BR112020001096A2 - bomba rotativa - Google Patents

Abstract

Uma bomba rotativa que compreende um alojamento 1 que define uma câmara anular com portas de entrada e de saída 12:11, um diafragma anular flexível 3 que forma um lado da câmara afastada de e oposta a uma parede anular do alojamento 1, e uma partição 13 que se estende através da câmara. O diafragma 3 compreende uma superfície externa que engata a parede anular do alojamento 1, e uma superfície interna oposta à primeira superfície, em que a superfície externa é configurada para ser progressivamente prensada contra a parede oposta do alojamento 1, por um meio rotativo, para forçar o fluido em torno da câmara. A bomba rotativa também compreende um anel de reforço 4 que circunda o meio rotativo, e que compreende uma porção embutida 30, embutida em uma porção interna de uma região central do diafragma 3, e uma porção de suporte 34 que tem uma superfície voltada radialmente para fora 35, que suporta e é voltada para a superfície interna do diafragma 3 adjacente ao anel de reforço 4 durante a operação da bomba rotativa.

Description

BOMBA ROTATIVA

[001] A presente invenção refere-se a uma bomba de deslocamento positiva com diafragma rotativo.

[002] Tal bomba é descrita na nossa própria patente anterior EP0819853.

[003] Tal bomba rotativa compreende um alojamento que define uma câmara anular com portas de entrada e de saída afastadas separadamente em torno da câmara, um diafragma anular flexível que forma um lado da câmara afastado oposto a uma parede anular do alojamento, o diafragma sendo vedado em suas bordas ao alojamento, uma partição que se estende através da câmara a partir de um local entre as portas de entrada e saída até o diafragma; em que o diafragma é configurado para ser progressivamente prensado contra a parede oposta do alojamento para forçar o fluido extraído na porta de entrada em um lado da partição em torno da câmara e para expelir o mesmo na porta de saída no outro lado da partição.

[004] Em EP0819853, nós adicionamos um anel de reforço ao diafragma a fim de adicionar rigidez a uma porção central do diafragma de modo que possa lidar com cargas maiores e prolongar o tempo de vida útil da bomba.

[005] A bomba tem sido bem sucedida comercialmente em aplicações tais como análise médica e distribuição de água. Todas essas aplicações são em uma pressão relativamente baixa (tipicamente abaixo de 200kPam, mas mais normalmente abaixo de 100kPa). Entretanto, o projeto atual da bomba tem uma vida útil mais limitada.

[006] A presente invenção é direcionada a uma versão modificada da bomba para permitir que opere de modo mais confiável em pressões maiores por um período de tempo mais longo.

[007] De acordo com a presente invenção, é provida uma bomba rotativa como definida na reivindicação 1.

[008] A presença da porção de suporte com uma superfície voltada radialmente para fora, que está voltada e que suporta a superfície interna do diafragma provê suporte melhorado para o diafragma particularmente quando o diafragma está em sua posição radialmente mais interna, de modo que a extrusão para dentro do diafragma nesta região é impedida pela porção de suporte.

[009] Essa porção de suporte pode ser usada caso a bomba seja provida com um mancal rotativo ou não. Entretanto, preferivelmente, um mancal rotativo é provido entre os meios rotativos e o anel de reforço. Neste caso, a face interna do anel de reforço preferivelmente engata ao longo da face completa do mancal externo. Isso provê um suporte mais robusto para o mancal se comparado ao do EP0819853, no qual o mancal fica parcialmente em contato com o diafragma. Mais preferivelmente, a face interna do anel de reforço que é voltada para o rolamento é mais longa na direção do eixo de rotação do que a face externa do rolamento. Novamente, isso provê um anel de reforço mais robusto se comparado ao da EP0819853, o qual tem uma porção estreita adjacente ao mancal, que é mais propenso a falhar ao longo do tempo.

[0010] Preferivelmente, o diafragma não está unido à superfície radialmente voltada para fora da porção de suporte. Dessa maneira, o diafragma é capaz de se mover em relação à superfície voltada radialmente para fora da porção de suporte.

[0011] Para melhorar a resistência da conexão entre a porção embutida e o diafragma, a porção embutida é preferivelmente unida à porção interna da região central do diafragma.

