BR102016021245B1

BR102016021245B1 - Geometria aperfeiçoada do rotor vortex côncavo recuado

Info

Publication number: BR102016021245B1
Application number: BR102016021245-6A
Authority: BR
Inventors: Altair Margato
Original assignee: Altair Margato
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2022-12-20
Also published as: BR102016021245A2

Abstract

GEOMETRIA APERFEIÇOADA DO ROTOR VORTEX CÔNCAVO RECUADO. Trata a presente solicitação de Patente de Invenção da geometria aperfeiçoada para um rotor vortex côncavo recuado, a qual combina a geometria no que concerne ao ângulo das pás do rotor com o desenho de cada mencionada pá. O campo de aplicação da invenção se volta ao segmento de bombas centrífugas e possui como objetivo principal propor uma geometria que melhore substancialmente as características de vazão da bomba. A invenção se destaca por o rotor (R1) de uma bomba centrífuga possuir pás ou aletas (10) com ângulos de saída da extremidade (11) de cada pá do dito rotor (R1) formado pela intersecção das retas (X) e (Y), determinando um ângulo em uma faixa variável entre 35° a 45°; ao passo que as pás ou aletas (1) do rotor (R1), no centro (C1) do eixo do dito rotor (R1) contempla pás (10) com ângulos formados pela intersecção de duas retas (W) e (Z), em uma faixa igualmente variável entre 35° e 45° (?).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] Trata a presente solicitação de Patente de Invenção da geometria aperfeiçoada para um rotor vortex côncavo recuado, a qual combina a geometria no que concerne ao ângulo das pás do rotor com o desenho de cada mencionada pá. O campo de aplicação da invenção se volta ao segmento de bombas centrífugas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Em uma bomba vortex, o impulsor recuado permanece fora da linha de fluxo, deixando espaço livre para passagem de líquidos misturados a partículas sólidas, com o objetivo de proporcionar uma pequena degradação dos mencionados líquidos e do rotor.

[0003] Tecnicamente, o rotor realiza o vórtice do material que ganha o interior do equipamento, de maneira que, grande parte do material sólido que penetra no interior do mencionado rotor, quase nunca chega a tocar o referido rotor. Ou seja, o movimento em vórtice se projeta para o interior da linha de sucção, de modo a atrair as partículas para dentro do fluxo; sendo que a maior parte das partículas são descarregadas em menos de uma revolução, em função da força centrífuga gerada pela ação do vortex, a partir do acionamento de uma voluta.

[0004] Um dos aspectos fundamentais em um rotor vortex recuado reside exatamente na geometria das pás do mencionado rotor, bem como nos ângulos das ditas pás, o que pode determinar uma bomba mais eficiente para vazão ou pressão.

[0005] É fato que, a grande maioria dos rotores usados em bombas centrífugas de vortex recuado apresentam pás com ângulos específicos e desenhos particularmente lineares.

[0006] Há um consenso de que, emum rotor vortex recuado, os ângulos de saída do centro até suas extremidades devem obedecer critérios específicos, mormente baseados em cálculos e conceitos hidráulicos, de forma a permitir a obtenção de especificações das pás em seus vários aspectos. Mas isso não é obedecido e, na grande maioria das vezes, as características de baixa eficiência do rotor acabam vinculadas a esses aspectos.

ESTADO DA TÉCNICA

[0007] É conhecido do estado da técnica o documento BR 10 2014 027350 6, depositado em 31/10/2014 e publicado em 24/05/2016, sob o título de “BOMBA DE VORTEX PROGRESSIVA”, que descreve uma bomba de vortex progressiva empregada em sistemas de bombeamento, como, por exemplo, em poços de petróleo. A bomba de vortex progressiva compreende uma carcaça de entrada em contato com o fluido a ser bombeado, bem como uma carcaça de bomba conectada à carcaça de entrada, além de uma carcaça de saída conectada à carcaça de bomba, e esta conectada a uma tubulação de bombeio. A carcaça de bomba compreende múltiplos estágios de bombeio adjacentes, cada estágio de bombeio tendo um estator, um primeiro difusor um segundo difusor e um rotor, que possui formato de disco com um furo central e uma borda com aletas. O estator, os difusores e o rotor estão construídos e arranjados para receber um eixo, o qual é conectado ao furo central do rotor. O eixo está acoplado a um conjunto motor que aciona a bomba. Segundo a presente invenção, cada rotor compreende ao menos um furo passante no sentido axial, dito furo passante estando posicionado entre o furo central e a mencionada borda. Vantajosamente, a presença do furo passante no rotor possibilita, em condições de trabalho, uma troca de fluido de um filme de fluido posterior para o filme de fluido anterior, gerando um equilíbrio de pressões dos filmes de fluido posterior e anterior e, consequentemente, possibilitando que o rotor trabalhe de forma equilibrada sem chances de roçamento nos difusores adjacentes.

