ES2268641T3 - Bomba de helice excentrica. - Google Patents
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Abstract
Bomba de hélice excéntrica (1) para transportar materiales abrasivos, que presenta un estator (2) y un rotor (3), entre los cuales, durante la rotación del rotor (3) en el estator (2), el material a transportar es desplazado desde una zona de entrada (4), en el lado de aspiración, hasta una zona de descarga (5), en el lado de impulsión, estando opuestas entre sí, en la zona de descarga (5) situada en el lado de impulsión, una zona de volumen de impulsión (11) y una zona de volumen de aspiración (12), entre el estator (2) y el rotor (3), cambiando y alternándose debido a la rotación del rotor, y estando prevista una pieza de cabeza de rotor que termina la zona de descarga (5), en el lado de impulsión, estando fija a la superficie frontal (6) del rotor (3) y rotando junto con el rotor (3), caracterizada por el hecho de que la pieza de cabeza (7, 7¿, 37) del rotor presenta un orificio de paso (32) en forma de sección sectorial, o una escotadura (31), en forma de sector, como cavidad (8) que pasa por toda la pieza de cabeza y que parte del borde (38) de la superficie frontal (6) del rotor, que sirve de soporte, estando orientada radialmente, y que con su sección transversal de apertura eficaz entra en la zona de volumen de impulsión (11, 11¿) de acuerdo con el rotor con la generación de presión dentro de la zona de volumen de impulsión (11, 11¿), volviendo a salir de la zona de volumen de impulsión (11, 11¿) tras pasar por encima de la zona de volumen de impulsión (11, 11¿), proceso durante el cual la cavidad (8, 31, 32) que gira de acuerdo con el rotor (3), en el sentido de transporte (10), abre correspondientemente la zona de volumen de impulsión (11, 11¿), mientras que la zona (13) de la pieza de cabeza del rotor, carente de cavidad, mantiene la zona de volumen de aspiración (12, 12¿) opuesta cerrada, de forma estanca, durante la duración de la apertura de la zona de volumen de impulsión (11, 11¿).
Description
Bomba de hélice excéntrica.
La invención se refiere a una bomba de hélice
excéntrica para transportar materiales abrasivos, que presenta un
estator y un rotor, entre los cuales, durante la rotación del rotor
en el estator, el material a transportar es desplazado desde una
zona de entrada, en el lado de aspiración, hasta una zona de
descarga, en el lado de impulsión, estando opuestas entre sí, en la
zona de descarga situada en el lado de impulsión, una zona de
volumen de impulsión y una zona de volumen de aspiración, entre el
estator y el rotor, cambiando y alternándose debido a la rotación
del rotor, y estando prevista una pieza de cabeza de rotor que
termina la zona de descarga en el lado de impulsión estando fija a
la superficie frontal del rotor y rotando junto con el rotor.
Este tipo de bombas de hélice excéntrica
comprende un rotor configurado como hélice, que tiene la forma de
una hélice de rosca redonda con un paso elevado y una gran
profundidad de rosca, y un estator que presenta una estructura
interior, en forma de rosca teniendo, por tanto, forma de camisa
helicoidal. Debido a su estructura interior en forma de rosca, el
estator forma los espacios huecos, orientados desde el lado de
aspiración hacia el lado de impulsión y realizados axialmente, uno
detrás de otro, en los cuales rota el rotor. Unas partes de la
superficie interior del estator y unas partes de la superficie
exterior del rotor se tocan durante la rotación del rotor,
existiendo entre la superficie interior del rotor y la superficie
exterior del rotor unas cámaras de transporte y unas zonas de
estanqueización correspondientes, siendo desplazado el material a
transportar a las cámaras de transporte, durante la rotación del
rotor, en los espacios huecos del estator, desde el lado de
aspiración hasta el lado de impulsión, a lo largo de un trayecto de
transporte.
Una bomba de hélice excéntrica de este tipo para
transportar medios de alta viscosidad o con un elevado contenido de
sólidos se conoce a partir de la patente EP0713974 en la que
mediante la rotación del rotor en los espacios huecos del estator
es posible un transporte continuo de materiales abrasivos,
compuestos por sólidos y líquidos. La bomba de hélice excéntrica
está conectada a una tolva de alimentación, desde la cual el
material abrasivo a transportar se alimenta a la cámara de
aspiración de entrada de la bomba de hélice excéntrica. Frente a la
cámara de aspiración de entrada, en la otra zona final, se encuentra
un espacio hueco de evacuación, desde el cual el material abrasivo
se hace salir a presión. El estator se compone de un material
elástico y está en contacto con el rotor con una tensión previa,
por lo que en el extremo en marcha de la cámara existe siempre una
estanqueización. El material a transportar evacuado a presión del
espacio hueco de descarga, en el lado de aspiración, ejerce una
presión sobre el material posterior que sigue, en forma de presión
exterior contraria, debido al material existente en un tubo de
impulsión siguiente. Por lo tanto, el proceso de transporte
establece una presión interior, especialmente contra las zonas de
estanqueización entre el estator y el rotor.
Cuanto mayor sea la presión exterior establecida
en el tubo de impulsión, mayor tendrá que ser la tensión previa
entre el rotor y el estator para garantizar una estanqueización
segura.
Un problema consiste en que el rotor y el
estator están sometidos a un desgaste, especialmente durante el
transporte del material a transportar. El desgaste se produce
sustancialmente en los pasos de hélice del estator, configurados
como estanqueización de los espacios huecos, partiendo en el lado
de la zona de descarga situada en el lado de impulsión hacia la
zona de entrada situada en el lado de aspiración. El aumento del
desgaste provoca la disminución de la capacidad de transporte de la
bomba de hélice excéntrica.
El estator elástico está en contacto con el
rotor con una tensión previa, pudiendo producirse, debido al
material que ha transportarse, un gran desgaste entre el estator y
el rotor que aumenta, de forma equivalente, a medida que aumenta la
presión. El desgaste aumenta progresivamente desde el lado de
impulsión hacia el lado de aspiración anulando las zonas de
estanqueización iniciales. Si la presión interior ya no puede
superar la presión exterior, finalmente se suspende el proceso de
transporte.
