BR112014032234B1

BR112014032234B1 - Impelidor antifragmentação e método para formar um impelidor antifragmentação

Info

Publication number: BR112014032234B1
Application number: BR112014032234-1A
Authority: BR
Inventors: Robert W. Higbee; Wojciech Wyczalkowski; Jason J. Giacomelli
Original assignee: Philadelphia Mixing Solutions, Ltd
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2022-01-11
Also published as: US11241663B2; CA2877481C; EP2867537B1; EP2867537A4; WO2013192376A3; BR112014032234A8; US9962665B2; EP2867537A2; BR112014032234A2; US20150165397A1; US20180221834A1; WO2013192376A2; CL2014003461A1; CA2877481A1

Abstract

impelidor antifragmentação e método para formar um impelidor antifragmentação. um impelidor axial tem pás formadas a partir de blanques de metal em chapa que são configurados a partir de tomar uma pá de impelidor desejada e matematicamente "desenrolar" a pá para sua contraparte plana. preferivelmente, a pá de impelidor é formada a partir de uma única operação de calandragem. o resultado de uma pá alongada, fina, preferivelmente tendo uma borda guiada que define uma hélice com pás de ângulo de ataque para frente, oblíquas para trás, provê um impelidor eficiente tendo boas propriedades antifragmentação.

Description

Técnica anterior

[001] A invenção relaciona-se com aparelhos de agitação e em particular com o impelidor para a mistura de líquidos e suspensões de sólidos em líquidos, por exemplo, onde tais líquidos podem conter uma concentração significativa de material fibroso, filamentoso, similar a fragmentos, e métodos para formar o aparelho de agitação.

[002] Impelidores para aplicações de misturas industriais são difundidos. A eficiência do impelidor para agitação pode ser caracterizada pela quantidade de energia que é necessária para a produção de fluxo dentro de um vaso. A alta eficiência de produção de fluxo é importante para muitas aplicações, incluindo mas não limitadas a operações de agitação sensíveis à fluxo, tais como mistura de líquidos miscíveis e suspensões de sólidos em líquidos.

[003] Os benefícios de alta eficiência do impelidor tipicamente incluem a potencial economia de energia durante a operação e custo de capital mais baixo dos equipamentos devido a baixo consumo de energia e tamanho subsequentemente pequeno.

[004] Dois parâmetros usados no cálculo de eficiência de impelidor são Número de Potência (Np) e Número de Fluxo (Nq). Ambos os números tipicamente são conhecidos como constantes adimensionais características de um impelidor e só podem ser precisamente determinadas experimentalmente. A eficiência de bombeamento é tradicionalmente expressa como fluxo por potência unitária ou mais recentemente como o cubo do número de fluxo dividido pelo número de potência (Nq3/Np).

[005] O bombeamento de agitador de alta eficiência é tipicamente conseguido utilizando geometria de hélice de propulsão marítima que pode incluir, mas não é necessariamente limitada a, as características geométricas conhecidas como hélice, ângulo de ataque, inclinação lateral, e enviesado. Entretanto o objetivo de um hélice marítimo, que é projetado para produzir empuxo e gera fluxo como um subproduto indesejado, é diametralmente oposto ao objetivo de um hélice usado em agitação, que é projetado para produzir fluxo que exibe um perfil específico de velocidade no lado de descarga do hélice e onde qualquer empuxo gerado é um subproduto indesejado.

