Boquilla rotativa de alta presión que porta fluido autorregulador.

Un conjunto de boquilla que porta fluido para rociar un fluido de alta presión que comprende:

un cuerpo cilíndrico hueco (102,202);

una tuerca (104,204) de admisión sujeta al cuerpo cilíndrico (102,202); y

un miembro de eje tubular hueco (108,208) transportado coaxialmente dentro del cuerpo cilíndrico hueco (102,202)y capturado entre la tuerca (104,204) de admisión y el cuerpo cilíndrico (102,202), cuya tuerca (104,204) deadmisión tiene una parte de vástago (110,210) que se extiende en un taladro interior central a través del miembro deeje (108,208), cuya parte de vástago (110, 210) forma una zona de cojinete de admisión que soporta a rotación almiembro de eje (108,208) sobre el mismo, teniendo el miembro de eje (108,208) un extremo de descarga cerca delextremo de descarga del cuerpo cilíndrico (102, 202), cuyo extremo de descarga del miembro de eje (108,208)recibe una cabeza (116,216) de rociado sujeta al mismo para la rotación de la cabeza (116, 216) con el miembro deeje (108,208), cuya tuerca (104,204) de admisión tiene un conducto de paso central para conducir fluido a través dela tuerca (104,204) de admisión a dicho extremo de descarga del miembro (108,208) de eje;

una pared interior del cuerpo cilíndrico (102,202) y una parte exterior del eje (108,208) que tienen unas formas desuperficie complementarias que forman juntas un conducto de paso regulador entre las mismas, cuyo miembro(108,208) de eje tiene uno o más taladros interiores (120,220) que comunican entre la zona de cojinete de admisióny el conducto de paso regulador, en donde la presión del fluido dentro del conducto de paso regulador actúaaxialmente sobre el eje (108,208) para contrarrestar la fuerza axial sobre el eje (108, 208) resultante de la presióndel fluido que actúa sobre un extremo de admisión del eje (108,208), y en donde la parte exterior del eje (108,208)tiene una acanaladura helicoidal (124, 126, 224) que se extiende alrededor de la misma desde los uno o mástaladros interiores a lo largo de una parte sustancial de la parte exterior del eje (108, 208), y en donde el flujo defluido que atraviesa el conducto de paso regulador y la acanaladura helicoidal (124,126,224) imparte un par derotación sobre el eje (108,208) para causar la rotación del eje (108,208) sobre la parte de vástago (110,210) de latuerca (104,204) de admisión.

Boquilla rotativa de alta presión que porta fluido autorregulador.

Antecedentes de la descripción.

En la patente de E.E.U.U. número 7.635.096 (documento WO 2007/053229) se describe un dispositivo de boquilla rotativa de alta presión que tiene un eje rotatorio. El eje hueco de este dispositivo rota dentro de un alojamiento fijo en donde la fuerza axial que actúa sobre el eje debida a la presión de fluido en la entrada del eje se equilibra, eliminando la necesidad de cojinetes mecánicos.

Esta boquilla resulta particularmente bien adecuada para usos industriales en donde los parámetros de operación pueden estar en el intervalo de 7 a 280 MPa (1000 a 40, 000 libras/pulgada cuadrada) , velocidades de rotación de 1000 rpm o más y caudales de 0, 0001 a 0, 0025 m3/s (2 a 50 galones/minuto) . El eje hueco de este dispositivo está provisto de un “agujero de evacuación” que conduce desde el taladro interior central a través del eje hueco hasta su exterior. Ello permite que una pequeña parte del fluido presurizado llegue a una cámara formada dentro del alojamiento de la boquilla por fuera al exterior de la parte delantera del eje de boquilla. La presión del fluido contenido en esta cámara actúa sobre el eje de boquilla con un componente axial suficiente como para equilibrar a el correspondiente componente axial contra el eje de boquilla creada por la presión interna del fluido. Esta cámara,

o paso, tiene una forma tubular de tronco de cono que circunda a una correspondiente parte estrechada progresivamente del eje que además permite que el fluido fluya entre el alojamiento de boquilla y el eje para facilitar y lubricar el eje a medida que éste rota.

