BRPI0413265B1

BRPI0413265B1 - Rotor para bombas

Info

Publication number: BRPI0413265B1
Application number: BRPI0413265-3A
Authority: BR
Inventors: Johann Guelich
Original assignee: Sulzer Pumpen Ag
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2014-04-29
Also published as: US20080213093A1; EP1651869A1; CN1833107A; ATE386885T1; US8444370B2; EP1651869B1; CN100449155C; BRPI0413265A; DE502004006266D1; WO2005012732A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ROTOR PA- RA BOMBAS". A presente invenção refere-se a um rotor para bombas, especi- almente bombas de escoamento radial, de acordo com o termo genérico da reivindicação 1, e uma bomba, especialmente bombas de escoamento radi- al, com um rotor deste gênero, assim como um processo para a operação de uma bomba deste gênero.

Em bombas centrífugas com um ou vários rotores, a resultante de todas as forças axiais que agem sobre o rotor ou os rotores, respectiva- mente, em durante a operação podem alcançar valores consideráveis. Sem medidas adicionais, esta resultante, a qual é denominada como impulso axi- al, seria transmitida por meio do eixo da bomba para os mancais e solicitari- am estes correspondentemente fortes. Do estado da técnica conhecem-se medidas construtivas adequadas, para reduzir o impulso axial, por exemplo, por meio de uma disposição da bomba com duas correntes, com configura- ção dos rotores de maneira simétrica em termos de espelho, ou no caso de bombas com uma só corrente, por meio de colocação de fendas de vedação em ambos os lados do rotor e de aberturas no rotor, as quais ligam o lado de sucção com o lado posterior do rotor. Uma outra possibilidade consiste no fato de descarregar o eixo da bomba, da pressão axial, por meio de disposi- tivos de descarga adequados, como por exemplo um anel ou êmbolo de descarga.

Para a caracterização de um rotor da bomba centrífuga utiliza-se freqüentemente o número de rotações específico nq, o qual se calcula de maneira conhecida em base de corrente de transporte Q, altura de transpor- te H e número de rotações n. No caso de bombas para pequenos números de rotações específicos nq, de por exemplo menor que 15 min.'1, correspon- dendo a uma altura de transporte comparavelmente grande, de por exemplo maior que 50, 75 ou 150 m e quantidades de transporte comparavelmente pequenas, de por exemplo menor que 100, 50 ou 25 m3/h, especialmente em bombas de processo deste gênero, então se apresenta o problema, que as medidas acima mencionadas para a compensação do impulso axial só podem ser utilizadas de maneira limitada. Deste modo, uma execução com duas correntes de uma bomba para quantidades de transporte pequenas significa um dispêndio adicional considerável em comparação com uma exe- cução com uma só corrente. Um êmbolo de descarga também é compara- velmente dispendioso e por isso é utilizado principalmente em bombas maio- res, de estágios múltiplos. Para uma bomba de processo de um só estágio são normalmente previstas fendas de vedação em ambos os lados do rotor e aberturas no rotor. No entanto, uma compensação do impulso axial por meio de fendas de vedação em ambos os lados do rotor e aberturas no rotor, só é possível no caso de rotores fechados. No caso de rotores fechados, com números de rotações específicos pequenos nq, apresenta-se a problemática da fabricação, uma vez que as larguras de saída de rotores deste gênero ficam na faixa de poucos mm, e a fabricação de rotores fechados com pe- quenas larguras de saída é difícil e dispendiosa em termos de técnica de fundição.

Uma outra desvantagem de rotores fechados são as altas per- das de fricção de roda (também denominadas perdas de fricção lateral de roda), e perdas de fuga, as quais se apresentam no caso de rotores deste gênero quando de pequenos números de rotações específicos nq. No caso de um número de rotações específico nq, de por exemplo 8 min.'1, somente a perda de fricção de roda fica em 30% ou mais. Rotores fechados para pe- quenos números de rotações específicos nq, apresentam por isso um rendi- mento comparavelmente baixo.

Devido às razões acima mencionadas, rotores para números de rotações específicos nq menores que 10 ou 15 min.-1, são freqüentemente executados de maneira meio-aberta. Isso têm vantagens em termos de téc- nica de fundição, e a fricção de roda de rotores meio-abertos fica nitidamen- te menor que aquela de rotores fechados. No entanto, rotores meio-abertos para números de rotações específicos nq menores que 10 ou 15 min.'1, têm a desvantagem, que a compensação do impulso axial é difícil e que as per- das de fricção de roda permanecem ainda muito altas.

