 10 mm -espe-
cialmente del orden de 6 mm- para un recorrido axial comprendido entre 0,5 mm y 5 mm -especialmente del orden de 1 mm-.
cialmente del orden de 6 mm- para un recorrido axial comprendido entre 0,5 mm y 5 mm -especialmente del orden de 1 mm-.
Nótese que el funcionamiento a alta frecuencia
permite, a igualdad de prestaciones, reducir el diámetro y el
recorrido del pistón, por lo tanto las dimensiones totales, el peso
y el coste del accionador. Permite también reducir el tamaño del
depósito secundario, así como las amplitudes de las variaciones
instantáneas del caudal suministrado.
La invención se refiere también a una
electrobomba caracterizada en combinación con todas o parte de las
características mencionadas más arriba o a continuación.
Otros objetivos, características y ventajas de la
invención irán apareciendo a la lectura de la descripción siguiente
que hace referencia a las figuras adjuntas que ilustran a título de
ejemplos no limitativos unos modos de realización de la invención, y
en las cuales:
- la figura 1 es un esquema de un sistema de
alimentación según la invención,
- la figura 2 es un organigrama de un
procedimiento de alimentación según la invención,
- la figura 3 es un corte axial esquemático de
una electrobomba según la invención, por un plano diametral, a
excepción de la cabeza de admisión/retroceso ilustrada en corte
según dos planos radiales que pasan respectivamente por el eje de
una clapeta de admisión y el eje de una clapeta de retroceso, y
estando el soporte del captador de posición ilustrado en corte por
un plano diametral diferente del cuerpo de la electrobomba,
- la figura 4 es una vista axial esquemática
desde abajo según la línea IV-IV de la figura 3,
- la figura 5 es un corte esquemático según la
línea V-V de la figura 3,
- la figura 6 es una vista axial esquemática
desde arriba según la línea VI-VI de la figura
3,
- la figura 7 es un esquema general de los medios
electrónicos de alimentación eléctrica y de mando de una
electrobomba según la invención,
- la figura 8 es un esquema electrónico de la
tarjeta de potencia de los medios electrónicos de una electrobomba
según la invención,
- la figura 9 es un esquema electrónico de una
tarjeta de mando de los medios electrónicos de una electrobomba
según la invención,
- la figura 10 es un diagrama que ilustra unos
cronogramas de las señales de la tarjeta de mando de la figura
9.
La figura 1 representa un sistema de alimentación
según la invención con monergol líquido de los propulsores 1 de una
aeronave o un vehículo espacial como puede ser un satélite
artificial -especialmente un microsatélite o un minisatélite-. Este
sistema comprende un depósito principal 2 que contiene una reserva
de monergol líquido -especialmente hidracina- presurizado a una
presión Pr, cuyo valor inicial es Po por un gas neutro como puede
ser el nitrógeno alimentado bajo presión en el depósito 2. El
depósito 2 principal es globalmente esférico y comprende una entrada
3 de presurización dotada de una válvula de presurización 4 y un
orificio 5 de entrada salida de ergol, diametralmente opuesta a la
entrada 3 de presurización. Sobre este orificio 5 está conectado un
conducto 6 dotado de una válvula 7 de relleno y de vaciado de
ergol. El orificio 5 está igualmente unido con un conducto de
alimentación 9 que suministra el líquido procedente del depósito
principal 2 a un filtro 10 y luego a una electrobomba 12 que libera
un caudal de líquido a una presión de retroceso Ps hacia un depósito
secundario 13 y unos propulsores 1.
Este depósito secundario 13 tiene un volumen fijo
inferior al del depósito principal 2. El volumen de este depósito
secundario 13 está determinado especialmente en función del caudal
necesario para los propulsores 1 y del tiempo de respuesta en el
arranque de la electrobomba 12. Por ejemplo, el volumen del depósito
principal 2 está comprendido entre 1 \ell y 100 \ell, y el
volumen del depósito secundario 13 está comprendido entre 1 cm^{3}
y 10 cm^{3}. El depósito secundario 13 está conectado
paralelamente a la salida 14 de la electrobomba 12 y está formado
por un recinto indeformable hermético que encierra un fuelle 15 (u
otro órgano deformable) retornado en contra de la presión que reina
en este recinto por unos medios 8 de retorno como puede ser un
muelle de compresión, en el sentido de una disminución del volumen
útil del depósito secundario 13. En una variante, estos medios 8 de
retorno pueden estar formados por un gas neutro presurizado
encerrado en el fuelle 15, como en el depósito principal 2.
El depósito secundario 13 está directamente
conectado por una parte a la salida 14 de la electrobomba 12, y, por
otra parte, a las válvulas de mando 16 individuales de cada uno de
los propulsores 1. Un captador de presión 17 está asociado al
depósito secundario 13 de manera que pueda medir la presión Pa que
reina dentro del depósito secundario 13 y que corresponde a la
presión del líquido que puede ser suministrado a los propulsores 1
por este depósito secundario 13.
