ES2214042T3 - Dispositivo de rotacion. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo (1) de rotación, que comprende: (a) una carcasa (2) con un primer paso (3) del medio sustancialmente axial y al menos un segundo paso (4, 5, 6) del medio sustancialmente axial; (b) un eje del rotor que se extiende en dicha carcasa (2) y fuera de dicha carcasa (2) y que está montado para su rotación con relación a dicha carcasa (2) y soporta un rotor (8) acomodado en dicha carcasa (2), conectando dicho rotor (8) con un tercer paso (9) central del medio a dicho primer paso (3) del medio, dicho tercer paso (9) del medio se ramifica dando una pluralidad de canales (10) del rotor equidistantes angularmente que se extienden en un plano al menos principal más o menos radial respectivo desde el tercer paso (9) del medio hasta un respectivo cuarto paso (11) del medio, en el que la zona distal del tercer paso (9) del medio y la zona distal del cuarto paso (11) del medio se extiende cada una de forma sustancialmente axial y cada canal (10) del rotor tiene una forma curvada, por ejemplouna forma genérica en U o una forma genérica en S, tiene una parte (12) intermedia que se extiende en una dirección que tiene al menos un componente radial considerable, y cada canal (10) del rotor tiene una superficie en sección transversal de tubo de flujo, es decir, una sección transversal de cada dirección principal local que se incrementa en la dirección desde el tercer paso del medio hasta el cuarto paso del medio desde un valor relativo de uno hasta un valor relativo de, al menos, cuatro; (c) un estator (13) acomodado en dicha carcasa (2).

Description

Dispositivo de rotación.

Los dispositivos de rotación son conocidos en muchas formas de realización.

Una bomba centrífuga se conoce, por ejemplo con una entrada axial y un rotor con álabes para retener un líquido para bombearlo radialmente hacia fuera bajo la influencia de fuerzas centrífugas y, por ejemplo, una o más salidas tangenciales.

Además, se conoce un compresor axial que tiene unos grupos de álabes de rotor y de estator ordenadas en cascadas. La estructura comprende muchos cientos de componentes extremadamente complejos con los cuales deben cumplir con altos estándares de precisión dimensional y resistencia mecánica. Un ejemplo de lo anterior es una turbina de gas, en la cual en este caso un medio gaseoso bajo presión es suministrado por una fuente diseñada para este fin que es dirigido sobre los alabes de un rotor, de forma que este rotor es accionado con fuerza, por ejemplo para accionar rotativamente una máquina, como por ejemplo un generador eléctrico.

Estos dispositivos conocidos exhiben inestabilidades de flujo, particularmente a bajos caudales. Lo anterior origina normalmente un desequilibrio en la carga del rotor que ocasiona grandes vibraciones, variaciones incontrolables en la velocidad de rotación y cargas mecánicas muy pesadas en los cojinetes, ejes y álabes.

Todos los dispositivos de rotación conocidos tienen además determinados inconvenientes técnicos.

Por ejemplo, la eficiencia es a veces relativamente baja y depende grandemente en la velocidad de rotación.

Además, los dispositivos conocidos son normalmente voluminosos, pesados y caros.

En el uso de técnicas de moldeo para fabricar un rotor, los álabes deben de tener un grosor de pared mínimo, lo que da lugar a reducciones indeseables en el volumen de paso eficaz y pérdidas debidas a la liberación y a la formación de estelas de remolino. El grosor de la pared del álabe y la forma requerida del mismo limita además el número de álabes que pueden ser acomodados. Además, la técnica de moldeo da como resultado inevitablemente una aspereza superficial indeseada y desequilibrios como consecuencia de las diferencias no pretendidas y que no se pueden solucionar en la densidad, por ejemplo, como resultado de las inclusiones.

La resistencia a la tracción de los metales y aleaciones fundidos es también limitada.

Las bombas centrífugas conocidas están afectadas además por el fenómeno denominado de deslizamiento, fenómeno por el cual el flujo tiene poca adhesión al lado de succión del canal de flujo unido por álabes adjuntos. Debido al ángulo de expansión entre los álabes existe un área de deslizamiento o un área con agua "estancada" en la cual está localizada una turbulencia estática a gran escala, por medio de lo cual el flujo pasante en dicha área es cero. Como resultado la presión de salida de la bomba centrífuga es grandemente pulsante.

Además, los dispositivos conocidos están construidos de forma que producen mucho ruido durante la operación.

Todos los dispositivos conocidos que operan, por ejemplo, como bombas de agua, tienen una capacidad de presión limitada. Para aplicaciones, como por ejemplo, bombas de bomberos, las bombas son a veces colocadas en cascada, unas con otras, con objeto de obtener la presión requerida, también expresada como la elevación de agua para el bombeo.

En los dispositivos de rotación conocidos se percibe a veces también un inconveniente, por lo que el medio de entrada y el medio de salida no tienen la misma dirección sino que están dirigidos, por ejemplo, según ángulos rectos entre sí. En condiciones determinadas podrá ser deseable al menos tener la opción de dar a la entrada y a la salida la misma dirección.

Los dispositivos conocidos son incapaces además de operar con un medio que tiene grandes variaciones de viscosidad.

En los dispositivos conocidos, las velocidades de flujo del medio que fluye pasante varian muy considerable durante el flujo pasante de un dispositivo. La producción de ruido y la pérdida de eficiencia resultante como consecuencia de la aceleración que se produce. En este aspecto sería deseable mantener la velocidad del flujo pasante del medio que fluye a través de un dispositivo de rotación constante bajo todas las condiciones, como por ejemplo dentro de un intervalo de 0,2-5 veces un valor especificado.

Otras bombas rotativas se desvelan en los documentos DE-C-967862 y US-A-4355951.

Un objeto de la invención es suministrar un dispositivo de rotación que no tenga los problemas mencionados anteriormente y las limitaciones de la técnica anterior o al menos los tengan en menor medida.

Otro objeto de la invención es suministrar un dispositivo que pueda ser regulado respecto un intervalo de operación que se incremente grandemente con relación a la técnica anterior.

Respecto de lo anterior, la invención suministra genéricamente un dispositivo de rotación según se especifica en la reivindicación 1.

El dispositivo según la reivindicación 2 podrá por ejemplo emplearse como una bomba o un compresor.

El dispositivo según la reivindicación 3 se refiere a un dispositivo que opera como un motor.

Las reivindicaciones 4, 5 y 6 se refieren a diferentes medios de bombeo. El termino "medio de dos fases" en la reivindicación 6 se refiere, por ejemplo, a un medio que puede ser líquido y/o gaseoso, en función de la temperatura de operación y la presión de operación. Dicho medio se usa a menudo en los sistemas de enfriamiento. Ejemplos son freones, amoníaco, alcanos.

La reivindicación 7 describe en términos generales una forma posible de los canales del rotor.

Las reivindicaciones 8, 9 y 10 dan preferencia al aumento del número de canales del rotor.

La reivindicación 11 se refiere a una estructura del dispositivo de rotación que evita grandes pulsaciones periódicas de la presión durante la operación. Dicha estructura asegura poco ruido y un flujo uniforme.

La reivindicación 12 se refiere a la aplicación de un propelente de alimentación en el medio de entrada en el caso de un dispositivo de rotación que sirve como medio de bomba. El propelente de alimentación asegura que el medio entra en los canales del rotor sin liberar una determinada presión y velocidad.

Una forma de realización muy práctica se refiere a un rotor ligero manufacturado fácilmente se describe en las reivindicaciones 13 y 14.

Dado que es importante que en la región del tercer medio no se produzcan discontinuidades de paso que puedan ocasionar torbellinos y turbulencias a gran escala, la liberación y producción de ruido, podrá ser ventajosa la estructura según la reivindicación 15.

La reivindicación 16 se refiere a una estructura del dispositivo de rotación, en la cual un número relativamente grande de amortiguadores podrán usarse sin aumentar el grosor de los amortiguadores en la posición del tercer medio de paso, reduciendo sustancialmente el paso para el medio en dicha posición. Como resultado de que la dimensión transversal se vuelve más ancha en la dirección radial con relación a la dirección axial de los canales del rotor, un espacio adicional está disponible para colocar de forma entrelazada un segundo grupo de segundos amortiguadores a una distancia del tercer medio de paso. En la medida necesaria, un tercer grupo de amortiguadores podrán colocarse también entre el primer y los segundos amortiguadores. Dichos amortiguadores son a su vez más cortos que los segundos amortiguadores y se extienden en la dirección del tercer y cuarto medio de paso en la medida que el cuarto medio de paso está a una distancia del extremo de los segundos amortiguadores en dirección al tercer medio de paso. Esta estructura permite una buena guía de flujo sin tener esto un efecto adverso en el paso efectivo del medio.

