ES2219542T3 - Rodete monodireccional para bombas electricas centrifugas que tienen un motor sincrono de iman permanente. - Google Patents

Rodete monodireccional para bombas electricas centrifugas que tienen un motor sincrono de iman permanente.

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Abstract

Rodete (310) monodireccional para bombas eléctricas centrífugas que tienen un motor síncrono de imán permanente, caracterizado porque comprende: - un primer elemento (311) semejante a un disco, que está dotado monolíticamente de unos álabes (312) indeformables curvos; - un elemento (314) anular, cuyas dimensiones están contenidas en las dimensiones de admisión de dichos álabes (312) indeformables, estando dotado dicho elemento anular con un medio (315) para acoplarse a dicho primer elemento (311) semejante a un disco, teniendo dicho elemento (314) anular unos álabes (316) flexiblemente deformables que se proyectan hacia fuera y están interpuestos entre los álabes (312) indeformables, estando adaptados dichos álabes (316) deformables para modificar, cuando están cargados, su curvatura en ambos sentidos de rotación, de manera que la potencia requerida para la rotación en sólo uno de los dos sentidos sea mayor que la potencia máxima que puede dar el motor; - un segundo elemento (318) semejantea un disco, que encierra, junto con dicho primer elemento (311) semejante a un disco, el conjunto de álabes (312, 316), y está acoplado rígidamente a dichos álabes (312) indeformables, dejando libres los álabes (316) flexiblemente deformables.

