ES2282576T3 - Valvula auxiliar de control para bombas de movimiento alternativo. - Google Patents
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Abstract
Una bomba (250) que comprende: un cuerpo de la válvula (8) que tiene un ánima interno (45), un pistón (18) acoplado al cuerpo de la válvula (8) que tiene una superficie superior (110) y una superficie inferior (108), el pistón (18) colocado dentro de una camisa del pistón (11) para definir una cámara superior del pistón (144) y una cámara inferior del pistón (146), un orificio de entrada del fluido (20) en el cuerpo de la válvula (8) para comunicar el fluido presurizado con el cuerpo de la válvula; un primer conjunto de conductos de fluido presurizado (150, 151) para comunicar el fluido presurizado desde el cuerpo de la válvula (8) con la cámara inferior del pistón (146) para que actúe sobre la superficie inferior del pistón (108), un conducto de escape del fluido (152, 153, 154) para comunicar el fluido del cuerpo de la válvula (8) con una fuente de baja presión; un elemento de válvula (10) deslizable dentro del ánima interno (45) que puede ser intercambiado selectivamente entre una primera y una segunda posición, el elemento de válvula (10) tiene una primera y una segunda superficie que reciben la presión (141, 107) expuestas selectivamente al fluido presurizado desde el orificio de entrada del fluido (20), el elemento de válvula (10) engrana además en una pluralidad de válvulas de corredera (14, 15) intercambiables entre una primera y una segunda posición, el elemento de válvulaen la primera posición colocando las válvulas de corredera (14, 15) en la primera posición para comunicar el fluido presurizado del cuerpo de la válvula (8) a través del primer conjunto de conductos de fluido presurizado (150, 151) con la cámara inferior del pistón (146) y despresurizar el fluido en la cámara superior del pistón que actúa sobre la superficie superior (110) del pistón (18) a través del conducto de escape del fluido (152, 153, 154) para impulsar el pistón (18) hacia su segunda posición.
Description
Válvula auxiliar de control para bombas de
movimiento alternativo.
La presente invención se refiere a una bomba que
contiene una válvula auxiliar de control que alcanza una velocidad
de bombeo continua y constante para una bomba de movimiento
alternativo. Más particularmente, la bomba de la presente invención
se refiere a una bomba que comprende una válvula auxiliar de control
que controla el flujo del fluido de control hacia un pistón, para
accionar un dispositivo de movimiento alternativo tal como una
bomba de inyección de productos químicos o de glicol. La válvula
auxiliar de control de la bomba de la presente invención controla
dicho flujo a través de un mecanismo de válvula neumática que tiene
un elemento de válvula móvil y una pluralidad de válvulas de
corredera que engranan de forma deslizante en el elemento de
válvula móvil. Mediante una comunicación selectiva y ventilando el
fluido presurizado de control a través de una pluralidad de
conductos para fluidos de control, la válvula auxiliar de control de
la bomba de la presente invención proporciona una mejor
presurización y ventilación del fluido de control que actúa sobre el
pistón para aumentar la velocidad de bombeo del dispositivo de
movimiento alternativo.
Existen varios dispositivos conocidos en la
técnica precedente para el control de las bombas de movimiento
alternativo. Muchos dispositivos de la técnica precedente utilizan
un mecanismo de control mecánico para activar el pistón de la bomba
de movimiento alternativo, pero estos mecanismos no han sido
confiables debido a que requieren un número de componentes
propensos a fallas y al desgaste o a que pueden atascarse o variar
su frecuencia de movimiento en respuesta a las condiciones de
funcionamiento variables encontradas con frecuencia en la práctica.
Una invención de una válvula auxiliar de control que utiliza control
por válvula neumática y que mejora estos dispositivos de la técnica
precedente es la invención de la válvula auxiliar de control
divulgada en la patente de Estados Unidos No. 6.183.217 B1,
titulada "Válvula auxiliar de control para controlar una bomba de
movimiento alternativo" publicada el 6 de febrero de 2001.
La válvula auxiliar de control divulgada en la
patente de Estados Unidos No. 6.183.217 B1 cambia el flujo
direccional del fluido de control hacia un pistón acoplado a la
válvula auxiliar de control para activar un dispositivo de
movimiento alternativo. Más específicamente, la válvula auxiliar de
control de la patente de Estados Unidos No. 6.183.217 B1 incluye un
elemento de válvula intercambiable dentro de un cuerpo de la válvula
entre una primera posición de "recorrido descendente" y una
segunda posición de "recorrido ascendente". Cuando se
encuentra en su primera posición, el elemento de válvula permite la
comunicación del fluido de control presurizado suministrado al
cuerpo de la válvula con la superficie inferior del pistón para
iniciar el movimiento del pistón desde su primera posición o
posición de "recorrido descendente" hacia su segunda posición o
posición de "recorrido ascendente". El fluido de control
presurizado se comunica con la superficie inferior del pistón a
través de un primer conducto de fluido presurizado que se extiende a
lo largo del cuerpo de la válvula fuera del cuerpo de la válvula.
Cuando el pistón alcanza su segunda posición, un respiradero en una
biela unida al pistón permite despresurizar y ventilar desde el
cuerpo de la válvula el fluido de control que actúa sobre el
elemento de válvula reteniendo al elemento de válvula en su primera
posición. El fluido de control presurizado es ventilado desde el
cuerpo de la válvula a través de un conducto de escape del fluido
que se extiende fuera del cuerpo de la válvula. Mientras se
despresuriza y se ventila ese fluido de control, el fluido de
control presurizado actúa sobre el elemento de válvula para iniciar
el movimiento del elemento de válvula desde su primera posición
hacia su segunda posición. A medida que el elemento de válvula se
mueve desde su primera posición hacia su segunda posición, una
parte de la válvula de corredera del elemento de válvula avanza con
el elemento de válvula desde una primera posición hacia una segunda
posición. En su segunda posición, el miembro de válvula, mediante
la colocación de la parte de la válvula de corredera, imposibilita
la comunicación del fluido de control con la superficie inferior
del pistón y permite la comunicación del fluido de control
presurizado con la superficie superior del pistón lo que hace que
el pistón regrese a su primera posición. El fluido de control
presurizado se comunica con la superficie superior del pistón a
través de un segundo conducto de fluido presurizado que se extiende
a lo largo del cuerpo de la válvula pero dentro del cuerpo de la
válvula. A medida que el pistón regresa a su primera posición, el
respiradero en la biela del pistón permite que el fluido de control
presurizado que actúa sobre la superficie superior del pistón actúe
sobre el elemento de válvula para retornar al elemento de válvula a
su primera posición. Cuando el elemento de válvula regresa a su
primera posición, la parte de la válvula de corredera del elemento
de válvula también regresa a su primera posición. En su primera
posición, el miembro de válvula, mediante la colocación de la parte
de la válvula de corredera, imposibilita la comunicación del fluido
de control con la superficie superior del pistón y permite que el
fluido de control presurizado salga a través de un conducto de
escape del fluido. El miembro de válvula, mediante la colocación de
la parte de la válvula de corredera, también permite la comunicación
del fluido de control a través del primer conducto de fluido
presurizado con la superficie inferior del pistón y el proceso se
repite una y otra vez. La duración de cada ciclo varía ajustando
una válvula de impulsión de retroceso que hace variar la velocidad
con que el fluido de control que actúa sobre el pistón es
despresurizado y ventilado desde el cuerpo de la válvula durante
cada ciclo. Este proceso se repite una y otra vez para alcanzar una
velocidad de bombeo constante para el dispositivo de movimiento
alternativo que utiliza sólo el control por válvula neumática.
La válvula auxiliar de control de la patente de
Estados Unidos No. 6.183.217 B1 superó a los dispositivos de la
técnica precedente al mejorar la confiabilidad controlando la
comunicación del fluido de control con un pistón incluido mediante
el empleo de un dispositivo de movimiento alternativo que utiliza el
control por válvula neumática en lugar de un mecanismo de control
mecánico. Aunque la válvula auxiliar de control divulgada en la
patente de Estados Unidos No. 6.183.217 B1 tiene ventajas
significativas, sigue existiendo la necesidad de una válvula
auxiliar de control que entregue un mayor volumen de fluido de
control a mayor presión para activar los dispositivos de movimiento
alternativo con mayores tasas de recorrido. Además, se necesita una
válvula auxiliar de control que pueda ser regulada para evitar el
atasco bajo diferentes propiedades de presión, viscosidad, y/o
compresibilidad del fluido de control. Finalmente, se necesita
reducir las tensiones del impacto operativo sobre la válvula
auxiliar de control mediante una transición más suave del elemento
de válvula desde su primera posición hasta su segunda posición. Tal
funcionamiento mejorado debe ser logrado sin sacrificar la
confiabilidad y manteniendo el control total del pistón de manera
neumática.
La especificación de patente de los Estados
Unidos 5468127 divulga una válvula auxiliar de control de relé que
posee una sola línea 136 para la comunicación del fluido de control
presurizado con una superficie del pistón y una sola línea 150 con
la otra superficie del pistón.
