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Patent Searching and Data


Title:
HYDRAULIC POWER BOOSTING SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/080771
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a hydraulic power boosting system comprising: an energy source (an electric motor in this case), a hydraulic pump, a relief safety valve, hydraulic conductors, a liquid fluid tank, 4-way directional valves operated by servomotors and a digital/analogue control system in conjunction with the inductive proximity sensors located at the ends of the cylinders or boosters, two boosters or cylinders configured in series in the same line, each having an internal plunger that is displaced and also displaces the fluid contained in the cylinders or boosters linearly, and hydraulic actuators or motors that carry out the work converting the energy of the system.

Inventors:
OLVERA ALVAREZ BERNADETTE (MX)
Application Number:
PCT/MX2022/050036
Publication Date:
May 11, 2023
Filing Date:
April 13, 2022
Export Citation:
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Assignee:
OLVERA ALVAREZ BERNADETTE (MX)
International Classes:
F04B9/117; F04B11/00; F04F13/00; F15B1/04
Domestic Patent References:
WO2020167108A12020-08-20
WO2008105646A12008-09-04
WO1992002713A11992-02-20
WO2020167108A12020-08-20
Foreign References:
US4470771A1984-09-11
US3234882A1966-02-15
ES2009006A61989-08-16
US20050133090A12005-06-23
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Claims:
REIVINDICACIONES

1 . Un sistema incrementador de potencia hidráulico, caracterizado porque comprende: un sistema de accionamiento principal; y un sistema de cambios direccionales; en donde dicho sistema de accionamiento principal comprende un motor principal generador de potencia angular, una bomba conectada a dicho motor y a un depósito de fluido, la cual succiona dicho fluido y lo desplaza de manera fluida; un generador e incrementador de potencia para proporcionar fluido a una primera presión que comprende; un primer booster o cilindro que tiene en su interior: un émbolo que se desplaza linealmente de una posición inicial a una posición final y un sensor de límite de carrera en cada extremo de dicho pistón; una válvula direccional de 4 vías conectada a ambos extremos del pistón, la cual restringe o permite el paso del fluido al interior o al exterior del mismo; alimentando a un primer motor hidráulico, con una segunda presión, que tiene como función la de convertir la energía hidráulica proveniente del primer booster o cilindro en energía mecánica angular para hacer el trabajo, de la salida del primer motor hidráulico se obtiene un remanente de presión, considerado este remanente de presión como la tercera presión, y el mismo volumen los cuales son conducidos por las líneas de trabajo hasta conectar con la segunda válvula direccional de 4 vías que a su vez restringe las entradas y salidas de un segundo booster o cilindro; dicho segundo booster o cilindro comprende en su interior: un émbolo que se desplaza linealmente de una posición inicial a una posición final y un sensor de límite de carrera en cada extremo de dicho pistón; una válvula direccional de 4 vías conectada a ambos extremos del segundo booster o cilindro, la cual restringe o permite el paso del fluido al interior o al exterior del mismo, en donde dicho segundo pistón incrementa la tercera presión del fluido para obtener una cuarta presión; un segundo motor hidráulico, conectado fluidamente a dicha válvula direccional de 4 vías, el cual recibe el fluido con la cuarta presión para convertirla en energía mecánica angular para realizar el trabajo; un medio de enfriamiento de fluido, el cual enfría el fluido proveniente de los motores hidráulicos para enviarlo al depósito de fluido y poder comenzar un nuevo ciclo indefinidamente.

2. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el motor generador de potencia es un motor eléctrico.

3. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el motor generador de potencia es un motor de combustión interna. 4. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento generador de potencia es un aerogenerador.

5. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento generador de potencia es una turbina.

6. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento generador de potencia es agua en movimiento.

7. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los émbolos se desplazan de manera independiente uno del otro eliminando la supeditación entre los émbolos.

8. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la posición de los cilindros no interfiere en el funcionamiento de estos.

9. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque a las salidas de cada booster o cilindro están conectados los actuadores que transforman la energía hidráulica en energía mecánica angular derivada de cada booster o cilindro. Dichos actuadores hidráulicos funcionan de manera independiente y sus trabajos son integrados por una transmisión mecánica que convergen en una flecha para entregar la suma del trabajo de ambos actuadores para realizar el trabajo final.

10. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque en cada émbolo, en sus caras frontales, se ubica una cavidad para almacenar nitrógeno la cual se comunica por medio de 4 orificios laterales por los que se purga y se llena dicha cavidad.

1 1. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque para tapar dicha cavidad y evitar la fuga del nitrógeno se instala una membrana resistente a la presión, y sujeta al émbolo por medio de una tapa. 12. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se pueden conectar N número de bloques según la demanda de la aplicación.

13. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque solamente comprende un sistema principal hidráulico y los cambios direccionales son realizados de manera electromecánica aumentando la eficiencia del sistema ya que solo se usará energía al momento de un cambio direccional. Reduciendo también el aumento de temperatura del fluido hidráulico. Reduciendo el número de partes utilizadas para el sistema de cambios direccionales.

14. El sistema de cambios direccionales de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque comprende válvulas de acción rotativa de N número de vías las cuales, en conjunto con los sensores para límite de carrera de los émbolos y el sistema de control analógico/digital , controlan las entradas y las salidas de fluido de un cilindro o booster.

15. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las tapas ubicadas al final de ambos extremos de cada booster o cilindro se caracterizan por tener forma piramidal constituida por un polígono simple y triángulos que tienen un único lado que tiene que ver con uno del polígono base.

16. La forma piramidal de las tapas de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque las formas piramidales de las tapas ubicadas al final de ambos extremos de cada booster o cilindro tienen un ángulo de inclinación de entre 1 e a 45e.

17. Las tapas de conformidad con la reivindicación 15, caracterizadas porque en su interior y a lo largo de la pirámide se ubica un sistema anti - cavitación, el cual consiste en unas placas adheridas a dicha estructura piramidal.

18. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque tiene aplicaciones a diferente escala cambiando los diámetros y largos de los cilindros o boosters. 19. El sistema incrementador de potencia hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque utiliza en la toma de fuerza final un copie de arrastre unidireccional.

20. El copie de arrastre unidireccional de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque tiene cavidades cóncavas helicoidales de tal manera que los pivotes de arrastre transmiten el torque o fuerza hacia una sola dirección ya sea en sentido de las manecillas del reloj o contrario a las manecillas del reloj.

21. El copie de arrastre unidireccional de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque ofrece protección al sistema generador de energía eléctrico de un paro de emergencia no planeado o una caída repentina y momentánea de potencia en el sistema, lo que permitirá el giro libre de la carga principalmente en alternadores que giran a alta frecuencia.

Description:
SISTEMA INCREMENTADOR DE POTENCIA HIDRÁULICO

ÁREA TÉCNICA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema hidráulico cuyo objetivo es incrementar la eficiencia de la energía de la que disponen los sistemas transformadores de energía de movimiento angular para hacer un trabajo ya sea mecánico o de presión y desplazamiento de volumen.

ANTECEDENTES DE LA INVENSIÓN

La utilidad del agua como proveedor de potencia es utilizada desde tiempos remotos para hacer trabajo ya sea como molino, como transportador de cargas a través de canales y acequias. La aplicación del uso de fluidos líquidos y sus propiedades en sistemas más complejos llamados circuitos hidráulicos se comenzaron a desarrollar con las bases que Blaise Pascal desarrolló. Hoy en día los trabajos más pesados en la industria de la construcción, agricultura y manufactura lo realizan los fluidos líquidos y sus propiedades. Recordemos que los líquidos además de ser prácticamente incompresible son excelentes transmisores de potencia en sistemas transformadores de energía y que a diferencia del acero los fluidos líquidos son mucho más flexibles al adoptar la forma del recipiente que los contiene por lo que cualquier carga aplicada en cualquier punto del sistema este será replicado en todo el sistema con la misma intensidad y en áreas ¡guales, siempre y cuando el recipiente que lo contiene esté totalmente cerrado y saturado de fluido.

Como ya es del conocimiento del hombre los sistemas hidráulicos son tan versátiles que se pueden utilizar en casi todos los rubros de la industria y la transformación ya sea en el área de la manufactura, del transporte, de la generación de energía eléctrica, de la salud, de los alimentos, entre otros.

En el estado de la técnica existen diferentes sistemas y aplicaciones entre ellos se encuentran los sistemas convencionales aplicados a prensas, roladoras, maquinaria pesada, etc. Estos sistemas típicos constan de una fuente de energía normalmente angular, un depósito para fluido líquido, válvulas, bombas, motores, pistones que realizan el trabajo o la transformación. Estos sistemas no son tan eficientes en cuanto a su consumo energético ya que la fuente de energía siempre está exigida a su límite aún en momentos donde el sistema no realiza trabajo alguno, por lo que la fuente de energía se desgasta para mantener una presión y un volumen constante. Para estos sistemas se utiliza una válvula controladora de presión con descarga al depósito cuando el sistema no utiliza ni presión ni volumen, al momento de realizar el trabajo la válvula se cierra dejando pasar el fluido líquido presionado a los actuadores.

En el estado de la técnica existen sistemas incrementadores de presión llamados boosters, estos tienen la propiedad de incrementar la presión de salida con respecto a la entrada y se pueden colocar en tándem aumentando de gran manera la presión, pero disminuyendo el volumen en la misma escala. Por lo que su desplazamiento final es muy limitado, un ejemplo de ello son los boosters de frenado en un auto, donde el pedal del freno avanza varios centímetros y al final las balatas o dispositivo de frenado avanza pocos milímetros, pero con mucha fuerza.

