Unión giratoria multifluiodo.

Un dispositivo de acoplamiento de fluido que comunica con un miembro (36) rotor y que es operable con fluidos refrigerantes tanto comprimibles como incomprimibles proporcionados durante una condición de presurización en la que la diferencia entre una presión de un fluido,

P, y una presión externa excede un valor predeterminado, incluyendo el dispositivo un alojamiento (12) que tiene un escariado cilíndrico que se extiende a través del mismo y una única entrada (15) de fluido, un miembro (16) portador tubular que tiene una superficie externa posicionada en el interior del escariado y que es axialmente móvil en el mismo y que comunica con la entrada de fluido, y que incluye en combinación:

un conjunto de estanquidad primario que comprende un miembro (32) de estanquidad giratorio montado en el miembro (36) rotor, y un miembro (34) de estanquidad no giratorio montado en el miembro (16) portador;

al menos un miembro (26) de resorte operativo que es encajable con dicho miembro (34) de estanquidad no giratorio para proporcionar una fuerza de apertura sobre el citado conjunto de estanquidad primario para desencajar dichos miembros (32, 34) de estanquidad giratorio y no giratorio, cada uno del otro, y

un miembro (20) de estanquidad secundario posicionado en torno al miembro (16) portador tubular y encajable con el alojamiento (12) para proporcionar un cierre estanco entre ambos;

en el que dicho conjunto de estanquidad primario está estructuralmente dispuesto de modo que proporciona un espacio de separación predeterminado entre dicho miembro (32) de estanquidad giratorio y dicho miembro (34) de estanquidad no giratorio cuando un refrigerante fluido comprimible proporcionado a la presión de fluido P es dirigido a través de la entrada (15) única de fluido durante la condición de presurización, y estructuralmente dispuesto de modo que provoca que dicho miembro de estanquidad giratorio encaje con dicho miembro de estanquidad no giratorio cuando un refrigerante fluido incomprimible proporcionado sustancialmente a la presión de fluido P es dirigido a través de la entrada de fluido durante la condición de presurización, teniendo dicho conjunto de estanquidad primario una relación de equilibrio mayor de 0,67.

Unión giratoria multifluido.

La presente invención se refiere a dispositivos de acoplamiento para fluidos tal como las uniones giratorias, y más en particular a un diseño de estanquidad mejorada que permite que un dispositivo de acoplamiento, que tiene un único paso de entrada y que enclava medios externos de lubricación de las superficies de estanquidad utilizadas en el mismo, sea operado con fluidos lubricantes, tal como refrigerantes a base de agua o a base de aceite, y con fluidos no lubricantes, tal como aire y gases secos.

Se conocen uniones giratorias alternativamente como acoplamientos para fluidos, uniones para refrigerante, o juntas rotativas, y se emplean en operaciones de transferencia de sondeo y perforación de alta velocidad, en husillos de máquinas herramientas de alta velocidad y en otras operaciones en las que es necesario transferir un medio fluido hasta un dispositivo de rotación. Para optimizar la operación de las máquinas herramientas de alta velocidad, se requieren uniones giratorias que conduzcan un fluido tanto líquido, tal como refrigerante a base de agua o a base de aceite, como gases secos, tal como aire, desde una fuente de ese refrigerante particular hasta la máquina herramienta. Una de tales aplicaciones de una unión giratoria es el suministro de un líquido a una máquina herramienta giratoria como refrigerante y lubricante, y el posterior suministro 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 donde la herramienta de corte puede llegar a estar tan caliente que un refrigerante a base de agua o a base de aceite podría tener como consecuencia el 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, donde el contacto con un medio lubricante haría que la parte acabada no sea apta para su uso.

Cuando una unión giratoria debe conducir un medio lubricante, se puede emplear una de un número de disposiciones diferentes para asegurar el encaje hermético 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 estar 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 los Estados Unidos núms.

6.149.160, 6.325.380 y 6.726.213, describen un número de tratamientos de los medios de estanquidad de las caras que fomentan la lubricación de las superficies de interconexión estanca. La condición de funcionamiento da como resultado un desgaste incrementado en las superficies de interconexión estanca, en particular a altas velocidades de rotación, y los períodos prolongados de funcionamiento en seco causarán graves daños en algunas o en todas las uniones giratorias.

