BR112017022010B1

BR112017022010B1 - Sistema de proteção de selo mecânico de bomba centrífuga

Info

Publication number: BR112017022010B1
Application number: BR112017022010-5A
Authority: BR
Inventors: Gabriel Roberto De Oliveira; Paulo Renato Zimmermann; Heber Castro Da Silva
Original assignee: Franklin Electric Industria De Motobombas S.A.
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2022-09-20
Also published as: MX2017013221A; CO2017010085A2; WO2016164992A1; BR112017022010A2

Abstract

SISTEMA DE PROTEÇÃO DE SELO MECÂNICO DE BOMBA CENTRÍFUGA. A presente invenção refere-se a um sistema de proteção (1) do selo mecânico de bombas centrífugas (B) para bombear fluídos/líquidos contendo sólidos, tais como resíduos de esgoto. A bomba (B) é acoplada a um motor (M) e dotada de um rotor (2) que possui um cubo central (25) de acoplamento de um eixo (M1) do dito motor (M). Ainda, dita bomba (B) é dotada de uma tampa (3) fixada na carcaça superior (B2) da bomba (B), de maneira a definir uma câmara (4) de enclausuramento do selo mecânico (S), sendo tal câmara (4) destinada a ser preenchida por um fluído (não ilustrado), tal como óleo. O sistema (1) de proteção do selo mecânico (S) da presente invenção, é constituído de uma primeira região (10) de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos, formada por nervuras radiais (22), e de uma segunda região (11) de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos, formada pela associação de um anel dinâmico (20) cooperante com um anel estático (30).

Description

[01] A presente invenção refere-se a um sistema de proteção do selo mecânico de bombas centrífugas utilizadas para bombear fluídos/líquidos contendo sólidos, o qual foi desenvolvido para limitar a entrada de resíduos sólidos na região onde o selo mecânico está alojado, sendo que a passagem de resíduos sólidos é impedida por um conjunto de elementos responsáveis por cisalhar e expulsar os resíduos sólidos. O selo mecânico é muito utilizado em bombas centrífugas como meio de vedação para evitar que o liquido bombeado entre na parte interna do motor.

Histórico da Invenção

[02] São conhecidos do homem da técnica bombas centrífugas para o bombeamento de líquidos contendo resíduos sólidos, as quais basicamente compreendem uma carcaça dotada de um bocal de entrada e de um bocal de saída, um rotor impulsionado por um eixo acionado por um motor, uma câmara de selagem de um selo mecânico convenientemente posicionado e alojado entre a carcaça da bomba e a carcaça do motor. O rotor dessas bombas normalmente é dotado de palhetas prolongadas e configuradas de modo a garantir a eficiência do bombeamento desses líquidos contendo sólidos.

[03] Durante o funcionamento dessas bombas, os líquidos com resíduos sólidos de diferentes dimensões entram na bomba através do bocal de entrada/ sucção, por meio da movimentação do rotor. Assim, as palhetas prolongadas do rotor permitem a movimentação dos líquidos, juntamente com os resíduos sólidos, de maneira a direcioná-los para uma abertura de saída/descarga da bomba.

[04] Apesar do rotor compreender palhetas prolongadas para direcionar os líquidos contendo sólidos para uma tubulação de saída, esses modelos de bombas não compreendem meios de proteção do selo mecânico que possam dificultar/impedir a passagem dos resíduos sólidos até a região posterior do rotor e até o eixo do motor que é acoplado ao rotor da bomba. Dessa forma o selo mecânico fica vulnerável aos resíduos e materiais diversos que circulam no interior da bomba, o qual é facilmente danificado pelo seu contato com esses resíduos diversos, tal como estopas, que podem se enroscar/enrolar no eixo do motor, levando a perdas de rendimento, além de danos no selo mecânico que poderá ocasionar a queima do motor através no vazamento dos líquidos para o interior do motor.

[05] Ainda, outros modelos de bombas se utilizam de câmaras de proteção do selo mecânico. Porém, de maneira desvantajosa, essas bombas não conseguem impedir que, eventualmente, resíduos alcancem sua câmara de proteção, a qual é vulnerável na região pela qual a mesma é atravessada pelo eixo do motor da bomba, resultando em danos no selo mecânico.

