Junta rotativa para ensamblar tubos fijos con tubos rotatorios.

Junta rotativa para ensamblar tubos fijos con tubos rotatorios.

Comprende una pieza nexo cilíndrica (4) con un reborde transversal (9), soldada en el extremo del tubo fijo (2) y con rosca en su superficie interior; en la que va enroscado el extremo del tubo rotatorio (1), quedando apresada una arandela (8) entre dicho tubo rotatorio y dicha pieza nexo; y habiendo en la parte externa del tubo rotatorio una escuadra anular (5) con una segunda arandela (11) apresada por una brida (12) atornillada al exterior de la pieza nexo. Para trasegar dos fluidos diferentes, uno de ellos va por un tubo satélite (22) que rota todo él alrededor del eje de giro (3), y se conecta con su correspondiente tubo fijo (25) a través de una pieza hueca anular delimitada por dos superficies cilíndricas roscadas (18, 19) con el mismo paso de rosca que la unión central (7).

JUNTA ROTATIVA PARA ENSAMBLAR TUBOS FIJOS CON TUBOS ROTATORIOS

SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención se encuadra en el campo de los sistemas térmicos y de fluidos que requieren uniones entre tubos que están fijos, como son los que distribuyen o acarrean fluidos en redes fijas en tierra, y tubos que giran lentamente a lo largo del tiempo, y en el período de operación que tienen, no llegan a realizar un giro completo, volviendo después a su posición inicial.

Este es el caso de muchos tipos de sistemas solares térmicos, como son los paraboloides de revolución y los cilindros parabólicos; rotando los tubos de estos últimos con eje horizontal, y los primeros con eje vertical, más otro eje de inclinación variable.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Aunque son múltiples las juntas comerciales existentes, la mayor parte de ellas son para conexiones de muy delgado calibre y baja temperatura, como son las de aire comprimido. Como juntas rotativas más elaboradas, se pueden citar las patentes US6581653, que utiliza muelles interiores para forzar el cierre de la vía de escape, US6698669 que tiene la vía de escape dispuesta en forma radial, existiendo una placa anular para estrangular el paso de fluido; y la US7004509, que minimiza la sección de paso en la conexión propiamente dicha, para inducir mucha pérdida de carga por la vía de fuga.

En el campo termo-solar hay varias patentes sobre juntas rotativas, particularmente para colectores cilindro-parabólicos, como son la EP1998120y al EP2270380. Otras patentes relativas a este campo optan por otra vía, como es la de las mangueras flexibles, según puede verse en las patentes EP2326864y DE102012210045.

Ninguna de ellas, ni ninguna conocida del solicitante, constituye un verdadero antecedente de la invención, totalmente pensada para aplicaciones que no llegan a completar una vuelta completa en su ciclo operativo, volviendo a la posición inicial para comenzar el nuevo ciclo.

PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER

El problema a resolver es dar continuidad, sin pérdidas de fluido, al paso de un fluido desde un tubo que rota sobre su eje longitudinal, a otro que está fijo; o viceversa; particularmente cuando la secuencia de operación del sistema requiere menos de una vuelta completa en el tubo rotatorio, que ha de volver a su posición inicial una vez acabado su ciclo operacional.

Este es el caso, como ya se ha dicho, de varios dispositivos de captación térmica de radiación solar concentrada, que a lo largo de un día deben seguir al sol en su trayectoria, pero tras la puesta de sol, el dispositivo ha de recuperar su posición inicial, para funcionar en la siguiente jornada.

También es el caso de hornos que tuestan alternativamente, hacia un lado y hacia otro, haciendo pasar un gas caliente entre las piezas por hornear.

El problema a resolver es cómo configurar esa unión, particularmente cuando el fluido que circula está a alta presión y alta temperatura.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención comprende:

- un tubo fijo y un tubo giratorio, teniendo el tubo giratorio la cara externa de su extremo roscada en varias vueltas, enroscándose en la cara interna de la pieza nexo que se suelda en el extremo del tubo fijo, siendo esta pieza nexo un cilindro corto y grueso, con un labio o pequeña ménsula anular transversal, proyectada hacia el interior, y un cuerpo principal cilíndrico roscado en su cara interior con el mismo paso de rosca que la cara exterior del tubo giratorio, con el cual se enrosca;

- y al ser solidaria la pieza nexo con el tubo fijo, cuando el tubo rotativo gira en un sentido, se afianza la rosca, y cuando gira en el otro sentido se libera la rosca, pero menos de una vuelta, habiendo una pluralidad de pasos de rosca en esa unión roscada;

- y acaba el tubo giratorio, por su extremo, en un corte plano transversal de dicho tubo, identificado como tope plano de dicho tubo, que choca con el labio o ménsula anular interior de la pieza nexo, si se enrosca a tope, lo cual no llega a ocurrir por interponer entre ambas superficies, apoyada en dicho labio, una arandela de dimensiones radiales que coinciden con dicho labio, y está hecha de

un material que permanece sólido a la temperatura de operación, y a dicha temperatura tiene un módulo elástico, o cociente entre tensión mecánica y deformación unitaria, menor que el del material de los tubos; siendo un ejemplo de esto las arandelas de silicona trabajando en montajes de tubos de acero, pudiendo disponerse no sólo una arandela, sino un apilamiento de ellas;

