ES2280688T3 - Bomba de dos etapas con gran altura de carga y bajo caudal. - Google Patents
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Abstract
Bomba que comprende un cuerpo (10), un eje de accionamiento (1) sobre el cual están montados coaxialmente al menos un primer rotor (21a) y un segundo rotor (21b), estando alojado cada uno en una respectiva cámara delantera (15a) y cámara posterior (15b) conectadas respectivamente a un conducto de admisión de fluido (11) y a un conducto de salida de fluido (13), en la cual: - dicha cámara delantera (15a) está delimitada por dicho cuerpo (10) y por un cuerpo interetapas (16); - dicha cámara posterior (15b) está delimitada por dicho cuerpo interetapas (16) y por una tapa (23) - teniendo dicho cuerpo interetapas: * dos volutas (22a, 22b) asociadas respectivamente con el correspondiente primer rotor (21a) y segundo rotor (21b); * un primer orificio de descarga (16a) que conecta la voluta (22a) del primer rotor (21a) con el exterior; * un segundo orificio de descarga (16c) que conecta la voluta (22b) del segundo rotor (21b) con el conducto de salida (13); - habiendo formado en el interior del citado cuerpo (10) un canal (17) para el flujo continuo del fluido desde dicha primera cámara (15a) a los medios para suministrar el fluido al segundo rotor (21b).
Description
Bomba de dos etapas con gran altura de carga y
bajo caudal.
El presente invento se refiere a una bomba de
dos etapas con una altura de carga grande y bajo caudal.
En el sector en cuestión son conocidos tipos
particulares de bomba (llamadas BEP, es decir, Bombas de Emisión
Parcial), teniendo dichas bombas las características de una altura
de carga grande y bajo caudal y siendo del tipo en el que un fluido
contenido en un depósito y sometido a la presión determinada por la
columna de fluido entra en la bomba en una dirección axial y es
empujado por el rotor hacia el conducto de salida dispuesto en una
dirección tangencial y teniendo dimensiones tales como para
determinar la altura de carga requerida de la bomba.
También es conocido que, para poder aumentar la
altura de carga de la bomba, es posible modificar solamente el
número de revoluciones del rotor que, en consecuencia, tiene que ser
diseñado con una forma especial capaz de asegurar que se mantiene
la presión de entrada; de otra manera, el aumento en el número de
revoluciones resultaría en una reducción en la presión de entrada y
en consecuencia en una admisión reducida de fluido con una
consiguiente disminución en la eficiencia de la bomba; este efecto
es incluso más marcado en los casos en los que la bomba está
dispuesta a un nivel más alto que el de la superficie libre del
fluido a ser extraído.
Para superar este inconveniente han sido
diseñadas bombas de alta velocidad, del tipo provisto de un rotor
principal rápido capaz de aumentar sustancialmente la altura de
carga y de un rotor auxiliar situado aguas arriba del primer rotor
y capaz de abastecer al rotor principal sin una pérdida sustancial
en la succión del fluido a la entrada y sin afectar al aumento de
la presión de salida de la bomba. Bombas similares son conocidas
también por los documentos FR 517 433 A y DE 735 957 C.
Estas bombas, sin embargo, son complicadas y
costosas de fabricar y además requieren piezas especiales con un
grado limitado de normalización.
El problema técnico que se plantea, por lo
tanto, es el de diseñar bombas que puedan funcionar dentro de un
amplio intervalo de valores de bajo caudal y con una altura de carga
grande, sin estar afectadas por los problemas de la técnica
existente arriba mencionados.
Dentro del contexto de este problema un
requerimiento adicional es que la bomba debería tener dimensiones
compactas y tener características de alta intercambiabilidad,
particularmente debería permitir la variación en el caudal de
régimen dentro de un amplio intervalo de valores de operación, con
mínimas modificaciones que no implicaran a la estructura general de
la bomba y permitir que el mayor número posible de componentes sean
normalizados, reduciendo de esta manera los requerimientos de
almacenaje y en consecuencia los costes de producción y
gestión.
gestión.
