BR0001344B1 - impulsor de fluxo axial revestido de vidro, e, unidade de mistura. - Google Patents

Description

"IMPULSOR DE FLUXO AXIAL REVESTIDO DE VIDRO, E, UNIDADEDE MISTURA".

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se a impulsores mistos resistentes àcorrosão e, mais particularmente, refere-se a impulsores mistos de metalrevestido com vidro.

O revestimento de vidro de substratos metálicos é bemconhecido, como, por exemplo, descrito nas Patentes U.S. RE 35.625;3.775.164 e 3.788.874. Os impulsores mistos revestidos com vidro sãotambém conhecidos como, por exemplo, descrito nas Patentes U.S.3.494.708; 4.213.713; 4.221.488; 4.264.215; 4.314.396; 4.601.583 e D262.791. A Patente U.S. 4.601.583 descreve impulsores revestidos de vidro,encaixados em um eixo por meio de esfriamento criogênico, para obter-se umencaixe de fricção muito justo. As impulsores são de duplo cubo, isto é, doiscubos, cada um contendo duas pás. Os cubos são colocados próximos entre sisobre o eixo, de modo que as pás são orientadas a 90 graus entre si em tornodo eixo. A patente também mostra múltiplos impulsores afastados entre sisobre o eixo, conhecidos como uma configuração de "vôo de duplocomando"

Apesar de ser sabido que certos impulsores revestidos de vidropoderiam ser colocados em um eixo, não tem havido bons impulsores deelevado fluxo axial revestidos de vidro disponíveis. Tal impulsor de elevadofluxo axial seria desejável fosse capaz de rapidamente obter fluxo vertical,para assegurar rápida mistura de um inteiro tanque, sem preocupação sobreformação de camada separada, que pode ocorrer quando somente impulsoresde fluxo radial, por ex., tipo turbina, são usados. A Patente U.S. 4.601.583descreve um impulsor tendo propriedades de fluxo axial, porém a saída defluxo axial, conforme medida por seu número de fluxo axial, está longe de sertão boa quanto desejada.Os impulsores de elevado fluxo axial têm sido conhecidos emconfigurações metálicas não revestidas de vidro, p. ex., na forma deimpulsores como comumente encontrados em barcos. Acreditava-se que asconfigurações revestidas de vidro daqueles mesmos impulsores de elevadofluxo não poderiam ser manufaturadas, porque tais impulsores metálicos deelevado fluxo axial têm muitos ângulos e bordas que geralmente se acreditaevitarem revestimento eficaz de vidro.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 mostra uma vista extrema de um impulsor de duaspás, de acordo com a invenção.

A figura 2 mostra uma vista lateral do impulsor da figura 1.

A figura 3 mostra uma vista lateral de duas turbinas de duaspás da invenção, como elas aparecem se montadas em uma orientação de 90graus entre si sobre um eixo.

A figura 4 mostra uma vista de topo de duas turbinas de duaspás da invenção, como elas apareceriam se montadas em uma orientação de90 graus entre si sobre um eixo.

A figura 5 mostra uma vista elevacional de uma unidade demistura da invenção, mostrando duas turbinas da invenção montadaspróximas entre si sobre uma parte superior de um eixo e um impulsor tipoturbina montado em uma parte mais baixa do eixo.

A figura 6 mostra duas turbinas da invenção tendo pásdeslocadas, de modo que as pás operam nos mesmos planos radiais em tornode um eixo.

A figura 7 mostra um gráfico comparando números de fluxodo impulsor da invenção, com os números de fluxo de impulsores conhecidostendo características de fluxo axial.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

De acordo com a invenção, descobriu-se agora que umimpulsor de elevado fluxo axial pode ser projetado e revestido de vidro e, sedesejado, ser montado em um formato de duplo cubo.