La presente invención proporciona una bomba como
la que se define en la reivindicación 1.
La bomba puede incluir las características que
aparecen en una o más de las reivindicaciones dependientes 2 a
16.
La presente invención también proporciona un
método como el que se define en la reivindicación 17.
El método puede incluir las características que
aparecen en una o más de las reivindicaciones dependientes 18 a
23.
La válvula auxiliar de control de la bomba de la
presente invención representa una mejora con respecto a la válvula
auxiliar de control de la patente de los Estados Unidos No.
6.183.217 B1 porque aumenta la velocidad del movimiento del
dispositivo de movimiento alternativo, evita el atasco, aumenta la
tolerancia del dispositivo de movimiento alternativo a las
propiedades variables del fluido de control, reduce la probabilidad
de congelación del fluido de control, y reduce las tensiones del
impacto sobre el miembro de válvula, pero continúa basándose solo
en el control por válvula neumática. Estas mejoras se realizan con
un aumento real de la confiabilidad.
De manera similar a la válvula auxiliar de
control de la patente de los Estados Unidos No. 6.183.217 B1, la
válvula auxiliar de control de la bomba de la presente invención se
coloca sobre el pistón incluido con el dispositivo de movimiento
alternativo para proporcionar una fuerza linear, alternativa que
utiliza un fluido presurizado compresible o no compresible de
control para activar el pistón. La válvula auxiliar de control de
la presente invención controla la comunicación del fluido de control
con el pistón mediante el empleo del control por válvula
neumática.
Más específicamente, la válvula auxiliar de
control de la bomba de la presente invención incluye un elemento de
válvula intercambiable dentro de un cuerpo de la válvula entre una
primera posición o posición de "recorrido descendente" y una
segunda posición o posición de "recorrido ascendente". Cuando
se encuentra en su primera posición, un par de válvulas de
corredera que se acoplan de manera deslizable con el elemento de
válvula permiten la comunicación del fluido de control suministrado
al cuerpo de la válvula con la superficie inferior del pistón para
iniciar el movimiento del pistón desde su primera posición hacia su
segunda posición. Simultáneamente, las válvulas de corredera
permiten que el fluido de control que actúa sobre la superficie
superior del pistón sea ventilado a través de los orificios de
escape situados en el cuerpo de la válvula. El fluido de control
presurizado se comunica con la superficie inferior del pistón a
través de un primer par de conductos de fluido presurizado que se
extienden a lo largo del cuerpo de la válvula. La válvula auxiliar
de control de la patente de los Estados Unidos No. 6.183.217 B1
entregaba el fluido presurizado de control a la superficie superior
del pistón a través de un solo conducto de fluido. El empleo de un
par de conductos de fluido presurizado trae consigo dos ventajas.
Primero, se puede introducir un desplazamiento de magnitud variable
entre las dos válvulas de corredera, lo que permite que la válvula
auxiliar de control funcione sin atasco bajo propiedades variables
del fluido de control y reduce la tensión del impacto sobre el
miembro de válvula. En segundo lugar, se duplica el volumen de
fluido de control suministrado al pistón, lo que aumenta
considerablemente la velocidad máxima de bombeo y evita el
congelamiento del fluido de control húmedo (tal como aire comprimido
húmedo o gas natural) que es frecuente con el diseño de un solo
conducto de fluido y del orificio divulgado en la patente de los
Estados Unidos No. 6.183.217 B1 y los diseños de la competencia.
Aunque esta segunda ventaja también podría lograrse aumentando el
tamaño del conducto de fluido y del orificio, el aumento del tamaño
del conducto de fluido y del orificio aumentaría el tamaño de todo
el mecanismo, mientras para agregar una segunda válvula de
corredera y un segundo conducto de fluido no se requiere ningún
aumento de tamaño.
Cuando el pistón alcanza su segunda posición, un
castillete de extracción en una biela del pistón unida al pistón se
encuentra en la posición "cerrada" o primera posición,
permitiendo que el fluido de control que actúa sobre el elemento de
válvula que mantiene al elemento de válvula en su primera posición
se despresurice y se ventile desde el cuerpo de la válvula a través
de un orificio localizado justo sobre el castillete de extracción.
El fluido de control presurizado sale del cuerpo de la válvula a
través de un conducto de escape del fluido que se extiende hacia
afuera del cuerpo de la válvula. A medida que dicho fluido de
control se despresuriza y sale, el fluido de control presurizado
actúa sobre el elemento de válvula para iniciar el movimiento del
elemento de válvula desde su primera posición hacia su segunda
posición. A medida que el elemento de válvula se traslada hacia su
segunda posición, el elemento de válvula desplaza las válvulas de
corredera hacia arriba desde una primera posición hasta una segunda
posición.
En su segunda posición, el miembro de válvula,
mediante la colocación de las válvulas de corredera, imposibilita
la comunicación del fluido de control con la superficie inferior del
pistón y permite la comunicación del fluido de control presurizado
con la superficie superior del pistón lo que hace que el pistón
regrese a su primera posición. Las válvulas de corredera permiten
simultáneamente la comunicación del fluido de control que actúa
sobre la superficie inferior del pistón con el escape a través de
los orificios situados en el cuerpo de la válvula. Los dos
orificios que propician el escape del fluido de control proporcionan
de conjunto un menor descenso de la presión del fluido de control a
medida que este sale de la superficie inferior del pistón,
disminuyendo el descenso de la temperatura, y reduciendo así el
riesgo de congelamiento. El fluido de control presurizado se
comunica con la superficie superior del pistón usando un segundo par
de conductos de fluido presurizado en lugar de un solo conducto de
fluido como se describe en la patente de los Estados Unidos No.
6.183.217 B1. Ambos conductos de fluido presurizado se extienden
hacia abajo a través del cuerpo de la válvula hasta el pistón para
entregar el fluido de control para que este actúe sobre la
superficie superior del pistón. De esta manera, un mayor volumen de
fluido de control actúa sobre el pistón para aumentar su
velocidad.
Cuando el pistón regresa a su primera posición,
el orificio inferior en la biela del pistón queda expuesto al
fluido de control presurizado que actúa sobre la superficie superior
del pistón. El castillete de extracción en la biela del pistón se
mueve hacia su posición "abierta" o segunda posición mientras
el fluido de control presurizado que actúa sobre la superficie
superior del pistón actúa sobre el elemento de válvula para
desplazar de nuevo al elemento de válvula hacia su primera
posición. A medida que el elemento de válvula regresa a su primera
posición, el elemento de válvula desplaza las válvulas de corredera
hacia abajo desde una segunda posición hasta una primera posición.
En su primera posición, el miembro de válvula, mediante la
colocación de las válvulas de corredera, imposibilita la
comunicación del fluido de control con la superficie superior del
pistón y permite simultáneamente que el fluido de control
presurizado salga a través de un conducto de escape del fluido. El
miembro de válvula, mediante la colocación de las válvulas de
corredera, también permite la comunicación del fluido de control a
través del primer par de conductos de fluido presurizado con la
superficie inferior del pistón y se repite el ciclo. En este
momento, y antes del movimiento ascendente inicial del pistón, el
fluido de control que mantiene al elemento de válvula en su primera
posición puede, bajo variaciones de presión, de la viscosidad, y/o
de las propiedades de compresibilidad del fluido de control,
comenzar a fluir a la inversa a lo largo de la misma trayectoria
que siguió al presurizar el elemento de válvula para mover al
elemento de válvula hacia su primera posición. Esta tendencia es
especialmente severa en el caso de que el fluido de control sea una
mezcla de fases líquida y gaseosa, o cuando la presión del fluido de
control es especialmente alta. En la invención descrita en la
patente de los Estados Unidos. No. 6.183.217 B1, este flujo tendría
el efecto de provocar que el elemento de válvula se mueva hacia
atrás hacia su segunda posición, provocando posiblemente un atasco.
En la presente invención, este flujo en retroceso hace que el
castillete de extracción se mueva a su posición "cerrada" o
primera posición, bloqueando el flujo en retroceso y evitando el
movimiento del elemento de válvula desde la primera posición hasta
que el pistón comience a moverse hacia atrás hacia su segunda
posición y el orificio inferior en la biela del pistón se aísla de
nuevo del fluido de control que actúa sobre el pistón. La duración
de cada ciclo puede variar mediante el ajuste de una válvula de
impulsión de retroceso que varíe la velocidad en la que el fluido de
control que actúa sobre el pistón es despresurizado y sacado del
cuerpo de la válvula durante cada ciclo. Este proceso se repite una
y otra vez para alcanzar una velocidad de bombeo constante para el
dispositivo de movimiento alternativo que utiliza solo el control
por válvula neumática.
