BR102015007960A2 - propulsor para uma bomba centrífuga, uma bomba centrífuga e o uso da mesma - Google Patents

Abstract

resumo patente de invenção: "propulsor para uma bomba centrífuga, uma bomba centrífuga e o uso da mesma". a presente invenção refere-se a um propulsor (40) para uma bomba centrífuga, uma bomba centrífuga e o uso da mesma. a presente invenção se refere em especial a uma nova estrutura de propulsor fechado (40) para uma bomba centrífuga. a bomba centrífuga que utiliza o propulsor da presente invenção é adequada para bombear não só líquidos limpos e líquidos contendo sólidos tais como, por exemplo, suspensões fibrosas da indústria de polpa e papel ou cartolina.

Description

Relatório Descritivo de Patente de invenção para "PROPULSOR PARA UMA BOMBA CENTRÍFUGA, UMA BOMBA CENTRÍFUGA E O USO DA MESMA".

Campo Técnico [0001] A presente invenção refere-se a um propulsor para uma bomba centrífuga, uma bomba centrífuga e o uso da mesma. A presente invenção se refere em especial a uma nova estrutura de propulsor fechado para uma bomba centrífuga. A bomba centrífuga que utiliza o propulsor da presente invenção é adequada para bombear não só líquidos limpos, mas também líquidos contendo sólidos tais como, por exemplo, suspensões fibrosas de polpa e indústria de papel ou de cartolina.

Antecedentes [0002] Economia de energia, em outras palavras eficiência, está se tornando atualmente um fator mais e mais importante no desenvolvimento e projeto de todos os tipos de máquinas e elementos de máquina incluindo bomba centrífugas e os seus propulsores. Tem sempre sido um fator conhecido que o trabalho do propulsor de uma bomba centrífuga submete ao fluido que o mesmo bombeia não é totalmente convertido em enercia cinética e/ou potencial mas uma parte do mesmo é desperdiçada em um fenômeno que ocorre entre o fluido e ambos o propulsor giratório e the voluta da bomba estática ou envoltório da voluta. Os referidos fenômenos incluem, entre outros, fricção de superfície entre o fluido e as superfícies não só do propulsor, mas também da voluta da bomba, e vários fluxos de vazamento entre o propulsor e o envoltório da voluta.

[0003] Os aspectos de energia de bombeamento têm também sido levados em consideração pela União Européia a poucos anos atrás quando foram estabelecidos um quadro para o ajuste das necessidades de desenho de concepção ecológica para os produtos relaciona- dos a energia. Em 2012 a Comissão Européia introduziu a implementação de medidas par produtos usados em sistemas de motor elétrico, tal como bombas de água. De acordo com as bombas de água EU que formam partes de sistemas de motor elétrico são essenciais em vários processos de bombeamento, e há um potencial de custo efetivo total para aprimorar a eficiência de energia dos referidos sistemas de bombeamento por aproximadamente 20 % a 30 %. Embora as principais economias possam ser alcançadas pelos motores, um dos fatores que contribuem para os referidos aprimoramentos é o uso de bombas de energia eficiente. Consequentemente, bombas de água são um produto de prioridade para o qual as necessidades de um desenho de concepção ecológica necessidades devem ser estabelecidas [0004] Portanto a EU tem um conjunto de objetivos para os fabricantes de bombas para fabricar bombas tendo uma determinada eficiência como uma função da velocidade específica da bomba. A Figura 1 ilustra de modo esquemático duas curvas de eficiência em relação à velocidade específica, e a Figura 2 a velocidade específica e a sua relação para uma construção básica da bomba. O que a Figura 2 ensina na prática é que a velocidade específica é quanto mais alta for maior é a capacidade da bomba. Em outras palavras, bombas de pequeno tamanho têm uma baixa velocidade específica.

[0005] Velocidade específica (ns) quer dizer um valor dimensional que caracteriza o formato do propulsor da bomba por cabeça (H), fluxo (Q) e velocidade (η). A velocidade específica é calculada ao se usar a equação a seguir: onde • cabeça (H) quer dizer o aumento na energia hidráulica de água em metros [m], produzida pela bomba no ponto específico de operação, • velocidade rotacional (n) quer dizer o número de revoluções por minuto [rpm] do eixo, • fluxo (Q) quer dizer o volume coeficiente de fluxo [m3/s] de fluido através da bomba, e • melhor ponto de eficiência (BEP) quer dizer o ponto de operação da bomba no qual a mesma está na eficiência máxima da bomba hidráulica medida com água fria limpa.