A invenção, portanto, compreende um impulsor de elevadofluxo axial revestido de vidro, compreendendo um cubo e pás fixadas. Ocubo tem um furo centralmente localizado, furo este tendo um eixogeométrico central que é dimensionado para passagem sobre um eixo motriz.O eixo motriz tem um eixo geométrico longitudinal, de modo que, quando ofuro é colocado sobre o eixo, o eixo geométrico central do furo centralmentelocalizado corresponde ao eixo geométrico longitudinal do eixo. O impulsortem uma pluralidade de ângulos e bordas, todos tendo uma configuraçãoarredondada, para permitir revestimento de vidro sem fissuração,deslaminação ou trituração significativa. O impulsor inclui ainda pelo menosduas pás de passos variáveis. Cada pá tem faces dianteira e posterior, ambasdefinidas por uma borda interna tendo uma extremidade de frente e umaextremidade posterior e uma borda externa tendo uma extremidade de frente euma extremidade posterior, uma borda de frente conectando a extremidade defrente da borda interna à extremidade de frente da borda externa e uma bordaposterior que conecta a extremidade posterior da borda interna à extremidadeposterior da borda externa. "Borda de frente", como aqui usado, significa aborda que primeiro contata e desloca fluido, quando o impulsor é giradodentro do fluido. "Borda posterior" significa a borda que por último contata ofluido quando o impulsor é girado.

Uma parte importante da invenção é que a borda externa decada pá é de cerca de 1,5 a 2,5 vezes o comprimento da borda interna. Estadiferença de comprimento das bordas interna e externa contribuisignificativamente para as características de elevado fluxo do impulsor dainvenção. Infelizmente, essa diferença poderia dar origem a ângulos e quinasincomuns. Tais ângulos e quinas acredita-se serem um fator de contribuiçãoda crença da arte anterior de que tais configurações de impulsor não erampraticamente sujeitas a revestimento de vidro. De acordo com a presenteinvenção, tais ângulos e quintas agudos são arredondados antes dorevestimento de vidro. As pás são simetricamente fixadas ao cubo em suasbordas internas; de modo que suas bordas internas ficam em ângulo de cercade 45 a cerca de 60 graus em relação ao eixo geométrico central do cubofixado e suas bordas externas ficam em um ângulo de cerca de 50 a cerca de70 graus a partir do eixo geométrico central de dito cubo. Em todos os casos,entretanto, o ângulo das bordas internas em relação ao eixo geométricocentral de dito cubo é de cerca de 6 a cerca de 12 graus menor epreferivelmente de cerca de 7 a cerca de 9 graus menor do que o ângulo dasbordas externas em relação ao eixo geométrico central. O cubo e suas pásfixadas são cobertos por um contíguo revestimento de vidro.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Os impulsores da invenção são revestidos de vidro por meiosconhecidos daqueles hábeis na arte. Em geral, o substrato metálico é limpado,revestido com uma formulação de frita de vidro e aquecido.

"Fluxo axial", como aqui usado, significa fluxo em umadireção paralela ao eixo geométrico central do impulsor. O fluxo axial podeser caracterizado pelo número de fluxo (Fn). Fn é definido como Q/(rpm χD3), em que Q é a capacidade de bombeio da turbina, rpm é a velocidaderotacional da turbina e D é o diâmetro da turbina. Na prática, a rpm ediâmetro D da turbina são conhecidos. O volume de bombeio, em uma rpm ediâmetro de turbina conhecidos, é então medido, por ex., por medição defluxo a leiser, em que a velocidade das partículas suspensas em um fluido émedida através de uma determinada área. O número de fluxo pode então sercalculado. Uma vez conhecido, o número de fluxo, para uma configuração deturbina particular, pode então ser usado para determinar o volume debombeio para vários diâmetros da turbina em várias rpm. Impulsores tendoelevados números de fluxo têm um mais elevado volume de bombeio do queimpulsores com mais baixos números, na mesma velocidade rotacional ediâmetro de impulsor.

