Diafragma de múltiples capas para bomba de accionamiento hidráulico.

Un diafragma de múltiples capas (122) para uso en una bomba accionada hidráulicamente (120),

el diafragma(122) comprende:

una primera capa (142) en contacto con un fluido bombeado;

una segunda capa (140) en contacto con un aceite hidráulico de la bomba;

en donde una tercera capa (144) incluye un material de base elastomérica (146) y una traza elastoméricaconductora incorporada en el material base elastomérico (146), la tercera capa se posiciona entre la primera ysegunda capas, dicho diafragma de múltiples capas (122) se caracteriza porque la tercera capa (144), que incluyedicha traza incorporada, se puede mover de forma independiente con relación a la primera y segunda capas (142,140).

Diafragma de múltiples capas para bomba de accionamiento hidráulico Antecedentes de la Invención

Campo Técnico La invención se relaciona de manera general con bombas accionadas hidráulicamente, y más específicamente se relaciona con diafragmas para bombas de accionamiento hidráulico.

Técnica Relacionada La bomba de diafragma de accionamiento/movida por aceite, operada en forma rotatoria conocida es una bomba de alta presión inherentemente capaz de bombear muchos fluidos difíciles debido a que en el fluido del proceso, no 10 tiene sellos o pistones deslizantes para desgaste. El diafragma aísla la bomba completamente del ambiente que rodea (el fluido de proceso, por lo tanto protegiendo de la contaminación a la bomba) .

En general, una bomba de diafragma 20 se muestra en las Figuras 9 y 10. La bomba 20 tiene un eje de accionamiento 22 mantenido rígidamente en la carcasa de bomba 24 mediante un cojinete de rodillos cónicos grande 26 en la parte posterior del eje y un cojinete pequeño (no mostrado) en la parte frontal del eje. Se intercala 15 una leva de ángulo fijo o placa oscilante 28 entre otro par de cojinetes grandes (no mostrados) . Cuando el eje de accionamiento gira, la placa oscilante se mueve, oscilando hacia adelante y atrás convirtiendo el movimiento axial en movimiento lineal. Los tres ensambles de pistón 30 (solo se muestra un ensamble de pistón) se desplazan alternamente por la placa oscilante 28. Como se muestra adelante, cada pistón está en un recinto que incluye un cilindro de tal manera que el recinto se carga con aceite. Una válvula de retención de bolas 32 en la parte inferior del 20 ensamble de pistón/cilindro 30 que funciona para permitir que el aceite de un reservorio 27 (la placa oscilante 28 está en el reservorio) cargue el recinto en el recorrido de succión. Durante la producción o el recorrido de bombeo, el aceite mantenido en el recinto presuriza la parte posterior del diafragma 34 y cuando se mueve la placa oscilante, provoca que el diafragma se flexione hacia adelante para proporcionar la acción de bombeo. De forma ideal, la bomba balancea hidráulicamente la presión a través del diafragma sobre el rango de presión de diseño completo. 25 Como se discute adelante, en la práctica actual este no es el caso para todas las situaciones de bombas conocidas. En cualquier caso, cada diafragma tiene su propia cámara de bombeo que contiene un ensamble de válvula de retención de entrada y salida 36, 37. Cuando el diafragma se retrae, el fluido de proceso ingresa a la bomba a través de una entrada común y pasa a través de una de las válvulas de retención de entrada. En el recorrido de bombeo o salida, el diafragma empuja el fluido de proceso fuera de la válvula de retención de descarga y a través de un múltiple de entrada común. Los diafragmas, separados equidistantemente 120° entre sí, operan secuencialmente para proporcionar el flujo virtualmente libre de pulso, constante del fluido de proceso.

El diafragma 34 se mantiene entre dos porciones 38, 40 de carcasa 24. El diafragma 34 separa el lado de la bomba del lado de accionamiento hidráulico, cargado con aceite de la bomba. Sobre el lado de accionamiento, un ensamble de pistón de accionamiento 30 que incluye un émbolo de diafragma 42 que está contenido dentro del recinto 35 cargado con aceite que funciona como una cámara de transferencia 44. Un par de válvulas de retención 32 en el pistón 46 separan la cámara de transferencia 44 del reservorio de aceite (no mostrado) . La placa oscilante 28 (no mostrada en la Figura 2) contacta la plataforma 48 para impulsar el pistón 46. La flecha 49 indica la dirección general del movimiento de la leva o placa oscilante. Cuando el pistón y diafragma hayan terminado el recorrido de bombeo o la oscilación hacia adelante, el extremo 50 del pistón 46 está en el centro muerto superior (TDC) . Cuando el pistón y diafragma se han retraído en el recorrido de succión, el extremo 50 de pistón 46 está en el centro muerto inferior (BDC) .