Estos resultados se obtienen según el presente
invento mediante una bomba que comprende un cuerpo, un eje de
accionamiento, sobre el cual están montados coaxialmente al menos un
primer rotor y un segundo rotor, cada uno estando alojado en una
respectiva cámara delantera y cámara posterior conectadas
respectivamente a un conducto de admisión de fluido y a un conducto
de salida de fluido, y en la cual dicha cámara delantera está
delimitada por el citado cuerpo y por un cuerpo interetapas, dicha
cámara posterior está delimitada por dicho cuerpo interetapas y por
una tapa, dicho cuerpo interetapas tiene dos volutas respectivamente
asociadas con el correspondiente primer rotor y segundo rotor, un
primer orificio de descarga que conecta la voluta del primer rotor
con el exterior, un segundo orificio de descarga que conecta la
voluta del segundo rotor con el conducto de salida, estando formado
dentro de dicho cuerpo un canal para el flujo continuo del fluido
desde la citada primera cámara hasta los medios para suministrar el
fluido al segundo rotor.
Más amplios detalles pueden obtenerse de la
siguiente descripción de un ejemplo no limitador de realización del
sujeto del presente invento proporcionada con referencia a los
dibujos adjuntos, en los cuales:
- La Figura 1 muestra una vista esquemática en
perspectiva parcialmente seccionada de la bomba según el presente
invento;
- la Figura 2 muestra una vista esquemática en
perspectiva parcialmente seccionada de la bomba según la Figura
1;
- la Figura 3 muestra una sección transversal
esquemática a través de la bomba según la Figura 1.
Como se muestra en la Figura 1, la bomba según
el presente invento comprende un cuerpo 10 con el que está asociado
el conducto 11 para la entrada axial del fluido; dicho conducto 11
está formado en el interior de una extensión coaxial 12 provista de
una brida 12a para el acoplamiento frontal con el aparato de
suministro.
Con el objeto de la conveniencia de descripción
dicha parte que corresponde al cuerpo 10 de la bomba y a la entrada
de fluido será definida en adelante como "delantera", mientras
que el lado opuesto será definido como "posterior".
Dicho cuerpo delantero 10 también contiene el
conducto de salida de fluido 13 que se extiende en una dirección
tangencial al citado cuerpo 10 en el interior de una correspondiente
extensión 14 con la cual es integral una brida de acoplamiento
asociada 14a.
Un adecuado asiento anular 15 está formado en el
cuerpo 10 y tiene, dispuesto dentro de él, un cuerpo interetapas
coaxial 16 a través del cual el eje 1 de accionamiento de la bomba
pasa por un casquillo 1a.
Dicho cuerpo interetapas 16 divide el asiento
anular 15 esencialmente en una primera cámara delantera 15a y en
una segunda cámara posterior 15b; dentro de estas cámaras giran
respectivamente un primer rotor 21a y un segundo rotor 21b, estando
ambos montados sobre el citado eje 1 de accionamiento de la bomba;
dichos rotores son idénticos, simétricos y opuestos uno a otro.
Dichas cámaras 15a, 15b se comunican con el
exterior por medio de respectivas volutas 22a y 22b, las cuales, en
una realización preferida, son del tipo anular, tienen una sección
transversal constante y tienen boquillas de descarga 16a, 16b que
están angularmente desplazadas 180º una con respecto a otra.
Dicha segunda cámara 15b está cerrada en la
parte posterior y cerrada axialmente por una tapa 23 dentro de la
cual (Figuras 2 y 3) está formado un conducto radial 24; un extremo
exterior 24b de dicho conducto está conectado a un canal 17 que es
paralelo al eje longitudinal de la bomba y está formado en el cuerpo
delantero 10 de ésta y el otro extremo interior 24a está conectado
a un colector anular coaxial 25 que emerge coaxialmente en dicha
cámara posterior 15b.
