Unión giratoria multifluido.

Un dispositivo de acoplamiento de fluido que comunica con un miembro de rotor (36) y que es operable conmedios refrigerantes tanto compresibles como incompresibles proporcionados durante una condición depresurización en la que la diferencia entre una presión P del medio y una presión externa supera un valorpredeterminado,

incluyendo el dispositivo un alojamiento (12) que tiene un contra-orificio cilíndrico que se extiende asu través y una entrada para el medio, un miembro (16) portador tubular que tiene una superficie (17) externaposicionada en el interior del contra-orificio y que es axialmente movible en el mismo y que comunica con la entradapara el medio, y que incluye en combinación:

un conjunto (30) principal de estanquidad, que comprende un miembro (32) de estanquidad giratoriomontado en el miembro de rotor (36) y un miembro (34) de estanquidad no giratorio montado en el miembro(16) portador y que está libre de fuerzas externas de apertura o de cierre sobre dicho conjunto (30) principalde estanquidad;

un miembro (20) de estanquidad secundario, posicionado alrededor del miembro (16) portador tubular ysusceptible de encajar con el alojamiento (12) para proporcionar un cierre estanco entre ambos, ycaracterizado porque dicho conjunto (30) de estanquidad principal está dispuesto estructuralmente demodo que proporciona una separación predeterminada entre dicho miembro (32) de estanquidad giratorio yel citado miembro (34) de estanquidad no giratorio cuando un refrigerante fluido compresible es dirigido através de la entrada para el medio, y está dispuesto estructuralmente de modo que facilita que dichomiembro (32) de estanquidad giratorio encaje con el citado miembro (34) de estanquidad no giratoriocuando un refrigerante fluido incompresible suministrado a la presión P del medio es dirigido a través de laentrada para el medio durante la condición de presurización, teniendo el citado conjunto (30) deestanquidad principal una relación de equilibrio de entre 0,5 y 0,67.

Unión giratoria multifluido

La presente invención se refiere a dispositivos de acoplamiento de fluidos tal como las uniones giratorias y, más en particular, a un diseño estanco mejorado que permite que un dispositivo de acoplamiento, que tiene un único paso de entrada y que sujeta medios externos de lubricación de las superficies sellantes utilizadas en el mismo, sea operado con medios de lubricación, tal como refrigerantes a base de agua o a base de aceite; con medios no lubricantes, tal como gases y aire seco, y sin ningún medio de ninguna clase.

Las uniones giratorias son conocidas alternativamente como acoplamientos de fluido, uniones refrigerantes, o juntas giratorias, y se emplean en operaciones de transferencia de taladrado y mandrinado a alta velocidad, en ejes de máquinas herramientas de alta velocidad y en otras operaciones en las que sea necesario transferir un medio fluido a un dispositivo giratorio. Para optimizar la operación de las máquinas herramientas de alta velocidad, se requiere que las uniones giratorias conduzcan tanto un líquido, tal como un refrigerante a base de agua o a base de aceite, como un gas seco, tal como aire, desde una fuente del refrigerante particular hasta la máquina herramienta giratoria. Una aplicación de ese tipo de unión giratoria consiste en el suministro de un líquido a la máquina herramienta giratoria como refrigerante y lubricante, y en el suministro consiguiente de aire a la máquina herramienta giratoria para la limpieza de la máquina herramienta o del área de trabajo. Otra aplicación de una unión giratoria incluye la mecanización a alta velocidad de aceros especiales tratados con calor, en la que la herramienta de corte puede llegar a estar tan caliente que un refrigerante a base de agua o a base de aceite podría dar como resultado un choque térmico de la herramienta de corte. Tales aplicaciones garantizan el uso de refrigerantes a base de aire para enfriar la herramienta de corte. Una tercera aplicación de una unión giratoria incluye la mecanización de ciertos componentes médicos, en los que el contacto con un medio lubricante podría hacer que la parte acabada fuera inapropiada para su uso.

Cuando una unión giratoria tiene que conducir un medio lubricante, se puede emplear una de un número de disposiciones diferentes para asegurar la disposición estanca de los miembros de estanquidad giratorios y no giratorios. Sin embargo, en todas esas disposiciones, las superficies de interconexión de los miembros de estanquidad deben ser lubricadas para evitar una condición conocida en el estado de la técnica como “funcionamiento en seco”. La técnica anterior conocida, tal como las Patentes de Estos Unidos núms. 6.149.160,

6.325.380 y 6.726.213, describen un número de tratamientos de las obturaciones frontales que fomentan la lubricación de las superficies estancas de interconexión. La condición deslizante da como resultado un desgaste incrementado en las superficies estancas de interconexión, en particular a velocidades rotacionales altas, y los períodos extensos de funcionamiento en seco podrían causar daños severos a los miembros de estanquidad, requiriendo en tal caso la sustitución de parte o de toda la unión giratoria.

