BR112014024044B1

BR112014024044B1 - Bomba, método para bombear um fluido através de uma bomba e método para bombear um fluido espumoso através de uma bomba

Info

Publication number: BR112014024044B1
Application number: BR112014024044-2A
Authority: BR
Inventors: Pavol Loderer; Aleksander S. Roudnev; Lavagna Luis Moscoso
Original assignee: Weir Minerals Europe Limited
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2021-11-30
Also published as: CL2014002612A1; PL2831424T3; US20150090123A1; ZA201406928B; WO2013144623A1; BR112014024044A2; US9879692B2; WO2013144623A8; PH12014502167A1; ES2610922T3; CN107503980A; AU2013239452B2; AP2014007970A0; PE20150087A1; EP2831424A1; CN104334885A; EA027388B1; CN104334885B; PT2831424T; CA2868150C

Abstract

bomba, e, métodos para bombear um fluido através de uma bomba, e para bombear um fluido espumoso através de uma bomba. uma bomba (10) compreendendo um revestimento de bomba (2) tendo lados hontal e traseiro (23, 24) com uma câmara de bombeamento (38), uma entrada de câmara (26) e uma saída de descarga (27). um impulsor (40) dentro da câmara gira ao redor de um eixo geométrico. a câmara inclui ' uma região interna no, ou, próximo ao eixo geométrico e uma região externa remota do eixo geométrico, dentro da qual fica a saída de descarga. o impulsor inclui uma cobertura (42) tendo faces frontal e traseira (43, 44) com uma pluralidade de pás de bombeamento (46). uma câmara de coleta (60) é provida no lado traseiro do revestimento de bomba em comunicação fluídica com a câmara de bombeamento. o impulsor inclui uma ou mais passagens (52) através da cobertura, uma extremidade abrindo para a câmara de coleta e outra se abrindo na câmara de bombeamento através da face rontal do impulsor. um indutor de fluxo (70, 72) fica dentro da câmara de coleta, que inclui uma saída de ventilação (63) e uma zona de saída de transferência em comunicação fluídica com a região externa da câmara de bombeamento.

Description

Campo Técnico

[0001] Esta invenção refere-se, de modo geral, a bombas e métodos de bombear fluidos, particularmente, mas não de modo limitativo, fluidos espumosos, como, por exemplo, concentrados minerais por flutuação de espuma.

Descrição da Técnica Anterior

[0002] Usinas de processamento mineral utilizam, frequentemente, um processo de flotação para separar particulados finamente moídos de mineral desejado de refugo de rocha. Isto é realizado em um tanque ou célula de flotação no qual a pasta fluida é colocada e, à qual, bolhas de ar e reagentes são adicionados. O tanque é, em seguida, agitado e a espuma resultante que ascende para o topo da célula de flotação contém as partículas finas do mineral desejado aderidas às bolhas de ar. A coleta da espuma provê, então, um meio de coletar o concentrado de mineral desejado que foi extraído pelo processo.

[0003] A espuma do processo de flotação contém o mineral desejado e, normalmente tem que ser bombeada para o estágio seguinte de processamento. Os diferentes tipos de espuma produzidos dependem muito dos tamanhos de partículas flotadas, o tipo e quantidade de reagentes e a quantidade e tamanho de bolhas de ar. O processo de espuma é contínuo, mas não há atualmente equipamento comercialmente disponível que possa reduzir o teor de ar da espuma, e não é prático deixar a espuma em repouso até que o ar se separe por ele mesmo antes de bombear as partículas remanescentes e líquido que formam a espuma.

[0004] Para se obter bons resultados de recuperação do processo de flotação, é necessário que o minério seja moído para tamanhos de partículas muito finas (em alguns casos, menos de 10 micrometros). Para se obter ainda boa recuperação mineral, os reagentes usados no processo precisam ser controlados, mas, com frequência, isto, combinado com a quantidade de bolhas necessária para tornar o processo eficiente, pode resultar em uma espuma muito estável e persistente. Estas espumas persistentes, quando deixadas em um vaso, precisam, tipicamente, de 12 a 34 horas pera reduzir a um estado de água e sólido apenas; ou seja, as bolhas seriam extremamente lentas para dispersão.

[0005] Bombas para bombear espuma são atualmente em forma de bombas dispostas vertical e/ou horizontalmente. Bombas verticais são arranjadas de modo que a entrada da bomba fique situada verticalmente, de modo geral, e bombas horizontais são arranjadas com a entrada da bomba geralmente disposta horizontalmente. Bombas de espuma verticais demonstraram ser capazes de bombear espumas muito persistentes, mas são frequentemente fisicamente muito grandes e, por conseguinte, têm que ser consideradas no projeto inicial de uma usina de processamento mineral.

[0006] Bombas horizontais, por outro lado, também têm sido usadas para aplicações de bombeamento de espuma, mas nem sempre obtém sucesso com espumas persistentes. Bombas horizontais têm sido tradicionalmente sobredimensionadas para aplicações em manuseio de espuma. Bombas de maior tamanho maior tamanho significam que elas podem ser operadas de modo ineficaz, com resultantes baixo fluxo e grande carreamento de ar devido à espuma. Falhas mecânicas podem se tornar um problema com o bombeamento instável. Espuma é cheia de ar, mas, estando presente com bolhas de ar de tamanho muito pequeno, tem menos efeito do que a mesma quantidade de ar em forma de grandes bolhas. Entretanto, há um ponto no qual a capacidade de uma bomba em tolerar espuma cairá, devido ao efeito do ar. A tolerância a ar de uma bomba está também relacionada à característica de gradiente positivo líquido de sucção (NPSH); ou seja, quanto menor a pressão líquida disponível na entrada da bomba, maior probabilidade do desempenho ser afetado.