[006] Hélices de alta eficiência de bombeamento tipicamente são criados usando um processo de fundição onde a geometria é usinada em um molde usando maquinário de usinagem controlado numericamente por computador (CNC). Moldes produzidos por CNC incluem aqueles usados para produzir impelidores metálicos e impelidores plásticos incluindo plástico reforçado com fibra de vidro (FRP). O processo de fundição ou moldagem permite um fabricante projetar e produzir virtualmente qualquer configuração de impelidor. Para reduzir o custo de fabricação de impelidor, particularmente para grandes impelidores uma vez que o custo de ferramental de fundição aumenta exponencialmente com o tamanho, as pás de impelidor de agitação têm, no passado, sido fabricadas a partir de matéria-prima metálica de chapa plana, onde calandragens, flexões, ou combinações de calandragens e flexões, colocadas em locais estratégicos, têm sido usadas para simular a geometria mais complexa encontrada em hélices moldados. Estes tipos de impelidores metálicos de chapa fabricados, que se aproximam de hélices baseados em helicoidal de eficiência mais alta, têm sido agregadamente conhecidos no campo de agitação como hidrofólios. Várias configurações de impelidor hidrofólio são conhecidas, tais como aquelas da patente dos Estados Unidos número 5.297.938 (Von Essen e outros), patente dos Estados Unidos número 4.468.130 (Weetman e outros), e patente dos Estados Unidos número 5.052.892 (Fasano e outros).

[007] Em algumas aplicações industriais, especialmente processamento de águas de resíduos municipais, fragmentos (isto é, matéria similar a fragmentos fibrosos filamentosos) são coletados nas pás do impelidor, causando perda de eficiência e carregamento do eixo que podem danificar equipamentos, e frequentemente eventualmente requerendo o agitador ser desligado para limpeza. As configurações comerciais das patentes de hidrofólio 938, 130, e 892 têm pás retas que são propensas à coleta de fragmentos. Exemplos de impelidores de agitação que têm sido projetados para resistir ao acúmulo de fragmentos, todos os quais não são impelidores hidrofólios, incluem as patentes dos Estados Unidos números 1.850.199 (Bryant); 3.904.714 (Rooney e outros); 4.163.631 (Connolly e outros); 4.571.090 (Weetman e outros); 4.575.256 (Armitage e outros); e 7.473.025 (Howk). Exemplos de impelidores não de agitação (também conhecidos como hélices marítimos) que foram projetados para resistir ao acúmulo de material fibroso incluem as patentes dos Estados Unidos números 4.482.298 (Hannon e outros); e 5.249.993 (Martin); 4.163.631 (Connolly). Um exemplo de um impelidor de agitação que não foi intencionalmente projetado como resistente a fragmentos mas exibe propriedades geométricas que podem prover algum nível de resistência a fragmentos é a patente dos Estados Unidos número 3.5142.1343 (Stoelting).

[008] O estado atual da técnica de impelidores de agitação resistentes a fragmento não configura geometria de alta eficiência de bombeamento tal como pode ser encontrada em impelidores hidrofólios ou hélices baseados em helicoidal. Hélices marítimos baseados em helicoidal que têm sido projetados para resistir ao acúmulo de material fibroso são fabricados usando tecnologia de fundição e portanto requerem ferramental de produção mais caro do que é utilizado na fabricação de impelidores de agitação hidrofólios. Portanto, existe uma necessidade de um design de impelidor de agitação resistente a fragmento que exiba as mais altas eficiências de bombeamento encontradas em impelidores fundidos baseados em helicoidal, mas que também possa ser produzido usando as técnicas de fabricação de metal em chapa formada eficientes em custos usadas em impelidores de agitação hidrofólios existentes.

Sumário

[009] Os inventores demonstraram que um impelidor descrito aqui tem a vantagem de alta eficiência e boas propriedades antiframentação. As pás do impelidor têm a vantagem de serem formadas, em algumas configurações, de um material inicial de matéria-prima metálica plana. Os métodos inventivos incluem decidir sobre uma configuração desejada de pá de impelidor formada e então “desenrolar” ou “desenvolver” matematicamente a configuração de pá acabada para determinar a configuração da matéria-prima plana e então formar as pás com métodos de fabricação simples, incluindo a configuração preferida que é um processo de calandragem simples, ou uma série de pequenas flexões proximamente espaçadas, que agregadas se conformam para uma configuração de calandragem simples.

