ES2592208T3 - Motores y bombas accionados por fluidos - Google Patents

Abstract

Un dispositivo (10) que comprende: a. un cuerpo (14) que tiene una entrada (18) y una salida (22) y una región de flujo de agua entre la entrada y la salida configurada de forma tal que el agua circula en una dirección desde la entrada hacia la salida; b. una primera pala (38A) posicionada por lo menos parcialmente en el interior del cuerpo (14) y configurada para su rotación alrededor de unos ejes primero (X) y segundo (Z); y c. una segunda pala (38B) posicionada por lo menos parcialmente en el interior del cuerpo y configurada para su rotación alrededor de los ejes primero y segundo de forma tal que cuando la primera pala gira alrededor del primer eje para presentar un área de superficie sustancialmente máxima a la dirección del flujo de agua, la segunda pala gira alrededor del primer eje para presentar un área de superficie sustancialmente mínima a la dirección del flujo; caracterizado por que cada una de las palas primera (38A) y segunda (38B) tiene un borde flexible.

Description

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DESCRIPCION

Motores y bombas accionados por fluidos Referencia a solicitud provisional

Esta solicitud esta basada en, reivindica prioridad a, y en este documento se refiere a, la Solicitud Provisional de Patente Serial US N° 61/192.927, presentada el 23 de Septiembre de 2008, titulada “Motor y Bomba Accionados por Fluido”.

Campo de la invencion

Esta invencion se refiere a motores y bombas accionados por fluido y, mas particularmente, pero no necesariamente de forma exclusiva, a motores y bombas accionados por (o que accionan) lfquidos tales como agua. Los motores y bombas pueden ser especialmente utiles en relacion con sistemas de filtracion de piscinas y spas, si bien estos pueden ser utilizados igualmente de otras maneras.

Antecedentes de la invencion

La Patente US N° 4.449.265 a Hoy ilustra un ejemplo de un limpiador de piscina automatico giratorio. El accionamiento de las ruedas constituye un impulsor que comprende un miembro de impulsion y un par de alabes. La evacuacion del impulsor hace que el agua que esta en el interior de la piscina interactue con los alabes, haciendo girar el miembro de impulsion. El impulsor es reversible, moviendose aparentemente de forma lateral el miembro de impulsion cuando el limpiador de piscina alcanza un borde de una piscina para efectuar la inversion de la rotacion.

La Patente US N° 6.292.970 a Rief, et al., describe un limpiador de piscinas automatico accionado por turbina. El limpiador incluye una carcasa de turbina que define una camara de flujo de agua en la cual esta posicionado el rotor. Tambien incluida, hay una serie de alabes conectados de forma giratoria al rotor. La interaccion del agua con los alabes hace girar el rotor en una direccion (en el sentido de giro de las agujas del reloj, como se ilustra en la patente de Rief), con los alabes girando mientras encuentran “residuos de tamano sustancial” para permitir que los residuos pasen a traves de la carcasa para su recoleccion. El contenido de las patentes de Hoy y Rief se incorpora en este documento en su totalidad mediante esta referencia.

La Patente US N° 5.156.541 ilustra un medidor de bomba y motor de alabes giratorios con una camara de trabajo toroidal y palas que giran alrededor de dos ejes ortogonales.

Resumen de la invencion

La presente invencion proporciona alternativas eficientes a los impulsores y turbinas convencionales. La invencion tambien puede ser accionada como una bomba y, si se desea, puede conmutarse entre las funciones de motor y bomba de forma dinamica. Esta tiene especial utilidad como un motor que acciona un limpiador de piscina automatico, aunque se puede utilizar la invencion en relacion con otros aspectos de un sistema de filtracion para una piscina o spa o como parte de cualquier otro sistema en el cual es necesario o se desea una conversion de energfa desde, por ejemplo, una succion o fuente de presion, a una energfa giratoria.

