ES2211599T3 - Bomba de accionamiento magnetico. - Google Patents
Bomba de accionamiento magnetico.Info
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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.
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.
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.
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.
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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