Description

Rodete monodireccional para bombas eléctricas centrífugas que tienen un motor síncrono de imán permanente.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un rodete monodireccional para bombas eléctricas centrífugas que tienen un motor síncrono de imán permanente.
Antecedentes de la técnica
Es sabido que los motores eléctricos, síncronos, de imán permanente, tienen una estructura general que comprende un estator, dotado de un electroimán constituido por un núcleo laminado y unos devanados correspondientes, y un rotor, que está dispuesto entre unas zapatas de polo formadas por el estator y está atravesado axialmente por un eje que está conectado giratoriamente a una estructura de soporte.
Estos motores son bidireccionales, es decir, durante el arranque, el rotor puede inducirse igualmente a que gire horaria o antihorariamente.
Esta característica depende de una pluralidad de factores, que incluyen la disposición de las polaridades del rotor con respecto al campo magnético generado entre las zapatas de polo y el núcleo del estator cuando se suministra corriente alterna a los devanados de inducción.
Por este motivo, los motores síncronos de imán permanente se utilizan comúnmente en la actualidad cuando el sentido de rotación no es importante; por consiguiente, por ejemplo, en bombas centrífugas se acoplan a rodetes de álabes radiales que garantizan el mismo rendimiento en ambos sentidos de rotación.
A fin de incrementar el rendimiento de las bombas eléctricas de motor síncrono sin recurrir al uso de dispositivos electrónicos de arranque concretos, es conveniente emplear álabes que estén orientados con un cierto perfil de curvatura, lo que presupone claramente un único sentido de rotación del motor.
Por consiguiente, se han ideado dispositivos electrónicos de arranque que guían el motor de manera que arranque en un único sentido de rotación; como una alternativa a los mismos, se han concebido dispositivos mecánicos que bloquean el rotor cuando tiende a arrancar en el sentido equivocado de rotación (por ejemplo, hágase referencia al documento
WO-A-9 935 403 a nombre del este mismo solicitante).
De esta manera, se garantiza el comportamiento monodireccional en cualquier condición de funcionamiento adoptada por la bomba eléctrica.
Sin embargo, el sistema puede generar ruido durante el arranque y supone una limitación en cuanto a la fiabilidad (para bombas de gran potencia) ya que existe un dispositivo mecánico que se ve sometido a tensiones repetidas, especialmente durante el arranque.
Una alternativa posible para una bomba eléctrica, síncrona, omnidireccional, sin dispositivos mecánicos para detener el rotor y sin dispositivos electrónicos (que son fiables, pero caros), sería la de proporcionar un dispositivo que fuese capaz de arrancar con niveles limitados de potencia, con cargas que tengan grandes momentos de inercia, tal como los rodetes con álabes orientados de una bomba centrífuga.
En particular, un dispositivo impulsor con un mayor ángulo de rotación libre entre el rotor y el rodete a fin de obtener, con respecto a los acoplamientos mecánicos convencionales, varias ventajas:
-
reducción del par motor de arranque para arrancar el motor;
-
una reducción consiguiente del nivel de vibraciones generadas durante el funcionamiento síncrono;
-
el motor se hace monodireccional mediante el diseño correcto de los álabes del rodete, de manera que la potencia absorbida por la carga en un sentido de rotación sea mayor que la potencia disponible del motor y menor en el sentido opuesto de rotación.
Por tanto, al diseñar el motor y los álabes del rodete de manera que la potencia absorbida por la carga en un sentido de rotación sea mayor que la potencia disponible del motor y menor en el sentido opuesto de rotación, en el primer caso, el rodete pierde el sincronismo con el motor, se detiene e invierte su marcha automáticamente, mientras que en el segundo caso, se mueve con normalidad.
Por tanto, es posible hacer la bomba monodireccional utilizando la diferencia de potencia entre la que es capaz de dar el motor y la potencia absorbida por la carga en los dos sentidos de rotación (el rotor se detiene porque la potencia requerida por el rodete en el sentido equivocado es mayor que la potencia que puede dar el motor).
Aunque este sistema proporciona una ventaja fundamental con respecto a la técnica anterior, todavía presenta limitaciones, ya que la monodireccionalidad se garantiza únicamente dentro de un intervalo de caudal/presión; por consiguiente, se emplea en aplicaciones en las que el punto hidráulico de trabajo no varíe más allá de ciertos límites o, en otras palabras, en las que la curva característica del conducto no experimente variaciones importantes (este es el caso, por ejemplo, en las bombas de lavado para lavavajillas).
En los dibujos adjuntos, la figura 1 traza, para ambos sentidos de rotación del motor, la potencia absorbida por el motor como función del caudal requerido.
La línea A traza el sentido correcto de rotación, la línea B traza el sentido equivocado de rotación y la línea C recta representa la potencia máxima que puede dar el motor.
El gráfico muestra tres caudales Q1, Q2 y Q3 que corresponden a tres puntos de trabajo, y resulta evidente que sólo Q1 y Q2 son los caudales para los que se garantiza un único sentido de rotación, dado que la potencia máxima que es capaz de dar el motor (línea C recta) es mayor que la potencia requerida por el rodete cuando gira en el sentido correcto de rotación (línea A) y es menor que la potencia requerida por el rodete cuando gira en el sentido opuesto (línea B).
Por el contrario, para el caudal Q3, se da una condición en la que ambos niveles de potencia, en ambos sentidos de rotación, son inferiores a la potencia máxima entregable, y por tanto no es posible el comportamiento monodireccional.
Descripción de la invención
El fin de la presente invención es por tanto eliminar las desventajas indicadas anteriormente del dispositivo anteriormente citado.
