ES2279917T3 - Bomba helicoidal excentrica y estator para una bomba de este tipo. - Google Patents

Abstract

Bomba helicoidal excéntrica con una envoltura (2) interior de material resistente al desgaste y elástico en una envoltura de carcasa (1) cilíndrica de una o varias partes; estando conformada una superficie interior (3) de la envoltura (2) o de la envoltura interior (2) en su lado (3) que apunta hacia el interior en forma de paso de rosca helicoidal con una dirección y una longitud de inclinación predeterminada, con un rotor (6, 8) insertado en la envoltura en una primera posición (z1) axial y con una excentricidad (9) radial bajo pretensión, y sujeto en el lado de accionamiento en esta posición (15, 16) en forma de espiral o de hélice con una dirección de hélice (7) igual a la del estator (2); caracterizada porque la abertura de salida (5) del estator (2) desde su extremo frontal está ensanchada en un trozo de la longitud de transporte axial de modo radial hacia el exterior en todo el contorno, de tal manera que un borde frontal (24) que gira en el funcionamiento de la bomba del extremo del rotor (23) dispuesto cerca de la abertura de salida - preferentemente con un desplazamiento (1 9; Deltaz) axial condicionado por el desgaste del rotor - puede girar respecto a la superficie interior (3) del estator sin contacto o de manera liberada (G).

Description

Bomba helicoidal excéntrica y estator para una bomba de este tipo.

La invención se refiere a una bomba de alimentación extendida longitudinalmente como bomba helicoidal excéntrica, compuesta por un estator y un rotor. El estator puede poseer una envoltura exterior cilíndrica, preferentemente de metal, y una envoltura hueca alojada o alojable por esta como de material "sólido-elástico" con una superficie interior en forma de espiral. Aloja un rotor, correspondientemente, de forma espiral o helicoidal. El estator y el rotor tienen pasos del mismo sentido. También es relevante el propio estator, con un revestimiento "sólido-elástico" o una cubierta de elastómero.

Este tipo de bombas se conocen para diferentes campos de aplicación, como por ejemplo como bombas de alimentación para mezclas de mortero u otro líquido de transporte abrasivo, véase el documento DE-B3304751 (KTO) con "pretensión cónica" entre el estator y el rotor, haciéndose más fuerte hacia la salida MAS. Una bomba con estator de elastómero se conoce del documento DE-A 19758086 (Artemis). Se corresponde con el preámbulo de la reivindicación 1. En este caso ha de ser posible un montaje rápido del revestimiento. Un anillo elastómero que sobresale axialmente está previsto para un montaje axial obturante. De la misma manera está configurado el documento DE-A19801021 (Jäger).

Un rotor metálico, en la mayoría de los casos endurecido, se acciona durante el funcionamiento de modo rotativo en un sentido opuesto a su inclinación y a su espiral. Para mantener al rotor, durante el funcionamiento de transporte, respecto al estator en una situación (o posición) axial que permanezca constante, se ha de aplicar desde el árbol de accionamiento de la parte de la entrada, dado el caso por medio de piezas de aparato conectadas previamente al rotor, como acoplamientos, talones de arrastre, herramientas de mezcla o similares, una fuerza de sujeción axial correspondiente. La fuerza de sujeción axial se origina como "reacción" por medio de la "acción" condicionada durante el transporte y el movimiento hacia delante del producto transportado y el giro del rotor en el estator, después de que el rotor se accione de manera giratoria contra la inclinación de su espiral y contra la inclinación de la espiral del revestimiento interior del estator (de la envoltura interior) por parte del dispositivo de accionamiento (en la parte de
entrada).

Las fuerzas que actúan son grandes, por un lado por medio de la presión de elevación que se establece en la bomba durante el funcionamiento, por otra parte por medio de la posición excéntrica del rotor, y gracias al hecho de que la rotación, en una dirección de giro relativa del rotor respecto a la inclinación de sentido opuesto a ésta del paso de rosca helicoidal del rotor cargue al rotor contra la dirección de transporte sacándolo axialmente del estator.

Para facilitar la entrada del medio de transporte ("líquido de transporte") en la bomba, la envoltura (estator) está ensanchada habitualmente en la parte de la entrada en forma de embudo.

Se ha mostrado que como consecuencia de la elevada carga en la parte del elastómero del estator se pueden producir apariciones de desgaste considerables y perturbaciones, habitualmente después de un tiempo de funcionamiento sorprendentemente corto, por ejemplo, de 2h o menos.

También puede aparecer un desgaste plano a lo largo del paso de rosca del rotor, es decir, una reducción general del diámetro, lo que reduce la capacidad de transporte. A esto se puede contraponer, en una envoltura de carcasa dividida longitudinalmente, por medio de un retensado (contracción) de segmentos de la carcasa que se extienden axialmente, habiéndose que considerar entonces una reducción correspondiente de la potencia de transporte. En su lugar, en el caso de envoltura de la carcasa de una pieza (no dividida), y con una sección transversal de vuelta del rotor constante a lo largo de la longitud de la bomba se puede reducir constantemente la superficie de la sección transversal interior de las vueltas del estator desde la entrada de la bomba hasta la salida de la bomba, es decir, puede estar prevista una determinada "conicidad", de manera que la pretensión entre la envoltura del estator de elastómero y el rotor endurecido aumente hacia la salida. Gracias a ello se puede conseguir una reducción de la potencia de accionamiento, o una potencia de transporte que prácticamente se mantenga constante a lo largo de prolongados tiempos de funcionamiento, compárese con el documento DE-B 3304751. De modo diferente a la pretensión "cónica" trabaja el documento GB-A 1215569 (Hertrich), en el que una envoltura cónica consigue por medio de un desplazamiento axial del "inlay" del elastómero una elevación constante de la pretensión. Un embudo de entrada (en la parte de la entrada) muestra el documento DE-A4442060 (Netzsch), y el principio en el que se basa la "motobomba" de René Moineau se muestra en el documento DE-A633784.