Las versiones preferidas en la actualidad de la presente invencion comprenden tipicamente un cuerpo que tiene por lo menos una entrada y por lo menos una salida. En el interior del cuerpo estan posicionados uno o mas pares de paletas cuyos bordes distales son flexibles localmente para facilitar el pasaje de residuos. En lugar de estar situadas en el mismo plano (o formadas uniformemente, de otra manera) sin embargo, las palas de un par en la presente invencion pueden estar posicionadas perpendicularmente. Dicho de otra manera, si las palas en sf son de forma general planas y una pala de un par existe en un primer plano, la otra pala del par puede existir en un segundo plano normal al primer plano. En otras versiones, estas palas de un par no necesitan ser necesariamente perpendiculares una a la otra, aunque alguna diferencia angular entre las orientaciones de las palas de un par puede ser beneficiosa. En todavfa otras versiones, las palas no requieren estar necesariamente en pares, aunque, de nuevo, puede ser ventajoso tener diferencias angulares entre orientaciones de las diversas palas.

En por lo menos una version de la invencion que tiene palas en pares, un primer par de palas esta conectado mediante un eje. Las palas estan conectadas adicionalmente, mediante bisagras, rodamientos u otros medios de conexion, a una base. La base esta configurada para permitir alguna rotacion de las palas alrededor de un eje alineado con por lo menos una parte del eje, con la base y los medios de conexion que funcionan tambien para limitar la rotacion de las palas en algunas, pero no todas, las versiones de la invencion. Preferiblemente, las palas pueden girar en un angulo de noventa grados alrededor de este eje, aunque pueden producirse otras rotaciones angulares en vez de esta.

Por lo menos esta realizacion incluye ademas un segundo par de palas conectadas del mismo modo mediante un eje a una base. Cada uno de los dos ejes ventajosamente puede ser no lineal, permitiendo que los ejes se crucen sin interferir con la rotacion de la pala y permitiendo, sin embargo, que porciones de cada eje permanezcan en el mismo

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plano. Mas aun, las dos bases pueden estar configuradas para ajustarse entre s^ formando una estructura unitaria que aloja por lo menos parte de ambos ejes.

Cualquiera de, o ambas bases pueden incluir un eje que se extiende hacia afuera que proporciona (1) una salida giratoria cuando se usa la invencion como un motor y (2) una entrada giratoria cuando se utiliza la invencion como una bomba.

Unos cuerpos consistentes con la invencion pueden ser huecos (o tener porciones huecas) dentro de las cuales se ajustan las palas y las bases. La estructura unitaria que incluye las palas y bases puede girar alrededor del eje que se extiende hacia afuera (o ejes) un giro completo de trescientos sesenta grados (es decir, en forma de rueda de palas) ya sea en el sentido de giro de las agujas del reloj o en el sentido contrario al giro de las agujas del reloj, segun se desee. Consecuentemente, las palas de la presente invencion pueden girar alrededor de dos ejes diferentes durante el funcionamiento, aunque estos preferiblemente no se mueven linealmente - a diferencia del miembro de impulsion de la patente de Hoy.

Los cuerpos tambien pueden estar configurados para presentar restricciones de flujo. Una restriccion como tal puede hacer que, cuando es contactada por una pala, la paleta gire de forma tal que sus caras sean paralelas (o de forma general paralelas) a la direccion del fluido a traves del cuerpo. Esta rotacion, a su vez, hace que la pala del par gire de forma tal que sus caras sean perpendiculares a la direccion del flujo. El resultado es que una pala de un par presenta un area de superficie minima a la direccion del flujo mientras que la otra proporciona un area de superficie maxima a la direccion del flujo, permitiendo que la succion o fuerza de presion trabaje con la mayor eficiencia en la rotacion de la estructura unitaria para suministrar una salida de momento de torsion alto.

Dicho de otra manera, la presente invencion utiliza mayoritariamente diferenciales de area de superficie para producir el movimiento giratorio. La presion del flujo de fluido encontrada por ambas palas de un par es la misma (o aproximadamente la misma); una pala simplemente presenta un area de superficie mas grande al flujo de fluido que lo que lo hace la otra pala. Este concepto difiere significativamente del de los impulsores estandares, los cuales lanzan un chorro de fluido en un lado de un impulsor para generar un diferencial de presion sobre los lados de las palas, creando de este modo una rotacion para mitigar el desequilibrio.