En cuanto a una aplicación de sistemas incrementadores de presión en la generación de energía eléctrica es importante primero conocer los sistemas utilizados en esta materia ya que la producción de energía eléctrica tiene características muy puntuales y precisas en cuanto a un desplazamiento angular muy estable, ya que la energía eléctrica necesita ser un producto de alta calidad en relación a su desplazamiento angular, este debe de ser constante y muy puntual a 60Hz en el continente americano y en el europeo son 50Hz.

En este rubro industrial el estado de la técnica es altamente deficiente pues sus eficiencias van desde un 30% hasta un máximo de 65%. Un sistema de generación de energía eléctrica convencional 30%, ciclo combinado 50% hasta 65%, energía fotovoltaica 20%, eólica 40%. Es importante mencionar que el 85% de la generación de energía eléctrica se produce quemando combustibles fósiles que son finitos y utilizados en una gran variedad de aplicaciones y productos desde el sector salud, pasando por los alimentos hasta la manufactura de bienes materiales de todo tipo.

De conformidad con lo anterior, en el estado de la técnica, se tiene el documento de patente ES2009006A6, el cual describe un generador de presión, que se constituye por dos pares de cilindros hidráulicos, los cilindros de cada par van relacionados por sus extremos mediante sendas cámaras direccionales cerradas con tapas extremas, presentando cada una de las cámaras en su interior un carrete que se desplaza por el efecto de la presión que proviene de unas válvulas direccionales actuadas mediante solenoides que son activados por unos interruptores de final de carrera que presentan los cilindros de baja presión, de manera que se genera una alta presión del fluido que llega a un conector y del cual parte al motor hidráulico correspondiente. Sin embargo, dicho generador de presión entregaba una eficiencia de conversión hasta de un 80% de energía, ya que utiliza una bomba de engranajes de desplazamiento y no utiliza un sistema de control para controlar los cambios direccionales de los émbolos.

Se tiene también el documento WO9202713A1 , el cual un generador de presión que permite multiplicar la salida de presión mediante el uso de cámaras selladas que contienen pistones sin vástago que actúan sobre el fluido que funciona como un transmisor de fuerza y concentra la fuerza en las cubiertas troncocónicas. En cada extremo del pistón. Debido al estrechamiento de las cubiertas, la fuerza se dirige hacia las válvulas direccionales que están alojadas en los extremos del pistón y distribuyen la presión de manera ordenada a través de los conductores de fluido hacia el motor hidráulico. Sin embargo, la presente invención no utiliza sistemas de control lógico ni tiene sistemas de enfriamiento líquido, así mismo el presente sistema tiene en general una eficiencia general del 90% de conversión energética.

Se tiene también el documento WO9202713A1 , el cual describe un intensificador de presión hidráulico acoplado a una bomba hidráulica de alta presión, la cual es accionada por un aparato de accionamiento alternativo hidráulico en que un pistón de accionamiento de baja presión recíproco y un sistema de válvulas de control dirigen el fluido de una fuente de fluido bajo presión alternativamente a los lados opuestos del pistón de baja presión. El sistema de válvulas de control comprende válvulas separadas entre sí, una de las cuales, está adaptada para ser accionada por un fluido a presión y está dispuesta para invertir la acción del pistón. Otra válvula es una válvula piloto dispuesta para controlar la acción de la válvula de inversión. La acción de la válvula de inversión es estable y ocurre durante un período de tiempo relativamente corto, mientras que la acción de la válvula piloto ocurre a la velocidad del movimiento del pistón de baja presión. Una característica del aparato de accionamiento a baja presión es la ausencia de sellos dinámicos en la válvula de inversión y en la válvula piloto. Sin embargo, el presente sistema, carece de sistemas de enfriamiento del fluido y no especifica la capacidad de eficiencias en la transmisión del trabajo hidrostático hacia otro sistema, así mismo, no se indica si pudiera trabajar de alguna manera en coordinación (serie o paralelo) con otros intensificadores de presión similares o ¡guales, así como tampoco especifica si es posible acumular en una misma línea la presión acumulada del uso de previos intensificadores hidráulico.

De igual manera se tiene también el documento US2005133090, el cual hace referencia a un intensificador de presión hidráulica que permite la recuperación de energía, compuesta de membranas semipermeables, de desplazamiento positivo sin válvulas y bombas o conjuntos de bombas separados que mueven un volumen desigual de fluido en una proporción estable dentro de un circuito compartido. El aparato funciona sin necesidad de válvulas, levas, partes de control de fluido deslizante, interruptores, temporizadores, reguladores, sensores, circuitos eléctricos o electrónicos o cualquier otro medio de control de flujo, restricción y / o distribución que actúe de manera similar. Puede ser accionado por una variedad de motores primarios, como las bielas giratorias o de trinquete, las turbinas eólicas, las ruedas hidráulicas, los seguidores de las olas y los motores, así como por una alimentación de fluido de presión relativamente baja provista por bombas de alimentación incorporadas o externas o por cualquier otro medio adecuados de alimentación de fluido a baja presión. Sin embargo, en el presente sistema, no se indica si pudiera trabajar de alguna manera en coordinación (serie o paralelo) con otros intensificadores de presión similares o ¡guales, así como tampoco especifica si es posible acumular en una misma línea la presión acumulada del uso de previos intensificadores hidráulico de igual manera, el control del flujo y por lo tanto la permanencia de las caídas de presión en el sistema son evidentes.