Como se ha indicado, la válvula auxiliar de
control de la bomba de la presente invención aumenta la velocidad
del movimiento del dispositivo de movimiento alternativo mediante el
aumento del volumen de fluido de control suministrado a las
superficies del pistón durante cada movimiento. Este aumento en
volumen se alcanza usando el doble par de conductos de fluido
presurizado para comunicar el fluido del cuerpo de la válvula con
las cámaras del pistón. El primer par de conductos de fluido
presurizado comunica el fluido de control del cuerpo de la válvula
con la superficie inferior de este pistón para impulsar el pistón
hacia su segunda posición. El segundo par de conductos de fluido
presurizado comunica el fluido de control del cuerpo de la válvula
con la superficie superior del pistón para impulsar el pistón desde
su segunda posición de nuevo hacia su primera posición. La válvula
auxiliar de control de la presente invención entrega dicho fluido de
control presurizado y alcanza dicha mayor velocidad de movimiento
con mayor confiabilidad.
La válvula auxiliar de control de la bomba de la
presente invención también elimina el riesgo de atasco del elemento
de válvula durante cada ciclo de movimiento debido a que el par de
válvulas de corredera pueden ser desplazadas una con respecto a la
otra. La magnitud del desplazamiento depende de las propiedades del
fluido de control. Este desplazamiento permite iniciar el
movimiento de una válvula de corredera en una posición del elemento
de válvula diferente a la del movimiento de la segunda válvula de
corredera. A medida que el elemento de válvula se mueve hacia
arriba, el borde inferior de la primera válvula de corredera es
engranado por el elemento de válvula justo antes de que el borde
inferior de la segunda válvula de corredera sea engranado por el
miembro de válvula. La invención descrita en la patente de los
Estados Unidos No. 6.183.217 B1 era susceptible al atasco pues la
válvula de corredera única podría bloquear simultáneamente los
orificios superior e inferior, evitando el movimiento del pistón
hacia la primera o la segunda posición. La presente invención
elimina esta posibilidad garantizando que por lo menos un orificio
quede parcialmente abierto siempre, lo que garantiza el movimiento
del pistón hacia la primera o la segunda posición. El desplazamiento
de la presente invención tiene además el efecto de redondear la
respuesta del elemento de válvula en los puntos en los que el
elemento de válvula cambia su dirección de movimiento en lugar de
tener cambios abruptos del movimiento, lo que reduce la tensión del
impacto sobre el elemento de válvula y alarga así considerablemente
su vida útil. La invención descrita en la patente de los Estados
Unidos No. 6.183.217 B1 creó la necesidad de que el elemento de
válvula sea fabricado de un material muy resistente al impacto, lo
que aumenta su coste, mientras la presente invención elimina ese
coste. La magnitud del desplazamiento puede llegar a ser cero
(ningún desplazamiento) en dependencia de las propiedades
particulares del fluido de control.
Éstas y otras características y ventajas de la
presente invención se pondrán de manifiesto en la siguiente
descripción detallada de los dibujos acompañantes y de las
reivindicaciones que se adjuntan.
Para comprender mejor las características y
ventajas de la presente invención, debe hacerse referencia a la
siguiente descripción detallada vista conjuntamente con los dibujos
acompañantes en los cuales las partes iguales reciben los mismos
números de referencia y donde:
La Figura 1 es una vista de la sección
transversal vertical de la presente invención con el elemento de
válvula de la presente invención en su primera posición, el pistón
en su segunda posición, y el castillete de extracción en su primera
posición;
La Figura 1A es una vista de la sección
transversal vertical ampliada de una parte de la presente invención
mostrada en la Figura 1;
La Figura 2 es una vista de la sección
transversal vertical de la presente invención con el elemento de
válvula de la presente invención en su segunda posición, el pistón
en la segunda posición, y el castillete de extracción en su primera
posición;
La Figura 3 es una vista de la sección
transversal vertical de la presente invención con el elemento de
válvula de la presente invención en su segunda posición, el pistón
en la primera posición, y el castillete de extracción en su segunda
posición;
La Figura 4 es una vista de la sección
transversal vertical de la presente invención con el elemento de
válvula de la presente invención en su primera posición, el pistón
en su primera posición, y el castillete de extracción en su primera
posición.
La Figura 5 es una vista de la sección
transversal vertical rotada de una realización alternativa de la
presente invención que muestra ambos conjuntos de conductos de
fluido presurizado colocados dentro del cuerpo de la válvula.
La Figura 6 es una vista superior de la sección
transversal de una realización alternativa de la presente invención
que muestra la alineación de los orificios de control.
Haciendo referencia ahora a los dibujos, las
Figuras 1-4 ilustran una realización preferida del
dispositivo de la presente invención e ilustran una válvula
auxiliar de control de la bomba de la presente invención ensamblada.
La Figura 1A se incluye como ampliación de una parte de la válvula
auxiliar de control de la bomba de la presente invención mostrada
en la Figura 1 para fines de claridad. El número de referencia 5 se
utiliza para señalar generalmente la válvula auxiliar de control de
la bomba de la presente invención. Como se aprecia en las Figuras
1-4, la válvula auxiliar de control 5 se acopla a un
conjunto del pistón 9. El conjunto del pistón 9 se adjunta a un
dispositivo de movimiento alternativo 250 tal como una bomba de
fluido única o doble que utiliza un émbolo, un diafragma, o un
fuelle de movimiento alternativo. La válvula auxiliar de control 5
activa un pistón 18 que utiliza un fluido de control presurizado
compresible, no compresible, o de doble fase. El fluido de control
es típicamente un fluido o gas o cierta combinación de ambos y
dependerá de la naturaleza de la aplicación de bombeo. El fluido de
control se mantiene generalmente a una presión que oscila entre 20
PSI y 1.500 PSI (\sim 1.4 bar a 103 bar), pero presiones más
altas o más bajas siguen estando dentro del alcance de la invención.
Como se describe en más detalles a continuación, la válvula
auxiliar de control 5 logra una velocidad de bombeo continua y
constante para el dispositivo de movimiento alternativo 250 usando
solamente el control por válvula neumática.
La válvula auxiliar de control 5 incluye un
cuerpo de la válvula 8 que tiene un ánima central 45 que se extiende
longitudinalmente a través del cuerpo de la válvula 8. El cuerpo de
la válvula 8 tiene una parte cilíndrica superior que tiene un
diámetro ligeramente mayor que una parte cilíndrica inferior. Un
orificio 20 intermedio entre los extremos del cuerpo de la válvula
8 y colocado en la pared de la parte cilíndrica superior proporciona
el fluido de control presurizado al cuerpo de la válvula 8. También
intermedios entre los extremos del cuerpo de la válvula 8 se
encuentran los orificios 22, 24 y 26 a lo largo de una pared de la
parte cilíndrica superior y los orificios 23, 25 y 27 a lo largo de
una pared opuesta de la parte cilíndrica superior. En las paredes
opuestas de la parte cilíndrica superior, el orificio 22 se alinea
con el orificio 23, el orificio 24 se alinea con el orificio 25 y
el orificio 26 se alinea con el orificio 27. Como se describe en más
detalles a continuación, los orificios 20, 22, 23, 24, 25, 26 y 27
proporcionan la comunicación entre el ánima central 45 y, en
condiciones de funcionamiento seleccionadas, una fuente de
suministro del fluido de control, una cámara superior del pistón
144 del conjunto del pistón 9, una cámara inferior del pistón 146
del conjunto del pistón 9, o la atmósfera para expulsar el fluido
de control.
En la parte cilíndrica inferior del cuerpo de la
válvula 8, se proporciona un orificio 32 dispuesto en la parte del
extremo inferior del cuerpo de la válvula 8 y de una pasarela
longitudinal 34 que se extiende paralela al ánima central 45 desde
el orificio 32 hasta el orificio 26. De manera similar, en la parte
del extremo inferior del cuerpo de la válvula 8 se proporciona un
orificio 33 opuesto al orificio 32. El orificio 33 conecta con el
orificio 27 a través de una pasarela 35 que se extiende paralela al
ánima central 45. La pasarela longitudinal 34 y la pasarela
longitudinal 35 se forman integralmente dentro de las paredes del
cuerpo de la válvula 8. La pasarela longitudinal 34 proporciona a
través de los orificios 26 y 32 la comunicación entre el ánima
central 45 y la cámara superior del pistón 144 del conjunto del
pistón 9, y la pasarela longitudinal 35 proporciona a través de los
orificios 27 y 33 la comunicación entre el ánima central 45 y la
cámara superior del pistón 144 del conjunto del pistón 9.
Como se muestra en las Figuras
1-4, el cuerpo de la válvula 8 que tiene un ánima
central 45 recibe de manera deslizable al elemento de válvula 10.