Las reivindicaciones 17 y 18 se refieren a la forma de los álabes del estator. Dado que todas las álabes del estator están colocadas de una forma equidistante angularmente, su distancia mutua es siempre la misma en cualquier posición axial. Reológicamente, sin embargo, se considera esencial que, visto en la dirección del quinto medio de paso hacia el sexto medio de paso, un abocinamiento eficaz se producirá en una dirección vista a lo largo de una línea de flujo en un canal del estator. Perpendicularmente a dicha línea de flujo se podrá definir un ángulo de progresión en cualquier posición a lo largo de esta línea de flujo entre los álabes. La reivindicación 17 se refiere a este ángulo. La estructura según la reivindicación 18 tiene la ventaja de mejorar considerablemente la eficacia.

El uso de material de placa para la fabricación de los platos y los álabes según la reivindicación 19 tiene la ventaja de que el rotor podrá ser muy ligero. El material de placa podrá ser además muy ligero, liso y dimensionalmente fiable. La elección del material será determinada adicionalmente en consideración de la resistencia al desgaste (en función del medio que pasa a su través) rigidez a la curvatura, resistencia mecánica y similares. Para el rotor, los platos que han sido descritos con forma de doble curva es importante que se retenga la forma principal, incluso cuando el material está sometido a fuerzas centrífugas como resultado de altas velocidades de rotación. A este respecto se llama la atención al hecho de que los álabes están dispuestos entre los platos y acoplados rígidamente a los mismos, lo cual contribuye en un grado considerable a la rigidez del rotor. Por esta razón también es importante el uso de un gran número de álabes. Un rotor podrá ser también fabricado con muy alta precisión dimensional e inbalance intrínseco despreciable.

Las reivindicaciones 20, 21 y 22 dan opciones referentes a la elección del material bajo condiciones específicas.

En función de las dimensiones del rotor y la velocidad de rotación, el material de placa descrito podrá tener un valor deseado. Una elección apropiada varia genéricamente en los limites mencionados en la reivindicación 23. Respecto de la posibilidad de un pequeño imbalance, el momento de masa de inercia del motor es preferentemente tan pequeño como sea posible, particularmente en el caso de un medio con baja densidad, como por ejemplo los gases. En este contexto se recomienda elegir el grosor menor técnicamente posible.

La reivindicación 24 describe diversas técnicas posibles con las cuales los amortiguadores del rotor se pueden acoplar a los platos.

La reivindicación 25 se refiere a las elecciones posibles de material para los álabes del estator. Las consideraciones técnicas que forman las bases de esta elección son en gran medida las mismas que para los amortiguadores del motor.

La reivindicación 26 se refiere a las elecciones del material o al menos los materiales en la superficie interna cilíndrica de la carcasa y las cuchillas del estator. Al hacer los coeficientes de expansión térmica de dichos materiales los mismos según la reivindicación 20, se evitan los esfuerzos térmicos y se aseguran que la conexión mutua y la forma correcta de los canales del estator también permanecen preservados en el caso de extremas variaciones de temperatura.

El uso de materiales de chapa delgada para los álabes tiene también la ventaja en este aspecto que se evitan los esfuerzos técnicos de forma eficaz.

La reivindicación 27 menciona un desarrollo específico del principio técnico descrito de la posibilidad de que los materiales sean los mismos. Resultará patente que un desarrollo adicional no solamente la superficie interna cilíndrica de la carcasa deberá ser del material relevante, sino que esto podrá ser también el caso para toda la camisa cilíndrica de la carcasa o incluso toda la carcasa.

La reivindicación 28 se centra en la forma de los canales del estator. Como se ha mencionado anteriormente respecto a las reivindicaciones 19-23 el momento de la masa de inercia y por lo tanto el riesgo de un cierto desequilibrio del rotor es preferentemente tan pequeño como sea posible.

La reivindicación 29 se refiere a este mismo aspecto y se aplica particularmente al gas como medio, lo cual después de todo no tiene ninguna contribución apreciable al momento de la masa de inercia. Aunque como resultado de las pequeñas dimensiones radiales, el eje debería tener un peso considerable con objeto de tener un momento de masa de inercia en el mismo orden de magnitud que el del rotor, aunque se debe sobrentender sin embargo que la contribución en cuestión podrá ser sustancial respecto de la longitud del eje que las mismas condiciones es relativamente grande. Además, el rotor tomará preferentemente la forma más ligera posible de forma que por esta razón su momento de masa de inercia sea también relativamente pequeño.

Las reivindicaciones 30 y 31 mencionan diversas posibilidades para formar los platos del rotor.

La reivindicación 32 enfoca un procedimiento muy específico de conformar un rotor.

Particularmente, en el caso de un medio muy caliente o muy fría es significativa la estructura según la reivindicación 33.

La reivindicación 34 se dirige a una forma de realización muy ventajosa en la cual un sellado efectivo se combina con una fricción que es particularmente cero.

Las reivindicaciones 35 y 36 dan una preferencia en aumento al número posible de álabes del estator. En el diseño del dispositivo de rotación según la invención se debe tener en cuenta el hecho de que el tubo de flujo local es solamente controlable en un amplio margen de flujo si el tubo de flujo es alargado.

Las reivindicaciones 37, 38 y 39 suministran una caracterización adicional del dispositivo de rotación en términos de la relación de la superficie en sección transversal total de los cuartos medios de paso y el tercer medio de paso. La elección relevante es función en gran manera de los requisitos de diseño.

De forma similar, las reivindicaciones 40, 41 y 42 suministran opciones referentes a la relación del diámetro del anillo de los cuartos medios de paso y el diámetro del tercer medio de paso. La elección relevante depende de la relación de presión que se va a generar entre la entrada y la salida en el caso de una bomba o la relación de expansión en el caso de una turbina.

En la bomba según la invención existe a una fuerte rotación en la región del cuarto y quinto medios de paso. Esto da como resultado localmente una presión estática relativamente baja, en contraste con la bomba centrífuga conocida. Como resultado de la presión local relativamente baja se obtienen demandas relativamente pequeñas del grosor de las paredes relevantes y los sellos locales, mediante lo cual se podrá hacer uso, por ejemplo de juntas simples como por ejemplo juntas de laberinto, que en condicionesparticulares son consideradas de baja calidad. Como se conoce a causa de su naturaleza una junta de laberinto no se cierra completamente. Como consecuencia de la presión local relativamente baja, la junta es por lo tanto suficiente cuando se usan juntas de laberinto. Dicho grosor de pared pequeño permite la fabricación mediante embutición profunda.

El dispositivo según la invención podrá ser aplicado de forma muy amplia. Como bomba exhibe unas características de presión muy uniforme y eficiencia y características de potencia más o menos monótonas, por medio de lo cual una bomba es aplicada para una amplia gama de aplicaciones mientras que es normal que para diferentes aplicaciones se requieran bombas de dimensiones diferentes.

Dicha característica sustancialmente lineal y monótona a cualquier velocidad de rotación suministra una opción importante, por medio de un ajuste muy simple de la potencia motriz, de conseguir un rendimiento de salida correspondiente de forma sustancial ambigüedades con el mismo. La técnica anterior requiere para dicho fin un ajuste complicado y caro en base a los valores momentáneos de un número de parámetros relevantes. Esta es la razón por la cual dichos ajustes no se aplican en la práctica.

Para el bombeo de un medio con viscosidades que varian ampliamente es necesario solamente un número limitado de bombas de dimensiones diferentes como consecuencia de la pequeña dependencia de las propiedades del dispositivo respecto a la viscosidad del medio.

En el uso como bomba, un dispositivo podrá manejar un caudal muy grande y/o una presión muy alta en comparación a la puesta en cascada de una pluralidad de bombas según la técnica anterior.