[0006] Há uma outra variável que precisa ser especificada, isto é, eficiência da bomba hidráulica ou mera eficiência (η), que é a proporção entre a potência mecânica transferida para o líquido durante a sua passagem através da bomba e a potência de entrada mecânica transmitida para a bomba no seu eixo [0007] Agora retornando para a Figura 1 a curva sólida A mostra a eficiência necessária pela EU, e a curva em pontilhado B a eficiência de uma série de bombas de hoje em dia tendo um propulsor semiaber-to. Por uma série de bombas se quer dizer bombas tendo a mesma construção básica, mas uma diferente capacidade/fluxo projetada para cobrir, mais ou menos, todas as necessidades de bombeamento (em vista do fluxo) dos clientes. O que é importante notar é que para a maior parte das faixas operacionais (velocidade específica) da série de bombas os propulsores semiabertos têm uma eficiência bem acima daquela necessária pela EU. Entretanto, na extremidade inferior da faixa de velocidade específica a curva de eficiência B cai abaixo da curva A EU.

[0008] Assim parece que de modo a ir de encontro às necessidades da EU, a eficiência das bombas tendo uma baixa velocidade específica tem que ser aprimorada. Uma vez que já foi acima explicado que não só a fricção de superfície, mas também os fluxos de vazamento são claramente as causas da redução da eficiência do bombeamento, as mesmas têm que ser consideradas em mais detalhes.

[0009] Tem também sido prática habitual o uso, para bombear água pura, de bombas centrífugas tendo propulsores fechados, proteções com faces lisas opostas às ventoinhas de trabalho e anéis de desgaste. Entretanto, uma vez que a velocidade específica de uma bomba centrífuga se correlaciona a eficiência, foi entendido agora quando se estudou as bombas tendo uma baixa velocidade específica que as mesmas têm baixa eficiência em virtude de dois fatores relacionados um propulsores tendo um impacto relativamente alto na eficiência. O primeiro fator sendo alto fluxo de vazamento, em relação ao o fluxo total, por meio dos anéis de desgaste. E o segundo fator é a desperdício de energia nas faces lisas das proteções em relação à energia total usada pela bomba.

[0010] Os fluxos de vazamento parecem no caso de propulsores abertos nas bordas de lados opostos das ventoinhas do propulsor, na medida em que tem que haver um determinado espaço de trabalho entre as bordas laterais das ventoinhas e as paredes do envoltório da voluta, com o que a parte do fluido a ser bombeada é capaz de passar por meio do referido espaço a partir de uma cavidade de ventoinha precedente para uma cavidade de ventoinha sucessiva.

[0011] No caso de propulsores semiabertos o fluxo de vazamento acima mencionado aparece apenas em um lado do propulsor na medida em que no outro lado, em geral o lado de trás do propulsor, as ventoinhas de trabalho são fixadas em uma proteção traseira, também chamada como um cubo, do propulsor. Entretanto, outro tipo de fluxo de vazamento pode ser observado em propulsores semiabertos, na medida em que o fluido bombeado tem uma pressão alta na borda radialmente externa da proteção traseira do propulsor que a mesma é capaz de forçar o fluido em torno da circunferência do propulsor para o lado de trás do propulsor entre a proteção traseira e a parede traseira do envoltório da voluta.

[0012] No caso de propulsores fechados, isto é, propulsores tendo ambas as proteções dianteira e traseira fixadas a ambas as bordas laterais dianteira e traseira das ventoinhas de trabalho, o fluxo de vazamento em torno das bordas laterais das ventoinhas de trabalho é naturalmente evitado, mas os fluxos de vazamento em torno das bordas radialmente externas ou circunferências das proteções são um fato.

[0013] A consideração adicional com base por um lado em, as necessidades de EU, e por outro lado, nas propriedades e construção de bombas tendo uma baixa velocidade específica tem agora ensinado que a eficiência de um propulsor semiaberto de pequeno tamanho é muito difícil, se não impossível, de aprimorar a uma tal extensão que a eficiência estaria acima da curva A de EU na Figura 1. Portanto, a consideração levou a obter o propulsor fechado em uso na extremidade inferior da faixa de velocidade específica.

