ES2211599T3 - Bomba de accionamiento magnetico. - Google Patents

Bomba de accionamiento magnetico.

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ES2211599T3 ES00960799T ES00960799T ES2211599T3 ES 2211599 T3 ES2211599 T3 ES 2211599T3 ES 00960799 T ES00960799 T ES 00960799T ES 00960799 T ES00960799 T ES 00960799T ES 2211599 T3 ES2211599 T3 ES 2211599T3
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Abstract

Bomba de accionamiento magnético que comprende: - un elemento de bomba provisto de un primer rotor accionado (32) en forma de rueda montada de forma giratoria en un cuerpo (45) asociado a tubos de aspiración y de retorno, - una primera serie de imanes (33) unidos al primer rotor (32), - un motor de accionamiento (29) dotado de un árbol (41) de transmisión sobre el que está montado un segundo rotor de accionamiento (30) que comprende una segunda serie de imanes (31), estando dispuestas estas dos series de imanes (33, 31) de forma concéntrica para realizar un acoplamiento magnético en rotación, - un dispositivo de estanqueidad con un tabique (48) fijo que se extiende en el entrehierro situado entre las dos series de imanes (33, 31) y garantiza una separación estanca entre el elemento de bomba y el motor (29), - y una contera (42) del árbol (41) sobre la que está montado el segundo rotor de accionamiento (30), caracterizada por que la contera (42) giratoria unida al árbol (41) se prolongaaxialmente con una longitud suficiente que permite su introducción en un cojinete cilíndrico hembra en el núcleo del primer rotor accionado (32) para obtener un soporte mecánico y un centrado preciso del tabique (48) y del primer rotor accionado (32).

Description

Bomba de accionamiento magnético.
La presente invención se refiere a una bomba de accionamiento magnético que comprende:
-
un elemento de bomba provisto de un primer rotor accionado en forma de rueda montada de forma giratoria en un cuerpo asociado a tubos de aspiración y de retorno,
-
una primera serie de imanes unidos al primer rotor,
-
un motor de accionamiento dotado de un árbol de transmisión sobre el que está montado un segundo rotor de accionamiento que comprende una segunda serie de imanes, estando dispuestas estas dos series de imanes de forma concéntrica para realizar un acoplamiento magnético en rotación,
-
y un dispositivo de estanqueidad con un tabique fijo que se extiende en el entrehierro situado entre las dos series de imanes y garantiza una separación estanca entre el elemento de bomba y el motor.
La pared de estanqueidad es especialmente importante cuando el líquido bombeado presenta un carácter corrosivo, algo que ocurre con frecuencia en el campo de la química y la galvanoplastia.
Para estas aplicaciones, que soportan mal las paradas, es además importante que las intervenciones de mantenimiento se reduzcan lo máximo posible o se supriman.
Estado de la técnica
Las bombas utilizadas actualmente se pueden clasificar en dos grandes categorías:
-
las bombas con guarnición de estanqueidad (figura 1), que comprenden piezas de rozamiento montadas, por un lado, en una parte fija y, por otro lado, en una parte giratoria, permitiendo la naturaleza de los materiales presentes y la calidad de su estado de superficie obtener una estanqueidad satisfactoria;
-
las bombas de accionamiento magnético (figura 2), que han sido concebidas para remediar los inconvenientes previamente citados, garantizando la estanqueidad, no mediante piezas de rozamiento, sino mediante un tabique continuo. A un lado y a otro de este tabique, se encuentra un rotor de accionamiento unido al motor y un rotor accionado unido a la rueda de la bomba. Los dos rotores incluyen imanes dispuestos de tal forma que garantizan un acoplamiento magnético entre los dos rotores.
En la figura 1, el motor 1 está unido a la rueda centrífuga 2 mediante un eje 3 y un dispositivo de acoplamiento rígido 4. La rueda 2 gira en el cuerpo de bomba 5 que se comunica con los tubos de aspiración 6 y de retorno 7. La estanqueidad del cuerpo de la bomba cuando pasa el eje 3 se garantiza mediante la junta de rozamiento 8.