Por lo tanto, en el estado de la técnica, no se cuenta aún con un sistema intensificador de presión hidráulica, el cual permite aprovechar eficientemente la energía proveniente de sistemas de desplazamiento angular para su posterior uso en otros sistemas los cuáles requieran realizar algún trabajo hasta en un 100% de eficiencia, el cual permita sumar la presión hidráulica en una misma línea o tubería, no presente caídas de volumen y presión en todo el sistema, permite controlar el aumento de temperatura de los fluidos al ser sometidos a alta presión dentro del sistema, opere a altas frecuencias (cercano a los 60 Hz) de manera continua con la finalidad de ser utilizada en aplicaciones como la generación de energía eléctrica y demás aplicaciones las cuáles necesiten la transmisión eficiente de energía y trabajo.

Se tiene la patente W02020167108, en el cual se describe un sistema de alta eficiencia en la transformación de energía, en donde los cilindros se encuentran conectados en serie por medio de conectores hidráulicos. Cada cilindro o booster dispone como carga a su salida una válvula de control de presión la cual actúa como actúa como carga para cada cilindro con el objetivo de aumentar la presión de salida en cada cilindro booster y utilizar esa presión para ser aplicada a un motor hidráulico final de desplazamiento angular encargado de realizar el trabajo. Es importante mencionar que los cilindros son dispositivos de doble acción, y que al igual que la descripción de patentes anteriores no disponen de vástagos de acero para hacer el trabajo, utilizan únicamente un émbolo ubicado dentro del cilindro el cual por efectos de presión, volumen y mecanismos de control direccional el émbolo se desplaza de un extremo del cilindro al otro extrema y al mismo tiempo el émbolo desplaza el fluido ubicado en la parte posterior del émbolo, convirtiendo al fluido en transmisor de potencia hidráulica al aplicarlo en forma de presión y volumen que la fuente de energía y la bomba proporcionan, para que el actuador o motor hidráulico convierta la energía hidráulica en energía mecánica angular para hacer el trabajo.

Los émbolos que utiliza el sistema presentan en sus extremos frontales unas perforaciones sin llegar a comunicarse entre sí, con el objetivo de que al aplicar presión y volumen al estar en función el sistema en estas perforaciones se almacene volumen y presión de tal manera que al llegar el émbolo a su desplazamiento límite sea un extremo o el otro se efectúa el cambio direccional del émbolo y por instantes tiende a haber una caída de presión y volumen, es en este momento en que por diferencias de presión el volumen y la presión almacenadas en las perforaciones de los émbolos se liberan y evita la caída momentánea de potencia en cada cambio direccional del émbolo.

Es importante mencionar que los cilindros o boosters utilizan en sus extremos tapas de forma troncocónicas para centrar y dirigir el volumen desplazado por el émbolo o émbolos. Esta forma geométrica cónica de las tapas es eficiente para concentrar el esfuerzo en un área menor del volumen y la presión. Por la forma geométrica de las tapas el fluido se desplaza hacia el área menor de una forma turbulenta que produce cavitación y que afecta el principio de funcionamiento del sistema. Las burbujas de gas generadas por la cavitación explotan al entrar en contacto con el acero liberando los gases y aumentando el desgaste estructural de los elementos internos de válvulas y actuadores. En las tapas troncocónicas de los cilindros en su diámetro menor se ubica la salida del fluido desplazado por los émbolos, a la salida de cada tapa se conecta una válvula de dos vías operadas por pilotaje hidráulico externo que el sistema paralelo de cambios direccionales proporciona para recorrer el carrete interno de la válvula liberando o tapando la salida y permitiendo o tapando la alimentación de los extremos del cilindro. Todo eso en conjunto con los sensores de límite de carrera, PLC, fuente de poder y electroválvulas direccionales de 4 vías controla los cambios direccionales de los émbolos.