Um problema adicional de rotores fechados e meio-abertos para pequenos números de rotações específicos nq, é a tendência para a instabi- lidade na região de carga parcial, isto é, rotores deste gênero apresentam uma linha característica, a qual é instável (correspondente a uma linha ca- racterística decrescente, se a corrente de transporte Q vai em direção a ze- ro), ou é só um pouco estável (correspondente a uma linha característica sem crescimento digno de menção, se Q vai em direção de zero). É tarefa da invenção de pôr a disposição um rotor para bombas, especialmente bombas de escoamento radial, o qual, também no caso de números de rotações específicos nq embaixo de 15 min.*1, possibilita uma compensação do impulso axial seguro, pode ser fabricado de maneira com- paravelmente favorável comparado com um rotor fechado ou meio-aberto dimensionado correspondentemente, apresenta baixas perdas de fricção de roda e dispõe na região de carga parcial de uma linha característica estável. É uma outra tarefa da invenção de pôr a disposição uma bomba, especial- mente uma bomba de escoamento radial, com um rotor deste gênero, assim como um processo para a operação de uma bomba deste gênero.

Esta tarefa é solucionada de acordo com a invenção por meio do rotor, definido na reivindicação 1, e pela bomba, definida na reivindicação 8, assim como pelo processo, definido na reivindicação 10. O rotor de acordo com a invenção para bombas, especialmente bombas de escoamento radial, compreende uma ou várias pás e adicional- mente uma parede intermediária, na qual em ambos os lados são previstas cada vez uma ou várias pás. Na parede intermediária do rotor está configu- rada pelo menos uma passagem, com o intuito de distribuir a corrente de transporte desejada para as pás em ambos os lados da parede intermediá- ria. De preferência o rotor apresenta um lado de sucção, o qual em estado montado do rotor, está direcionado para uma abertura de sucção da bomba, e de preferência as pás, no lado da parede intermediária afastado do lado de sucção, são ligadas com o lado de sucção através da passagem, pelo me- nos uma.

Em uma forma de execução preferida, o rotor apresenta um cu- bo, e em uma região do rotor, adjacente ao cubo, várias aberturas de passa- gem. Em uma outra forma de execução preferida, o rotor está aberto em di- reção ao lado de sucção ou em direção a ambos os lados. As pás compre- endem de preferência, pás encurtadas as chamadas Splitter Vanes. O rotor apresenta de preferência um número de rotações específico nq na região de 2-20 min'1 especialmente na região de 5-12 min'1.

De preferência, os cantos de saída das pás são chanfrados no lado de sucção e/ou no lado afastado do lado de sucção da parede interme- diária. É vantajosa uma chanfradura das pás no lado de sucção, a qual de- clina em direção ao lado de sucção, enquanto as pás no lado afastado do lado de sucção da parede intermediária, apresentam cantos de saída parale- los em termos axiais. A chanfradura dos cantos de saída das pás suporta uma circulação ordenada, que é especialmente vantajoso na região de carga parcial.

De preferência as pás são configuradas em ambos os lados da parede intermediária de tal maneira, que no caso de carga parcial se forme uma circulação ordenada, e que o rotor apresente uma linha característica, a qual sobe de maneira constante, especialmente sobe constante e nitidamen- te, se a corrente de transporte Q vai em direção a zero. Para isso, em ambos os lados da parede intermediária as pás são configuradas de preferência de maneira diferente, sendo que, por exemplo, as pás apresentam em ambos os lados da parede intermediária chanfraduras diferentes dos cantos de saí- da e/ou diferentes ângulos de saída das pás % e/ou diferentes números de pás.

Além disso, a invenção compreende uma bomba, especialmente bomba de escoamento radial, com um rotor de acordo com a descrição aci- ma.

No processo de acordo com a invenção para a operação de uma bomba, especialmente bomba de escoamento radial, com pelo menos um rotor, o rotor é provido adicionalmente com uma parede intermediária, em ambos os lados da qual estão previstas cada vez uma ou várias pás, e com pelo menos uma passagem, a qual liga ambos os lados. No processo de acordo com a invenção, uma corrente de transporte desejada é distribuída para as pás em ambos os lados da parede intermediária, sendo que, de pre- ferência, uma parte da corrente de transporte é conduzida através da passa- gem, pelo menos uma, de um lado da parede intermediária para o outro la- do. O rotor de acordo com a invenção tem a vantagem, que a distri- buição da corrente de transporte para as pás em ambos os lados da parede intermediária, possibilita uma compensação do impulso axial segura. Além disso, o rotor se destaca por uma linha característica estável e um compor- tamento de carga parcial estável. No caso da forma aberta, o rotor de acordo com a invenção possibilita um rendimento bom, uma vez que a fricção, a qual especialmente no caso de rotores com baixos números de rotações es- pecíficos representa uma grande parte das perdas, deixa totalmente de exis- tir. Devido à forma aberta, também larguras de saída das pás de poucos mi- límetros podem ser fabricadas muito bem, por exemplo por meio de fundição e/ou fresagem. A distribuição da corrente de transporte para as pás em am- bos os lados da parede intermediária, resulta em uma largura das pás redu- zida, que traz efeitos favoráveis para a fundição e para a freqüência própria das pás. Em caso de necessidade, também a espessura da pá pode ser re- duzida em comparação com um rotor tradicional com a mesma altura de transporte e a mesma corrente de transporte.