Mas aun, en impulsores estandar, un aspa opuesta a la que esta siendo impactada por el chorro de fluido esta moviendo fluido en una direccion opuesta al flujo. En este sentido, este esta “arrastrando fluido muerto” hacia adelante, reduciendo la eficiencia global del dispositivo. En contraste, no se produce ningun nivel material de “arrastre” como tal en relacion con la presente invencion.

De este modo, es un objetivo opcional, no exclusivo de la presente invencion proporcionar dispositivos accionados por fluido que pueden ser empleados como motores o bombas (o ambos).

Es otro objetivo opcional, no exclusivo, de la presente invencion proporcionar dispositivos accionados por fluido que utilizan, de forma predominante o exclusiva, diferenciales de area de superficie para generar el movimiento giratorio.

Es un objetivo opcional adicional, no exclusivo, de la presente invencion proporcionar dispositivos accionados por fluido que utilizan por lo menos un par de palas, siendo no plana cada pala de un par o, de otro modo, orientada de manera no uniforme, con la otra pala del par.

Es un objetivo opcional mas, no exclusivo, de la presente invencion proporcionar palas configuradas para girar alrededor de multiples ejes.

Es tambien un objetivo adicional, no exclusivo, de la presente invencion, proporcionar dispositivos accionados por fluido que tienen un par de palas conectadas mediante un eje no lineal.

Es un objetivo adicional opcional, no exclusivo, de la presente invencion, proporcionar dispositivos accionados por fluido especialmente utiles en conexion con limpiadores de piscinas automaticos u otros equipos utilizados como parte de sistemas de filtracion de piscinas, spas o baneras de hidromasajes.

Otros objetivos, caractensticas y ventajas de la presente invencion seran evidentes para aquellos expertos en los campos apropiados con referencia al texto restante y a los dibujos de esta solicitud.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 es una primera vista en planta exterior de un dispositivo ejemplar consistente con la presente invencion.

La Figura 2 es una segunda vista en planta exterior del dispositivo de la Figura 1.

La Figura 3 es una primera vista en perspectiva de porciones del dispositivo de la Figura 1, que incluye dos pares de

palas y un reductor de flujo representado en el interior de un cuerpo.

La Figura 4 es una segunda vista en perspectiva de porciones del dispositivo de la Figura 1, que incluye los pares de palas de la Figura 3.

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La Figura 5 es una vista en perspectiva de los pares de palas de la Figura 3.

Descripcion detallada

El dispositivo ejemplar 10 esta representado en las Figuras 1 - 2. El dispositivo 10 puede funcionar como motor o bomba, o como cualquier otro dispositivo configurado para convertir ene^a desde una succion o fuente de presion en movimiento giratorio. El dispositivo 10 puede incluir un cuerpo 14 que define una entrada 18 y una salida 22, asf como ejes 26 que se extienden hacia afuera. Aunque en las Figuras 1 - 2 se ilustran dos ejes 26 que se extienden hacia afuera como tales, se pueden utilizar en su lugar mas o menos ejes 26. Del mismo modo, aunque en las Figuras 1 - 2 se muestran ejes 26 como barras alargadas, estos pueden estar configurados o conformados de forma diferente que la mostrada.

Si se desea, el cuerpo 14 puede comprender por lo menos unas porciones primera y segunda 30 y 34. Si es asf, las porciones primera y segunda 30 y 34 estan preferiblemente conectadas durante el uso, como se ilustra en las Figuras 1 - 2. Por lo menos una parte del cuerpo 14 es, ademas, preferiblemente (aunque no necesariamente) simetrica alrededor de tanto (1) la conexion entre las porciones primera y segunda 30 y 34 como (2) un eje coincidente con los ejes 26. El flujo de fluido a traves del cuerpo 14 puede producirse desde la entrada 18 hacia la salida 22 o desde la salida 22 hacia la entrada 18. Por lo tanto, los terminos “entrada” y “salida” del cuerpo 14 se utilizan en este documento por conveniencia, debido a que la “entrada” puede ser, a veces, la salida del cuerpo 14 y la “salida” puede ser, esas veces, la entrada del cuerpo 14.