[0010] Um impelidor antifragmentação compreende: um cubo e várias pás alongadas se estendendo a partir do cubo, cada uma das pás sendo formada de uma chapa de metal e tendo uma borda guia curva, uma borda guiada curva, e um raio de calandragem. Preferivelmente, cada uma das pás tem um enviesado para trás, e também preferivelmente, um ângulo de ataque para frente. Cada uma das pás de impelidor pode ter uma borda guiada que define uma hélice aproximada. Preferivelmente, cada uma das pás tem uma porção de raiz plana que pode combinar com correspondentes placas ou orelhas de cubo por fixadores através de uma porção de raiz do impelidor e uma placa. As cabeças dos fixadores podem ficar embutidas para reforçar as propriedades antifragmentação e os fixadores podem engatar roscas cônicas na base da pá tal que porcas separadas, que podem coletar fragmentos, sejam eliminadas.

[0011] O raio de calandragem pode ser definido por um raio constante, único, ou formado por quebras discretas. Preferivelmente, o raio de calandragem tem entre aproximadamente 1,25 e 0,375 do diâmetro do impelidor, mais preferivelmente, entre aproximadamente 0,9 e 0,5 do diâmetro do impelidor, mais preferivelmente entre aproximadamente 0,8 e 0,7 do diâmetro do impelidor, e na configuração mostrada nas figuras, aproximadamente 0,75 do diâmetro do impelidor.

[0012] O impelidor pode ter uma razão de passo para diâmetro de aproximadamente 0,2 a 5,0, mais preferivelmente aproximadamente 0,4 a 0,8, mais preferivelmente, aproximadamente 0,5 a 0,7, e na configuração mostrada nas figuras aproximadamente 0,6. Também, a razão de passo para diâmetro varia não mais que 20 por cento a partir de uma razão média de passo para diâmetro, mais preferivelmente não mais que cerca de 15 por cento de uma razão média de passo para diâmetro, e mais preferivelmente não mais que cerca de 10 por cento de uma razão média de passo para diâmetro. O diâmetro externo do impelidor preferivelmente tem entre aproximadamente 60,96 cm (24 polegadas) e 304,80 cm (120 polegadas).

[0013] A largura máxima da pá do impelidor, como definida pelos raios diferentes, tem entre 0,025 e 0,1 do diâmetro do impelidor, preferivelmente entre 0,04 e 0,06 do diâmetro do impelidor, e na configuração mostrada nas figuras aproximadamente 0,05 do diâmetro do impelidor. As pás têm uma curva interna e uma curva externa tal que a largura da pá do impelidor se afunile em cada extremidade.

[0014] Um método para formar um impelidor antifragmentação compreende as etapas de: prover um blanque de pá de impelidor curvada formado de um metal de chapa plana, o blanque tendo uma curva interna, uma curva externa, na ponta e uma raiz; e calandrar pelo menos uma porção do blanque para formar uma pá de impelidor na qual a curva interna forma uma borda guiada de impelidor e a curva externa forma a borda guia de impelidor; e sendo que a borda guiada forma aproximadamente uma hélice e as pás são capazes de serem montadas em um impelidor. A etapa de calandragem preferivelmente é uma etapa de calandragem simples que produza um raio de calandragem simples. Alternativamente, a etapa de calandragem são várias etapas de flexão. As etapas podem ser executadas para conseguir as configurações de pás descritas no parágrafo acima nesta seção de Sumário, e a estrutura descrita na seção acima representa a estrutura preferida, e a presente invenção abrange outra estrutura como amplamente definida nas reivindicações.

Descrição resumida dos desenhos

[0015] A figura 1 é uma vista lateral de um conjunto impelidor de acordo com uma configuração da presente invenção;

[0016] A figura 2 é uma vista de topo do conjunto impelidor da figura 1;

[0017] A figura 3 é uma vista de topo de uma pá de impelidor formada mostrada na figura 1;

[0018] A figura 4 é uma vista pela borda da pá de impelidor formada mostrada na figura 3;

[0019] A figura 5 é uma vista da pá de impelidor formada mostrada na figura 3 mostrando parâmetros da configuração preferida normalizada para diâmetro;