El depósito secundario 13 forma por lo tanto un
depósito tampón de pequeña capacidad entre el depósito principal 2 y
los propulsores 1, y este depósito 13 se mantiene presurizado a una
presión predeterminada por la electrobomba 12 y los medios 8 de
retorno, en función de la demanda de ergol por parte de los
propulsores 1.
Un automatismo de mando 18 permite mandar el
funcionamiento de la electrobomba 12. Este automatismo de mando 18
está adaptado para activar el funcionamiento de la electrobomba 12
cuando la presión Pa medida en el depósito secundario 13 pasa a ser
inferior a una presión Pamin predeterminada. El automatismo 18 está
igualmente adaptado para interrumpir el funcionamiento de la
electrobomba 12 cuando la presión Pa medida en el depósito
secundario 13 alcanza un valor Pamax predeterminado, de modo que los
propulsores 1 están alimentados con monergol líquido mediante el
depósito secundario 13 y/o la electrobomba 1 bajo una presión que
permanece siempre comprendida, en el transcurso del vuelo de la
máquina, entre Pamin y Pamax. Los medios 8 de retorno están tarados
para que la presión Pa en el depósito secundario 13 pueda adquirir
un valor comprendido entre Pamin y Pamax cuando la electrobomba 12
está funcionando.
La figura 2 representa un organigrama
simplificado de un procedimiento de alimentación implementado en un
sistema de este tipo, por el automatismo de mando 18. Durante la
etapa 19 de prueba, se examina si la presión Pa medida por el
captador 17 es o no inferior a la presión Pamin, que corresponde a
la presión mínima de alimentación de los propulsores 1. Si es el
caso, se ejecuta la etapa 20 de encendido de la electrobomba 12 que
libera en el depósito secundario 13 un caudal de líquido Qs no nulo
bajo una presión de retroceso Ps determinada por los medios 8 de
retorno, comprendida entre Pamin y Pamax según la tasa de relleno
del depósito secundario 13. Se examina después, durante la etapa 21,
si la presión Pa suministrada por el captador 17 es o no superior a
un valor predeterminado Pamax correspondiente a la presión máxima
que debe reinar en el depósito secundario 13. Si es el caso, se
ejecuta la etapa 22 de extinción de la electrobomba 12 que ya no
suministra líquido (Qs = 0). Después de esta etapa 22 de extinción,
se ejecuta de nuevo la etapa 19 de prueba. Si, durante la etapa 19
de prueba, se observa que la presión Pa que reina en el depósito
secundario 13 no es inferior a Pamin, se concluye esta etapa de
forma permanente. Asimismo, si, durante la etapa 21, se observa que
la presión que reina Pa en el depósito secundario 13 no es superior
a Pamax, se concluye esta etapa 21 de prueba de forma
permanente.
Así, sea cual sea el valor de la presión
suministrada a la salida 5 del depósito principal 2 por encima de
una presión mínima Pmin del orden de 0,1 MPa, (que puede ser tan
reducida como la presión límite del principio de cavitación de la
electrobomba 12) la presión del líquido en el depósito secundario 13
siempre estará comprendida entre Pamin y Pamax, de modo que los
propulsores 1, alimentados a partir del mismo depósito secundario 13
y/o de la electrobomba 12, recibirán el líquido bajo una presión de
valor medio por lo menos sensiblemente constante (comprendida entre
Pamin y Pamax) que permite optimizar su rendimiento y su
funcionamiento.
La electrobomba 12 sólo está activa cuando uno o
varios de los propulsores 1 necesita o ha necesitado un caudal de
líquido. Está adaptada para poder liberar un caudal de líquido
suficiente para la alimentación de todos los propulsores 1
conectados directamente en su salida 14 y al depósito secundario 13.
Cuando ningún propulsor 1 está activo, su presión de retroceso Ps es
igual, salvando las pérdidas de cargas, a la presión Pa que reina en
el depósito secundario 13. Esto sigue siendo así cuando los
propulsores 1 están activos en la medida en que el caudal Qs es
superior a la suma de los caudales de alimentación de todos los
propulsores.
A partir de cierta cantidad de ergol consumido
por los propulsores 1 unidos con el depósito secundario 13, este
depósito secundario 13 se agota, y luego cuando la presión alcanza
el valor Pamin, la electrobomba 12 arranca y suministra todo el
caudal necesario.
El depósito secundario 13 que es un depósito de
volumen presurizado por los medios 8 de retorno, tiene la función de
permitir una conexión de la electrobomba 12 volumétrica que
suministra un caudal constante Qs, a los propulsores 1 cuya demanda
en caudal es variable según que uno o varios propulsores 1 están
activos.
El volumen del depósito secundario 13 determina
la periodicidad de activación de la electrobomba 12, en función del
caudal suministrado a los propulsores 1.
Para garantizar que los propulsores 1 puedan
estar todos alimentados de forma permanente el caudal Qs
suministrado por la electrobomba 12 debe ser superior a la suma de
los caudales de alimentación de los diferentes propulsores 1 unidos
con la electrobomba 12 y con el depósito secundario 13. De este
modo, incluso cuando todos los propulsores 1 están funcionando, la
electrobomba 12 tendrá un funcionamiento intermitente, mandado por
el automatismo de mando 18 según las variaciones de la presión Pa
dentro del depósito secundario 13, entre Pamin y Pamax.