Tambien representada en las Figuras 1 - 2 como en el interior del cuerpo 14, hay un aspa, alabe o pala 38 ejemplar, asf como una restriccion 42 y cubos o bases 46A y 46B. La pala 38, junto con una o mas palas similares, puede estar conectada directa o indirectamente a los ejes que se extienden hacia afuera 26. Cuando se emplea el dispositivo 10 como un motor, el fluido que fluye a traves del cuerpo 14 interactua con cada pala 38 para producir rotacion de los ejes 26.

Las Figuras 3 - 5 muestran multiples palas 38. La Figura 5, en particular, ilustra que las palas 38 pueden, si se desea, estar en pares; se muestran en la figura dos de tales pares, con un par que comprende las palas 38A y 38B y otro par que comprende las palas 38C y 38 D. En las versiones preferidas en la actualidad del dispositivo 10, las palas 38A y 38B estan conectadas por un eje 50A y las palas 38C y 38D estan conectadas por un eje 50B. Preferiblemente, no existen conexiones directas entre las palas 38A y 38B, por una parte, y las palas 38C y 38D, por otra parte. En vez de eso, los ejes 50A y 50B estan configurados para cruzarse de una manera tal que se evita interferencia por parte del eje 50A con la rotacion de las palas 38C y 38D y por parte del eje 50B con la rotacion de las palas 38A y 38B. Aunque el dispositivo 10 preferiblemente incluye cuatro palas 38 (por ejemplo, palas 38A, 38B, 38C y 38D), se pueden utilizar mas o menos palas 38.

En una version de las palas 38 representadas en las Figuras 3 - 5, el eje 50A tiene forma de un cilindro alargado y, de este modo, puede definir un eje X de forma general longitudinal. El eje 50B es similar, definiendo un eje Y de forma general longitudinal. La porcion central 54A del eje 50A, sin embargo, se desvfa del eje X, estando desviado esencialmente de forma lateral desde el eje X para formar un espacio de conexion 58A. Del mismo modo, la porcion central 54B del eje 50B se traslada desde el eje Y para formar un espacio de conexion 58B. De este modo, se puede colocar el eje 50a de forma general en el mismo plano que el eje 50B, con espacios de conexion 58A y 58B adyacentes. En la version mostrada en la Figura 5, la porcion central 54A es una porcion central por encima de la 54B pero no esta en contacto con esta debido a la alineacion de los espacios de conexion 58A y 58B.

La Figura 5 ilustra adicionalmente una orientacion relativa preferida de las palas 38 de un par. Por ejemplo, en la Figura 5 se muestra que la pala 38A tiene una cara principal 62 (junto con su cara opuesta, que no se muestra) de forma general en el plano de la pagina. En contraste, se representa la pala 38B teniendo su cara principal y opuesta 66 (asf como su cara opuesta no mostrada) de forma general normal al plano de la pagina. Dicho de otra manera, un plano que contiene la cara principal 62 y que pasa a traves del eje X es preferiblemente perpendicular a un plano que contiene la cara principal 66 y que pasa a traves del eje X, de manera tal que las caras principales 62 y 66 estan desplazadas en noventa grados. En consecuencia, cuando la cara principal 62 presenta un area de superficie maxima a la direccion de flujo a traves del cuerpo 14, la cara principal 66 presentara un area de superficie minima a la direccion del flujo. Una orientacion relativa de las palas 38C y 38D es preferiblemente similar; un plano que contiene la cara principal 70 de la pala 38D que pasa a traves del eje Y puede ser perpendicular a un plano que contiene caras principales y opuestas 74 y 78, respectivamente, de la pala 38c que pasa a traves del eje Y.

Aunque las caras relativas de los pares de palas 38 preferiblemente estan desviadas en noventa grados, esta orientacion angular no es obligatoria. La desviacion angular debena ser mayor que cero para las palas 38 de un par; de este modo, la invencion contempla cualquier otra desviacion como tal. No obstante, pueden ser necesarias desviaciones mayores que, por ejemplo, cinco, veinte o cuarenta y cinco grados para producir resultados satisfactorios en muchos casos. Debido a que las versiones preferidas de los ejes 50A y 50B y de las caras 62, 66, 70, 74 y 78 (etc.) son no flexibles, las palas 38A y 38B mantendran su desviacion angular en todo momento, mientras que las palas 38C y 38D, de la misma manera, mantendran su desviacion angular en todo momento. Los bordes de

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las palas (tales como el borde 82 de la pala 38A) son flexibles para facilitar el pasaje de residuos a traves del cuerpo 14 o para reducir el desgaste por friccion de las palas 38 (o del cuerpo 14).

