BR112014012096B1

BR112014012096B1 - Bomba de vácuo de anel líquido, e impulsor para uma bomba de vácuo de anel líquido

Info

Publication number: BR112014012096B1
Application number: BR112014012096-0A
Authority: BR
Inventors: Matthias Tamm; Heiner Kösters; Daniel Schütze
Original assignee: Sterling Industry Consult Gmbh
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2021-09-21
Also published as: MX351024B; JP6151710B2; WO2013076107A3; CN104081004A; MX2014006063A; BR112014012096A8; BR112014012096A2; JP2014533803A; US20140286797A1; CN104081004B; EP2783073B1; WO2013076107A2; EP2783073A2

Abstract

bomba de vácuo de anel líquido, e impulsor para uma bomba de vácuo de anel líquido. a presente invenção refere-se a uma bomba de vácuo de anel líquido compreendendo uma carcaça de bomba (20) e um impulsor (14) que é excentricamente montado na carcaça de bomba (20). de acordo com a presente invenção, o impulsor (14) é feito de um material que tem um módulo de elasticidade inferior a 4000 n/mm2. a presente invenção se refere ainda a um impulsor (14) para tal bomba. o impulsor apresentado permite que a bomba funcione mais próxima do limite de cavitação.

Description

[001] A presente invenção refere-se a uma bomba de vácuo de anel líquido tendo uma carcaça de bomba e um impulsor que é montado excentricamente na carcaça de bomba. Além disso, a presente invenção se refere a um impulsor para uma bomba deste tipo. As bombas deste tipo podem ser usadas no sentido de esvaziar recipientes ou outros espaços fechados. Uma abertura de entrada da bomba é conectada ao espaço a ser evacuado, o gás que fica contido no espaço é aspirado através da abertura de entrada, é comprimido dentro da bomba e é vazado outra vez através de uma abertura de saída.

[002] Nas bombas de vácuo de anel líquido, um anel líquido é mantido em movimento por meio do impulsor, com o resultado de que as câmaras entre as palhetas do impulsor são fechadas pelo anel líquido. Uma vez que o impulsor é montado excentricamente na carcaça de bomba, o anel líquido penetra a uma extensão diferente na câmara dependendo da posição angular do impulsor e, como resultado, atua como um pistão que muda o volume da câmara. Uma vez que toda a força que se faz necessária para este fim é transmitida pelo impulsor, o impulsor se torna um componente altamente carregado.

[003] Em particular, o impulsor é submetido a uma significativa carga alternada, uma vez que a força atua sobre as palhetas em diferentes direções, dependendo se o anel líquido se movimenta para dentro das câmaras ou se movimenta para fora das câmaras. Até o momento, tem-se assumido que um funcionamento com baixa vibração e confiável da bomba só é possível quando o impulsor é desenhado com uma alta rigidez. A alta rigidez atinge uma situação na qual uma deformação do impulsor sob as cargas alternadas é evitada. Uma deformação do impulsor é indesejada, uma vez que, nesse caso, maiores tolerâncias entre o impulsor e a carcaça de bomba se tornam necessárias. No entanto, o fluxo de vazamento se torna maior como resultado das maiores tolerâncias, o que, ao mesmo tempo, significa uma redução no grau de eficiência da bomba.

[004] O impulsor é submetido a uma pluralidade de cargas. Em adição às forças de centrifugação e de aceleração, particularmente a carga de pressão das palhetas passa para o primeiro plano. Na transição entre o lado de pressão e o lado de sucção, uma significativa mudança de pressão pode ser determinada, o que resulta em uma carga alternada como consequência da flexão. Altas-tensões de flexão alternadas ocorrem no processo na raiz da lâmina. As ditas tensões de flexão alternadas são ainda maiores no caso em que um condensado é também liberado. Devido a esse princípio, uma cavitação não poderá ser evitada em uma bomba de vácuo de anel líquido. A cavitação não apenas causa danos à superfície, como também mais tensões de flexão alternadas ainda ocorrerão em adição às cargas acima mencionadas. Materiais que suportam tais cargas têm de ser selecionados para a fabricação do impulsor.