Por consiguiente, el transporte del material a
transportar, orientado por la presión, en las cámaras de
transporte, depende, en gran medida, de la eficacia de la
estanqueización en las zonas de estanqueización entre el rotor y el
estator. Para resolver los problemas de desgaste perturbador en las
zonas de estanqueización entre la superficie exterior del rotor y
la superficie interior del estator, durante un tiempo de
funcionamiento más largo, se conocen unas bombas de hélice
excéntrica con estatores que pueden tensarse posteriormente, en las
que están previstas unas barras tensoras integradas en el estator o
en las que pueden emplearse manualmente unos dispositivos tensores
que se pueden abrazar. Con los dispositivos tensores, en caso de
desgaste detectado en las zonas de estanqueización interiores
pueden realizarse, en parte o si es necesario en total, unas
compresiones del estator y, por tanto, una aproximación de la
superficie interior del estator a la superficie exterior del rotor,
teniendo la aproximación el objetivo de recuperar la
estanqueización inicial en las zonas de estanqueización.
Además, en la patente DE3304751C2 se describen
unas bombas de hélice excéntrica con estatores que no pueden
tensarse posteriormente, para el transporte de materiales
abrasivos, por ejemplo, morteros de cemento y cementos de cal
mezclados y similares, en las que, el estator se estrecha
cónicamente desde el lado de aspiración hacia el lado de impulsión
estando dimensionado el rotor radialmente de la misma manera o el
rotor presenta una creciente sección transversal de espiras
siguiendo la dirección desde el lado de aspiración hacia el lado de
impulsión estando el estator dimensionado de manera exactamente
equivalente.
Un problema consiste en que, en el caso de ambas
posibilidades, así como en el caso de una combinación de ambas
posibilidades de mantener constante la estanqueización, la
producción y la supervisión de calidad conllevan un mayor gasto de
materiales, de supervisión y, por tanto, de personal.
Además, en la patente US 4,802,827 se describe
un compresor para circuitos de refrigeración para transportar un
gas refrigerante, que comprende una carcasa cerrada con una cámara
de aspiración separada y una cámara de descarga separada. Entre
éstas se encuentra una pieza rotatoria con un taladro, en forma de
espiral, que se extiende a lo largo del eje de rotación de la pieza
rotatoria. El taladro tiene un primer orificio final y un segundo
orificio final que está comunicado, a través de tuberías de
alimentación, con la cámara de aspiración o con la cámara de
descarga. Una pieza interior, en forma de espiral, no rotatoria,
fijamente sujeta, está insertada en el taladro. La pieza rotatoria
que la rodea es accionada por una pieza de motor eléctrico en la
carcasa y se mueve alrededor de la pieza interior. En contacto con
la superficie interior del taladro, la pieza interior crea una
multitud de espacios cerrados que son movidos desde el primer
orificio final hacia el segundo orificio final. Un gas refrigerante
procedente de la cámara de aspiración es transportado desde el
primer orificio final al segundo orificio final dentro de los
espacios cerrados y, a continuación, es descargado de forma
comprimida en la cámara de descarga. La descarga del gas
refrigerante comprimido es controlada por un mecanismo de válvula.
El mecanismo de válvula se caracteriza por el hecho de que, en las
superficies frontales de la pieza interior interna o de la pieza
rotatoria exterior, está dispuesta una pieza de cabeza que está
provista de orificios de descarga que se pueden cerrar o que
presenta unos orificios redondos situados en el borde que, en el
lado de la pieza de cabeza, existen en parte por fuera del taladro,
donde se realizan unas muescas en la pieza rotatoria, a partir del
taladro, que se corresponden con los orificios redondos de la pieza
de cabeza, situados en el borde, durante la descarga del gas.
Un problema consiste en que el compresor no
resulta apropiado para transportar materiales abrasivos con partes
de sólidos. Ya en la cámara de aspiración separada, así como,
posteriormente, en la cámara de descarga separada, pueden
producirse obstrucciones y endurecimientos que conducen a la
suspensión inmediata del funcionamiento del compresor.
Asimismo, las muescas situadas en el borde de la
pieza rotacional no son suficientes para cambiar este estado al
transportar materiales abrasivos. Las muescas quedan obstruidas
enseguida por los sólidos presentes en el material abrasivo
obstruyendo el transporte del material por los orificios de descarga
redondos, situados en el borde de la pieza de cabeza.
Otro problema consiste en que el compresor
resulta apropiado únicamente para comprimir gas refrigerante.
También se conoce una bomba de hélice excéntrica
por la patente DE20215819.7, en la que en la zona de descarga, en
el lado de impulsión, existe un dispositivo de válvulas de
retención que deja pasar un material abrasivo a transportar, al cual
pertenece un disco de cierre rígidamente fijado a la superficie
final del estator. El rotor rota con su superficie frontal en el
disco de cierre, con lo que se pretende lograr una estanqueización
de las zonas alternantes de volumen de impulsión y de volumen de
aspiración. El disco de cierre fijo al estator presenta, para la
descarga del material abrasivo a transportar, dos orificios de paso
estacionarios, a los que está asignada respectivamente una válvula
de retención. Los dos orificios de paso sujetos a la válvula están
asignados a la zona de volumen de impulsión y a la zona de volumen
de aspiración, ocupadas por la zona de descarga del rotor, y se
abren cuando la presión interior, en las zonas volumétricas
correspondientes entre el estator y el rotor, es superior a la
presión exterior, presente en la válvula, dentro del tubo de
impulsión que transmite el material a transportar.
Un problema consiste en que la configuración del
disco de cierre con las válvulas, que está fijo al estator,
requiere unos componentes adicionales. Las válvulas han de
limpiarse al menos después del funcionamiento de la bomba de hélice
excéntrica, porque tras su uso, generalmente, el material abrasivo a
transportar se endurece obstruyendo las válvulas.
La invención tiene el objetivo de proporcionar
una bomba de hélice excéntrica que, en la zona de descarga, está
configurada de manera que permita un montaje más sencillo y un
mejor mantenimiento. Al mismo tiempo, el desgaste en las zonas de
estanqueización del estator y del rotor debe ralentizarse
sensiblemente o reducirse en mayor medida, en particular, en la
zona de impulsión del espacio hueco de descarga situado en el lado
de impulsión. También han de seguir reduciéndose las longitudes de
por sí cortas del estator y del rotor y del trayecto de transporte
y la capacidad de transporte original ha de mantenerse en mayor
medida durante un período de tiempo más largo.