En la práctica se muestra que incluso en el caso de sistemas de accionamiento perfectamente conformados y acoplados, así como adaptados entre ellos, y manteniendo la pretensión más adecuada en la envoltura después del retensado de una carcasa de varias piezas, o por medio de la elección de una conicidad en el estator, se puede producir una caída de potencia rápida y/o una desintegración (modificación de la consistencia) del medio que se ha de transportar - incluso habiendo sido reemplazado hace poco tiempo el estator o el rotor -, y no se puede remediar por medio de los pasos mostrados. Esto lleva a quejas y reclamaciones a los nuevos rotores o estatores empleados, que se cualifican como defectuosos o como insuficientes, aunque cumplían de fábrica con todas las especificaciones y estaban en orden. La causa para la reducción que se produce de repente de la potencia o de la modificación cíclica de la consistencia del líquido de transporte entregado en la lado de impulsión (denominado en el lenguaje técnico de los usuarios "espeso/diluido") no ha podido ser clarificada. El fabricante había entregado estatores o rotores en orden de funcionamiento, el usuario ha montado éstos también correctamente en su dispositivo de bombeo que anteriormente (todavía) funcionaba. Sin embargo, se producen los síntomas de error descritos, en particular una acanaladura axial en el elastómero del estator, que se estrecha desde el lado de admisión al lado de impulsión del estator (o bien se ensancha, observado al revés), y en primer lugar parece indicar una mezcla de goma inadecuada o mala o un procesado defectuoso de la parte interior elastómero de la envoltura del estator. Este tipo de errores que se producen de modo inesperado al emplear componentes constructivos prácticamente nuevos (estator o rotor) han de ser evitados.

La invención se basa en el objetivo de poner remedio y garantizar tiempos de duración prolongados, evitar una modificación de la consistencia del medio que ha de ser transportado, y evitar pérdidas repentinas en la capacidad volumétrica en el caso de componentes reemplazados prácticamente nuevos.

Este objetivo se consigue según la reivindicación 1 ó 10 ó 15. Con el propio estator conforme a la invención (reivindicación 15) se prepara la solución. Las reivindicaciones dependientes correspondientes muestran medidas alternativas o bien complementaciones ventajosas.

En primer lugar, parecía que el error descrito, remediado por la invención, era un problema del elastómero, que en los puntos de obturación (los nervios que sobresalen en el interior radialmente de la espiral del tornillo elastómero) se desgastaba prematuramente por medio de una entalladura o acanaladura que discurre axialmente, y debido a ello se abría un canal para una corriente inversa, o sin se conseguía una mala obturación entre el rotor en forma de espiral y la superficie interior del revestimiento elastómero de la envoltura exterior. La causa, sin embargo, no reside o residía en la mezcla del elastómero o en su procesado o aplicación, sino que por el contrario en primer lugar se ha de reconocer donde estaba la causa real de este síntoma de error que se produce y que se puede ver en un estator desmontado. Con esta acanaladura de retorno de corriente descrita en el espacio interior del estator se asociaba una ranura practicada cerca del extremo de salida en el contorno en el estator o en su revestimiento elastómero.

Ni la acanaladura que discurre axialmente, que permite una corriente inversa, ni la entalladura que discurre por el contorno en la salida se podían deber sintomáticamente al "problema de espeso-diluido" descrito habitualmente por el usuario en la reclamación, que se expresaba por el hecho de que una bomba no transportaba el material a transportar de modo consistente, sino que transportaba alternativamente secciones que tenían una proporción de agua mayor y menor, es decir, proporcionaba la sustancia transportada espesada con poca proporción de agua y la proporción de agua fuertemente desmezclada con poca sustancia transportada de grano basto en la salida bajo presión. Aparentemente un error en la región del mezclador o del mortero.

Por primera vez, un análisis de una extensión mayor de los síntomas de error pudo mostrar que la sistemática de error pasa por una cadena de sucesos que causan la disgregación describa en el usuario, pero no está causada por una bomba fabricada incorrectamente por el fabricante, o por una de sus piezas de repuesto, o por piezas de repuesto montadas incorrectamente por el usuario, sino por un desplazamiento axial del estator y el rotor de modo relativo entre ellos. Este desplazamiento axial del rotor en el estator ocasiona que se ranure un extremo en forma de hoz existente en el extremo delantero del lado de impulsión del rotor por un movimiento excéntrico a modo de cuchilla en el elastómero del estator, y deje allí, como una hoz, la entalladura en el contorno descrito en el contorno total del revestimiento elastómero del estator. Con esta posición dañada se favorece, entre otras cosas, como consecuencia de las elevadas temperaturas de la envoltura de elastómero (en el intervalo de 60ºC a 70ºC) durante el funcionamiento, que se deforme hacia el interior una pieza axial de la parte de elastómero del estator entre la entalladura y el extremo (el extremo del lado de impulsión) del estator y se pliegue radialmente (dicho visualmente), con lo cual se reduce la sección transversal de paso proporcionada en el lado de impulsión. Como consecuencia de la sección transversal de paso reducida se conforma una mayor presión antes de la salida de la bomba, que no se puede escapar por métodos normales de la bomba en el lado de impulsión, por medio de la entrega del líquido de transporte transportado de más referido a la sección transversal de salida. Esta sustancia a transportar transportada de más establece una presión tan elevada antes de la salida (reducida) de la bomba, que se origina una corriente hacia atrás, y se daña la línea de obturación en la parte interior del estator, lo que lleva a la acanaladura axial que se ensancha hacia el lado de admisión. Así pues, esto no era debido a una mala calidad del elastómero como material interior sólido elástico, o bien del revestimiento interior de la envoltura exterior del estator, sino a una situación de sobrepresión originada durante el funcionamiento, como consecuencia de un extremo en forma de hoz delantero que se ranuraba del rotor en forma de espiral. Por medio de la situación de presión descrita se produce además la modificación de la consistencia que realmente sólo se observa en la salida (MAS). El líquido transportado se desmezcla en el transporte, es decir, conforma cámaras con una proporción de agua elevada y cámaras con una proporción de agua reducida, lo que el usuario observa y valora como una bomba que transporta de un modo inadecuado, que para él transporta, en primer lugar, demasiada agua, y después un producto transportado de una granulación demasiado gruesa.