[0014] O fechamento das bordas laterais das ventoinhas de trabalho em propulsores fechados não só cria um fluxo de vazamento em torno das bordas circunferenciais radialmente externas das proteções, mas também sujeita as faces das proteções opostas ás ventoinhas de trabalho a uma pressão de fluido bombeado. A distribuição da pressão no lado de trás da proteção é parabólica, isto é, na parte mais alta na circunferência externa do propulsor a partir de onde ele reduz gradualmente quando se move em direção do eixo do propulsor. A pressão resulta, não só com os propulsores semiabertos, mas também com os fechados, em um empuxo axial empurrando o propulsor em direção da entrada da bomba, na medida em que toda a área da proteção traseira é submetida a pressão de fluido. O empuxo axial é claramente maior em propulsores semiabertos do que em propulsores fechados, na medida em que, em propulsores semiabertos não há proteção dianteira para o lado da frente do qual a pressão pode agir como em propulso- res fechados. Ainda, em ambos os tipos de propulsores o propulsor precisa ser equilibrado de modo que os mancais do eixo da bomba não são submetidos a uma carga axial muito alta. Também, sem quaisquer medidas a pressão afeta a vedação do eixo, e tem que ser limitada para evitar que a vedação se deteriore. A força axial é equilibrada por arranjar a face traseira da proteção de ventoinhas da bomba, o objetivo da qual é de aumentar a velocidade do fluido que penetra no lado de trás da proteção de modo que a sua pressão é reduzida. Assim, as ventoinhas de bombeamento traseiro agem relativamente como as ventoinhas de trabalho do propulsor. Entretanto, pelo fato de que as mesmas são normalmente muito menores, a pressão que as mesmas desenvolvem não pode superar aquela desenvolvida pelas ventoinhas de trabalho. Em vez disso, as ventoinhas de bombeamento traseiro simplesmente agem para romper a referida descarga de pressão a um valor entre pressão de sucção e pressão de descarga. Outra medida para afetar a pressão no lado de trás da proteção traseira é proporcionar a proteção próxima do eixo com orifícios que se estendem através da proteção por meio da qual a pressão dos orifícios é capaz de ser equilibrada.

[0015] No lado dianteiro do propulsor fechado a situação é diferente. Não há necessidade de brigar com a pressão, que é uma das principais tarefas das ventoinhas de bombeamento traseiro, na medida em que não há razão para tentar reduzir a pressão pelo fato de que a área da face de proteção dianteira oposta às ventoinhas de trabalho é muito menor do que a área da face de proteção traseira oposta às ventoinhas de trabalho. A face de proteção dianteira tem que ser proporcionada com meios para minimizar o fluxo de vazamento em torno da circunferência do propulsor para o lado da frente da proteção dianteira. No pior dos casos há uma significante recirculação de fluxo de vazamento a partir do lado da pressão do propulsor de volta para o lado de sucção do propulsor através do espaço entre a proteção dianteira do propulsor e o envoltório da voluta. O referido fluxo de vazamento leva uma substancial quantidade de energia usada para bombear, com o que a eficiência do propulsor é notadamente menor. Há dois modos pelo qual o fluxo de vazamento pode ser controlado, isto é, seja por arranjar uma vedação, mais frequentemente chamado de um anel de desgaste, entre o propulsor e o envoltório da voluta, ou por arranjar ventoinhas de bombeamento dianteiras na face dianteira da proteção dianteira, isto é, na face oposta às ventoinhas de trabalho.

[0016] Anéis de desgaste, que funciona basicamente como um anel de vedação de deslize, restringe de modo eficiente a quantidade de fluido de descarga que tenta circular de volta para o lado de sucção do propulsor. Anéis de desgaste proporcionam uma solução adequada para as aplicações que lidam com água clara ou ocasionalmente lidam com sólidos leves. Entretanto, na medida em que o anel de desgaste tem um determinado espaço de operação, o anel de desgaste deve ser substituído, quando o espaço se torna excessivo. A restrição de fluxo criada pelo espaço apertado entre as faces de anel de desgaste estacionário e giratório causa velocidades locais muito altas e assim um alto coeficiente de desgaste. Se o fluido a ser bombeado contém partículas abrasivas, os anéis de desgaste, pelo fato de que os mesmos são submetidos a muito alta velocidade de fluxo, terão uma expectativa de vida inaceitavelmente curta, mesmo quando produzido a partir de materiais rígidos ou quando as suas superfícies foram especificamente tratadas em vista do desgaste. Assim o uso de um anel de desgaste não é desejável quando se bombeia líquidos contendo sólidos.

[0017] As ventoinhas de bombeamento oferecem uma melhor alternativa para lidar com os sólidos abrasivos. O uso das referidas ventoinhas de bombeamento é conhecido a partir de bombas de pasta e semelhante, por exemplo, as discutidas em US-A1-20090226317. Ven-toinhas de bombeamento controlam o vazamento através de uma ação de bombeamento que cria uma cabeça para evitar ou pelo menos contrabalançar qualquer vazamento ou recirculação a partir de uma saída periférica externa de pressão alta do propulsor radialmente internamente entre o propulsor e o envoltório da voluta. As ventoinhas de bombeamento são tipicamente quase radiais, ou arranjadas em um ângulo de 10 a 30 graus a partir da direção radial.