Preferentemente, el caudal Qs suministrado por la
electrobomba 12 es del mismo orden (ligeramente superior) al caudal
total de alimentación de todos los propulsores 1.
Los valores de Pamin y Pamax están determinados
para delimitar la presión nominal de alimentación Pe de los
propulsores 1 que por lo general está comprendida entre 2 MPa y 2,5
MPa (Pamin \leq Pe \leq Pamax). Por ejemplo, para una presión
nominal de alimentación Pe del orden de 2,2 MPa, se elige Pamin del
orden de 2,1 MPa y Pamax del orden de 2,3 MPa. Preferentemente, la
diferencia Pamax-Pamin representa del orden del 5%
al 10% el valor medio (Pamax + Pamin)/2, que es a su vez del orden
de Pe.
Una electrobomba 12 volumétrica según la
invención susceptible de ser utilizada en un sistema de alimentación
según la invención está descrita a continuación.
La electrobomba 12 comprende un cuerpo de bomba
25 y un accionador electromagnético de reluctancia variable 26
montados uno en la prolongación del otro. El cuerpo de bomba 25
comprende un pistón 27 guiado en translación en un bloque cilíndrico
28 según un eje 29 de translación. Para el guiado del pistón 27, el
bloque cilíndrico 28 comprende un calibrado cilíndrico 30 y unos
medios de estanqueidad dinámica radial, por ejemplo en forma de una
junta tórica insertada en una garganta periférica del pistón 27, que
garantiza la estanqueidad entre el pistón 27 y el calibrado
cilíndrico 30 en todo el recorrido de translación del pistón 27. El
pistón 27 presenta un extremo libre 31 de bombeo y el calibrado
cilíndrico 30 que contiene el pistón 27 desemboca, del lado del
extremo libre 31 del pistón 27, en una cámara de bombeo 32
ensanchada y con una forma por lo menos sensiblemente cónica
practicada en el bloque cilíndrico 28. Esta cámara de bombeo 32 se
cierra de nuevo mediante una membrana flexible metálica 33 soldada
en su periferia a la pared correspondiente del bloque cilíndrico 28.
Esta pared se prolonga axialmente más allá de la membrana 33 de
manera que forme una cámara 34 de admisión/retroceso que se cierra
de nuevo herméticamente mediante una cabeza 35 de admisión/retroceso
que incorpora unas clapetas de retención para la admisión 36 y el
retroceso 37. Como se aprecia en la figura 6, la electrobomba
comprende preferentemente dos entradas de admisión 38a, 38b, cada
una unida con una clapeta de retención para la admisión 36, y que
recibe el líquido que sale del depósito principal 2, y una salida de
retroceso 39 unida con una clapeta de retención para el retroceso 37
que libera el líquido presurizado hacia el depósito secundario
13.
Un líquido neutro incomprimible, por ejemplo
aceite, llena la cámara de bombeo 32, entre el extremo libre 31 del
pistón 27 y la membrana flexible 33. La membrana flexible 33
transmite por lo tanto entre la cámara de bombeo 32 y la cámara de
admisión/retroceso 34, las variaciones de presión que resultan de
las translaciones alternativas del pistón 27 en el calibrado
cilíndrico 30.
Con el fin de aislar por completo el pistón 27 de
la presión exterior que, en las aplicaciones espaciales, corresponde
al vacío espacial, el extremo del calibrado cilíndrico 30 opuesto a
la cámara de bombeo 32 desemboca en una cámara de aislamiento 40, de
mayor dimensión radial que el calibrado cilíndrico 30, practicada en
el bloque cilíndrico 28, y cerrada de nuevo de manera estanca en su
extremo opuesto al calibrado cilíndrico 30 mediante una corona 41
perforada axialmente y un casquillo central 42 perforado por un
calibrado de perforación 43. Este calibrado 43 es atravesado con un
juego radial por una varilla 44 que prolonga el pistón 27. Un fuelle
elástico 45 rodea la varilla 44 y une de manera estanca el casquillo
central 42 con el extremo 46 del pistón 27 que desemboca en la
cámara de aislamiento 40. Este extremo 46 está ensanchado de manera
que presente unas dimensiones radiales, así como el fuelle 45, muy
ligeramente superiores a la del pistón 27. De este modo, durante los
desplazamientos alternativos en translación del pistón 27, la
presión dentro de la cámara de aislamiento 40, llena de aceite,
permanece por lo menos sensiblemente constante. Esta cámara de
aislamiento 40 y las juntas estáticas 75 entre la corona 41 y el
casquillo 42 y 77 entre la corona 41 y el bloque cilíndrico 28
permiten por lo tanto aislar el conjunto del calibrado cilíndrico 30
y del pistón 27 de la presión externa.
En una variante, se puede realizar esta
estanqueidad incorporando el conjunto del accionador 26 en una
prolongación axial del bloque cilíndrico 28, estando el conjunto
cerrado de nuevo de manera hermética mediante una tapa con una junta
de estanqueidad estática. Esta variante permite fiabilizar la
electrobomba 12 (sustitución del fuelle 45 deformable y de las
juntas 76, 77 por una sola junta estática) y reducir sus dimensiones
totales y su coste.