La cámara delantera 15a está conectada al citado
conducto axial 17 del cuerpo 10 por medio de una voluta 22a, la
citada boquilla de descarga 16a formada en el cuerpo interetapas 16
y dispuesta en una dirección tangencial, y un conducto radial 16c;
la cámara posterior 15b está a su vez conectada al conducto de
salida tangencial 13 por medio de la voluta 22b, la boquilla de
descarga asociada 16c formada en una dirección tangencial en el
cuerpo interetapas 16 y un correspondiente conducto radial 16d
formado en el cuerpo 10 de la bomba.
La tapa 23 también tiene un asiento 23a que se
extiende coaxialmente en el cual es posible montar todos los
dispositivos de junta hermética sobre el eje, por lo que también
está contemplada la posibilidad de instalar dispositivos de mando
de acoplamiento electromagnético necesarios para fluidos radiactivos
y similares altamente peligrosos.
La bomba está cerrada en la parte posterior por
un cárter 30 actuado por una brida 31 que asegura el apriete de la
tapa 23 y del cuerpo interetapas 16 en la dirección axial.
Los soportes 40 del eje 1 están fijados en el
otro lado del cárter 30. Dichas partes de la bomba son en sí mismas
convencionales y por eso no se describen en detalle.
El principio de funcionamiento de la bomba es
como sigue:
- El fluido que entra a través del conducto de
admisión 11 alcanza la primera cámara 15a donde es sometido a la
acción del primer rotor 21a que le empuja hacia dentro de la voluta
22a y desde aquí hacia dentro del conducto 16a, 16b para la
conexión con el canal 17 que emerge en el conducto radial 24 de la
tapa 23;
- a lo largo de este primer curso del recorrido
el fluido experimenta el primer aumento de presión con respecto a
la presión de admisión;
- al dejar el conducto radial 24 el fluido es
forzado dentro del colector anular 25 que le dispone en la dirección
axial para entrar dentro de la segunda cámara 15b donde es sometido
a la acción del segundo rotor 21b que le fuerza hacia dentro de la
voluta 22b y desde aquí dentro del conducto radial 16c, 16d y
después dentro del conducto de salida 13 con una presión aumentada
adicionalmente.
Se ha mostrado por lo tanto cómo los dos rotores
y las volutas concéntricas asociadas producen un efecto en serie
sobre el fluido capaz de aumentar su altura de carga (valores
típicos de hasta 200 m de columna líquida) sin un aumento en el
número de revoluciones de los rotores y por lo tanto sin una
reducción en las características de admisión de la bomba, que puede
continuar funcionando cerca del punto de máxima eficiencia con
ventajas en términos de energía y dinámica de fluidos.
Además de esto, la bomba según el invento
permite un alto grado de intercambiabilidad puesto que es posible
variar el caudal de régimen de la bomba (valores típicos en el
intervalo desde 1 a 18 m^{3}/h) simplemente cambiando el cuerpo
interetapas 16 y manteniendo invariable la configuración y las
dimensiones de las otras partes de la bomba, que también tiene una
parte giratoria que, debido a la simetría y posicionado opuesto de
los rotores y a la disposición de las boquillas de las dos volutas a
180º, está esencialmente libre del efecto de cargas radiales y/o
axiales con una consiguiente rigidez estructural aumentada que
favorece la vida de trabajo de las partes de junta hermética y de
las partes sujetas a desgaste, aumentando la seguridad de
funcionamiento de la bomba.
La bomba según el invento tiene además un diseño
sumamente compacto debido entre otras cosas a la formación, en el
interior del cuerpo, del conducto que conecta las dos etapas,
evitando las excesivamente grandes dimensiones que resultan de los
canales de conexión exteriores del tipo convencional.
Se ha mostrado además cómo el cuerpo de bomba 10
tiene una configuración del alojamiento en forma de un
"cilindro" dividido radialmente con aberturas de admisión y
salida en bridas, que tiene la función de soportar la presión de
régimen y alojar los dos rotores y el cuerpo interetapas que
contiene las dos volutas concéntricas con respectivos canales de
difusión y la tapa posterior dentro de la cual están formados el
canal de conexión interetapas radial, el colector de admisión y la
cámara que aloja el dispositivo de cierre hermético del eje.