[0018] A desvantagem das ventoinhas de bombeamento conhecidas é que as mesmas consomem considerável quantidade de energia enquanto controlam o vazamento. Quando novo, o propulsor da bomba equipado com ventoinhas de bombeamento terá provavelmente uma eficiência mais baixa do que a sua contraparte do seu anel de desgaste. Entretanto, se tornará próximo de manter a sua eficiência "como instalada" através de sua vida de operação. Um propulsor com anéis de desgaste perde a eficiência rapidamente na medida em que os anéis se desgastam. Não é incomum se ter diversas interrupções para substituir os anéis de desgaste pela vida de um único propulsor quando os anéis de desgaste são usados em uma aplicação de sólidos agressiva. Desse modo, o uso de ventoinhas de bombeamento na face dianteira da proteção dianteira foi aceito especialmente em conexão com bombas projetadas para bombear pastas ou outros líquidos abrasivos apesar de sua potência de consumo, na medida em que a eficiência de energia não é o item principal nas bombas de pasta.

[0019] Uma desvantagem adicional conhecida de propulsores fechados é que as proteções dianteiras e traseiras lisas (não tendo ventoinhas de bombeamento), giram em maior proximidade com as paredes do revestimento, e geram fricção de disco que reduz a eficiência da bomba com relação àquela encontrada nas configurações de propulsores abertos.

[0020] Ainda outra desvantagem é que o propulsor fechado é mais facilmente tampado. Sólidos de grande tamanho que devem de outro modo ser fracionados por meio de ação de trituração gerada por um propulsor aberto giratório e pela parede de revestimento estacionária podem com facilidade se tornar alojados na porção de olho de um propulsor fechado. Isso pode criar um desequilíbrio mecânico hidráulico que tem o potencial de danificar a bomba, ou no mínimo causar uma interrupção pré-madura para remover o bloqueio. Em outras palavras, há dois métodos separados de restringir a recirculação interna que pode reduzir a eficiência da bomba e gerar uma série de aquecimento indesejado para o fluido a ser bombeado.

Breve Sumário da Invenção [0021] Assim, um objetivo da presente invenção é de encontrar um modo para aprimorar a construção da bomba centrífuga pelo menos na faixa inferior da faixa de velocidade específica de uma série de bombas de modo que a eficiência for para toda a faixa de bombas está acima da curva de eficiência de EU.

[0022] Outro objetivo da presente invenção é mudar a construção do propulsor de modo que a eficiência de um propulsor pode ser elevada.

[0023] Ainda outro objetivo da presente invenção é projetar o propulsor de modo que as suas ventoinhas de bombeamento não só evitem o fluxo de vazamento, mas também funcionem em um modo de energia eficiente, isto é, as ventoinhas de bombeamento têm que ser projetadas de modo que as mesmas evitam o fluxo de vazamento em um modo ótimo em vista da eficiência total do propulsor.

[0024] Ainda um objetivo adicional da presente invenção é de se projetar um novo propulsor que seja capaz de evitar a recirculação do fluxo de vazamento de líquidos contendo sólidos sem o uso de anel de desgaste.

[0025] Pelo menos um dos objetivos acima da presente invenção, entre outros, são preenchidos por um propulsor para uma bomba centrífuga, o propulsor tendo uma proteção dianteira, uma proteção traseira, e uma ou mais ventoinhas de trabalho entre as mesmas, a proteção dianteira tendo uma face dianteira oposta à face tendo as ventoinhas de trabalho, a proteção traseira tendo uma face traseira oposta à face tendo as ventoinhas de trabalho, a proteção dianteira tendo uma circunferência externa e uma pluralidade de ventoinhas de bombea-mento dianteiras fixada à face de proteção dianteira, a proteção traseira tendo uma pluralidade de ventoinhas de bombeamento traseiras fixada à face traseira da proteção, em que as ventoinhas de bombeamento dianteiras são dimensionadas de acordo com uma equação: Z é o número de ventoinhas de bombeamento dianteiras, I é o comprimento da ventoinha medido ao longo da superfície dianteira de cada ventoinha de bombeamento dianteira, e D é o diâmetro externo da proteção dianteira.

[0026] Outras funcionalidades que caracterizam o propulsor da presente invenção se tornarão evidentes nas reivindicações dependentes em anexo.

[0027] O propulsor da bomba centrífuga da presente invenção acarreta em diversas vantagens em comparação às bombas centrifugas da técnica anterior. Pelo menos as vantagens a seguir podem ser observadas. • para evitar o vazamento típicos de um propulsor fechado, • para tornar possível se usar um propulsor fechado ou passagens de ventoinha para bombear suspensões tendo sólidos, e • para reduzir a energia necessária para superar a fricção entre a proteção e o envoltório da voluta. Isso é realizado ao se otimizar o fluxo de líquido no volume entre a proteção e o envoltório da vo- luta para ter um componente de velocidade circunferencial que resulta em mínima perda de energia.