[0007] Bombas foram desenvolvidas para, especificamente, manusear fluidos espumosos deste tipo. Durante a operação de bombeamento, a fração mais pesada do fluido migra para uma região externa da bomba e uma fração mais leve tende a migrar para uma região interna. Há a necessidade de ser capaz de, eficientemente, remover a fração mais leve.

Sumário da Invenção

[0008] Em um primeiro aspecto, é provida uma bimba compreendendo um revestimento e bomba tendo um lado frontal e um lado traseiro, com uma câmara de bombeamento dentro do alojamento de bomba, uma entrada para a câmara de bombeamento, e uma saída de descarga da câmara de bombeamento, um impulsor para rotação montado dentro da câmara de bombeamento ao redor de um eixo geométrico de rotação, a câmara de bombeamento incluindo uma região interna no eixo geométrico de rotação ou próximo ao mesmo, e uma região externa remota do eixo geométrico de rotação, a saída de descarga ficando na região externa da câmara de bombeamento, o impulsor incluindo uma cobertura tendo uma face frontal e uma face traseira, com uma pluralidade de pás de bombeamento se estendendo da face frontal, a bomba incluindo ainda uma câmara de coleta no lado traseiro do alojamento de bomba, a câmara de coleta ficando em comunicação fluídica com a câmara de bombeamento, o impulsor incluindo uma ou mais passagens se estendendo através da cobertura, uma extremidade das ditas passagens se abrindo para a câmara de coleta e a outra se abrindo para a câmara de bombeamento através da face frontal do impulsor, e um indutor de fluxo disposto dentro da câmara de coleta, a câmara de coleta incluindo uma zone de saída de ventilação e saída de transferência em comunicação fluídica com a região externa de câmara de bombeamento.

[0009] O indutor de fluxo na câmara de coleta energiza o fluido gasoso nesta câmara de coleta, especialmente quando a velocidade de fluxo na câmara de coleta for alta. Esta adição de energia faz com que o gás e o fluido escoem para fora da parte e ventilação traseira da câmara de coleta, e não há necessidade de nenhum dispositivo externo (como uma bomba de sucção separada) para fisicamente aspirar ar da câmara de coleta.

[00010] Em certos modos de realização, a bomba inclui pás auxiliares sobre a face traseira da cobertura do impulsor.

[00011] Em certos modos de realização, o indutor de fluxo compreende um elemento indutor montado para rotação dentro da câmara de coleta.

[00012] Em certos modos de realização, o elemento indutor de fluxo é configurado de modo a gerar uma componente de fluxo axial e uma componente de fluxo de turbilhonamento de um fluido dentro da câmara de coleta.

[00013] Em certos modos de realização, a bomba inclui um eixo de acionamento, o impulsor e o elemento indutor sendo operacionalmente montados ao eixo de acionamento para rotação.

[00014] Em certos modos de realização, a, ou cada passagem é disposta dentro da região interna da câmara de bombeamento.

[00015] Em certos modos de realização, saída de ventilação é remota da câmara de bombeamento.

[00016] Em certos modos de realização, a sápida de ventilação e a, ou cada passagem são substrato 49 paralelas ao eixo geométrico de rotação.

[00017] Em certos modos de realização, a câmara de coleta inclui um lado frontal aberto voltado para o impulsor, e a zona de saída de transferência é compreendida por um interstício anular entre o lado traseiro do alojamento de bomba e a face traseira do impulsor.

[00018] Em certos modos de realização, o lado frontal aberto da câmara de coleta tem um diâmetro periférico externo menor do que o diâmetro da câmara de bombeamento.

[00019] Em certos modos de realização, a bomba é uma bomba de espuma para bombear fluidos espumosos, onde o impulsor é configurado para separar o fluido espumoso em uma fração mais pesada que é descarregada através da saída de descarga e uma fração mais leve, que entra na câmara de coleta através das passagens, onde o indutor separa a fração mais leve em uma fração secundária mais pesada que é retornada para a câmara de bombeamento através da zona de saída de transferência e o fluido remanescente é descarregado através da saída de ventilação.

[00020] Em um segundo aspecto, é provido um t de bombear fluido através de uma bomba, o fluido sendo capaz de se separar em fração mais leve e fração mais pesada, a bomba compreendendo a bomba conforme descrita acima, o método incluindo as etapas de: (a) alimentar o fluido à câmara de bombeamento, onde uma primeira fração mais peada é descarregada através da saída de descarga e uma primeira fração mais leve migra para a região interna da câmara de bombeamento; (b) induzir um fluxo em uma direção axial, fazendo, assim, que a primeira fração mais leve entre na câmara de coleta através da, ou de cada passagem e, em seguida (c) causar separação da primeira fração mais leve em uma segunda fração mais pesada e uma segunda fração mais leve, onde a segunda fração mais pesada é retornada para câmara de bombeamento através da zona de saída de transferência e a segunda fração mais leve sai da câmara de coleta através da saída de ventilação.

[00021] Em certos modos de realização, o fluido bombeado é um fluido espumoso.

