BR112020002141B1 - Impulsor para bombas centrífugas possuindo pelo menos uma lâmina - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se a um impulsor (2) para bombas centrífugas possuindo pelo menos uma lâmina (12). O referido impulsor (2) é usado para fornecer meios contendo sólidos. O ângulo a está em um ângulo entre uma extremidade principal (17) da lâmina (12) e uma direção circunferencial. O ângulo β é um ângulo entre uma extremidade principal (17) da lâmina (12) e uma direção meridional. Dependendo da velocidade dominante, o ângulo associado (a, β) é projetado para ser menor que 90°, de forma preferencial menor que 70°, em especial menos de 50°.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a um impulsor para bombas centrífugas possuindo pelo menos uma lâmina para transportar meios contendo sólidos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Nas bombas centrífugas para transporte de meios contendo sólidos, podem ser utilizados diferentes impulsores, por exemplo, rodas com dutos, rodas não-engasgáveis ou impulsores de lâmina única. As rodas com dutos são impulsores abertos ou fechados com um número reduzido de lâminas. 1, 2 ou 3 lâminas em impulsores radiais ou semi-axiais foram consideradas vantajosas.

[003] Bombas não-engasgáveis também são usadas para transportar meio contendo sólidos. Tais bombas não-engasgáveis são também denominadas bombas de vácuo de vórtice, cuja potência de transmissão é transmitida de um disco rotativo equipado com lâminas, a chamada roda não- engasgável, para o meio de fluxo.

[004] Além disso, impulsores semi-abertos também são usados no campo de águas residuais.

[005] Durante a configuração dos impulsores, a forma da lâmina é decisiva. Em particular, a construção da extremidade de entrada é altamente significativa. Nas bombas de águas residuais, a extremidade de entrada é frequentemente coberta com fibras presentes no meio de transporte. As fibras de forma geral não são transportadas para longe das extremidades da entrada do impulsor, porque as respectivas forças de resistência estão em equilíbrio, como resultado da resistência ao fluxo no lado de admissão e entrega. Se for produzido um acúmulo de fibras nas extremidades da entrada, fibras adicionais podem se acumular para formar coberturas maiores. Esse comportamento é promovido principalmente ao garantir passagens altas da esfera. A passagem da esfera é um parâmetro importante para caracterizar a capacidade de uso das bombas de águas residuais. A passagem da esfera também é chamada de passagem livre e sem constrangimento do impulsor e descreve o maior diâmetro permitido dos materiais sólidos, a fim de garantir uma passagem livre de obstruções.

[006] As grandes seções transversais de fluxo necessárias para uma passagem adequada da esfera promovem a formação de coberturas. Em particular no caso de cargas parciais, por exemplo, pequenos fluxos de volume, grandes seções transversais de fluxo levam a zonas de água morta que não são passadas. As zonas de águas mortas levam a bloqueios. Particularmente, se for necessária uma passagem grande da esfera, tais coberturas das lâminas ocorrem com frequência, particularmente nas extremidades da entrada.

[007] Nos impulsores de lâmina única, esses revestimentos resultam em uma potência mais alta necessária para operar a bomba centrífuga. No caso de rotores de múltiplas lâminas, as coberturas também podem resultar em um fluxo assimétrico nos canais. Tais fluxos assimétricos influenciam não apenas a potência necessária, mas também o fluxo de volume transportado e a cabeça de entrega.

[008] O DE 40 15 331 A1 descreve um impulsor com apenas uma lâmina. A roda de lâmina única produzida por um método de fundição forma, entre um disco de cobertura frontal e uma cobertura traseira, um canal cuja seção transversal diminui na entrada da roda de lâmina única em direção à saída. O lado da entrada forma um semicírculo que é disposto concentricamente em relação ao eixo de rotação nos primeiros 180° do ângulo de rotação. A roda de lâmina única é configurada de maneira a impedir a ocorrência de erosão por cavitação. Ao contrário das rodas de lâmina única, os impulsores com uma pluralidade de lâminas são diferenciados por um maior grau de eficiência. No entanto, requisitos específicos também são colocados nesses impulsores no que diz respeito à prevenção de depósitos por componentes sólidos. No caso de impulsores de várias lâminas, devem ser tomadas medidas específicas para evitar bloqueios.