Es importante mencionar que el sistema hidráulico paralelo del sistema de cambios direccionales utiliza un acumulador de presión cuya función es la de almacenar fluido presionado y liberarlo a la línea de trabajo paralelo para realizar el cambio direccional en el menor tiempo posible. A la salida posterior de las válvulas direccionales de 2 vías sujetas a las tapas troncocónicas se conecta una válvula de control de presión la cual tiene como objetivo aumentar la presión de salida en ambos lados del cilindro al momento de desplazar el fluido por el émbolo y así aumentar la presión del sistema de tal manera que si el sistema utiliza más de dos cilindros, el último ya no utiliza válvula de control de presión a modo de carga porque la carga que le corresponde es el motor hidráulico y que este tiene como función la de transformar la energía hidráulica en energía mecánica angular para realizar el trabajo. Una vez realizado el trabajo por el motor hidráulico el fluido es retornado al depósito para iniciar un nuevo ciclo.

Se debe mencionar que el sistema hidráulico paralelo que se utiliza para hacer los cambios direccionales tiende a calentar el fluido por lo que es necesario conectar a la línea de retorno al depósito de fluido un intercambiador de calor para evitar un calentamiento excesivo que pudiera dañar la composición del fluido y a la postre afectar las partes internas del sistema tales como sellos mecánicos, bombas, actuadores, conductores, etc.

En esta patente la dirección de los émbolos está supeditada entre ambos cuando hay un desfase entre ambos el sistema presenta fallas.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Al haber realizado un análisis del funcionamiento de los dispositivos incrementadores de presión que se encuentran en el estado de la técnica la nueva invención coincide en la configuración de los cilindros configurados en serie con el objetivo de incrementar la presión hidráulica en la línea que los conecta y obtener una alta eficiencia en la transformación de la energía disponible llegando a una eficiencia muy cerca al 100%.

Uno de los objetos de la invención es la de cambiar la forma geométrica de las tapas, es decir, sustituir la forma troncocónica ya que esta crea turbulencia en el fluido líquido al conducirlo hacia la salida. En esta invención las tapas tienen forma piramidal constituida por un polígono simple y triángulos que tienen un único lado que tiene que ver con uno del polígono base, además de contar con un sistema anti - cavitación el cual consiste en placas de acero dispuestas a lo largo de la tapa, sujetas a la misma. Ver figura 2.

Otro de los objetos de la presente invención es la de sustituir las válvulas direccionales de dos vías sujetas al final de las tapas troncocónicas por una sola válvula direccional ahora de 4 vías para cada cilindro, las cuales controlarán la entrada y salida de cada cilindro y que funcionan de forma rotativa. Esto limita las fallas y abarata los costos de fabricación.

Un objeto más de esta invención es la de modificar los émbolos sustituyendo los orificios que almacenan volumen y presión para liberarlos en cada cambio direccional para evitar caídas de potencia. El volumen y la presión liberadas por los orificios del émbolo no son suficientes para evitar caídas de potencia perceptibles, por lo que los orificios son sustituidos en la presente invención por una cavidad cóncava en cada cara del émbolo, la cual utiliza una membrana de neopreno de alta resistencia a la presión sirviendo como sello para evitar la fuga del nitrógeno previamente colocado en la cavidad cóncava de tal manera que cuando el émbolo se desplace hacia cualquier extremo de los cilindros la presión que ejerce el fluido sobre la membrana tienda a presionar el nitrógeno acumulando presión y volumen, posterior a la membrana, mismos que son liberados al momento de cada cambio direccional evitando caídas de potencia debido a los cambios direccionales pues el volumen y la presión que se almacenan en el área cóncava del émbolo es suficiente para evitar caídas de potencia. En la figura 3 se representa la forma cóncava, la colocación de la membrana y la forma de llenar de nitrógeno el espacio.

Otro objeto de esta invención es la de sustituir el sistema hidráulico paralelo de cambios direccionales el cual provoca fallas, calentamientos y disminución de eficiencia por un sistema electromecánico de servomotores, PLC, sensores, tarjetas controladoras y las válvulas direccionales de 4 vías con pilotaje mecánico antes mencionadas encargadas de controlar los cambios de dirección de los émbolos tapando y destapando salidas y entradas de los cilindros.

Un objeto de la presente invención es el de sustituir las válvulas reguladoras de presión que describe la patente número W02020167108 y que tienen la función de incrementar la presión en el sistema, por actuadores hidráulicos de desplazamiento angular conocidos como motores hidráulicos, estos motores hidráulicos se conectan a la salida de cada cilindro o booster posterior a las válvulas direccionales de 4 vías, el actuador o motor hidráulico servirá como carga para incrementar la presión en su respectivo booster o cilindro y convertir el volumen presionado desplazado por el émbolo en desplazamiento angular para realizar el trabajo, unidos por una transmisión mecánica para sumar los esfuerzos de ambos actuadores hidráulicos, ver figura 1. Este objeto de la presente invención aumenta la eficiencia del sistema considerablemente ya que esta nueva invención utiliza la presión que el sistema anterior desperdiciaba en la compresión del resorte de la válvula controladora de presión.