Cada una de las clapetas 36, 37 de retención
comprende una bolita 47 retornada por un muelle de compresión 48
contra un asiento de clapeta 49. Un tope axial 50 para frenar el
disparo de la bolita impide el desplazamiento axial de la bolita 47
más allá de su posición en la cual ya no frena el flujo de líquido
que atraviesa el asiento de clapeta 49. La bolita 47 de cada clapeta
36, 37 es ventajosamente de nitruro de silicio y presenta un
diámetro del orden de 3 mm. Una clapeta de retención de este tipo
36, 37 con bolita puede funcionar a alta frecuencia, superior a 100
Hz -especialmente a una frecuencia comprendida entre 100 Hz y 300
Hz, preferentemente comprendida entre 150 Hz y 250 Hz-.
El accionador electromagnético 26 comprende un
cuerpo de accionador 51 fijado en la prolongación del bloque
cilíndrico 28 por medio de un brazo de unión 52. La cabeza 35 del
bloque cilíndrico 28, el bloque cilíndrico 28, el brazo de unión 52,
y el cuerpo 51 del accionador están acoplados unos a otros de dos en
dos mediante soldadura y/o por medio de tuercas externas no
representadas, de manera tradicional. El cuerpo de accionador 51
encierra una armadura fija 53 formada por cuatro piezas fijas de
material magnético, teniendo cada una el aspecto general de estar a
horcajadas en U o en C. Estas piezas fijas están orientadas
globalmente radialmente y regularmente repartidas a 90º unas de
otras alrededor del eje de translación 29. Como se aprecia en la
figura 3, cada pieza fija de la armadura fija 53 presenta dos alas
paralelas 54, 55 ligadas por un alma 56, y una apertura 57
delimitada entre los extremos libres de las dos alas 54, 55, estando
esta apertura 57 orientada en el lado opuesto al cuerpo de bomba 25,
estando las alas 54, 55 paralelas al eje de translación 29. Todas
las aperturas 57 y las cuatro piezas fijas están orientadas según un
mismo plano radial. Las cuatro armaduras fijas 53 reciben entre sus
alas 54, 55 un bobinado de imantación 58 centrado en el eje de
translación 29.
Cada una de las piezas fijas 53 está formada por
un material magnético laminado, por ejemplo formado por un apilado
de chapas magnéticas, -especialmente chapas de
silicio-delgadas, aisladas unas de otras y pegadas
unas a otras. Cada lámina de este material magnético laminado tiene
la forma de U o de C, y las diferentes láminas en forma de U o de C
están superpuestas de manera que formen un apilado radial que
presenta el aspecto de estar a horcajadas. Un material magnético
laminado de este tipo permite impedir el desarrollo de las
corrientes de Foucault cuando una corriente eléctrica circula por el
bobinado 58.
Las cuatro piezas fijas 53 están fijadas
rígidamente al cuerpo de accionador 51 alrededor de un cilindro
central 59 de este cuerpo de accionador 51. Este cilindro central 59
es hueco y está atravesado por un núcleo axial 60 unido rígidamente
en la prolongación de la varilla 44 del pistón 27. Este núcleo axial
60 está fijado en el extremo de la varilla 44, por ejemplo mediante
enroscado, y desemboca en el lado opuesto a la varilla 44 axialmente
fuera del cilindro central 59 y más allá de la armadura fija 53 de
manera que pueda estar fijado a una cruz 61 que comprende cuatro
brazos radiales a 90º que se extienden enfrentados con los extremos
libres de las alas 54, 55 de las piezas fijas 53. Esta cruz 61 y el
núcleo 60 realizan una armadura móvil 60, 61 guiada en translación.
El núcleo axial 60 y la cruz 61 están adaptados para definir un
entrehierro 62 entre cada uno de los brazos de la cruz 61 y los
extremos libres de las alas 54, 55 de la pieza fija 53 enfrentada.
Cada uno de estos brazos de la cruz 61 define por lo tanto un
circuito magnético con la pieza fija 53 enfrentada, con un
entrehierro cuya dimensión varía en el transcurso de los movimientos
de translación de la armadura móvil 60, 61 que está unida
mecánicamente con el pistón 27 de manera que lo arrastre en
translación en el sentido correspondiente a las fases de retroceso
del líquido durante el cierre del entrehierro inducido por la
circulación de una corriente eléctrica por el bobinado 58, y sea
retornada en translación con el pistón 27 en el sentido
correspondiente a las fases de admisión del líquido durante la
apertura del entrehierro.
La cruz 61 está realizada con material magnético
dulce macizo -especialmente con hierro dulce- y presenta, en el lado
opuesto al entrehierro 62, unas ranuras longitudinales 69
practicadas en cada uno de sus brazos con el fin de reducir las
corrientes de Foucault. Estas ranuras 69 están talladas en el grosor
de los brazos, por ejemplo mediante electroerosión.