Este objetivo se consigue mediante las
características de la reivindicación 1. En la bomba de hélice
excéntrica para transportar materiales abrasivos, según el
preámbulo de la reivindicación 1, la pieza de cabeza del rotor
presenta un orificio de paso en forma de sección sectorial o una
escotadura en forma de sector, como cavidad que pasa por toda la
pieza de cabeza y que parte del borde de la superficie frontal del
rotor, que sirve de soporte, estando orientada radialmente, y que
con su sección transversal de apertura eficaz entra en la zona de
volumen de impulsión de acuerdo con el rotor, con la generación de
presión dentro de la zona de volumen de impulsión, volviendo a
salir de la zona de volumen de impulsión tras pasar por encima de
la zona de volumen de impulsión, proceso durante el cual la cavidad
que gira con el rotor en el sentido de transporte abre
correspondientemente la zona de volumen de impulsión, mientras que
la zona de la pieza de cabeza del rotor, carente de cavidad,
mantiene la zona de volumen de aspiración opuesta cerrada, de forma
estanca, durante la duración de la apertura de la zona de volumen
de impulsión.
La fijación de la pieza de cabeza de rotor a la
superficie frontal del rotor está realizada por unión atornillada,
soldadura o similar con la superficie posterior de la pieza de
cabeza de rotor.
La pieza de cabeza de rotor puede estar fijada a
la superficie frontal del rotor de tal forma que el eje central de
la pieza de cabeza de rotor pueda coincidir con el punto central de
la superficie frontal de rotor. Entonces, el movimiento del eje de
punto central constituye una elongación céntrica, rectilínea, y
cuando coincide no se puede pasar por ninguna trayectoria
excéntrica.
La cavidad continua está realizada directamente
de forma lateral en la superficie frontal del rotor en la pieza de
cabeza del rotor, estando predeterminada la sección transversal de
la cavidad con unas dimensiones de acuerdo con el establecimiento
de presión dentro de la zona de volumen de impulsión y con la
descarga del material a transportar por el rotor en rotación.
La pieza de cabeza del rotor puede ser,
preferiblemente, un disco de rotor con unas superficies circulares.
La cavidad continua correspondiente puede ser un orificio oblongo
que, desde una vista superior, presenta sustancialmente una forma
de judía y que constituye un orificio de paso en forma de sección
sectorial. La pieza de cabeza del rotor está dispuesta en la
superficie frontal del rotor de tal forma que el orificio oblongo
entre en la zona de volumen de impulsión con la zona inicial del
orificio oblongo, partiendo en sentido radial desde el borde de la
superficie frontal de rotor que sirve de soporte, con su sección
transversal de apertura eficaz de acuerdo con el rotor con la
generación de presión, saliendo posteriormente, con la zona final
del orificio oblongo, de la zona de volumen de impulsión.
Para reducir la presión sobre las zonas de
estanqueización dentro del estator, la pieza de cabeza de rotor
presenta unas dimensiones circunferenciales tales con el fin de que
la pieza de cabeza del rotor mantenga cerrada con su zona restante,
carente de cavidad, la zona de volumen de aspiración, que se produce
durante la rotación, en la zona del orificio del estator.
La superficie frontal de la pieza de cabeza del
rotor, opuesta a la superficie frontal del rotor, puede ser
opcionalmente plana respecto a la configuración en forma de disco,
tener forma de calota esférica y/o estar provista de, al menos, un
ala o de un perfil que presente otros salientes, para mejorar la
mezcla del material a transportar.
El rotor puede estar configurado como hélice, en
forma de un tornillo de rosca redonda con un paso elevado y una
gran profundidad de rosca, en cuyo caso el estator constituye una
camisa de hélice comprendiendo espacios huecos realizados
axialmente uno detrás de otro, al menos un espacio hueco de entrada
en el lado de aspiración y un espacio hueco de descarga en el lado
de impulsión, de un trayecto de transporte, formándose entre la
superficie interior del estator y la superficie exterior del rotor
unas cámaras de transporte por unas zonas de estanqueización
adaptadas entre el estator y el rotor, y pudiendo desplazarse el
material a transportar en las cámaras de transporte, durante la
rotación del rotor, en los espacios huecos del estator, desde la
zona de entrada en el lado de aspiración hacia la zona de descarga
en el lado de impulsión.
A la superficie frontal del rotor puede
conectarse un tubo de impulsión, a través del cual se transmita el
material, pudiendo retenerse el tubo de impulsión mediante, al
menos, un elemento de soporte que agarre el estator o el tubo de
impulsión.
El trayecto de transporte puede corresponder a
dos longitudes de espacio hueco o a una disposición de "espacio
hueco de entrada - espacio hueco - espacio hueco de
descarga".
El trayecto de transporte también puede ser
reducido a un paso de hélice del estator, en cuyo caso la pieza de
cabeza del rotor contribuiría especialmente a estabilizar la
posición del rotor.
La invención permite, por la presencia de la
pieza de cabeza del rotor en la zona de descarga, en el lado de
impulsión, conseguir una separación del espacio de presión
original, relativo al tubo de impulsión, después de la salida de
bomba, del espacio hueco de descarga original, en el lado de
impulsión, relativo a la bomba. Después de abrirse la zona de
descarga, en el lado de impulsión, por la apertura ocasionada por
la rotación, mediante la cavidad continua, se obtiene un llenado
cuidadoso de material a transportar, desde la zona de entrada en el
lado de aspiración, por el rotor en rotación.
La invención se describe detalladamente mediante
un ejemplo de realización con la ayuda de dibujos.