[00022] Em um terceiro aspecto, é provido um método de bombear um fluido espumoso através de uma bomba, de modo a degaseificar substancialmente o dito fluido, o método incluindo as etapas de: (a) alimentar o fluido a uma câmara de bombeamento de uma bomba, onde uma fração mais pesada é descarregada através de uma saída de descarga da bomba, e uma fração mais leve migra para uma região interna da câmara de bombeamento via passagens que se estendem através de um impulsor de bombeamento e para uma câmara de coleta; (b) causar separação da fração mais leve para liberar substancialmente gás da mesma na câmara de coleta pela operação de um indutor de fluxo rotativo disposto dentro da câmara de coleta; e (c) induzir a autodescarga do dito gás liberado através de uma saída de ventilação da câmara de coleta.

[00023] Em certos modos de realização, o método do terceiro aspecto é operável pelo uso de qualquer dos aparelhos definidos no primeiro aspecto.

Breve Descrição dos Desenhos

[00024] Não obstante outras formas que possam estar dentro do escopo dos métodos e aparelho apresentados no Resumo, modos de realização específicos serão descritos agora, como exemplos, e com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[00025] a Figura 1 é um perfil lateral esquemático parcialmente em seção de uma bomba de acordo com um modo de realização;

[00026] a Figura 2 é detalhe de seção transversal de parte de um bomba de acordo com o modo de realização,

[00027] a Figura 3 é um detalhe de uma parte de um impulsor de bomba de acordo com um modo de realização,

[00028] a Figura 5 é um detalhe em seção transversal de parte de uma bomba de acordo com um modo de realização,

[00029] a Figura 6 é um detalhe do indutor de fluxo da Figura 4,

[00030] a Figura 7 é um detalhe de um indutor de fluxo de acordo com um modo de realização,

[00031] a Figura 8 é vista parcial em perspectiva explodida de uma bomba de acordo com outro modo de realização,

[00032] a Figura 9 é uma vista esquemática de uma porção da bioma mostrada na Figura 8 em uma posição parcialmente montada,

[00033] a Figura 10 é vista em seção recortada da porção de bomba mostrada na Figura 9,

[00034] a Figura 11 é uma vista em perspectiva lateral frontal de um impulsor de acordo com um modo de realização,

[00035] a Figura 12 é vista em perspectiva lateral traseira do impulsor mostrado na Figura 11,

[00036] a Figura 13 é um perfil lateral frontal do impulsor mostrado nas Figuras 11 e 12,

[00037] as Figuras 14 a 16 são várias vistas (vistas em perspectiva lateral e de perfil lateral frontal) do indutor de fluxo mostrado nas Figuras 8 e 10,

[00038] as Figuras 17 a 19 são várias vistas (respectivamente: vista em perspectiva lateral frontal; perfil lateral frontal; e vista em seção lateral) de chapa traseira ou revestimento de gaxeta que forma parte de uma câmara de coleta de acordo com o modo de realização mostrado nas Figuras 8, 9 e 10,

[00039] a Figura 20 é perfil lateral em seção parcial de uma porção de um bomba de acordo com outro modo de realização,

[00040] a Figura 21 é uma vista parcial em perspectiva explodida de uma bomba de acordo com outro modo de realização,

[00041] a Figura 22 ilustra os resultados de vários testes experimentais do desempenho de uma bomba de espuma tendo as feições da invenção em comparação com o desempenho de uma bomba de espuma de competidor comercial, onde potência (kW) e vazão (m3/h) são medidas.

Descrição Detalhada de Modos de Realização Específicos

[00042] Com referência particular à Figura 1, é ilustrada uma bomba 10 compreendendo um alojamento de bomba 20 montado a um suporte 14 (frequentemente referido como pedestal, base ou armação). O alojamento de bomba 10 compreende um revestimento externa 22 que inclui uma parte frontal do revestimento 23 e uma parte traseira do revestimento 24 conectadas uma à outra por uma série de parafusos. O alojamento de bomba 10 compreende ainda uma entrada 26 para alimentar fluido a ser bombeado para a bomba e uma saída de descarga 27 da qual fluido pode ser descarregado pela bomba.

[00043] O alojamento de bomba 20 compreende ainda uma camisa interna 30 dentro do revestimento externa 22. A camisa 30 inclui uma camisa principal 34 que pode ter a forma de uma voluta, e camisas laterais que compreendem uma camisa frontal 35 e uma camisa traseira 36. A camisa principal 34 pode compreender duas partes ou metades que são montadas juntas para formar uma camisa em voluta modelada como um pneu de carro. A camisa principal pode ser também uma estrutura de peça única, como ilustrado na Figura 1. A camisa pode ser formada de borracha ou um material elastomérico. O interior da camisa 30 forma uma câmara de bombeamento 38 através da qual o fluido bombeado passa.