Os impulsores da invenção são usualmente metais revestidosde vidro. O metal é usualmente aço de baixo teor de carbono ou uma ligaresistente à corrosão, tal como aço inoxidável. A turbina pode ser formadapor qualquer dispositivo adequado, por ex., soldando-se pás a um cubo ourevestindo-se ou forjando-se o inteiro impulsor como uma peça. Em todos oscasos os ângulos são arredondados para reduzir a tensão sobre osrevestimentos de vidro aplicados mais tarde. Na formação do revestimento devidro, usualmente são usadas múltiplas aplicações de vidro, por ex., doisrevestimentos de fundo seguidos por quatro revestimentos de cobertura.

O cubo do impulsor tem um furo através do centro que édimensionado para deslizar sobre o eixo motriz, para formar uma unidade demistura integral. O impulsor pode ser retido sobre o eixo por encaixe porfricção ou por outros meios, tais como dispositivo de sujeição ou juntas deparafuso.

O cubo do impulsor tem um furo através do centro que érevestido de vidro. A superfície que define o furo é preferivelmente afiadapara estreitas tolerâncias para encaixe de fricção em um eixo motriz, porexemplo, por esfriamento do eixo criogenicamente para contíair seudiâmetro, seguido pelo deslizamento do cubo sobre o eixo. Quando doesfriamento, o eixo expande-se para seguramente reter o impulsor no eixo porencaixe de fricção, para formar uma unidade de mistura integral (eixo eimpulsor combinados).

A unidade de mistura pode compreender pelo menos doisimpulsores, cada um dos quais é preso ao eixo motriz por encaixe do eixomotriz através de furos dos cubos dos impulsores. De acordo com a invenção,pelo menos um dos impulsores é um impulsor de elevado fluxo axial, deacordo com a invenção.A unidade de mistura pode, por exemplo, compreender umacombinação de pelo menos dois impulsores de elevado fluxo da invenção,para eficazmente formar um impulsor de elevado fluxo axial, tendo quatropás. Em tal caso, cada um dos impulsores é montado no e preso ao eixomotriz por encaixe do eixo motriz através dos furos centrais dos cubos dosimpulsores. As pás de um primeiro dos impulsores são giradas de cerca de 30a cerca de 90 graus em torno do eixo geométrico longitudinal do eixo, emrelação à orientação das pás de um segundo impulsor. Adicionalmente, oscubos dos primeiro e segundo impulsores são próximos entre si, isto é, elesficam diretamente em contato ou separados por uma curta distância, que éusualmente menor do que a espessura de um único cubo. Em talconfiguração, as fixações das pás de um dos impulsores no cubo podem serdeslocadas, de modo que as bordas dianteiras das pás tanto do primeiro comodo segundo impulsores situem-se em um mesmo plano.

De acordo com a invenção, a combinação dos primeiro esegundo impulsores tem um número de fluxo de cerca de 0,75 a cerca de0,85. Os impulsores combinados podem ficar sobre um eixo com impulsoresadicionais, por ex., um impulsor de turbina de pá curva ou pá plana. Em talcaso, o impulsor "adicional" fica usualmente próximo da base de um tanqueou outro recipiente e os impulsores combinados da invenção ficam maispróximos do topo do tanque ou outro recipiente. Nessa configuração, osimpulsores de elevado fluxo da invenção forçam fluido para a base do tanquee a turbina dirige o fluido radialmente. O fluido então flui para cima e paratrás para os impulsores da invenção. Desta maneira, agitação vertical muitoeficaz é conseguida e formação de camada é evitada.