Breve Descrição dos Desenhos [0028] O propulsor da presente invenção é descrito em maiores detalhes abaixo, com referência aos desenhos em anexo nos quais, a Figura 1 ilustra de modo esquemático a comparação entre a curvas de eficiência com base nas regulamentações EU e na presente série de bomba centrífugas, a Figura 2 explica de modo esquemático a correlação entre o tipo de propulsor e a velocidade específica, a Figura 3 ilustra de modo esquemático uma vista em seção transversal axial parcial da bomba centrífuga da técnica anterior, a Figura 4 ilustra de modo esquemático uma vista em seção transversal axial parcial de outra bomba centrífuga da técnica anterior, a Figura 5 ilustra de modo esquemático as diferenças funcionais básicas entre as ventoinhas de bombeamento do propulsor da presente invenção por comparar as mesmas nas coordenadas de cabeça total versus coeficiente de fluxo com ambas as ventoinhas de trabalho e as ventoinhas de bombeamento da proteção dianteira de a propulsor da técnica anterior, a Figura 6 ilustra o propulsor de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, a Figura 7 ilustra de modo esquemático a comparação entre as curvas de eficiência com base em regulamentações EU e em bombas centrífugas que utilizam o propulsor da presente invenção, Descrição Detalhada dos Desenhos [0029] A Figura 3 é uma ilustração em seção transversal esque-mática da bomba centrífuga da técnica anterior tendo um propulsor fechado. A bomba da Figura 3 compreende um envoltório da voluta 2, uma parede traseira 4, um eixo 6 e um propulsor 8 fixado à extremidade do eixo 6. O envoltório da voluta 2 compreende um conduto de entrada ou de sucção 10, e um conduto de descarga ou de saída 12. A parede traseira 4, que é fixada ao envoltório da voluta 2 compreende algum tipo de meio de vedação 14 para axialmente vedar o eixo 6. Aqui uma vedação do tipo de caixa de vedação é mostrada. O propulsor 8 é, como mencionado já acima, um do tipo fechado, o que quer dizer que as ventoinhas de trabalho 16 do propulsor 8 estão em seus ambos os lados cobertas por uma proteção, a proteção traseira 18 e a proteção dianteira 20. Nos lados das proteções 18, 20 opostas às ventoinhas de trabalho 16 as assim chamadas ventoinhas de bombea-mento 22, 24, respectivamente, foram arranjados. As ventoinhas 22, 24 são em geral radiais embora também relativamente (da ordem de 10 a 30 graus a partir de direção radial) ventoinhas de bombeamento inclinadas foram usadas. O propulsor pode também ser proporcionado com uma série de orifícios de equilíbrio (não mostrada) arranjados para percorrerem através da proteção traseira 18 próximos ao eixo 6. O propulsor 8 é arranjado para percorrer no envoltório da voluta 2 em um pequeno espaço, isto é, de modo que o espaço entre as ventoinhas de bombeamento traseiro 22 e a parede traseira 4 é o menor que for praticamente possível, isto é, da ordem de 0,4 a 1,0 mm. O lado dianteiro do propulsor 8 é vedado por meio de um assim chamado anel de desgaste 26 em relação ao envoltório da voluta 2. Em geral o anel de desgaste 26 é uma manga cilíndrica arranjada na extremidade do conduto de entrada 12 voltado para o propulsor 8. O propulsor 8 é proporcionado com uma extensão cilíndrica 28 que se encaixa dentro do anel de desgaste 26 com um pequeno espaço. A extensão cilíndrica 28 pode também ser proporcionada com uma superfície especificamente tratada ou com um anel específico voltado para o anel de desgaste 26 do envoltório da voluta.

[0030] A Figura 4 é uma ilustração em seção transversal esque-mática de uma bomba centrífuga da técnica anterior tendo um propulsor fechado. A bomba centrífuga de Figura 4 é idêntica à bomba de Figura 3 exceto pela extremidade dianteira do propulsor. Agora que o propulsor da Figura 3 incluiu uma extensão cilíndrica no sentido do comprimento 28 cooperando com o anel de desgaste arranjado na superfície do envoltório, a superfície do envoltório da bomba da Figura 4 não é proporcionada com qualquer anel de desgaste, mas a extensão cilíndrica mais curta do propulsor é arranjada a uma distância 30 a partir da contra superfície do envoltório da voluta de modo que líquido a ser bombeado pode fluir com relativa liberdade para ou a partir do volume entre a proteção dianteira e o envoltório da voluta.