Las Figuras 11 (a) - (f) ilustran la operación de la bomba convencional 20 bajo condiciones de operación estándar, normales utilizando un resorte de empuje convencional 96. Se muestran las presiones típicas. Se muestran las direcciones típicas del vector para la leva o placa oscilante (no mostrada en las Figuras 11 (a) - (f) ) . La succión es 45 menor de 14.7 psia. La presión de salida es mayor de 14.7 psia. La presión diferencial a través del diafragma 34 se fija en aproximadamente 3 psia.

Con referencia a la Figura 11 (a) , el recorrido de succión empieza en el extremo del recorrido de bombeo. Para las condiciones asumidas, la presión en la cámara de bombeo cae inmediatamente desde lo que era a alta presión, por ejemplo, 120 psia a 10 psia. La presión en la cámara de transferencia hidráulica es 13 psia, que es menor de 14.7 50 psia en el reservorio. El pistón 30 está en el centro muerto superior y se empieza a mover hacia el centro muerto inferior. El resorte de empuje 96 mueve momentáneamente el émbolo 42, y particularmente la bobina de válvula 84, en la parte derecha para abrir el puerto 98. Debido a que la presión en la cámara de transferencia es menor que la presión en el reservorio, la válvula de retención 46 se abre y el aceite fluye desde el reservorio hasta la cámara de transferencia para cargarla de forma apropiada con aceite que se ha perdido durante el recorrido previo de bombeo.

Es decir, bajo la presión de recorrido de bombeo el aceite fluye a través de tolerancias algo sueltas de las partes del pistón de tal manera que algo de aceite fluya desde la cámara de transferencia de nuevo al reservorio. Sin embargo se necesita volver a cargar aceite en la cámara de transferencia durante el recorrido de succión de tal manera que existe suficiente aceite para proporcionar eficientemente presión durante el siguiente recorrido de bombeo.

La Figura 11 (b) muestra la configuración a mitad del recorrido. La succión ligera en la cámara de bombeo (mostrada que es 10 psia) , mantiene el diafragma 34 y la bobina 84 en la parte izquierda mientras que el pistón 30 se mueve a la derecha, cerrando por lo tanto el puerto 98. Debido a que las presiones son casi iguales y el diafragma 34 se mueve a la derecha con el pistón 30, la cámara de bombeo se carga con el fluido de proceso.

Como se muestra en la Figura 11 (c) , el fluido de proceso continúa cargándose cuando el diafragma 34 se mueve a la derecha. El puerto de válvula 98 permanece cerrado. Ocurre muy poco escape de aceite desde el reservorio (no mostrado) hasta la cámara de transferencia 44, debido a que las presiones son casi iguales. Sin embargo, ambos lados del diafragma se cargan de forma apropiada.

Cuando el pistón 30 alcanza el centro muerto inferior, el recorrido de succión se completa y empieza el recorrido de bombeo o producción. La presión en la cámara de transferencia aumenta inmediatamente, por ejemplo, de 13 psia a 123 psia. De forma similar, la presión en la cámara de bombeo aumenta inmediatamente, por ejemplo, de 10 psia a 120 psia. La placa oscilante empieza a mover el pistón 30 a la izquierda, lo que provoca la acumulación de la presión. Se cierran las válvulas de retención 32. El diafragma 34 se mueve en volumen tándem con el aceite y el fluido de proceso a la izquierda cuando el pistón expulsa (la bomba) el fluido de proceso.

A mitad del recorrido como se muestra en la Figura 11 (e) , se presenta producción continua. Algunas fugas de aceite que pasan las tolerancias entre el pistón y cilindro pueden mover la bobina de válvula 84 del émbolo de diafragma 42 a la derecha para abrir el puerto de válvula 98. Sin embargo, las válvulas de retención 32, se cierran, bloqueando por lo tanto el aceite en la cámara de transferencia 44, excepto para escape.