A invenção pode ser melhor entendida por referência aosdesenhos ilustrando versões preferidas da invenção. Deve ser entendido queas versões ilustradas são para fins de ilustração, não limitação, da presenteinvenção.Como visto nos desenhos, o impulsor de fluxo axial revestidocom vidro 10 tem um cubo 12 com um furo centralmente localizado 14, tendoum eixo geométrico central 16. O furo é dimensionado para passagem sobreum eixo 18, tendo um eixo geométrico longitudinal 20, de modo que o eixogeométrico central 16 do furo 14 corresponde ao eixo geométrico longitudinal20 do eixo 18. O impulsor tem pelo menos duas pás de passo variável 22.

Cada pá 22 tem uma face dianteira 24 e uma face traseira 26, ambas definidaspor uma borda interna 28, tendo uma extremidade dianteira 30 e umaextremidade traseira 32, e por uma borda externa 34, tendo uma extremidadedianteira 36 e uma extremidade traseira 38. As faces dianteira e traseira 24 e26 são ainda definidas pela borda dianteira 40, que conecta a extremidadedianteira 30 da borda interna 28 com a extremidade dianteira 36 da bordaexterna 34 e pela borda traseira 42, que conecta a extremidade traseira 32 daborda interna 28 com a extremidade traseira 38 da borda externa 34. As pássão simetricamente fixadas ao cubo nas bordas internas 28, de modo que asbordas internas 28 ficam em um ângulo a de cerca de 45 a cerca de 60 grausa partir do a eixo geométrico central 16 do cubo 12 e de modo que as bordasexternas 34 ficam em um ângulo (3 de cerca de 50 a cerca de 70 graus a partirdo eixo geométrico central 16 do cubo 12. O inteiro impulsor 10 incluindoum cubo 12 e pás fixadas 22 é coberto com um revestimento contíguo devidro 44. O impulsor tem uma pluralidade de ângulos e bordas, p. ex., 28, 34,40, 42, a e P, todos tendo uma configuração arredondada, para auxiliar naformação de um revestimento de vidro durável e estável.

Como melhor visto na figura 5, pelo menos dois impulsores10 podem ser presos ao eixo motriz 18 pelo encaixe do eixo motriz atravésdos furos 14 dos cubos 12 dos impulsores, para formar uma unidade demistura. Pelo menos um dos impulsores é um impulsor de elevado fluxoaxial, como anteriormente descrito.

Uma unidade de mistura 46 pode ser formada como visto nafigura 5, que compreende pelo menos dois impulsores como anteriormentedescrito, cada um dos quais é montado no e preso ao eixo motriz 18 atravésdos furos centrais 14 dos cubos 12 dos impulsores 10. Em tal caso, as pás deum primeiro impulsor são desejavelmente giradas de cerca de 30 a cerca de90 graus em torno do eixo geométrico longitudinal 20 do eixo 18, em relaçãoà orientação das pás do segundo impulsor. Os cubos dos dois impulsorespodem ficar próximas entre si, para eficazmente formar um impulsor decombinação tendo quatro pás. "Próximos entre si", como usado nestecontexto, significa que os cubos 12 dos impulsores 10 são dispostos de modoque pelo menos uma parte das pás 22 de pelo menos um dos impulsores operaem um mesmo plano rotacional em torno do eixo 18, como pelo menos umaparte das pás do outro impulsor.

Como visto na figura 5, os impulsores da invenção podem sercombinados em um eixo com outros impulsores que são iguais ao oudiferentes do impulsor da invenção. A unidade de mistura 46, mostrada nafigura 5, compreende dois impulsores superiores 10 da invenção e umimpulsor inferior 48, na forma de uma turbina de pá chata.

Como visto na figura 6, as pás dos impulsores da invençãopodem ser deslocadas, de modo que, quando dois impulsores foremmontados, de modo que seus cubos 12 fiquem próximos entre si, as bordasdianteiras 40 das pás 22 de ambos impulsores operem essencialmente nosmesmos planos rotacionais em torno do eixo.