Las figuras muestran:
La figura 1 una vista desarrollada esquemática
en perspectiva de una bomba de hélice excéntrica, según la
invención, con una pieza de cabeza de rotor soltada de la
superficie frontal del rotor y con un tubo de impulsión conectable,
soltado de la superficie frontal del estator,
la figura 2 una vista frontal esquemática
superior de una pieza de cabeza de rotor con un orificio oblongo en
una posición al principio de la descarga de material a transportar
desde una zona de volumen de impulsión, con un ángulo \alpha
definido del rotor equivalente a 0º,
la figura 3 una vista frontal esquemática
superior de la pieza de cabeza del rotor, con el orificio oblongo
en una posición con la descarga máxima de material a transportar,
desde la zona de volumen de impulsión, con una rotación del rotor
alrededor de un ángulo \alpha del rotor equivalente a 90º, según
la figura 2,
la figura 4 una vista frontal esquemática
superior de la pieza de cabeza del rotor, con el orificio oblongo
en una posición tras finalizar la descarga de material a
transportar de la zona de volumen de impulsión actual o al
principio de la descarga del material de una nueva zona de volumen
de impulsión establecida, opuesta, con una rotación de rotor
alrededor de un ángulo de rotor \alpha equivalente a 180º, según
la figura 2,
la figura 5 un corte longitudinal a través de
una bomba de hélice excéntrica más corta, con la pieza de cabeza
del rotor, según la figura, 3 a lo largo de la línea
I-I,
la figura 6 una representación esquemática de la
pieza de cabeza del rotor con un orificio de paso aumentado, en
forma de sección sectorial, según la figura 4 y
la figura 7 una representación esquemática de la
pieza de cabeza de rotor con una escotadura en forma de sector,
según la figura 4.
A continuación, se describen las figuras 1 y 6,
7. En la figura 1, en una vista desarrollada esquemática está
representada una bomba de hélice excéntrica 1 para transportar
materiales abrasivos, que presenta un estator 2 y un rotor 3, entre
los cuales, durante la rotación del rotor 3 en el estator 2, el
material a transportar es desplazado desde una zona de entrada, en
el lado de aspiración, hasta una zona de descarga 5, en el lado de
impulsión, estando opuestas entre sí, en la zona de descarga 5, una
zona de volumen de impulsión 11 y una zona de volumen de aspiración
12, entre el estator 2 y el rotor 3, cambiando y alternándose
debido a la rotación del rotor, y estando prevista una pieza de
cabeza 7, 7' de rotor que termina en la zona de descarga 5, en el
lado de impulsión, estando fija a la superficie frontal 6 del rotor
y rotando junto con el rotor 3.
Según la invención, la pieza de cabeza 7, 7' del
rotor, tal y como está representada en las figuras 6, 7, presenta
un orificio de paso 32, en forma de sección sectorial, o una
escotadura 31, en forma de sector, como cavidad 8 que parte del
borde 38 de la superficie frontal 6 del rotor, que sirve de soporte,
estando orientada radialmente, y que con su sección transversal de
apertura eficaz entra en la zona de volumen de impulsión 11 de
acuerdo con el rotor, con la generación de presión dentro de la
zona de volumen de impulsión 11, volviendo a salir de la zona de
volumen de impulsión 11 tras pasar por encima de la zona de volumen
de impulsión 11, proceso durante el cual la cavidad 8, 31, 32 que
gira de acuerdo con el rotor 3, en el sentido de transporte 10,
abre correspondientemente la zona de volumen de impulsión 11,
mientras que la zona 13 de la pieza de cabeza del rotor, carente de
cavidad, mantiene la zona de volumen de aspiración 12 opuesta
cerrada de forma estanca durante la duración de la apertura de la
zona de volumen de impulsión 11.
La pieza de cabeza 7 del rotor está configurada,
preferiblemente, como disco de rotor, siendo plana en su superficie
posterior 30 y estando fijada con su superficie posterior 30 de
pieza de cabeza de rotor, por unión atornillada, soldadura o
similar, a la superficie frontal 6 del rotor 3 helicoidal, en
concreto, a la superficie frontal de la hélice del rotor. Por
consiguiente, la pieza de cabeza 7 del rotor es un componente fijo
del rotor 3 fuera del estator 2.
Teniendo una superficie frontal 9 circular de
disco y una superficie posterior 30 circular de disco, la pieza de
cabeza 7 del rotor puede estar fija, por su superficie posterior 30
de disco, a la superficie frontal 6 del rotor, de tal forma que el
eje central 33 de la pieza de cabeza 7 del rotor pueda coincidir,
preferiblemente, con el punto central 28 de la superficie frontal 6
del rotor, estando elongado el eje central 33 sólo en línea recta.
Sin embargo, si el eje central 33 de la pieza de cabeza 7 del rotor
está alejado del punto central 28 de la superficie frontal 6 del
rotor, no se pasa por ninguna elongación céntrica rectilínea, sino
por una trayectoria de curva excéntrica.
La superficie frontal 9 y la superficie
posterior 30 pueden estar realizadas de acuerdo con el contorno o
de forma ovalada, de sección transversal en forma de pera o de
huevo o similar, especialmente para la reducción de material. En la
figura 2, por ejemplo, está insertada una segunda pieza de cabeza 37
de rotor (representada en líneas discontinuas) de material
reducido.
Lo esencial es que la cavidad 8 está configurada
de tal forma que durante la rotación del rotor, la zona de volumen
de aspiración 12, 12' quede siempre cerrada de forma estanca,
mientras que la zona de volumen de impulsión 11, 11' se abra de
acuerdo con el rotor.
La pieza de cabeza 7 de rotor de la figura 1
presenta como cavidad 8 continua, preferiblemente, un orificio
oblongo de sección transversal sustancialmente en forma de judía,
desde una vista superior, constituyendo un orificio de paso
especial en forma de sección sectorial.
Como está representado también en las figuras 2
a 4, el orificio oblongo 8 está realizado en la pieza de cabeza 7
de rotor, directamente lateralmente en la superficie frontal 6 del
rotor 3, partiendo del borde y extendiéndose en el sentido radial,
estando predeterminada la sección transversal del orificio oblongo,
desde una vista superior, con unas dimensiones conformes al
establecimiento de presión dentro de la zona de volumen de
impulsión 11 y a la descarga del material de la zona de volumen de
impulsión 11 por el rotor 3 en rotación.