[0020] A figura 6 é uma vista da pá de impelidor formada mostrada na figura 4 mostrando parâmetros da configuração preferida normalizada para diâmetro;

[0021] A figura 7 é uma vista lateral da pá de impelidor formada mostrada na figura 3;

[0022] A figura 8 é uma vista lateral ortogonal à vista lateral mostrada na figura 7;

[0023] A figura 9 é uma vista da pá de impelidor mostrada na figura 7 mostrando parâmetros da configuração preferida normalizada para diâmetro;

[0024] A figura 10 é uma vista da pá de impelidor mostrada na figura 8 mostrando parâmetros da configuração preferida normalizada para diâmetro; e

[0025] A figura 11 é uma vista de topo de um blanque plano que é usado para formar as pás mostradas nas figuras 3 a 10. Descrição detalhada de configurações ilustrativas

[0026] Referindo-se às figuras 1 e 2, o conjunto impelidor 110 inclui um cubo 112 e várias pás 130. O cubo 112 preferivelmente é convencional e inclui um corpo 114 que é configurado para ser ligado a um eixo (não mostrado nas figuras), que é intencionado a ser acionado de acordo com parâmetros escolhidos para a particular aplicação, como será entendido por pessoas familiares com tecnologia de agitadores à luz da presente divulgação. Como orientado na figura 2, o impelidor 110 gira no sentido horário para conseguir um bombeamento para baixo de fluido (como orientado na figura 1). Nas figuras 1 e 2, os parafusos foram removidos das vistas para clareza.

[0027] O cubo 112 inclui uma placa ou orelha de cubo 116 para cada pá de impelidor. As orelhas de cubo 116 se estendem radialmente para fora a partir do corpo de cubo 114. As orelhas de cubo 116, como mostrado nas figuras, são orientadas em relação a uma linha de centro axial por um ângulo de orelha de cubo de 39 graus. Qualquer ângulo de orelha de cubo é contemplado, e a presente invenção não está limitada a qualquer ângulo de orelha de cubo.

[0028] Preferivelmente, o conjunto impelidor 110 inclui três pás de impelidor 130, que são fixadas às três orelhas de cubo 116 por meio de parafusos usando os furos 120 que residem em tanto os chatos de pá bem como nas orelhas de cubo e são alinhados entre si, ou fixadas às orelhas de cubo por soldas, ou por outros mecanismos. Como mostrado nas figuras 1 a 10, cada pá 130 inclui uma porção de raiz ou chato 132 e uma porção calandrada 134, que termina em uma ponta 136. Uma borda guiada 138 e uma borda guia 140, e uma superfície inferior ou de bombeamento 142 e uma superfície superior ou traseira 144, são definidas na pá de impelidor 130. A porção calandrada 134 é orientada tal que ela seja geralmente côncava quando vista por cima (isto é, para configurações tendo um raio de calandragem simples, o centro do raio de calandragem tem uma localização acima das pás de impelidor como orientado na figura 1).

[0029] Cada pá de impelidor 130 tem um alto grau de enviesado para trás ou varrida para trás. Como usado aqui, o termo “enviesado” é usado convencionalmente para se referir ao grau no qual o perfil de pá visto por cima é varrido para frente ou para trás. O exemplo preferido tem enviesado para trás, tal que a ponta mais externa seja enviesada no sentido da borda guiada (isto é, na direção para baixo). A pá de impelidor 130 tem enviesado que é progressivamente maior no sentido do raio externo. Como mais bem mostrado na vista de topo da figura 2, a configuração preferida 110 gira no sentido horário para conseguir bombeamento para baixo de fluido, portanto o enviesado nesta configuração afeta o perfil visto por cima tal que as partes mais externas da pá estejam localizadas anti- horário a partir das partes mais internas da pá.

[0030] O impelidor 110 tem um ângulo de ataque para frente. Como usado aqui, o termo “ângulo de ataque” é usado convencionalmente para se referir a uma inclinação da geometria de pá 130, neste caso para frente afastando-se do cubo central 112 (isto é, as pás 130 são salientes para longe do cubo 112, o cubo 112 preferivelmente estando na extremidade mais afastada do eixo de acionamento).