En una variante no representada, la armadura fija
53 puede estar formada por una pieza de material magnético dulce
fabricado en la masa, por ejemplo mediante electroerosión, de manera
que forme dos cilindros concéntricos unidos con uno de sus extremos
mediante una corona de extremo, que reciben entre sí el bobinado de
imantación, y que presentan unas hendiduras axiales en sus porciones
cilíndricas y radiales en la corona de extremo con el fin de
realizar un laminado contra las corrientes de Foucault.
Asimismo, la cruz 61 de la armadura móvil 60, 61
puede ser sustituida por un disco de material magnético dulce
fabricado en la masa, por ejemplo mediante electroerosión, que
presenta unas hendiduras radiales que realizan un laminado contra
las corrientes de Foucault.
En cualquier caso, la armadura móvil 60, 61
comprende así por lo menos una pieza (cruz 61 o disco) de material
magnético (dulce) que se extiende radialmente con respecto a su eje
29 de desplazamiento en translación con respecto a la armadura fija
53 para formar el entrehierro 62 con esta armadura fija 53.
Por otro lado, la electrobomba 12 comprende unos
medios 63 de retorno elástico del pistón 27 y de la armadura móvil
60, 61 del accionador electromagnético 26, en el sentido
correspondiente a las fases de admisión del líquido adaptados para
estar activos y suministrar un esfuerzo de retorno cuando la presión
de admisión pasa a ser inferior a un valor, denominado presión
umbral -especialmente del orden de 0,3 MPa-. Preferentemente, los
medios 63 de retorno sólo están activos al final del recorrido del
pistón 27 durante las fases de retroceso.
Se puede prever incluso que estos medios 63 de
retorno sólo estén activos en una porción extrema del recorrido del
pistón 27. En este caso, los medios electrónicos de mando están
adaptados para arrastrar el pistón 27 en esta porción extrema
solamente cuando la presión de admisión pasa a ser inferior a la
presión umbral. Así, los medios 63 de retorno están inactivos
mientras la presión de admisión permanece superior a la presión
umbral. La presión umbral es superior a la presión mínima Pmin
admisible en el depósito principal 2. Por ejemplo la presión umbral
es del orden de 0,3 MPa mientras que Pmin es del orden de 0,1 MPa.
El esfuerzo de retorno ejercido por los medios 63 de retorno es
también, durante las fases de admisión, superior o igual al esfuerzo
impartido por la presión umbral.
El esfuerzo de retorno ejercido por estos medios
63 de retorno y por la presión de admisión es siempre inferior al
esfuerzo impartido por el accionador 26 durante las fases de
retroceso. La diferencia entre estos esfuerzos corresponde a la
presión de retroceso nominal que debe suministrarse.
Ventajosamente, los medios 63 de retorno elástico
están adaptados para suministrar un esfuerzo de retorno del orden o
superior al correspondiente a una presión de admisión del orden de
0,3 MPa.
En el modo de realización de la figura 3, se han
representado unos medios 63 de retorno elástico formados por un
muelle de compresión 63 interpuesto entre el casquillo central 42 y
el extremo del núcleo axial 60, estando este muelle 63 comprimido
durante las fases de retroceso y descomprimiéndose durante las fases
de admisión.
Por otro lado, para el guiado del núcleo axial
60, unas hojas flexibles 64 radiales están asociadas al extremo del
núcleo axial 60 unido con la varilla 44, y unas hojas flexibles
radiales 65 están fijadas en el extremo libre del núcleo axial 60
unido con la cruz 61. Estas hojas flexibles 64, 65 impiden también
la rotación relativa de la armadura móvil 60, 61 con respecto al
cuerpo de accionador y con respecto a la armadura fija 53.
El pistón 27 presenta un diámetro del orden de 5
mm a 10 mm -especialmente del orden de 6 mm- para un recorrido axial
comprendido entre 0,5 mm y 5 mm -especialmente del orden de 1 mm-.
El entrehierro 62 presenta una dimensión axial ligeramente superior
al recorrido del pistón 27.
La membrana flexible 33 y la cámara de
admisión/retroceso 34 presentan un diámetro del orden de 15 mm a 25
mm -especialmente del orden de 20 mm-.
Un captador 66 de la posición absoluta de la
armadura móvil 60, 61 y del pistón 27 está asociado enfrentado con
el extremo libre 71 del núcleo axial 60. Este captador 66 de
posición absoluta está fijado a un travesaño 75 acoplado al cuerpo
de accionador 51. Por ejemplo, se puede utilizar un captador 66
conocido del tipo capacitivo o de corrientes de Foucault.
La electrobomba 12 según la invención comprende
además unos medios 70 de alimentación eléctrica y de mando del
accionador 26 aptos para controlar su funcionamiento a una
frecuencia de funcionamiento superior a 100 Hz -especialmente
comprendida entre 100 Hz y 300 Hz, preferentemente entre 150 Hz y
250 Hz-. Estos medios 70 electrónicos comprenden un circuito
electrónico lógico de mando que forma el automatismo de mando 18, un
circuito electrónico de potencia 72 controlado por el automatismo de
mando 18, y que recibe la energía eléctrica de una fuente de tensión
continua 73 por medio de unos medios de filtrado 74. El circuito
electrónico de potencia 72 está unido con el bobinado 58 que
alimenta con corriente eléctrica. El captador de posición 66
suministra una señal eléctrica al automatismo de mando 18 que recibe
por otro lado del captador 17 una señal eléctrica representativa de
la presión Pa que reina en el depósito secundario 13.