[0012] A configuração da bomba rotativa é preferivelmente de modo que o diafragma não gire em relação ao alojamento.

[0013] Um exemplo de uma bomba de acordo com a presente invenção será agora descrito com referência aos desenhos em anexo, nos quais: a Figura 1 é uma seção transversal da bomba em um plano perpendicular ao eixo geométrico de rotação que passa pelas portas de entrada e saída; a Figura 2 é uma porção alargada da Figura 1 mostrando a região adjacente à porta de saída; a Figura 3 é uma seção transversal em um plano axial mostrado como III - III na Figura 1, que inclui o contato da linha entre o diafragma e o alojamento; a Figura 4 mostra um detalhe da região inferior esquerda da Figura 3; a Figura 5 é uma vista lateral do diafragma; e a Figura 6 é uma vista em perspectiva ampliada do diafragma.

[0014] Conforme mostrado nas Figuras 1 e 3, uma parte tubular de um alojamento rígido 1 tem uma ranhura anular 2 que percorre pela superfície interna, que age como a câmara da bomba. Em seu estado relaxado, um diafragma flexível 3 jaz dentro da parede do alojamento deixando a ranhura livre para conter o fluido bombeado. Um anel de reforço rígido 4 é moldado dentro do diafragma e este anel fica, em todos os momentos, em contato íntimo com uma superfície externa de um mancal 5 montado por meio de um acoplamento excêntrico 6 a um eixo 7 que se estende através do e é montado no alojamento nos mancais (não mostrados). O eixo 7 é montado concentricamente com a ranhura anular, mas excentricamente com relação ao eixo geométrico 8 do alojamento 1 e é energizado por um motor (não mostrado). Se o anel de reforço não estivesse presente, o diafragma se estiraria e o desempenho seria reduzido de maneira semelhante ao experimentado com as bombas peristálticas, quando a tubulação colapsa sob vácuo.

[0015] Conforme o eixo de acionamento 7 gira, o mancal 5, o anel de reforço 4 e a porção central do diafragma 3, todos, orbitam juntos dentro do alojamento. As duas extremidades do diafragma são presas ao alojamento 1 pelas tampas 9 das extremidades, provendo uma vedação eficaz e estática à atmosfera. Como a porção central do diafragma 3 orbita em volta dentro da ranhura 2, existe um contato de linha 10 entre o diafragma e a ranhura provendo em apoio que empurra o fluido ao longo da porta de saída 11 e simultaneamente extrai o fluido para dentro por meio da porta de entrada 12. A bomba assim provê ciclos de pressão e sucção na saída e na entrada, respectivamente, que são simétricos e que variam senoidalmente. Já que o diafragma não gira em relação ao alojamento, há uma ação de deslizamento mínima entre eles e, portanto, quase nenhum desgaste.

[0016] A partir da Figura 1, pode ser visto que um outro recurso da moldagem do diafragma é uma partição elástica 13 que impede a comunicação entre as portas de saída 11 e de entrada 12. Ela é posicionada entre paredes dependentes para baixo 14, 15 que são parte o alojamento. Já que a partição é elástica, ela acomoda o movimento recíproco do diafragma enquanto mantém uma vedação de pressão estática entre ambas as portas e a atmosfera. Desta maneira, todas as funções de vedação compatíveis exigidas pela bomba são providas pela moldagem do diafragma e, já que nenhuma delas são vedações deslizantes, elas não são sujeitas a um desgaste significativo.

[0017] A descrição acima se aplica igualmente à bomba da técnica anterior de EP0189853. As modificações à presente bomba serão agora descritas.

[0018] As tampas 9 das extremidades são melhor mostradas na Figura

4. Elas têm uma primeira extremidade 20 na face mais externa da tampa de extremidade e uma segunda extremidade 21 na face mais interna. Na primeira extremidade 20 é um flange que se estende radialmente para fora 22 que prende o diafragma 3 ao alojamento 1 com a cooperação de um flange anular

23 no alojamento 1. O flange 22 é então fixado ao alojamento 1 para segurá- lo no lugar.

[0019] A tampa 9 da extremidade tem uma face externa afilada 24 que se afila para dentro e para longe da primeira extremidade 20. Essa face externa 24 suporta o diafragma 3 quando o diafragma está em sua posição radialmente mais interna, conforme mostrado no lado direito da Figura 3.

