ES2286690T3 - Bomba centrifuga. - Google Patents

Abstract

Una bomba centrífuga para bombeo de líquidos que contienen contaminantes, principalmente en forma de partículas sólidas, cuya bomba comprende una unidad de accionamiento, una unidad hidráulica, cuya unidad hidráulica comprende un compartimiento (20) de bomba y un impulsor (12) de bomba dispuesto giratoriamente dentro del compartimiento, comprendiendo el impulsor de bomba un disco de cubierta superior (14) y un disco de cubierta inferior (16) y varias paletas (18) intermedias, caracterizada porque una pared inferior (22) del compartimiento de bomba, que posee una abertura (32, 34) central de entrada, está dispuesta con, al menos, unos medios de barrido que afectan al flujo de retroceso, en espiral, en el lado orientado hacia el disco de cubierta inferior, extendiéndose vueltas parciales o completas alrededor de la abertura de entrada.

Description

Bomba centrífuga.

Campo de la técnica

La presente invención se refiere a una bomba de tipo rotodinámico que comprende, al menos, un impulsor dispuesto en un compartimiento de bomba y accionado por un motor eléctrico.

Antecedentes de la invención

Las bombas del tipo antes mencionado pueden dividirse en dos tipos generales: bombas centrífugas y bombas axiales.

Una bomba centrífuga comprende un impulsor que consiste en un cubo y, al menos, un disco de cubierta con varias paletas dispuestas en el cubo, denominado impulsor abierto. Un denominado impulsor cerrado está dispuesto con dos discos de cubierta y paletas entre ellos. En ambos casos, el líquido es succionado en dirección axial en el centro del impulsor, y sale de éste por su periferia, en dirección principalmente tangencial.

La bomba axial difiere de la bomba centrífuga anteriormente mencionada en que el líquido sale de la bomba en una dirección principalmente axial. Esta desviación se produce con ayuda de varios rieles de guía dispuestos corriente abajo en el compartimiento de la bomba. Los rieles de guía normalmente también funcionan como elementos de soporte en la construcción del compartimiento de la bomba.

Durante el bombeo de líquidos contaminados tales como aguas residuales, aguas de minas, obras de construcción, etc., el bombeo es perturbado, frecuentemente, por la contaminación. Esta puede causar atascos en los impulsores y en los compartimientos de las bombas además de que, frecuentemente, causa considerables problemas de desgaste.

Durante el bombeo de aguas residuales que pueden contener objetos alargados como trapos, existen diversos métodos para resolver el problema. En estos casos se prefiere un impulsor de bomba abierto, con un solo disco de cubierta pero, aún así, se requieren medidas externas. Una puede consistir en hacer funcionar el impulsor de bomba a la inversa a ciertos intervalos. Otra es disponer algún tipo de medios de corte delante de la toma. El documento US 5.516.261 revela un impulsor de bomba abierto para el bombeo de aguas residuales, en el que el fondo del compartimiento de la bomba está dispuesto con un surco en forma de espiral, que conduce los contaminantes hacia la periferia, donde causan menos daños.

Durante bombeos en los que se requieren grandes alturas de elevación, por ejemplo en minas, se utilizan impulsores de bomba cerrados, es decir, dotados de dos discos de cubierta, uno superior y uno inferior, además de paletas intermedias. En general, estos impulsores tienen una mayor eficiencia que los impulsores abiertos en el caso de grandes alturas de carga. Por otra parte, los impulsores cerrados tienen menos espacio de paso, lo cual significa un mayor riesgo de atascos.

La contaminación que está presente durante las operaciones de bombeo en minas muchas veces contiene elementos de material altamente abrasivo, lo cual implica que el material, tanto del impulsor como del compartimiento de la bomba, está expuesto a grandes esfuerzos. Estos problemas se pueden resolver, en parte, mediante un tratamiento superficial especial o endureciendo los diferentes componentes, pero el deseo natural es asegurar que las partículas abrasivas salgan del compartimiento de la bomba tan pronto como sea posible, para evitar un desgaste innecesario. Además, el diseño geométrico de las piezas importantes para la función de bombeo tiene gran importancia para reducir el desgaste.