Outras formas de execução vantajosas são mostradas nas rei- vindicações dependentes e nos desenhos.

Em seguida a invenção será explicada mais detalhadamente através dos exemplos de execução e através dos desenhos. Mostram: a figura 1a - uma vista inclinada de um exemplo de execução de um rotor, de acordo com a presente invenção, a figura 1b - o exemplo de execução mostrado na figura 1a, de um rotor de frente, a figura 2 - uma vista detalhada de uma variante de execução, com uma parede intermediária encurtada, e a figura 3 - um exemplo de execução de uma bomba de proces- so com um rotor, de acordo com a presente invenção.

As figuras 1a e 1b, mostram um exemplo de execução de um rotor para bombas, especialmente bombas de escoamento radial, de acordo com a presente invenção. O rotor 1, do exemplo de execução compreende um cubo 4, uma parede intermediária 6, em ambos os lados da qual são previstas cada vez uma ou várias pás 2a, 2'a, 2b, 2'b, e uma passagem 3, a qual por exemplo, como mostrado nas figuras 1a e 1b, está configurada em forma de cinco aberturas de passagem, com o intuito de distribuir uma cor- rente de transporte desejada para as pás 2a, 2'a, 2b, 2'b, em ambos os la- dos da parede intermediária 6. No exemplo de execução, as aberturas de passagem são configurada em uma região adjacente ao cubo 4, do rotor.

Evidentemente, também são possíveis outras configurações da passagem 3.

Convenientemente o rotor 1, apresenta um lado de sucção 5a, o qual, em estado montado do rotor, está direcionado para uma abertura de sucção da bomba, e as pás 2b, 2'b, no lado 5b da parede intermediária, afastado do lado de sucção, são ligadas com o lado de sucção 5a, através da passagem 3, isto é, no exemplo mostrado através das cinco aberturas de passagem.

No exemplo de execução o rotor 1, está aberto em direção a ambos os lados. No entanto, também é possível, que o rotor somente está aberto em um lado, por exemplo do lado de sucção 5a, ou em caso de ne- cessidade também está fechado. No exemplo de execução, entre as abertu- ras de passagem e da circunferência da roda, são previstas pás encurtadas 2'a, 2'b, chamadas Splitter Vanes. Em uma variante de execução, os cantos de pás são chanfrados na saída. No caso da variante mostrada nas figuras 1a e 1b, os cantos de saída das pás são duplamente chanfrados no lado de sucção 5a, e apresentam uma vez uma chanfradura em direção ao lado de sucção e adicionalmente ainda uma perfilhação (adelgaçamento) no lado de pressão. Em caso de necessidade, como mostrado nas figuras 1a e 1b, os cantos de entrada de pás podem ser providos no lado de sucção 5a, com uma perfilhação no lado do lado de sucção. Evidentemente também é possí- vel chanfrar os cantos de saída das pás no lado 5b, afastado do lado de sucção, ou prever para ambos os lados conjuntamente uma chanfradura comum, assim como prever em um lado e/ou em ambos os lados cantos de saída das pás paralelos em termos axiais.

No exemplo de execução, todas as pás 2a, 2'a, 2b, 2'b, passam de maneira reta em direção radial para fora. Desta maneira, o ângulo de en- trada das pás βι, e o ângulo de saída das pás β2, ficam ambos em primeira aproximação de 90°. O efetivo ângulo de saída das pás β2, no lado de suc- ção 5a fica, em conseqüência da perfilhação no lado de pressão do canto de saída da pá, um pouco menor que 90°. No entanto, também é possível pre- ver pás curvadas com um ângulo de saída da pá β2 menor ou maior que 90°.