Los medios 70 electrónicos están adaptados para
alimentar el bobinado 58 con corriente eléctrica por impulsos según
la frecuencia de funcionamiento, siendo esta corriente apta para
arrastrar la armadura móvil 60, 61 activa en las fases de retroceso
y para no arrastrar la armadura móvil 60, 61 que está inactiva en
las fases de admisión durante las cuales el pistón 27 y la armadura
móvil 60, 61 son retornados por la presión del líquido a la
admisión, y/o por los medios 63 de retorno elástico.
El perfil de la corriente de alimentación
liberada por los medios 70 electrónicos está por otro lado adaptado
para evitar el contacto de la armadura móvil 60, 61 con la armadura
fija 53 al final de las fases de retroceso. Asimismo, el accionador
electromagnético 26 comprende un tope de final de recorrido 67
amortiguado formado por un forro de caucho fijado en el cuerpo de
accionador 51 enfrentado con un collar 68 formado por el extremo del
núcleo axial 60 unido con la varilla 44 del pistón 27. Así, el
recorrido de la armadura móvil 60, 61 y del pistón 27 está limitado
al final de la fase de admisión de todas formas por el contacto
entre este collar 68 y el tope 67 acoplado al cuerpo de accionador
51.
Sin embargo, los medios 70 electrónicos pueden
estar adaptados para liberar un perfil de corriente de alimentación
adaptado para evitar el contacto del collar 68 de la armadura móvil
60, 61 con el tope 67 al final de la fase de admisión. A partir de
entonces, los medios 70 electrónicos controlan el accionador
electromagnético de reluctancia variable 26 de manera que la
armadura móvil 60, 61 se desplace en translaciones axiales
alternativas sin pasar a hacer contacto ni con la armadura fija 53
ni con el cuerpo de accionador 51.
La figura 8 es un ejemplo de esquema del circuito
electrónico de potencia 72 formado por una parte en H por dos
transistores y unos diodos. Este circuito recibe una tensión de
alimentación continua E y dos señales de mando H y L liberadas por
el automatismo de mando 18. Estas señales de mando H y L permiten
controlar el funcionamiento de dos interruptores T1 y T2 formados
por ejemplo por transistores de efecto de campo. El bobinado 58 está
unido entre la fuente del transistor T1 y el drenador del transistor
T2, y el circuito comprende dos diodos de rueda libre D1, D2.
Cuando los interruptores T1 y T2 están cerrados,
una corriente i se instala en el bobinado 58 y crece con una
pendiente E/\ell, siendo \ell la inductancia del bobinado 58.
Cuando el interruptor T1 está abierto y el interruptor T2 está
cerrado, la corriente que atraviesa el bobinado 58 se prolonga hacia
el diodo de rueda libre D1. Cuando los dos interruptores T1, T2
están abiertos, la corriente que atraviesa el bobinado 58 se vuelve
a dirigir hacia la alimentación y decrece con una pendiente
-E/\ell hasta anularse.
La figura 9 representa un esquema electrónico del
automatismo de mando 18.
La figura 10 representa un ejemplo de cronogramas
de las diferentes señales liberadas por el automatismo de mando 18
de la figura 9.
El automatismo de mando 18 elabora y suministra
las señales de mando H y L para los transistores del circuito de
potencia 72. El automatismo de mando 18 está adaptado para que el
circuito de potencia 72 suministre un perfil de corriente apropiado
al bobinado 58. Cuando el valor e de 62 es el entrehierro máximo, en
el arranque de una fase de retroceso, hace falta un esfuerzo
importante sobre el pistón 27. Ahora bien este esfuerzo es
proporcional a i^{2}/e^{2}, siendo i la corriente en el bobinado
58. Hay que suministrar por lo tanto un valor considerable de
impulsos de la corriente.
El circuito del automatismo de mando 18 de la
figura 9 recibe una señal de reloj CLK que determina la frecuencia
de funcionamiento y permite ajustar su valor, y una señal de tensión
VLEM procedente de un captador de corriente (por ejemplo del tipo de
efecto Hall) interpuesto en el circuito, y que es la imagen de la
corriente real i que circula por el bobinado 58. Suministra además
las señales de mando H y L aplicadas a los transistores T1 y T2 del
circuito de potencia 72. La señal de reloj es enviada a las entradas
de dos circuitos monoestables 81, 82 que liberan señales S1 y,
respectivamente, S2. La primera señal S1 permite fijar la duración
de los segmentos de una señal de consigna CONS obtenida a la salida
de un circuito de amplificación 80 de la señal S1. La segunda señal
S2 permite fijar el tiempo de funcionamiento y forma la señal de
mando L directamente aplicada al transistor T2.