Breve descripción de la invención

El objetivo de la presente invención es conseguir una solución para el problema del desgaste, mediante un cierto diseño del fondo del compartimiento de la bomba.

De conformidad con un aspecto principal de la presente invención, el objetivo se alcanza mediante un dispositivo de conformidad con la reivindicación 1.

Las características ventajosas del invento constituyen el objeto de las reivindicaciones dependientes.

De conformidad con un aspecto principal de la presente invención, ésta se caracteriza por una bomba centrífuga para bombeo de líquidos que contienen contaminantes, principalmente en forma de partículas sólidas, cuya bomba comprende una unidad de accionamiento, una unidad hidráulica, cuya unidad hidráulica comprende un compartimiento de bomba y un impulsor de bomba dispuesto giratoriamente dentro del compartimiento, comprendiendo el impulsor de bomba un disco de cubierta superior y uno inferior y varias paletas intermedias, en el que una pared inferior del compartimiento de bomba, que posee una abertura de entrada central, está dispuesta con, al menos, unos medios que afectan al flujo de retroceso (retroflujo) que se extienden en espiral en el lado que mira hacia el disco de cubierta inferior, extendiéndose vueltas parciales o completas alrededor de la abertura de entrada.

Los medios que afectan al retroflujo podrían estar dispuestos como surcos y/o nervios en la pared inferior.

Además, una parte de pared de los medios que afectan al retroflujo, orientada hacia la entrada, forma un ángulo con el plano de la pared inferior que, preferiblemente, debe estar en el margen de entre 85 y 95 grados.

Los medios que afectan al retroflujo, de conformidad con la presente invención, actúan para afectar al retroflujo, que contiene contaminantes, al entrar al espacio definido entre el impulsor y la pared inferior para impedir en gran medida que los contaminantes, tales como partículas abrasivas, entren al espacio o, al menos, para reducir en gran medida la cantidad que entra de los mismos. La mayor parte de las partículas entrarán a los surcos o al espacio entre los nervios y, debido a la forma en espiral, las partículas serán transportadas a la periferia de la placa inferior, y hacia fuera por la salida.

Se ha encontrado que la distancia entre la superficie superior de los nervios, o planicie entre los surcos, y el disco de cubierta inferior, debe estar en el margen indicado. Una distancia demasiado grande no creará el efecto deseado, y un espacio demasiado estrecho incrementará la velocidad del retroflujo, lo cual deteriora el efecto.

También se ha mostrado que una superficie posterior con fuerte inclinación crea un efecto incrementado, posiblemente por crear mayores perturbaciones en el retroflujo.

Estos y otros aspectos y ventajas de la presente invención se harán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada, y a partir de los dibujos anexos.

Breve descripción de los dibujos

En la siguiente descripción detallada de la presente invención, se hará referencia a los dibujos anexos, en los que:

la Figura 1 es una sección axial a través de una bomba de conformidad con la presente invención,

la Figura 2 es un detalle tomado del anillo de la Figura 1,

la Figura 3 es una modificación del detalle de la Figura 2, y

la Figura 4 es el fondo del compartimiento de la bomba, visto desde arriba.

Descripción detallada de la invención

La bomba que se muestra en la Figura 1 comprende un eje de accionamiento 10 conectado con un motor eléctrico (no se muestra) para acvcionar la bomba. En el extremo inferior del eje está montado un impulsor 12 de bomba, que comprende discos de cubierta superior 14 e inferior 16, paletas 18 y contra-paletas 19. Los componentes anteriormente mencionados están montados en un compartimiento 20 de bomba, que posee una pared inferior 22, una entrada 24 y una salida 26. El impulsor 12 de bomba está montado de tal forma en el compartimiento de bomba que hay una separación 28 entre la superficie periférica del disco de cubierta inferior 16 y una pared lateral interior del compartimiento 20 de bomba, un espacio 29 entre el disco inferior y la pared inferior, así como una separación 30 entre una superficie inferior del disco de cubierta inferior 16 y una superficie superior de la pared inferior 22.