Vantajosa mente, o ângulo de entrada da pá β-ι, é menor que o ângulo de saída da pá β2, e de preferência menor ou igual 90°. Vantajosamente as pás 2a, 2'a, 2b, 2'b, apresentam pelo menos em um lado, de preferência no lado de sucção 5a, uma largura de entrada da pá bi, a qual está maior que largu- ra de saída da pá b2. As larguras de entrada das pás b1p no lado de sucção 5a, e no lado 5b, afastado do lado de sucção, são determinadas convenien- temente de tal maneira, que se obtenha uma boa capacidade e sucção. A relação das larguras das pás no lado de sucção 5a, e no lado 5b, afastado do lado de sucção, pode ser escolhida dentro de amplos limites. Em uma variante de execução típica, as larguras das pás têm aproximadamente o mesmo tamanho em ambos os lados.

Em uma variante de execução preferida, o rotor 1 apresenta um número de rotações específico nq na região de 2 - 20 min"1, de preferência na região de 7- 12 min*1.

Na variante de execução mostrada na figura 2, o rotor compre- ende uma parede intermediária 6, cujo diâmetro externo é menor que o diâ- metro externo do rotor. Em ambos os lados da parede intermediária 6, está configurada cada vez uma pá 2a, 2b, as quais se unem na extremidade ex- tema, assim que ambas as pás dispõem de um canto de saída comum 7. A parede intermediária 6, e as pás 2a, 2b, são dispostas em um cubo 4. Em uma região adjacente ao cubo 4 do rotor está adiciona!mente configurada uma passagem 3, a qual une de maneira que conduz fluidos ambos os lados da parede intermediária 6. Uma vez que a parede intermediária 6, nesta va- riante de execução se estende somente ao longo de uma parte do compri- mento da pá, a parede intermediária pode ser denominada também opcio- nalmente como filete intermediário. A figura 3, mostra um exemplo de execução de uma bomba, de preferência bomba de processo, com um rotor, de acordo com a presente invenção. A bomba 10, do presente exemplo de execução compreende um rotor 1, por exemplo um rotor aberto de acordo com o exemplo de execução acima descrito, com um cubo 4, uma parede intermediária 6, na qual em ambos os lados são previstas cada vez pás 2a, 2b, e com uma passagem 3, com o intuito de distribuir uma corrente de transporte desejada para as pás 2a, 2b, em ambos os lados da parede intermediária 6. Além disso, a bomba 10, compreende uma caixa 11, uma abertura de entrada ou de sucção 12, um canal anelar 17a, o qual no lado externo fica adjacente ao rotor 1, uma peça intercalada de difusor 17, e um espaço anelar 17b, o qual desemboca em uma tubuladura de saída ou de pressão 13. Por meio de uma peça inter- calada modificada 17, também pode ser produzida uma espiral ou um espa- ço anelar, os quais são ligados diretamente com a tubuladura de saída ou de pressão 13. Mediante adaptação da peça intercalada de difusor 17, é possí- vel, compensar o impulso radial, o qual na maioria dos casos é considerável no caso de bombas com baixos números de rotações específicos. Eviden- temente, também pode ser utilizado como dispositivo de guiamento uma cai- xa fundida, sem peça intercalada que pode ser intercambiada.

Além disso, a bomba compreende um eixo 14, uma vedação do eixo 15, por exemplo uma câmara de gaxeta, e mancai 16a, 16b, para o a- poio do eixo. No exemplo de execução, os mancais 16a, 16b, são executa- dos como rolimãs, os quais podem absorver também forças axiais além de radiais. Na figura 3, por exemplo os mancais 16b, a direita no desenho, são configurados especialmente para a absorção de forças radiais e axiais, as- sim que um eventual componente residual, não totalmente compensado, do impulso axial, pode ser absorvido sem nenhum problema.

Em uma forma de execução preferida do dispositivo de acordo com a invenção, para a operação de uma bomba, por exemplo de uma bom- ba de acordo com o exemplo de execução acima descrito, com pelo menos um rotor, o rotor 1 é provido adicionalmente com uma parede intermediária 6, em ambos os lados da qual são previstos cada vez uma ou várias pás 2a, 2b, e com uma passagem 3, a qual liga de maneira que conduz fluidos am- bos os lados da parede intermediária 6. Nesta forma de execução do pro- cesso de acordo com a invenção, uma corrente de transporte desejada é distribuída para as pás 2a, 2b, em ambos os lados da parede intermediária 6, sendo que uma parte da corrente de transporte, por exemplo entre 5 e 75% e de preferência aproximadamente 50%, é conduzida através da pas- sagem 3, de um lado da parede intermediária 6, para o outro lado. A corren- te de transporte do rotor 1, é distribuída vantajosamente para as pás 2a, 2b, em ambos os lados de tal maneira, que é compensado o impulso axial. A forma de execução acima descrita, do processo de acordo com a invenção, pode ser utilizada tanto em bombas de um só estágio como também em bombas de estágios múltiplos. O rotor de acordo com a invenção tem a vantagem, que a distri- buição da corrente de transporte para as pás em ambos os lados da parede intermediária, possibilita uma compensação simples e praticamente total do impulso axial. Além disso, o rotor acima descrito se destaca por uma linha característica estável e por um rendimento bom. O rotor de acordo com a invenção, pode ser utilizada tanto em bombas de um só estágio como tam- bém em bombas de estágios múltiplos.