El rotor 3 está configurado en forma de un
tornillo de rosca redonda (rosca semicurva) con un paso elevado y
una gran profundidad de rosca y actúa como dispositivo de
desplazamiento del material a transportar y de estanqueización, a lo
largo de un trayecto de transporte 14, desde la zona de entrada 4,
en el lado de aspiración hasta la zona de descarga 5, en el lado de
impulsión entre el rotor 3 y el estator 2. El estator 2 comprende
unos espacios huecos 15, 16, 17 realizados axialmente, uno tras
otro, y condicionados por el paso y la profundidad de la rosca, un
espacio hueco de entrada 15 en el lado de aspiración, un espacio
hueco de transporte 16 central, un espacio hueco de descarga 17 en
el lado de impulsión, quedando formadas entre la superficie
interior 18 del estator y la superficie exterior 19 del rotor las
cámaras de transporte 20, 21, 22 por las zonas de estanqueización
23, 24 originadas entre el estator 2 y el rotor 3, y siendo
transportado el material en las cámaras de transporte 20, 21, 22
durante la rotación del rotor 3 en los espacios huecos 15, 16, 17
del estator 2, desde la zona de entrada 4, en el lado de
aspiración, hasta la zona de descarga 5, en el lado de
impulsión.
Durante este proceso, debido a su configuración
helicoidal, el rotor 3 desplaza el material a transportar en el
sentido axial 10, a lo largo del trayecto de transporte 14 y, al
mismo tiempo, en el sentido radial respecto al eje central 26 de la
bomba, recíprocamente, en el espacio hueco de descarga 17, a través
de las cámaras de transporte 20, 21, 22 siguientes que empujan, a
unas zonas de volumen 11, 12 opuestas, que quedan formadas para
este fin y que forman parte del espacio hueco de descarga 17, en el
lado de impulsión.
En la zona de descarga 5 del espacio hueco de
descarga 17, en el lado de impulsión, que corresponde
aproximadamente a la "mitad" del espacio hueco 16 central,
similar a la primera cámara de transporte 20, representada en la
figura 1, se encuentra la pieza de cabeza 7 del rotor que deja
pasar el material a transportar por la cavidad 8 y que en la figura
1, para una mayor claridad, está representada en una vista
desarrollada separada de la superficie frontal 6 del rotor, y que
según la invención, estando fija a la superficie frontal 6 del
rotor, se encuentra en contacto estanco con la superficie frontal
25 del estator.
La superficie posterior 30 de la pieza de cabeza
del rotor y la superficie frontal 25 del estator están realizadas
de forma plana presentando respectivamente un ángulo de aprox. 90º
respecto al eje central 26 de la bomba.
La superficie frontal 9 de la pieza de cabeza
del rotor puede ser plana respecto a una configuración en forma de
disco, aunque también puede tener forma de calota esférica y/o
estar provista de, al menos, un ala o de un perfil que presente
otros salientes, para mejorar la mezcla del material a
transportar.
La zona de descarga 5, situada en el lado de
impulsión de la bomba de hélice excéntrica 1, comprende la última
sección de la bomba de hélice excéntrica 1, que emite el material a
transportar, mientras que la zona de entrada 4, en el lado de
impulsión, constituye la primera sección de la bomba de hélice
excéntrica 1, que recibe el material a transportar.
Por lo tanto, la invención permite que el
material a transportar, evacuado a presión por el lado de descarga
de la bomba de hélice excéntrica 1, ya no pueda retornar ni
presionar sobre el siguiente material a transportar empujado o
aspirado por el rotor 3, después de la apertura, condicionada por
la rotación, de la zona de volumen de impulsión 5 y la
estanqueización de la zona de volumen de aspiración 12 por la pieza
13 del disco, carente de orificio oblongo.
El orificio oblongo 8, en forma de judía, deja
pasar el material a transportar sin mostrar ninguna resistencia
notable, mientras que el retorno del material a transportar, en
dirección hacia la zona de volumen de aspiración 12, queda
bloqueado por la parte 13 del disco, carente de orificio
oblongo.
Por lo tanto, durante cada rotación del rotor 3
se produce al menos una descarga de la zona de estanqueización 23
en las zonas del estator 2 y del rotor 3, por lo que se reduce el
desgaste.
Tal y como se representa en la figura 1, a la
superficie frontal 25 del estator se puede fijar un tubo de
impulsión 34 orientado hacia la superficie frontal 9 de la pieza de
cabeza del rotor, a través del cual se transmite el material a
transportar. El tubo de impulsión 34 puede estar retenido de forma
estanca en el estator 2, por medio de, al menos, un elemento de
sujeción (no representado) que agarre preferiblemente el estator y
el tubo de impulsión.
En la figura 2, el rotor 3 se encuentra en la
zona de volumen de aspiración 12 con su superficie frontal 6
circular de rotor en una posición angular y de rotación 28 en la
que el ángulo \alpha del rotor está fijado, por ejemplo,
equivalente a 0º. La pieza de cabeza 7 del rotor está montada como
disco de rotor en la superficie frontal 6 del rotor, de tal forma
que el orificio oblongo 8, en forma de judía, comience a cubrir la
zona de volumen de impulsión 11 con su zona inicial 35, por una
parte muy pequeña de su sección de apertura eficaz. De acuerdo con
la generación de presión por el rotor 3 en rotación en la zona de
volumen de impulsión 11, aumenta también el tamaño de la sección
eficaz del orificio oblongo del recubrimiento de la abertura de la
zona de volumen de impulsión 11. La parte restante de la parte 13
de disco, carente de orificio oblongo puede cerrar una parte de la
zona de volumen de impulsión 11 restante y cerrar, de forma
estanca, la zona de volumen de aspiración 12, según el tamaño del
orificio oblongo 8, en forma de judía. La posición del disco 7 de
rotor respecto al rotor 3, en la figura 2, corresponde
aproximadamente a la posición del disco 7 de rotor respecto al
estator 2 en la figura 1.