[0031] Par ser capaz de aprimorar a eficiência do propulsor, ou aquela da bomba, o tratamento do fluxo de vazamento tem que ser pensar sobre mais uma vez. E, uma vez que uma bomba centrífuga não pode ser projetada meramente para bombear água pura, líquidos ou suspensões contendo mais ou menos sólidos têm que ser levados em consideração, também. Assim, o uso do anel de desgaste permanece um meio secundário para o combate ao fluxo de vazamento, na medida em que o anel de desgaste é susceptível de desgaste considerável e de difícil operação de manutenção se o líquido a ser bombeado contiver sólidos. Portanto a principal preocupação é a configuração de ventoinhas de bombeamento em um novo modo. Em outras palavras, o objetivo da presente invenção é de se projetar design ventoinhas de bombeamento de modo que as mesmas evitem o fluxo de vazamento em um modo ótimo em vista da eficiência total do propulsor. Uma vez que a principal tarefa das ventoinhas de bombeamento dianteiras é de evitar o fluxo de vazamento, tem que ser aceito que as mesmas podem consumir energia, mas o seu consumo de energia tem que ser minimizado. Em vista de sua eficiência, é também importante se ajus- tar a diferença de pressão das ventoinhas de bombeamento para ser corrigida no fluxo ótimo da bomba em ou próximo do melhor ponto de eficiência (BEP), A diferença de pressão é considerada ser correta quando a mesma produz a menor perda total do rotor.

[0032] Em vista do dito acima, as ventoinhas de bombeamento dianteiras no volume entre a proteção dianteira e o envoltório da voluta são projetadas para aprimorar a eficiência por meio dos três mecanismos a seguir: 1. O campo de velocidade das mesmas é dimensionado de modo que a fricção submetida à superfície da proteção é a mais baixa possível, preferivelmente mais baixa do que quando se usa uma proteção de face lisa. 2. A pressão que as ventoinhas de bombeamento criam é dimensionada de modo que a bomba não vaza em seu BEP (melhor ponto de eficiência) a partir de sua circunferência externa para o conduto de sucção. 3. A energia hidráulica transferida por meio do volume dianteiro é mantida em um tal baixo nível que apenas um fluxo mínimo é permitido por meio do volume dianteiro. Desse modo, mesmo se a eficiência das ventoinhas de bombeamento dianteiras em si é fraca, o seu efeito na eficiência total do propulsor é insignificante. Assim, substancialmente toda da energia hidráulica é produzida pelas ventoinhas de trabalho que operam nas passagens de líquido fechadas com alta eficiência.

[0033] O dito acima representa o pensamento recente de que as ventoinhas de bombeamento dianteiras são entendidas e aceitas como uma necessidade que é permitida para reduzir de modo significativo a eficiência do propulsor. Agora as ventoinhas de bombeamento dianteiras foram projetadas em vista de mínima perda de fricção entre a proteção e o envoltório da voluta. Após extensos testes foi aprendido que as perdas de fricção estão em seu mínimo quando o componente de velocidade circunferencial do líquido no volume entre a proteção dianteira e o envoltório da voluta é a metade daquela da proteção dianteira.

[0034] Quando o propulsor é construído de acordo com as diretrizes acima, o propulsor tem uma proteção dianteira e uma proteção traseira e passagens de líquidos formada entre as proteções e cada um dos pares sucessivos de ventoinhas de trabalho. Ambas as proteções dianteira e traseira são proporcionadas com ventoinhas de bom-beamento dianteira e traseira, respectivamente. As ventoinhas de bombeamento criam um campo de pressão. Quando se bombeia líquido com a bomba um pequeno ou insignificante fluxo comparado ao fluxo por meio das passagens de líquido é permitido para ser guiado para a área efetiva das ventoinhas de bombeamento dianteiras. Desse modo as perdas com a base no movimento do propulsor em relação ao envoltório da voluta são submetidas às ventoinhas de bombeamento dianteiras, o que mantém o potencial de energia, ao mesmo tempo em que a maior parte ou quase toda da energia da bomba é transferida pelas passagens de líquido fechadas de alto eficiência entre as proteções.

[0035] Por se conectar um anel de desgaste arranjado entre o propulsor e o envoltório da voluta em série com as ventoinhas de bombeamento dianteiras mantendo a energia potencial a energia transferida por meio das ventoinhas de bombeamento dianteiras pode ser minimizada com todo o fluxo de volume da bomba.

[0036] Entretanto, o propulsor deve ser projetado para trabalhar sem o anel de desgaste em caso do líquido a ser bombeado conter sólidos.

[0037] Portanto a presente invenção introduz um modo pelo qual a total eficiência do propulsor pode ser elevada em propulsores tendo uma baixa velocidade específica.