Cuando una unión giratoria ha de operar en ausencia de cualquier medio, la condición de funcionamiento en seco se evita típicamente separando automáticamente las superficies de estanquidad giratoria y no giratoria. Tales disposiciones son conocidas habitualmente como diseños “pop off”. En tales diseños, la superficie de estanquidad no giratoria está montada en un portador 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 desencaja de la superficie de estanquidad giratoria en ausencia de medio. Sin embargo, las uniones giratorias de tipo “pop off” de entrada única han tenido hasta ahora la desventaja de encajar las superficies de estanquidad en presencia de fluidos tanto lubricantes como no lubricantes.

Cuando una unión giratoria debe conducir un medio no lubricante, se puede emplear el hecho de separar las superficies de interconexión estanca una cantidad microscópica que evite el funcionamiento en seco y que asegure que las superficies de interconexión no están en contacto directo.

La Patente de los Estados Unidos núm. 5.669.636, la cual se considera la técnica anterior más relevante, describe un dispositivo de acoplamiento de fluido que comunica con un miembro rotor y que es operable con fluidos refrigerantes tanto comprimibles como no comprimibles proporcionados durante una condición de presurización en la que la diferencia entre una presión del fluido y una presión externa exceda un valor predeterminado, incluyendo el dispositivo un alojamiento que tiene un escariado cilíndrico que se extiende a través del mismo y una entrada de fluido, en el que un medio portador tubular tiene una superficie externa posicionada en el interior del escariado y siendo axialmente móvil en el mismo, y que comunica con la entrada de fluido, y que incluye en combinación: un conjunto de estanquidad primario que comprende un miembro de estanquidad giratorio montado en el miembro rotor, y un miembro de estanquidad no giratorio montado en el miembro portador y que está libre de fuerzas de apertura o de cierre que actúen sobre dicho conjunto de estanquidad primario; al menos un miembro elástico operativo encajable con dicho miembro de estanquidad no giratorio, para proporcionar una fuerza de apertura sobre dicho conjunto de estanquidad primario para desencajar dichos miembros de estanquidad giratorio y no giratorio entre sí; y, un miembro de estanquidad secundario posicionado en torno al miembro portador tubular y encajable con el alojamiento para proporcionar un sellado entre ambos.

Las Patentes de los Estados Unidos núms. 5.669.636 y 6.406.065 son ejemplos de uniones giratorias que requieren al menos dos entradas separadas que operen fluido lubricante y no lubricante. Tales disposiciones tienen la desventaja de necesitar sistemas de válvulas complicados y tubuladura adicional para controlar las operaciones multifluido.

Otra disposición más para mantener el contacto entre superficies de interconexión estanca para conducir un medio no lubricante ha sido descrita en la solicitud japonesa núm. 10-302395 (PCT 2000-130665, por ejemplo) . Para superar el problema del funcionamiento en seco, tal disposición intenta lubricar las superficies de interconexión estanca con un medio separado suministrado externamente, tal como una mezcla de aceite. Sin embargo, tal disposición tiene la desventaja de requerir una fuente separada de sistema de dispensación para proporcionar la mezcla de aceite a las superficies de interconexión estanca. Este sistema añade costes y complejidad y tales disposiciones tienen la desventaja adicional de permitir que la mezcla de aceite contamine el refrigerante a base de agua. Esta contaminación puede ocurrir tanto por el exterior de los medios de estanquidad, como resultado de un exceso de mezcla de aceite que corra por la línea de drenaje de la unión giratoria, como por el interior de los medios de estanquidad, como resultado de que la mezcla de aceite sea transportada mediante los llamados “hidrotampones” o ranuras, un concepto descrito en la Patente de los Estados Unidos núm. 5.941.532. En cualquier caso, se obtiene como resultado lo que se conoce como “aceite atrapado” que debe ser extraído mediante filtrado desde el refrigerante a base de líquido o de agua, creando gastos adicionales en la operación de la junta giratoria.

Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un diseño de estanquidad que permita una unión giratoria que tenga una entrada única para el medio que esté operada con fluidos lubricantes líquidos (tal como refrigerantes a base de agua o a base de aceite) , con fluidos gaseosos no lubricantes (tal como aire y gases secos) , y sin fluidos de ninguna clase.

Un objetivo adicional de la presente invención consiste en un dispositivo de acoplamiento para fluido que tiene un miembro de estanquidad elástico secundario o único posicionado en torno a, y circundando el miembro portador que monta el miembro de estanquidad no giratorio junto con el control predeterminado de la geometría del miembro de estanquidad no giratorio y de las fuerzas externas que actúan sobre el miembro de estanquidad no giratorio.

Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar una unión giratoria de alta velocidad capacitado para utilizar ya sea fluidos no comprimibles, tal como agua o aceite, o ya sea fluidos comprimibles, tal como aire o gas, y en donde el fluido se introduce en la unión giratoria a través de un único paso de entrada.

Un objeto adicional de la... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de acoplamiento de fluido que comunica con un miembro (36) rotor y que es operable con fluidos refrigerantes tanto comprimibles como incomprimibles proporcionados durante una condición de presurización en la que la diferencia entre una presión de un fluido, P, y una presión externa excede un valor predeterminado, incluyendo el dispositivo un alojamiento (12) que tiene un escariado cilíndrico que se extiende a través del mismo y una única entrada (15) de fluido, un miembro (16) portador tubular que tiene una superficie externa posicionada en el interior del escariado y que es axialmente móvil en el mismo y que comunica con la entrada de fluido, y que incluye en combinación:

un conjunto de estanquidad primario que comprende un miembro (32) de estanquidad giratorio montado en el miembro (36) rotor, y un miembro (34) de estanquidad no giratorio montado en el miembro (16) portador;

al menos un miembro (26) de resorte operativo que es encajable con dicho miembro (34) de estanquidad no giratorio para proporcionar una fuerza de apertura sobre el citado conjunto de estanquidad primario para desencajar dichos miembros (32, 34) de estanquidad giratorio y no giratorio, cada uno del otro, y

un miembro (20) de estanquidad secundario posicionado en torno al miembro (16) portador tubular y encajable con el alojamiento (12) para proporcionar un cierre estanco entre ambos;

en el que dicho conjunto de estanquidad primario está estructuralmente dispuesto de modo que proporciona un espacio de separación predeterminado entre dicho miembro (32) de estanquidad giratorio y dicho miembro (34) de estanquidad no giratorio cuando un refrigerante fluido comprimible proporcionado a la presión de fluido P es dirigido a través de la entrada (15) única de fluido durante la condición de presurización, y estructuralmente dispuesto de modo que provoca que dicho miembro de estanquidad giratorio encaje con dicho miembro de estanquidad no giratorio cuando un refrigerante fluido incomprimible proporcionado sustancialmente a la presión de fluido P es dirigido a través de la entrada de fluido durante la condición de presurización, teniendo dicho conjunto de estanquidad primario una relación de equilibrio mayor de 0, 67.

2. El dispositivo de acoplamiento de fluido de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho alojamiento (12) incluye una ranura anular que tiene una superficie interna y que está dispuesta estructuralmente en torno al escariado cilíndrico y circundando la superficie externa del miembro (16) portador tubular, estando dicho medio (20) de estanquidad secundario posicionado en la citada ranura para encajar con dicha superficie interna de la citada ranura anular para proporciona un cierre hermético entre ambos.

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

4. El dispositivo de acoplamiento de fluido de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho miembro de estanquidad secundario es un anillo en O posicionado en el interior de la ranura en contacto con la superficie interna de la ranura anular y con la superficie externa del miembro (16) portador para proporcionar un cierre hermético entre el alojamiento (12) y el miembro portador.

5. El dispositivo 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 para proporcionar un cierre hermético entre el alojamiento (12) y el miembro (16) portador.

6. El dispositivo de acoplamiento de fluido de acuerdo la reivindicación 1, en el que dicho miembro (20) de estanquidad secundario está situado en torno al miembro (16) portador tubular, entre la entrada (15) de fluido y dicho conjunto de estanquidad primario.

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