Con objeto de invertir la operación de una bomba a la de un motor o viceversa, será genéricamente deseable realizar algunas modificaciones del dimensionamiento de los canales del estator y de los canales del rotor.

La invención se describirá con referencia a los dibujos adjuntos. En los dibujos:

La Figura 1 muestra parcialmente en sección y parcialmente en una vista lateral recortada una primera forma de realización de un dispositivo de rotación;

La Figura 2 es una vista en perspectiva parcialmente recortada del dispositivo de la Figura 1, en la cual se ilustra esquemáticamente la estructura espacial;

La Figura 3 muestra una variante de un colector;

la Figura 4 es una vista en perspectiva parcialmente recortada de una segunda forma de realización de un dispositivo de rotación;

la Figura 5A muestra una vista en desarrollo de una parte de un estator con los álabes del estator unidos a los canales del estator;

la Figura 5B muestra una vista en desarrollo de un álabe del estator;

la Figura 5C muestra una vista correspondiente con la Figura 5A de dos álabes del estator a objeto de mostrar las proporciones geométricas;

la Figura 5D muestra una vista en línea recta del canal del estator según la Figura 5C;

la Figura 5E muestra un gráfico de la anchura del canal en función de la distancia del canal;

la Figura 5F muestra el ángulo encerrado en función de la distancia del canal;

la Figura 6A muestra una sección transversal esquemática de una tercera forma de realización de un dispositivo de rotación;

la Figura 6B muestra una vista correspondiente con la Figura 6A de una variante;

la Figura 7 muestra una vista despiezada ordenadamente en perspectiva de la parte inferior de la estructura interna con el rotor y el estator de una cuarta forma de realización de un dispositivo de rotación, con omisión de la carcasa y del plato inferior del rotor;

la Figura 8 muestra una vista de la parte superior del estator según la Figura 7, con omisión de la carcasa y del rotor;

la Figura 9 muestra una vista en perspectiva despiezada ordenadamente de la parte inferior, correspondiente con la Figura 7 del rotor;

la Figura 10A muestra una vista en perspectiva correspondiente con la Figura 8 de la parte de estator de una quinta forma de realización, en la cual el colector está realizado de forma diferente;

la Figura 10B muestra una vista correspondiente con la Figura 10A de una variante;

la Figura 10C muestra una vista correspondiente con la Figura 10B de una variante;

la Figura 10D es una representación gráfica de la relación entre la distancia tangencial entre dos álabes y la posición axial;

la Figura 10E muestra la anchura del canal en función de la posición del canal;

la Figura 10F es una representación gráfica del ángulo encerrado en función de la posición del canal;

la Figura 11 es una vista en perspectiva parcialmente recortada de una parte de una sexta forma de realización de un dispositivo de rotación;

la Figura 12A es una vista parcialmente esquemática en perspectiva de un molde para formar los álabes del rotor;

la Figura 12B muestra un corte a lo largo de la línea B-B de la Figura 12A;

la Figura 12C muestra una vista esquemática despiezada ordenadamente de un dispositivo para fabricar un álabe del estator;

la Figura 12D es una vista en perspectiva del dispositivo de la Figura 12C;

la Figura 13A muestra una vista muy esquemática despiezada ordenadamente de un dispositivo para ensamblar un rotor según la Figura 9;

la Figura 13B es una vista en perspectiva parcialmente esquemática de una disposición de un número de bloques conductores en la fase de fabricación de un estator;

la Figura 13C es una vista en perspectiva parcialmente recortada dibujada en la Figura 13B del estator fabricado según la Figura 13B;

la Figura 13D muestra un conjunto de bloques que conducen calor y electricidad según la Figura 13B;

la Figura 14 muestra un gráfico esquemático que compara la eficacia en función del caudal relativo de un dispositivo de rotación conocido y un dispositivo según la presente solicitud de patente;

la Figura 15 muestra la presión generada por un dispositivo según la invención en función del caudal a velocidades de rotación diferentes, en comparación con una bomba conocida;

la Figura 16 es una representación gráfica correspondiente con la Figura 15 de otra forma de realización;

la Figura 17 es una vista en perspectiva de una forma de realización adicional del dispositivo de rotación según la invención;

la Figura 18 es una vista en perspectiva recortada del dispositivo según la Figura 17;

la Figura 19 muestra una vista despiezada ordenadamente del dispositivo de la Figura 17.

La Figura 20 es una vista en perspectiva del motor;

la Figura 21 es una vista en perspectiva de la unidad de canales de flujo que se extienden entre el sexto medio de paso y el segundo medio de paso;

la Figura 22 muestra una vista desde arriba de la unidad según la Figura 21; y

la Figura 23 es una vista en perspectiva recortada de una variante.

La Figura 1 muestra un dispositivo de rotación 1. El dispositivo comprende una carcasa 2 con un primer paso 3 del medio axial y tres segundos pasos 4, 5, 6 del medio axial. El dispositivo 1 comprende además un eje 7 que se extiende en dicha carcasa 2 y fuera de dicha carcasa 2 y que está montado para su rotación con relación a la carcasa 2 y soporta un rotor 8 acomodado en la carcasa 2, siendo dicho rotor especificado en lo que sigue a continuación. El rotor 8 conecta con un tercer paso 9 del medio con el primer paso 3 del medio. El tercer paso 9 del medio se ramifica dando una pluralidad de canales 10 del rotor equidistantes angularmente, extendiéndose cada uno en al menos un plano principal más o menos radial, respectivamente, desde el tercer paso 9 del medio hasta un cuarto paso 11 del medio respectivo. La zona distal del tercer paso 9 del medio y la zona distal del cuarto paso 11 del medio se extiende cada uno sustancialmente en la dirección axial. Como se muestra en la Figura 1, cada canal 10 del rotor tiene una forma genérica de S correspondiéndose groseramente con una función de semicoseno y tiene una parte intermedia 12 que se extiende en una dirección que tiene al menos un componente radial considerable. Cada canal del rotor tiene una superficie en sección transversal que aumenta desde el tercer paso del medio hasta el cuarto paso del medio.

El dispositivo de rotación 1 comprende además un estator 13 acomodado en la carcasa 2. Este estator 13 comprende un primer cuerpo 14 central y un segundo cuerpo 23 central.

El primer cuerpo 14 central tiene en su zona próxima al rotor 8 una superficie exterior 15 cilíndrica la cual, conjuntamente con una superficie 16 interna cilíndrica de la carcasa 2, une un espacio 17 de paso del medio genéricamente cilíndrico con una dimensión radial de un máximo de 0,2 veces el radio de la superficie 15 externa cilíndrica, en la cual el espacio 17 de paso del medio está acomodada una pluralidad de álabes 19 del estator equidistantes angularmente que en pares unen los canales 18 del estator, y cuyos álabes 19 del estator tiene cada uno en su zona distal 20 dirigida hacia el rotor 8 y que forma un quinto paso 24 del medio en una dirección diferente sustancialmente, en particular al menos de 60º, de una dirección axial 21, y en su otra zona distal 22 formando un sexto paso 25 del medio en una dirección que difiere un poco, en particular un máximo de 15º, de la dirección axial 21, conectando dicho quinto paso 25 del medio sobre el cuarto paso 11 del medio y dicho sexto paso 25 del medio conecta con los tres segundos pasos 4, 5, 6 del medio.

El segundo cuerpo central está diseñado de forma que entre el sexto paso 25 del medio y los segundos pasos del medio 4, 5, 6 tres canales conectores 26 se extienden ahusándose en la dirección desde los sextos pasos 25 del medio hasta los segundos pasos 4, 5, 6 del medio. Dichos canales colectores están también unidos por su superficie externa 29 del cuerpo segundo 23 central y la superficie 16 interna cilíndrica de la carcasa 2.