El elemento de válvula 10 incluye una parte cilíndrica para engranar
de manera deslizable en la superficie interior de la parte
cilíndrica inferior del cuerpo de la válvula 8. El elemento de
válvula 10 incluye además una parte superior abocinada 49 para
engranar de manera deslizable en la superficie interior de la parte
cilíndrica superior del cuerpo de la válvula 8. La parte abocinada
49 del elemento de válvula 10 define una primera superficie que
recibe la presión 141 y una cámara anular 142 entre la superficie
interna del cuerpo de la válvula 8 y la superficie externa del
elemento de válvula 10. El elemento de válvula 10 incluye además
una parte inferior abocinada 50. La parte inferior abocinada 50
tiene un diámetro más pequeño que la parte superior abocinada 49 y
no engrana con la superficie interior de la parte cilíndrica
superior del cuerpo de la válvula 8 como lo hace la parte superior
abocinada 49. La parte inferior abocinada 50, sin embargo, tiene un
diámetro mayor que la parte cilíndrica inferior del cuerpo de la
válvula 8 y durante el movimiento descendente del elemento de
válvula 10 engranará con la parte cilíndrica inferior en la
superficie 109.
En una parte de la superficie externa del
elemento de válvula 10 intermedia entre la parte superior abocinada
49 y la parte inferior abocinada 50 se proporciona una primera
ranura 112 conformada para recibir y engranar de manera deslizable
una primera válvula de corredera 14 con el elemento de válvula 10.
Como se muestra, la primera válvula de corredera 14 tiene forma de
una la válvula de "corredera en d" que define una ranura
interior 64. En una realización, la primera válvula de corredera 14
posee una longitud ligeramente menor que la longitud de la primera
ranura 112. Esto permite que la primera válvula de corredera 14 se
deslice dentro de la primera ranura 112 con respecto al elemento de
válvula 10 en condiciones seleccionadas como se describe en más
detalles a continuación. Alternativamente, debido a los
requerimientos de algunas aplicaciones como se analiza en más
detalles a continuación, la primera válvula de corredera 14 se puede
ajustar para que se corresponda con la longitud exacta de la
primera ranura 112. En estas condiciones, la primera válvula de
corredera 14 se deslizará integralmente con el elemento de válvula
10 y no con respecto al elemento de válvula 10. Además, a medida
que la primera válvula de corredera 14 se desliza dentro de la
primera ranura 112, la ranura interior 64 se coloca selectivamente
para montar a horcajadas y "cubrir" o "descubrir" los
orificios 22, 24 y 26.
En una parte de la superficie externa del
elemento de válvula 10 opuesta a la primera ranura 112 hay una
segunda ranura 113. La segunda ranura 113 se conforma para recibir
y engranar de manera deslizable una segunda válvula de corredera 15
con el elemento de válvula 10. De manera similar a la primera
válvula de corredera 14, la segunda válvula de corredera 15 tiene
forma de válvula de "corredera en d" y define una ranura
interior 65. En una realización, la segunda válvula de corredera 15
tiene una longitud ligeramente menor que la longitud de la segunda
ranura 113, y permite que la segunda válvula de corredera 15 se
deslice dentro de la segunda ranura 112 con respecto al elemento de
válvula 10. Alternativamente, de manera similar a la primera válvula
de corredera 14, la segunda válvula de corredera 15 se puede
ajustar para que se corresponda con la longitud exacta de la
segunda ranura 113. En estas condiciones, la segunda válvula de
corredera 15 se deslizará integralmente con el elemento de válvula
10 y no con respecto al elemento de válvula 10. Finalmente, a medida
que la segunda válvula de corredera 15 se desliza dentro de la
segunda ranura 113, la ranura interior 65 se coloca selectivamente
para montar a horcajadas y "cubrir" o "descubrir" los
orificios 23, 25 y 27.
La determinación de si la primera válvula de
corredera 14 y la segunda válvula de corredera 15 se deben fijar
integralmente con el elemento de válvula 10 ó de manera deslizable
con respecto al elemento de válvula 10 depende de la aplicación.
Por ejemplo, para las aplicaciones que utilizan una combinación de
fluido y gas como fluido de control y que operan bajo alta presión,
la primera válvula de corredera 14 y la segunda válvula de
corredera 15 deben moverse con respecto al elemento de válvula 10
para un mejor funcionamiento. Por tanto, la primera ranura 112 debe
ser ligeramente más grande que la primera válvula de corredera 14 y
la segunda ranura 113 debe ser ligeramente más grande que la
segunda válvula de corredera 15. Alternativamente, para las
aplicaciones que solo utilizan gas como fluido de control y operan a
alta presión, la primera válvula de corredera 14 y la segunda
válvula de corredera 15 deben ser fijadas con respecto al elemento
de válvula 10 ajustadas para que entren con precisión en la primera
ranura 112 y la segunda ranura 113, respectivamente.
Como se puede apreciar en las Figuras
1-4, la primera ranura 112 se coloca levemente
desplazada con respecto a la segunda ranura 113 en el elemento de
válvula 10. Este desplazamiento oscila usualmente entre 0 (ningún
desplazamiento) y 1/8 de una pulgada (\sim3,2 mm), y en una
realización es de 1/16 de una pulgada (\sim1,6 mm). Sin embargo,
se puede apreciar que se podrían utilizar mayores desplazamientos y
seguirían estando dentro del alcance de la invención. Como se
analiza más en detalle a continuación, la existencia del
desplazamiento hace que el movimiento de la primera válvula de
corredera 14 se inicie antes que el movimiento de la segunda
válvula de corredera 15, lo que ayuda a evitar el atasco del
elemento de válvula 10. A medida que el elemento de válvula 10 se
mueve hacia arriba, el borde inferior de la primera válvula de
corredera 14 es engranado por el elemento de válvula 10 justo antes
de que el borde inferior de la segunda válvula de corredera 15 sea
engranado por el elemento de válvula 10.
Aunque la válvula auxiliar de control de la
bomba de la presente invención se ha descrito con dos válvulas de
corredera y dos ranuras para recibir tales válvulas de corredera, se
puede apreciar que se pueden agregar válvulas de corredera y
ranuras adicionales al elemento de válvula sin salirse del alcance
de esta invención. Las válvulas de corredera y las ranuras
adicionales podrían ser agregadas debido a la naturaleza cilíndrica
del elemento de válvula y colocadas en puntos opuestos de la
superficie del miembro de válvula.
En el extremo superior de la superficie externa
del elemento de válvula 10 se proporciona un sello 72 y en el
extremo inferior de la superficie externa del elemento de válvula 10
se proporciona un sello 74. Los sellos 72 y 74 incluyen cada uno un
conjunto anular de sello de copa colocado en una muesca formada en
la superficie externa del elemento de válvula 10 para engranar la
superficie interna del cuerpo de la válvula 8 y para impedir el
escape del fluido de control de la cámara anular 142 como se
describe en más detalles a continuación.
El elemento de válvula 10 está provisto además
de un ánima longitudinal central 42 que se extienda a través del
elemento de válvula 10. El ánima longitudinal central 42 se ajusta
para recibir una biela del pistón 12 que se extiende desde el
conjunto del pistón 9. El elemento de válvula 10 está provisto
además de un sello 78 formado en la superficie interna del elemento
de válvula 10 en su extremo inferior para engranar la superficie
externa de la biela del pistón 12 y para imposibilitar el escape del
fluido de control del ánima longitudinal central 42 hacia una
cámara inferior 148 como se describe en más detalles a
continuación.
El cuerpo de la válvula 8 se proporciona una
tapa superior 6 sellable conectada con el extremo superior del
cuerpo de la válvula 8. El cuerpo de la válvula 8 está provisto
además en su extremo inferior de un miembro de camisa 13 que tiene
una superficie superior de la camisa 115. El miembro de camisa 13
engrana a manera de sello con la superficie interna de la parte
inferior del cuerpo de la válvula 8 y define una cámara inferior
148 entre la superficie superior de la camisa 115 y una superficie
del extremo inferior 116 del elemento de válvula 10. El miembro de
camisa 13 incluye además un miembro interno de acople de la camisa
19 para que encaje en el reborde superior 16 del conjunto del
pistón 9 y engrane de manera deslizable con la biela del pistón 12.
El miembro interno de acople de la camisa 19 estabiliza el
acoplamiento entre el cuerpo de la válvula 8 y el conjunto del
pistón 9. El miembro de camisa 13 incluye también un conjunto del
sello 76 en la superficie interna del miembro interno de acople de
la camisa 19 en su extremo superior para imposibilitar el escape
del fluido de control de la cámara inferior 148.
Un pistón 18 que tiene una superficie superior
110 y una superficie inferior 108 se coloca dentro de un cárter del
pistón 11 del conjunto del pistón 9 para definir la cámara superior
del pistón 144 y la cámara inferior del pistón 146. El pistón 18
está provisto en su borde de un sello de corona 84 para
imposibilitar la comunicación del fluido de control entre la cámara
superior del pistón 144 y una cámara inferior del pistón 146. El
pistón 18 tiene una biela del pistón 12 rígida que se alinea con el
ánima longitudinal central 42 del elemento de válvula 10. La biela
del pistón 12 se extiende hacia dentro del ánima longitudinal
central 42 a través de un orificio 62 en el reborde superior 16. La
biela del pistón 12 incluye además un ánima central de la biela 44
que tiene un castillete de extracción 28 en su extremo inferior que
proporciona la comunicación entre el ánima central de la biela 44
y, en condiciones de funcionamiento seleccionadas como se describe
en más detalles a continuación, una cámara inferior 148 o la cámara
superior del pistón 144. Las funciones operativas y el diseño de un
"castillete de extracción" son usualmente del conocimiento de
los especialistas en la materia. Además, como saben los
especialistas en la materia, en dependencia de la presión del fluido
de control y de otras condiciones de funcionamiento, un dispositivo
de "válvula esférica de biela", una abertura de ventilación u
otro dispositivo de válvula similar serían una substitución
aceptable para el "castillete de extracción".