[0008] Outro documento conhecido do estado da técnica é o BR 10 2013 004329 0, depositado em 25/02/2013 e publicado em 14/10/2014, sob o título de BOMBA DEVORTEX PROGRESIVA, que descreve uma bomba de vortex progressiva compreendendo um conjunto de bombeio dotado de uma entrada em comunicação com um fluido a ser bombeado e uma saída em comunicação com uma tubulação de bombeio, referido conjunto de bombeio acionado por um eixo associado a um conjunto motor, sendo o mencionado conjunto de bombeio dotado ainda de um corpo de bomba internamente ao qual se encontra disposta uma pluralidade de estágios de bombeio, sendo cada estágio de bombeio formado por um estator solidário ao corpo de bomba, um difusor associado ao lado anterior do estator, outro difusor associado ao lado posterior do estator e, um rotor acoplado ao mencionado eixo e disposto internamente ao estator. De acordo com a invenção, cada estágio de bombeio compreende ao menos duas entradas de estágio, cada mencionada entrada de estágio estando em comunicação com um respectivo canal de trajetória circular, ao passo que, cada canal de trajetória circular está em comunicação com uma respectiva saída de estágio, ditas entradas de estágio estando distribuídas de forma equidistantes ao longo do perímetro interno do estator, enquanto referidas saídas de estágio estão distribuídas de forma equidistantes ao longo do perímetro interno do estator e ditos estágios de bombeio arranjados entre si de modo que cada saída de estágio de um estágio de bombeio anterior esteja em comunicação com uma respectiva entrada de estágio de um estágio de bombeio posterior.

[0009] Os documentos do estado da técnica, a exemplo daqueles encontrados no mercado em geral, não levam em consideração aspectos como ângulos de saída do centro até as extremidades do rotor vortex recuado, o que associado à forma construtiva das pás, acaba por determinar uma geometria não considerada a ideal para a obtenção de índices expressivos de vazão.

DA PRESENTE INVENÇÃO

[0010] Na presente solicitação de Patente de Invenção, os ângulos de saída do centro até as extremidades do rotor de vortex recuado obedecem a conceitos hidráulicos, associando a esses fatores as espessuras das pás dos rotores e dimensões tanto no seu aspecto geométrico, como também do número necessário das pás para o rendimento e funcionamento que permitam atingir as condições de bombeamento necessário correlacionadas com a curva de performance.

[0011] É fato que a energia transferida das pás para o líquido está relacionada com a geometria das construções das referidas pás e com os ângulos que definem estas mencionadas pás, tanto na extremidade como no centro do eixo do rotor.

[0012] A presente invenção se destaca por propor uma geometria que consegue ângulos considerados eficientes para a extremidade de saída do rotor e, simultaneamente, ângulos no centro do eixo.

[0013] Consequentemente, a geometria das pás, considerando seus ângulos de abertura e fechamento, promove um ganho expressivamente maior de vazão, que é o grande objetivo da invenção, sem, contudo, reduzir a pressão de operação da referida bomba.

DESCRIÇÃO GERAL DA INVENÇÃO

[0014] A presente invenção consiste de um rotor para uma bomba de vortex recuado, que se acopla a uma voluta tradicional utilizando anéis de vedação, uma proteção de bucha, parafuso, anel e placa de desgaste, sendo a bucha cônica do mencionado rotor provida de uma conicidade com ângulo preferencial de 2°30’, de modo a se expandir quando inserido e pressionado.

[0015] O escopo principal da presente invenção se volta às pás ou aletas do rotor, que apresentam ângulos de saída da extremidade de cada pá do rotor formado pela intersecção de duas retas, em uma faixa variável entre 35° a 45°.

[0016] Por outro lado, o centro do eixo do rotor apresenta pás com ângulos formados pela intersecção de duas retas, em uma faixa igualmente variável entre 35° e 45°.