[00044] A bomba 10 inclui ainda um impulsor 40 que é montado para rotação dentro da câmara de bombeamento 38 ao redor do eixo geométrico de rotação X-X. O impulsor 40 é conectado a um eixo de acionamento 18 que, por sua vez, é conectado a acionador (não mostrado). O impulsor 40 ilustrado é do tipo semiaberto e inclui uma cobertura 42 tendo uma face frontal 43 e uma face traseira 44. O impulsor 40 inclui uma série de pás de bomba 46 projetadas da face frontal da cobertura. As pás de bombeamento 46 são regularmente espaçadas ao redor do eixo geométrico de rotação e são especialmente projetadas para lidar com fluidos espumosos e têm um número de porções protuberantes, cada uma em forma de uma concha curva 49 que se estende para a entrada. O impulsor inclui ainda um olho central 51. Que se estende avante da face frontal 43 da cobertura 42 e, no uso, as conchas curvas 49 funcionam para arrastar o material para o centro aberto do impulsor em na frente do olho central 51. Outras feições do impulsor 40 serão descritas adiante. Pás auxiliares 66 são providas sobre a face traseira do impulsor 40. As pás auxiliares 66 são regularmente espaçadas ao redor do eixo geométrico de rotação e têm extremidades interna e externa. As pás auxiliares 66 podem ser retas, curvas ou outra configuração adequada.

[00045] A bomba 10 inclui ainda uma montagem de vedação 80 que provê uma vedação entre o eixo 18 e o alojamento da bomba 20. A montagem de vedação mostrada é alojada em um revestimento de gaxeta 87.

[00046] Como melhor ilustrado na Figura 2, o impulsor 40 inclui uma série de passagens em forma de furos vazados 52 arranjados no mesmo, cada um dos quais se estende da face frontal 46 para a face traseira 44 do impulsor 40. Os furos vazados 52 ficam na região do eixo geométrico de rotação X-X e são posicionados entre pás adjacentes de bombeamento 46. Como mostrado nas Figuras 2 e 3, os furos vazados 52 se estendem em uma direção geralmente paralela ao eixo geométrico de rotação X-X. AS passagens podem ter qualquer tamanho e dimensão e configuração de seção transversal adequadas. Na Figura 3, os furos vazados 52 mostrados têm uma dimensão de largura alongada, com aparência de entalhe. Geralmente há uma ou mais passagens localizadas em cada canal impulsor arranjado entre pás de bombeamento adjacentes 46, de modo que cada canal de impulsor seja ventilado durante operação. Medições experimentais mostraram que ar em uma espuma sendo bombeada pelo impulsor 40 ficará concentrado no olho do impulsor, formando, por vezes, uma “nuvem” que inibe geração de gradiente e fluxo e reduz eficiência do impulsor. Função das passagens é despachar uma primeira “fração leve” de gás e alguns sólidos da região externa do impulsor 26 (especialmente, ao redor do olho do impulsor 51) para a câmara de coleta 60, como Serpa resumidamente descrito. A área de seção transversal das passagens precisa ser suficiente para remover tanto ar dos canais do impulsor quanto necessário, mas se os furos vazados 52 ou ouras passagens forem muito grandes, ela pode permitir que lama de espuma passe diretamente para a câmara de coleta 60, o que é indesejável.

[00047] A câmara de coleta da bomba 60 fica localizada sobre o lado traseiro do alojamento de bomba e por trás do impulsor 40. A câmara de coleta 60 é adjacente à face traseira 44 do impulsor e localizada no interior da câmara de vedação ou revestimento de gaxeta 87. Os furos vazados 52 se abrem na câmara de coleta 60. A câmara de coleta 60 inclui uma sida de ventilação em forma de um furo de ventilação 62 arranjado em uma parede traseira 63 do revestimento de gaxeta 87 e que é remota do impulsor de bomba 40. O furo de ventilação 62 pode ficar em comunicação fluídica com um tanque, por exemplo, por meio de um duto ou tubulação 61 adequado, que se estende do revestimento de gaxeta, via outros condutos conectados ao tanque, que, por exemplo, está à pressão atmosférica ou pode mesmo estar sob sucção. A câmara de coleta 60 tem uma parede lateral periférica externa 68 que pode ser geralmente cilíndrica, e um lado aberto 64 que faceia o impulsor 40, e um interstício 65 que forma uma zona de saída de transferência entre a cobertura do impulsor 42 e camisa traseira 36 e que provê comunicação fluídica entre a câmara de coleta 60 e a câmara de bombeamento 38. A parede lateral periférica 68 da câmara de coleta 60 é substancialmente paralela ao eixo geométrico de rotação X-X levando aproximadamente, lado aberto 64, e o diâmetro externo periférico do lado aberto 64 é menor do que o diâmetro da câmara de bombeamento 38.

[00048] Como dito previamente, na região de entrada (câmara de bombeamento 38 em frente ao impulsor 40) de uma bomba de espuma há uma região de baixa pressão na linha central do impulsor 40 ao redor da região do olho 51 e, por conseguinte, o ar tende a se acumular ali. Isto significa que os fluidos mais pesados (as partículas) se deslocam em direção à parede de bomba externa. O ar acumulado nesta área não passa pela bomba de modo normal devido a uma condição combinada de baixa pressão e baixa densidade e, ao contrário, trabalha como um amortecedor para a lama proveniente de montante. Isto geralmente resulta na bomba funcionar mal ou perder sua função, usando energia para nada. Quando o ar se acumula na linha central do impulsor 40 na região do olho 51, ele pode ser removido daquela região pela colocação de passagens em forma de furos vazados 52 através do impulsor 40, de modo que o ar escoe para uma câmara de coleta 60 que ser referida também como câmara expulsora. Os furos vazados 52 na cobertura traseira do impulsor permitem que o ar escape, liberando, assim, o efeito amortecedor. Tipicamente, a pressão sobre o lado frontal do impulsor 40 é maior do que a pressão na câmara de coleta 60, o que faz com que o ar escoe para os furos vazados 52. Se houver uma ou mais saídas de ventilação conduzindo desde a parte traseira da câmara de coleta 60, então o ar escoará através dos furos vazados 52 do impulsor para a câmara de coleta 60 e, depois, para fora, através daquelas saídas de ventilação - de fato, o ar é extraído para a câmara de coleta 60.