Cuando una unión giratoria debe operar en ausencia de cualquier medio, la condición de funcionamiento en seco se impide típicamente mediante la separación automática de las superficies de estanquidad giratorias y no giratorias. Tales disposiciones son conocidas normalmente como diseños de “salto”. En tales diseños, la superficie de estanquidad no giratoria está montada en un transportador que se mueve axialmente en relación con la superficie de estanquidad giratoria, y encaja con la superficie de estanquidad giratoria en presencia de un medio y se desengancha de la superficie de estanquidad giratoria en ausencia de medio. Sin embargo, las uniones giratorias de “salto” de entrada única han presentado hasta ahora la desventaja de encajar con las superficies de estanquidad tanto en presencia de un medio lubricante como en caso de no lubricante.

Cuando una unión giratoria debe conducir, se puede emplear un medio no lubricante para separar las superficies de interconexión estanca mediante una cantidad microscópica que impida el funcionamiento en seco y que asegure que las superficies de interconexión no están en contacto directo. Las Patentes de Estados Unidos núms. 5.669.636 y

6.406.065 son ejemplos de uniones giratorias que requieren al menos dos entradas separadas para operar con medios lubricantes y no lubricantes. Tales disposiciones tienen la desventaja de requerir sistemas adicionales de tuberías y válvulas para controlar las operaciones multifluido.

De manera más específica, la unión giratoria descrita en la Patente U.S. núm. 6.406.065 (la patente ‘065) describe una junta giratoria que tiene dos entradas (5, 25) para medios, separadas a nivel de fluidos. La patente ‘065 describe un dispositivo de acoplamiento de fluido de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Dos válvulas de control (véase la Figura 1) aseguran que solamente una de las dos entradas de medios puede estar conectada en comunicación de fluido con los miembros (24, 26) de estanquidad primarios en un instante cualquiera (véase, por ejemplo, col. 5, líneas 18-52) . La fuerza requerida para abrir o cerrar una de las válvulas de control (Figura 1, válvula de control 21 dispuesta adyacente) , que está integrada con un miembro (11) tubular, es transferida al miembro (11) tubular durante la operación. De esta manera, el miembro (11) tubular es empujado en dirección de cierre para encajar los cierres estancos cuando la válvula de control es empujada hacia su apertura mediante medios no comprimibles que entran en la entrada 5 de medios (véase, por ejemplo: col. 4, línea 57, a col. 5, línea 4) , y es empujada en la dirección de apertura para desencajar los cierres estancos cuando la válvula de control es empujada al cierre por medios comprimibles que entran en la entrada 25 de medios (véase por ejemplo, col. 5, líneas 19-2) .

De forma similar, la unión giratoria descrita en la Patente U.S. 5.669.636 (la patente ‘636) incluye dos entradas (43, 44) de medios, cada una de las cuales está dedicada a conducir medios refrigerantes fluidos tanto compresibles como incompresibles. La unión giratoria de la patente ‘636 incluye además dos válvulas de control (28a, 28b) que están dispuestas de modo que aíslan la comunicación de fluido o conectan la comunicación de fluido, selectivamente, de las dos entradas de medios dependiendo del tipo de medio fluido que se utilice. En la unión giratoria divulgada en la patente ‘636, el portador forma un escalón a lo largo de su porción externa que se extiende radialmente hacia fuera y que está en comunicación de fluido con la segunda entrada (43) de medios. Cuando se desea un encaje estanco en presencia de un medio fluido incompresible, se proporciona presión de fluido a la segunda entrada (43) de medios. De esa manera, una fuerza hidráulica del fluido que actúa sobre la porción escalonada del portador proporciona una fuerza de cierre adicional que consigue el encaje hermético.

En ciertas aplicaciones, se requiere un encaje hermético constante para evitar fugas de refrigerante fluido y/o la contaminación del paso de refrigerante con desechos. Un ejemplo de ese tipo ha sido proporcionado en la unión giratoria descrita en la Patente U.S. núm. 6.412.822 (la patente ‘822) . La patente ‘822 describe una unión giratoria que tiene miembros (30, 31) de estanquidad que se mantienen en contacto constante cada uno con el otro con independencia de las condiciones de estanquidad, incluyendo tales condiciones la presión y las propiedades del refrigerante fluido. Este encaje de estanquidad constante se realiza con el uso de un resorte de cierre que está dispuesto de modo que supera las fuerzas de apertura durante el funcionamiento. En una realización, la unión giratoria incluye además estructuras que proporcionan refrigeración activa del cierre estanco por medio de un canal de enfriamiento, de modo que se evita cualquier daño al cierre hermético derivado del calor friccional bajo condiciones de funcionamiento en seco.