La Figura 1 muestra un recorrido 27 de flujo pasante del medio general con flechas. Este recorrido 27 está definido entre el primer paso 3 del medio y los segundos pasos 4, 5, 6 del medio a través de respectivamente: el primer paso 3 del medio, terceros pasos 9 del medio, los canales 10 del rotor, 4 pasos 11 del medio, los canales del estator 18 sextos pasos 25 del medio, los canales colectores 26, segundos pasos 4, 5, 6 del medio con transiciones sustancialmente suaves entre dichas partes. Se debe hacer notar que en la Figura 1 el flujo del medio según las flechas 26 se muestra según una acción de bombeo del dispositivo 1, para cuyo objeto el eje 7 es accionado de forma rotativa por el medio de motor (no representado). Si el medio bajo presión fuera a ser admitido con fuerza vía los pasos del medio 4, 5, 6 dentro de los segundos pasos 4, 5, 6 del medio, el flujo del medio seria posteriormente invertido y el rotor 8 seria accionado de forma rotativa, también mientras acciona el eje 7 rotativamente, mediante la estructura del dispositivo 1 que se describirá en lo que sigue.

La estructura del dispositivo es tal que durante la operación existe una fuerza mutua de acoplamiento entre la rotación del rotor 8, y de dicha forma la rotación del eje, por una parte, y la velocidad y la presión en el medio que fluye a través de dicho recorrido 27 de flujo pasante del medio.

Por lo tanto, el dispositivo podrá operar genéricamente como una bomba, en cuyo caso el eje 7 es accionado y el medio es bombeado según la flecha 27, o como una turbina/motor, en cuyo caso el flujo del medio se invierte y el medio suministra la fuerza motriz.

La Figura 2 muestra el dispositivo 1 en una perspectiva recortada altamente esquemática. Resultará patente que los canales del colector 26 están formados por un segundo cuerpo 23 central que podrá considerarse como una pieza de inserto que está situada por encima del primer cuerpo 14 central y tiene tres rebajos 30 que forman los canales 26 del colector. Dichos rebajos tienen formas redondeadas y conectan en su parte inferior con los sextos pasos 25 del medio para guiar el medio según la flecha 27 hacia los segundos pasos 4, 5, 6 del medio.

La Figura 3 muestra la pieza de inserto 23 en una vista en perspectiva parcialmente recortada. En está forma de realización al azar la pieza de inserto 23 está formada de chapa metálica. Sin embargo, podrá también consistir de otros materiales apropiados, como por ejemplo plásticos sólidos opcionalmente reforzados y similares.

La Figura 4 muestra un dispositivo 31 que se corresponde funcionalmente con el dispositivo 1. El dispositivo 31 comprende un motor de accionamiento 28.

Podrá apreciarse más claramente en la Figura 4 que en la Figura 1, una hélice 32 de alimentación con una pluralidad de álabes 33 de la hélice que está dispuesta en el tercer paso del medio 9 que sirve como toma del medio.

En anticipación de la discusión del rotor según la Figura 9, que se corresponde con el rotor 8 según la Figura 1, se debe hacer notar que el rotor 34 en el dispositivo 31 según la Figura 4 tiene un número de puntales 35 de refuerzo adicionales que están ausentes en el rotor 8.

Como se muestra en la Figura 9, el rotor 8 comprende una pluralidad de componentes separados que están mutuamente integrado en la forma que se describirá en lo que sigue. El rotor 8 comprende un plato inferior 36, un plato superior 37, doce amortiguadores 38 relativamente alargados y doce amortiguadores 39 relativamente cortos colocados de forma interpuesta entre sí, que en la manera mostrada forma límites equidistantes de los canales 10 del rotor respectivos. Cada uno de los amortiguadores 38, 39 tiene una forma y bordes 40, 41 curvados formando ángulos rectos para el acoplamiento hermético al medio con los platos 36, 37. Los amortiguadores 38, 39 están conectados preferentemente a los platos mediante soldadura y así forman un rotor integrado. En el tercer paso 9 del medio central está colocada la hélice 32 de toma. La hélice tiene 12 álabes que conectan con los amortiguadores largos 38 del rotor sin una transición reológicamente apreciable. Un elemento 42 de recubrimiento ahusado hacia fuera está colocado en el medio de la hélice 32 de toma.

La Figura 4 muestra claramente en particular la operación del dispositivo 31 que opera por ejemplo como una bomba de líquido. Accionando el eje 7 con el desplazamiento del rotor 34 el líquido es presionado dentro de los canales del rotor mediante la acción de la hélice 32. Parcialmente como resultado de la aceleración centrífuga que se produce, se obtiene una fuerte acción de bombeo que es comparable a la de las bombas centrífugas. Sin embargo, las bombas centrífugas operan con canales del rotor formados fundamentalmente de forma diferente. El líquido que fluye saliendo de los canales 10 del rotor exhibe una fuerte rotación y adapta la forma de un flujo anular que tiene tanto un componente de dirección tangencial o rotacional y un componente de dirección axial. Los álabes 19 del estator eliminan el componente de rotación y conducen al flujo introducido inicialmente de forma axial una vez de nuevo en la dirección axial dentro de los canales 26 del conector, donde los flujos parciales son recolectados y suministrados a la respectivas salidas 4, 5, 6 del medio. Si se desea, el medio podrá ser bombeado adicionalmente vía un conducto en la forma mostrada en la Figura 2 por medio de la combinación de tres salidas 4, 5, 6 formando un conducto 43. Con referencia a la Figura 10 se debe hacer notar que también son posibles otras formas de realización, en las que la salida se extiende también en la dirección axial prácticamente exacta.

La Figura 5A muestra que los álabes 19 del estator tienen un borde 44 curvado en su lado de toma. Este borde tiene una función reológica. Suministra una transición suave, perfilada hacia los canales 18 del estator desde el flujo del medio que rota fuertemente generado por el rotor 34 que rota a alta velocidad.

Los rotores descritos constan en esta forma de realización de componentes de acero inoxidable, con referencia a la Figura 9, los platos 36, 37, los amortiguadores 38, 39, la hélice 32.

La Figura 5A muestra en forma desarrollada la superficie externa 15 del primer cuerpo central y los álabes 19 del estator.

La Figura 5B muestra una vista de un amortiguador 19 a lo largo de la línea discontinua B-B en la Figura 5A.

La Figura 5C muestra un conjunto de álabes 19 del estator conjuntamente unidos en un conjunto de canales 18 del estator.

La Figura 5D muestra un dibujo de trabajo del canal 18 con la definición de los ángulos mutuos según las líneas sucesivas 46 que, como muestra la Figura 5D, tienen distancias mutuas a lo largo del eje de aproximadamente 5 mm, al menos en esta forma de realización. La anchura de salida de cada canal del estator es de aproximadamente 15 mm, en la forma mostrada en la Figura 5C. La Figura 5D muestra las diferentes posiciones con los ángulos medios asociados entre los álabes 19 en la posición indicada.

La Figura 5E muestra la anchura del canal en función de las posiciones según las Figuras 5C y 5D.

La Figura 5F muestra el ángulo encerrado según la vista de la Figura 5D. Se considera importante hacer notar que este ángulo nunca excede el valor reológicamente significativo de aproximadamente 15º e incluso permanece bajo el valor de 14º.

En la Figura 1 y en la Figura 4 se podrá apreciar claramente que los rotores respectivos 8, 34 en la región del tercer paso del medio y el cuarto paso del medio están sellados con relación a la carcasa 2 por unas juntas 45, 46 de laberinto respectivas. El eje está montado con relación a la carcasa por medio de, al menos, dos cojinetes, mostrándose solamente uno de ellos en las Figuras 1 y 4. Este cojinete está designado con el número de referencia 47.

La Figura 6A muestra un dispositivo de rotación con una estructura ligeramente diferente. Esta estructura implica una unidad continua de canales del colector dado que existe un espacio 49 que está limitado por un segundo cuerpo 50 central conjuntamente con la pared 51 de la carcasa 52. Por lo tanto, existe solamente una salida 4 del medio.

La Figura 6B muestra un dispositivo de rotación 48', cuya estructura se corresponde prácticamente con la estructura del dispositivo 48 según la Figura 6A. Un dispositivo distinto del dispositivo 48, el dispositivo 48', comprende un motor eléctrico, el cual comprende un número de devanados del estator designado con el número de referencia 90 que están dispuestos en posiciones estáticas, y un anclaje 91 del rotor conectado fijamente al plato superior 37 del rotor 8.

Los cables de conexión de los devanados del estator no están representados, que se podrán extender de forma apropiada hacia arriba vía el espacio no utilizado dentro de los álabes 19 del estator y el dispositivo de salida 48' según una posición deseada apropiada.