[005] Nas bombas de vácuo de anel líquido da técnica anterior, o impulsor é composto predominantemente de materiais metálicos. Por exemplo, são encontradas construções de aço soldadas, rodas de aço fundido cinzento e rodas feitas de aço inoxidável ou bronze. O módulo de elasticidade dos ditos materiais é, via de regra, maior que 100 000 N/mm2. Os impulsores feitos de materiais plásticos reforçados com fibra são também conhecidos (Patente CN 201650734). O módulo de elasticidade, nesse caso, se assenta em uma ordem de magnitude de 20 000 N/mm2. Até o momento, tem sido um problema para uma pessoa versada na técnica que os componentes mecânicos altamente carregados são fabricados apenas de materiais plásticos reforçados com fibra e não de materiais plásticos não reforçados, o que tampouco foi expressamente digno de nota, tal como, por exemplo, no documento de Faragallah W H: “Liquid ring vacuum pumps and compressors”, datado de 1 de janeiro de 1985, Beltz Offsetdruck, página 187.

[006] Em particular, a resistência do material, a resistência química, a resistência à cavitação e o preço desempenham um papel na seleção dos materiais.

[007] Uma desvantagem dos impulsores com alta rigidez consiste no fato de que as cargas do tipo solavanco que são experimentadas pelo impulsor durante o funcionamento da bomba são transmitidas de uma maneira substancialmente não filtrada para ainda outros mais componentes da bomba. Cargas do tipo solavanco do impulsor devem ser esperadas, em particular, quando uma cavitação ocorre dentro do anel líquido. Quando o impulsor tem alta rigidez, os estados operacionais devem ser categoricamente evitados, uma vez que nos mesmos existe um risco de cavitação. As bombas de vácuo de anel líquido da técnica anterior são, portanto, geralmente operadas de tal modo que uma clara distância do limite de cavitação é mantida em todos os momentos. No entanto, uma parte do possível grau de eficiência é sacrificada em consequência.

[008] A presente invenção se baseia no objetivo de apresentar uma bomba de vácuo de anel líquido, na qual o risco de danos como resultado de uma cavitação é reduzido. De acordo com a presente invenção, o impulsor é composto de um material, cujo módulo de elasticidade é menor que 4000 N/mm2.

[009] A presente invenção, portanto, propõe um impulsor que se deforma sob a influência de forças a uma extensão substancialmente maior que os correspondentes impulsores feitos de materiais convencionais. Devido à sua conformidade, o material é adequado para a produção de uma carga alternada e de forças de cavitação que ocorrem e para a dissipação de tensões, como resultado. A presente invenção reconhece que as desvantagens associadas são neutralizadas pela resistência aperfeiçoada da bomba à cavitação. As cargas do tipo solavanco que ocorrem durante uma cavitação são amortecidas pelo impulsor e não são transmitidas de uma maneira não filtrada para os demais componentes da bomba. Como resultado, se torna possível operar a bomba mais próxima ao limite da cavitação, sem que vida útil da mesma venha a ser reduzida como consequência. O grau de eficiência da bomba se torna maior como resultado de um funcionamento próximo ao limite da cavitação.

[0010] Danos como resultado de cavitação podem também ocorrer no próprio impulsor. Primeiramente, a superfície é atacada como consequência das altas cargas locais. Em seguida, os danos podem continuar ainda mais dentro da estrutura do impulsor. Isso ocorre, em particular, quando o impulsor é composto de um material reforçado com fibra. A superfície é especificamente suscetível a um primeiro dano quando as fibras atingem a superfície do impulsor. Pequenas bolhas de cavitação podem se acumular sobre as ditas fibras abertas durante a ocorrência de uma cavitação e podem resultar em um grande dano de superfície após uma implosão. O impulsor é, portanto, composto de um material reforçado sem fibra. Isso, nesse caso, irá resultar em uma superfície homogênea com menos pontos de ação para danos.

[0011] A fabricação será econômica caso o impulsor seja feito de plástico. Em adição, os materiais plásticos não reforçados têm a vantagem de as emissões de ruído serem baixas durante uma operação de cavitação, uma vez que os materiais plásticos não reforçados apresentam uma satisfatória característica de amortecimento. Por exemplo, polioximetileno (POM), poliéter éter cetonas (PEEK), poliamidas (PA), politereftalato de butileno (PBT), policarbonatos (PC) ou polissulfeto de fenileno (PPS) podem ser adequados. O módulo de elasticidade dos ditos materiais se assenta entre 2000 N/mm2 e 4000 N/mm2.

[0012] O impulsor é de preferência provido com um cubo, através do qual uma forte conexão com um eixo da bomba poderá ser produzida. O eixo é montado excentricamente na carcaça de bomba, enquanto que o cubo é centralizado no impulsor. Uma pluralidade de palhetas se estende radialmente para fora a partir do cubo. O número de palhetas pode se assentar, por exemplo, entre 10 e 20.

