Un sistema de detección de fugas para una unión giratoria (1, 301, 401), comprendiendo la unión giratoria (1, 301, 401) un árbol soportado de manera giratoria dentro de un alojamiento (5, 305, 405, 563), presentando el árbol en el mismo un primer paso (7, 307) para conducir un fluido de manera axial a través del árbol, en el que el árbol termina dentro del alojamiento (5, 305, 405, 563) en un extremo terminal (9, 309) que expone el primer paso (7, 307), en el que la unión giratoria (1, 301, 401) comprende además un primer elemento de sellado anular (11, 311) fijado al extremo terminal (9, 309), en el que el primer elemento de sellado (11, 311) hace contacto de manera coaxial con un segundo elemento de sellado anular (13, 313) que está fijado en torno a un segundo paso (17, 317) que es estacionario con respecto al alojamiento (5, 305, 405, 563), normalmente sellándose entre sí el primer y el segundo elemento de sellado (11, 13, 311, 313) de manera que el fluido pase entre el segundo y el primer paso (7, 17, 307, 317), caracterizado porque el sistema de detección de fugas comprende:

una disposición de elementos de sensor situada dentro del alojamiento (5, 305, 405, 563), estando configurada la disposición del elemento sensor para detectar fluido presente en uno de una pluralidad de puntos en posiciones simétricas sustancialmente angulares que rodean al árbol; y al menos un conducto eléctrico (31, 331, 431) conectado a la disposición de elementos de sensor para transmitir una señal que indica que la disposición de elementos sensor ha detectado el fluido en al menos uno de la pluralidad de puntos

Sistema de detección de fugas para una vía de paso giratoria.

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere en general a la detección de fugas con respecto a uniones giratorias con las características del preámbulo de la reivindicación 8 y, más específicamente, a un sistema integrado para detectar fugas no deseadas potencialmente peligrosas en la unión con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Antecedentes de la invención

La invención pertenece en general a la detección de fugas con respecto a uniones giratorias. Tal y como se usa en este documento, el término "unión giratoria" se refiere principalmente a un dispositivo mecánico utilizado para transferir fluido desde una fuente estacionaria tal como un conducto o un tubo flexible hacia el interior de un elemento giratorio tal como un husillo de máquinas herramientas o tambores giratorios presentes en prensas de imprimir y máquinas de calandrado de pasta de papel. El documento US 2004/0200670 A1 describe una unión giratoria que comprende normalmente un elemento estacionario, llamado alojamiento, que presenta un orificio de entrada para recibir flujo a presión, y un elemento giratorio, llamado rotor, que presenta un paso central con un orificio de salida para suministrar fluido a un componente giratorio. Una característica típica de tales uniones giratorias es la capacidad de transferir fluido sin fugas significativas, cuando funcionan correctamente, entre la parte estacionaria y la parte giratoria.

Las uniones giratorias se utilizan en muchos emplazamientos industriales incluyendo, por ejemplo, centros de maquinado CNC, prensas de imprimir modernas u otros entornos industriales similares. La utilización principal en tales casos es transportar refrigerante a alta presión y/o en gran volumen para su utilización en el proceso.

Los refrigerantes utilizados pueden ser agua, refrigerantes a base de agua o de otro tipo. Las uniones y el equipo asociado tomados conjuntamente pueden comprender muchos componentes de alta precisión tales como engranajes, cojinetes, acoplamientos, componentes electrónicos, etc. que son caros y/o difíciles de sustituir y que pueden estar sometidos a una gran corrosión o a daños eléctricos si están expuestos a fugas de fluidos desde la unión. En aplicaciones en las que el fluido transportado contiene aditivos químicos, un derrame o una fuga pueden suponer un riesgo para la salud del personal operativo así como un peligro para el medioambiente.