- habiendo además una escuadra anular solidaria a la cara externa del tubo giratorio, que se suelda a él en posición tal que queda su aleta anular transversal cerca del extremo libre de la pieza nexo, sin llegar a tocarse en ninguna posición de giro la pieza nexo y dicha escuadra anular externa;

- existiendo además una brida anular en forma de tapa con parte central hueca, concéntrica por fuera de la pieza nexo, compuesta por un cuerpo cilindrico y una placa transversal anular con todo el centro hueco para que pase con holgura el tubo giratorio, quedando fijada la brida a la pieza nexo, mediante soldadura o por tornillos radiales con su consiguiente junta tórica o cilindrica entre la pieza nexo y la cara interior de la parte cilindrica o faldón de la brida, dejando un espacio anular entre la parte interior de la tapa anular de la brida, y la aleta de la escuadra anular externa solidaria al tubo giratorio;

ubicando una arandela, o apilamiento de arandelas, similares a la antedicha arandela elástica del tope del tubo giratorio, en el espacio anular que queda entre dicha parte interior de la tapa de la brida, y la escuadra anular externa solidaria al tubo giratorio.

Cuando el tubo rotativo gira en el sentido de afianzar la unión roscada, comprime y deforma la arandela de su propio tope, que cierra así mejor ese huelgo, y libera sin embargo a la arandela de la brida, pues se aumenta el espacio que queda entre dicha parte interior de la tapa anular de la brida, y la escuadra anular externa solidaria al tubo giratorio.

Por el contrario, cuando el tubo rotativo gira en el sentido de liberar la unión roscada, libera asimismo de compresión la arandela de su propio tope, y por el contrario, comprime y deforma a la arandela de la brida, pues disminuye el espacio que queda entre la parte interior de la tapa anular de la brida, y la escuadra anular externa solidaria al tubo giratorio, cerrándose mejor ese huelgo.

De esta manera, uno de los dos huelgos por los que tiene que pasar sucesivamente una fuga de fluido, está muy bien cerrado, por la compresión de la arandela, o están los dos suficientemente bien cerrados, cuando el giro del tubo esté justo a mitad de vuelta

Cuando solo hay un tubo giratorio, por el que pasa un fluido desde un extremo de entrada a otro de salida, conectados cada extremo a un tubo fijo, se aplica la invención en cada extremo.

Cuando el tubo de aporte de fluido calorífero y el tubo de extracción del fluido deben entrar y salir por el mismo sitio, uno de los tubos va por el centro, siendo coincidentes su propio eje geométrico y el eje de rotación del sistema; y la otra corriente fluida puede ir:

en una tubería de sección recta anular, conformada por dos cilindros

concéntricos con la tubería central y de radios mayores que el radio

de dicha tubería central;

en uno o varios tubos convencionales que giran asociadamente al

tubo central, como tubos satélites;

y bien la tubería anular, bien dichos tubos satélites, entroncan con una pieza hueca anular compuesta por dos paredes cilindricas, concéntricas al eje general de giro, formando ambas paredes una única pieza por estar unidas entre sí por una corona circular que está parcialmente horadada para entroncar con la tubería anular o con los tubos satélites; rotando dicha pieza hueca anular de manera solidaria a la tubería rotativa central, y teniendo dicha pieza rotativa anular las superficies exteriores, en su parte extrema, provistas de sendas roscas, con el mismo paso de rosca por vuelta que en el tubo rotativo central; y cada una de las superficies cilindricas de dicha pieza rotativa anular se enrosca en otra superficie cilindrica roscada con su mismo paso de rosca e igual radio desde el centro de giro, estando estas últimas superficies fijas respecto de tierra, y siendo solidarias entre sí por estar unidas por una base anular que bien por el fondo, bien lateralmente, va horadada para que al menos salga un tubo fijo por el que circula el fluido que se trasiega; y estando cada pareja de superficies enroscadas dotada de un sistema de doble junta, igual al aplicado a la superficie exterior del tubo rotativo central;...