[00049] Modos de realização são mostrados, nos quis a bomba 10 inclui ainda um indutor de fluxo que montado para rotação dentro da câmara de coleta 60. O indutor de fluxo, que pode ser referido como um dispositivo de agitação, é operacionalmente montado ao eixo de acionamento 18, de modo que, em operação, tanto o impulsor 40, como o indutor sejam girados juntos pelo eixo de acionamento. Em uma forma mostrada nas Figuras 1, 2, 7, o indutor de fluxo é configurado em forma de um impulsor misturador de pá 70 tendo lâminas impulsoras de forma retangular 71 ajustadas radialmente ao redor de um colar 73, que é fixado ao eixo de acionamento da bomba. No uso as lâminas do impulsor 71 são inclinadas de maneira a causar um fluxo geralmente axial de material (ou seja, um fluxo geralmente alinhado ao eixo geométrico X-X) através da câmara de coleta 60 e para o exterior, em direção ao furo de ventilação 62. Em outra forma mostrada nas Figuras 4, 5 e 6, o indutor de fluxo é configurado em forma de um impulsor de disco 72 que é montado ao eixo de acionamento no furo central. O impulsor de disco 72 tem seis furos vazados perifericamente espaçados 74 localizados através do mesmo, cujas entradas são equipadas com um acessório de tubo dobrado a 90 graus (ou extremidade de cotovelo) 76. AS dobras de tubo 76 são localizadas sobre o lado 81 do impulsor de disco 72 que, no uso, fica voltado para a face traseira 44 do impulsor 40. Cada dobra de tubo 75 é orientada de modo a formar uma concha que cria um fluxo de recirculação turbulento sobre o topo ou ao redor da borda periférica do impulsor de disco 72. Esta agitação resulta em um fluxo geralmente axial de material (ou seja, um fluxo geralmente alinhado ao eixo geométrico de rotação X-X através da câmara de coleta 60 e para fora, em direção ao furo de ventilação 62.

[00050] O indutor de fluxo 68 pode ter muitas formas, por exemplo, pode compreender outro estilo de impulsor, uma hélice naval, ou uma roda de pás. Uma finalidade do indutor é promover o fluxo de excesso de gases de espuma da região da face frontal 43 do impulsor, através das passagens ou furos vazados 52, através da câmara de coleta 60 e para fora, através do furo de ventilação 62.

[00051] Nas Figuras 8 a 20, quando possível, os mesmos números de referência foram usados para descrever os mesmos componentes descritos nos modos de realização anteriores.

[00052] Como ilustrado na Figura 8 e Figuras 9 a 20 relativas, uma bomba 10 é mostrada em vista parcial e em vista explodida, a qual compreender um revestimento externa que inclui uma parte de revestimento traseira 24. A parte de revestimento frontal não está ilustrada, mas pode ser similar à traseira em aspecto. A bomba ilustrada neste modo de realização não mostra a camisa interna 30.A bomba inclui um impulsor 40 que, geralmente, tem a mesma estrutura que a descrita anteriormente.

[00053] Como descrito com referência ao modo de realização alternativo anteriores, uma câmara de coleta 60 é formada com uma parede lateral periférica externa 68 e uma parede traseira 63.A parede lateral 68 se estende substancialmente paralela ao eixo geométrico de rotação X-X para o lado aberto 64 que, quando na posição montada, fica espaçada da face traseira 44 do impulsor 40 de modo a prover um interstício 65 entre elas.

[00054] O indutor de fluxo em forma de um impulsor de misturador de pás 70 neste modo de realização é um tanto similar ao mostrado na Figura 7, mas, neste modo de realização, compreende dez lâminas 71. As lâminas 71 são ligeiramente inclinadas para dentro, em direção à sua extremidade livre externa (embira também possam ser de lado reto) e são inclinadas a um ângulo Z em relação ao eixo geométrico de rotação X-X. Tipicamente, o ângulo Z pode ser de cerca de 45°. A configuração das lâminas 71 é de modo a causar um fluxo axial, bem como, um fluxo de turbilhonamento da mistura dentro da câmara de coleta 60.

[00055] Quando em operação, o indutor de fluxo em forma de misturador de pás 70 tem uma seção externa que é espaçada da parede periférica 68, formando uma zona de concentração de fração mais pesada de forma anular 69, e para a qual a fração mais pesada tende a migrar, e da qual a fração mais pesada é forcada a sair da câmara de coleta 60 via o interstício 65 entre a face traseira da cobertura do impulsor 42 e a camisa traseira 36 e escoar ao redor do impulsor 40 e de volta para a câmara de bombeamento 38. A zona de concentração de fração mais pesada 69 se estende da parede traseira 63 do revestimento de gaxeta 87 ao longo da parede periférica externa 68 da câmara de coleta 60 e para cima, para o lado aberto 64. A finalidade do indutor de fluxo é induzir fluxo da câmara de bombeamento 38 para a câmara de coleta 60 e, além disso, assistir as pás auxiliares 66 sobre a cobertura traseira do impulsor 40 para separar o fluido em uma fração mais leve (primariamente, gás) e uma fração mais pesada (primariamente, líquido e algum material particulado). A fração mais leve é forçada a passar através do furo de ventilação 62 e sair da bomba em direção a uma região de menor pressão.