[0031] As pás de impelidor 130 têm uma curvatura que é definida por pelo menos um raio de calandragem tendo um centro que está acima da pá como orientada nas figuras 1 e 2. Preferivelmente, as pás de impelidor 130 têm um único raio de calandragem R1, como descrito mais completamente abaixo. Os inventores resumem que é vantajoso escolher uma configuração de raio de calandragem e um formato de pá de impelidor tal que o ângulo de pá da borda guiada em uma dada posição radial R com relação a um plano horizontal e tangente a um cilindro cujo raio é R e cujo centro é coincidente com o eixo geométrico do cubo de rotação se conforme com o ângulo de uma hélice pura de um dado passo, passo definido do modo tradicional, cujo centro fica no eixo geométrico de rotação de cubo na mesma posição radial R, tangente a um cilindro posicionado similarmente de raio R e também com relação ao plano horizontal. Uma alternativa para o raio de calandragem simples é uma série de flexões ou quebras espaçadas à parte ao longo do comprimento da pá 130. A este respeito, várias flexões ou quebras podem imitar um raio de calandragem simples. Adicionalmente, a presente invenção não está limitada a configurações nas quais o raio de calandragem (sempre criado suavemente ou com quebras ou flexões discretas) é constante a menos que especificamente citado nas reivindicações.

[0032] A presente invenção não está limitada a parâmetros particulares, tais como parâmetros de calandragem de pá, ângulos de pá, dimensões, formatos helicoidais, e similares, divulgados aqui. Por exemplo, a presente invenção abrange uma pá de impelidor tendo um raio de calandragem simples, um raio de calandragem simples que é formado não por calandragem mas ao invés por múltiplas quebras ou flexões (e os inventores pretendem que os termos “calandragem” e “raio de calandragem” abranjam configurações de pás formadas por calandragem ou configurações similares formadas por flexão ou quebra), e múltiplos raios de calandragem, independente de como formados. À presente invenção deve ser proporcionado o benefício completo do escopo das reivindicações.

[0033] Teoricamente, uma hélice geométrica pura pode ser preferida, mas a eficiência da fabricação e considerações práticas produzem desvios a partir de uma hélice aceitável. A invenção reivindicada imita ou aproxima as propriedades de uma hélice só em sua borda guiada. A este respeito, mesmo em configurações nas quais um passo constante for desejado, uma razão de passo para diâmetro medida em incrementos de 10 graus de raio (isto é, quando visto por cima, incrementos de visão da dimensão radial), a razão de passo para diâmetro pode variar até e incluindo cerca de 20 por cento a partir da razão média de passo para diâmetro, preferivelmente não mais que cerca de 15 por cento, e o mais preferivelmente não mais que cerca de 10 por cento de uma razão média de passo para diâmetro. O parâmetro de razão de passo para diâmetro é usado para normalizar o parâmetro de passo e para descrever as limitações preferidas sobre a variabilidade de passo.

[0034] Com relação à magnitude do passo, que é normalizado para diâmetro para prover parâmetros do passo através de uma família de tamanhos de impelidor, o impelidor 110 preferivelmente tem uma razão de passo para diâmetro de aproximadamente 0,2 a 5,0, mais preferivelmente uma razão de passo para diâmetro de aproximadamente 0,3 a 2,0, mais preferivelmente aproximadamente 0,4 a 0,8, mais preferivelmente aproximadamente 0,5 a 0,7, e na configuração preferida mostrada nas figuras uma razão de passo para diâmetro de aproximadamente 0,6. Os valores para razão de passo para diâmetro são, como descrito acima, médios. Se um passo médio tiver que ser medido, o passo pode ser calculado a partir do passo medido em incrementos de 10 por cento do raio e então a média calculada aritmeticamente. A presente invenção não está limitada a qualquer tamanho de impelidor, mas preferivelmente o impelidor 110 tem um diâmetro entre aproximadamente 60,96 cm (24 polegadas) e 304,80 cm (120 polegadas).