La señal de consigna CONS determina la duración
del impulso de corriente en el bobinado 58. Se la compara con la
señal VLEM, imagen de la corriente real en el bobinado 58 mediante
un grado de comparación 83 con amplificador operacional cuya salida
es amplificada por un circuito de amplificación 84. La señal de
regulación REG obtenida a la salida es suministrada por medio de un
diodo 85 a la entrada de una puerta ET 86 que recibe también la
señal S2 a la entrada, y cuya salida libera la señal de mando H
suministrada al transistor T1 del circuito de potencia. Se realiza
así una regulación de la corriente i. La señal de regulación REG
está en un nivel alto cuando CONS \geq VLEM. En los cronogramas,
la parte de la señal H representada con una línea de puntos es la
que depende de la corriente real i (de la que sólo un ejemplo
teórico está representado) en el bobinado 58. La regulación así
efectuada permite obtener un valor de la corriente i en el bobinado
58 que es por lo menos sensiblemente constante durante el impulso,
evitando que aumente demasiado.
Los medios 74 de filtrado pueden estar realizados
mediante un circuito de filtrado pasivo de modo diferencial
tradicional que comprende una inductancia serie y una capacidad
paralela. Una variante de este tipo presenta la ventaja de que es
sencilla, pero el inconveniente de que tiene unas dimensiones
totales relativamente importantes en la medida en que el valor de
los componentes debe ser relativamente elevado.
En otra variante de realización, los medios de
filtrado 74 pueden estar formados por un circuito de filtrado activo
adaptado para sustraer corriente liberada por la fuente de tensión
73, una corriente cuyo valor es igual al opuesto a las variaciones
de la corriente consumida por el circuito de potencia 72, estando
sustraído el valor medio de esta corriente consumida.
Los esquemas de las figuras 9 y 10 corresponden a
un automatismo de mando 18 que no comprende medios de
retroalimentación. La fuerza de atracción entre la armadura móvil
60, 61 y la armadura fija 53 aumenta, en primera aproximación,
proporcionalmente a la inversa del cuadrado del entrehierro. Al
final del recorrido, la armadura móvil 60, 61 llega por lo tanto a
proximidad de la armadura fija 53 y es sometida a una fuerza
extremadamente grande, lo cual puede provocar un choque. Para evitar
este inconveniente, conviene cortar la consigna de la corriente de
alimentación del bobinado 58 con suficiente tiempo de antelación, y
anular así la fuerza. En vista de que esta corriente no puede
anularse instantáneamente en el bobinado 58 y de la inercia de la
parte mecánica, una retroalimentación a partir del captador de
posición absoluta 66 permite imponer a la armadura móvil 60, 61 una
consigna de recorrido, o un valor de entrehierro mínimo que no debe
sobrepasarse. Una retroalimentación de este tipo puede estar
realizada de manera tradicional con bucle cerrado.
La invención puede ser objeto de numerosas
variantes con respecto a los modos de realización descritos y
representados en las figuras. En particular, la electrobomba 12
puede comprender varios accionadores electromagnéticos 26, por
ejemplo montados paralelamente y en sentido inverso, de cada lado de
un mismo cuerpo de bomba 25 de manera que forme una bomba de doble
efecto. Asimismo, cada cuerpo de bomba puede comprender varios
pistones paralelos con el fin de aumentar la cilindrada.
Claims (14)
1. Electrobomba volumétrica de desplazamiento
positivo lineal que comprende:
- -
- por lo menos un pistón (27) guiado en translación en un bloque cilíndrico (28),
- -
- una cámara de admisión/retroceso (34) de líquido dotada de clapetas (36, 37) de retención para admisión/retroceso y adaptada para recibir unas variaciones de presión inducidas por los desplazamientos del pistón (27),
- -
- unos medios (26, 70) motores electromagnéticos adaptados para arrastrar el pistón (27) en translaciones alternativas en el bloque cilíndrico (28), correspondiendo el desplazamiento del pistón (27) en un sentido a fases de admisión del líquido en la cámara de admisión/retroceso (34), mientras que el desplazamiento del pistón (27) en el otro sentido corresponde a fases de retroceso de líquido fuera de la cámara de admisión/retroceso (34),
caracterizada porque los medios (26, 70)
motores electromagnéticos comprenden:
- -
- por lo menos un accionador (26) electromagnético de reluctancia variable unidireccional de recorrido lineal, que comprende una armadura móvil (60, 61) asociada al pistón (27) para arrastrarlo en translación en el sentido correspondiente a las fases del retroceso del líquido,
- -
- unos medios (70) electrónicos de alimentación eléctrica y de mando del accionador (26) adaptados para controlar su funcionamiento a una frecuencia de funcionamiento superior a 100 Hz.
2. Electrobomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque los medios (70) electrónicos de
alimentación eléctrica y de mando del accionador (26) están
adaptados para controlar su funcionamiento a una frecuencia de
funcionamiento comprendida entre 100 Hz y 300 Hz -especialmente
entre 150 Hz y 250 Hz-.