En la figura 3, el rotor 3 ha rotado en un
ángulo \alpha de 90º a la posición de punto central 28', por lo
que el orificio oblongo 8, en forma de judía, recubre
completamente, de acuerdo con la sección transversal del orificio
oblongo, la mayor parte de la zona de volumen de impulsión 11,
incluyendo la zona inicial 35 del orificio oblongo y la zona final
36 del orificio oblongo, por lo que ésta queda abierta, mientras
que la parte 13 del disco, carente de orificio oblongo sigue
cerrando de forma estanca la zona de volumen de aspiración 12.
En la figura 4 ha finalizado la descarga del
material a transportar, fuera de la zona de volumen de impulsión
11, por la rotación del rotor 3, en un ángulo \alpha del rotor de
otros 90º, es decir, de un total de 180º, en la posición de punto
central 28''. Aquí, el orificio oblongo 8 sale, con su zona final
36, de la zona de volumen de impulsión 11, cuya presión ha sido
reducida. La zona de volumen de aspiración 12 original sigue
cerrada de forma estanca por la parte 13 del disco, carente de
orificio oblongo, pero a consecuencia de la rotación del rotor, se
sigue abriendo como zona de volumen de impulsión 11', de acuerdo
con la rotación del rotor, tal y como está representado en la
figura 2. El orificio oblongo 8 entra con su zona inicial 35 en la
zona de volumen de impulsión 11' opuesta que se está
estableciendo.
En la figura 4 se representa también que el
orificio oblongo 8 puede estar configurado como cavidad continua
con otra configuración, en forma de orificio de paso 32, en forma
de sección sectorial o de escotadura 31, en forma de sector,
orientado/a radialmente y partiendo de la superficie frontal 6 del
rotor, que sirve de soporte, hecho que ha sido representado,
respectivamente, con líneas discontinuas.
El disco 7 de rotor representado en una vista
frontal superior en las figuras 2, 3, 4, para la reducción de la
presión, al menos, sobre la zona de estanqueización 24, dentro de
la bomba de hélice excéntrica 1, presenta unas dimensiones
circunferenciales tales de manera que, durante la rotación del disco
7 de rotor, el orificio 27 del estator mantenga siempre cerrada, de
forma estanca, la zona de volumen de aspiración 12 originada. Por
tanto, la pieza de cabeza 7 del rotor puede diferir del disco
redondo, presentando una forma triangular redondeada como segunda
pieza de cabeza 37 de rotor (dibujada en líneas discontinuas), tal y
como está representado en la figura 2.
En la figura 5, la bomba de hélice excéntrica 1
está representada de forma esquemática como sección longitudinal,
recortada, a lo largo de la línea I-I, según la
figura 3. El disco 7 de rotor está dimensionado de tal forma que
permanezca en su zona de movimiento, durante la rotación del rotor,
preferiblemente dentro de la camisa 29 del estator, es decir, que
no se mueva más allá de la camisa 29 del estator. El disco 7 del
rotor está unido, por su superficie posterior 30, fijamente con la
superficie frontal 6 del rotor. La superficie posterior 30 del disco
está configurada de forma tan plana en la zona 13 carente de
orificio oblongo que ésta se encuentre en contacto estanco con la
superficie frontal 25 del estator que, preferiblemente, también es
plana, y que forme un ángulo de aprox. 90º respecto al eje central
26 de la bomba. El orificio oblongo 8 le abre a la zona de volumen
de impulsión 11 el paso del material a transportar, hacia el tubo de
impulsión 34 dispuesto a continuación. La parte 13, carente de
orificio oblongo, mantiene cerrada la parte de volumen de
aspiración 12 del espacio hueco de descarga 17, en el lado de
impulsión.
En la figura 5, según la invención, con una
configuración de longitud mínima del estator 2 puede estar
realizada solamente una zona de estanqueización 24, en función de
la posición, de un paso de hélice, pudiendo encontrarse directamente
a continuación de la zona de entrada 4, en el lado de aspiración,
una zona de descarga 5, en el lado de impulsión. La estabilización
de la posición del rotor 3, en el paso de hélice, está realizada
por la pieza de cabeza 7 de rotor que está en contacto con la
superficie frontal 25 del estator.
En las figuras 6, 7 están representadas dos
piezas de cabeza 7, 7' de rotor distintas, en analogía con el
orificio de paso 32, en forma de sección sectorial y la escotadura
31, en forma de sector, representadas en la figura 4 respectivamente
mediante líneas discontinuas, como cavidades 8, en una fijación
posible a la superficie frontal 6 del rotor. La pieza de cabeza 7
de rotor, según la figura 6, presenta el orificio de paso 32
orientado radialmente que parte del borde 38 de la superficie
frontal 6 del rotor, mientras que la pieza de cabeza 7' de rotor,
según la figura 7, comprende la escotadura 31 en forma de sector,
orientada radialmente, que parte del borde 38 de la superficie
frontal 6 del rotor.
El modo de funcionamiento de la bomba de hélice
excéntrica 1 según la invención es el siguiente:
- El motor metálico 3 (hélice) rota dentro del estator 2 (camisa de hélice) compuesto por un material elástico estanqueizando las cámaras de transporte 20, 21, 22 en la superficie interior 18 del estator. Por la rotación del rotor 3, el material a transportar se desplaza en las cámaras de transporte 20, 21, 22, desde la zona de entrada 4, en el lado de aspiración, hasta la zona de descarga 5, en el lado de impulsión. Durante este proceso, en el estator 2 se produce una corriente continua de material a transportar que sale pulsando por el orificio oblongo 8 de la pieza de cabeza 7 del rotor.
- Al ser desplazada la corriente de material de transporte al espacio hueco de descarga 17, en el lado de impulsión, en particular, a través de la cámara de transporte 22, el material de transporte se hace pasar a presión, dentro de la zona de volumen 11 que se está reduciendo, por el orificio oblongo 8 posicionado respectivamente por la rotación del rotor en la zona de volumen de impulsión 11, mientras que se mantiene cerrada la zona de volumen de aspiración 12.