[0035] Preferivelmente, a borda guiada da pá, em cada raio particular em consideração, pode ser produzida para se conformar com o ângulo desejado por meio de manipulação dos parâmetros de projeto de calandragem para aproximadamente igual ao arcotangente do passo desejado dividido pela quantidade ((2)(pi)(o raio em consideração)). O termo “passo” a este respeito é usado convencionalmente para significar a distância que uma hélice helicoidal pura “se rosqueará” em um fluido durante uma rotação completa de 360 graus da hélice assumindo deslizamento zero da hélice com relação ao fluido.

[0036] Os inventores determinaram que o impelidor 110 tem atributos que resultam em performance significativa antifragmentação. A este respeito, o impelidor 110 devido a parte de ou toda(s) sua(s) curvatura(s), à configuração de encaixe de forma entre orelhas de cubo 16 e porções chatas planas 132, e ao uso fixadores de perfil baixo ou embutido ou liso tende a ter acúmulo diminuído de material fibroso em, por exemplo, aplicações de águas de resíduos.

[0037] As pás 130 também são relativamente finas. As pás de impelidor 130 formando um diâmetro de impelidor de 246,38 cm (97 polegadas) preferivelmente têm uma espessura de 0,95 cm (0,375 polegada) e são formadas a partir de aço de componentes escolhidos de acordo com parâmetros bem conhecidos. A este respeito, a espessura de lâmina pode ser escolhida para balancear o estresse de pá relacionado com gravidade (a gravidade atua para baixo) contra o empuxo para cima atuando contra uma pá bombeando para baixo. Por exemplo, um ponto de otimização teórico pode ser uma pá cujo estresse induzido por gravidade em descanso seja igual e oposto aos estresses induzidos por processo permitindo uma pá teoricamente perfeitamente otimizada para ter estresse de flexão zero enquanto em operação. Alternativamente, um outro ponto de otimização teórico seria escolher cargas operacionais aproximadamente o dobro daquela da gravidade tal que durante a operação a pá se flexionará além do ponto neutro e residirá em um particular estresse de design especificado. Outros métodos de cálculo podem ser usados.

[0038] A configuração preferida de impelidor 110 divulgado aqui é um impelidor de eficiência muito alta que tem Número de Potência Np = 0,15 e Número de Fluxo Nq = 0,54. Ambos os números foram medidos na escala de laboratório. O Número de Potência foi determinado por medição de torque de agitação e o Número de Fluxo foi determinado por PIV (Velocimetria de Imagem de Partículas a Laser) de incorporação. Os dados dos inventores mostram que o impelidor preferido descrito aqui produz fluxo significativamente melhorado por kW de energia investido na agitação, tal como 1,7 a 2,0 vezes mais fluxo por kW de energia, que configurações dos impelidores mostrados na patente dos Estados Unidos de número 5.297.938 (Von Essen e outros), patente dos Estados Unidos de número 4,468.130 (Weetman e outros), e patente dos Estados Unidos de número 5.052.092 (Fasano e outros).

[0039] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, um método para formar o impelidor 110 inclui cortar um blanque a partir de uma chapa ou placa de metal e seletivamente calandrar uma porção do blanque em uma calandra convencional de metal. Referindo-se à figura 11, um blanque 30 é formado de uma placa de aço ou liga. As dimensões (que são providas em relação ao diâmetro externo D do impelidor 110) e etapas para produzir o blanque 30 e deformar o blanque 30 para produzir a pá de impelidor 130 podem ser escolhidas para conseguir a configuração do impelidor 130 descrito aqui.

[0040] O blanque 30 inclui uma borda curva interna 38 e uma borda curva externa 40. Preferivelmente, a curva 38 corresponde a uma borda guiada 138 e a curva 40 corresponde à borda guia 140 do impelidor acabado 130. Uma ponta 36 do blanque 30 é arredondada. A pá 30 inclui um chato de raiz plano 32.