1 - Junta rotativa para ensamblar tubos fijos con tubos rotatorios, caracterizada porque comprende:

un tubo fijo (2) y un tubo giratorio (1), teniendo el tubo giratorio la cara externa de su extremo (7) roscada en varias vueltas, enroscándose en la cara interna (6) de la pieza nexo (4) que se suelda en el extremo del tubo fijo, siendo esta pieza nexo un cilindro corto y grueso, con un labio o pequeña ménsula anular transversal (9), proyectada hacia el interior, estando el cuerpo principal cilindrico de dicha pieza nexo roscado en su cara interior con el mismo paso de rosca que la cara exterior del tubo giratorio, con el cual se enrosca; y acaba el tubo giratorio, por su extremo, en un corte plano transversal de dicho tubo, identificado como tope plano de dicho tubo, que choca con el labio o ménsula anular interior (9) de la pieza nexo, si se enrosca a tope, lo cual no llega a ocurrir por interponer entre ambas superficies, apoyada en dicho labio, una arandela (8) o apilamiento de arandelas, de dimensiones radiales que coinciden con dicho labio (9), estando hechas dichas arandelas de un material que permanece sólido a la temperatura de operación, y a dicha temperatura tiene un módulo elástico, o cociente entre tensión mecánica y deformación unitaria, menor que el del material de los tubos;

habiendo además una escuadra anular externa (5) solidaria al tubo giratorio (1), que se suelda a él en posición tal que queda su aleta anular transversal (10) cerca del extremo libre de la pieza nexo (4), sin llegar a tocarse en ninguna posición de giro la pieza nexo (4) y dicha escuadra anular externa (5);

existiendo además una brida (12) anular en forma de tapa (17) con parte central hueca, concéntrica por fuera de la pieza nexo (4), compuesta por un cuerpo cilindrico y una placa transversal anular con todo el centro hueco para que pase con holgura el tubo giratorio, quedando fijada la brida (12) a la pieza nexo (4), mediante soldadura o por tornillos radiales (13) con su consiguiente junta cilindrica o toroidal (15) entre la pieza nexo y la cara interior de la parte cilindrica o faldón (16) de la brida, dejando un espacio anular entre la parte

interior de la tapa hueca (17) de la brida, y la aleta (10) de la escuadra anular externa solidaria al tubo giratorio;

- ubicando una arandela (11) o apilamiento de arandelas en dicho espacio anular que queda entre dicha parte interior de la tapa (17) de la brida, y la aleta (10) de la escuadra anular externa (5) solidaria al tubo giratorio (1).

2 - Junta rotativa para ensamblar tubos fijos con tubos rotatorios, según reivindicación primera, caracterizada porque cuando solo hay un tubo giratorio, por el que pasa un fluido desde un extremo de entrada a otro de salida, conectados cada extremo a un tubo fijo, se aplica la invención en cada extremo.

3 - Junta rotativa para ensamblar tubos fijos con tubos rotatorios, según reivindicación primera, caracterizada porque cuando el tubo de aporte de fluido calorífero y el tubo de extracción del fluido deben entrar y salir por el mismo sitio, uno de los tubos va por el centro, siendo coincidentes su propio eje geométrico y el eje de rotación del sistema (3); y la otra corriente fluida va en una tubería concéntrica pero de sección recta anular, o va en uno o varios tubos convencionales que giran asociadamente al tubo central, como tubos satélites (22), y bien la tubería anular, bien dichos tubos satélites, entroncan con una pieza hueca anular (26) compuesta por dos paredes cilindricas, concéntricas al eje general de giro, formando ambas paredes una única pieza por estar unidas entre sí por una corona circular que está parcialmente horadada para entroncar con la tubería anular o con los tubos satélites; rotando dicha pieza hueca anular de manera solidaria a la tubería rotativa central, y teniendo dicha pieza rotativa anular las superficies exteriores (18 y 19), en su parte extrema, provistas de sendas roscas, con el mismo paso de rosca por vuelta que en el tubo rotativo central; y cada una de las superficies cilindricas (18 y 19) de dicha pieza rotativa anular se enrosca en otra superficie cilindrica roscada con su mismo paso de rosca e igual radio desde el centro de giro, estando estas últimas superficies fijas respecto de tierra, y siendo solidarias entre sí por estar unidas por una base anular (27) que bien por el fondo, bien lateralmente, va horadada para que al menos salga un tubo fijo (25) por el que circula el fluido que se trasiega; y estando cada pareja de superficies enroscadas dotada de un sistema de doble junta, igual al aplicado a la superficie exterior del tubo rotativo central (1); y al tener el mismo paso de rosca absoluto dicha conducción central y las dos

superficies, interna (19) y externa (18) de la pieza anular rotativa (28), en cualquier giro que se haga, las tres uniones se desplazan lo mismo en sentido axial del eje de rotación.

4 - Junta rotativa para ensamblar tubos fijos con tubos rotatorios, según 5 cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque para cada una de las arandelas o apilamientos de éstas en su hueco al efecto, se toma como referencia la distancia de avance total en la unión roscada a la que está asociado el hueco, medida en la dirección axial y a lo largo del semiciclo operativo de compresión de las arandelas en cuestión mediante el 10 correspondiente giro de rosca, y dicha distancia de referencia, dividida por la altura en sentido axial de la arandela o apilamiento de arandelas, da un cociente que es menor que el límite de deformación elástica, expresado este límite como cociente entre la tensión de compresión con la que se alcanza el límite de deformación elástica del material de la arandela, dividida por el módulo de 15 Young, o módulo elástico de dicho material.