El primer defecto que se puede reprochar a este tipo de bomba es que las piezas de rozamiento que constituyen esta junta están sometidas a un desgaste y, por tanto, es necesario sustituirlas periódicamente, lo que da lugar a paradas para llevar a cabo las tareas de mantenimiento. Esta operación de sustitución será más delicada si la junta 8 está ubicada en una zona poco accesible.
Un segundo posible defecto se refiere a la propia estanqueidad, que no puede garantizarse de forma perfecta, debido a pequeños defectos de superficie que se pueden encontrar en las superficies de apoyo en rozamiento y a la inevitable formación de una película líquida entre estas superficies.
En la figura 2, se encuentra el motor 11, la rueda 12, el cuerpo de bomba 15, los tubos de aspiración 16 y de retorno 17. En este caso, la estanqueidad se garantiza mediante el tabique continuo 18 instalado de forma rígida y hermética entre el cuerpo de la bomba 15 y el separador 19 garantizando la unión con la brida del motor 11. En el eje del motor 11 está montado de forma rígida el rotor de accionamiento 20 en el que está insertada, por ejemplo, mediante sobremoldeo, una serie de imanes 21.
El rotor accionado 22 unido a la rueda 12 está equipado con una serie de imanes 23. Los imanes 21, 23 están organizados de tal forma que un lado de polo norte de accionamiento se sitúe frente a un lado de polo sur accionado, y viceversa. Así se obtiene un acoplamiento magnético sin contacto mecánico, acoplamiento que debe ser suficiente para soportar el par máximo absorbido por la rueda sin desengancharse.
Una buena eficacia del acoplamiento exige que el entrehierro situado entre las dos familias de imanes también se reduzca lo máximo posible. Estando formado este entrehierro por el grosor del tabique 18 y por las holguras presentes a un lado y a otro de dicho tabique, se ve que es necesario tratar de:
-
minimizar el grosor del tabique, lo que supone que no se le pida demasiado en el plano mecánico y/o que se fabrique en un material que presente una buena rigidez;
-
reducir las holguras, lo que supone un buen dominio dimensional de las piezas en cuestión, así como de su colocación.
En el primer punto, puede existir una contradicción entre la resistencia mecánica del tabique y su compatibilidad química con el líquido bombeado, con el que entra en contacto en su cara interna.
Una solución comúnmente utilizada consiste en fabricar este tabique yuxtaponiendo dos materiales:
-
en el exterior, una parte metálica no magnética que proporcione precisión y rigidez,
-
en el interior, una parte de material sintético que sea químicamente compatible.
Esta disposición resuelve bastante bien el problema, pero presenta dos inconvenientes significativos:
-
aumento del grosor y, por tanto, del entrehierro.
-
presencia de corrientes de Foucault en la pared metálica, estando inducidas estas corrientes por la rotación del flujo de los imanes. Estas corrientes de Foucault constituyen una fuente de calentamiento que puede llegar a ser prohibitiva, sobre todo para grandes unidades.
Para abordar el segundo punto, es decir las holguras, el dispositivo de posicionamiento y guía en rotación de la rueda 12 según la figura 2 está formado por:
-
un eje fijo 24, montado con rigidez y precisión sobre el tabique 18,
-
un anillo fijo 25 unido al eje 24,
-
y un anillo giratorio 26 unido a la rueda 12.
Ni que decir tiene que la calidad y la disposición de los anillos 24, 25 son esenciales para la resistencia de la bomba, junto con:
-
unas superficies de contacto lo más grandes posible.
-
una selección juiciosa de los materiales (cerámica, carburo de silicio, grafito, etc.) y de su estado de superficie.
-
un uso juicioso del líquido bombeado para garantizar la lubricación.
-
una evacuación lo mejor posible de las calorías generadas por el rozamiento.
El análisis de la figura 2 muestra claramente los inconvenientes inherentes al montaje del eje 24 en lo que se refiere a la precisión, es decir, el dominio de las holguras. Su colocación con respecto al eje del motor (con el que debe estar teóricamente alineado), pasa en efecto por dos piezas cuya precisión y rigidez pueden suponer un problema: el separador 19 y, sobre todo, el tabique 18. De hecho, se ha visto que este último debe ser fino para que entre en el entrehierro y no producir demasiadas corrientes de Foucault.