Inmediatamente sobre el castillete de extracción
28 agujereado en la pared de la biela del pistón se coloca un
respiradero superior del castillete de extracción 91 e
inmediatamente debajo del castillete de extracción 28 también
agujereado a través de la pared de la biela del pistón se coloca un
respiradero inferior del castillete de extracción 92. En
condiciones de funcionamiento seleccionadas como se describe en más
detalles a continuación, el respiradero superior del castillete de
extracción 91 y el respiradero inferior del castillete de extracción
92 "abren" y "cierran" el castillete de extracción 28
para hacer que el castillete de extracción 28 permita la
comunicación del fluido de control o bloquee la comunicación del
fluido de control a través de un respiradero angular del castillete
de extracción 90 entre las partes superior e inferior del ánima
central de la biela 44. Como se muestra en las Figuras 1 y 2, el
castillete de extracción 28 está en la posición "cerrada" o
primera posición. En la posición cerrada, el castillete de
extracción 28 evita la comunicación del fluido de control desde la
parte superior del ánima central de la biela 44 y desde la parte
inferior del ánima central de la biela 44 mientras el sello 93 se
presiona contra la superficie interna de la biela del pistón 12.
Como se muestra en las Figuras 3 y 4, el castillete de extracción
28 está en la posición "abierta" o segunda posición. En la
posición abierta, el castillete de extracción 28 permite la
comunicación del fluido de control desde la parte superior del
ánima central de la biela 44 y desde la parte inferior del ánima
central de la biela 44 mientras el sello 93 se aleja de la
superficie interna de la biela del pistón 12.
Las Figuras 5 y 6 muestran una realización
alternativa de la presente invención que tiene ambos pares de
pasarelas de fluido presurizado integradas dentro de las paredes
del cuerpo de la válvula 8. Esta realización es particularmente
útil para las aplicaciones que tienen limitaciones de espacio y en
las que no resulta práctico el empleo de las líneas 150 y 151
externas al cuerpo de la válvula 8.
Haciendo referencia más específicamente a las
Figuras 5 y 6, se puede apreciar que el cuerpo de la válvula 8 en
la Figura 5 se ha rotado en 90° desde la perspectiva mostrada en las
Figuras 1-4. La pasarela longitudinal 34 se muestra
extendida dentro del cuerpo de la válvula 8, paralela al orificio
central 26 desde el ánima central 45 hasta el orificio 32, y el
orificio 24 está colocado sobre el orificio 26. La primera válvula
de corredera 14 se muestra en una posición intermedia con la ranura
interior 64 comunicándose con el orificio 24 y los orificios 22 y
26 cubiertos. También se muestra el orificio para el fluido de
control presurizado 20, el orificio de escape 30 y orificio del
tornillo de alineación 7 para la colocación de un tornillo de
alineación que mantenga la alineación del cuerpo de la válvula 8
durante la operación.
A diferencia de la realización de las Figuras
1-4, el orificio 22 se coloca con un ligero
desplazamiento alineado con los orificios 24 y 26, pero el orificio
22 sigue estando en relación con la primera válvula de corredera 14
que será "cubierta" y "descubierta" selectivamente a
medida que la primera válvula de corredera 14 se desliza dentro de
la primera ranura 112. Una pasarela longitudinal 41 se extiende
debajo del orificio 22 dentro del cuerpo de la válvula 8 paralela
al ánima central 45 y a la pasarela longitudinal 34. Debido a que el
orificio 22 está desplazado con respecto al orificio 26 y debido a
la naturaleza cilíndrica del cuerpo de la válvula 8, la pasarela
longitudinal 41 no se cruza ni interfiere con la pasarela
longitudinal 34. La pasarela longitudinal 41 proporciona la
comunicación directa del orificio 22 con un orificio 43 colocado en
la parte del extremo inferior del cuerpo de la válvula 8. La Figura
6 muestra que los orificios 24 y 26 están colocados a través del
cuerpo de la válvula 8 desde los orificios 25 y 27 y que el orificio
22 está colocado a través del orificio 23.
Durante la operación, la pasarela longitudinal
41 comunica el fluido de control con la cámara inferior del pistón
146 de manera similar a la línea 150 en las Figuras
1-4 como se analiza en más detalles a continuación.
Un especialista en la materia puede apreciar que el cárter del
pistón 11 se podría configurar con una pasarela o línea para
dirigir el fluido de control liberado a través del orificio 43 hacia
la cámara inferior del pistón 146. Un especialista en la materia
puede apreciar, además, que la Figura 5 muestra un lado del cuerpo
de la válvula 8 y que se podría incluir una pasarela longitudinal
recíproca a la pasarela longitudinal 41 en el lado opuesto del
cuerpo de la válvula 8 para proporcionar la comunicación del fluido
de control del orificio 23 y, de manera similar a la línea 151,
entregar el fluido de control a la cámara inferior del pistón
146.
Ahora se describirá el funcionamiento de la
presente invención tomando como referencia continuada las Figuras
1-4. Como se describe en más detalles a
continuación, el elemento de válvula 10 es intercambiable de manera
deslizable en el ánima central 45 entre una primera posición y una
segunda posición por medio de la presión aplicada por el fluido de
control proporcionado al cuerpo de la válvula 8 a través del
orificio 20. El movimiento del elemento de válvula 10 entre una
primera posición y una segunda posición controla además la
comunicación del fluido de control con la superficie superior 110 ó
con la superficie inferior 108 del pistón 18 para activar el pistón
18 entre una primera posición y una segunda posición. De este modo,
el dispositivo de movimiento alternativo 250 alcanza una velocidad
de bombeo constante.
Aunque las Figuras 1-4 muestran
la válvula auxiliar de control 5 y el conjunto del pistón 9
configurados para activar un solo dispositivo de movimiento
alternativo 250, un especialista en la materia puede apreciar que
en realizaciones adicionales con la presente invención se pueden
activar múltiples dispositivos de movimiento alternativo 250. Por
ejemplo, se podrían conectar en cascada dispositivos de movimiento
alternativo 250 adicionales debajo del conjunto del pistón 9 con
cada trazando de su movimiento de bombeo formando el movimiento del
pistón 18 y de la biela del pistón 12. Cada dispositivo de
movimiento alternativo 250 sería acoplado mecánicamente de cierta
manera a la biela del pistón 12. Además, un dispositivo de
movimiento alternativo 250 se podría colocar sobre la válvula
auxiliar de control 5 y ser activado de acuerdo con la presente
invención extendiendo la biela del pistón 12 hacia arriba a través
de un orificio en el tapa superior 6. El movimiento de bombeo de
dicho dispositivo de movimiento alternativo 250 se alcanzaría con un
acoplamiento mecánico a la biela del pistón 12 y dicho movimiento
sería sincronizado con el movimiento de los dispositivos de
movimiento alternativo 250 colocados debajo de la válvula auxiliar
de control 5. Para mayor claridad, a continuación se describe la
presente invención haciendo referencia a un solo dispositivo de
movimiento alternativo 250.
La Figura 1 muestra el elemento de válvula 10 en
su primera posición o posición de "recorrido descendente", el
pistón 18 en su segunda posición o posición de "recorrido
ascendente" y el castillete de extracción 28 en su primera
posición o posición "cerrada". La Figura 2 muestra el elemento
de válvula 10 movido hacia su segunda posición o posición de
"recorrido ascendente", el pistón 18 permanece en su segunda
posición o posición de "recorrido ascendente" y el castillete
de extracción 28 en su primera posición o posición "cerrada".
La Figura 3 muestra el elemento de válvula 10 que permanece en su
segunda posición o posición de "recorrido ascendente", el
pistón 18 movido en su primera posición o posición de "recorrido
descendente" y el castillete de extracción 28 en su segunda
posición o posición "abierta". Finalmente, la Figura 4 muestra
el elemento de válvula 10 movido hacia su primera posición o
posición de "recorrido descendente", el pistón 18 en su primera
posición o posición de "recorrido descendente" y el castillete
de extracción 28 en su primera posición o posición
"cerrada".
Con el elemento de válvula 10 en su primera
posición como se muestra en la Figura 1, el fluido de control
proporcionado al cuerpo de la válvula 8 a través del orificio 20
comunica el fluido de control presurizado con la cámara anular 142.