Con este fin, un consiguiente objeto principal es proporcionar una bomba que sea monodireccional en todo el intervalo de caudales disponible.
Otro objeto es proporcionar todo lo anterior de una manera constructivamente sencilla.
Otro objeto es no tener efecto alguno sobre los niveles de ruido.
Otro objeto es proporcionar un rodete, si fuese necesario, con álabes deformables encerrados entre una pared doble de transporte de fluido (rodete encerrado).
Este fin y estos y otros objetos, que resultarán evidentes en lo sucesivo en el presente documento, se consiguen por un rodete para bombas eléctricas centrífugas que tienen un motor síncrono de imán permanente, y definido en la reivindicación 1.
Breve descripción de los dibujos
Características y ventajas adicionales de la invención resultarán más evidentes por la descripción detallada de realizaciones de la misma, ilustradas únicamente a título de ejemplo no limitativo en los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es un gráfico que traza, para bombas centrífugas convencionales, el caudal como función de la potencia requerida en los dos sentidos de rotación;
la figura 2 es una vista lateral de un rodete según la invención;
la figura 3 es una vista frontal del rodete de la figura 2;
la figura 4 es una vista en perspectiva, en despiece, del rodete de la figura 2.
Maneras de llevar a cabo la invención
Con referencia a las figuras 2 a 4, en la realización descrita, el rodete según la invención, que está totalmente hecho de plásticos, está designado generalmente por el número de referencia 310 y comprende un primer elemento 311 semejante a un disco (que es monolítico con respecto a un cojinete 311a), que en este caso soporta monolíticamente tres álabes 312 indeformables, curvos, que son angularmente equidistantes, y en el centro, un vástago redondeado (que está separado de su región de admisión).
El rodete 310 comprende además un elemento 314 anular, cuyas dimensiones están contenidas en las dimensiones de admisión de dichos álabes 312 indeformables; dicho elemento anular tiene un medio 315 (descrito más detalladamente en lo sucesivo en el presente documento) para acoplarse a dicho primer elemento 311 semejante a un disco.
El elemento 314 anular soporta, de manera que se proyecten hacia fuera, tres álabes 316 flexiblemente deformables, curvos, que son equidistantes angularmente y han de estar dispuestos alternantemente con los álabes 312 indeformables.
De hecho, el elemento 314 anular está alojado en un asiento 317 conformado complementariamente del primer elemento 311 semejante a un disco.
Los álabes 316 flexiblemente deformables terminan exteriormente con respecto a las dimensiones de los álabes 312 indeformables, con respecto a los cuales tienen unas dimensiones axiales ligeramente inferiores.
Los álabes 316 flexiblemente deformables están adaptados para modificar, cuando estén cargados, su curvatura en un sentido de rotación de manera que la potencia requerida para la rotación en esa dirección sea mayor que la potencia máxima que puede dar el motor (no mostrado por claridad).
El rodete 310 comprende además un segundo elemento 318 semejante a un disco que encierra, junto con dicho primer elemento 311 semejante a un disco, el conjunto de álabes 312 y 316, y está acoplado rígidamente, por soldadura ultrasónica, unión con adhesivo u otros métodos conocidos, a los álabes 312 indeformables, dejando libre los álabes 316 flexiblemente deformables que tienen unas dimensiones axiales ligeramente inferiores.
El segundo elemento 318 semejante a un disco tiene un agujero central y su borde 319 sobresale axialmente a fin de formar la región de admisión para el fluido a bombear.
En cuanto al medio 315 de acoplamiento, éste comprende una parte 320 conformada que es, por ejemplo, poligonal (dodecagonal en la figura), está dispuesta en la superficie interior del elemento 314 anular y encaja con una superficie 321 conformada complementariamente del asiento 317.
El medio 315 de acoplamiento comprende un número específico de lengüetas 322 que son sustancialmente radiales, son equidistantes angularmente, sobresalen del elemento 314 anular, están insertadas entre los álabes 316 y terminan en unos respectivos ganchos 323 axialmente alargados, que se acoplan por acción a presión, tras una deformación elástica, al primer elemento 311 semejante a un disco al insertarse en unos agujeros 324 pasantes adecuados del mismo.
Evidentemente, el asiento 317 tiene una forma que acomoda también las lengüetas 322.
Los ganchos 323 insertados a través de los agujeros 324 pasantes evitan cualquier movimiento axial del conjunto constituido por el disco 314 y los álabes 316.
El medio 315 de acoplamiento determina la colocación mutua exacta de los álabes 312 y 316.
Por tanto, la parte periférica de los álabes 316 puede realizar movimientos de flexión que surgen de las características elásticas del material plástico del que están hechos.
La deformación es mayor para el sentido equivocado de rotación, y los álabes 316 modifican su curvatura de manera que, en la práctica, bloquean la rotación.
Por supuesto, la flexibilidad del material permitiría también la flexión en el sentido correcto de rotación, pero la curvatura de los álabes 316, que se ajusta a los hilos de fluido que se forman durante la rotación del rodete 310, hace que la deformación en el sentido correcto de rotación sea en la práctica muy pequeña.
En la práctica se ha observado que se han conseguido el fin y los objetos de la presente invención.
De hecho, con el rodete de álabes flexibles, se garantiza la monodireccionalidad para todos los caudales/presiones.
Esto se logra de una manera constructivamente sencilla y no tiene efecto alguno sobre los niveles de ruido.
Por tanto, por ejemplo, el cambio en la curvatura de los álabes puede proporcionarse mediante una bisagra, incluso de tipo película, que conecte cada parte periférica a la central.
En la realización mostrada en las figuras 2, 3 y 4, incluso si los álabes flexibles cediesen debido al desgaste, los álabes indeformables continuarían aportando su contribución constante a la acción de bombeo.