La Figura 7 muestra la estructura interna del rotor 8 con la omisión del plato inferior 36. Se hace referencia a la Figura 9. Particularmente en esta Figura es la estructura del segundo cuerpo central 53. En comparación con la Figura 2 se aprecia claramente como esta forma de realización difiere de la estructura del dispositivo 1. El segundo cuerpo central 53 está provisto con tres piezas de inserto 54 que unen los rebajos 55 que conectan las aberturas de salida de los canales 18 del estator hacia las salidas del medio 4, 5, 6. Los rebajos 55 están provistos con unos amortiguadores de guía de flujo, los cuales, aunque tienen formas diferentes, están todos designados con el número de referencia 56, por conveniencia. Un flujo muy calmado libre de turbulencias se obtiene apropiadamente debido a esta estructura.

La Figura 8 muestra el estator 57 según la Figura 7 desde el otro lado.

La Figura 10A muestra una parte de la quinta forma de realización. El estator 61 está construido en cierta medida de forma regular y simétricamente, y difiere en este sentido de las formas de realización mostradas de forma particularmente clara en las Figuras 2 y 7. En la forma de realización de la Figura 10A, los canales 62 del colector están formados de forma análoga a los canales 18 del estator. Los canales 62 del colector están unidos por un lado a una superficie 63 del segundo cuerpo central 64 que se ahusa en la dirección de la salida 4 y por el otro lado a la superficie interna de una carcasa (no representada). Los canales 62 están separados mutuamente mediante unas paredes divisorias 65. En la forma mostrada, aproximadamente 2,7 canales del estator están combinados, de promedio, para formar un canal 62 del colector.

La Figura 10B muestra una variante de la Figura 10A. El estator 61' según la Figura 10B difiere de la forma de realización de la Figura 10A en el sentido de que los canales 62' están mutuamente separados por una superficie 63' y los amortiguadores 65' con las formas que difieren de los componentes relevantes en el estator 61. La consecuencia de ello es que el paso 93' del medio según la Figura 10B tiene un paso mayor que el paso 93 del medio de la Figura 10A. La diferencia en velocidad respecto de los canales 62' es por lo tanto menor que la diferencia en velocidad respecto de los canales 62. Esto podrá ser deseable en algunas condiciones.

La Figura 10C muestra una variante adicional en la cual el estator 61'' comprende no solamente los amortiguadores largos 19 relativamente sino también los amortiguadores 19' más cotos colocados interpuestos con los mismos. El efecto de ello será explicado con referencia a las Figuras 10D, 10E y 10F, a continuación. Por otra parte, el estator 61'' se corresponde sustancialmente con el estator 61'. Se debe señalar que las zonas distales inferiores de los amortiguadores 19 y 19' están plegadas. Se asegura de dicha forma un buen perfil con rigidez y refuerzo y resistencia a la erosión incrementada.

La Figura 10D muestra la distancia tangencial entre los amortiguadores adyacentes 19 y 19' según la Figura 10C y los amortiguadores 19 según las Figuras 10A y 10B. La distancia tangencial se muestra como una función de la posición axial. Las curvas I y II se corresponden con los amortiguadores adyacentes.

La Figura 10E se refiere a la forma de realización de la Figura 10C. El gráfico muestra la anchura del canal en función de la posición del mismo. La influencia de la colocación interpuesta de los amortiguadores relativamente cortos y relativamente largos es patente. Esta influencia se puede reconocer por el salto en el gráfico. Si este salto no estuviera presente, la parte designada con II conectaría suavemente sobre la parte designada con I, por lo que la anchura del canal en la región II se volvería sustancialmente mayor. Esto tendría un efecto considerable en el carácter alargado de los canales del estator, y de dicha forma afectaría al rendimiento del dispositivo en cuestión.

La Figura 10F muestra el ángulo encerrado en función de la posición del canal. Una comparación con la Figura 5F muestra que mediante la elección de la colocación del intercalado de los amortiguadores cortos y largos, el ángulo encerrado, que en la Figura 5F es de casi 14º, es siempre menor de 10º en la estructura según la Figura 10C.

La Figura 11 muestra una sexta forma de realización. El dispositivo de rotación 66 comprende un rotor 67 con una pluralidad de canales 68 del rotor que están unidos por paredes de chapa metálica. Este rotor puede estar formado por deformación explosiva, por medio de un medio de presión interna, por medio de una prensa de caucho o por otras técnicas apropiadas conocidas. Los canales 69 del conector están unidas por amortiguadores 70 que se extienden groseramente de forma helicoidal en el área de extracción.

La Figura 12 muestra la manera en la cual la forma muy complicada especialmente de los álabes 19 del estator pueden fabricarse de tiras respectivas de acero inoxidable.

La Figura 12A muestra muy esquemáticamente un molde 71 para formar un álabe 19 del estator a partir de una banda o tira plana de acero de determinada longitud. El molde comprende dos piezas 72, 73 del molde que pueden rotarse con una fuerza en relación entre sí y que en una posición de rotación cerrada tienen dos superficies separadas encaradas mutuamente, cuyas formas son sustancialmente idénticas, y dichas formas se corresponden con la forma de un álabe 19. La superficie de separación en cuestión está situada en la posición designada con la referencia 74, en la cual dicho álabe 19 es estirado según la realidad durante la conformación de un álabe, en la cual las piezas adjuntas 72, 73 del molde están dibujadas en una vista recortada. Se muestra en la parte inferior la superficie 75 de separación relevante que continua en la forma del álabe 19. Las flechas 76 muestran la rotabilidad relativa de las piezas 72, 73 del molde. Unos bloques 76, 77 guía sirven de guía para las piezas 72, 73 del molde durante la rotación. El medio mencionado para accionar rotatiavamente las piezas 72, 73 del molde no está dibujado.

En la posición abierta del molde, que no está dibujada en la Figura 12a, se inserta una banda de acero inoxidable recta. Esta banda es totalmente plana y recta. Posteriormente, las piezas del molde son rotadas mutuamente de forma que las superficies de moldeo se aproximan entre sí. El enganchado de la banda tiene lugar de dicha forma con la deformación simultánea de la misma. Se hace referencia en este respecto a la Figura 12b donde se muestran las piezas 72, 73 del molde coactuando mutuamente. Como será patente, la pieza 73 del molde tiene en su cilindro 77 de soporte próximo a la parte inferior un rebajo 78 correspondiente con el borde 79 inferior curvado de la banda 19, mientras un rebajo similar 80 permanece presente en el lado superior, entre la superficie superior de la pieza 72 del molde y la pieza 73 del molde cuando la cavidad del molde está cerrada. El cierre final de la cavidad del molde está determinado exclusivamente por el grosor del metal del álabe 19. El rebajo 80 se corresponde con el borde 88 curvado superior.

Las Figuras 12C y 12D muestran un dispositivo o molde 871 alternativo para conformar un álabe 819 del estator a partir de una banda o tira plana de acero 801 con la forma curvada de una longitud determinada mostrada en la Figura 12D. El molde 871 comprende dos piezas 872, 873 del molde que son rotables con una fuerza en relación mutua y que en una posición de rotación cerrada tienen dos superficies de separación encaradas mutuamente, cuyas formas son sustancialmente idénticas, correspondiéndose dichas formas con la forma de un álabe 819. La rotación mutua de dichas piezas 872, 873 del molde puede tener lugar al rotar la pieza 873 del molde por medio de una manivela 802, donde la pieza 872 del molde permanece estacionaria a causa de que está conformada integralmente con un bastidor 803 que está fijado a una superficie de trabajo. Una segunda manivela 804 está fijada a un elemento 805 sustancialmente cilíndrico provisto con una abertura 806 más o menos triangular que sirve para colocar la banda 801 y la retirada del álabe 819 conformado. Los componentes 805 y 814 respectivos están acoplados mutuamente para la rotación por medio de una chaveta 808 que encaja dentro de un chavetero 807.

Dichas superficies 810, 811 de separación sirven para impartir a la banda 801 la forma principal curvada doble, aunque sin los bordes curvados 812, 813 que sirven para la conexión de una deformación del álabe de un estator a los cuerpos cilíndricos respectivos. Una vez que se ha obtenido esta forma por rotación de la mitad de la empuñadura 802, los bordes curvados 812, 813 podrán formarse mediante una rotación adicional de la manivela 804. Durante una rotación adicional la curvatura pretendida de dichos bordes tiene lugar debido a la rotación de la parte central 814 que, en la forma mencionada, está acoplada para su rotación al elemento 805 y está provista con un borde 815 de curvatura. Un segundo borde 816 de curvatura está dispuesto en el interior del elemento 805.