Debido a la forma troncocónica estrechada progresivamente tanto de la superficie exterior del eje como de la suficiente interior complementaria del alojamiento, el espaciamiento entre el alojamiento y el eje varía ligeramente con el movimiento axial del eje. Este movimiento crea un efecto de autoequilibrio en el cual las fuerzas axiales que actúan sobre el eje permanecen equilibradas y existe siempre cierta parte de fluido que circula entre el eje y el alojamiento que ayuda a disminuir el contacto y el desgaste resultante entre estos dos componentes.

La rotación de dicha boquilla se provee por medio de las fuerzas de reacción experimentadas por la punta de la boquilla como resultado de la redirección del flujo de fluido hacia fuera a través de unas lumbreras anguladas descentradas en la punta de la boquilla que están desviadas con respecto al eje geométrico longitudinal de la boquilla. La redirección del flujo se descentra del eje geométrico del eje de la boquilla de tal manera que las fuerzas de reacción aplican un par de torsión al eje y punta de la boquilla. A dichas presiones elevadas las lumbreras anguladas descentradas son más que suficientes para proveer la rotación, o el movimiento giratorio, de la boquilla alrededor de su eje geométrico longitudinal. Se puede fijar una pequeña cabeza de chorro separable que tenga un diámetro menor que el cuerpo de la boquilla en el extremo delantero de la misma para proveer un patrón de cobertura perfeccionado para el fluido de alta presión.

A no ser que la punta de la boquilla, es decir, la cabeza de chorro, tenga lumbreras anguladas descentradas, no es probable que se produzca la rotación del eje de la boquilla. Sin embargo, hay varias aplicaciones, en donde la lumbreras anguladas descentradas o bien no son convenientes debido a un cambio en el par de impulsión cuando se varía la presión o el caudal, o bien son inconvenientes porque la rotación de impulsión mediante este método produce unas velocidades de rotación muy elevadas (20, 000 a 30, 000 rpm) . Por tanto, existe también una necesidad de una boquilla rotativa que sea axialmente autoequilibrada en la forma anteriormente descrita, pero en la que el eje de la boquilla rotativa sea impulsado por un método que resulte en unas velocidades de rotación menores, en un intervalo del orden de 2000 a 4000 rpm, en lugar de basarse en unas fuerzas de reacción anguladas descentradas para proveer la fuerza de rotación sobre el eje de la boquilla.

Compendio de la descripción Una boquilla según la presente descripción provee una estructura simplificada que equilibra eficazmente cualquier fuerza de empuje axial, sin necesidad de cojinetes mecánicos, mientras que al mismo tiempo imparte una fuerza rotativa para causar la rotación de la boquilla sin requerir lumbreras de boquilla descentradas.

Una realización de tal dispositivo de boquilla tiene una forma exterior global generalmente cilíndrica de tal manera que se pueda insertar en tuberías y otros conductos tubulares. El dispositivo tiene un cuerpo de alojamiento tubular y hueco sujeto a una admisión de alta presión. Capturado entre el cuerpo tubular y la tuerca de admisión está un eje giratorio, rotativo, estrechado progresivamente y hueco. Este eje está soportado a rotación por una parte de vástago tubular de la tuerca de admisión. La superficie exterior del eje tiene una forma general de tronco de cono que se estrecha progresivamente hacia abajo hacia la descarga del dispositivo de boquilla. La superficie interior del eje hueco tiene una forma cilíndrica complementaria a la parte de vástago sobre la que cabalga. La superficie interior del cuerpo tubular tiene una forma de tronco de cono estrechada progresivamente y complementaria a la formación troncocónica de la superficie exterior del eje de tal manera que juntas forman una cámara de equilibrio o paso entre las mismas.

La tuerca de admisión y su parte de vástago tienen cada una un taladro interior central que pasa a través de las mismas que dirige el flujo de fluido desde una fuente de fluido de alta presión a través de la tuerca y parte de vástago y luego a través de una cabeza de chorro de rociado fijada al extremo de descarga del eje. El eje giratorio rotativo tiene una pluralidad de conductos de paso, cada uno extendiéndose a través del eje desde la superficie interior a la superficie exterior del eje hasta un canal circunferencial practicado en la superficie exterior. El canal se une a unas acanaladuras helicoidales practicadas en la superficie exterior del eje. El flujo de fluido contenido en estas acanaladuras durante la operación imparte una fuerza de rotación sobre el eje causando que éste rote alrededor de la parte de vástago de la tuerca de admisión. De ese modo, esta fuerza de rotación elimina la necesidad de proveer lumbreras anguladas descentradas en la cabeza de rociado o punta de boquilla. Esto permite impulsar la rotación del eje a una menor velocidad de rotación prevista . Como el rociado de la boquilla se dirige fuera de la punta de la boquilla en una dirección que no está descentrada con respecto al eje geométrico longitudinal de la boquilla, la velocidad de rotación no depende de la presión ni del caudal que atraviesa la boquilla. Este mismo flujo de fluido, antes de llegar y salir de las acanaladuras helicoidales, proporciona lubricación entre, en primer lugar, la parte de vástago de la tuerca de admisión y el eje, y luego entre la superficie interior del alojamiento y la superficie exterior del eje de tal manera que no se requieren cojinetes sólidos.