Dentro de la cámara anular 142, el fluido de control es aislado en
el extremo superior del elemento de válvula 10 por el sello 72 y en
el extremo inferior del elemento de válvula 10 por el sello 74. La
parte inferior abocinada 50 del elemento de válvula 10 engrana en
una superficie 109 formada por la diferencia de diámetro entre la
parte cilíndrica superior y la parte cilíndrica inferior del cuerpo
de la válvula 8 e impide que el elemento de válvula 10 continúe
moviéndose hacia abajo en la dirección de la flecha B.
Cuando el elemento de válvula 10 está en su
primera posición, la primera válvula de corredera 14 cubre los
orificios 24 y 26 y permite que el orificio 22 se comunique con la
cámara anular 142. De manera similar, la segunda válvula de
corredera 15 cubre los orificios 25 y 27 y permite que el orificio
23 se comunique con la cámara anular 142. De esa forma, el fluido
de control es forzado a través del orificio 22 y dirigido a través
de la línea 150 hacia un orificio 38 en un reborde inferior 17 del
conjunto del pistón 9 comunicando así el fluido de control hacia la
cámara inferior del pistón 146 para ejercer una fuerza ascendente
sobre la superficie inferior 108 del pistón 18. De manera similar,
el fluido de control es forzado a través del orificio 23 y dirigido
a través de la línea 151 hacia un orificio 39 en el reborde inferior
17 comunicando así el fluido de control hacia la cámara inferior
del pistón 146 para ejercer una fuerza ascendente sobre la
superficie inferior 108 del pistón 18. Con la primera válvula de
corredera 14 en su primera posición, los orificios 24 y 26 se
comunican a través de la ranura interior 64. Con la segunda válvula
de corredera 15 en esta posición, los orificios 25 y 27 se
comunican a través de la ranura interior 65. La cámara superior del
pistón 144 se ventila para bajar la presión a través del orificio
36, el orificio 32, la pasarela longitudinal 34, el orificio 26, la
ranura interior 64, el orificio 24, la línea 152, una válvula
ajustable de impulsión de retroceso 201 y la línea 154. Se logra
una doble liberación de la presión mientras la cámara superior del
pistón 144 también se ventila para bajar la presión a través del
orificio 37, el orificio 33, la pasarela longitudinal 35, el
orificio 27, la ranura interior 65, el orificio 25, la línea 153, la
válvula ajustable de impulsión de retroceso 201 y la línea 154. Por
la doble acción del fluido de control presurizado entrando a la
cámara inferior del pistón 146 a través de los orificios 38 y 39, el
pistón 18 es desplazado en la dirección de la flecha A hacia su
segunda posición como se muestra en la Figura 1. Debido a que el
fluido de control se comunica a través de varias pasarelas con la
cámara inferior del pistón 146, se aplica un mayor volumen de
fluido de control al pistón 18 que el que se hubiera aplicado si
solamente se hubiera utilizado una pasarela para comunicar dicho
fluido de control. Como el fluido de control puede llenar más
rápidamente la cámara inferior del pistón 146, el pistón 18 se
acelera hacia arriba a mayor velocidad.
Cuando el pistón 18 y por consiguiente la biela
del pistón 12 alcanza la segunda posición, el respiradero superior
del castillete de extracción 91 cruza a través del sello 76. En ese
momento, el respiradero superior del castillete de extracción 91 se
comunica con el fluido de control presurizado en la cámara ranurada
140, el ánima longitudinal central 42, y ánima central de la biela
44, haciendo que el castillete de extracción 28 se mueva hacia su
primera posición. Con el castillete de extracción 28 en su primera
posición, la cámara ranurada 140 puede ventilar para bajar la
presión a través del ánima longitudinal central 42, el ánima central
de la biela 44, el respiradero superior del castillete de
extracción 91, una cámara inferior 148, el orificio 30 y la línea
156 ventilada para bajar la presión en la línea 154. Una presión
baja representativa es la presión atmosférica o cualquier presión
que sea suficientemente baja como para que la diferencia de presión
entre la presión de suministro y la presión de escape sea
suficiente para superar las fuerzas de fricción de los sellos y la
inercia del mecanismo de bombeo.
La ventilación de la cámara ranurada 140 crea
una diferencia de presión entre la cámara ranurada 140 y la cámara
anular 142 a través del sello 72. Ello da lugar a que se genere una
fuerza contra la primera superficie que recibe la presión 141 del
elemento de válvula 10 para mover al elemento de válvula 10 hacia
arriba en la dirección de la flecha A hacia su segunda posición
como se muestra en la Figura 2. El elemento de válvula 10 continúa
moviéndose en la dirección de la flecha A hasta que una superficie
del extremo superior 106 del elemento de válvula 10 engrana n una
superficie inferior de la tapa 105 de la tapa superior 6. Una
segunda superficie que recibe la presión 107 del elemento de
válvula 10 define la cámara ranurada 140 entre el miembro 10 y la
superficie inferior de la tapa 105 de la tapa superior 6.
Cuando el elemento de válvula 10 se traslada
hacia su segunda posición como se muestra en la Figura 2, la
primera válvula de corredera 14 se mueve hacia arriba para cubrir
los orificios 22 y 24 y descubrir el orificio 26. De manera
similar, la segunda válvula de corredera 15 se mueve hacia arriba
para cubrir los orificios 23 y 25 y descubrir el orificio 27. Con
la primera válvula de corredera 14 en esta posición, los orificios
22 y 24 se comunican a través de la ranura interior 64. Con la
segunda válvula de corredera 15 en esta posición, los orificios 23
y 25 se comunican a través de la ranura interior 65. La cámara
inferior del pistón 146, que fue presurizado con el elemento de
válvula 10 en su primera posición, ventila para bajar la presión a
través del orificio 38, la línea 150, el orificio 22, la ranura
interior 64, el orificio 24, la línea 152, una válvula ajustable de
impulsión de retroceso 201 y la línea 154. Se logra una doble
liberación de la presión cuando la cámara inferior del pistón 146
también ventila para bajar la presión a través del orificio 39, la
línea 151, el orificio 23, la ranura interior 65, el orificio 25,
la línea 153, la válvula ajustable de impulsión de retroceso 201 y
la línea 154. Con los orificios 26 y 27 ahora destapados, el fluido
de control presurizado en la cámara anular 142 se comunica con la
cámara superior del pistón 144 del pistón 18 a través del orificio
26, la pasarela longitudinal 34, el orificio 32 y el orificio 36 en
el reborde superior 16 y a través del orificio 27, la pasarela
longitudinal 35, el orificio 33 y el orificio 37 en el reborde
superior 16.
La diferencia de presión entre el fluido de
control en la cámara superior del pistón 144 y la cámara inferior
del pistón 146 ejerce una fuerza hacia abajo sobre la superficie
superior 110 del pistón 18 que fuerza al pistón 18 hacia abajo en
la dirección de la flecha B hacia su primera posición como se
muestra en la Figura 3. El pistón 18 continúa en su movimiento
descendente hasta que una superficie inferior 108 del pistón 18
engrana una superficie superior 114 del reborde inferior 17. La
velocidad del movimiento descendente del pistón 18 se controla
mediante el ajuste de la válvula de impulsión en retroceso 201 para
variar la velocidad con la que es despresurizado y ventilado el
fluido de control que actúa sobre la superficie inferior 108 del
pistón 18. Como se está entregando el fluido de control a la
superficie superior 110 del pistón 18 a través de varias pasarelas,
se aplica un volumen de fluido de control al pistón 18 mayor que el
que se hubiera aplicado si solo se hubiera utilizado una pasarela
para comunicar dicho fluido de control. Esto da lugar a una mayor
velocidad de aceleración del pistón 18.
Cuando el pistón 18 se mueve hacia abajo en la
dirección de la flecha B, el respiradero inferior del castillete de
extracción 92 pasa a través del sello 82 colocado en la superficie
interna del ánima 62. El sello 82 imposibilita la comunicación
entre la cámara superior del pistón 144 y el ánima central 45. Una
cámara inferior 148 se ventila continuamente para bajar la presión
a través del orificio 30, la línea 156 y la línea 154. El sello 74
evita que el fluido de control presurizado en la cámara anular 142
se comunique con una cámara inferior 148.
Cuando el respiradero inferior del castillete de
extracción 92 pasa a través del sello 82, se comunica con la cámara
superior del pistón 144. La cámara superior del pistón 144 contiene
el fluido de control presurizado a través de los orificios 26 y 27,
las pasarelas longitudinales 34 y 35, los orificios 32 y 33 y los
orificios 36 y 37 en el reborde superior 16. El fluido de control
presurizado proveniente de la cámara superior del pistón 144 empuja
el castillete de extracción 28 hacia su segunda posición y el fluido
de control entra en el ánima longitudinal central 42 a través de un
respiradero inferior del castillete de extracción 92, el respiradero
angular del castillete de extracción 90, y el ánima central de la
biela 44 para actuar sobre la segunda superficie que recibe la
presión 107 del elemento de válvula 10. De este modo, el fluido de
control en la cámara ranurada 140 alcanza una presión igual a la
del fluido de control en la cámara anular 142. Como la segunda
superficie que recibe la presión 107 del elemento de válvula 10
posee mayor área superficial que la primera superficie que recibe
la presión 141, se genera una fuerza hacia abajo que fuerza al
elemento de válvula 10 a moverse hacia abajo desde su segunda
posición hacia su primera posición en la dirección de la flecha B
como se muestra en la Figura 4.