El recorrido de producción finaliza con la configuración mostrada en la Figura 11 (f) . La cámara de transferencia cargada 44 empuja el diafragma 32 a la izquierda suministrando el fluido de proceso cuando se mueve. La operación normal como se muestra en las Figuras 11 (a) - (f) provoca poca tensión en el diafragma 32.

El pistón 46 oscila en el cilindro 47. El pistón 46 tiene una sección de manguito 52 que forma la pared externa del pistón. La sección de manguito 52 incluye un manguito 54 y una porción de extremo 56 en el extremo que tiene el cojinete 48 que está en contacto con la placa oscilante. Dentro del manguito 54 está contenida una sección base 58. La sección base 58 incluye una primera base 60 que está en contacto con la porción de extremo 56 e incluye elementos de sello 62 para sellado entre la primera base 60 y el manguito 54. La sección base 58 también incluye la segunda base 64 en el extremo opuesto de la primera base... [Seguir leyendo]

1. Un diafragma de múltiples capas (122) para uso en una bomba accionada hidráulicamente (120) , el diafragma (122) comprende:

una primera capa (142) en contacto con un fluido bombeado;

una segunda capa (140) en contacto con un aceite hidráulico de la bomba;

en donde una tercera capa (144) incluye un material de base elastomérica (146) y una traza elastomérica conductora incorporada en el material base elastomérico (146) , la tercera capa se posiciona entre la primera y segunda capas, dicho diafragma de múltiples capas (122) se caracteriza porque la tercera capa (144) , que incluye dicha traza incorporada, se puede mover de forma independiente con relación a la primera y segunda capas (142, 140) .

2. El diafragma (122) de la reivindicación 1, en donde la primera, segunda y tercera capas se acoplan a una periferia, y las porciones centrales se separan y se mueven en forma libre con relación una a la otra.

3. El diafragma (122) de la reivindicación 1 o 2, en donde la tercera capa moldeada (144) incluye primera y segundas porciones (146, 148) unidas con la traza conductora posicionada entre la primera y segundas porciones (146, 148) .

4. El diafragma (122) de cualquier reivindicación precedente, en donde la primera porción (146) , segunda porción

(148) y la traza conductora cada una tiene un diámetro externo, el diámetro externo de la primera porción (146) es mayor que el diámetro externo de la traza, y el diámetro externo de la traza conductora es mayor que el diámetro de la segunda porción (148) .

5. El diafragma (122) de cualquier reivindicación precedente, que comprende adicionalmente una capa de lubricación posicionada entre la tercera capa (144) y la primera (142) y segundas capas (140) .

6. El diafragma (122) de cualquier reivindicación precedente, en donde la primera capa (140) y la segunda capa

(140) incluyen caucho buna.

7. El diafragma (122) de cualquier reivindicación precedente, en donde la tercera capa (144) incluye silicona.

8. El diafragma (122) de cualquier reivindicación precedente, en donde la capa de traza conductora incluye carbón y silicona y es capaz de resistir/soportar altos niveles de deformación mayores de 20 %.

9. El diafragma (122) de cualquier reivindicación precedente, en donde la traza conductora se forma como un espiral continuo con extremos opuestos (202, 204) de la traza conductora que se acopla a terminales eléctricas separadas (240, 242) .

10. El diafragma (122) de cualquier reivindicación precedente, que comprende adicionalmente el primer y segundo anillos (152, 154) configurados para retener la primera, segunda y tercera capas (142, 140, 144) .

11. El diafragma (122) de cualquier reivindicación precedente, en donde la primera, segunda y tercera capas (142, 140, 144) comprenden materiales elastoméricos y se configuran para resistir la ruptura bajo altas condiciones de deformación.

12. Una bomba accionada hidráulicamente (120) , que comprende:

una primera cámara (124) expuesta a un fluido bombeado;

una segunda cámara (126) configurada para retener un fluido hidráulico; y

el diafragma de múltiples capas (122) de la reivindicación 1.

13. La bomba (120) de la reivindicación 11, en donde el material base elastomérico incluye silicona y la traza conductora elastomérica incluye carbón.

14. La bomba (120) de la reivindicación 11, en donde los cambios en una resistencia eléctrica de la traza conductora indican una condición de falla en una de la primera, segunda y tercera capas (142, 140, 144) .