En el mercado hay una pluralidad de diferentes tipos de uniones giratorias. Las dos categorías generales son (1) elementos de sellado que están permanentemente cerrados y (2) los denominados elementos de sellado regulados por presión donde el elemento de sellado puede diseñarse para abrir automáticamente el contacto entre las caras de sellado en ausencia de presión de fluidos. Ambos tipos están sometidos a desgaste de sellado fallando finalmente. El segundo tipo de elemento de sellado tiene la ventaja de que no se produce desgaste de sellado en ausencia de presión de fluidos, pero presenta normalmente una ligera cantidad de fuga en cada ciclo de apagado y de encendido, por ejemplo cuando se cambian herramientas automáticas en los sistemas de maquinado CNC. Por esta razón, las uniones giratorias incorporan normalmente un alojamiento que rodea al elemento de sellado principal y uno o más orificios de drenaje para expulsar el fluido fugado. Además, las uniones giratorias incluyen generalmente un sistema de sellado complementario entre el elemento de sellado principal (es decir, el elemento de sellado normalmente en contacto con el fluido transportado) y cualquier área, tal como una cámara de cojinetes, que va a mantenerse seca. Los sistemas de sellado complementario típicos incluyen una o más juntas laberínticas, cortinas de aire y juntas de labios montados en asociación con la parte giratoria de la unión. Las siguientes patentes estadounidenses describen varios detalles de varios tipos de uniones giratorias: la patente estadounidense número 6.164.316, la patente estadounidense número 5.669.636, la patente estadounidense número 5.617.879, la patente estadounidense número 4.976.282, la patente estadounidense número 4.928.997 y la patente estadounidense número 4.817.995.

Una vez que el fluido fugado abra una brecha en el sistema de sellado complementario, normalmente empiezan a producirse los tipos de daños descritos anteriormente. Para evitar daños innecesarios, desde hace tiempo los fabricantes y usuarios de las uniones giratorias han intentado garantizar en la medida de lo posible que las uniones giratorias no permitan una fuga excesiva de fluido. La fuente inicial de tal fuga, cuando se produzca, es el elemento de sellado interno que proporciona una interfaz entre partes giratorias (husillos, barras de tracción, árboles huecos, etc.) y partes estacionarias (tuberías, conductos, tubos flexibles, etc.) y que permite al mismo tiempo el paso de fluido entre las partes. En particular, las fugas se deben normalmente a un deterioro gradual o drástico de este elemento de sellado. Puesto que, hasta la fecha, no existe un elemento de sellado de este tipo que no esté sometido al menos a un desgaste y a una sustitución finales, por lo general es importante detectar rápidamente las fugas en la unión giratoria cuando se produzcan de manera que pueda realizarse un mantenimiento apropiado antes de que se produzcan daños relacionados importantes.

Al mismo tiempo, también es deseable minimizar el grado en el que el sistema de detección de fugas genera "falsas alarmas". Es decir, si el sistema de detección de fugas se activa tras la detección de niveles de fuga aceptables, como los que pueden producirse durante el funcionamiento normal para fines de lubricación del elemento de sellado giratorio, etc., entonces es probable que el personal operativo desactive o insensibilice tal sistema. Sin embargo, esto crea el gran riesgo de no detectar finalmente fugas peligrosas.

Se han llevado a cabo determinados intentos, ninguno totalmente satisfactorio, de solucionar los problemas mencionados anteriormente. Por ejemplo, un tipo de sistema de detección de fugas utilizado en la fecha de presentación de esta solicitud emplea un sensor calorimétrico situado entre el elemento de sellado principal y el sistema de sellado complementario. Otros sistemas utilizados en la fecha de presentación de esta solicitud emplean un sensor de fugas que analiza la salida del orificio de drenaje de fugas. Tal y como se apreciará a partir de la siguiente descripción, ninguno de los sistemas existentes conocidos de detección de fugas proporcionan el nivel de seguridad necesario que muchas realizaciones de la presente invención pueden proporcionar. Además, los sistemas de detección de fugas disponibles comercialmente no son adecuados ya que sus principios de funcionamiento y sus configuraciones básicas hacen que dependan de equipos externos caros para detectar fugas y/o señales de detección de proceso.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de detección de fugas mejorado para una unión giratoria y una unión giratoria que comprende un sistema de este tipo, los cuales mitigan los inconvenientes mencionados anteriormente.