Un objeto de esta nueva invención es la sustitución del copie de arrastre unidireccional que la patente W02020167108 utiliza para proteger la integridad del sistema, el copie anterior utilizaba levas y pivotes, el cual funcionaba de manera correcta pero tendía a romper los pivotes por el momento tan grande que la palanca efectuaba al momento del arrastre por lo que se sustituyó por un copie de arrastre con cavidades helicoidales y pivotes sumergibles empujados por resortes con una mejor eficiencia eliminando altos momentos de palanca en los pivotes al momento del arrastre.

Otro objeto de esta nueva invención, por su diseño y configuración permite total libertad de dirección de los émbolos eliminando la supeditación a la que estaban sujetos anteriormente en cuanto a la dirección.

Los objetivos antes mencionados se logran con el sistema incrementador de potencia hidráulico de alta eficiencia. El sistema al ser un circuito hidráulico está conformado por varios elementos algunos típicos de un circuito hidráulico tales como: una fuente de energía que en este caso se usa un motor eléctrico, el sistema también puede utilizar otras fuentes de energía ya sea mecánica, química o eléctrica. Además de la fuente de energía el sistema dispone de una bomba acoplada a una fuente de energía, la bomba está conectada al depósito de fluido por el puerto de absorción y por el puerto de salida se conecta el múltiple (manifold) de alimentación, de este se derivan los conductores hidráulicos hasta la válvula de 4 vías de control direccional y alimentación, del múltiple antes mencionado se conecta una válvula de seguridad calibrada para abrirse antes de llegar a un máximo de presión, calibrada previamente, cuando la presión supera la calibración la válvula se abre y descarga al depósito. De la válvula de 4 vías se derivan las líneas de alimentación que conectan con el booster o cilindro en sus partes laterales, de las salidas del booster en los extremos se conectan las líneas para conducir el flujo de salida a la válvula de 4 vías, en la válvula se conectan los conductores hidráulicos que conectan con el múltiple de entrada al actuador o motor hidráulico. En el puerto de salida del motor hidráulico se conecta un múltiple del que se derivan las líneas que conectan con la segunda válvula direccional de 4 vías, a la salida de la segunda válvula se conectan las líneas de alimentación para el segundo booster o cilindro. De las salidas del booster en cada extremo se conectan las líneas de salida que se conectan a la segunda válvula, las salidas de la segunda válvula son conectadas a las líneas de conducción hidráulico hasta el múltiple del puerto de entrada del segundo motor hidráulico, del puerto de salida del motor hidráulico se conecta al manifold o múltiple (24) para conducir el fluido al sistema enfriador (25) y ser descargado al depósito (3) para después volver a ser utilizado en un nuevo ciclo.

Esta descripción anterior corresponde a un bloque, dependiendo de la aplicación se pueden interconectar N número de bloques, aunque también es posible hacer un bloque con un solo booster o cilindro y sus componentes necesarios como lo son bomba hidráulica, válvula de 4 vías, válvulas de alivio, conductores hidráulicos, motores hidráulicos, depósito de fluido, electrónica, entre otros.

Las válvulas de 4 vías que se presentan en esta descripción se accionan de manera rotativa desbloqueando y bloqueando los puertos de salida y entrada de esta dependiendo de la dirección del émbolo dentro del cilindro o booster por medio de servomotores controlados por tarjetas conectadas a un PLC, es decir el carrete interno que bloquea y desbloquea los puertos es accionado de manera rotativa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema hidráulico incrementador de potencia que utiliza los principios físicos de los fluidos líquidos contenidos en un recipiente o sistema totalmente saturado y sellado logra transformar el trabajo generado por la carga en presión, la cual es utilizada por el sistema para ser aplicada a los actuadores para hacer más eficiente el uso de la energía disponible en el sistema. La transformación del trabajo generado por la carga en presión es consecuencia del volumen dinámico constante presionado por la carga y la fuente a través de un diferencial cóncavo de áreas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1 En esta figura se representa el diagrama general del sistema hidráulico de esta invención, con las posiciones de los émbolos y las válvulas de manera aleatoria.

Figura 2 En esta figura se representa la figura geométrica de las tapas (37), (38), (39) y (40) de esta invención y las placas anti - cavitación (41 ).

Figura 3 En esta figura se representan los émbolos (1 1 ) y (20), sus cavidades (42), (43), (44) y (45), sus membranas (30), (31 ), (32) y (33), sus tapas (46), (47), (48) y (49), sus barrenos de suministro de nitrógeno (50), (51 ), (52) y (53) y sus barrenos para purga (54), (55), (56) y (57). Figura 4 En esta figura se representa la posición del carrete interno (61 ) de la válvula direccional de 4 vías (7), de manera aleatoria como en la figura 1 .

Figura 5 En esta figura se representa la posición del carrete interno (62) de la válvula direccional de 4 vías (17), de manera aleatoria como en la figura 1 .