[0017] Não obstante, cada pá do rotor apresenta fundo com predominância arredondada ou linear, sendo a espessura da parede de fundo variável entre 8 e 10 mm, ao passo que a distância entre esta parede de fundo e a borda de ataque da pá variável entre 44 e 46 mm.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0018] A invenção será, a seguir, descrita em uma forma de realização, sendo que, para melhor entendimento, referências serão feitas aos desenhos anexos, nos quais estão representadas: FIGURA 1: Vista em perspectiva explodida do rotor objeto da invenção junto à voluta onde será acoplado; FIGURA 2: Vista frontal do rotor objeto da invenção, na versão 4x4x11, a título de exemplo de uma possibilidade de realização; FIGURA 3: Vista frontal do rotor objeto da invenção, na versão 4x4x11, mostrando os ângulos considerados relevantes aos objetivos da presente solicitação de patente, a título de uma possibilidade de realização; FIGURA 4: Vista lateral segundo o corte A-A indicado na figura anterior, do rotor objeto da invenção, na versão 4x4x11, mostrando ângulos, raios e dimensões considerados relevantes aos objetivos da presente solicitação de patente, a título de uma possibilidade de realização; FIGURA 5: Vista frontal do rotor objeto da invenção, na versão 4x4x11, mostrando uma única pá e respectivos ângulos relevantes, a título de uma possibilidade de realização; FIGURA 6: Vista frontal do rotor objeto da invenção, na versão 4x4x14, a título de exemplo de uma possibilidade de realização; FIGURA 7: Vista frontal do rotor objeto da invenção, na versão 4x4x14, mostrando os ângulos considerados relevantes aos objetivos da presente solicitação de patente, a título de uma possibilidade de realização; FIGURA 8: Vista lateral segundo o corte A-A indicado na figura anterior, do rotor objeto da invenção, na versão 4x4x14, mostrando ângulos, raios e dimensões considerados relevantes aos objetivos da presente solicitação de patente, a título de uma possibilidade de realização; FIGURA 9: Vista frontal do rotor objeto da invenção, na versão 4x4x14, mostrando uma única pá e respectivos ângulos relevantes, a título de uma possibilidade de realização; FIGURA 10: Vista frontal do rotor objeto da invenção, na versão 10x6x17, a título de exemplo de uma possibilidade de realização; FIGURA 11: Vista frontal do rotor objeto da invenção, na versão 10x6x17, mostrando os ângulos considerados relevantes aos objetivos da presente solicitação de patente, a título de uma possibilidade de realização; FIGURA 12: Vista lateral segundo o corte A-A indicado na figura anterior, do rotor objeto da invenção, na versão 10x6x17, mostrando ângulos, raios e dimensões considerados relevantes aos objetivos da presente solicitação de patente, a título de uma possibilidade de realização; FIGURA 13: Vista frontal do rotor objeto da invenção, na versão 10x6x17, mostrando uma única pá e respectivos ângulos relevantes, a título de uma possibilidade de realização.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0019] A GEOMETRIA APERFEIÇOADA DO ROTOR VORTEX CÔNCAVO RECUADO, objeto desta solicitação de Patente de Invenção, se aplica a uma bomba centrífuga de rotor vortex côncavo recuado, que compreende, no que tange ao conjunto do rotor (R1), uma voluta (1), na qual o rotor vortex côncavo recuado (2) é acoplado, este recebendo, de um lado, uma placa de desgaste (3) e, do lado oposto, uma bucha cônica (4) de inclinação predeterminada, recepcionando ainda um anel (5), parafuso de cabeça sextavada (6) e proteção da bucha (7), além de anéis de vedação (8) e (9), respectivamente para atuação junto à bucha cônica (4) e voluta (1) (Figura 1).

[0020] A bucha cônica (4) de fixação do mencionado rotor (R1) é provida de uma conicidade com ângulo preferencial de 2°30’ (β), de modo a se expandir quando inserido e pressionado.

[0021] As Figuras 2 a 5 mostram o objeto da invenção aplicado a um rotor (R1) de uma bomba centrífuga 4x4x11, onde as pás ou aletas (10) do mencionado rotor (R1) apresentam ângulos de saída da extremidade (11) de cada pá do dito rotor (R1) formado pela intersecção das retas (X) e (Y), determinando um ângulo em uma faixa variável entre 35° a 45° (α).

[0022] Preferencialmente, o ângulo das mencionadas pás ou aletas (10) para o rotor da bomba 4x4x11está selecionado em 40,35° (α).

[0023] Ainda de acordo com as Figuras 2 a 5, as pás ou aletas (1) do rotor (R1), no centro (C1) do eixo do dito rotor (R1) contempla pás (10) com ângulos formados pela intersecção de duas retas (W) e (Z), em uma faixa igualmente variável entre 35° e 45° (α).

[0024] Considerando ainda as Figuras 2 a 13, para todas as versões de bomba centrífuga, o perfil da pá ou aleta (10) do rotor (R1) apresenta fundo (11) com predominância arredondada ou linear, sendo a espessura da parede de fundo variável entre 8 e 10 mm, ao passo que a distância entre a linha medida desta parede de fundo e a borda de ataque (12) da pá variável entre 44 e 46 mm.

[0025] Particularmente para as Figuras 2 a 5, versão 4x4x11, o fundo (11) é totalmente arredondado, com espessura da parede de fundo em 8 mm e, a distância entre a linha média da dita parede de fundo (8) e a borda de ataque (12) ser de 45,3 mm.

[0026] As Figuras 6 a 9 mostram o objeto da invenção aplicado a um rotor (R1) de uma bomba centrífuga 4x4x14, onde as pás ou aletas (10) do mencionado rotor (R1) apresentam ângulos de saída da extremidade (11) de cada pá do dito rotor (R1) formado pela intersecção das retas (X) e (Y), determinando um ângulo em uma faixa variável entre 35° a 45° (α).