Los ejes 50A y 50B, junto con las ruedas 86 que contienen rodamientos, se pueden situar en la base 46B, como se ilustra en la Figura 3. La base 46A (Figura 4) se puede fijar sobre las ruedas 86 y se puede unir a la base 46A. La estructura resultante permite que los ejes 50A y 50B y las palas asociadas 38A - D giren alrededor del eje Z coincidente con los ejes 26. Cuando el dispositivo 10 funciona como un motor, se produce la rotacion alrededor del eje Z debido al flujo de fluido a traves del cuerpo 14; si el fluido ingresa mediante la entrada 18, la rotacion se producira en la direccion de la flecha A (vease la Figura 3). Inversamente, si el fluido ingresa a traves de la salida 22, la rotacion se producira en la direccion opuesta, como se muestra mediante la flecha B. (De forma alternativa, la restriccion 42 puede estar reposicionada apropiadamente en el interior del cuerpo 14 para invertir la direccion de giro sin cambiar ya sea el fluido que entra por la entrada 18 o por la salida 22). Debido a que los ejes 26 estan conectados a los componentes giratorios, estos tambien giraran, proporcionando potencia disponible para llevar a cabo un trabajo util).

Durante el uso, las palas 38 giran alrededor de otro eje tambien. Las palas 38A - B, por ejemplo, pueden girar alrededor del eje X, mientras que las palas 38C - D pueden girar alrededor del eje Y. Este segundo tipo de giro es causado por el reductor 42.

Asumase, por ejemplo, que las palas 38A - D estan configuradas y orientadas como se muestra en la Figura 3, y que giran en la direccion de la flecha A. La pala 38C esta de forma general vertical en este ejemplo a medida que se aproxima al reductor 42, el cual se muestra en forma de rampa. Un movimiento adicional en la direccion de la flecha A hace que la cara 78 de la pala 38C haga contacto con el reductor 42, cuya superficie en pendiente 90 (vease tambien la Figura 2) fuerza a la pala 38C a girar alrededor del eje Y con el fin de reorientarla de forma general horizontalmente (con su cara 74 orientada en ultimo lugar hacia arriba como cara 62 en la Figura 3). A medida que la pala 38C gira desde una posicion de forma general vertical a una de forma general horizontal, la pala 38D del par girara desde una posicion de forma general horizontal a una de forma general vertical. Mas aun, esta relacion se ilustra en la Figura 3 mediante palas 38A y 38B en par: la pala 38A ya ha sido forzada por el reductor 42 hacia una orientacion de forma general horizontal, haciendo que la pala 38B del par asuma una orientacion de forma general vertical.

Continuando este ejemplo consistente con la Figura 3, el fluido que ingresa por la entrada 18 puede trasladarse hacia la salida 22 mediante, ya sea, el lado de la base 46B, es decir, a traves de tanto el canal 94 como el canal 98. (Preferiblemente, sin embargo, el canal 98 esta sustancialmente mas restringido que el canal 94, de forma tal que solo se produce un flujo limitado entre ambos). El fluido que ingresa por la entrada 18 inicialmente encuentra la pala 38D. Debido a que la pala 38D esta de forma general horizontal, esta presenta un area de superficie minima a la direccion del flujo de fluido desde la entrada 18 a la salida 22. Este resultado ademas es cierto para la pala 38A, que ha sido forzada a la posicion horizontal por la restriccion 42 (y en efecto, cerrando o sustancialmente cerrando, el canal 98). En contraste, la pala 38B esta de forma general vertical, presentando un area de superficie maxima (en la forma de cara 66, la cual no se muestra en la Figura 3, pero se representa en la Figura 5), a la direccion del flujo de fluido. Esta area de superficie diferencial hace que el fluido que fluye empuje la pala 38B, dando como resultado una rotacion de la pala en la direccion de la flecha A.