En una realización preferida está contemplado
que el cierre hermético entre el cuerpo 10 y la tapa 23 y el cierre
hermético entre las zonas sujetas a las presiones diferenciales de
la primera y segunda etapa se compongan de cierres herméticos 50
del tipo metálico en espiral, hechos por una parte de acero y por la
otra parte de grafito y capaces también de absorber cualquier juego
que resulte del acoplamiento o de la expansión y/o contracción
térmica de las diversas piezas.
Claims (14)
1. Bomba que comprende un cuerpo (10), un eje
de accionamiento (1) sobre el cual están montados coaxialmente al
menos un primer rotor (21a) y un segundo rotor (21b), estando
alojado cada uno en una respectiva cámara delantera (15a) y cámara
posterior (15b) conectadas respectivamente a un conducto de admisión
de fluido (11) y a un conducto de salida de fluido (13), en la
cual:
- dicha cámara delantera (15a) está delimitada
por dicho cuerpo (10) y por un cuerpo interetapas (16);
- dicha cámara posterior (15b) está delimitada
por dicho cuerpo interetapas (16) y por una tapa (23)
- teniendo dicho cuerpo interetapas:
- \bullet
- dos volutas (22a, 22b) asociadas respectivamente con el correspondiente primer rotor (21a) y segundo rotor (21b);
- \bullet
- un primer orificio de descarga (16a) que conecta la voluta (22a) del primer rotor (21a) con el exterior;
- \bullet
- un segundo orificio de descarga (16c) que conecta la voluta (22b) del segundo rotor (21b) con el conducto de salida (13);
- habiendo formado en el interior del citado
cuerpo (10) un canal (17) para el flujo continuo del fluido desde
dicha primera cámara (15a) a los medios para suministrar el fluido
al segundo rotor (21b).
2. Bomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicho canal (17) del cuerpo (10) está
dispuesto paralelo al eje longitudinal de la bomba.
3. Bomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque los citados orificios de descarga (16a,
16c) de las volutas (22a, 22b) están dispuestos en una dirección
tangencial.
4. Bomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicho orificio de descarga (16a) para
conectar la primera voluta (22a) al citado canal (17) del cuerpo
(10) está conectado a un primer conducto radial (16b) formado en el
citado cuerpo (10).
5. Bomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque dichos medios para suministrar el fluido
al segundo rotor (21b) comprenden un conducto radial (24) en el
interior de la tapa de cierre posterior (23), estando los extremos
opuestos de dicho conducto (24) conectados respectivamente al canal
(17) del cuerpo (10) y al colector (25) para suministrar el fluido
a la segunda cámara (15b).
6. Bomba según la reivindicación 4,
caracterizada porque dicho colector (25) que suministra el
fluido al segundo rotor posterior (21b) tiene una boquilla que se
extiende coaxialmente para suministrar el fluido al rotor en una
dirección axial.
7. Bomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicho orificio de descarga (16c) de la
segunda voluta (22b) está conectado al conducto de salida de fluido
(13) por medio de un segundo conducto radial (16d) formado en el
citado cuerpo de bomba (10).
8. Bomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicho cuerpo interetapas (16) es
intercambiable.
9. Bomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque las volutas (22a, 22b) son anulares.
10. Bomba según la reivindicación 3,
caracterizada porque las volutas (22a, 22b) tienen un ancho
constante.
11. Bomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque las boquillas de descarga (25a, 25b) de
las volutas están desplazadas angularmente 180º una con respecto a
otra.
12. Bomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque dichos rotores son idénticos, simétricos
y opuestos uno a otro.
13. Bomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque los cierres herméticos entre el cuerpo
interetapas (16) y el cuerpo de bomba (10) y entre la tapa
posterior (23) y el cuerpo de bomba (10) se componen de cierres
herméticos (50) del tipo espiral.
14. Bomba según la reivindicación 13,
caracterizada porque dichos cierres herméticos (50) están
hechos de acero y grafito.
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