Por tanto, será muy difícil obtener un buen empotramiento del eje 24. Se ha propuesto mejorar la firmeza mecánica instalando un cojinete adicional en el otro extremo de la rueda, pero esta solución aumenta notablemente la complejidad sin resolver por completo el problema.
Finalmente, en lo que se refiere a la evacuación de las calorías absorbidas por el eje 24, es preciso destacar que se debe hacer a través del tabique 18, a lo cual se presta bastante mal, siempre debido a su delgadez.
El documento FR-A-2311201 describe una bomba de accionamiento magnético, en la que la turbina está equipada con un núcleo magnético y es accionada por la corona magnética a través de un tabique estanco. La turbina giratoria está apoyada en un árbol fijo, el cual es guiado por un par de rodamientos sobre la corona magnética unidos al árbol motor. La presencia de rodamientos, además del rodamiento de salida del árbol motor, confiere al conjunto una inclinación importante, y un empotramiento suplementario. El espacio axial necesario de la bomba es importante y la colocación del árbol de la turbina no permite obtener un alineamiento perfecto.
Objeto de la invención
El objeto de esta patente es proponer una solución que permita remediar los inconvenientes citados anteriormente, es decir, garantizar por una parte un centrado perfecto del eje de rotación de la rueda de la bomba, liberando así al tabique de estanqueidad de esta función y, por otra parte, buscando una evacuación eficaz de las calorías hacia un elemento de refrigeración.
La bomba según la invención se caracteriza por que:
-
el primer rotor accionado gira sobre un gorrón cilíndrico cuya colocación y apoyo están garantizados por una contera axial que se extiende en la prolongación del árbol del motor,
-
un cojinete cilíndrico hembra sirve de alojamiento concéntrico para la contera para obtener un soporte mecánico y un centrado preciso del tabique y del primer rotor accionado.
El eje del motor se prolonga ventajosamente con una longitud suficiente para poder introducirse en el centro del rotor accionado. De ello se deriva que el eje del motor englobe el eje de la rueda que pasa de ser fijo a ser giratorio. Ni que decir tiene que no es esta rotación lo que se busca, sino el hecho de disponer de un soporte rígido y perfectamente alineado con el eje motor para el primer rotor accionado.
Según un modo de realización preferente, el primer rotor accionado comprende un segundo anillo que gira sobre un primer anillo unido al tabique fijo. El cojinete integrado en el tabique comprende, al menos, un anillo autolubricante que constituye un puente térmico para la evacuación de las calorías generadas por el giro del primer rotor accionado hacia el radiador formado por el árbol motor.
Dado que el tabique de estanqueidad no se debe interrumpir, es preciso complicar un poco su forma para que rodee la contera prolongada, que pertenece a la zona externa del circuito de bombeado, mientras que el eje 24 según la figura 2 de la técnica anterior pertenecía a la zona interna.
Además de la parte cilíndrica presente en el entrehierro, el tabique deberá presentar una segunda parte cilíndrica que encaje en el extremo del eje motor, con la interposición de un casquillo de rozamiento, fabricado por ejemplo en material autolubricante.
Dado que este eje garantiza ahora la colocación del rotor accionado con la precisión y la rigidez deseadas, no es necesario garantizar esta función mediante el tabique de estanqueidad, el cual se puede aligerar considerablemente. En el modo de realización más sencillo, este tabique puede estar fabricado en una sola pieza, con un material químicamente compatible con el líquido bombeado.
Sin embargo, es preciso destacar que la pieza debe seguir siendo capaz de soportar la presión del líquido presente en torno al rotor accionado, una presión significativa, puesto que puede estar muy cerca de la presión de retorno de la bomba. En los casos en los que esta presión es elevada y en los que no existe ningún material químicamente compatible que presente la resistencia mecánica suficiente, se puede llegar a una solución de tabique mixto que comprende una envoltura externa mecánicamente resistente y una envoltura interna químicamente compatible.
De esta forma, no se vuelve a las mismas limitaciones que con las bombas clásicas correspondientes a la figura 2. En efecto, es mucho más fácil garantizar la resistencia a la presión interna que la rigidez y la precisión.