Figura 6 En esta figura se representa al sistema después de haber realizado un cambio direccional en el émbolo (1 1 ), tomando en cuenta la posición inicial aleatoria del sistema representada en la figura 1 , esto después de que los puertos bloqueados de las válvulas (7) sean desbloqueados y los puertos desbloqueados de las válvula (7) sean bloqueados.

Figura 7 En esta figura se representa el copie de arrastre unidireccional mecánico (54) el cual será usado para proteger el sistema en caso de un paro de emergencia repentino, donde se muestran sus partes; macho (56), hembra (57), pernos de arrastre (58), resortes (59) y la placa seguro (60).

Figura 8 En esta figura se representa al sistema después de haber realizado un cambio direccional en el émbolo (20), tomando en cuenta la posición inicial aleatoria del sistema representado en la figura 1 , esto después de que los puertos bloqueados de las válvulas (17) sean desbloqueados y los puertos desbloqueados de las válvula (17) sean bloqueados.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

A continuación, se describe de manera detallada el funcionamiento del sistema incrementador de potencia hidráulico.

Es importante mencionar primero que el sistema hidráulico por sus características necesita estar totalmente saturado de fluido líquido y purgado antes de comenzar.

En este sistema se dispone de una fuente de energía externa que alimenta al motor eléctrico de tal manera que al energizar el arrancador de este el motor eléctrico (1 ) convierte la energía eléctrica en energía mecánica angular que acciona la bomba hidráulica (2) la cual está conectada mecánicamente al motor eléctrico (1 ) del sistema del primer bloque. Al accionar la bomba hidráulica (2) comienza a succionar fluido por su puerto de absorción desde el depósito (3) y en este momento comienza a desplazar el volumen que alimenta al sistema y es en este momento en que una de las dos condiciones fundamentales que le dan forma a un sistema hidráulico se manifiesta tal es el desplazamiento de volumen. Del puerto de salida de la bomba hidráulica (2) se conecta el múltiple o manifold (4) de donde se derivan las líneas de alimentación (5) y (6), por las que se conduce el fluido hasta la primera válvula de 4 vías (7), la línea de alimentación (5) se conecta al puerto C de la válvula direccional de 4 vías (7) y la línea de alimentación (6) se conecta al puerto B de la válvula direccional de 4 vías (7), ver posición del carrete (61 ) de la figura 4. Del puerto C posterior en la válvula direccional de 4 vías (7), la línea de alimentación (5) se conecta a un costado de la tapa derecha (37) del booster o cilindro (8) y de la salida de la tapa derecha (37) del booster o cilindro (8) se conecta la línea de trabajo (10), la cual se conecta con el puerto D de la válvula direccional de 4 vías (7), nótese que en la posición del carrete (61 ) de la válvula direccional de 4 vías (7) los puertos A y C están desbloqueados, mientras que los puertos B y D están bloqueados. Por el puerto B posterior de la válvula direccional de 4 vías (7) continúa la línea de alimentación (6) que conecta con la tapa izquierda (38) del booster o cilindro (8), del puerto de salida de la tapa izquierda (38) del booster o cilindro (8) se conecta la línea de trabajo (9) al puerto posterior A de la válvula direccional de 4 vías (7). Por la línea de alimentación (5) se conduce el fluido hasta el interior del lado derecho del booster o cilindro (8) a través de la tapa derecha (37) para comenzar a desplazar el émbolo (11 ) hacia el lado izquierdo del cilindro o booster (8) que se encuentra en el interior del booster o cilindro (8) y al mismo tiempo desplazar el fluido ubicado en el interior de booster o cilindro (8) del lado izquierdo posterior al émbolo (11 ) por lo que el fluido desplazado por el émbolo (11 ) es conducido hacia el puerto de salida de la tapa izquierda (38) del booster o cilindro (8) para ser conducido por la línea de trabajo (9) a través del puerto A de la válvula direccional de 4 vías (7), del puerto posterior A continua la línea de trabajo (9) la cual conecta con el múltiple o manifold (12). La línea de trabajo (10), nótese que esta línea de trabajo (10) está bloqueada temporalmente por la posición del carrete (61 ) de la válvula direccional de 4 vías (7), continúa hasta el puerto de entrada del múltiple o manifold (12), el cual se encuentra conectado de manera directa al puerto de entrada del motor hidráulico o actuador angular (13) por el cual pasa el flujo desplazado por el émbolo (1 1 ) que se encuentra en el interior de booster o cilindro (8), al pasar el fluido por el motor hidráulico (13), este convierte la energía hidráulica en energía mecánica angular listo para transformar, en este momento el motor hidráulico (13) actúa como carga en el sistema hidráulico manifestando presión y cumpliéndose la segunda condición de los circuitos hidráulicos. Del puerto de salida del motor hidráulico (13) se conecta de manera directa el múltiple o manifold (14) del cual se derivan las líneas de alimentación (15) y (16) que conectan con la válvula direccional de 4 vías (17). La línea de alimentación (15) conecta con el puerto G de la válvula direccional de 4 vías (17) y la línea de alimentación (16) conecta con el puerto F de la válvula direccional de 4 vías (17). Se ha tomado aleatoriamente la posición del carrete (62) de la válvula direccional de 4 vías (17) en donde los puertos E y G están temporalmente bloqueados y los puertos F y H están temporalmente desbloqueados de la válvula direccional de 4 vías (17), ver figura 5. Posterior al puerto F de la válvula direccional de 4 vías (17) continúa la línea de alimentación (16) para conectar con la tapa lateral del lado izquierdo (39) del booster o cilindro (18), de la salida de la tapa derecha (40) del booster o cilindro (18) se conecta la línea de trabajo (19) que conecta con el puerto H de la válvula direccional de 4 vías (17), del puerto posterior G de la válvula direccional de 4 vías (17) continúa la línea de alimentación (15) que conecta con la tapa lateral derecha (40) del booster o cilindro (18) y del puerto de salida de la tapa izquierda (39) del booster o cilindro (18) se conecta la línea de trabajo (19) que conecta con el puerto H de la válvula direccional de 4 vías (17). Por la línea de alimentación (16) se conduce el fluido remanente desplazado por el émbolo (11 ) hasta el puerto de la tapa izquierda (39) del booster o cilindro (18) para comenzar a desplazar al émbolo (20) hacia el lado derecho (40) del booster o cilindro (18) y al mismo tiempo desplazar el fluido ubicado en la cara posterior del émbolo (20). El fluido desplazado por el émbolo (20) es conducido hacia el puerto de salida de la tapa derecha (40) del booster o cilindro (18) el cual conecta con la línea de trabajo (19) conduciendo el fluido a través de la válvula direccional de 4 vías (17) por el puerto H que conecta con la continuación de la línea de trabajo (19) hasta el múltiple o manifold