Todavía otra disposición para mantener el contacto entre las superficies estancas de interconexión para conducir un medio no lubricante, ha sido descrita en la solicitud japonesa 10-302395 (PCT 2000-130665, por ejemplo) . Para superar el problema del funcionamiento en seco, tal disposición intenta lubricar las superficies estancas... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de acoplamiento de fluido que comunica con un miembro de rotor (36) y que es operable con medios refrigerantes tanto compresibles como incompresibles proporcionados durante una condición de presurización en la que la diferencia entre una presión P del medio y una presión externa supera un valor predeterminado, incluyendo el dispositivo un alojamiento (12) que tiene un contra-orificio cilíndrico que se extiende a su través y una entrada para el medio, un miembro (16) portador tubular que tiene una superficie (17) externa posicionada en el interior del contra-orificio y que es axialmente movible en el mismo y que comunica con la entrada para el medio, y que incluye en combinación:

un conjunto (30) principal de estanquidad, que comprende un miembro (32) de estanquidad giratorio montado en el miembro de rotor (36) y un miembro (34) de estanquidad no giratorio montado en el miembro

(16) portador y que está libre de fuerzas externas de apertura o de cierre sobre dicho conjunto (30) principal de estanquidad;

un miembro (20) de estanquidad secundario, posicionado alrededor del miembro (16) portador tubular y susceptible de encajar con el alojamiento (12) para proporcionar un cierre estanco entre ambos, y

caracterizado porque dicho conjunto (30) de estanquidad principal está dispuesto estructuralmente de modo que proporciona una separación predeterminada entre dicho miembro (32) de estanquidad giratorio y el citado miembro (34) de estanquidad no giratorio cuando un refrigerante fluido compresible es dirigido a través de la entrada para el medio, y está dispuesto estructuralmente de modo que facilita que dicho miembro (32) de estanquidad giratorio encaje con el citado miembro (34) de estanquidad no giratorio cuando un refrigerante fluido incompresible suministrado a la presión P del medio es dirigido a través de la entrada para el medio durante la condición de presurización, teniendo el citado conjunto (30) de estanquidad principal una relación de equilibrio de entre 0, 5 y 0, 67.

2. El dispositivo (10) de acoplamiento de fluido de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho alojamiento (12) incluye una ranura (18) anular que tiene una superficie (19) interna y está dispuesta alrededor del contra-orificio cilíndrico y rodeando a la superficie (17) externa del miembro (16) portador tubular, estando dicho miembro (20) de estanquidad secundario posicionado en la citada ranura (18) para encajar con la citada superficie (19) interna de dicha ranura (18) anular y dicha superficie (17) externa del miembro (16) portador tubular para proporcionar un cierre estanco entre ambos.

3. El dispositivo (10) de acoplamiento de fluido de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho miembro (20) de estanquidad secundario es un miembro (20) de estanquidad en forma de U que tiene miembros de extensión de labio que están posicionados en el interior de la ranura (18) , y en el que dichos miembros de extensión están en contacto con la superficie (19) interna de la ranura (18) anular y con la superficie (17) externa del miembro (16) portador, para proporcionar respectivamente un cierre estanco entre el alojamiento (12) y el miembro (16) portador.

4. El dispositivo (10) de acoplamiento de fluido de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho miembro (20) de estanquidad secundario es un anillo en O posicionado en el interior de la ranura (18) en contacto con la superficie

(19) interna de la ranura (18) anular y con la superficie (17) externa del miembro (16) portador para proporcionar un cierre estanco entre el alojamiento (12) y el miembro (16) portador.

5. El dispositivo (10) de acoplamiento de fluido de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho miembro (20) de estanquidad secundario es un miembro de estanquidad de diafragma que proporciona un cierre hermético entre el alojamiento (12) y el miembro (16) portador.

6. El dispositivo (10) de acoplamiento de fluido de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que dicho miembro (20) de estanquidad secundario está posicionado alrededor del miembro (16) portador tubular entre la entrada para el medio y el citado conjunto (30) de estanquidad principal.

7. El dispositivo (10) de acoplamiento de fluido de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que dicho conjunto (30) de estanquidad principal incluye un miembro (32) de estanquidad giratorio montado en el extremo (36a) del miembro de rotor (36) , y el miembro (34) de estanquidad no giratorio está montado en el extremo (16a) del miembro (16) portador.