Los diferentes puntos de transmisión de fuerza muestran desgastes en el curso del uso continuado de una bomba de alimentación. Éstos llevan a que, como consecuencia de las fuerzas axiales descritas al comienzo (hacia el lado de accionamiento, es decir, contra la dirección de transporte) se originen cargas en los puntos de acoplamiento mecánicos, que dan de sí y no son reemplazadas con un cambio del rotor. En la mayoría de ocasiones, tampoco están hechas de un material endurecido, tal y como es el rotor para su capacidad volumétrica. Un desplazamiento de vuelta originado por esto de la posición axial del rotor lleva a un desplazamiento hacia el interior del punto del entorno en forma de hoz del rotor y del punto dañado del contorno, en forma de acanaladura, descrito en la envoltura de elastómero obturado. En contraposición a esto, la solución correspondiente parece igual de sencilla que de convincente. Se prescinde de la región que se daña con el borde en forma de hoz del rotor (o que se dañaría), sin modificar la bomba en su longitud real, es decir, sin recortar el estator con su envoltura exterior, o deber realizar otros montajes en el lugar de empleo. Por medio de ello se mueve el rotor con su borde en forma de hoz en un espacio abierto. El borde, así pues, no recibe ningún contracontacto flexible en el que en caso de un desplazamiento de su posición axial pudiera dañar al estator en su parte interior de elastómero, para desencadenar la cadena de acontecimientos que el usuario percibe como síntoma de "espeso/diluido".

En caso de que en las diferentes posiciones de transmisión de fuerza aparezcan desgastes que lleven a que el rotor, como consecuencia de las fuerzas que se producen sea desplazado en el estator contra la dirección de transporte (hacia el lado de hacinamiento), entonces tampoco se da ya la asignación axial importante para un caudal volumétrico óptimo del estator y el rotor.

Son posibles diferentes realizaciones de cómo se libera la parte frontal del extremo del rotor (reivindicación 6 a reivindicación 9, reivindicación 3). Este tipo de liberaciones se pueden nombrar con un "ahuecado" o con una retoma o desplazamiento de vuelta de la región terminal del elastómero (reivindicación 4). Se pueden elegir cónicas, comparables a la parte de entrada, o en otras configuraciones.

También es posible, igualmente, una entalladura aproximadamente cilíndrica del material elastómero, una forma que sigue la forma en forma de espiral de la superficie interior, pero que se extiende radialmente hacia fuera fuertemente, así como cualquier otra forma que se extienda radialmente hacia fuera, para otorgar un espacio libre a la sección del borde del rotor en forma de hoz que durante el funcionamiento se desplaza de vuelta.

Este espacio libre lleva a un "daño que no se produce" en el material elastómero de obturación, si bien al mismo tiempo se ocupa de que se realice una cierta reducción de la longitud efectiva para el establecimiento de presión de la bomba, con una longitud que permanece constante desde el punto de vista físico. Una reducción porcentual de este tipo de etapas de presión, que puede tener un valor de hasta media etapa (reivindicación 3), se compensa, según la invención, por medio de una pretensión cónica ascendente, tal y como se ha explicado al comienzo, y en concreto en el resto de niveles de presión. Gracias a ello se puede garantizar un mantenimiento de la potencia de la bomba y de sus piezas de repuesto, que se complementan desde el punto de vista combinatorio (reivindicación 5), en la que, sin embargo, sólo por medio de la creación de la configuración correspondiente del estator del elastómero (reivindicación 15) se prepara una acción combinatoria de este tipo, como pieza de sustitución o de repuesto.

Por lo que se refiere al rotor, o a los componentes que accionan este rotor, no se han de realizar modificaciones axialmente antes de la bomba en el lado MES (el accionamiento motor, la espiral de mezcla y otros acoplamientos) ni axialmente después de la bomba (una brida de presión o una pieza terminal de la bomba que sirven como distanciadores). Estos componentes pueden permanecer iguales. Del mismo modo, el modo de construcción de la bomba puede permanecer igual, su posición axial se puede dejar sin modificarse, y no se han de dar indicaciones de operación y de manejo para eliminar los errores que se producen sistemáticamente. Éstos se evitan ya gracias al hecho de que se retarde o se evite su aparición.

Se contrarresta la formación de errores localizados en los mecanismos de accionamiento y antes de la propia bomba mediante una modificación por el lado de presión de la envoltura del estator, que es en realidad la posición neurálgica en la que tiene que originarse un máximo de presión y guiarse y mantenerse mediante líneas de obturación o también debe estructurarse hasta aquí. Sin embargo, esta pérdida de potencia de transporte puede compensarse porque una conformación cónica reforzada del espacio interior contribuye a compensar en niveles de presión discrecionales a lo largo de la longitud de la bomba la reducción de la potencia o a continuar aportando potencia reducida de forma escalonada a la bomba para evitar síntomas de error durante el funcionamiento cuya investigación de las causas sea compleja.

La creación de un paso libre simboliza el hecho de evitar un contacto dañino del borde frontal circular en forma de hoz (también denominado borde de contorno) con un movimiento rotativo del rotor referido a la envoltura interior de elastómero, es decir, elástica y más blanda de la envoltura exterior, comparativamente mucho más rígida del estator. El paso libre simboliza una extensión axial y una extensión radial para una reducción del grosor del revestimiento elastómero (reivindicación 3, reivindicación 4), o dicho de otra manera, un ensanchamiento del paso de hélice en la dirección radial en un trozo axial prefijado cerca de la salida en el lado de impulsión del estator.

También se puede evitar un desgaste dañino gracias al hecho de que el paso libre se entienda de tal manera que no se origine ningún contacto de presión de este borde frontal cortante en forma de hoz, si bien se deja un contacto que roce (ligeramente), y no se mantiene el óptimo de una posición libre pura o evitando cualquier contacto (reivindicación 10). Siempre habrá un instante en el que la unión de accionamiento está desviada tan fuertemente o está recortada axialmente tan fuertemente que un extremo del lado de impulsión en forma de hoz del rotor está dispuesto bajo presión radial en contacto con la envoltura de elastómero, y se ranura en ésta, si bien el instante hasta que pasa esto se puede retrasar hasta tal punto que un desgaste aceptable de la unión de accionamiento no tiene características de transportes desventajosas en la bomba helicoidal.