[0027] Preferencialmente, o ângulo das mencionadas pás ou aletas (10) para o rotor da bomba 4x4x14está selecionado em 40,35° (α).

[0028] Ainda de acordo com as Figuras 6 a 9, as pás ou aletas (1) do rotor (R1), no centro (C1) do eixo do dito rotor (R1) contempla pás (10) com ângulos formados pela intersecção de duas retas (W) e (Z), em uma faixa igualmente variável entre 35° e 45° (α).

[0029] Particularmente para as Figuras 6 a 9, versão 4x4x14, o fundo (11) é parcialmente linear, com espessura da parede de fundo em 8 mm e, a distância entre a linha média da dita parede de fundo (8) e a borda de ataque (12) ser de 45 mm.

[0030] As Figuras 10 a 13 mostram o objeto da invenção aplicado a um rotor (R1) de uma bomba centrífuga 10x6x17, onde as pás ou aletas (10) do mencionado rotor (R1) apresentam ângulos de saída da extremidade (11) de cada pá do dito rotor (R1) formado pela intersecção das retas (X) e (Y), determinando um ângulo em uma faixa variável entre 35° a 45° (α).

[0031] Preferencialmente, o ângulo das mencionadas pás ou aletas (10) para o rotor da bomba 10x6x17está selecionado em 40,35° (α).

[0032] Ainda de acordo com as Figuras 10 a 13, as pás ou aletas (1) do rotor (R1), no centro (C1) do eixo do dito rotor (R1) contempla pás (10) com ângulos formados pela intersecção de duas retas (W) e (Z), em uma faixa igualmente variável entre 35° e 45° (α).

[0033] Particularmente para as Figuras 10 a 13, versão 10x6x17, o fundo (11) é parcialmente linear, com espessura da parede de fundo em 10 mm e, a distância entre a linha média da dita parede de fundo (8) e a borda de ataque (12) ser de 4 mm.

Claims

1) GEOMETRIA APERFEIÇOADA DO ROTOR VORTEX CÔNCAVO RECUADO, a geometria se aplica a uma bomba centrífuga de rotor vortex côncavo recuado, que compreende, no que tange ao conjunto do rotor (R1), uma voluta (1), na qual o rotor vortex côncavo recuado (2) é acoplado, este recebendo, de um lado, uma placa de desgaste (3) e, do lado oposto, uma bucha cônica (4) de inclinação predeterminada, recepcionando ainda um anel (5), parafuso de cabeça sextavada (6) e proteção da bucha (7), além de anéis de vedação (8) e (9), respectivamente para atuação junto à bucha cônica (4) e voluta (1); sendo a bucha cônica (4) de fixação do mencionado rotor (R1) provida de uma conicidade com ângulo preferencial de 2°30’ (β), caracterizado por o rotor (R1) de uma bomba centrífuga possuir pás ou aletas (10) com ângulos de saída da extremidade (11) de cada pá do dito rotor (R1) formado pela intersecção das retas (X) e (Y), determinando um ângulo em uma faixa variável entre 35° a 45° (α); ao passo que as pás ou aletas (1) do rotor (R1), no centro (C1) do eixo do dito rotor (R1) contempla pás (10) com ângulos formados pela intersecção de duas retas (W) e (Z), em uma faixa igualmente variável entre 35° e 45° (α).

2) GEOMETRIA APERFEIÇOADA DO ROTOR VORTEX CÔNCAVO RECUADO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ângulo das mencionadas pás ou aletas (10) ser selecionado em 40,35° (α).

3) GEOMETRIA APERFEIÇOADA DO ROTOR VORTEX CÔNCAVO RECUADO, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por o perfil da pá ou aleta (10) do rotor (R1) apresenta fundo (11) com predominância arredondada ou linear, sendo a espessura da parede de fundo variável entre 8 e 10 mm, ao passo que a distância entre a linha medida desta parede de fundo e a borda de ataque (12) da pá variável entre 44 e 46 mm.

4) GEOMETRIA APERFEIÇOADA DO ROTOR VORTEX CÔNCAVO RECUADO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por, numa construção, o fundo (11) ser totalmente arredondado, com espessura da parede de fundo em 8 mm e, a distância entre a linha média da dita parede de fundo (8) e a borda de ataque (12) ser de 45,3 mm.

5) GEOMETRIA APERFEIÇOADA DO ROTOR VORTEX CÔNCAVO RECUADO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por, numa construção, o fundo (11) ser parcialmente linear, com espessura da parede de fundo em 8 mm e, a distância entre a linha média da dita parede de fundo (8) e a borda de ataque (12) ser de 45 mm.