[00056] O modo de realização mostrado na Figura 20 é geralmente similar ao ilustrado na Figura 8. Para facilidade de referência, partes similares receberam o mesmo número de referência como nos modos de realização anteriores. Na Figura 20, o impulsor 89 é geralmente similar ao impulsor 40 descrito anteriormente em relação à Figura 8. As pás auxiliares 66 sobre o impulsor 89 são afuniladas, de modo a ficarem mais finas em profundidade ao serem movidas em uma direção oposta à extremidade interna (mais próxima ao eixo geométrico de rotação X-X do impulsor) em direção a uma extremidade externa. A face 78 da camisa traseira 88 é também inclinada e paralela à superfície das pás auxiliares 66, de modo que uma passagem estreita 65 para transferência de fluido da câmara de coleta 60A para a câmara de bombeamento seja formada entre as pás auxiliares 66, a face traseira da cobertura do impulsor 89 e a face 78. Esta passagem 66 não é ortogonal ao eixo geométrico de rotação X-X, mas inclinada em direção à câmara de bombeamento.

[00057] O modo de realização mostrado na Figura 20 inclui uma montagem de vedação de glande em detalhe, que inclui obturador 93, um anel de lanterna 94, um parafuso de glande 95 e um dreno e um anel de vedação 97 e 97. É também provida uma proteção de vedação 79 para proteção do operador.

[00058] O modo de realização mostrado na Figura 20 inclui ainda uma chapa de fixação 83 e parafuso de trava 84. O indutor de fluxo está ilustrado em forma de um impulsor 85. O modo de realização inclui ainda vedações O-ring 86, 90 e 91 para minimizar vazamento da bomba.

[00059] O modo de realização mostrado na Figura 21 é geralmente similar ao ilustrado nas Figuras 8-20. Neste modo de realização, o indutor de fluxo em forma de impulsor de misturador de pás 70A similar ao impulsor mostrado na Figura 8 e Figuras 14-16, mas, neste modo de realização, compreende dezesseis lâminas. Como foi caso para a Figura 8, as lâminas são ligeiramente inclinadas para dentro, em direção a sua extremidade livre e são inclinadas por ângulo Z em relação ao eixo geométrico de rotação X-X. Tipicamente, o ângulo Z pode ser de cerca de 45°. A configuração das lâminas é de modo a causar um fluxo axial, bem como, um fluxo de turbilhonamento da mistura dentro da câmara de coleta 60A.

[00060] A Figura 21 mostra uma glande diferente 99A sobre a camisa de placa de armação, para manter o obturador em posição, com a glande sendo segura por três parafusos de fixação em vez do arranjo de dois parafusos mais convencional mostrado na Figura 8. Finalmente, outra diferença é o fato do furo de ventilação 62A na parede traseira do revestimento de gaxeta ser redonda, em comparação com a forma elíptica mostrada nas Figuras 8-10 e Figuras 17-19, de modo a maximizar o volume de gás que pode ser expelido da câmara de coleta 60A, no uso. Um furo de ventilação redondo tem ainda a vantagem de ser capaz de ser mais facilmente fixado a uma mangueira ou furo de ventilação 61A de seção transversal redonda e, se o espaço permitir, um grande furo de ventilação é desejável.

[00061] Os vários modos de realização de sistemas de remoção de ar descritos aqui operam continuamente para ventilar a bomba durante uso. A combinação do impulsor de pasta líquida, as pás auxiliares (expulsão traseira) e o indutor de fluxo, quando atuando juntos, criam um ambiente para separação mais eficaz do ar e material de lama. Além disso, o sistema é retroajustável a uma bomba de espuma existente.

[00062] Com particular referência a bombas de espuma, espumas minerais contendo sólidos abrasivos podem ter propriedades altamente variáveis. A espuma pode ser frágil com bolhas de gás/ar sendo facilmente rompíveis ou persistentes, com ar/gases sendo difíceis de separar. Em geral, separação completa ou suficiente de gás não pode ser obtida dentro da câmara de bombeamento. A bomba descrita aqui é projetada para realizar separação tanto na câmara de bombeamento como na câmara de coleta durante ventilação. Em outras palavras, há uma separação de primeiro estágio na câmara de bombeamento e um segundo estágio na câmara de coleta.

[00063] O indutor de fluxo move positivamente o fluxo de uma primeira fração mais leve na direção axial e, ao mesmo tempo, gira a mistura no interior da câmara de coleta, criando, assim, um ambiente para possível separação adicional de sólidos em uma segunda fração mais pesada que pode ser retornada para a câmara de bombeamento ou para saída de descarga da bomba, enquanto, sob influência de pressão, forçar a mistura saturada de gás/ar (segunda fração mais leve) ser autodescarregada para fora da câmara de coleta (de preferência, de volta para o tanque de sucção da bomba, ou qualquer outro local de descarte/tratamento.

[00064] Em certos modos de realização, o impulsor pode incluir pás auxiliares sobre a face de cobertura traseira e o indutor de fluxo pode, em conjunto com as pás auxiliares, facilitar a passagem de fração mais pesada na câmara de coleta através da zona de saída de transferência para a região externa da câmara de bombeamento.