Os impulsores da invenção, em uma configuraçãoessencialmente como mostrada na figura 3, foram testados para determinar onúmero de fluxo FN axial pela medição do fluxo axial do impulsor, usando-se um leiser para medir o fluxo das partículas suspensas em um fluidoturbulento de baixa viscosidade. Os resultados foram comparados com umimpulsor tipo turbolâmina (TBF) conhecido e com um impulsor de turbina depá de passo (PBT) conhecido, essencialmente como mostrado na figura 5a daPatente U.S. 4.601.583. Todos os impulsores tinham essencialmente o mesmodiâmetro e tinham configurações de quatro pás e eram girados na mesmavelocidade. A configuração de impulsor da invenção tinha um número defluxo de cerca de 0,81. A turbina de pá de passo tinha um número de fluxo decerca de 0,65 e o impulsor de turbolâmina tinha um número de fluxo de cercade 0,45. Estes números mostram que o impulsor da invenção fornece fluxomuito maior do que os impulsores de turbolâmina ou turbina de pá de passoque, antes da presente invenção, eram os únicos impulsores revestidos devidro disponíveis, fornecendo qualquer fluxo radial significativo. Osresultados são ilustrados pelo gráfico da figura 7. Os números dos eixosgeométricos Y do gráfico indicam o número de fluxo como calculadousando-se a fórmula anteriormente descrita.

Claims (20)

1. Impulsor de fluxo axial revestido de vidro (10)compreendendo um cubo (12), tendo um foro centralmente localizado (14),dito furo (14) tendo um eixo geométrico central (16), dito furo (14) sendodimensionado para passagem sobre um eixo motriz (18) tendo um eixogeométrico longitudinal (20), de modo que o eixo geométrico central (16) dofuro centralmente localizado (14) corresponda ao eixo geométricolongitudinal (20) do eixo (18), dito impulsor (10) tendo uma pluralidade deângulos e bordas (28, 34, 40, 42, a, (3), todos tendo uma configuraçãoarredondada, dito impulsor (10) compreendendo ainda pelo menos duas pásde passos variáveis (22), cada pá (22) tendo faces dianteira (24) e traseira(26), ambas definidas por uma borda interna (28) tendo uma extremidadedianteira (30) e uma extremidade traseira (32), uma borda externa (34) tendouma extremidade dianteira (36) e uma extremidade traseira (38), uma bordadianteira (40) conectando a extremidade dianteira (30) da borda interna (28)com a extremidade dianteira (36) da borda externa (34) e uma borda traseira(42) que conecta a extremidade dianteira (32) da borda interna (28) com aextremidade traseira (38) da borda externa (34), caracterizado pelo fato deque dita borda externa de cada pá é de cerca de 1,5 a 2,5 vezes ocomprimento da borda interna, ditas pás sendo simetricamente fixadas aocubo em suas bordas interna (28), de modo que as bordas internas (28) ficamem um ângulo (a) de cerca de 45 a cerca de 60 graus a partir do eixogeométrico central (16) do cubo (12) fixado e suas bordas externas (34) ficamem um ângulo (|3) de cerca de 50 a cerca de 70 graus a partir do eixogeométrico central (16) do cubo (12); desde que o ângulo das bordas internas(28) em relação ao eixo geométrico central (16) do cubo (12) seja de cerca de- 6 a cerca de 12 graus menor do que o ângulo das bordas externas (34) emrelação ao eixo geométrico central (16) do cubo (12), dito cubo (12) e suaspás fixadas (22) sendo cobertos por um revestimento contíguo de vidro (44).

2. Impulsor (10) de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o ângulo das bordas internas (28) em relaçãoao eixo geométrico central (16) do dito cubo (12) é de cerca de 7 a cerca de 9graus menor do que o ângulo das bordas externas (34) em relação ao eixogeométrico central (16) do cubo (12).

3. Impulsor (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadoainda pelo fato de que duas das ditas pás (22) são opostamente fixadas em ditocubo (12).

4. Impulsor (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadoainda pelo fato de que as pás (22) são fixadas ao cubo (12) por soldagem.