[0038] Em bombas tradicionais tais como em uma citada anteriormente (US-A1 -20090226317) o objetivo das ventoinhas de bombea-mento dianteiras é de criar uma massa de fluxo entre a proteção dianteira e o envoltório da voluta. Entretanto, o bombeamento de uma massa de fluxo ocorre com muito baixa ou pouca eficiência, na medida em que as ventoinhas de bombeamento dianteiras formam passagens de líquido tendo uma velocidade específica muito baixa (ventoinhas estreitas em relação ao seu comprimento, vide a Figura 2), que não é capaz de ir ainda mais próximo de sua máxima eficiência. A razão par isso é que a energia gasta pela proteção em alta fricção em comparação a energia hidráulica recuperada a partir desse tipo de passagens de líquido. Em bombas tais como as citadas acima o componente de velocidade circunferencial do líquido no volume entre a proteção e o envoltório da voluta é quase idêntico à velocidade da proteção, com o que a energia perdia em fricção é relativamente no seu mais alto.

[0039] Com base no novo desenho de ventoinhas de bombeamento do propulsor de acordo com a presente invenção a energia necessária para acionar as ventoinhas de bombeamento dianteiras é insignificante em comparação às ventoinhas de bombeamento tradicionais. Entretanto, as ventoinhas de bombeamento da presente invenção são ainda capazes de manter a rotação no líquido entre a proteção dianteira e o envoltório da voluta e evitar o fluxo de vazamento com mínimo consumo de energia.

[0040] O pensamento por trás do novo desenho de propulsor é que o consumo de energia das ventoinhas de bombeamento dianteiras tem que ser mantido baixo. A Figura 5 é uma representação esquemá-tica do comportamento das ventoinhas de bombeamento dianteiras da presente invenção (curva C) em comparação às ventoinhas de trabalho (curva D) e as ventoinhas de bombeamento das bombas de pasta convencionais (curva E) em coordenadas de cabeça total versus coeficiente de fluxo. A Figura 5 ilustra claramente que as ventoinhas de bombeamento da presente invenção perdem a sua capacidade de criar cabeça quando o coeficiente de fluxo aumenta.

[0041] O fluxo de massa ou coeficiente de fluxo é mantido pequeno de modo que a mistura de líquidos tendo diferentes energias (significando diferente velocidade e diferente direção de velocidade) é minimizado. Ademais, o objetivo é que quando a massa flui das ventoinhas de trabalho e as ventoinhas de bombeamento encontram as mesmas teria as energias dinâmica e estática o mais proximamente correspondente possível de modo que não há necessidade de converter energia estática em dinâmica ou vice versa na área de interface de energia. Se há uma diferença a equalização das energias quer dizer perda. Quando é uma questão de um propulsor não tendo nenhum anel de desgaste o componente de velocidade circunferencial do fluxo de massa é mantido em cerca da metade daquele do propulsor, como já foi anteriormente discutido na presente especificação. E quando é uma questão de um propulsor proporcionado com um anel de desgaste, o líquido tem que ser acelerado a uma velocidade circunferencial mais alta do que a metade da velocidade circunferencial do propulsor.

[0042] Um exemplo de propulsor 40 da presente invenção é mostrado na Figura 6. O propulsor tem uma proteção traseira 42, uma proteção dianteira 44 e ventoinhas de trabalho 46 entre as mesmas. A proteção traseira 42 tem ventoinhas de bombeamento 48, e a proteção dianteira 44 tem ventoinhas de bombeamento 50, também. As ventoinhas de bombeamento dianteiras 50 têm uma altura h de no máximo 2%, preferivelmente entre 0,5 a 1,5 % do diâmetro D da proteção dianteira do propulsor. As ventoinhas de bombeamento dianteiras podem ser de igual comprimento, mas as mesmas podem também ser de comprimento variável. Uma opção é se ter um determinado número de ventoinhas de comprimento total e um número igual de ventoinhas mais curtas, ou ventoinhas mais curtas duas vezes o número de ventoinhas de comprimento total. O número de ventoinhas de bombeamento dianteiras 50 pode ser mais alto, o mesmo ou mais baixo do que aquele das ventoinhas de trabalho 46. Aqui, na Figura 6, o número de ventoinhas de bombeamento 50 é duas vezes aquele das ventoinhas de trabalho 46. Na prática, as ventoinhas de bombeamento dianteiras 50 da presente invenção são projetadas de acordo com as diretrizes a seguir: [0043] O número de ventoinhas de bombeamento 50 pode ser definido ao se usar a equação Z é o número de ventoinhas de bombeamento 50, I é o comprimento da ventoinha medida ao longo da superfície dianteira de cada ventoinha de bombeamento dianteira 50, com o que o termo Σϊ=ι(!·ΰ representa a soma dos comprimentos das ventoinhas de bombeamento dianteiras, e D é o diâmetro externo da proteção dianteira 44.