[00065] Em outros modos de realização, as lâminas de um indutor de fluxo em forma de um impulsor de misturador de pás podem ter a forma de aerofólio em seção transversal, com o objetivo de aumentar a propulsão na câmara de coleta. Em alguns meios de espuma persistente, como espumas de betume, maior capacidade de expulsão pode ser necessária para facilitar separação secundária de frações pesadas e leves na câmara de coleta, e propulso da fração leve secundária para fora, através do furo de ventilação. Isto pode ser conseguido também em alguns modos de realização, pelo aumento do diâmetro do impulsor/hélice do presente modo de realização mostrado nas Figuras.

[00066] Em um teste experimental, uma bomba de espuma tendo as feições da invenção, operou muito satisfatoriamente com um Fator de Volume de Espuma (FVF) de 6,0, com uma vazão de espuma bombeada na faixa de 530-560 m3/h. Nas bombas de espuma convencionais, o FVF máximo que pode ser suportado é de 1,9-2,0. O FVF é um valor calculado que se relaciona à fração volumétrica de ar na espuma. Uma espuma mais gasosa leva a um bombeamento de baixa eficiência, como relativo maior consumo de energia. O impulsor de espuma pode ser rotativo, mas, frequentemente, apenas em um envelope de ar. Em alguns casos, operadores tentam adicionar produtos químicos para provocar colapso da espuma, mas isto adiciona custos e pode não funcionar, como também pode não ser apropriado dependendo do material sendo bombeado ou o ambiente.

[00067] Em outro teste experimental, o desempenho de uma bomba de espuma tendo as feições da invenção foi comparado ao desempenho de uma bomba de espuma de competidor comercial. Os dados experimentais estão mostrados na Figura 22. Durante experiências de bombeamento, Potência (kW) e Vazão de espuma (m3/h) foram medidos. Uma linha geral de melhor ajuste foi traçada para categorizar grosseiramente tendências de dados, que mostra, de modo geral, que, para bombear espuma a uma vazão mais elevada é necessária maior potência linearmente. Como pode ser visto pelos dados, a bomba de espuma da invenção foi capaz de atingir as mesmas vazões de lama de espuma de alimentação que o produto do competidor, mas, aproximadamente, com metade da exigência de potência operacional. Isto indica que a bomba de espuma da invenção foi mais eficiente em remover ar do material de espuma alimentado, resultando em bombeamento mais eficaz do material de lama remanescente e, desse modo, exigindo menor potência para obter o resultado de material bombeado.

[00068] Em um teste de campo em um local de mineração na Finlândia, uma bomba de acordo com a invenção operou consistentemente com um FVF de até 4,0 com um desempenho estável. Foi observado que o volume de fluxo saindo pela descarga da bomba foi mais baixo no geral, devido à remoção do ar do material de espuma alimentado através da câmara e o tubo de ventilação. Além disso, o teste de campo mediu uma economia de energia de 25% em comparação com a bomba competidora incumbente.

[00069] Na descrição acima de modos de realização preferidos, terminologia específica foi usada por questões de clareza. Entretanto, a invenção não pretende ser limitada aos termos específicos selecionados, devendo ser entendido que cada termo específico inclui todos os equivalentes técnicos que operam de maneira similar para realizar um propósito técnico similar. Termos como “frontal” e “traseiro”, “interno” e “externo”, “acima” e “abaixo”, “superior” e “inferior” etc. são usados como palavras de conveniência para prover pontos de referência e não devem ser considerados com termos limitativos.

[00070] A referência neste relatório a qualquer publicação anterior (ou informação derivada da mesma), ou qualquer assunto que seja conhecido, não é, e não deve ser considerado como reconhecimento ou admissão de qualquer forma de sugestão de que a publicação (ou informação dela derivada) ou assunto conhecido façam parte do conhecimento geral comum no campo de diligência ao qual este relatório se refere.

[00071] Neste relatório, a palavra “compreender ” deve ser entendida em seu sentido “aberto”; ou seja, no sentido de “incluir” e, assim, não limitado a seu sentido “fechado”; ou seja, o sentido de “consistir apenas de”. Um significado correspondente será atribuído às correspondentes palavras “compreender”, “compreendida” e “compreende” onde usadas.

[00072] Além disso, invenção(ões) foram descritas em conexão com o que é presentemente considerado ser os modos de realização mais práticos e preferidos, devendo ser considerado que a invenção não está limitada aos modos de realização mostrados, mas, ao contrário, tem a intenção de abranger várias modificações e equivalentes incluídos no espírito e escopo da invenção(s). Além disso, os vários modos de realização descritos acima podem ser implementados em conjunto com outros modos de realização, por exemplo, aspectos de um modo de realização podem ser combinados com aspectos de outro modo de realização para realizar outros modos de realização adicionais. Além disso, cada feião ou componente independente de qualquer conjunto apresentado pode constituir um modo de realização adicional.