Al final del proceso de descarga que se produce
por otra rotación del rotor, la superficie frontal 6 del rotor
alcanza una posición 28'' en la que la zona de volumen de impulsión
11, que se está reduciendo, se convierte en una zona de volumen de
impulsión 11' llenada completamente de material a transportar, que
hasta entonces había sido la zona de volumen de aspiración 12. Por
la rotación del roto, más allá de un ángulo de rotor de 180º, se
establece la presión en la zona de volumen de impulsión 11'
originada que expulsa el material a transportar a presión del
orificio oblongo 8, de acuerdo con el rotor. La hasta entonces zona
de volumen de impulsión 11 se convierte, por la rotación del rotor,
en la nueva zona de volumen de aspiración 12' creada. A
continuación, la zona de volumen de impulsión 11, abierta hasta
entonces, es cerrada por la parte 13 del disco, carente de orificio
oblongo, convirtiéndose en la zona de volumen de aspiración 12'. De
esta forma, no se puede establecer ninguna retropresión sobre el
material situado en la siguiente cámara de transporte 21, ni
tampoco se ven sometidas a ninguna retropresión las zonas de
estanqueización 24, 23, en particular, la última zona de
estanqueización 24 del espacio hueco de descarga 17, en el lado de
impulsión. Al contrario, gracias a la zona de volumen de aspiración
12 que ha sido aumentada se ejerce un fuerte efecto de aspiración
sobre el material siguiente, procedente de la cámara de transporte
21.
Debido al cambio correspondiente del rotor 3 a
las dos posiciones de situación extrema 28, 28'' de las zonas de
volumen 11, 12 ó 12', 11', radialmente opuestas dentro del espacio
hueco de descarga 17, en el lado de impulsión, por el disco 7 de
rotor, según la invención, se produce un cambio de los procesos de
bombeo y de la aspiración del material a transportar dentro del
espacio hueco 17 de descarga, en el lugar en que, por la aspiración
y el transporte simultáneos del material a las zonas de volumen 12
ó 12' cerradas respectivamente por el disco, se consigue en las
mismas un mayor grado de llenado de material a transportar.
La invención permite reducir el trayecto de
transporte 14 pudiendo corresponder a dos "longitudes de espacio
hueco" o a una disposición de "espacio hueco de entrada -
espacio hueco - espacio hueco de descarga"
15-16-17. Opcionalmente, el
trayecto de transporte 14 puede ser reducido a un paso de hélice del
estator 2. A causa de la disposición de la pieza de cabeza de rotor,
según la invención, en particular, el disco 7 de rotor, situado en
la pieza final habitual del rotor de bombas de hélice excéntrica y
a causa de la posibilidad de reducción ventajosa, incluso de bombas
de hélice excéntrica ya fabricadas con estatores y rotores
relativamente largos, también pueden alcanzar la capacidad de
accionamiento necesaria mediante un motor de menor potencia, lo que
permite ahorrar energía y material. Un aumento de la presión de
transporte se consigue generalmente mediante un incremento de la
tensión previa entre el estator 2 y el rotor 3, hecho que se realiza
de una manera convencional, generalmente como superficie axial, por
ejemplo, mediante una camisa tensora que envuelva el estator 2. Un
problema consiste en que conlleva un mayor consumo de energía para
el funcionamiento de la bomba.
Para que la bomba de hélice excéntrica 1, según
la invención, pueda funcionar de manera energéticamente eficaz
también bajo presiones de transporte más elevadas, se prevé un
aumento correspondiente de la tensión previa en la dirección radial
hacia el eje central 26 de la bomba, con la mínima formación axial
posible.
En las zonas del estator 2 puede estar previsto,
opcionalmente, un estrechamiento radial de la sección transversal,
preferiblemente, en intervalos de números enteros de un paso de
rosca de camisa de hélice, correspondiente a una rotación, desde la
superficie frontal 6 del rotor.
En el caso de un estator 2 que presente más de
un paso de rosca de camisa de hélice, en una zona alejada de la
superficie frontal 6 del rotor, a una distancia que corresponda
aproximadamente a un paso de rosca de la camisa de hélice del
estator 2, se le puede asignar al estator 2 un elemento de
estrechamiento radial (no representado en el dibujo).
El elemento de estrechamiento radial de la
sección transversal puede estar configurado en forma de manguito y
estar dispuesto como sistema de elemento dentro y/o fuera de la
camisa 29 del estator, pudiendo ser controlable o modificado,
opcionalmente, en el sentido radial siendo regulado por elementos de
ajuste, y con el que la tensión previa radial de las zonas de
estanqueización 23, 24 del estator 2 respecto al rotor 3 pueda
ajustarse paso a paso o de forma continua, en función de la presión
predefinida de transporte.
Aparte del retraso temporal del desgaste, la
invención ofrece la posibilidad de reducir también los gastos de
fabricación en comparación con las complicadas configuraciones de
las bombas de hélice excéntrica conocidas, ya puedan tensarse
posteriormente o no, y los dispositivos conocidos de válvulas de
retención en la zona final del estator de bombas de hélice
excéntrica.