Las realizaciones de un conjunto de boquilla que porta fluido para rociar un fluido de alta presión según esta descripción incluyen cada una un cuerpo cilíndrico hueco, una tuerca de admisión sujeta al cuerpo cilíndrico, y un miembro de eje tubular hueco soportado coaxialmente dentro del cuerpo de alojamiento y capturado entre la tuerca de admisión y el cuerpo. La tuerca de admisión tiene una parte de vástago que se extiende en el interior de un taladro interior central a través del miembro de eje. La parte de vástago forma una zona de cojinete de admisión que soporta rotativamente al miembro de eje en la misma. El miembro de eje tiene un extremo de descarga cerca de un extremo de descarga del cuerpo de alojamiento que recibe una cabeza de rociado sujeta a la misma para rotación de la cabeza con el miembro del eje. La tuerca de admisión tiene un conducto de paso central para conducir fluido a través de la tuerca de admisión a dicho extremo de descarga del miembro de eje.

Una pared interior del cuerpo de alojamiento y una parte exterior del eje tienen unas formas de superficie complementarias que juntas forman un conducto de paso regulador entre las mismas. El miembro de eje tiene uno o más taladros interiores que comunican entre la zona de cojinete de admisión y el conducto de paso regulador, en el que la presión de fluido dentro del conducto de paso regulador actúa axialmente sobre el eje para contrarrestar la fuerza axial sobre el eje que resulta de la presión de fluido actuando sobre un extremo... [Seguir leyendo]

1.Un conjunto de boquilla que porta fluido para rociar un fluido de alta presión que comprende:

un cuerpo cilíndrico hueco (102, 202) ;

una tuerca (104, 204) de admisión sujeta al cuerpo cilíndrico (102, 202) ; y

un miembro de eje tubular hueco (108, 208) transportado coaxialmente dentro del cuerpo cilíndrico hueco (102, 202) y capturado entre la tuerca (104, 204) de admisión y el cuerpo cilíndrico (102, 202) , cuya tuerca (104, 204) de admisión tiene una parte de vástago (110, 210) que se extiende en un taladro interior central a través del miembro de eje (108, 208) , cuya parte de vástago (110, 210) forma una zona de cojinete de admisión que soporta a rotación al miembro de eje (108, 208) sobre el mismo, teniendo el miembro de eje (108, 208) un extremo de descarga cerca del extremo de descarga del cuerpo cilíndrico (102, 202) , cuyo extremo de descarga del miembro de eje (108, 208) recibe una cabeza (116, 216) de rociado sujeta al mismo para la rotación de la cabeza (116, 216) con el miembro de eje (108, 208) , cuya tuerca (104, 204) de admisión tiene un conducto de paso central para conducir fluido a través de la tuerca (104, 204) de admisión a dicho extremo de descarga del miembro (108, 208) de eje;

una pared interior del cuerpo cilíndrico (102, 202) y una parte exterior del eje (108, 208) que tienen unas formas de superficie complementarias que forman juntas un conducto de paso regulador entre las mismas, cuyo miembro (108, 208) de eje tiene uno o más taladros interiores (120, 220) que comunican entre la zona de cojinete de admisión y el conducto de paso regulador, en donde la presión del fluido dentro del conducto de paso regulador actúa axialmente sobre el eje (108, 208) para contrarrestar la fuerza axial sobre el eje (108, 208) resultante de la presión del fluido que actúa sobre un extremo de admisión del eje (108, 208) , y en donde la parte exterior del eje (108, 208) tiene una acanaladura helicoidal (124, 126, 224) que se extiende alrededor de la misma desde los uno o más taladros interiores a lo largo de una parte sustancial de la parte exterior del eje (108, 208) , y en donde el flujo de fluido que atraviesa el conducto de paso regulador y la acanaladura helicoidal (124, 126, 224) imparte un par de rotación sobre el eje (108, 208) para causar la rotación del eje (108, 208) sobre la parte de vástago (110, 210) de la tuerca (104, 204) de admisión.