[0020] Na posição radialmente mais interna da segunda extremidade 21 há uma projeção anular 25. A presença dessa projeção 25 forma um rebaixo 26 que provê uma redução gradual no diâmetro exterior da tampa de extremidade 9 na região adjacente à segunda extremidade 21. Conforme pode ser visto a partir da Figura 4, a segunda extremidade 21 é afastada do mancal 5 por uma quantidade muito pequena criando um primeiro vão axial 27, neste caso menos que 0,4 mm, e preferivelmente 0,25 mm. Um segundo vão axial 28 está presente entre o rebaixo 26 e o anel de reforço 4. Novamente, isso é menos que 0,4 mm, e preferivelmente 0,25 mm.

[0021] Conforme ficará aparente a partir da Figura 4, a tampa de extremidade 9 fica localizada por engate com o flange 22 contra o diafragma flexível 3. Em vista do vão muito pequeno referido acima, o flange 22 não pode supercomprimir o diafragma 3, a não ser que a tampa de extremidade 9 se apoie contra o anel de reforço 4 e mancal 5. Isso garante que a tampa de extremidade 9 em qualquer extremidade do conjunto pode ser inserido consistentemente enquanto ambas as tampas de extremidade comprimem o diafragma 3 à mesma quantidade limitada.

[0022] A natureza pequena do segundo vão 28 também garante que há apenas uma região muito pequena do diafragma 3 comprimível que permanece não suportada conforme o diafragma 3 é pressionado contra a tampa de extremidade 9 (como mostrado no lado direito da Figura 3). Nesta posição, a face externa oposta ao diafragma está recebendo a pressão total dentro da câmara de bomba e isso tenderia a extrusar o material de diafragma em qualquer região suportada no lado oposto. A natureza muito pequena deste vão 28 significativamente limita o potencial para extrusão do diafragma 3, mesmo quando a pressão na câmara de bomba é aumentada.

[0023] O anel de reforço 4 tem um formato modificado, conforme mostrado melhor nas Figuras 3 e 4.

[0024] Isso compreende uma porção embutida 30 formando a porção radialmente mais externa do anel 4 e uma porção de suporte 31 que forma a porção radialmente mais interna do anel 4. A porção embutida 30 tem uma configuração crenulada, neste caso consistindo em quatro cristas anulares que, em seção transversal, tem uma configuração curva que é desprovida de quinas pontudas. Isso é para evitar quaisquer concentrações de tensão no anel 4. Essas crenulações são projetadas para prover uma área de superfície larga dentro de uma região axial relativamente limitada. O diafragma 3 é formado como uma sobremoldagem no anel 4 e a presença das crenulações maximiza a área de superfície para ligação entre os dois. O número relativamente grande de anéis 32 combinados com suas seções transversais geralmente curvas espalha de modo eficaz a transmissão de cargas entre os dois componentes, desse modo evitando a delaminação dos dois componentes, mesmo sob cargas relativamente altas.

[0025] A porção de suporte 31 do anel 4 se estende axialmente para além das crenulações 32 formando porções de suporte de diafragma 34. Estas têm uma superfície voltada radialmente para fora 35 voltada diretamente para uma face interna do diafragma 3. O diafragma 3 não é unida à face 35. Entretanto, na posição na qual o diafragma 3 está mais longe do alojamento 1, o diafragma é suportado nesta região pela face 35.

[0026] Este recurso provê suporte para o diafragma em um momento quando está sob uma pressão interna relativamente alta da pressão dentro da câmara da bomba. Quanto ao vão 28 mencionado acima, este suporte impede a extrusão do material de diafragma em sua posição de tensão.

[0027] Como mostrado nas Figuras 1, 2 e 6, a face externa do diafragma 3 é provida com uma calha 40 estendida axialmente ao longo de uma porção substancial do diafragma na vizinhança da saída. Uma calha semelhante 41 é provida na entrada. A calha 40 em cada caso tem uma primeira borda 42 adjacente à partição 13 e uma segunda borda 43 oposta à primeira borda. As calhas 40, 41 são alinhadas com um respectivo duto de saída 44 e um duto de entrada 45, que levam à porta de saída 11 e a partir da porta de entrada 12, respectivamente.