En la parte frontal también puede estar conformado un nervio de obturación circular (reivindicación 16) de modo que sobresalga axialmente y ampliamente de modo radial en el exterior en la superficie frontal de elastómero, que, sin embargo, sea ligeramente menor en su extensión axial que el 2% de la longitud axial de una inclinación del estator (un escalón helicoidal o bien un nivel de la "vuelta de rosca"), por otro lado, éste tiene una misión completamente diferente, la de la obturación axial y radial del punto de unión del estator con el resto de piezas de funcionamiento, sin que estuviera unido con el extremo en forma de hoz del rotor o con una geometría del rotor desde un punto de vista funcional. En el montaje del estator, el nervio de obturación se comprime hasta tal punto que la envoltura exterior más rígida se pone en contacto con un alojamiento metálico de la parte de impulsión (reivindicación 9).

Una reducción de la dimensión A en la dirección de transporte en la sección cargada por compresión de la bomba helicoidal (reivindicación 5) se refiere a un nivel de elevación correspondiente referido a su comienzo y su fin. El diámetro interior de la envoltura interior se reduce en este caso por cada escalón de un modo fundamentalmente uniforme. Con esta acentuación del efecto de la conicidad, es decir, con una pretensión que aumenta más pronunciadamente sobre la sección con efecto de presión, en el caso de una retirada de cualquier pretensión en la sección de la parte de salida de retroceso, en particular de ensanchamiento (el temido contacto de la acción de corte en forma de hoz del extremo del rotor), se puede compensar una longitud de al menos 2%, preferentemente entre el 5% y el 10%, hasta media longitud de escalón, en tanto que el estator asegurado frente a la acción de corte en forma de hoz puede generar en una bomba prácticamente la misma potencia, a pesar de un recorrido de presión axial recortado, después de que la envoltura exterior como tal haya de permanecer sin ser modificada en su longitud física total.

Una combinación de una conformación en forma helicoidal y un ensanchamiento cónico de la envoltura en la región de salida es ofrecida por una técnica de fabricación sencilla (reivindicación 8). La envoltura helicoidal ya no se estrecha de modo cónico hacia el extremo del lado de impulsión, sino que se ensancha ligeramente, o más pronunciadamente, manteniendo, sin embargo, su forma helicoidal fundamental, y recibe adicionalmente una forma que se extiende cónicamente. Gracias a ello, la conicidad discurre en la dirección de presión en esta sección amenazada por la acción en forma de hoz como "contraconicidad", en el sentido de un ensanchamiento y no de un ensanchamiento del espacio interior que se conforma por la superficie interior en forma de espiral de la envoltura interior de elastómero.

Esta "conicidad ensanchada" se puede comparar con una "conicidad reducida" de este tipo o con un espacio interior tal, que está por delante, es decir, contra la dirección de transporte (reivindicación 8), o justo antes del comienzo de la contraconicidad (conicidad "que se ensancha"). El ensanchamiento se extiende en la dirección radial en una pieza axial, de manera que las dos direcciones consiguen conjuntamente una reducción del grosor de la pared del revestimiento interior elastómero en este trozo corto axial en la parte de salida.

En lugar de una circunscripción de la reducción del grosor de la pared del revestimiento interior elastómero (envoltura de elastómero), también se puede hablar de un ensanchamiento del espacio interior, referido a los pasos de rosca helicoidal, que explica la pared interior conformada en forma de espiral o en forma helicoidal (reivindicación 15).

Un ensanchamiento conformado de modo cilíndrico, una retirada o una reducción del grosor de la pared (reivindicación 6, reivindicación 16), puede hacer pasar directamente a un nervio de obturación que discurre en el contorno en el extremo frontal.

También es posible una combinación de paso de rosca helicoidal ensanchado y un ensanchamiento cilíndrico o cónico dispuesto a continuación sin paso de rosca helicoidal, así como la combinación de una sección de ensanchamiento cilíndrica y cónica con un desplazamiento axial entre ellas (reivindicación 6 y reivindicación 7). La invención se explica a continuación con más detalle a partir de dibujos esquemáticos en varios ejemplos de realización. Estos ejemplos de realización explican y complementan la invención.

Figura 1 muestra en una sección longitudinal una bomba según un ejemplo de la invención, con estator 1, 2 y rotor 6.

Figura 2a, Figura 2b muestran en la parte de la figura 2a en la sección longitudinal un estator no cónico para una bomba helicoidal excéntrica, en la parte de la figura 2b una sección transversal a través de este estator.

Figura 3a muestra una región de acoplamiento intacta entre un extremo 8 de la parte de la entrada del rotor 6 y una herramienta de mezcla alojada previamente con accionamiento que no está representado él mismo.

Figura 3b muestra la región de acoplamiento después del desgaste v condicionado por el funcionamiento en puntos de actuación.

Figura 4a, Figura 5a, Figura 6a muestran diferentes formas de realización del estator según otros ejemplos de la invención.

Figura 4b, Figura 5b, Figura 6b muestran, respectivamente, las vistas frontales correspondientes en el extremo de salida de los estatores.

La bomba helicoidal excéntrica muestra en el ejemplo, tal y como se puede ver a partir de la Figura 1, una carcasa 1 exterior extendida cilíndricamente de un diámetro predeterminado y una longitud predeterminada. La carcasa puede estar hecha, por ejemplo, de acero. En la carcasa está dispuesta una envoltura cilíndrica hueca, por ejemplo, hecha de goma altamente resistente al desgaste o material elastómero similar de modo fijo, cuya superficie interior 3 presenta un contorno en forma helicoidal para la conformación de un canal helicoidal de dos pasos con una inclinación doble. En la parte frontal MES de la parte de entrada, el canal helicoidal está conformado en forma cónica, tal y como muestra 4, para simplificar la entrada de un medio transportable que ha de ser transportado a la parte de salida MAS como fluido, por ejemplo una mezcla hecha de agua y una sustancia adicional. El estator puede estar ranurado axialmente o en varias partes, lo cual no está representado a parte.