[06] Um exemplo dessas bombas centrífugas para o bombeamento de líquidos contendo resíduos sólidos que buscam impedir a passagem de resíduos sólidos até a câmara de selagem da bomba é apresentado pelo documento de patente US2649050, originalmente intitulado “CENTRIFUGAL PUMP”, que descreve uma bomba centrífuga que compreende um rotor, o qual é dotado de lâminas em sua face posterior e também de um anel dinâmico, cercado por um anel estático disposto na carcaça da bomba. Tais lâminas dispostas na região posterior do rotor têm por objetivo evitar que sólidos, especificamente látex, sejam direcionados para a região da câmara de selagem da bomba. Além disso, a movimentação do anel dinâmico em relação ao anel estático tem por objetivo cisalhar e expulsar os sólidos que, eventualmente, passem pelas lâminas dispostas na região posterior do rotor.

[07] Porém, as dimensões dessas lâminas proporcionam uma grande área de contato das mesmas com os fluídos que se alojam na região posterior do rotor. Assim, a movimentação dessas lâminas, juntamente com o rotor, resulta no deslocamento de um grande volume de fluídos, o que prejudica o rendimento da bomba e não causa cisalhamento dos sólidos contidos nesses fluídos, pois esses sólidos acabam por simplesmente seguir o fluxo dos fluídos gerado pela movimentação do rotor.

[08] Ainda, a disposição radial de maneira concordante entre si e o formato contínuo das extremidades de corte dos anéis estático e dinâmico prejudicam a geração de uma turbulência com forças exercidas em diferentes sentidos e direções, pois cria um fluxo de direção e sentido únicos, os quais acompanham a direção e o sentido de rotação do próprio rotor. Dessa forma, esses anéis não são eficazes no cisalhamento e expulsão dos sólidos, podendo, inclusive, direcioná-los até a região da câmara de selagem da bomba e enroscá-los entre o rotor e a carcaça da bomba, prejudicando seu rendimento ou até danificando-a. o que pode causar problemas de manutenção e prejudicar o torque de partida.

[09] Além disso, quando a bomba está desligada, os resíduos sólidos podem se alocar entre os anéis estático e dinâmico. Assim, em função da baixa eficiência na fragmentação e expulsão dos resíduos sólidos por parte desses anéis, quando a bomba é religada, há uma dificuldade ainda maior na fragmentação e expulsão dos resíduos sólidos, podendo causar danos na bomba pelo enroscamento dos resíduos sólidos atrás do rotor.

[010] Visando solucionar esses inconvenientes, a presente invenção propõe um sistema de proteção do selo mecânico de bombas centrífugas utilizadas para bombear fluídos/líquidos contendo sólidos, o qual foi desenvolvido para dificultar/impedir a passagem de resíduos sólidos até regiões que prejudiquem o rendimento da bomba, ou resultem em necessidade de manutenção.

[011] É também um objetivo da presente invenção prover um sistema de proteção do selo mecânico de bombas centrífugas dotado de um rotor capaz de criar regiões de turbulência, as quais dificultam/impedem a passagem de resíduos sólidos entre a região posterior do rotor e de uma tampa posterior da carcaça da bomba cooperantes entre si.

[012] É outro objetivo da presente invenção um sistema de proteção do selo mecânico de bombas centrífugas dotado de regiões de cisalhamento de resíduos sólidos, as quais são dispostas entre a região posterior desse rotor e a tampa posterior da carcaça da bomba.

[013] Vantajosamente, a presente invenção apresenta um sistema de proteção do selo mecânico, o qual garante melhor rendimento, além de proteger eficazmente o selo mecânico e consequentemente o motor da bomba, evitando manutenções desnecessárias.

Breve descrição da invenção

[014] A presente invenção refere-se a um sistema de proteção do selo mecânico de bombas centrífugas para bombear fluídos/líquidos contendo sólidos, tais como resíduos de esgoto, sendo tal bomba acoplada a um motor e dotada de um rotor cujo cubo central é acoplado a um eixo do motor. Ainda, dita bomba é dotada de uma tampa posterior fixada na carcaça superior da bomba, de maneira a definir uma câmara de enclausuramento do selo mecânico, a qual é preenchida por um fluído tal como óleo.

[015] Tal sistema de proteção do selo mecânico é constituído de uma primeira região de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos, formada por nervuras radiais dispostas na face posterior do rotor, e de uma segunda região de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos, formada pela associação entre um anel dinâmico cooperante com um anel estático. Assim, dito anel dinâmico é disposto em uma posição intermediária da face posterior do rotor, enquanto que o referido anel estático é disposto em uma posição intermediária da face anterior da tampa, de maneira que a turbulência gerada pela movimentação relativa entre as projeções dos anéis seja mais intensa nessa região intermediária e não se estenda até o eixo e o cubo central, protegendo o anel de vedação e o selo mecânico contra eventuais fragmentos de resíduos sólidos cisalhados, os quais são acelerados na região de turbulência.