[009] Um objetivo da invenção é fornecer um impulsor para uma bomba de águas residuais, na qual os depósitos são efetivamente evitados. Em particular, uma cobertura das extremidades da entrada com fibras deve ser evitada. O impulsor destina-se ainda a garantir um grau de eficiência o mais alto possível na bomba centrífuga usada. Além disso, a ocorrência de erosão por cavitação deve ser evitada.

[010] Este objetivo é alcançado de acordo com a invenção por um impulsor com as características da reivindicação 1. As realizações preferidas podem ser retiradas das reivindicações dependentes, da descrição e dos desenhos.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[011] De acordo com a invenção, α é um ângulo entre uma extremidade de entrada da lâmina e uma direção periférica e β é um ângulo entre uma extremidade de entrada da lâmina e uma direção meridional, em que, de acordo com a velocidade dominante, o ângulo associado α e/ ou β é configurado para ser menor que 90°, de preferência configurado para ser menor que 70°, em particular configurado para ser menor que 50°. O ângulo α é um ângulo entre uma extremidade de entrada da lâmina e uma direção periférica. O ângulo β é um ângulo entre uma extremidade de entrada da lâmina e uma direção meridional.

[012] A fim de resolver o problema de acumulações na lâmina, é observada a resistência ao fluxo das fibras para o seu transporte ao longo da extremidade de entrada das lâminas. Nesse caso, a velocidade que atinge a extremidade da entrada é dividida em um componente normal e um componente tangencial. O componente normal atua de maneira premente. O componente tangencial é responsável pelo transporte das fibras. Durante a consideração em termos de fluxo técnico, tanto o sistema rotativo quanto o sistema não rotativo podem ser considerados. Como a velocidade relativa pode ser dividida nos componentes da direção periférica e da direção meridional, essas direções também podem ser associadas a componentes de força específicos.

[013] Em uma forma de realização particularmente favorável da invenção, o ângulo β é menor ou igual a 45°. De forma alternativa ou adicionalmente, o ângulo α também pode ser menor ou igual a 45°. A abordagem de acordo com a invenção resulta em que o ângulo β deve ser configurado para ser menor ou igual a 45° nas regiões internas e, nas regiões externas, o ângulo α que deve ser configurado para ser menor ou igual a 45°.

[014] Se as regiões dominantes são separadas pela magnitude da respectiva velocidade, para a condição cm = u é produzido, para uma entrada axial do impulsor, um raio limite usando a figura de vazão = cm/u em Rgrenz = Ra x Φ. De preferência, Φ está na faixa entre 0,3 e 0,6. A velocidade u é a velocidade periférica. O raio externo da lâmina é designado Ra.

[015] Na região de recirculação, as velocidades meridionais na região interna aumentam muito, de forma que o ângulo β nessa direção aumenta a significância.

[016] O impulsor de acordo com a invenção permite que a bomba centrífuga também seja operada em uma faixa de operação a pequenas velocidades específicas e pequenas velocidades periféricas. Como resultado do caráter transitório, a característica de fluxo produzida pelo impulsor de acordo com a invenção tem um efeito positivo no comportamento do transporte.

[017] Como resultado da abordagem de acordo com a invenção de deslocar o transporte de fibra ao longo da extremidade de entrada das lâminas como resultado do efeito dos componentes tangenciais da respectiva velocidade dominante, tanto no caso de rodas de lâmina única quanto no caso de rodas com várias lâminas, é possível garantir uma melhoria nas características de potência da bomba e um melhor transporte sem obstruções. Nas rodas de lâmina única, a abordagem é uma solução conhecida em conjunto com uma seção meridiana na diagonal.

[018] Após o transporte ao longo da extremidade de entrada, as lâminas deslizam sobre o cubo assimétrico e alisado diretamente no canal da lâmina.