[0044] Ademais, o ângulo de inclinação de cada ventoinha de bombeamento 50 na circunferência externa das ventoinhas β < 25 graus, as ventoinhas sendo encurvadas para trás. Tipicamente, o número de ventoinhas Z = 10, o comprimento da ventoinha I = +0.9 ... 1.1 * D (quando as ventoinhas são de igual comprimento), preferivelmente I = D e β = 22°. A Figura 6 também mostra a extensão cilíndrica 52 da face dianteira da proteção dianteira 44 do propulsor 40, a extensão 52 sendo adequada para cooperar, quando em uso, com um anel de desgaste arranjado para o envoltório da voluta de uma bomba centrífuga.

[0045] Quando se testa as ventoinhas de bombeamento dianteiras 50 foi aprendido que a referida ventoinha pode não se estender radi- almente para fora da circunferência externa da proteção dianteira 44, na medida em que, se for, as ventoinhas 50 começam a agir como as de uma bomba de canal lateral, que é conhecida por ter uma muito baixa eficiência. Entretanto, em vista do trabalho da presente invenção as ventoinhas de bombeamento dianteiras 50 podem, preferivelmente, mas não necessariamente, independentemente de seu comprimento, se estender radialmente para a circunferência externa da proteção dianteira 44, isto é, ao mesmo diâmetro externo que as ventoinhas de trabalho.

[0046] A Figura 7 mostra a curva de eficiência F dos propulsores de acordo com a presente invenção. Em outras palavras, os propulsores das bombas tendo uma baixa velocidade específica na série de bombas foram fabricados da maneira descrita acima, e o resultado é que toda a série de bombas tem uma eficiência mais alta do que aquela que o desenho de concepção ecológica EU requer.

[0047] Como pode ser visto a partir da descrição acima uma nova construção de propulsor da bomba centrífuga foi desenvolvida. Embora a presente invenção tenha sido aqui descrita por meio de exemplos em conexão com o que é atualmente considerado ser as modalidades preferidas, deve ser entendido que a presente invenção não é limitada às modalidades descritas, mas é pretendido que sejam cobertas as várias combinações e/ou modificações de suas características e outras aplicações dentro do âmbito da presente invenção como definidas nas reivindicações em anexo.

Claims (11)

1. Propulsor para uma bomba centrífuga, o propulsor (40) tendo a proteção dianteira (44), uma proteção traseira (42), e uma ou mais ventoinhas de trabalho (46) entre as mesmas, a proteção dianteira (44) tendo uma face dianteira oposta à face tendo as ventoinhas de trabalho (46), a proteção traseira (42) tendo uma face traseira oposta à face tendo as ventoinhas de trabalho (46), a proteção dianteira (44) tendo uma circunferência externa e uma pluralidade de ventoinhas de bombeamento dianteiras (50) fixada à face de proteção dianteira (44), a proteção traseira (42) tendo uma pluralidade de ventoinhas de bombeamento traseiras (48) fixada à face traseira da proteção (42), caracterizado pelo fato de que as ventoinhas de bombeamento dianteiras (50) são dimensionados de acordo com uma equação: Z é o número de ventoinhas de bombeamento dianteiras (50), I é o comprimento da ventoinha medido ao longo da superfície dianteira de cada ventoinha de bombeamento dianteira (50), D é o diâmetro externo da proteção dianteira (44).

2. Propulsor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada ventoinha de bombeamento dianteira (50) tem um ângulo de inclinação para trás β na circunferência externa da proteção dianteira que se iguala a menos do que 25°.

3. Propulsor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as ventoinhas de bombeamento dianteiras (50) têm uma altura h de menos do que 2% do diâmetro D da proteção dianteira (44) do propulsor (40).

4. Propulsor, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as ventoinhas de bombeamento dianteiras (50) têm uma altura h de 0,5 a 1,5 % do diâ- metro D da proteção dianteira (44) do propulsor (40).

5. Propulsor, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as ventoinhas de bombeamento dianteiras (50) são de igual comprimento, com o que o comprimento da ventoinha I = 0,9 ... 1,1* D.

6. Propulsor, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o número de ventoinhas de bombeamento dianteiras é 10.

7. Propulsor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de que o ângulo de inclinação para trás β de cada ventoinha de bombeamento dianteira (50) na circunferência externa da proteção dianteira é 22°.

8. Propulsor, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que na extensão cilíndrica (52) da face dianteira da proteção dianteira (44) do propulsor (40), a extensão (52) sendo adequada para cooperar, quando em uso, com um anel de desgaste arranjado em um envoltório da voluta de uma bomba centrífuga.

9. Bomba centrífuga, caracterizada pelo fato de que usa o propulsor como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.

10. Uso da bomba centrífuga, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de ser para bombear líquidos e líquidos contendo sólidos.

11. Uso da bomba centrífuga, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de ser para bombear suspensão fibrosa da indústria de polpa e papel ou cartolina.