El movimiento del elemento de válvula 10 desde
su segunda posición hacia su primera posición hace que la válvula
de corredera 14 se mueva para cubrir los orificios 24 y 26 y permite
que el orificio 22 se comunique con la cámara anular 142. De manera
similar, el movimiento del elemento de válvula 10 hacia su primera
posición hace que la válvula de corredera 15 se mueva para cubrir
los orificios 25 y 27 y permite que el orificio 23 se comunique con
la cámara anular 142. El elemento de válvula 10 es forzado hacia
abajo hasta que la parte inferior abocinada 50 del elemento de
válvula 10 engrane en la superficie 109 del cuerpo de la válvula
8.
Con el elemento de válvula 10 en su primera
posición, la cámara superior del pistón 144 ventila para bajar la
presión a través del orificio 36, el orificio 32, la pasarela
longitudinal 34, el orificio 26, la ranura interior 64, el orificio
24, la línea 152, la válvula de impulsión en retroceso 201 y la
línea 154. De manera similar, la cámara superior del pistón 144
ventila para bajar la presión a través del orificio 37, el orificio
33, la pasarela longitudinal 35, el orificio 27, la ranura interior
65, el orificio 25, la línea 153, la válvula de impulsión en
retroceso 201 y la línea 154. Mientras se despresuriza la cámara
superior del pistón 144, pero antes del comienzo del movimiento del
pistón 18 en la dirección de la flecha A, el respiradero inferior
del castillete de extracción 92 que aún está colocado debajo del
sello 82 se comunica brevemente con baja presión. El respiradero
superior del castillete de extracción 91 que está sobre el sello 82
continúa comunicándose con el fluido de control presurizado en la
cámara ranurada 140, el ánima longitudinal central 42 y el ánima
central 44. Esta diferencia de presión hace que el castillete de
extracción 28 se mueva hacia su primera posición. En la primera
posición o posición "cerrada", el sello 93 imposibilita la
comunicación del fluido de control a través del respiradero angular
del castillete de extracción 90, evitando así el movimiento
prematuro del elemento de válvula 10 en la dirección de la flecha A
antes de que el pistón 18 se pueda mover hacia arriba y el
respiradero inferior del castillete de extracción 92 no puede
continuar comunicándose con la cámara superior del pistón 144.
El fluido de control presurizado en la cámara
anular 142 se comunica con la cámara inferior del pistón 146 a
través del orificio 22, la línea 150 y el orificio 38 en el reborde
inferior 17 y a través del orificio 23, la línea 151, y el orificio
39 en el reborde inferior 17 para forzar el pistón 18 hacia su
segunda posición como se muestra en la Figura 1. El ciclo se repite
entonces varias veces. La velocidad del movimiento ascendente del
pistón 18 se controla mediante el ajuste de la válvula de impulsión
en retroceso 201 para variar la velocidad a la es despresurizado y
ventilado el fluido de control que actúa sobre la superficie
superior 110 del pistón 18. Como se analiza anteriormente, similar
a la presurización de la cámara inferior del pistón 146, a través
de varias pasarelas se aplica un mayor volumen y presión del fluido
de control al pistón 18 que los que se aplican si solo se utiliza
una pasarela para comunicar el fluido de control al pistón 18. Como
se aplica mayor presión al pistón 18, el pistón 18 se acelera hacia
abajo a mayor velocidad.
De este modo, la válvula auxiliar de control 5
de la presente invención controla la comunicación del fluido de
control con el pistón 18 empleando el control por válvula neumática,
y el dispositivo de movimiento alternativo 250 acoplado al conjunto
del pistón 9 alcanza una velocidad de bombeo continua y
constante.
Aunque se ha descrito una realización preferida
de la presente invención tomando como referencia la descripción
detallada precedente y los dibujos acompañantes, se entenderá que la
presente invención no está limitada a la realización preferida
divulgada sino que incluye modificaciones que no se salen del
alcance de la invención como se define en las reivindicaciones que
se adjuntan.
Claims (23)
1. Una bomba (250) que comprende:
- un cuerpo de la válvula (8) que tiene un ánima interno (45),
- un pistón (18) acoplado al cuerpo de la válvula (8) que tiene una superficie superior (110) y una superficie inferior (108), el pistón (18) colocado dentro de una camisa del pistón (11) para definir una cámara superior del pistón (144) y una cámara inferior del pistón (146),
- un orificio de entrada del fluido (20) en el cuerpo de la válvula (8) para comunicar el fluido presurizado con el cuerpo de la válvula;
- un primer conjunto de conductos de fluido presurizado (150, 151) para comunicar el fluido presurizado desde el cuerpo de la válvula (8) con la cámara inferior del pistón (146) para que actúe sobre la superficie inferior del pistón (108),
- un conducto de escape del fluido (152, 153, 154) para comunicar el fluido del cuerpo de la válvula (8) con una fuente de baja presión;
- un elemento de válvula (10) deslizable dentro del ánima interno (45) que puede ser intercambiado selectivamente entre una primera y una segunda posición, el elemento de válvula (10) tiene una primera y una segunda superficie que reciben la presión (141, 107) expuestas selectivamente al fluido presurizado desde el orificio de entrada del fluido (20), el elemento de válvula (10) engrana además en una pluralidad de válvulas de corredera (14, 15) intercambiables entre una primera y una segunda posición, el elemento de válvula en la primera posición colocando las válvulas de corredera (14, 15) en la primera posición para comunicar el fluido presurizado del cuerpo de la válvula (8) a través del primer conjunto de conductos de fluido presurizado (150, 151) con la cámara inferior del pistón (146) y despresurizar el fluido en la cámara superior del pistón que actúa sobre la superficie superior (110) del pistón (18) a través del conducto de escape del fluido (152, 153, 154) para impulsar el pistón (18) hacia su segunda posición:
- medios de respuesta (28) al pistón (18) en la segunda posición para despresurizar el fluido que actúa sobre la segunda superficie que recibe la presión (107) del elemento de válvula (10) a través del conducto de escape del fluido (152, 153, 154), el fluido presurizado que actúa sobre la primera superficie que recibe la presión (141) del elemento de válvula (10) en respuesta a la descompresión del fluido que actúa sobre la segunda superficie que recibe la presión (107) para mover el elemento de válvula (10) desde la primera posición hacia la segunda posición;
- un segundo conjunto de conductos de fluido presurizado (34, 35) para comunicar el fluido presurizado proveniente del cuerpo de la válvula (8) con la cámara superior del pistón (144) para actuar sobre la superficie superior del pistón (110);
- el elemento de válvula (10) en la segunda posición colocando las válvulas de corredera (14, 15) en la segunda posición para comunicar el fluido presurizado proveniente del cuerpo de la válvula (8) a través del segundo conjunto de conductos de fluido presurizado (34, 35) con la cámara superior del pistón (144) y despresurizar el fluido en la cámara inferior del pistón (146) que actúa sobre la superficie inferior (108) del pistón (18) a través del conducto de escape del fluido (152, 153, 154) para impulsar el pistón (18) hacia su primera posición; y
- los medios de respuesta (28) al pistón (18) en la primera posición para comunicar el fluido presurizado a través del cuerpo de la válvula (8) con la segunda superficie que recibe la presión (107) del elemento de válvula (10) para mover el elemento de válvula (10) desde su segunda posición hacia su primera posición.
2. La bomba de la reivindicación 1 en la que la
primera superficie que recibe la presión (141) del elemento de
válvula (10) está formada por una parte abocinada del elemento de
válvula (10) deslizable dentro del ánima interno (45) del cuerpo de
la válvula (8) y que se comunica con el fluido presurizado
proporcionado a través del orificio de entrada del fluido (20).
3. La bomba de la reivindicación 1 en la que la
segunda superficie que recibe la presión (107) del elemento de
válvula (10) tiene mayor área superficial que la primera superficie
que recibe la presión (141) del elemento de válvula (10) para
generar una fuerza cuando el elemento de válvula (10) está en su
segunda posición que mueva al elemento de válvula hacia su primera
posición.
4. La bomba de la reivindicación 1 en la que el
elemento de válvula (10) incluye un ánima longitudinal central
(42), el ánima longitudinal central (42) alineado para recibir una
biela (12) unida de manera rígida al pistón (18) y la biela (12)
tiene un ánima central de la biela (44) en comunicación directa con
el ánima longitudinal central (42) del elemento de válvula
(10).