[0041] As dimensões do blanque 30 são escolhidas para conseguir a configuração desejada de impelidor 130. Consequentemente, as dimensões são providas para ilustrar dimensões preferidas de impelidor 130, e as dimensões do blanque 30 podem ser calculadas para conseguir o formato desejado do impelidor acabado 130. Software de CAD comercialmente disponível é útil para calcular o formato do blanque 30 a partir da configuração desejada de impelidor 130. Como mostrado nas figuras, a borda guiada 138 e borda guia 140 têm raios R3 e R2 de 0,225D e 0,275D, como ilustrado nas figuras 4 e 5. O raio R2 tem um centro C0 tendo coordenadas x- z de zero e Z3 de 0,225D quando a origem a partir da qual as dimensões x e z são medidas é definida com ao linha de centro axial do impelidor. O raio R3 tem um centro C1 tendo coordenadas x-z, X1,Z2 de 0,072D e 0,225D.

[0042] Portanto o blanque 30, e pá 130, têm um formato crescente que é alongado. Preferivelmente, a diferença entre a curva 140 e a curva 138 (que é um aspecto para definir a configuração alongada) tem entre 0,025 e 0,1 do diâmetro do impelidor, mais preferivelmente, entre 0,04 e 0,06 do diâmetro do impelidor, e preferivelmente aproximadamente 0,05 do diâmetro do impelidor (isto é, 0,275D menos 0,225D).

[0043] As figuras 3, 7, e 8 ilustram um ponto C2, que fica no plano y-z e é um ponto no eixo geométrico de calandragem. As coordenadas x, y, z do ponto C2 em relação à origem são zero, Y4 de 0,518D, e Z1 de 0,544D. O ângulo do eixo geométrico de calandragem projetado sobre o plano x-y (A2 na figura7) tem 17,6 graus, sobre o plano x-z (A1 na figura 3) tem 21,4 graus, e sobre o plano y-z (A3 na figura 8) tem 39,0 graus. Como mostrado no blanque 30 da figura 11, o ângulo A é a posição do ângulo de calandragem aplicado ao blanque 30. O ângulo A da placa plana pode ser calculado de volta a partir dos ângulos de componentes, e mudará dependendo da configuração de orelha de cubo, orientação de furo de parafuso, ângulo de hélice desejado, e outros parâmetros. O comprimento do chato plano 132 pode ser determinado por considerações estruturais e práticas, tal como espaço requerido para um padrão desejado de parafuso.

[0044] A ponta 136 preferivelmente é definida por um tipo de curva de ordem superior (exponencial). A particular curvatura na configuração mostrada na figuras foi conseguida primeiro desenhando as bodas guia e guiada, que são arcos simples, desenhando o arco circular que é o DE, e então usando um tipo de curva para produzir uma curva que foi escolhida para determinar a geometria final da ponta. Ferramentas de CAD comerciais, tais como providas por software Pro-E, foram empregadas. Os parâmetros da configuração de ponta incluem que a ponta seja tangente ao DE e ao arco de borda guiada e sua altura circunferencial. Refinamentos para a ponta podem ser produzidos, de acordo com parâmetros conhecidos.

[0045] A presente invenção não está limitada a um único raio

Claims

1. Impelidor antifragmentação, compreendendo:- um cubo (112); e- várias pás alongadas (130) se estendendo a partir do cubo (112), cada uma das pás (130) sendo formada de metal em chapa e tendo uma borda guia curva (140), uma borda guiada curva (138), e um raio de calandragem (R1), caracterizado pelo fato de cada uma das pás alongadas (130) ter uma borda guiada (138) que define uma hélice.

2. Impelidor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada uma das pás (130) ter uma inclinação para trás.

3. Impelidor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de cada uma das pás (130) ter um ângulo de ataque para frente.

4. Impelidor, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o raio de calandragem (R1) ser definido por um raio constante, único.