[019] No caso de rodas de múltiplas lâminas semi-abertas, o transporte é realizado na direção da ponta da lâmina, onde as ranhuras de guia ou transporte podem assumir o processamento subsequente das fibras.

[020] Para poder usar a ação da porção de velocidade que é maior em termos de seu valor, pequenos ângulos β, de forma preferencial menores que 45°, na faixa menor que o raio limite Rg e pequenos ângulos α, de forma preferencial menores que 45°, na faixa maior que o raio limite Rg deve dominar.

[021] Em uma forma de realização particularmente vantajosa da invenção, o impulsor é construído para estar semi-aberto. De preferência, é vantajoso que o impulsor seja configurado como uma roda radial. O impulsor pode ter uma ou mais lâminas. Em uma realização particularmente vantajosa da invenção, o impulsor tem duas lâminas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[022] Características e vantagens adicionais da invenção serão apreciadas a partir da descrição de formas de realização com referência aos desenhos e aos próprios desenhos, nos quais: a Figura 1 é uma seção axial através de uma bomba de águas residuais, a Figura 2 é uma vista da abertura de entrada da bomba de águas residuais ilustrada na Figura 1, a Figura 3 é uma seção transversal parcial em perspectiva da região de abertura de admissão, a Figura 4 é uma seção através da região de abertura de admissão, a Figura 5 é uma vista em planta do impulsor, a Figura 6 é uma vista em perspectiva de metade do impulsor, a Figura 7 é uma vista lateral esquemática da região de entrada da lâmina mostrando a definição do ângulo β, e a Figura 8 é uma vista em planta de um impulsor mostrando uma definição do ângulo α.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[023] A Figura 1 é uma seção transversal através de uma bomba de águas residuais. A bomba centrífuga ilustrada na Figura 1 é uma bomba acionada por motor submersa. A água residual que é deslocada com os aditivos é introduzida através da abertura de admissão (1) na bomba. O impulsor (2) é conectado de maneira rotacional segura a um eixo (3), que gira o impulsor (2). O impulsor (2) é disposto em um compartimento de bomba (4) que na forma de realização é configurado como um alojamento helicoidal.

[024] Uma inserção (5), que é configurada na forma de realização como uma parede de desgaste ou um anel de desgaste se projeta na abertura de admissão (1) da bomba. O eixo (3) é girado por um acionamento (6) que é configurado na forma de realização como um motor elétrico. O acionamento (6) compreende um rotor (7) e um estator (8).

[025] O invólucro da bomba (4) é vedado por uma tampa do invólucro (9). A tampa do invólucro (9) é vedada com uma vedação de anel deslizante (10) em relação ao eixo (3). O eixo (3) é suportado através dos elementos de rolamento (11).

[026] A Figura 2 é uma vista da bomba centrífuga em direção à abertura de entrada (1). De acordo com a ilustração na Figura 2, o impulsor (2) compreende duas lâminas (12). O impulsor (2) tem no centro um cubo (13) e é conectado através de um meio de fixação via este cubo (13) ao eixo (3).

[027] O fluido sai da bomba centrífuga através de uma peça de conexão de pressão (14).

[028] A Figura 3 é uma seção transversal parcial em perspectiva dos componentes que formam a abertura de admissão (1). A inserção (5) é fixada ao compartimento da bomba (4). Para esse fim, uma pluralidade de furos (15) é fornecida na inserção (5). A inserção (5) pode ser fixada através dos furos (15) ao alojamento da bomba (4) por meio de meios de fixação.

[029] O impulsor (2) gira no sentido anti-horário quando olhar para a ilustração de acordo com a Figura 3. O impulsor (2) é fornecido com duas lâminas (12) que são fixadas a uma cobertura traseira (16). Nas formas de realização, as duas lâminas (12) e a cobertura traseira (16) são construídas em uma peça. As lâminas (12) têm uma extensão curva.