Breve resumen de la invención

Realizaciones de la invención según las reivindicaciones 1 y 8 consiguen el objeto anterior y generalmente mitigan los inconvenientes mencionados anteriormente y proporcionan al usuario un sistema mejorado para detectar fugas antes de que puedan producirse daños importantes. Tal y como se ha mencionado anteriormente, existen diferentes tipos de uniones giratorias, incluyendo aquellas que presentan elementos de sellado permanentemente cerrados así como uniones reguladas por presión en las que los elementos de sellado se abren automáticamente en ausencia de presión de fluidos. Tales uniones comprenden normalmente un alojamiento que rodea al elemento de sellado principal. Finalmente, las uniones giratorias también incluyen generalmente un sistema de sellado complementario (por ejemplo, una o más juntas laberínticas, cortinas de aire y/o juntas de labios) entre el elemento de sellado principal y el área que va a mantenerse seca. Una detección rápida y precisa de fugas no deseadas en las uniones giratorias es una necesidad urgente y no satisfecha de la industria moderna.

En una realización de la invención, el sistema de detección de fugas comprende un elemento sensor de fugas (o una disposición de múltiples partes) situado dentro del alojamiento, en...

1. Un sistema de detección de fugas para una unión giratoria (1, 301, 401), comprendiendo la unión giratoria (1, 301, 401) un árbol soportado de manera giratoria dentro de un alojamiento (5, 305, 405, 563), presentando el árbol en el mismo un primer paso (7, 307) para conducir un fluido de manera axial a través del árbol, en el que el árbol termina dentro del alojamiento (5, 305, 405, 563) en un extremo terminal (9, 309) que expone el primer paso (7, 307), en el que la unión giratoria (1, 301, 401) comprende además un primer elemento de sellado anular (11, 311) fijado al extremo terminal (9, 309), en el que el primer elemento de sellado (11, 311) hace contacto de manera coaxial con un segundo elemento de sellado anular (13, 313) que está fijado en torno a un segundo paso (17, 317) que es estacionario con respecto al alojamiento (5, 305, 405, 563), normalmente sellándose entre sí el primer y el segundo elemento de sellado (11, 13, 311, 313) de manera que el fluido pase entre el segundo y el primer paso (7, 17, 307, 317),

caracterizado porque

el sistema de detección de fugas comprende:

una disposición de elementos de sensor situada dentro del alojamiento (5, 305, 405, 563), estando configurada la disposición del elemento sensor para detectar fluido presente en uno de una pluralidad de puntos en posiciones simétricas sustancialmente angulares que rodean al árbol; y

al menos un conducto eléctrico (31, 331, 431) conectado a la disposición de elementos de sensor para transmitir una señal que indica que la disposición de elementos sensor ha detectado el fluido en al menos uno de la pluralidad de puntos.

2. El sistema de detección de fugas según la reivindicación 1, en el que la unión giratoria (1, 301, 401) comprende además un elemento de sellado complementario (21, 321) que rodea al árbol y que separa una primera cámara anular que contiene al primer y al segundo elemento de sellado (11, 13, 311, 313) con respecto a una segunda cámara anular, en el que la disposición de elementos sensor está situada en la segunda cámara anular.

3. El sistema de detección de fugas según la reivindicación 1 ó 2, en el que la disposición de elementos sensor comprende un único elemento de detección (25, 325, 425) configurado como al menos una parte sustancial de un anillo circular (203).

4. El sistema de detección de fugas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fluido es conductor, en el que el elemento de detección (25, 325, 425) es un sensor de conductividad, y en el que el elemento de detección (25, 325, 425) comprende una o más partes aisladas cubiertas por un material aislante y una o más partes expuestas, de manera que el material aislante mantiene la una o más partes expuestas separadas de una superficie interior de alojamiento o de cualquier otra superficie conductora.

5. El sistema de detección de fugas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el alojamiento (5, 305, 405, 563) es al menos parcialmente conductor y en el que el elemento de detección (25, 325, 425) y el alojamiento (5, 305, 405, 563) se mantienen en dos potenciales eléctricos distintos, de manera que cuando una cantidad fugada del líquido crea un puente entre al menos una o más partes expuestas y la superficie interna de alojamiento, una corriente detectable fluye en el elemento de detección (25, 325, 425).