La envoltura externa podrá ser mucho más fina, lo cual permite prever una fabricación:
-
en metal no magnético, como en la solución clásica, pero adoptando un grosor muy reducido, lo cual reduce las pérdidas por corrientes de Foucault a un valor admisible;
-
en metal sintético (por ejemplo, poliamida o policarbonato cargados), lo cual impone un aumento moderado del entrehierro, pero suprime por completo las corrientes de Fou- cault.
En lo que se refiere a la evacuación de las calorías generadas por la rotación, la configuración descrita anteriormente presenta una ventaja evidente, en la medida en la que hace que aparezca un puente térmico de gran sección y grosor reducido entre el cojinete del rotor accionado y el árbol del motor. Ni que decir tiene que esta ventaja se ve atenuada por el hecho de que es necesario evacuar además las calorías producidas por la rotación de la contera adicional del árbol del motor en su propio cojinete, pero esta parte se encuentra fuera del alcance del líquido bombeado, lo cual permite recurrir a componentes mecánicos clásicos, cuyo rendimiento es excelente.
Según otra característica de la invención, el tabique de estanqueidad está adaptado para que sea químicamente compatible, mientras que la precisión y la resistencia mecánica están garantizadas por una pieza adicional que sigue parcialmente la forma del tabique y está fabricada en un material que tiene una buena resistencia mecánica. La pieza adicional puede estar fabricada con una aleación metálica, sobre todo en acero inoxidable, y comprende una virola que se inserta en el entrehierro dispuesto entre las dos series de imanes. El grosor de la virola es inferior al de la envoltura del tabique.
Breve descripción de los dibujos
El resto de ventajas y características se entenderán más claramente tras leer la siguiente descripción y consultar los dibujos anexos, proporcionados a título de ejemplo, no limitativo, y en los que:
la figura 1 representa un vista en alzado esquemática de una unidad de bomba mecánica clásica con guarnición de estanqueidad de rozamiento,
la figura 2 representa una vista en alzado esquemática de una unidad de bomba mecánica clásica con accionamiento magnético,
la figura 3 representa una vista en alzado transversal de un accionamiento magnético según la invención.
Descripción de un modo de realización preferente
Este modo de realización está ilustrado por la figura 3, en la que se encuentra:
-
el motor de accionamiento 29,
-
la rueda del primer rotor accionado 32, equipada con la primera serie de imanes 33 y un tubo de acero 37,
-
el segundo rotor de accionamiento 30, equipado con la segunda serie de imanes 31 y un tubo de acero 38, teniendo los tubos 37 y 38 la función de garantizar la conexión en bucle del flujo magnético de los imanes permanentes 31, 33. Los tubos 37, 38 y los imanes 31, 33 están fijados respectivamente al segundo rotor 30 y a la rueda 32 mediante cualquier método adecuado, sobre todo mediante sobremoldeo,
-
el anillo fijo 35 y el anillo giratorio 36 que forman el cojinete de rotación de la rueda,
-
el cuerpo de la bomba 45,
-
y el separador 49 que garantiza la unión entre el motor 29 y el cuerpo de la bomba 45.
Una contera 42 prolonga el árbol motor 41, del que puede formar parte, o sobre el que puede estar montada con rigidez y precisión. Además de su función primaria, que es soportar y centrar la rueda de la bomba, la contera 42 está dispuesta para recibir la fijación del segundo rotor de accionamiento 30, estando garantizada esta fijación mediante cualquier medio mecánico adecuado.
El tabique de estanqueidad está compuesto por una envoltura 48 fabricada con un material químicamente compatible con el líquido bombeado, y una virola cilíndrica 52 fabricada con un material mecánicamente resistente, sobre todo de acero inoxidable. Esta virola permite aportar la resistencia a la presión interna, en la medida en que el material que constituye la envoltura 48 puede no ser lo bastante resistente. La envoltura 48 se prolonga hacia el interior mediante una parte que forma una vaina, en la que se introduce axialmente la contera 42.
En esta zona central, la envoltura 48 lleva:
-
en el exterior, el anillo fijo 35, sobre el que gira la rueda 32, a través del anillo al que está unido 36,
-
en el interior, una vaina de acero 53, en la que se ajustan los anillos autolubricantes 54, 54' que encajan sobre la contera 42.