5. La bomba de la reivindicación 4 en la que los
medios de respuesta (28) están en una posición cerrada cuando el
elemento de válvula (10) se traslada hacia la segunda posición, los
medios de respuesta (28) que despresurizan el fluido en el ánima
longitudinal central (42) del elemento de válvula (10) actuando
sobre la segunda superficie que recibe la presión (107) del
elemento de válvula (10).
6. La bomba de la reivindicación 5 en la que los
medios de respuesta son un castillete de extracción (28) que se
mueve hacia su posición cerrada cuando fluido presurizado se aplica
a un respiradero superior del castillete de extracción (91) y se
aplica baja presión a un respiradero inferior del castillete de
extracción (92).
7. La bomba de la reivindicación 4 en la que los
medios de respuesta (28) se mueven hacia una posición abierta -
cuando el pistón (18) se mueve hacia su primera posición para
comunicar el fluido presurizado proveniente de la cámara superior
del pistón (144) a través del ánima longitudinal central (42) del
elemento de válvula (10) para actuar sobre la segunda superficie
que recibe la presión (107) del elemento de válvula (10) para
impulsar al elemento de válvula (10) desde su segunda posición hacia
su primera posición.
8. La bomba de la reivindicación 7 en la que los
medios de respuesta son un castillete de extracción (28) que se
mueve hacia su posición abierta cuando el fluido presurizado se
aplica a un respiradero inferior del castillete de extracción (92)
y se aplica baja presión a un respiradero superior del castillete de
extracción (91).
9. La bomba de la reivindicación 1 en la que la
pluralidad de válvulas de corredera (14, 15) están desplazadas una
con respecto a la otra para evitar el atasco del miembro de
válvula.
10. La bomba de la reivindicación 1 en la que
cada válvula de corredera (14, 15) es de una longitud menos que la
longitud de una ranura (112, 113) en el elemento de válvula (10)
formado para recibir la válvula de corredera, cada válvula de
corredera (14, 15) que puede deslizarse con respecto al elemento de
válvula (10).
11. La bomba de la reivindicación 1 en la que
cada válvula de corredera (14, 15) encaja firmemente en una ranura
(112, 113) en el elemento de válvula (10) o recibe la válvula de
corredera (14, 15), cada válvula de corredera (14, 15) se desliza
integralmente con el elemento de válvula (10).
12. La bomba de la reivindicación 1 en la que el
primer y el segundo conjunto de conductos de fluido presurizado
(150, 151, 34, 35) se forma integralmente dentro del cuerpo de la
válvula (8).
13. La bomba de la reivindicación 12 en la que
un primer conjunto de orificios de control (22, 23) está desplazado
a lo largo de la circunferencia del cuerpo de la válvula (8) con
respecto a un segundo conjunto de orificios de control (24, 25, 26,
27), el desplazamiento permite que el primer conjunto de conductos
de fluido presurizado (41) comunique el fluido presurizado
proveniente del primer conjunto de orificios de control (22, 23) a
través del cuerpo de la válvula (8) con la cámara inferior del
pistón (146) sin cruzar el segundo conjunto de conductos de fluido
presurizado (34, 35).
14. La bomba de la reivindicación 1 que
comprende además un dispositivo de movimiento alternativo (250)
acoplado al pistón (18).
15. La bomba de la reivindicación 14 en la que
el dispositivo de movimiento alternativo (250) alcanza la velocidad
de bombeo que responde a una válvula de impulsión de retroceso (201)
acoplada al cuerpo de la válvula (8) que ajusta la velocidad de
despresurización del fluido que actúa sobre las superficies superior
(110) e inferior (108) del pistón (18).
16. La bomba de la reivindicación 1 que
comprende además una pluralidad de dispositivos de movimiento
alternativo (250) acoplados al pistón (18).
17. Un método para bombear el dispositivo de
movimiento alternativo (250) que comprende:
- proporcionar un cuerpo de la válvula (8) que tiene un ánima interno (45);
- proporcionar un orificio de entrada de fluido (20) en el cuerpo de la válvula (8) para comunicar el fluido presurizado con el cuerpo de la válvula (8);
- proporcionar un pistón (18) acoplado al cuerpo de la válvula (8) y al dispositivo de movimiento alternativo (250), el pistón (18) tiene una superficie superior (110) y una superficie inferior (108), el pistón (18) colocado dentro de una camisa del pistón (11) para definir una cámara superior del pistón (144) y una cámara inferior del pistón (146);
- proporcionar una pluralidad de orificios de escape (24, 25, 30) y de conductos (152, 153, 156) para ventilar el fluido hacia una fuente de presión baja;
- proporcionar un primer conjunto de orificios de control (26, 27) y conductos (34, 35) para comunicar el fluido presurizado con la superficie superior (110) del pistón (18);
- proporcionar un segundo conjunto de orificios de control (22, 23) y conductos (150, 151) para comunicar el fluido presurizado con la superficie inferior (108) del pistón (18);
- intercambiar un elemento de válvula (10) dentro del ánima interno (45) entre la primera y la segunda posición, el elemento de válvula (10) tiene una primera y una segunda superficie que reciben la presión (141, 107);
- intercambiar una pluralidad de válvulas de corredera (14, 15) engranando al elemento de válvula (10) entre la primera y la segunda posición;
- con el elemento de válvula (10) y las válvulas de corredera (14, 15) en la primera posición, permitiendo la comunicación del fluido presurizado a través del segundo conjunto de orificios de control (22, 23) y de los conductos (150, 151) con la superficie inferior (108) del pistón (18) y permitiendo la comunicación del fluido a través los orificios de escape (24, 25) y los conductos (152, 153) para despresurizar el fluido que actúa sobre la superficie superior (110) del pistón (18) para impulsar el pistón (18) hacia su segunda posición;
- con el pistón (18) en la segunda posición, despresurizando el fluido que actúa sobre la segunda superficie que recibe la presión (107) del elemento de válvula (10) a través de los orificios de escape (30) y de los conductos (150) y permitir que el fluido presurizado actúe sobre la primera superficie que recibe la presión (141) del elemento de válvula (10) para mover al elemento de válvula (10) de la primera a la segunda posición;
- con el elemento de válvula (10) y las válvulas de corredera (14, 15) en la segunda posición, permitiendo la comunicación del fluido presurizado a través del primer conjunto de orificios de control (26, 27) y de los conductos (34, 35) con la superficie superior (110) del pistón (18) y permitiendo la comunicación del fluido a través los orificios de escape (24, 25) y los conductos (152, 153) para despresurizar el fluido que actúa sobre la superficie inferior (108) del pistón (18) para impulsar el pistón (18) hacia su primera posición; y
- con el pistón (18) en la primera posición, permitiendo que el fluido presurizado actúe sobre la segunda superficie que recibe la presión (107) del elemento de válvula (10) para mover al elemento de válvula (10) desde su segunda posición hacia su primera posición.
18. El método de la reivindicación 17 que
comprende además el paso de proporcionar un ánima longitudinal
central (42) en el elemento de válvula (10), el ánima longitudinal
central (42) alineado para recibir una biela (12) unida de forma
rígida al pistón (18), la biela (12) tiene un ánima central de la
biela (44) en comunicación directa con el ánima longitudinal
central (42) del elemento de válvula (10) y un castillete de
extracción (28) colocada en la biela (12) en el extremo del ánima
central de la biela (44).
19. El método de la reivindicación 18 que
comprende además el paso de cerrar el castillete de extracción (28)
en la biela (12) para despresurizar el fluido en el ánima
longitudinal central (42) del elemento de válvula (10) que actúa
sobre la segunda superficie que recibe la presión (107) del elemento
de válvula (10).
20. El método de la reivindicación 19 que
comprende además el paso de abrir el castillete de extracción (28)
en la biela (12) para comunicar el fluido presurizado proveniente de
la cámara superior del pistón (144) a través del ánima longitudinal
central (42) del elemento de válvula (10) para que actúe sobre la
segunda superficie que recibe la presión (107) del elemento de
válvula (10) para impulsar el elemento de válvula (10) desde su
segunda posición hacia su primera posición.
21. El método de la reivindicación 17 en el que
cada válvula de corredera (14, 15) es de una longitud menor que la
longitud de una ranura (112, 113) en el elemento de válvula (10)
formada para recibir la válvula de corredera (14, 15), cada válvula
de corredera (14, 15) es deslizable con respecto al elemento de
válvula (10).
22. El método de la reivindicación 17 en el que
cada válvula de corredera (14, 15) encaja firmemente en una ranura
(112, 113) en el elemento de válvula (10) para recibir la válvula de
corredera (14, 15), cada válvula de corredera (14, 15) se desliza
integralmente con el elemento de válvula (10).
23. El método de la reivindicación 17 que
comprende además el paso de alcanzar una velocidad de bombeo en
respuesta al ajuste de una válvula de impulsión de retroceso (201)
acoplada al cuerpo de la válvula (8) que controla la velocidad de
despresurización del fluido que actúa sobre las superficies superior
e inferior del pistón (110, 108).
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