De conformidad con los principios de una bomba centrífuga, el líquido es succionado axialmente a través de la entrada 24, y sale de la bomba a través de la salida 26, de conformidad con las flechas de flujo A, B y C. Sin embargo, como la presión es mucho más elevada en la salida que en la entrada, un cierto flujo D siempre retrocederá por la separación 28 y al espacio 29 entre el disco de cubierta inferior 16 y el fondo 22 del compartimiento de bomba. Una parte E de este flujo pasa por la separación 30 de vuelta a la entrada, en tanto que una parte F del flujo es nuevamente conducida hacia fuera en el lado inferior del disco de cubierta 16, en lo que, también, se denomina flujo de capa límite. También hay presente un flujo de capa límite a lo largo de la pared inferior, aunque dirigido hacia adentro.

El retroflujo D crea pérdidas y además hace que la contaminación, las partículas abrasivas y similares se concentren bajo el disco de cubierta, puesto que las partículas de un cierto tamaño no pueden pasar por la separación 30. Esta concentración de partículas desgastará entonces el impulsor de bomba, así como el fondo del compartimiento de bomba, durante el funcionamiento de ésta. Las partículas que entran a la separación 30 actuarán como abrasivo, produciendo un fuerte desgaste en las superficies de la separación. A corto plazo, esto puede significar un considerable deterioro de la capacidad de la bomba, porque la separación se hace cada vez mayor.

Para poder asegurar una alimentación de las partículas abrasivas que han entrado en el espacio 29, entre el disco de cubierta inferior y la pared inferior, hacia la periferia para ser transportadas ulteriormente hacia la salida de la bomba, la pared inferior del compartimiento de bomba, orientada hacia la superficie inferior del disco de cubierta inferior del impulsor, está dotada de uno o varios medios de barrido que afectan al flujo, en la realización que se muestra surcos 32 en espiral divididos por nervios. En la realización mostrada, los surcos se enrollan en espiral varias veces alrededor de la abertura de entrada 24. Los medios que afectan al flujo corren de tal manera que la distancia radial r desde el centro se incrementa en la dirección de rotación R_{d} del impulsor, como se ve en la Figura 4.

Los surcos afectarán al flujo principal D y a las partículas contenidas en el flujo, de tal manera que el volumen de agua que entra al espacio es movido en dirección tangencial, debido a la rotación del impulsor, y el volumen de agua es movido a lo largo de los medios de barrido que afectan al flujo. Esta acción hace que las partículas del agua sean movidas en los surcos entre los nervios, siguiendo la dirección de rotación y, debido al barrido y, preferiblemente, a la forma en espiral de los surcos, los contaminantes serán alimentados a lo largo de los surcos y saldrán por la salida o, por lo menos, se impedirá que se concentren en la separación. Debido a la presente invención, el componente radial del flujo de capa límite a lo largo de la pared inferior queda afectado de forma que es dirigido más en dirección tangencial, con lo que también se afecta a la parte del volumen de agua del fondo de los surcos, obligándolo a desplazarse en la dirección de los medios de barrido que afectan al retroflujo.