6. El sistema de detección de fugas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el árbol está soportado de manera giratoria dentro del alojamiento (305) mediante una pluralidad de ensamblajes de cojinetes (327, 329) dentro de la segunda cámara, en el que el elemento de detección (325) está situado entre dos de la pluralidad de ensamblajes de cojinetes (327, 329), y en el que el sistema de detección de fugas comprende además un ensamblado de relleno (343) situado entre los dos ensamblajes de cojinetes (327, 329) para dirigir la fuga hacia el elemento sensor para su detección.

7. El sistema de detección de fugas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el árbol está soportado de manera giratoria dentro del alojamiento (5) mediante una pluralidad de ensamblajes de cojinetes (27, 29) dentro de la segunda cámara, y en el que el elemento de detección (25) está situado entre la pluralidad de ensamblajes de cojinetes (27, 29) y el elemento de sellado complementario (21).

8. Una unión giratoria (1, 301, 401) con el sistema de detección de fugas integrado, comprendiendo la unión:

un alojamiento de unión (5, 305, 405, 563);

un rotor (3, 303) soportado de manera giratoria dentro del alojamiento (5, 305, 405, 563), presentando el rotor (3, 303) en el mismo un primer paso (7, 307) para conducir un fluido de manera axial a través del rotor (3, 303), terminando el rotor (3, 303) dentro del alojamiento (5, 305, 405, 563) en un extremo terminal (9, 309) sellado a un segundo paso (17, 317) de manera que el fluido pueda pasar normalmente entre el primer y el segundo paso (7, 17, 307, 317);

caracterizado por

al menos un sensor de fugas (25, 325, 425) situado dentro del alojamiento (5, 305, 405, 563) para detectar fugas no deseadas del fluido; y

un indicador montado en el alojamiento (5, 305, 405) y conectado al al menos un sensor (25, 325, 425) para indicar la presencia de fuga del fluido.

9. La unión giratoria (1, 301, 401) según la reivindicación 8, en la que el indicador es un indicador visual, en la que el al menos un sensor (25, 325, 425) es un sensor de fugas, y en la que la unión giratoria (1, 301, 401) comprende además un segundo indicador visual montado en el alojamiento (5, 305, 405) para indicar que el sensor de fugas (25, 325, 425) está operativo.

10. La unión giratoria (1, 301, 401) según la reivindicación 8, en la que el indicador es al menos uno de entre un indicador visual y un indicador audible, seleccionándose el indicador visual a partir del grupo de indicadores que consiste en una luz, un LED (35, 37, 335, 337, 435, 437) y una representación visual generada por ordenador.

11. La unión giratoria (1, 301, 401) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un enlace para activar un indicador adicional que es remoto con respecto a la unión giratoria (1, 301, 401), siendo el indicador adicional al menos uno de entre un indicador visual y un indicador audible.

12. La unión giratoria (1, 301, 401) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el sensor de fugas (25, 325, 425) utiliza una fuente de alimentación que es remota con respecto a la unión giratoria (1, 301, 401), que comprende además un indicador visual de energía que indica si la fuente de alimentación remota está conectada al sensor de fugas (25, 325, 425).

13. La unión giratoria (1, 301, 401) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un módulo de procesamiento de señales de detección (33, 333, 433, 550) solidario con el alojamiento (5, 305, 405, 563) y conectado al al menos un sensor de fugas (25, 325, 425), produciendo el módulo de procesamiento de señales de detección (33, 333, 433, 550) una señal eléctrica que indica la presencia de una fuga no deseada del fluido.

14. La unión giratoria (1, 301, 401) según la reivindicación 13, en la que el módulo de procesamiento de señales de detección (33, 333, 433, 550) comprende un amplificador (551) conectado al al menos un sensor de fugas (25, 325, 425) para amplificar la señal de detección de fugas y un controlador conectado al amplificador para recibir la señal de detección amplificada y para activar el indicador.

15. La unión giratoria (1, 301, 401) según cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, en la que el módulo de procesamiento de señales de detección (33, 333, 433, 550) comprende un enlace de comunicaciones que conecta el módulo de procesamiento de señales de detección a un receptor remoto.