[0028] Na ausência dessas calhas 40, 41, quando o diafragma 3 está na posição mais alta, é possível que, sob alta pressão, o material do diafragma extruse na porta em uma extensão limitada, assim causando danos ao diafragma ao longo do tempo. A presença das cavidades 40, 41 reduz ou elimina esse efeito. No entanto, a calha termina na borda 43, que é adjacente à borda do duto 44, de modo que toda a espessura do diafragma esteja disponível imediatamente a jusante da borda 43. Isto significa que o diafragma é capaz de engatar completamente no alojamento 1, conforme o diafragma atinge o topo de seu percurso, garantindo assim que o contato pontual 10 seja mantido até o duto de saída 44, a fim de expelir o líquido. Uma geometria semelhante é provida para o duto de entrada 45.

[0029] Os membros de reforço 50 são melhor mostrados nas Figuras 2, 5 e 6. Embora dois desses membros de reforço 50 sejam mostrados na Figura 6, apenas um deles precisa estar presente na prática. Isso dependeria da direção na qual a partição 13 é carregada em uso.

[0030] O membro de reforço 50 compreende uma estrutura de material que é mais dura do que o material da partição e, portanto, mais resistente à deflexão sob pressão. Isto é conformado para caber em um rebaixo raso 51 na lateral da partição. É preferencialmente um encaixe de pressão, mas pode ser fixado com mais segurança se a aplicação exigir. Como mostrado melhor na Figura 6, a geometria do elemento de reforço 50 é tal que pode ser considerada como uma placa de reforço, cuja espessura é muito menor que seu comprimento/largura.

[0031] Com referência à Figura 2, quando o diafragma orbita para bombear o fluido ao redor da câmara, a partição 13 se desvia até certo ponto para acomodar esse movimento orbital. Além disso, a pressão do fluido na entrada 12 ou na saída 11 também atuará para desviar a partição. Sob cargas de pressão mais altas, isso pode fazer com que o material mais macio do diafragma entre em contato com as paredes 14, 15, desse modo desgastando o material do diafragma 3, particularmente na borda inferior das paredes 14, 15, que pode escavar o material do diafragma.

[0032] Como pode ser visto na Fig. 2, o elemento de reforço 50 está posicionado na vizinhança da borda inferior das paredes 14, 15, de modo que qualquer contato fique entre duas superfícies mais duras, protegendo assim o material do diafragma do desgaste.

Claims (6)

REIVINDICAÇÕES

1. Bomba rotativa, caracterizada pelo fato de que compreende: um alojamento que define uma câmara anular com portas de entrada e de saída afastadas separadamente em torno da câmara, um diafragma anular flexível que forma um lado da câmara afastado oposto a uma parede anular do alojamento, o diafragma sendo vedado em suas bordas ao alojamento, uma partição que se estende através da câmara a partir de um local entre as portas de entrada e saída até o diafragma; em que o diafragma compreende uma superfície externa que engata a parede anular do alojamento, e uma superfície interna oposta à primeira superfície, em que a superfície externa é configurada para ser progressivamente prensada contra a parede oposta do alojamento, por um meio rotativo, para forçar o fluido extraído na porta de entrada em um lado da partição em torno da câmara e para expelir o mesmo na porta de saída no outro lado da partição; um anel de reforço que circunda o meio rotativo e é conectado à região central do diafragma, em que o anel de reforço compreende uma porção embutida, embutida em uma porção interna da região central do diafragma, e uma porção de suporte que projetando-se radialmente para dentro a partir do diafragma e axialmente além da porção embutida, a porção de suporte tendo uma superfície voltada radialmente para fora que suporta e é voltada para a superfície interna do diafragma adjacente ao anel de reforço durante a operação da bomba rotativa.

2. Bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um mancal rotativo entre os meios rotativos e o anel de reforço.

3. Bomba de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato que a face interna do anel de reforço se engata através da totalidade da face externa do rolamento.

4. Bomba de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que a face interna do anel de reforço que é voltada para o rolamento é mais longa na direção do eixo de rotação do que a face externa do rolamento.

5. Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o diafragma não está unido à superfície radialmente voltada para fora da porção de suporte.

6. Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a porção embutida é unida à porção interna da região central do diafragma.