Usando el dispositivo 871 se podrá formar de dicha forma un álabe 819 a partir de una banda 801 de metal preformada con una operación muy simple.

Se debe hacer notar que la banda 801 está fabricada mediante corte por láser. Un elemento de metal de chapa libre de lajas y rebabas muy preciso se podrá obtener de dicha forma y que está libre de esfuerzos internos. La zona distal 820 estrechada podrá plegarse según la flecha 823 hasta la posición designada con la referencia 820'. El álabe 819 está de dicha forma listo para servir como componente de un estator. Dicho estator se muestra por ejemplo en la Figura 13C.

La Figura 13A muestra un procedimiento posible y muy práctico de fabricar el rotor 8. El punto de inicio es el plato 36 inferior, el plato superior 37 y los amortiguadores 38, 39 del rotor para colocar entre los mismos y conectar de forma fija al mismo (véase también la Figura 9).

En la vista despiezada ordenadamente de la Figura 13A se muestra también que las cadenas de bloques 82 conformados similarmente conductores de electricidad y calor se pueden incorporar en los amortiguadores 38, 39 formados tridimensionalmente. Dichos bloques se unen por cables 83 para formar las cadenas respectivas y podrán servir para conducir la corriente que podrá ser conducida mediante un suministro 86 de energía eléctrica por medio de un electrodo superior 84 y un electrodo inferior 85 a través de un plato 37 respectivo, los bloques 82, los amortiguadores 38, 39, el plato inferior 36 y el electrodo inferior 85. Por medio de un medio de presión (no representado) los electrodos 84, 85 con forma de plato cuyas formas respectivas se corresponden con el plato superior 37 y el plato inferior 36, respectivamente, y son presionados con fuerza entre sí con la presión correspondiente de los componentes mencionados y dibujados en la Figura 3 según una distancia mutua. Las zonas 86 delimitadas que sirven como puntos de presión están dispuestas en el electrodo superior 84. Zonas 87 correspondientes están dispuestas en el electrodo inferior 84. Durante la transmisión de una corriente suficientemente elevada, será conducida a través del recorrido de corriente relevante vía las zonas de presión 86, 87 que están alineadas con los amortiguadores 38, 39. Una soldadura por puntos eficaz de los amortiguadores 38, 39 con los platos 36, 37 tiene de dicha forma lugar. Por ejemplo, los bloques 82 de cobre son esenciales para una buena conducción eléctrica sin los efectos térmicos adversos sobre los amortiguadores 38, 39. Una vez que se ha completado la operación de soldadura por puntos, las cadenas relevantes de bloques podrán ser retiradas tirando de los cables 83. Después de esta operación, el rotor está en principio acabado. Como se muestra en la Figura 1, un disco de fijación 90 podrá ser también soldado al plato superior 37 y con la tapa 91 se forma la fijación del rotor al eje 7. Tras la operación de soldadura por puntos, en la forma descrita anteriormente con referencia a la Figura 13, el rotor según la Figura 4 está dotado con puntales 35 y a continuación el eje 37 es fijado.

La Figura 13B muestra de forma grandemente simplificada, y con la omisión de un número de componentes una disposición 830 para la fabricación de un estator 831 se muestra en la Figura 13C. Para una buena comprensión de la disposición de la Figura 13B, se hace referencia en primer lugar a la Figura 13C. El estator 831 comprende una pared 832 interna cilíndrica y una pared 833 externa cilíndrica. En esta forma de realización dichas paredes están fabricadas de acero inoxidable. La pared externa 833 es relativamente gruesa, mientras que la pared interna 832 es relativamente delgada. Los álabes 819 del estator (véase la Figura 12) de una longitud relativamente grande y los álabes 819' de una longitud más corta colocados de forma intercalada con los anteriores están colocados en la posición deseada y fijados con los bordes curvados 812 y 813 a la pared interna 832 respectiva y la pared externa 833 mediante soldadura. Será patente que las formas de dichos bordes curvados 812 y 813 deberá encajar con precisión sobre las superficies cilíndricas relevantes. Los dispositivos mostrados en la Figura 12 están especialmente diseñados para lo mencionado.

La Figura 13B muestra, con la omisión de los cilindros 832, 833, una disposición de las cadenas colocadas de forma equidistante de bloques de cobre que por conveniencia están todas designadas con la referencia 834 y que toman la forma mostrada en la Figura 13D correspondiente con la forma de los álabes 819 respectivamente 819'. Los bloques están conectados mecánicamente entre sí y separados eléctricamente entre sí por medio de un lazo 835. Una almohadilla de caucho 836 tiene una forma tal que la estructura total 837, constituida por los bloques 834, el lazo 835 y la almohadilla 836, encaja con exactitud entre los álabes 819, 819' de un estator 831. Los bloques 834 tienen una forma general en U. Los bordes 812, 813 podrán estar conectados mutuamente para la conducción eléctrica y la conducción térmica sin que la conducción eléctrica tenga lugar vía la placa intermedia de un álabe 819. La comparación de las Figuras 13B y 13C muestra la colocación relativa de los bloques 834 y los álabes 819, 819'.

La Figura 13B está dibujada de forma simplificada en el sentido de que solamente se muestra el grupo más delantero de las cadenas 837, mientras que las camisas cilíndricas 832, 833 han sido también omitidas por motivo de claridad. Un electrodo externo 838 está colocado fuera de la camisa externa 833, mientras que un electrodo interno 839 está colocado dentro de la chaqueta interna 832. Dichos electrodos están adaptados para transmitir simultáneamente corrientes a través de las zonas de soldaduras por punto, las cuales por conveniencia están todas designadas con la referencia 840. A dicho fin, los electrodos 838, 839 están conectados a una fuente de potencia 841. Tras ordenar los álabes 819, 819' con cadenas 837 interpuestas sobre toda la periferia con la colocación del cilindro interno 832 y el cilindro externo 833, son colocados los electrodos internos 839 y los electrodos externos 838, tras lo cual se efectúa el flujo de corriente, lo cual tiene la consecuencia de que los bordes curvados 812, 813 son soldados por puntos en las posiciones de flujo de corriente hacia el cilindro interno 832 y el cilindro externo 833. Las cadenas respectivas 837 son subsecuentemente traccionadas por la parte superior de la estructura sobre los lazos 835, tras lo cual el estator 831 está acabado.

La Figura 14 muestra una representación gráfica de la eficacia "EFF", expresada en porcentajes como una función del caudal Q relativo de respectivamente un dispositivo según la técnica anterior (gráfico I) y como se mide en un dispositivo del tipo descrito anteriormente según la Figura 1 (gráfico II) y, finalmente, según las Figuras 7, 8, 9, 10. Resultará patente que la curva de eficiencia de la estructura según la invención es apropiadamente mayor que la de la técnica anterior y tiene un progreso considerablemente más plano. Particularmente a velocidades de rotación inferiores la mejora es espectacular. Esta mejora explica porque un dispositivo podrá ser empleado para muchas aplicaciones distintas. Dispositivos diferentes de la técnica anterior son requeridos normalmente para aplicaciones diferentes.

La Figura 15 muestra igualmente el rendimiento de un dispositivo según la invención que opera como una bomba. El gráfico mostrado en la Figura 15 se refiere a la presión de la bomba en función del caudal de un dispositivo según la invención comparado con una bomba centrífuga estándar de ocho etapas con una dimensión comparable con el dispositivo según la invención. El gráfico I indicado con puntos de medidas circulares se refiere a la medida de una bomba conocida NOVA PS 1874. El otro gráfico se refiere a medidas en una bomba según la invención a las siguientes velocidades de rotación a respectivamente: 1.500, 3.000, 4.000, 5.000, 5.500, 6.000 revoluciones por minuto.

La Figura 16 muestra los resultados de medidas en una comparación entre dos tipos de bomba según la invención y dos tipos de bomba según la técnica anterior. Los gráficos I y II se refieren a una bomba centrífuga de ocho etapas de un tipo normal a 3.000 revoluciones por minuto. El gráfico 1 se refiere a una toma de 58 mm mientras que el gráfico II se refiere a una toma de 80 mm.