(22) que se conecta de manera directa al puerto de entrada del motor hidráulico o actuador de desplazamiento angular (23). El fluido pasa a través del motor hidráulico

(23) que convierte la energía hidráulica en energía mecánica angular, el fluido es conducido a través del puerto de salida del motor hidráulico (23) para descargar a un múltiple o manifold (24) conectado directamente a un sistema de enfriamiento (25) para regresar el fluido al depósito (3) con la temperatura adecuada para volver a ser utilizado en los siguientes ciclos.

Esta descripción de un estado aleatorio del sistema se puede ver en la figura 1 , donde la dirección de los émbolos no depende uno del otro.

Nótese en la figura 1 que el émbolo (1 1 ) del cilindro o booster (8) llegará primero a su límite de carrera marcado por el sensor de proximidad inductivo (26) antes que el émbolo (20) del booster o cilindro (18), sin afectar el funcionamiento del sistema de ninguna manera.

Una vez que el émbolo (11 ) del booster o cilindro (8) haya activado la salida del sensor de proximidad inductivo (26), este enviará una señal al sistema de control para que el servomotor (34) gire y haga girar al carrete (61 ) produciendo un cambio direccional, el cual consiste en bloquear los puertos A y C de la válvula direccional (7) y desbloquear los puertos B y D de la válvula direccional (7).

Después del cambio direccional antes mencionado, el émbolo (1 1 ) se desplaza ahora de izquierda a derecha como se muestra en la figura 6. En este momento el émbolo (20) aun no llega a su límite de carrera por lo que en la figura 6 sigue teniendo la misma dirección que en la figura 1. Ambos émbolos desplazándose en la misma dirección.

Una vez que el émbolo (20) del booster o cilindro (18) haya activado la salida del sensor de proximidad inductivo (29), este enviará una señal al sistema de control para que el servomotor (28) gire y haga girar al carrete (62) produciendo un cambio direccional, el cual consiste en bloquear los puertos F y H de la válvula direccional de 4 vías (17) y desbloquear los puerto E y G de la válvula direccional de 4 vías (17). Como se muestra en la figura 8.

Es necesario mencionar que los émbolos (11 ) y (20) se desplazan de manera independiente uno del otro lo que elimina la supeditación direccional entre ambos, es decir la dirección de un émbolo no afecta de ninguna manera a la dirección del otro.

Esta es la descripción del ciclo de trabajo de un bloque. Dependiendo de las aplicaciones se pueden interconectar otros bloques en serie comenzando con otra bomba hidráulica accionada, por medio de una transmisión, por los 2 motores hidráulicos (13) y (23), la nueva bomba actuará como carga o trabajo para el primer bloque. De la misma manera los motores (13) y (23) pueden ser conectados por una transmisión (36) para usar esa energía en el trabajo que se esté realizando ya sea generar energía eléctrica con un generador o usar la energía mecánica para trabajos físicos.