[030] O meio que é deslocado com misturas sólidas flui axialmente através da abertura de entrada (1) em direção ao impulsor (2) e radialmente para fora do impulsor (2), de forma que o meio deixa a bomba centrífuga através da peça de conexão de pressão (14).

[031] As lâminas (12) têm uma extensão curvada para trás. Todas as lâminas (12) do impulsor (2) são construídas para serem congruentes uma com a outra e ter a mesma forma. Cada lâmina (12) se estende do cubo (13) com uma curvatura radialmente para fora. Na ilustração de acordo com a Figura 3, as duas lâminas (12) estão dispostas para serem deslocadas 180° uma em relação à outra.

[032] A Figura 4 é uma seção transversal através da região de abertura de entrada de acordo com a ilustração na Figura 3. A inserção (5) é um componente fixo. O impulsor (2) é um componente rotativo. As lâminas (12) se estendem para fora do cubo (13) radialmente com uma extensão curvada para trás.

[033] A ilustração de acordo com a Figura 5 também mostra isso novamente.

[034] A Figura 6 mostra metade do impulsor (2) como uma vista lateral em perspectiva. A região do cubo (13) é ilustrada aqui apenas para mostrar a forma construtiva do impulsor de dois membros cilíndricos. Durante a formação do impulsor (2), esta formação cilíndrica pode ser omitida.

[035] Uma extremidade de entrada (17) é aplicada ao cubo (13) para cada lâmina (12). A extremidade de entrada (17) de cada lâmina (12) se estende entre os dois pontos A e B.

[036] A Figura 7 mostra a região da extremidade de entrada (17) em um estado ilustrado em preto. O ângulo β resulta entre as duas linhas auxiliares (18 e 19). O ângulo β é menor ou igual a 45° de acordo com a invenção. Neste caso, β é um ângulo entre uma extremidade de entrada (17) de uma lâmina (12) e uma direção meridional. Nesse caso, β indica o ângulo no sistema relativo. No sistema absoluto, o ângulo é designado α. Neste caso, α descreve um ângulo entre uma extremidade de entrada (17) de uma lâmina (12) e uma direção periférica. Ambos os ângulos α ou β são menores ou iguais a 45° de acordo com a invenção.

[037] A Figura 8 é uma vista em planta de um impulsor mostrando uma definição do ângulo α. O ângulo α é medido entre a direção periférica, ou seja, uma direção circular e uma tangente em um ponto na extremidade de entrada da lâmina no raio considerado. αi é o ângulo no raio interno Ri, αg é o ângulo α no raio limite Rg e αa é o ângulo no raio externo Ra.

Claims (5)

1. IMPULSOR (2) PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS POSSUINDO PELO MENOS UMA LÂMINA (12) para transportar meios contendo sólidos, possuindo um ângulo (α) entre uma extremidade de entrada (17) da lâmina (12) e uma direção periférica e um ângulo (β) entre a extremidade de entrada (17) da lâmina (12) e uma direção meridional, em que, de acordo com uma velocidade dominante, o ângulo associado (α) ou (β) é configurado para ser menor que 90°, de forma preferencial configurado para ser menor que 70°, em particular configurado para ser menor que 50°, o impulsor (2) sendo caracterizado por regiões serem produzidas por meio de uma magnitude da respectiva velocidade, em que para uma entrada axial do impulsor (2) é produzido um raio limite (Rg) usando uma figura de vazão Φ = cm/u em Rg = Ra x Φ, em que o ângulo (β) é menor ou igual a 45° em uma região menor que o raio limite (Rg), e em que o ângulo (α) é menor ou igual a 45° em uma região maior que o raio limite (Rg).

2. IMPULSOR (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo impulsor (2) possuir precisamente uma lâmina (12).

3. IMPULSOR (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo impulsor (2) possuir mais de uma lâmina (12), precisamente de forma preferencial duas lâminas (12).

4. IMPULSOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo impulsor (2) ser construído para estar semi-aberto.

5. IMPULSOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo impulsor (2) ser configurado como uma roda radial.