[0013] Juntamente com o anel líquido, as câmaras que são encerradas, em cada caso, entre duas palhetas formam as câmaras de trabalho da bomba. As câmaras são abertas na direção de um lado de extremidade, de modo a tornar possível tanto o suprimento como a descarga do gás a ser liberado. Por meio do dito lado de extremidade, o impulsor se liga a um disco de controle da bomba, em cujo disco de controle uma abertura de entradas e uma abertura de saídas sejam providas em posições adequadas. A abertura entre as palhetas e o disco de controle se mantém tão pequena quanto possível, a fim de minimizar o fluxo de vazamento. As palhetas podem ser inclinadas com relação à direção axial, com o resultado do que o impulsor é pressionado na direção do disco de controle em função da força do fluxo.

[0014] As câmaras são de preferência fechadas sobre o lado de extremidade oposto do impulsor. Para este fim, o impulsor pode compreender uma saliência em forma de disco que se estende radialmente para fora a partir do cubo em uma extensão tal que a saliência em forma de disco se projete ao longo de toda a sua circunferência para dentro do anel líquido durante o funcionamento da bomba. Para uma efetiva transmissão de força para o anel líquido, as palhetas de preferência se projetam ainda mais para dentro do anel líquido que a saliência em forma de disco.

[0015] Além disso, a presente invenção se refere a um impulsor para uma bomba de vácuo de anel líquido deste tipo. O impulsor compreende um cubo para uma forte conexão com um eixo montado excentricamente com relação à bomba. Uma pluralidade de palhetas se estende radialmente para fora a partir do cubo. Sobre um lado de extremidade, as palhetas são cobertas por uma saliência em forma de disco ao longo de pelo menos a metade de sua extensão radial. De acordo com a presente invenção, o impulsor é composto de um material, cujo módulo de elasticidade é menor que 4000 N/mm2.

[0016] O impulsor é de preferência feito de uma peça de um material plástico, o material plástico sendo ainda mais preferivelmente não reforçado. O impulsor pode ser desenvolvido com outras características, que são descritas a seguir com relação à bomba de acordo com a presente invenção.

[0017] No texto a seguir, a presente invenção será descrita, a título de exemplo, com o uso de modalidades vantajosas com referência aos desenhos em apenso, nos quais:

[0018] A Figura 1 mostra uma ilustração em seção diagramática de uma bomba de vácuo de anel líquido de acordo com a presente invenção,

[0019] A Figura 2 mostra a bomba da Figura 1 em uma vista lateral, e

[0020] A Figura 3 mostra uma vista em perspectiva de um impulsor de acordo com a presente invenção.

[0021] Em uma bomba de vácuo de anel líquido que é mostrada na Figura 1, um impulsor 14 é montado excentricamente em uma carcaça de bomba 20. O líquido no interior da bomba é direcionado pelo impulsor 14 que se encontra em rotação, e forma um anel líquido que se estende radialmente para dentro a partir da parede externa da carcaça de bomba 20. Devido à montagem excêntrica, as palhetas do impulsor 14 se projetam para dentro do anel líquido em diferentes profundidades dependendo da posição angular. Como resultado, o volume de uma câmara 22 que fica encerrada entre duas palhetas pode mudar. Sendo assim, o anel líquido atua como um pistão que se move para cima e para baixo durante uma revolução do impulsor 14.

[0022] Um duto se conduz a partir de uma abertura de entrada 16 para o interior da bomba na qual o impulsor 14 gira. O duto 16 se abre na região na qual as palhetas do impulsor 14 emergem a partir do anel líquido, em cuja região a câmara que fica encerrada entre duas palhetas é, portanto, aumentada. Como resultado do aumento da câmara, o gás é aspirado para dentro da câmara através da abertura de entrada 16. Depois de a câmara ter atingido o seu volume máximo, o anel líquido penetra na câmara mais uma vez durante a rotação maior do impulsor 14. Quando o gás é suficientemente comprimido como resultado do anel líquido que penetra ainda mais, o mesmo é novamente emitido através de uma abertura de saída 17 à pressão atmosférica. Uma bomba de vácuo de anel líquido deste tipo serve para esvaziar um espaço que é conectado à abertura de entrada 16 a uma pressão de, por exemplo, 5 KPa (50 milibar).