3. Electrobomba según una de las reivindicaciones
1 o 2, caracterizada porque el accionador (26)
electromagnético comprende una armadura fija (53) asociada a por lo
menos un bobinado (58) de imantación, y una armadura móvil (60, 61)
guiada en translaciones alternativas con respecto a la armadura fija
(53) con la cual define un circuito magnético con un entrehierro
(62) cuya dimensión varía en el transcurso de los movimientos de
translación de la armadura móvil (60, 61), estando la armadura móvil
(60, 61) unida mecánicamente con el pistón (27) de manera que lo
arrastre en translación en el sentido correspondiente a las fases de
retroceso del líquido durante el cierre del entrehierro inducido por
la circulación de una corriente eléctrica por el bobinado (58) y que
sea retornada en translación con el pistón (27) en el sentido
correspondiente a las fases de admisión del líquido durante la
apertura del entrehierro (62),
y porque dichos medios (70) electrónicos están
adaptados para alimentar el bobinado (58) con corriente eléctrica
por impulsos según la frecuencia de funcionamiento apta para
arrastrar la armadura móvil (60, 61), que está activa, en las fases
de retroceso, y para no arrastrar la armadura móvil (60, 61) que
está inactiva en las fases de admisión durante las cuales el pistón
(27) y la armadura móvil (60, 61) son retornados por la presión del
líquido a la admisión y/o por unos medios (63) de retorno
elástico.
4. Electrobomba según la reivindicación 3,
caracterizada porque dichos medios (70) electrónicos están
adaptados para liberar un perfil de corriente de alimentación
adaptado para impedir el contacto de la armadura móvil (60, 61) con
la armadura fija (53) al final de las fases de retroceso.
5. Electrobomba según una de las reivindicaciones
de 2 a 4, caracterizada porque el accionador electromagnético
(26) incluye un tope (67) amortiguado de final de recorrido que
limita la amplitud de desplazamiento de la armadura móvil (60, 61)
al final de las fases de admisión, y porque dichos medios (70)
electrónicos están adaptados para liberar un perfil de corriente de
alimentación adaptado para impedir el contacto de la armadura móvil
(60, 61) con el tope (67) al final de las fases de admisión.
6. Electrobomba según una de las reivindicaciones
de 2 a 5, caracterizada porque comprende unos medios (63) de
retorno elástico del pistón (27) y de la armadura móvil (60, 61) del
accionador electromagnético (26), en el sentido correspondiente a
las fases de admisión del líquido.
7. Electrobomba según la reivindicación 6,
caracterizada porque los medios (63) de retorno elástico
comprenden un muelle (63) de compresión adaptado para estar
comprimido por lo menos al final de la fase de retroceso y
descomprimirse por lo menos al principio de la fase de admisión.
8. Electrobomba según una de las reivindicaciones
6 o 7, caracterizada porque los medios (63) de retorno
elástico están adaptados para estar activos y suministrar un
esfuerzo de retorno cuando la presión de admisión pasa a ser
inferior a un valor, denominado presión umbral predeterminada.
9. Electrobomba según una de las reivindicaciones
de 2 a 8, caracterizada porque dichos medios (70)
electrónicos incluyen por lo menos un captador (66) de la posición
de la armadura móvil (60, 61) y/o del pistón (27), y unos medios de
retroalimentación con bucle cerrado en la posición de la armadura
móvil (60, 61) aptos para adaptar el perfil de la corriente
eléctrica de alimentación del accionador (26) electromagnético.
10. Electrobomba según una de las
reivindicaciones de 1 a 9, caracterizada porque comprende
unos medios (24) de estanqueidad dinámica entre el pistón (27) y el
bloque cilíndrico (28), y una cámara de bombeo (32) en la cual
desemboca un extremo (31) activo del pistón (27), estando esta
cámara de bombeo (53) llena de un líquido neutro y separada de
manera estanca de la cámara de admisión/retroceso (34) por una
membrana flexible (33) apta para transmitir entre estas dos cámaras
(32, 34) las variaciones de presión a la frecuencia de
funcionamiento, de modo que el líquido bombeado no pasa a hacer
contacto con los medios (24) de estanqueidad dinámica interpuestos
entre el pistón (27) y el bloque cilíndrico (28).
11. Electrobomba según la reivindicación 10,
caracterizada porque la membrana (33) es metálica.
12. Electrobomba según una de las
reivindicaciones de 1 a 11, caracterizada porque cada una de
las clapetas (36, 37) de retención comprende una bolita (47)
retornada por un muelle (48) contra un asiento de clapeta (49), y un
tope (50) axial para frenar el disparo de la bolita de manera que
impida el desplazamiento axial de la bolita (47) más allá de su
posición en la cual ya no frena el flujo que atraviesa el asiento de
la clapeta (49).
13. Electrobomba según una de las
reivindicaciones de 1 a 12, caracterizada porque cada una de
las clapetas (36, 37) de retención comprende una bolita (47) de
nitruro de silicio cuyo diámetro es del orden de 3 mm.
14. Electrobomba según una de las
reivindicaciones de 1 a 13, caracterizada porque el pistón
(27) presenta un diámetro de 5 mm a 10 mm -espe-
cialmente del orden de 6 mm- para un recorrido axial comprendido entre 0,5 mm y 5 mm -especialmente del orden de 1 mm-.
cialmente del orden de 6 mm- para un recorrido axial comprendido entre 0,5 mm y 5 mm -especialmente del orden de 1 mm-.
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