Los gráficos trazados con la indicación de respectivamente 1.500, 3.000, 4.000, 5.000, 6.000 revoluciones por minuto se refieren a un dispositivo de una etapa según la invención con una carcasa de 170 mm de diámetro, un rotor con un diámetro de 152 mm y un diámetro de toma de 38 mm. Los gráficos dibujados en líneas por puntos se refieren igualmente a un dispositivo de una etapa según la invención con una carcasa que tiene un diámetro de 170 mm, un diámetro del rotor de 155 mm y un diámetro de la toma de 60 mm.

Las líneas respectivas III y IV designan los limites de cavitación respectivos del primer tipo de bomba según la invención, en la forma descrita, y el segundo tipo de bomba según la invención en la forma descrita.

Podrá apreciarse de lo anterior que la nueva estructura descrita de un dispositivo de rotación produce sustancialmente mejores resultados que dispositivos conocidos similares. Con referencia particular a las Figuras 15 y 16, se llama de nuevo la atención al hecho de que las comparaciones se refieren a un dispositivo de una etapa según la invención y a un dispositivo de ocho etapas según la técnica anterior, es decir ocho dispositivos de rotación conocidos conectados en cascadas.

La Figura 17 muestra una unidad 901 que comprende un dispositivo de rotación 902 y un motor 903. La unidad está designada para operar como una bomba. En la parte inferior está situado un primer paso 904 del medio que sirve como una toma y en el lateral está situado el segundo paso 905 del medio que sirve como una salida.

La Figura 18 muestra esquemáticamente la estructura de la unidad 901. Inversamente que con la forma de realización de por ejemplo la Figura 4, en la cual la unidad consta de un motor y una bomba que en principio está conectada inseparablemente al anterior, la unidad 901 está construida a partir de dos componentes separados. A dicho objeto, el eje del motor 906 tiene un extremo ahusado hacia el exterior con una rosca 907 cónica en el extremo, mientras que el eje 908 del rotor tiene una forma correspondiente complementaria. De dicha forma, el motor 903 y la bomba 902 están acopladas mutuamente de una forma de transmisión de potencia y desmontable, mientras el desmontaje muy fácil está sin embargo asegurado. En lo que sigue se hará una referencia particular a la estructura de un componente de bomba 902 con referencia a las Figuras 21 y 22.

La Figura 19 muestra en una vista despiezada ordenadamente la forma en la cual los componentes constituyentes principales están conectados e interrelacionados mutuamente. Se considera importante hacer notar que el componente superior 908 de la bomba 902, en el cual está situado el estator, está construido de forma diferente que los componentes relevantes en las formas de realización anteriormente descritas y mostradas. El motor 910 y los componentes de toma 911 se corresponden con las formas de realización anteriormente descritas.

La Figura 20 muestra el motor 903 con una pieza de acoplamiento 912 en la parte inferior para su acoplamiento a un manguito 913 de acoplamiento correspondiente en el componente de salida 909.

Las Figuras 21 y 22 muestran un componente 914 del componente de salida 909. El componente 914 comprende un embudo 915 de chapa metálica con una abertura central 916. Dispuesto contra la pared en el embudo 915 se encuentran unos amortiguadores de guía de flujo que están ordenados en la manera mostrada en las Figuras 21, 22 y que, aunque poseen formas diferentes, están todos designados por conveniencia por el número de referencia 917. Los amortiguadores 917 son miembros de una familia paramétrica.

Un embudo interno 918, igualmente de chapa metálica, está situado dentro del embudo 915, de forma que los amortiguadores 917 de guía de flujo están unidos por los embudos 915 y 918 respectivos y de dicha forma forman los canales 919 de guía de flujo. Todo esto último desemboca dentro de la salida 905 y asegura una pauta de flujo controlado con muy poca pérdida o fricción. Los amortiguadores 917 de guía de flujo podrán ser fabricados en una forma que está relacionada con la forma en la cual están fabricados los álabes del estator y/o los amortiguadores del motor. Se hace referencia a las Figuras 12 y 13 respecto a los posibles procedimientos de fabricación.

La estructura de la unidad 901 no requiere explicación adicional. Tanto la estructura como la operación serán patentes tras la discusión de las formas de realización anteriores.

Los canales 919 de guía de flujo se corresponden funcionalmente con los canales 62 y 62' del colector de las Figuras respectivas 10A y 10B. En contraposición con la Figura 10, la estructura de la unidad 903 es tal que la salida 905 se extiende sobre el lado de la unidad 903. Esto simplifica la estructura del acoplamiento crítico entre el motor 903 y la bomba 902. Sin embargo, se hace notar a este respecto que la forma de realización según, por ejemplo, las Figuras 1, 2 y 4, se podría también aplicar.

La Figura 23 muestra una bomba 1001 con un motor eléctrico 1002 que acciona el rotor 1003. La toma 1004 del estator 1005 conecta sobre la toma lateral 1006 por medio de una zona 1007 de transición de rotación simétrica. Por medio de una segunda zona 1008 de transición de rotación simétrica, el rotor 1003 conecta sobre una salida lateral 1009, que en esta forma de realización está localizada coaxialmente con relación a la toma 1006. Las zonas 1007 y 1008 yacen en una relación coaxial envolvente.

Se llama la atención al hecho de que componentes determinados como álabes y amortiguadores no están dibujados en la Figura 23.

La flecha 1010 muestra el flujo del medio.

Claims (42)

1. Un dispositivo (1) de rotación, que comprende:

(a) una carcasa (2) con un primer paso (3) del medio sustancialmente axial y al menos un segundo paso (4, 5, 6) del medio sustancialmente axial;

(b) un eje del rotor que se extiende en dicha carcasa (2) y fuera de dicha carcasa (2) y que está montado para su rotación con relación a dicha carcasa (2) y soporta un rotor (8) acomodado en dicha carcasa (2), conectando dicho rotor (8) con un tercer paso (9) central del medio a dicho primer paso (3) del medio, dicho tercer paso (9) del medio se ramifica dando una pluralidad de canales (10) del rotor equidistantes angularmente que se extienden en un plano al menos principal más o menos radial respectivo desde el tercer paso (9) del medio hasta un respectivo cuarto paso (11) del medio, en el que la zona distal del tercer paso (9) del medio y la zona distal del cuarto paso (11) del medio se extiende cada una de forma sustancialmente axial y cada canal (10) del rotor tiene una forma curvada, por ejemplo una forma genérica en U o una forma genérica en S, tiene una parte (12) intermedia que se extiende en una dirección que tiene al menos un componente radial considerable, y cada canal (10) del rotor tiene una superficie en sección transversal de tubo de flujo, es decir, una sección transversal de cada dirección principal local que se incrementa en la dirección desde el tercer paso del medio hasta el cuarto paso del medio desde un valor relativo de uno hasta un valor relativo de, al menos, cuatro;

(c) un estator (13) acomodado en dicha carcasa (2) y que comprende:

(c1)

un primer cuerpo (14) central, que tiene superficie externa (15) con una rotación sustancialmente simétrica, por ejemplo al menos más o menos cilíndrica, al menos más o menos cónica, curvada o formada de forma híbrida con una forma suave la cual conjuntamente con una superficie interna (16) de la carcasa (2) une un espacio (17) de paso del medio de rotación sustancialmente simétrico, por ejemplo cilíndrico con una dimensión radial de un máximo de 0,4 veces el radio de dicha superficie externa (15), en cuyo espacio (17) de paso del medio están acomodados una pluralidad de álabes (19) del estator angularmente equidistantes, que en pares unen los canales (18) del estator y cuyos álabes (19) del estator tienen cada uno en su zona distal (20) dirigida hacia el rotor (8) y que forma un quinto paso (24) del medio una dirección diferentemente sustancial, en particular al menos 60º, de la dirección axial (21), y en su otra zona distal (22) formando un sexto paso (25) del medio una dirección que difiere poco, en particular un máximo de 15º, de la dirección axial (21); dicho quinto paso (24) del medio conecta sobre los cuartos pasos (11) del medio para un flujo del medio en una dirección sustancialmente axial y en colocación a sustancialmente las mismas posiciones radiales, y cuyos sextos pasos (25) del medio conectan sobre el segundo o segundos pasos del medio (4, 5, 6);