En la envoltura interior del estator 2 está insertada una hélice 6, por ejemplo hecha de acero endurecido. La dirección de hélice 7 es la misma en el estator y en el rotor. El eje longitudinal 11 de la sección espiral del rotor está desplazada respecto al eje central 10 de los pasos de rosca helicoidal del estator (el eje de giro del rotor) radialmente 2*e, gracias a lo cual se produce la excentricidad 9 (o bien "e").

En la parte de entrada MES, el rotor 6 está prolongado más allá del comienzo del estator en 8, para conformar en el eje 10 una cabeza helicoidal 17 (Fig. 3a), por medio de la cual el rotor se puede accionar en un sentido opuesto a la dirección de hélice del estator y el rotor. La abertura de salida 5 del estator de la bomba está conformada en la parte de salida MAS de un modo especial. Más abajo se explica más detalle al respecto.

Una conicidad k está representada por medio de una región del borde negra, que se hace más gruesa, de la hélice en forma de espiral en la Figura 1, que se opera con una presión de apriete cada vez mayor desde la parte de la entrada 4 a la parte de la salida 5, para tener en cuenta la presión de elevación cada vez mayor y conformar las líneas de obturación para la limitación de las cámaras de transporte de manera mejor en la envoltura de elastómero del estator 2. Este tipo de cámaras de transporte se ponen de manifiesto en la sección superior de la Figura 1 entre el canal de la hélice (conformado por medio de la conformación de la pared interior 3 del revestimiento 2 elastómero) y la pared exterior de la espiral 6 extendida. También arriba están representadas las líneas de obturación de las cámaras en la sección transversal por medio de tiras de solape negras cortas, las cuales no se solapan ellas mismas en el funcionamiento, sino que por medio de una relajación del material elastómero generan un efecto de obturación hacia el estator conformado por medio de presión, al igual que respecto a la zona k pasante.

La dirección del eje está designada con z, también como dirección de transporte, en la que los dos ejes 10, 11 se pueden reconocer desplazados de modo excéntrico y con el desplazamiento 9.

En lo sucesivo, se trabaja con coordenadas cilíndricas con z para la dirección del eje y r para la dirección radial.

Se habría de mencionar además la longitud de un paso o de un escalón, que está designada con L1 en la Figura 2a, que se puede ver en una espiral de dos pasos del estator, en la que la pared interior 3 correspondiente conforma un espacio interior I en el que en esta figura no está insertado ningún rotor.

Para una capacidad volumétrica óptima, y un desgaste lo menor posible, se requiere una adaptación y un ajuste preciso de las piezas de la bomba. Dentro de esto se incluye que la posición z1 axial del rotor respecto al estator se mantenga durante el funcionamiento de la bomba del modo más exacto posible. Esto requiere, por lo que se refiere a las fuerzas muy elevadas que actúan axialmente contra la dirección de transporte z en el rotor, una fuerza de sujeción muy elevada, que ha de ser aplicada por medio de la parte de accionamiento sobre el rotor, lo que favorece un desgaste en las piezas que transmiten la fuerza de accionamiento. Las consecuencias se pueden ver por medio de la comparación de las Figuras 3a y 3b. A la izquierda se muestra un acoplamiento intacto entre la cabeza helicoidal 17 y el talón de arrastre 16, 18 de una herramienta de mezcla 15 conectada antes (representada sólo parcialmente). A la derecha está representado el mismo acoplamiento en estado desgastado. La consecuencia del desgaste es que el rotor ha modificado su posición z1 respecto al estator en el desplazamiento 19, por medio de lo cual ha realizado una excursión contra la dirección de transporte introduciéndose en el estator. La medida \Deltaz se corresponde con el desplazamiento 19 y con la introducción de la cabeza helicoidal 17 provista de un alojamiento en el acoplamiento 18 en el talón de arrastre 16 de la herramienta de mezcla 15, estando sometidos, en particular, los puntos designados en la Figura 3b con v a un desgaste por medio de un desgaste axial de la herramienta de arrastre no endurecida respecto al acero endurecido del rotor.

Las Figuras 2 muestran el estator en una conformación normal. El extremo de entrada 4 está ampliado de modo cónico, mientras que el paso de rosca helicoidal discurre sin ser modificado hasta el plano 22 que discurre transversalmente al eje 10, en el que está dispuesta la abertura 5' de la parte de salida de la envoltura 2. Cuando ahora en esta envoltura un rotor, como el rotor 6 según la Figura 1, se encuentra en su posición de trabajo z1 y se acciona de modo rotativo, éste realiza un trabajo de flexión considerable en la envoltura de elastómero 2 que lo rodea. En éste también participa, de modo correspondiente, un borde 24 en forma de hoz en la superficie frontal 25 de la parte de salida del rotor 6, ya que en la envoltura según la Figura 2a los pasos de rosca helicoidales discurren sin ser modificados hasta la superficie frontal de la envoltura en el plano 22. El borde frontal 24 en forma de hoz se introduce en este caso, cuando el desplazamiento \Deltaz se hace mayor, en el material de la envoltura, y provoca una entalladura correspondiente, o incluso una incisión. Éstas pueden poseer una profundidad radial de hasta 3 mm y más. El elastómero de la envoltura se calienta, hasta una temperatura de 60º a 70º Celsius, y se abomba, se abate un trozo hacia el interior, y reduce la sección transversal de salida de la abertura 5 para el medio transportado (líquido transportado).

Se ha podido constatar que gracias a ello se modifica la consistencia de la mezcla transportada de modo cíclico, causado por una mayor presión en el lado de impulsión y daños del estator a través de una acanaladura que se conforma axialmente, que rompe las líneas de obturación que discurren por el contorno en forma de espiral. La bomba puede quedar inutilizable ya después de poco tiempo.