Claims

1. Rotor para bombas, especialmente bombas de escoamento radial, qual rotor (1), compreende uma ou várias pás (2a, 2'a, 2b, 2'b), carac- terizado pelo fato de o rotor (1), compreender adicionalmente uma parede intermediária (6), em ambos os lados da qual são previstas cada vez uma ou várias pás (2a, 2'a, 2b, 2'b), e de na parede intermediária (6), ser configura- da pelo menos uma passagem (3), com o intuito de distribuir uma corrente de transporte desejada para as pás (2a, 2'a, 2b, 2'b), em ambos os lados da parede intermediária.

2. Rotor de acordo com a reivindicação 1, sendo que o rotor (1), apresenta um lado de sucção (5a), o qual está direcionado para uma abertu- ra de sucção da bomba, sendo que as pás (2b, 2'b) no lado (5b), afastado do lado de sucção da parede intermediária (6), são ligadas com o lado de suc- ção (5a), através da passagem (3), pelo menos uma.

3. Rotor de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, sendo que o rotor (1), apresenta um cubo (4), e sendo que várias aberturas de pas- sagem (3), são configuradas em uma região do rotor (1), a qual fica adjacen- te ao cubo (4).

4. Rotor de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, sendo que o rotor (1), está aberto em direção ao lado de sucção (5a), ou em direção a ambos os lados (5a, 5b), e/ou sendo que as pás (2a, 2'a, 2b, 2'b), compre- endem adicionalmente pás encurtadas (2'a, 2'b), chamadas Splitter Vanes.

5. Rotor de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, sendo que os cantos de saída das pás (7), são chanfrados no lado de sucção (5a) e/ou no lado (5b) afastado do lado de sucção, da parede intermediária (6), espe- cialmente de tal maneira, que as pás (2a, 2'a) no lado de sucção (5a), em direção radial têm o comprimento mais curto, enquanto as pás (2b, 2'b), no lado (5b) afastado do lado de sucção, da parede intermediária (6), apresen- tam cantos de saída paralelos em termos axiais.

6. Rotor de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, sendo que as pás (2a, 2'a, 2b, 2'b), são configuradas em ambos os lados da parede intermediária (6), de tal maneira, que no caso de carga parcial se forma uma circulação ordenada, e que o rotor apresenta uma linha característica, a qual sobe de maneira constante, especialmente sobe constante e nitidamente, se a corrente de transporte Q vai em direção a zero.

7. Rotor de acordo com a reivindicação 6, sendo que em ambos os lados da parede intermediária (6), as pás (2a, 2'a, 2b, 2'b), são configura- das de preferência de maneira diferente, especialmente que as pás (2a, 2'a, 2b, 2'b),apresentam em ambos os lados da parede intermediária (6), chan- fraduras diferentes dos cantos de saída e/ou diferentes ângulos de saída das pás β2, e/ou diferentes números de pás.

8. Rotor de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, sendo que o rotor (1), apresenta um número de rotações específico nq na região de 2 - 20 min'1, de preferência na região de 5 -12 min'1.

9. Bomba, especialmente bomba de escoamento radial, com um rotor (1), como definido em uma das reivindicações 1 a 8.

10. Processo para a operação de uma bomba, especialmente bomba de escoamento radial, com um rotor (1), caracterizado pelo fato de o rotor (1), ser adicionalmente provido com uma parede intermediária (6), em ambos os lados da qual estão previstas cada vez uma ou várias pás (2a, 2'a, 2b, 2'b), e com pelo menos uma passagem (3), a qual liga ambos os lados, e de uma corrente de transporte desejada ser distribuída para as pás (2a, 2'a, 2b, 2'b), em ambos os lados da parede intermediária (6), sendo que especi- almente uma parte da corrente de transporte é conduzida através da passa- gem (3), pelo menos uma, de um lado da parede intermediária para o outro lado.