[016] A fim de melhor elucidar o presente sistema de proteção de selo mecânico de bombas centrífugas, são apresentadas a seguir figuras esquemáticas de uma realização particular da invenção, cujas dimensões e proporções não são necessariamente as reais, pois as figuras têm apenas a finalidade de apresentar didaticamente seus diversos aspectos, cuja abrangência de proteção está determinada apenas pelo escopo das reivindicações anexas.

Breve descrição dos desenhos

[017] O sistema de proteção de selo mecânico para bombas centrífugas será descrito a seguir com base nos desenhos em anexo, nos quais:

[018] - a figura 1 representa uma vista em corte de um exemplo de configuração de uma bomba (B), para aplicação do sistema (1) da presente invenção;

[019] - a figura 1A representa uma vista ampliada do detalhe A da figura 1, evidenciando o sistema (1), de proteção de um selo (S), da presente invenção;

[020] - a figura 2 representa uma vista explodida, em perspectiva superior, da bomba (B), evidenciando o rotor (2), da presente invenção; e,

[021] - a figura 3 representa uma vista explodida, em perspectiva inferior, da bomba (B), evidenciando a tampa (3), da presente invenção.

Descrição detalhada da invenção

[022] Como ilustrado nos desenhos em anexo, a presente invenção refere-se a um sistema (1) de proteção para selo mecânico (S) de bomba centrífuga (B) para bombear líquidos contendo sólidos, tais como resíduos de esgoto, sendo tal bomba (B) acoplada a um motor (M).

[023] Conforme ilustrado pelas figuras 1, 2 e 3, a bomba (B) é dotada de um corpo (B1) fechado por uma carcaça superior (B2) e por uma tampa inferior (B3), de maneira que tal corpo (B1) abrigue um rotor (2), o qual é dotado de um cubo central (25) acoplado a um eixo (M1) do dito motor (M). Ainda, dita bomba (B) é dotada de uma tampa (3) fixada na carcaça superior (B2), de maneira a definir uma câmara (4) de enclausuramento do selo mecânico (S), o qual é convenientemente posicionado entre a bomba (B) e o motor (M).

[024] Conforme ilustrado pelas figuras 2 e 3, dito rotor (2) compreende um anel dinâmico (20), disposto na face radial anelar (21) do rotor (2) e dotado de uma pluralidade de projeções (200) espaçadas entre si, enquanto que a tampa (3) compreende um anel estático (30), disposto na face anelar oposta (31) da tampa (3) e dotado de uma pluralidade de projeções (300) espaçadas entre si.

[025] Dessa forma, conforme ilustrado pelas figuras 1 e 1A, o referido sistema (1) de proteção do selo mecânico (S) é constituído de uma primeira região (10) de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos, configurada pela face radial anelar (21), a partir da qual se projeta uma pluralidade de nervuras radiais (22), intercaladas entre si e posicionadas a partir da borda externa (24) do rotor (2); e de uma segunda região (11) de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos, configurada pela combinação do anel dinâmico (20) disposto em uma posição intermediária em relação a face radial anelar (21), afastado do cubo central (25) e posicionado de maneira cooperante com o anel estático (30), disposto em uma posição intermediária da face anelar oposta (31) da tampa (3).

[026] Assim, ditos anel dinâmico (20) e anel estático (30) são dispostos um contra o outro, sendo preferencialmente minimamente afastados entre si, de maneira que o anel dinâmico (20) sofra o mesmo movimento de rotação do rotor (2). Dessa maneira, os espaços existentes entre as projeções (200 e 300) dos anéis (20 e 30) permitem a passagem dos líquidos/fluídos movimentados pela rotação do rotor (2), gerando turbulência na segunda região (11) de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos, dificultando a passagem de resíduos sólidos em direção ao selo mecânico (S) através da região em que o eixo (M1) atravessa a tampa (3). De maneira análoga, as ditas nervuras radiais (22) também acompanham o mesmo movimento de rotação do rotor (2), ampliando a turbulência gerada na segunda região (11) até a primeira região (10) de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos. Além disso, tais nervuras radiais (22) ainda atuam como raspador de resíduos que eventualmente entrem nessa primeira região (10), expulsando-os centrifugamente.

[027] Ainda, a movimentação relativa entre as ditas projeções (200 e 300) resulta no cisalhamento dos resíduos sólidos que chegam até a dita segunda região (11) de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos, de maneira a garantir que nenhum resíduo sólido de tamanho considerável se encaminhe em direção ao selo mecânico (S).