5. Impelidor, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o raio de calandragem (R1) ser formato por quebras discretas.

6. Impelidor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada uma das pás (130) ter uma porção de raiz plana.

7. Impelidor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o raio de calandragem (R1) ser entre 1,25 e 0,375 do diâmetro do impelidor.

8. Impelidor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o raio de calandragem (R1) ser entre 0,9 e 0,5 do diâmetro do impelidor.

9. Impelidor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o raio de calandragem (R1) ser entre 0,8 e 0,7 do diâmetro do impelidor.

10. Impelidor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o raio de calandragem (R1) ser 0,75 do diâmetro do impelidor.

11. Impelidor, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a hélice definida pela borda guiada (138) de cada uma das pás alongadas (130) do impelidor (110) ter uma razão de passo para diâmetro de 0,2 a 5,0.

12. Impelidor, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a hélice definida pela borda guiada (138) de cada uma das pás alongadas (130) do impelidor (110) ter uma razão de passo para diâmetro de 0,4 a 0,8.

13. Impelidor, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a hélice definida pela borda guiada (138) de cada uma das pás alongadas (130) do impelidor (110) ter uma razão de passo para diâmetro de 0,7 a 0,5.

14. Impelidor, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a hélice definida pela borda guiada (138) de cada uma das pás alongadas (130) do impelidor (110) ter uma razão de passo para diâmetro de 0,6.

15. Impelidor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a razão de passo para diâmetro variar não mais que 20 por cento a partir de uma razão média de passo para diâmetro.

16. Impelidor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a razão de passo para diâmetro variar não mais que 15 por cento a partir de uma razão média de passo para diâmetro.

17. Impelidor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a razão de passo para diâmetro variar não mais que 10 por cento a partir de uma razão média de passo para diâmetro.

18. Impelidor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o impelidor (110) ter um diâmetro entre 60,96 cm (24 polegadas) e 304,80 cm (120 polegadas).

19. Impelidor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o impelidor (110) ser conectado ao cubo (112) por fixadores através de uma porção de raiz (132) da pá (130) e uma placa (116).

20. Impelidor, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de cabeças dos fixadores ficarem embutidas para reforçar as propriedades antifragmentação e os fixadores poderem engatar roscas cônicas na base de pá tal que porcas separadas, que podem coletar fragmentos, sejam eliminadas.

21. Impelidor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma largura máxima da pá de impelidor ser entre 0,025 e 0,1 do diâmetro do impelidor.

22. Impelidor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma largura máxima da pá de impelidor ser entre 0,04 e 0,06 do diâmetro do impelidor.

23. Impelidor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma largura máxima da pá de impelidor ser 0,05 do diâmetro de impelidor.

24. Impelidor, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de o impelidor (110) ter uma curva interna e uma curva externa tal que a largura da pá de impelidor se afunile em cada extremidade.

25. Método para formar um impelidor antifragmentação, compreendendo as etapas de:- prover um blanque de pá de impelidor curva (30) formada de um metal de chapa plana, o blanque (30) tendo uma curva interna (38), uma curva externa (40), uma ponta (36) e uma raiz (32); - calandrar pelo menos uma porção do blanque (30) para formar uma pá de impelidor (130) na qual a curva interna (38) forma uma borda guiada de impelidor (138) e a curva externa (40) forma a borda guia de impelidor (140); e- montar uma pluralidade de pás de impelidor (130) em um impelidor (110), caracterizado pelo fato de a borda guiada (138) formar uma hélice.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de a etapa de calandragem ser uma etapa de calandragem única que produz um raio de rolagem simples.

27. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de a etapa de calandragem ser várias etapas de curvatura.

28. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de o raio de calandragem ser entre 1,0 e 0,33 do diâmetro do impelidor.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de do raio de calandragem ser entre 0,9 e 0,5 o diâmetro do impelidor.

30. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de o raio de calandragem ser entre 0,8 e 0,7 do diâmetro do impelidor.

31. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de o raio de calandragem ser 0,75 do diâmetro do impelidor.