Tal y como muestran las Figuras 1 y 4 a 6, se puede evitar de un modo efectivo la aparición de estos daños. La abertura de salida 5 de la envoltura 2 se ensancha respecto a un desarrollo regular de las superficies helicoidales supuesto, y con ello se descarta un contacto que ejerza una presión del borde terminal 24 del rotor en forma de hoz con la envoltura 2 durante el funcionamiento, preferentemente incluso cuando el rotor, como consecuencia del desgaste de piezas en el recorrido de accionamiento (véanse Figuras 3) modifica su posición z1 axial regular predeterminada respecto al estator contra la dirección de transporte (por medio del desplazamiento 19 ó \Deltaz en las Figuras 3). Por medio de ello se origina un estado que está representado como paso libre o posición libre G de modo ilustrativo. El borde 24 en forma de hoz representado en sección como borde de corte afilado, que posee menos de 180º, no toca la envoltura de elastómero 2, por el contrario, está prevista una distancia.

Otro desplazamiento de vuelta axial de más de \Deltaz según la Figura 3b llevaría en la Figura 1 a una posición axial más desplazada hacia la derecha del rotor 2, unida con un contacto que aparecería posiblemente (de carga), a pesar de una conformación ensanchada de la abertura de salida 5. El mismo contacto puro, de por sí, no es dañino, simplemente, uno de este tipo que lleve con una carga por compresión adicional a un efecto de corte en el elastómero, que entonces provocaría que la sección que se encuentra axialmente más allá hacia el lado de impulsión de la envoltura del elastómero se desplazara de modo indeseado radialmente hacia el interior. Pero incluso este desplazamiento radial hacia el interior se puede realizar en la envoltura del elastómero 2 reducida considerablemente en el grosor hacia el exterior un trozo más allá cuando la superficie frontal de la parte de salida del rotor y el borde de corte cercano a ella hayan de ejercer una presión sobre la envoltura del elastómero, en caso de que, sin embargo, todavía esté retraída radialmente, y abra una sección transversal mayor en la salida MAS.

En la Figura 1 se puede ver que la región de la reducción del grosor de la pared de la envoltura 2 cerca de la superficie frontal en la salida MAS no es un recorrido axial grande, pero un ensanchamiento radial considerable de la abertura de salida 5. Para la comparación de las longitudes se puede hacer referencia a un escalón L1 según la Figura 2a como objeto de comparación, de los que hay previstos varios a lo largo de la longitud total L del estator a través del revestimiento interior del elastómero.

Para la definición de una conicidad k según la Figura 1 se puede indicar una modificación de la medida interior del espacio interior por medio de la indicación de la reducción porcentual, correspondiente a un reforzamiento o un ensanchamiento porcentual de la envoltura de elastómero 2. Esta indicación también se puede extender a que la medida A y la medida C se indiquen según la Figura 2b de manera que varíen en el curso de la dirección z. Las dos medidas A y C definen la mayor y menor dimensión del espacio interior, correspondiéndose la mayor y la menor distancia de la superficie interior del revestimiento 2 elastómero en la sección según la Figura 2a.

La conformación del ensanchamiento 5 del extremo MAS del estator puede ser diferente.

En las Figuras 5, el ensanchamiento 5a está conformado aproximadamente de modo correspondiente al ensanchamiento en el extremo de entrada 4 de modo cónico. La vista en planta desde arriba del extremo ensanchado se muestra en la Figura 5b.

Una vista en planta desde arriba similar se produce en la conformación según las Figuras 6, en las que el ensanchamiento 5b está conformado a modo de escalón. Esto se corresponde con un desplazamiento fundamentalmente cilíndrico de la pared del elastómero 2'.

La conformación según las Figuras 4 se corresponde con el ensanchamiento 5c fundamentalmente de la forma mostrada en la Figura 1, con una parte atornillada adicional en la sección z5. La Figura 4b muestra la vista en planta desde arriba correspondiente.

A pesar de las vistas, aparentemente iguales, la Figura 5b muestra un bisel en el ensanchamiento o extensión 5a, la Figura 6b muestra una entalladura 5b cilíndrica, o bien una vista en planta desde arriba de una superficie de la parte frontal orientada radialmente, y la Figura 4b una combinación formada por un ensanchamiento cónico unido con un escape 5c en forma helicoidal con otra conicidad que la que ha llevado a la sección de ensanchamiento de la longitud z5 (en la región dispuesta previamente y en los escalones previos). Una conformación en forma helicoidal de este tipo unida con una conformación cónica o cilíndrica también se puede describir de tal manera que se conserva una conformación cónica con conicidad invertida, es decir, una tal que relaja una carga por compresión, o bien que no deja que se origine y que está orientada hacia el exterior hacia un grosor de pared 2' más delgado de la envoltura 2 de elastómero, o bien, sin embargo, está ensanchada claramente y de un modo más pronunciado de manera cónica, de tal manera que se pueden ver distancias de ranura entre el borde 24 en forma de hoz según la Figura 1 y la superficie interior del ensanchamiento 5, también con el rotor montado.

Todos los ejemplos de realización tienen adicionalmente una obturación 21 en forma de nervio circular dispuesta en la parte frontal, para la colocación hermética en otras secciones intermedias (alojamientos) en la sección de transición al tubo flexible de transporte en el lado de impulsión. Este nervio 21 de contorno está dispuesto radialmente en la parte exterior en la envoltura interior de elastómero, cerca de la carcasa rígida o envoltura exterior 1. Éste se extiende en dirección axial menos que el 2% de una longitud de escalón L1, y no tiene ninguna influencia sobre la protección de la pared interior del revestimiento del elastómero 2 frente a un daño ocasionado por el rotor. En el estado montado, este nervio se comprime prácticamente de modo completo.

Para ilustrar la extensión axial y el ensanchamiento radial, en la Figura 6a está dibujado un grupo de símbolos de referencia, al igual que el grosor de pared residual 2', que se origina después de la introducción de una entalladura 5b cilíndrica o un ensanchamiento 5b cilíndrico, preferentemente de un modo adaptado a un grosor radial del nervio 21 de contorno que se acaba de explicar. La extensión z5 axial del desplazamiento o ensanchamiento, que se ha de describir en su conjunto como "paso libre G" según la Figura 1, se ha de poner en relación con la longitud L1 de un escalón (una vuelta de rosca). El tamaño del ensanchamiento r5 radial se corresponde con una forma a lo largo del recorrido z5 axial en el que tiene lugar el ensanchamiento r5. No ha de ser constante, sino que, tal y como se desprende de las Figuras 5a y 4a, puede variar en su contorno y también puede adoptar en la dirección longitudinal z diferentes valores.