El anillo 35 y la vaina 53 se pueden moldear ventajosamente en la envoltura del tabique 48 durante el moldeo de ésta.
El centrado del anillo 35 y la rueda del rotor 32 se garantiza ahora con precisión mediante la contera 42. De esta forma, se consigue una buena concentricidad de las piezas 35, 53, 54, 54' y la holgura entre la contera 42 y los casquillos 54, 54' es muy reducido.
El tabique de estanqueidad queda, por tanto, liberado por completo de la función de centrado y no tiene por qué ser muy rígido. Al contrario, es recomendable que presente un mínimo de flexibilidad, con el fin de no dificultar el centrado impuesto por la contera 42.
Además de la función de centrado, el dispositivo de la figura 3 permite una buena evacuación hacia el exterior de las calorías generadas por la rotación de la rueda del rotor 32, desempeñando el árbol motor 41 el papel de radiador a través de la contera 42. Las calorías atraviesan sucesivamente las piezas 35, 48, 53, 54 y 54', pero todas estas transferencias ponen en juego grosores reducidos y secciones importantes, lo que da lugar a un puente térmico suficientemente eficaz.
Como variante, se puede prever reemplazar los casquillos 54, 54' por rodamientos de agujas. Esta solución será especialmente interesante si se busca una gran resistencia y una gran longevidad. Por el contrario, será menos eficaz en lo que se refiere al puente térmico. También se pueden prever soluciones mixtas que combinen casquillos de rozamiento y rodamientos de agujas.

Claims (8)

1. Bomba de accionamiento magnético que comprende:
-
un elemento de bomba provisto de un primer rotor accionado (32) en forma de rueda montada de forma giratoria en un cuerpo (45) asociado a tubos de aspiración y de retorno,
-
una primera serie de imanes (33) unidos al primer rotor (32),
-
un motor de accionamiento (29) dotado de un árbol (41) de transmisión sobre el que está montado un segundo rotor de accionamiento (30) que comprende una segunda serie de imanes (31), estando dispuestas estas dos series de imanes (33, 31) de forma concéntrica para realizar un acoplamiento magnético en rotación,
-
un dispositivo de estanqueidad con un tabique (48) fijo que se extiende en el entrehierro situado entre las dos series de imanes (33, 31) y garantiza una separación estanca entre el elemento de bomba y el motor (29),
-
y una contera (42) del árbol (41) sobre la que está montado el segundo rotor de accionamiento (30),
caracterizada por que la contera (42) giratoria unida al árbol (41) se prolonga axialmente con una longitud suficiente que permite su introducción en un cojinete cilíndrico hembra en el núcleo del primer rotor accionado (32) para obtener un soporte mecánico y un centrado preciso del tabique (48) y del primer rotor accionado (32).
2. Bomba según la reivindicación 1, caracterizada por que el primer rotor accionado (32) comprende un segundo anillo (36) que gira sobre un primer anillo (35) unido al tabique fijo (48).
3. Bomba según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por que el cojinete integrado en el tabique (48) comprende, al menos, un anillo autolubricante (54, 54') que forma un puente térmico para la evacuación de las calorías generadas por el giro del primer rotor accionado (32) hacia el radiador formado por el árbol motor (41).
4. Bomba según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por que el cojinete comprende rodamientos de agujas que se apoyan sobre la contera (42).
5. Bomba según la reivindicación 1, caracterizada por que el tabique (48) es una pieza de un solo bloque fabricada en un material compatible químicamente con el líquido bombeado y con una resistencia mecánica suficiente para soportar principalmente la presión del líquido bombeado.
6. Bomba según la reivindicación 1, caracterizada por que el tabique (48) está adaptado para que sea químicamente compatible, mientras que la precisión y la resistencia mecánica se garantizan mediante una pieza adicional que sigue parcialmente la forma del tabique (48) y está fabricada con un material que tiene una buena resistencia mecánica.
7. Bomba según la reivindicación 6, caracterizada por que la pieza adicional está fabricada con una aleación metálica, principalmente de acero inoxidable, y comprende una virola (52) que se inserta en el entrehierro dispuesto entre las dos series de imanes (31, 33).
8. Bomba según la reivindicación 7, caracterizada por que el grosor de la virola (52) es inferior al de la envoltura del tabique (48).
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