(c2)

un segundo cuerpo central, en el que entre el sexto paso (25) del medio y el segundo o segundos pasos (4, 5, 6) del medio se extienden una pluralidad de canales (26) del colector ahusándose en la dirección desde los sextos pasos (25) del medio hasta el segundo o segundos pasos (4, 5, 6) del medio y unidos por la superficie exterior (29) del segundo cuerpo (23) central y la superficie interna (16) cilíndrica de la carcasa (2);

en el que un recorrido (27) general de paso del medio está definido entre el primer paso (3) del medio y el segundo o segundos pasos (4, 5, 6) del medio a través de respectivamente el primer paso (3) del medio, los terceros pasos (9) del medio, los canales (10) del rotor, los cuartos pasos (11) del medio, los canales (18) del estator, los sextos pasos (25) del medio, los canales (26) del colector, los segundos pasos (4, 5, 6) del medio, y viceversa, con transiciones continuas y sustancialmente suaves entre dichas partes durante la operación; y

en el que la estructura es tal que durante la operación existe un acoplamiento de fuerzas mutuas entre la rotación del rotor (8), y de dicha forma la rotación del eje (7) por una parte y la presión en el medio que fluye a través de dicho recorrido (27) de paso de flujo del medio.

2. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el eje (7) está acoplado para accionar un motor (28) y el primer paso del medio es la entrada del medio y el segundo paso del medio es la salida del
medio.

3. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el segundo paso del medio es la entrada del medio y está acoplado a una fuente del medio bajo presión y el primer paso del medio es la salida del medio.

4. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el medio es un líquido, una suspensión, una emulsión o similar.

5. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el medio es un gas.

6. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el medio es un medio de dos fases.

7. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que la sección axial de cada canal del rotor tiene una forma que se corresponde más o menos con una función de semicoseno.

8. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el número de canales del rotor es de, al menos, 10.

9. El dispositivo según la reivindicación 8, en el que el número de canales del rotor es de, al menos, 20.

10. El dispositivo según la reivindicación 9, en el que el número de canales del rotor es de, al menos, 40.

11. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el número de canales del rotor difiere del número de canales del estator, de forma que dicha posición coincide con los cuartos pasos del medio y los quintos pasos del medio están ausentes durante la rotación y mediante lo cual las fluctuaciones periódicas de la presión asociadas en el medio que fluye a través del dispositivo de rotación son, de dicha forma, evitadas.

12. El dispositivo según la reivindicación 2, en el que una hélice de alimentación con una pluralidad de álabes de la hélice está dispuesta en el tercer paso del medio que sirve como entrada del medio.

13. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el rotor comprende dos platos los cuales, conjuntamente con los amortiguadores, sirven también como separadores, uniendo los canales del rotor.

14. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que los amortiguadores se extienden desde el tercer paso del medio hasta una zona a una distancia de las zonas distales de los platos que unen conjuntamente los cuartos pasos del medio.

15. El dispositivo según la reivindicación 12 y 13, en el que cada álabe de la hélice está conectado a un amortiguador.

16. El dispositivo según la reivindicación 13, en el que un primer grupo de primeros amortiguadores se extiende desde el tercer paso del medio hasta el cuarto paso del medio y al menos un segundo grupo de segundos amortiguadores está colocado interpuesto con los anteriores, extendiéndose dichos segundos amortiguadores desde una posición, a una distancia del tercer paso del medio, hasta el cuarto paso del medio.

17. El dispositivo según la reivindicación 13, en el que el ángulo entre un conjunto de álabes del estator que forman conjuntamente un canal del estator alcanza un valor máximo de 20º en una región entre el quinto paso del medio y el sexto paso del medio.

18. El dispositivo según la reivindicación 16 y 17, en el que dicho ángulo alcanza un valor máximo de 10º.

19. El dispositivo según la reivindicación 13, en el que los platos y los amortiguadores constan de un material de placa, por ejemplo plástico opcionalmente reforzado con fibra, (aleación de) aluminio, acero inoxidable o acero de fleje.

20. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que todas las superficies que están en contacto con el medio son resistentes a la acción mecánica y/o química del medio.

21. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que todas las superficies que están en contacto con el medio están fabricadas de materiales con, y conectadas mutuamente para la, conducción eléctrica de forma que se evite eficazmente la formación de chispas.

22. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que todas las superficies que entran en contacto con el medio están fabricadas previamente de forma lisa, por ejemplo mediante molienda, pulido, rectificado o la aplicación de un revestimiento de, por ejemplo, un carburo, un nitruro (por ejemplo nitruro de titanio o nitruro de boro), vidrio, un silicato, un plástico de alta calidad como por ejemplo poliimida.

23. El dispositivo según la reivindicación 19, en el que la relación entre el diámetro del rotor y el grosor del material de placa tiene un valor de 50-1600.

24. El dispositivo según la reivindicación 13, en el que los amortiguadores están acoplados a los platos mediante soldadura (de puntos), pegado, soldadura, fuerzas magnéticas, por medio de conexiones con tornillo, conexiones de labio/agujero o similares.

25. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que los álabes del estator consta de material de placa, por ejemplo, de plástico opcionalmente reforzado con fibras, (aleación de) aluminio, acero inoxidable o acero de fleje.

26. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que los coeficientes de expansión térmica de los materiales de la superficie interna de la carcasa y de los álabes del estator son sustancialmente los mismos.

27. El dispositivo según la reivindicación 26, en el que al menos la superficie interna de la carcasa está constituida por el mismo material que los álabes del estator.

28. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que los canales del estator están formados de forma que las distancias entre sus paredes mutuamente opuestas son sustancialmente las mismas en cada posición axial en un plano periférico extendido transversalmente de la dirección axial.

29. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el eje es sólido y de dicha forma hace una contribución sustancial al momento de inercia de la masa de la unidad rotativa que comprende dicho eje y dicho rotor.

30. El dispositivo según la reivindicación 13, en el que los platos están formados de un metal mediante embutición profunda, laminado, forja, hidroconforamción, deformación con explosivos, por medio de prensa de caucho o similares.

31. El dispositivo según la reivindicación 13, en el que los platos están formados a partir de plástico mediante moldeo por inyección, termoconformación, conformación por termovacío o similares.

32. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el rotor está fabricado a partir de chapa de metal con, al menos, dos capas una sobre la otra en un molde con una cavidad del molde que tiene una forma correspondiente con la forma deseada del rotor, entre las cuales dos capas del medio bajo presión es admitido para originar la expansión del material de chapa durante la deformación plástica contra la pared de dicha cavidad del molde para formar el rotor.

33. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el eje está montado para su rotación con relación a la carcasa en unos cojinetes que están situados a una gran distancia del recorrido de flujo del medio, de forma que una temperatura posiblemente incrementada o disminuida en gran manera del medio que fluye a su través no tenga ningún efecto, o solamente un efecto no apreciable, sobre la temperatura de dichos cojinetes.

34. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el rotor está sellado con relación a la carcasa por al menos dos juntas de laberinto, una de las cuales está situada en la región del tercer medio de paso y la otra está situada en la región del cuarto medio de paso.

35. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el número de álabes del estator es de, al menos, 10.

36. El dispositivo según la reivindicación 35, en el que el número de álabes del estator es de, al menos, 20.

37. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que la relación de la superficie transversal total de los cuartos medios de paso y el tercer medio de paso es de, al menos, 1.

38. El dispositivo según la reivindicación 37, en el que la relación de la superficie transversal total de los cuartos medios de paso y el tercer medio de paso es de, al menos, 3.

39. El dispositivo según la reivindicación 38, en el que la relación de la superficie transversal total de los cuartos medios de paso y el tercer medio de paso es de, al menos, 10.

40. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que la relación del diámetro del anillo de los cuartos medios de pasos y el diámetro del tercer medio de paso es de, al menos, 1,5.

41. El dispositivo según la reivindicación 40, en el que la relación del diámetro del anillo de los cuartos medios de pasos y el diámetro del tercer medio de paso es de, al menos, 10.

42. El dispositivo según la reivindicación 41, en el que la relación del diámetro del anillo de los cuartos medios de pasos y el diámetro del tercer medio de paso es de, al menos, 20.