En la dirección z5 axial, el ensanchamiento o extensión de la posición libre de la envoltura desde el borde terminal del rotor ha de tener un valor de al menos el 2%, preferentemente por encima del 3%, o 5% a 10% de un escalón L1 de la hélice del estator 3. Para un mejor entendimiento, en la Figura 2 está dibujado un escalón de este tipo. Con una longitud de escalón de, por ejemplo, 110 mm, el límite inferior de la extensión va aproximadamente de 2 mm a 4 mm, si bien también puede tener un valor de 5 mm a 11 mm y más, hasta medio escalón.

La reducción que se produce en este caso de la longitud efectiva de la bomba del estator se compensa por medio de un incremento correspondiente de la pretensión k entre el rotor y el estator. La conicidad se puede ver en la representación de corte por medio de líneas de unión 21 inclinadas en las Figuras 5a, 6a. Éstas se corresponden con la conicidad k representada gráficamente que se ocupa de una mayor pretensión hacia el lado de impulsión. La modificación de la conicidad se realiza, de modo ventajoso, por medio de una modificación constante de la medida A. La reducción porcentual de esta medida por escalón ha de tener un valor de al menos el 0,4%.

Para un mejor entendimiento se explican a continuación algunas definiciones usadas. De este modo, el número de escalones del estator es igual a la longitud del estator dividida por el paso de sus pasos de rosca helicoidal. La conicidad de la hélice del estator resulta de la diferencia de las medidas C y A de la entrada MES y de la salida MAS, estando distribuida la reducción de un modo uniforme a lo largo del número de pasos (escalones). El valor medio de la medida A por escalón resulta de la medida A en la entrada del escalón reducida en la medida A en la salida del escalón. En este sentido, en este caso, al hablar de la reducción porcentual de la medida A por escalón se entiende la diferencia de la medida A por escalón multiplicada por 100 y dividida por la medida A en la entrada del escalón.

Tal y como resulta tanto de la Figura 1 como de las Figuras 5a y 6a, la medida A se reduce en la dirección de transporte, es decir, en la dirección que va a la salida del estator MAS.

Una desmezcla, es decir, una modificación de la consistencia del medio transportado, así como un desgaste prematuro de las piezas de la bomba se puede evitar de un modo muy sencillo y con la posibilidad de compensar una reducción considerada de la potencia de la bomba.

Claims (18)

1. Bomba helicoidal excéntrica con una envoltura (2) interior de material resistente al desgaste y elástico en una envoltura de carcasa (1) cilíndrica de una o varias partes; estando conformada una superficie interior (3) de la envoltura (2) o de la envoltura interior (2) en su lado (3) que apunta hacia el interior en forma de paso de rosca helicoidal con una dirección y una longitud de inclinación predeterminada, con un rotor (6, 8) insertado en la envoltura en una primera posición (z1) axial y con una excentricidad (9) radial bajo pretensión, y sujeto en el lado de accionamiento en esta posición (15, 16) en forma de espiral o de hélice con una dirección de hélice (7) igual a la del estator (2); caracterizada porque la abertura de salida (5) del estator (2) desde su extremo frontal está ensanchada en un trozo de la longitud de transporte axial de modo radial hacia el exterior en todo el contorno, de tal manera que un borde frontal (24) que gira en el funcionamiento de la bomba del extremo del rotor (23) dispuesto cerca de la abertura de salida - preferentemente con un desplazamiento (1 9; \Deltaz) axial condicionado por el desgaste del rotor - puede girar respecto a la superficie interior (3) del estator sin contacto o de manera liberada (G).

2. Bomba helicoidal excéntrica según la reivindicación 1, con un estator formado por una carcasa (1) cilíndrica de una pieza y una envoltura interior (2) dispuesta fijamente en su interior hecha de material elastómero, cuya superficie interior (3) está conformada de modo que discurre a lo largo del eje longitudinal (10; z) en forma de espiral o de hélice, y con el rotor (6) extendido en forma de espiral, que está dispuesto con su eje central (11) desplazado respecto al eje longitudinal (10) del estator una medida (9, e) predeterminada radialmente en una posición (z) axial prefijada respecto al estator en éste, que presenta la misma dirección de hélice que la envoltura interior y se puede accionar de modo rotativo - de manera opuesta a la dirección de hélice de la superficie interior (3) de la envoltura interior - y está sujeto desde una parte de accionamiento (8) en la posición (z) axial prefijada; en la que

- la envoltura interior (2) está ahuecada o ampliada desde su frontal (22) de la parte de la salida tanto en dirección radial como en dirección axial en una medida tal que un borde frontal (24) de la parte de salida del rotor (6) rota excéntricamente de modo circular con un funcionamiento de la bomba - de modo que no carga la superficie interior (3) de la envoltura (2);

- para la compensación de una pérdida de potencia está prevista una reducción distribuida a lo largo del resto de la longitud del estator de una anchura interior (medida A) mayor de los canales helicoidales conformados por la superficie interior (3) en el estator (2), como conicidad más pronunciada.

3. Bomba helicoidal excéntrica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque se da un paso libre (G) del borde de contorno (24) de la parte de salida (6) del rotor generado por medio del desplazamiento radial y axial de una superficie frontal (22) de la parte de salida de la envoltura del estator (2) axialmente contra la dirección de transporte en una sección longitudinal (z5) que tiene un valor de al menos un 2% de una longitud axial de un paso del estator (escalón helicoidal L1), en particular por encima del 3%, entre 5% y 10%, o hasta medio escalón.

4. Bomba helicoidal excéntrica según la reivindicación 3, caracterizada porque el desplazamiento, en particular como ahuecamiento o ensanchamiento, está dimensionado de tal manera que el paso libre (G) también se mantiene en el caso de un desplazamiento (19, \Deltaz) axial condicionado por el desgaste del rotor (6).