[0023] De acordo com a Figura 2, o impulsor 14 é conectado através de um eixo 18 a um motor de acionamento 19. A bomba é de um desenho modular, e o motor e o impulsor 14 são, portanto, acomodados juntos na carcaça de bomba 20. Através de uma unidade de controle 21 que é disposta sobre a carcaça de bomba 20, a energia elétrica é alimentada para o motor 19 e a velocidade rotacional da bomba é ajustada.

[0024] De acordo com a Figura 3, o impulsor 14 tem quinze palhetas 23 que se estendem radialmente para fora a partir de um cubo central 24. Através do cubo 24, o impulsor 14 é conectado ao eixo 18 da bomba. As palhetas 23 têm um formato tridimensional que inclui uma curva com relação à direção radial. No estado instalado, o lado de extremidade do impulsor 14 que é visível na Figura 3 aponta na direção do disco de controle da bomba. As câmaras 22 que são dispostas, em cada caso, entre duas palhetas 23 são, portanto, abertas na direção do disco de controle, com o resultado do que o gás a ser liberado poderá ser suprido e descarregado através das aberturas do disco de controle.

[0025] Sobre o seu lado de extremidade oposto, o impulsor 14 tem uma saliência em forma de disco 25 que se estende radialmente para fora a partir do cubo 24. A extensão radial da saliência em forma de disco 25 é de tal ordem que a saliência em forma de disco 25 mergulhe para dentro do anel líquido ao longo de toda a sua circunferência quando a bomba se encontra em funcionamento. As palhetas 23 se projetam ligeiramente para além da saliência em forma de disco 25 na direção radial, com o resultado do que uma efetiva transmissão de força entre as palhetas 23 e o anel líquido é obtida.

[0026] O impulsor 14 é feito de uma peça de um material de plástico reforçado sem fibra. O módulo de elasticidade do material se assenta entre 2000 N/mm2 e 4000 N/mm2. O material é, portanto, comparativamente flexível, com o resultado do que as cargas do tipo solavanco sobre o impulsor poderão ser parcialmente absorvidas pelo material.

[0027] Uma vez que o material é reforçado sem fibra, o impulsor terá uma superfície homogênea. Mesmo que uma grande pressão ou picos de velocidade venham a ocorrer no local como consequência de uma cavitação no líquido em operação, a superfície irá suportar as cargas e danos ao impulsor não ocorrerão. Como resultado do impulsor de acordo com a presente invenção, a bomba de vácuo de anel líquido pode ser operada mais próxima do limite de cavitação em função desses recursos, com o resultado do que o grau de eficiência da bomba se torna maior.

Claims

1. Bomba de vácuo de anel líquido tendo uma carcaça de bomba (20) e um impulsor (14) que é montado excentricamente na carcaça de bomba (20), caracterizada pelo fato de que o impulsor (14) é composto de um material, cujo módulo de elasticidade é menor que 4000 N/mm2.

2. Bomba de vácuo de anel líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o impulsor (14) é composto de um material não reforçado com fibra.

3. Bomba de vácuo de anel líquido, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o impulsor (14) tem uma superfície homogênea.

4. Bomba de vácuo de anel líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o impulsor (14) é composto de um material plástico.

5. Bomba de vácuo de anel líquido, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o impulsor (14) é composto de polioximetileno (POM), poliéter éter cetonas (PEEK), poliamidas (PA), politereftalato de butileno (PBT), policarbonatos (PC) ou polissulfeto de fenileno (PPS).

6. Bomba de vácuo de anel líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o material do impulsor (14) tem um módulo de elasticidade de pelo menos 2000 N/mm2.

7. Bomba de vácuo de anel líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o número de palhetas (23) do impulsor (14) se assenta entre 10 e 20.

8. Bomba de vácuo de anel líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o impulsor (14) tem uma saliência em forma de disco (25) que se estende radialmente para fora a partir de um cubo (24) e se projeta para dentro do anel líquido durante o funcionamento da bomba.

9. Bomba de vácuo de anel líquido, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que as palhetas (23) do impulsor (14) se projetam ainda mais para dentro do anel líquido que a saliência em forma de disco (25).

10. Impulsor para uma bomba de vácuo de anel líquido deste tipo, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, tendo um cubo (24) para uma forte conexão com um eixo montado excentricamente (18) da bomba, tendo uma pluralidade de palhetas (23) que se estendem radialmente para fora a partir do cubo (24), as palhetas (23) sendo cobertas por uma saliência em forma de disco (25) sobre um lado de extremidade ao longo de pelo menos a metade de sua extensão radial, caracterizado pelo fato de que o mesmo é composto de um material, cujo módulo de elasticidade é menor que 4000 N/mm2.