Claims

1. Bomba (10) compreendendo um alojamento de bomba (22) tendo um lado frontal e um lado traseiro com uma câmara de bombeamento (38) dentro do alojamento de bomba (22), uma entrada (26) para a câmara de bombeamento (38), e uma saída de descarga (27) da câmara de bombeamento (38), caracterizada pelo fato de que compreende um impulsor (40) montado para rotação dentro da câmara de bombeamento (38) ao redor de um eixo geométrico de rotação, a câmara de bombeamento (38) incluindo uma região interna no ou próxima ao eixo geométrico de rotação e uma região externa remota do eixo geométrico de rotação, a saída de descarga (27) ficando na região externa da câmara de bombeamento (38), o impulsor (40) incluindo uma cobertura (42) tendo uma face frontal e uma face traseira com uma pluralidade de pás de bombeamento (46) se estendendo da face frontal, a bomba (10) incluindo ainda uma câmara de coleta (60) no lado traseiro do alojamento de bomba (22), a câmara de coleta (60) estando em comunicação fluídica com a câmara de bombeamento (38), o impulsor (40) incluindo uma ou mais passagens (52) se estendendo através da cobertura (42), uma extremidade das ditas passagens (52) se abrindo para a câmara de coleta (60) e a outra extremidade se abrindo para a câmara de bombeamento (38) através da face frontal do impulsor (40), e um indutor de fluxo (70, 85) estando disposto dentro da câmara de coleta (60), o indutor de fluxo (70, 85) incluindo um elemento indutor montado para rotação dentro da câmara de coleta (60) e configurado para gerar uma componente de fluxo axial em uma direção axial em relação ao eixo geométrico de rotação e uma componente de fluxo de turbilhonamento de um fluido dentro da câmara de coleta (60), a câmara de coleta (60) incluindo uma saída de ventilação (62) configurada para a descarga de fluido da câmara de coleta (60) na direção axial e uma zona de saída de transferência (65) em comunicação fluídica com a região externa da câmara de bombeamento (38).

2. Bomba (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que inclui um eixo de acionamento (18), o impulsor (40) e um elemento indutor (70, 85) sendo operacionalmente montados ao eixo de acionamento (18) para rotação pelo mesmo.

3. Bomba (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a ou cada passagem (52) é disposta dentro da região interna da câmara de bombeamento (38).

4. Bomba (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a saída de ventilação (62) é remota da câmara de bombeamento (38).

5. Bomba (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a saída de ventilação (62) e a ou cada passagem (52) são substancialmente paralelas ao eixo geométrico de rotação.

6. Bomba (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a câmara de coleta (60) inclui um lado frontal aberto (64) voltado para o impulsor (40) e a zona de saída de transferência (65) é compreendida por um interstício anular entre o lado traseiro do alojamento de bomba (22) e a face traseira do impulsor (40).

7. Bomba (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que inclui ainda pás auxiliares (66) na face traseira da cobertura (42).

8. Bomba (10) de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que a câmara de coleta (60) compreende uma parede lateral (68) e uma parede traseira (63) remota do lado frontal aberto (64), a saída de ventilação (62) estando na parede traseira (63).

9. Bomba (10) de acordo com reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o lado frontal aberto (64) da câmara de coleta (60) tem um diâmetro periférico externo menor do que o diâmetro da câmara de bombeamento (38).

10. Bomba (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a bomba (10) é uma bomba de espuma para bombear fluidos espumosos, sendo que o impulsor (40) é configurado para separar o fluido espumoso em uma fração mais pesada, que é descarregada através da saída de descarga (27), e uma fração mais leve, que entra na câmara de coleta (60) através das passagens (52), onde o indutor (70, 85) separa a fração mais leve em uma fração secundária mais pesada que é retornada para a câmara de bombeamento (38) através da zona de saída de transferência (65), e o fluido remanescente é descarregado através da saída de ventilação (62).

11. Bomba (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que há um canal entre pás de bombeamento (46) adjacentes, cada canal tendo um ou mais ditas passagens (52) no mesmo.

12. Método para bombear um fluido através de uma bomba (10), o fluido sendo capaz de se separar em frações mais pesada e mais leve, a bomba (10) sendo como definida em qualquer uma das reivindicações anteriores, o método caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de (a) alimentar o fluido à câmara de bombeamento (38), sendo que uma primeira fração mais peada é descarregada através da saída de descarga (27) e uma primeira fração mais leve migra para a região interna da câmara de bombeamento (38); (b) fazer com que a primeira fração mais leve entre na câmara de coleta (60) através da ou de cada passagem (52) e subsequentemente; e (c) causar separação da primeira fração mais leve em uma segunda fração mais pesada e uma segunda fração mais leve, sendo que a segunda fração mais pesada é retornada para a câmara de bombeamento (38) através da zona de saída de transferência (65) e a segunda fração mais leve sai da câmara de coleta (60) através da saída de ventilação (62).

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o fluido bombeado é um fluido espumoso.

14. Método para bombear um fluido espumoso através de uma bomba (10), de modo a degaseificar substancialmente o dito fluido, o método caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de (a) alimentar o fluido à câmara de bombeamento (38) de uma bomba (10), sendo que uma fração mais pesada é descarregada através de uma saída de descarga (27) da bomba (10), e uma fração mais leve migra para uma região interna da câmara de bombeamento (38) através de passagens (52) que se estendem através de um impulsor de bombeamento (40) e para uma câmara de coleta (60); (b) causar separação da fração mais leve para liberar substancialmente gás da mesma na câmara de coleta (60) por operação de um indutor de fluxo (70, 85) rotativo disposto dentro da câmara de coleta (60) e que gera uma componente de fluxo axial em uma direção axial em relação a um eixo geométrico de rotação do impulsor de bombeamento (40) e uma componente de turbilhonamento da fração mais leve; e (c) descarregar o dito gás liberado através de uma sida de ventilação (62) da câmara de coleta (60) na direção axial.