5. Bomba helicoidal excéntrica según una de las reivindicaciones precedentes, en la que para la compensación de la pérdida de potencia que se produce por medio del desplazamiento de una sección (z5) de la superficie frontal (22) de la parte de salida del estator (2) y del recorte causado por ello de su al menos un paso de rosca helicoidal efectivo para el transporte

(i) está prevista una reducción del diámetro interior del canal helicoidal como reducción de la medida A en la dirección de transporte por cada escalón (L1) de la envoltura del estator (2) de al menos un 0,4%; o

(ii) se reduce un diámetro interior de la envoltura interior por escalón (L1) en sustancialmente más de un 0,4%, reduciéndose de modo constante, sustancialmente, el diámetro interior desde la abertura de entrada (4) a la abertura de salida (5).

6. Bomba helicoidal excéntrica según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el ensanchamiento posee una sección de conformación (5b) fundamentalmente cilíndrica.

7. Bomba helicoidal excéntrica según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 o la reivindicación 6, en la que el ensanchamiento (5) de la abertura del lado de impulsión posee una sección de conformación (5a) sustancialmente cónica, en particular también con una ampliación fundamentalmente cónica como cono de entrada (4) en la parte de entrada (MES) del estator o de la bomba.

8. Bomba helicoidal excéntrica según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 o la reivindicación 7, en la que en un trozo (z5) de la longitud axial cerca de la parte de salida (MAS), la superficie interior (3) en forma de paso de rosca helicoidal se extiende radialmente hacia el exterior y axialmente hacia delante hacia el lado de impulsión (5c), en particular, contra una reducción que discurre fundamentalmente de modo constante de la medida radial de la superficie interior (3) por delante de la pieza axial (z5) mencionada, comenzando cerca de la parte de entrada del estator o de la bomba.

9. Bomba helicoidal excéntrica según la reivindicación 1 ó 2, en la que un extremo frontal del lado de impulsión del estator lleva un nervio elastómero (21) en forma anular, para la obturación en el montaje del estator, respecto a un alojamiento del lado de impulsión.

10. Procedimiento para el funcionamiento de una bomba helicoidal excéntrica con una envoltura (2) que se puede introducir en una carcasa (1) fundamentalmente cilíndrica o que está allí dispuesta, hecha de material elastómero, cuya superficie interior (3) está conformada en forma de paso de rosca helicoidal, para el alojamiento de un rotor (6) en forma de espiral que se puede insertar en la envoltura de elastómero en una posición axial predeterminada y bajo tensión con una excentricidad (9) radial predeterminada, y que está apoyado por el lado de accionamiento en esta posición, caracterizado porque una abertura de salida (5; 5a, 5b, 5c) del estator (2) está ensanchada desde su extremo frontal y contra una dirección de transporte axial, o se extiende radialmente, de manera que durante el funcionamiento de la bomba, un borde frontal (24) que gira en el contorno gira en el extremo del rotor (23) del rotor (6) - preferentemente con un desplazamiento (1 9; \Deltaz) axial del rotor, respecto al estator -
sin que se produzca contacto o sin un contacto de presión significativo con la superficie interior (3) de la envoltura de elastómero (2).

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la carcasa cilíndrica, como envoltura continua en el contorno, es de una pieza, o es de varias piezas, provista de al menos una ranura axial, o provista de varias ranuras axiales.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la ampliación o el ensanchamiento (5a, 5b; 5) en el extremo frontal del lado de impulsión del estator es fundamentalmente cilíndrico, cónico o en forma de paso de rosca helicoidal, o presenta una combinación de este tipo de secciones.

13. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el estator posee en su parte de entrada de la parte frontal un ensanchamiento (4) conformado, en particular, de modo cónico.

14. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la longitud (z5) que vuelve axialmente del ensanchamiento (5) es mayor que el 2%, preferentemente el 5%, y menor que el 50% de la longitud (L1) axial de un escalón del paso de rosca helicoidal del estator que un paso del estator.

15. Estator de elastómero adecuado para una bomba helicoidal excéntrica según la reivindicación 1, con una envoltura exterior sustancialmente rígida y una envoltura interior (2) dispuesta en su interior, hecha de un material elastómero más flexible, en comparación con la envoltura exterior, cuya superficie interior (3) está conformada de modo que discurre alrededor de un eje longitudinal (10) en forma de espiral o de hélice, para el alojamiento de un rotor (6) excéntrico, en forma de espiral o de hélice, que en su posición (z1) axial predeterminada respecto a la envoltura del estator se puede introducir en ésta, y se sujeta desde una parte de accionamiento en su posición axial (18, 16, 17), estando conformada la envoltura interior de elastómero (2) desde su frontal de la parte de salida (z5) reducida

(i) en dirección axial

(ii) respecto a una superficie interior (3) en forma de hélice axialmente por delante (respecto a la parte de entrada MES) en dirección radial (r5)

para dotar a un borde frontal (24) de la parte de salida del rotor (6), durante el funcionamiento de la bomba, de un paso libre (G), y en el que la superficie interior (3) en forma helicoidal disminuye sustancialmente de modo constante desde la parte de entrada de la parte frontal en su medida interior hasta antes del grosor de pared de la envoltura de elastómero (2) conformado (r5, z5) de modo reducido.

16. Estator de elastómero según la reivindicación 15, en el que en la parte de salida (MAS) está conformado un nervio (21) de contorno hecho de material elastómero, que sobresale axialmente, en particular entre él (21) y el comienzo del primer ensanchamiento (r5, 5b) que se extiende axialmente un tramo (z5) hay una reducción fundamentalmente cilíndrica del grosor de la pared de la envoltura de elastómero (2).

17. Estator de elastómero según la reivindicación 16, en el que un grosor de pared residual (2') de la envoltura interior del elastómero en la región del ensanchamiento (5b) radial posee fundamentalmente el mismo grosor radial que el nervio (21) de contorno que sobresale en la parte de salida (MAS).

18. Estator de elastómero según la reivindicación 15, en el que la medida interior de la superficie interior (3) en forma de hélice se reduce por escalón al menos un 0,4%, hasta antes del ensanchamiento (5, 5a, 5b, 5c) radial.