Claims (13)

1. Rodete (310) monodireccional para bombas eléctricas centrífugas que tienen un motor síncrono de imán permanente, caracterizado porque comprende:
- un primer elemento (311) semejante a un disco, que está dotado monolíticamente de unos álabes (312) indeformables curvos;
- un elemento (314) anular, cuyas dimensiones están contenidas en las dimensiones de admisión de dichos álabes (312) indeformables, estando dotado dicho elemento anular con un medio (315) para acoplarse a dicho primer elemento (311) semejante a un disco, teniendo dicho elemento (314) anular unos álabes (316) flexiblemente deformables que se proyectan hacia fuera y están interpuestos entre los álabes (312) indeformables, estando adaptados dichos álabes (316) deformables para modificar, cuando están cargados, su curvatura en ambos sentidos de rotación, de manera que la potencia requerida para la rotación en sólo uno de los dos sentidos sea mayor que la potencia máxima que puede dar el motor;
- un segundo elemento (318) semejante a un disco, que encierra, junto con dicho primer elemento (311) semejante a un disco, el conjunto de álabes 
\hbox{(312,  316),}
y está acoplado rígidamente a dichos álabes (312) indeformables, dejando libres los álabes (316) flexiblemente deformables.
2. Rodete (310) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer elemento (311) semejante a un disco está dotado monolíticamente de unos álabes (312) indeformables que son equidistantes angularmente.
3. Rodete (310) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer elemento (311) semejante a un disco está dotado monolíticamente en el centro de un vástago redondeado que está conformado apropiadamente a fin de facilitar el acoplamiento con los álabes (316) deformables, estando separado dicho vástago de la región de admisión de dichos álabes (312) indeformables.
4. Rodete (310) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho elemento (314) anular está dotado de unos álabes (316) flexiblemente deformables que se proyectan hacia fuera y están interpuestos entre los álabes (312) indeformables.
5. Rodete (310) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho elemento (314) anular está alojado en un asiento (317) conformado complementariamente de dicho primer elemento (311) semejante a un disco.
6. Rodete (310) según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos álabes (316) flexiblemente deformables terminan fuera de las dimensiones de los álabes (312) indeformables.
7. Rodete (310) según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos álabes (316) flexiblemente deformables tienen unas dimensiones axiales ligeramente inferiores que los álabes (312) indeformables.
8. Rodete (310) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho segundo elemento (318) está acoplado rígidamente a dicho primer elemento (311) por soldadura ultrasónica, unión con adhesivo u otros métodos conocidos en sí mismos.
9. Rodete (310) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho segundo elemento (318) está dotado de un agujero central, y su borde (319) sobresale axialmente a fin de formar la región de admisión para el fluido a bombear.
10. Rodete (310) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio (315) para acoplar mutuamente dicho primer elemento (311) semejante a un disco y dicho elemento (314) anular comprende una parte conformada que está dispuesta en la superficie interior de dicho elemento anular y se ajusta con una superficie (321) conformada complementariamente de su asiento (317).
11. Rodete (310) según la reivindicación 2, caracterizado porque dicha parte conformada es poligonal.
12. Rodete (310) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio (315) para acoplar mutuamente dicho primer elemento (311) semejante a un disco y dicho elemento (314) anular comprende al menos una lengüeta que sobresale de dicho elemento (314) anular y termina en un gancho (323) axialmente alargado que se acopla con una acción por presión, tras una deformación elástica, a dicho primer elemento (311) semejante a un disco al insertarse en un agujero (324) pasante adecuado de dicho primer elemento (311) semejante a un disco.
13. Rodete (310) según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho medio de acoplamiento comprende unas lengüetas (322) sustancialmente radiales que sobresalen de dicho elemento (314) anular, son equidistantes angularmente y terminan en unos respectivos ganchos (323) axialmente alargados que se acoplan con una acción por presión a dicho primer elemento (311) semejante a un disco al insertarse en unos agujeros (324) pasantes adecuados de dicho primer elemento (311) semejante a un disco.
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