- 1
- Bomba de hélice excéntrica
- 2
- Estator
- 3
- Rotor
- 4
- Zona de entrada en el lado de aspiración
- 5
- Zona de descarga en el lado de impulsión
- 6
- Superficie frontal del rotor
- 7,
- 7' Primera pieza de cabeza del rotor
- 8
- Cavidad continua
- 9
- Superficie frontal de la pieza de cabeza del rotor
- 10
- Dispositivo de transporte por rotación
- 11
- Primera zona de volumen de impulsión
- 11'
- Segunda zona de volumen de impulsión
- 12
- Primera zona de volumen de aspiración
- 12'
- Segunda zona de volumen de aspiración
- 13
- Zona de pieza de cabeza de rotor, carente de orificio oblongo
- 14
- Trayecto de transporte
- 15
- Espacio hueco de entrada situado en el lado de aspiración
- 16
- Espacio hueco de transporte central
- 17
- Espacio hueco de descarga situado en el lado de impulsión
- 18
- Superficie interior del estator
- 19
- Superficie exterior del rotor
- 20
- Primera cámara de transporte
- 21
- Segunda cámara de transporte
- 22
- Tercera cámara de transporte
- 23
- Primera zona de estanqueización
- 24
- Segunda zona de estanqueización
- 25
- Superficie frontal del estator
- 26
- Eje central de bomba
- 27
- Orificio de estator
- 28
- Punto central de superficie frontal de rotor con \alpha = 0º,
- 28'
- Punto central de superficie frontal de rotor con \alpha = 90º,
- 28''
- Punto central de superficie frontal de rotor con \alpha = 180º,
- 29
- Camisa de estator
- 30
- Superficie posterior de pieza de cabeza de rotor
- 31
- Escotadura en forma de sector
- 32
- Orificio de paso en forma de sección sectorial
- 33
- Eje central de pieza de cabeza de rotor
- 34
- Tubo de impulsión
- 35
- Zona inicial del orificio oblongo
- 36
- Zona final del orificio oblongo
- 37
- Segunda pieza de cabeza de rotor
- 38
- Borde
Claims (9)
1. Bomba de hélice excéntrica (1) para
transportar materiales abrasivos, que presenta un estator (2) y un
rotor (3), entre los cuales, durante la rotación del rotor (3) en
el estator (2), el material a transportar es desplazado desde una
zona de entrada (4), en el lado de aspiración, hasta una zona de
descarga (5), en el lado de impulsión, estando opuestas entre sí, en
la zona de descarga (5) situada en el lado de impulsión, una zona
de volumen de impulsión (11) y una zona de volumen de aspiración
(12), entre el estator (2) y el rotor (3), cambiando y alternándose
debido a la rotación del rotor, y estando prevista una pieza de
cabeza de rotor que termina la zona de descarga (5), en el lado de
impulsión, estando fija a la superficie frontal (6) del rotor (3) y
rotando junto con el rotor (3),
caracterizada por el hecho de que la
pieza de cabeza (7, 7', 37) del rotor presenta un orificio de paso
(32) en forma de sección sectorial, o una escotadura (31), en forma
de sector, como cavidad (8) que pasa por toda la pieza de cabeza y
que parte del borde (38) de la superficie frontal (6) del rotor,
que sirve de soporte, estando orientada radialmente, y que con su
sección transversal de apertura eficaz entra en la zona de volumen
de impulsión (11, 11') de acuerdo con el rotor con la generación de
presión dentro de la zona de volumen de impulsión (11, 11'),
volviendo a salir de la zona de volumen de impulsión (11, 11') tras
pasar por encima de la zona de volumen de impulsión (11, 11'),
proceso durante el cual la cavidad (8, 31, 32) que gira de acuerdo
con el rotor (3), en el sentido de transporte (10), abre
correspondientemente la zona de volumen de impulsión (11, 11'),
mientras que la zona (13) de la pieza de cabeza del rotor, carente
de cavidad, mantiene la zona de volumen de aspiración (12, 12')
opuesta cerrada, de forma estanca, durante la duración de la
apertura de la zona de volumen de impulsión (11, 11').
2. Bomba de hélice excéntrica según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la pieza
de cabeza (7, 7', 37) de rotor presenta tales dimensiones
circunferenciales que la pieza de cabeza (7, 7', 37) del rotor, al
rotar, abra la zona de volumen de impulsión (11, 11'), manteniendo
cerrada la zona de volumen de aspiración (12, 12') en la zona del
orificio (27) del estator.
3. Bomba de hélice excéntrica, según las
reivindicaciones 1 y/ó 2, caracterizada por el hecho de que
la fijación de la pieza de cabeza (7, 7', 37) a la superficie
frontal (6) del rotor está realizada con la superficie posterior
(30) de la pieza de cabeza de rotor, siendo planas la superficie
posterior (30) restante de la pieza de cabeza de rotor y la
superficie frontal (25) del estator, formando junto con el eje
central (26) de la bomba un ángulo de aprox. 90º.
4. Bomba de hélice excéntrica, según al menos
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el
hecho de que la cavidad (8, 31, 32) continua está realizada
directamente de forma lateral en el borde (38) de la superficie
frontal (6) del rotor (3), en la pieza de cabeza (7, 7', 37) del
rotor, estando predeterminada la sección transversal de la cavidad
con unas dimensiones conformes a la descarga del material a
transportar de la zona de volumen de impulsión (11, 11') por el
rotor (3) en rotación.
5. Bomba de hélice excéntrica, según al menos
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el
hecho de que la cavidad (8) constituye un orificio oblongo de
sección transversal sustancialmente en forma de judía, desde una
vista superior.
6. Bomba de hélice excéntrica, según al menos
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el
hecho de que la superficie frontal (9), opuesta a la superficie
frontal (6) de rotor, de la pieza de cabeza del rotor es
opcionalmente plana respecto a la configuración en forma de disco,
tiene forma de calota esférica y/o está provista de, al menos, un
ala o de un perfil que presente otros salientes, para mejorar la
mezcla del material a transportar.
7. Bomba de hélice excéntrica según al menos
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el
hecho de que el rotor (3) está configurado como hélice en forma de
un tornillo de rosca redonda con un paso elevado y una gran
profundidad de rosca, donde el estator (2) constituye una camisa de
hélice que comprende unos espacios huecos (15, 16, 17) realizados
axialmente, uno detrás de otro, al menos un espacio hueco de
entrada (15), en el lado de aspiración, y un espacio hueco de
descarga (17), en el lado de impulsión, de un trayecto de transporte
(14), formándose entre la superficie interior (18) del estator y la
superficie exterior (19) del rotor unas cámaras de transporte (20,
21, 22) por unas zonas de estanqueización (23, 24) adaptadas entre
el estator (2) y el rotor (3), y pudiendo desplazarse el material a
transportar en las cámaras de transporte (20, 21, 22), durante la
rotación del rotor (3), en los espacios huecos (15, 16, 17) del
estator (2) desde la zona de entrada (4), en el lado de aspiración,
hacia la zona de descarga (5) en el lado de impulsión.
8. Bomba de hélice excéntrica, según al menos
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el
hecho de que el trayecto de transporte (14) corresponde a dos
longitudes de espacio hueco o a una disposición
(15-16-17) de "espacio hueco de
entrada - espacio hueco - espacio hueco de descarga".
9. Bomba de hélice excéntrica, según al menos
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el
hecho de que el trayecto de transporte (14) está reducido a un paso
de hélice del estator (2), por lo que la pieza de cabeza (7, 7',
37) del rotor contribuye especialmente a estabilizar la posición
del rotor (3).
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