5. Impulsor (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadoainda pelo fato de que as pás (22) são fixadas ao cubo (12) ao seremintegralmente forjadas com o cubo.

6. Impulsor (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadoainda pelo fato de que as pás (22) são fixadas ao cubo (12) a seremintegralmente moldadas com o cubo (12).

7. Impulsor (10) de acordo com a reivindicação 2, caracterizadoainda pelo fato de que o impulsor (10) compreende aço revestido com vidro.

8. Impulsor (10) de acordo com a reivindicação 7, caracterizadoainda pelo fato de que o aço é um aço inoxidável.

9. Unidade de mistura (46), caracterizada pelo fato decompreender o impulsor (10) como definido na reivindicação 2 fixado ao eixomotriz (18) pelo encaixe do eixo motriz (18) através do furo (14) do cubo (12).

10. Unidade de mistura (46) de acordo com a reivindicação 9,caracterizada ainda pelo fato de que o impulsor (10) é preso ao eixo motriz (18)por um encaixe de fricção.

11. Unidade de mistura (46) de acordo com a reivindicação 9,caracterizada ainda pelo fato de que o eixo motriz (18) compreende aço revestidocom vidro.

12. Unidade de mistura (46) de acordo com a reivindicação 10,caracterizada ainda pelo . fato de que o eixo motriz (18) compreende açoinoxidável revestido com vidro.

13. Unidade de mistura (46), caracterizada pelo fato decompreender pelo menos dois impulsores (10), cada um dos quais sendopreso ao eixo motriz (18) por encaixe do eixo motriz (18) através de furos,(14) nos cubos (12) dos impulsores (10), pelo menos um dos impulsores (10)sendo um impulsor como definido na reivindicação 2.

14. Unidade de mistura (46) compreendendo uma combinaçãode pelo menos dois dos impulsores (10), como definidos na reivindicação 2,cada um dos quais sendo montado no e preso ao eixo motriz (18) por encaixedo eixo motriz (18) através dos furos centrais (14) dos cubos (12) dosimpulsores (10), caracterizada ainda pelo fato de que as pás (22) de umprimeiro impulsor (10) são giradas de cerca de 30 a cerca de 90 graus emtorno do eixo geométrico longitudinal do eixo, em relação à orientação daspás (22) de um segundo impulsor (10), os cubos (12) dos primeiro e segundoimpulsores (10) sendo próximos entre si.

15. Unidade de mistura (46) de acordo com a reivindicação 14, caracterizada ainda pelo fato de que a combinação dos primeiro esegundo impulsores (10) tem um número de fluxo de cerca de 0,75 a cerca de 0,85.

16. Unidade de mistura (46) de acordo com a reivindicação 14, caracterizada ainda pelo fato de que as fixações de pelo menos duas daspás (22) ao seu cubo (12) são deslocadas, de modo que as bordas dianteiras(36) das pás (22), tanto do primeiro como do segundo impulsores (10),situem-se em um mesmo plano.

17. Unidade de mistura (46), caracterizada pelo fato decompreender um primeiro impulsor (10), como descrito na reivindicação 1,montado em uma posição superior sobre um eixo essencialmente vertical emrelação ao segundo impulsor montado em uma posição inferior sobre o eixo,de modo que os impulsores (10) não girem em um mesmo plano rotacionalem torno do eixo (18).

18. Unidade de mistura (46) de acordo com a reivindicação-17, caracterizada ainda pelo fato de que o segundo impulsor (10) tem umnúmero de fluxo axial mais baixo do que o primeiro impulsor (10).

19. Unidade de mistura (46) de acordo com a reivindicação-18, caracterizada ainda pelo fato de que o segundo impulsor (10) é umaturbina de pá chata.

20. Unidade de mistura (46) de acordo com a reivindicação-18, caracterizada ainda pelo fato de que o segundo impulsor (10) é umaturbina de pá curva.