2. La boquilla según la reivindicación 1, en donde la pared interior del cuerpo cilíndrico (102, 202) y la parte exterior del eje (108, 208) tienen formas troncocónicas complementarias.

3. La boquilla según la reivindicación 2, en donde los uno o más taladros interiores (120, 220) comunican a un canal anular en la superficie exterior del eje (108) y el eje (108) tiene dos acanaladuras de contrarrotación (124, 126) alrededor del eje (108) que conducen desde el canal anular hasta los extremos opuestos del eje.

4. La boquilla según la reivindicación 1, en donde la pared interior del cuerpo cilíndrico (102, 202) tiene una forma cilíndrica escalonada con una parte de mayor diámetro y una parte de menor diámetro con un resalte entre ellas.

5. La boquilla según la reivindicación 4, en donde el eje (108, 208) tiene una forma cilíndrica escalonada complementaria con un resalte entre los mismos y los uno o más taladros interiores (120, 220) comunican con el resalte del eje (108, 208) .

6. La boquilla según la realización 5, en donde el eje (208) tiene una sola acanaladura helicoidal (224) que se extiende desde el resalte alrededor de una parte sustancial de la longitud de la parte de mayor diámetro del eje (208) .

7. La boquilla de la reivindicación 1, en donde una cara posterior del eje (108, 208) y la tuerca (104, 204) de admisión forman entre ellas una cámara de equilibrio y en donde el cuerpo hueco (102, 202) tiene uno o más agujeros de purga que comunican con la cámara de equilibrio para liberar el fluido desde dentro de la cámara de equilibrio.

8. La boquilla de la reivindicación 7, que comprende además una cubierta cilíndrica (140) sujeta alrededor del cuerpo hueco (102, 202) que se extiende alrededor de una parte de la cabeza (116, 216) de rociado, en donde los agujeros de purga del cuerpo hueco comunican entre la cámara de equilibrio y un espacio intermedio entre la cubierta (140) y el cuerpo hueco (102, 202) .

9. La boquilla de la reivindicación 8, en donde el fluido contenido en el espacio intermedio se libera a la atmósfera a través de como mínimo un conducto de paso entre la cubierta (140) y el cuerpo hueco (102, 202) .

10. La boquilla de la reivindicación 7, en donde la cámara de equilibrio y el conducto de paso regulador se conectan juntos y una parte del flujo de fluido que atraviesa el taladro interior central fluye a lo largo de la zona de cojinete de admisión a la cámara de equilibrio y al conducto de paso regulador.

11. Un conjunto de boquilla para rociar un fluido de alta presión contra un objeto, que comprende: un conjunto de boquilla portadora de fluido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, ó 10, y una cubierta tubular (140) alrededor del cuerpo hueco (102, 202) del miembro de eje (108, 208) y la cabeza (116, 216) de rociado, estando la cubierta (140) sujeta a una parte del cuerpo hueco (102, 202) ; en donde

una parte del flujo de fluido que atraviesa el conducto de paso regulador pasa a través de uno o más agujeros de purga a través del cuerpo de alojamiento a un espacio intermedio formado entre el cuerpo hueco (102, 202) y la cubierta (140) .

12. Un conjunto de boquilla para rociar un fluido de alta presión contra un objeto, que comprende: un cuerpo 5 cilíndrico hueco;

un conjunto de boquilla portadora de fluido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, ó 10, y

una cubierta tubular (140) alrededor del cuerpo hueco (102, 202) , del miembro de eje (108, 208) y de la cabeza (116, 216) de rociado, estando la cubierta (140) sujeta a una parte del cuerpo hueco (102, 202) ;

en donde una parte del flujo del fluido que atraviesa el conducto de paso regulador pasa a través de uno o más agujeros de purga a través del cuerpo hueco (102, 202) a un espacio intermedio formado entre el cuerpo hueco (102, 202) y la cubierta (140) , en donde una cara posterior del eje (108, 208) y la tuerca (104, 204) de admisión, forman entre las mismas una cámara de equilibrio que comunica con los uno o más agujeros de purga para liberar fluido desde dentro de la cámara de equilibrio.