Aunque no se ilustra en la Figura 3, el reductor 42 puede continuar a traves del canal 98 o tener, de otra manera, una superficie en pendiente adyacente a la entrada 18, de forma tal que el dispositivo 10 pueda ser operado en inversion. Ademas, si se suministra potencia para girar uno o mas ejes 26, los ejes 26 a su vez pueden hacer girar las palas 38 alrededor del eje Z de forma tal que el dispositivo 10 puede funcionar como una bomba de fluido, siendo, en este sentido “accionado” por el fluido en su operacion independientemente de como se hacen rotar los ejes 26. Como consecuencia, el dispositivo 10 proporciona un mecanismo versatil y eficiente para utilizar un fluido que fluye para crear una rotacion.

Lo anterior se proporciona con fines de ilustracion, explicacion y descripcion de las realizaciones de la presente invencion. Seran evidentes modificaciones y adaptaciones a esas realizaciones para aquellos que sean expertos en la tecnica, y estas se pueden realizar sin apartarse del alcance de la invencion.

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   REIVINDICACIONES

   1. Un dispositivo (10) que comprende:

   a. un cuerpo (14) que tiene una entrada (18) y una salida (22) y una region de flujo de agua entre la entrada y la salida configurada de forma tal que el agua circula en una direccion desde la entrada hacia la salida;

   b. una primera pala (38A) posicionada por lo menos parcialmente en el interior del cuerpo (14) y configurada para su rotacion alrededor de unos ejes primero (X) y segundo (Z); y

   c. una segunda pala (38B) posicionada por lo menos parcialmente en el interior del cuerpo y configurada para su rotacion alrededor de los ejes primero y segundo de forma tal que cuando la primera pala gira alrededor del primer eje para presentar un area de superficie sustancialmente maxima a la direccion del flujo de agua, la segunda pala gira alrededor del primer eje para presentar un area de superficie sustancialmente minima a la direccion del flujo;

   caracterizado por que cada una de las palas primera (38A) y segunda (38B) tiene un borde flexible.
2. 2. Un dispositivo (10) segun la reivindicacion 1, en el cual las palas primera (38A) y segunda (38B) estan conectadas mediante un primer eje (50A) que define el primer eje.
3. 3. Un dispositivo (10) segun la reivindicacion 2, en el cual las palas primera (38A) y segunda (38B) estan conectadas a un eje (26) (i) que se extiende hacia afuera desde el cuerpo y (ii) que coincide con el segundo eje (Z).
4. 4. Un dispositivo (10) segun la reivindicacion 3, que comprende ademas unas palas tercera (38C) y cuarta (38D).
5. 5. Un dispositivo (10) segun la reivindicacion 4, en el cual las palas tercera (38C) y cuarta (38D) estan conectadas mediante un segundo eje (50B) que define un eje de forma general longitudinal (Y), estando configuradas las palas tercera (38C) y cuarta (38D) para girar alrededor del eje de forma general longitudinal (Y) del segundo eje (50B).
6. 6. Un dispositivo (10) segun la reivindicacion 5, en el cual las palas tercera (38C) y cuarta (38D) estan configuradas para girar tambien alrededor del segundo eje (Z).
7. 7. Un dispositivo (10) segun la reivindicacion 6 que ademas comprende (i) un cuerpo (14) y (ii) una restriccion (42) posicionada por lo menos parcialmente en el interior del cuerpo (14) y configurada para hacer contacto con por lo menos la primera pala (38A) y hacer que esta gire alrededor del primer eje (X).
8. 8. Un dispositivo (10) segun la reivindicacion 5, en el cual el primer eje (50A) comprende una porcion central (54A) desplazada del primer eje (X) para formar un espacio de conexion (58A) y el segundo eje (50B) comprende una porcion central (54B) desplazada del eje de forma general longitudinal (Y) para formar un espacio de conexion (58B).
9. 9. Un dispositivo (10) segun la reivindicacion 1, en el cual las palas primera (38A) y segunda (38B) estan conectadas mediante un eje no lineal.
10. 10. Un dispositivo (10) segun la reivindicacion 1, en el cual el dispositivo es un motor.
11. 11. Un dispositivo (10) segun la reivindicacion 1, en el cual el dispositivo es una bomba.
12. 12. Un limpiador de piscina automatico que comprende el dispositivo (10) de la reivindicacion 1.