[028] Conforme ilustrado pelas figuras 1 e 1A, dita bomba (B) é dotada ainda de um anel de vedação (5), preferencialmente do tipo v’ring, encaixado ao redor do eixo (M1) sob pressão, entre o cubo central (25) do rotor (2) e a tampa (3), de maneira a evitar a passagem de líquidos até o selo mecânico (S).

[029] A câmara (4) é destinada a ser preenchida por um fluído, tal como óleo, de maneira que parte do referido selo mecânico (S) fique submerso nesse fluído, no interior da câmara (4), a qual é responsável pela refrigeração e lubrificação do selo mecânico (S). Ainda, a câmara (4) de enclausuramento do selo mecânico (S) é preferencialmente dotada de um sensor de umidade (não ilustrado), o qual tem a função de detectar eventual entrada de líquidos, através de uma extremidade do selo mecânico (S) caso o anel de vedação (5) seja danificado.

[030] Assim, caso ocorra algum vazamento de líquidos através do anel de vedação (5) e também pelo selo mecânico (S), o sensor detecta a presença de umidade e promove o desligamento do conjunto motobomba visando proteger o motor, bem como informar que a mesma necessita de manutenção.

[031] De maneira preferencial, dito anel dinâmico (20) é disposto em uma posição intermediária da face radial anelar (21) do rotor (2), enquanto que o referido anel estático (30) é disposto em uma posição intermediária da face anelar oposta (31) da tampa (3), de maneira que a turbulência gerada pela movimentação relativa entre as projeções (200 e 300) dos anéis (20 e 30) seja mais intensa nessa região intermediária e não se estenda até o eixo (M1) e o cubo central (25), protegendo o anel de vedação (5) e o selo mecânico (S) contra eventuais fragmentos de resíduos sólidos cisalhados pelas ditas projeções (200 e 300), os quais são acelerados na região de turbulência.

[032] Conforme ilustrado pela figura 1 e 1A, o posicionamento do rotor (2) em relação à tampa (3) ocorre de maneira que a distância entre o rotor (2) e a tampa (3) seja a mínima possível para que os anéis (20 e 30) trabalhem de forma cooperante quando da movimentação do rotor (2). Assim, a própria distância reduzida entre o rotor (2) e a tampa (3) torna-se um limitante para a entrada de resíduos sólidos entre o rotor (2) e a tampa (3), de maneira que somente os resíduos de menores dimensões estejam aptos a entrarem na primeira região (10) de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos.

[033] De maneira preferencial, conforme ilustrado pela figura 2, a referida tampa inferior (B3) da bomba (B) possui uma região interna escalonada (B30), responsável por facilitar a fragmentação de resíduos sólidos conforme a rotação do rotor (2), quando tais resíduos sólidos são naturalmente acelerados na direção dessa região interna escalonada (B30).

[034] Deve ser levado em consideração por especialistas na área que podem ser realizadas alterações aos exemplos de realização descritos acima sem se desviar do conceito inventivo geral dos mesmos. É compreendido, consequentemente, que a invenção não está limitada aos exemplos de realização específicos aqui descritos, mas tem como objetivo abranger as modificações dentro do escopo de proteção da mesma, como definido nas reivindicações em anexo.

Claims

1. SISTEMA DE PROTEÇÃO DE SELO MECÂNICO DE BOMBA CENTRÍFUGA, sendo a bomba (B) dotada de um rotor (2), com um cubo central (25), e de uma câmara (4) de enclausuramento do selo mecânico (S) preenchida com fluído e fechada por uma tampa (3), caracterizado por compreender uma primeira região (10) de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos, configurada por uma face radial anelar (21), a partir da qual se projeta uma pluralidade de nervuras radiais (22), intercaladas entre si e posicionadas a partir da borda externa (24) do rotor (2); e de uma segunda região (11) de expulsão e fragmentação dos resíduos sólidos, configurada pela combinação de um anel dinâmico (20) disposto em uma posição intermediária em relação a face radial anelar (21), afastado do cubo central (25) e posicionado de maneira cooperante com um anel estático (30), disposto em uma posição intermediária da face anelar oposta (31) da tampa (3).

2. SISTEMA DE PROTEÇÃO DE SELO MECÂNICO DE BOMBA CENTRÍFUGA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do anel dinâmico (20) ser dotado de uma pluralidade de projeções (200) espaçadas entre si; do anel estático (30) ser dotado de uma pluralidade de projeções (300) espaçadas entre si.

3. SISTEMA DE PROTEÇÃO DE SELO MECÂNICO DE BOMBA CENTRÍFUGA, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por compreender entre o rotor (2) e a tampa (3) um anel de vedação (5) do tipo v’ring, encaixado ao redor do eixo (M1) sob pressão.