Durante las pruebas, hay ciertos aspectos que parecen afectar al proceso en la separación y a la medida en que se ve afectado el volumen de agua en los surcos. Por ejemplo, la distancia d, Figura 2, entre la superficie inferior del disco de cubierta inferior y las superficies superiores de los nervios entre los surcos, parece ejercer cierta influencia. Las pruebas han mostrado un buen resultado del proceso cuando la distancia d está en el margen de 1/3 a 2/3 de la distancia entre el fondo de los surcos y la superficie inferior del disco de cubierta inferior, aunque esto no debe considerarse como una limitación de la presente invención. Por ejemplo, la distancia podría ser menor si las tolerancias de la rueda impulsora y la pared inferior fueran más estrictas, o si la pared inferior, o cuando menos las estrías, estuvieran hechas de un material elástico, tal como caucho, que permitiera cierto contacto entre las piezas durante el uso. Se debe tomar en cuenta la profundidad de los surcos y la distancia entre los nervios en dirección radial y, por consiguiente, el volumen en los surcos de modo que, preferiblemente, todo el volumen de agua se vea afectado por el proceso.

El ángulo \alpha de barrido de los nervios en espiral también influye, afectando a la dirección del flujo y la alimentación de partículas en los surcos. En principio, debe ser posible que los bordes rectos de los medios que afectan al flujo formen ángulo con la dirección radial, aún cuando este diseño no sea óptimo para transportar partículas hacia la periferia de la rueda impulsora.

Las superficies posteriores de los nervios también afectan al proceso y las pruebas han mostrado que el ángulo \beta entre la superficie posterior y un plano paralelo al fondo del compartimiento de bomba debe estar, preferiblemente, en el margen de 85 a 95 grados, Figura 2. Sin embargo, para algunos tipos de ruedas impulsoras, como las que tienen forma cónica, y una forma correspondiente de la pared inferior, Figura 3, no se puede obtener este margen, o cuando menos no con una pared inferior hecha de metal moldeado. Sin embargo, las pruebas han mostrado un resultado satisfactorio con un diseño de conformidad con la Figura 3. Si la pared inferior de conformidad con la Figura 3 o, al menos, los medios que afectan al flujo, estuvieran hechos de un material elástico, los nervios podrían moldearse con un ángulo de acuerdo con el margen antes mencionado.

Con el diseño adecuado para los nervios y los surcos, se obtiene un efecto de separación que tiene como resultado menos cantidad de partículas y menor tamaño de las mismas, en comparación con el resto del líquido, lo cual significa a su vez un desgaste reducido. En vista de lo anterior, los medios que afectan al flujo podrían consistir en surcos mecanizados o moldeados en la placa inferior, o nervios unidos o moldeados en la placa inferior. Los nervios o los surcos pueden tener diferentes diseños, dependiendo del diseño de la placa inferior. La placa inferior que se muestra en los dibujos está hecha con medios que afectan al retroflujo enterizos, aunque, desde luego, los medios que afectan al retroflujo podrían estar hechos como una parte separada que se une de manera adecuada a la pared inferior. Con el fin de incrementar el efecto, el disco de cubierta inferior puede estar dotado de contra-paletas dirigidas hacia la pared inferior que contiene los surcos/nervios. No obstante, estas contra-paletas constituyen una cierta pérdida de energía y, por consiguiente, únicamente se utilizan en condiciones especialmente difíciles.

Se comprenderá que la realización anteriormente descrita y mostrada en los dibujos deberá ser considerada como un ejemplo no limitativo de la presente invención, y que puede ser modificada de diversas maneras, dentro del alcance de las reivindicaciones de patente.

Claims (4)

1. Una bomba centrífuga para bombeo de líquidos que contienen contaminantes, principalmente en forma de partículas sólidas, cuya bomba comprende una unidad de accionamiento, una unidad hidráulica, cuya unidad hidráulica comprende un compartimiento (20) de bomba y un impulsor (12) de bomba dispuesto giratoriamente dentro del compartimiento, comprendiendo el impulsor de bomba un disco de cubierta superior (14) y un disco de cubierta inferior (16) y varias paletas (18) intermedias, caracterizada porque una pared inferior (22) del compartimiento de bomba, que posee una abertura (32, 34) central de entrada, está dispuesta con, al menos, unos medios de barrido que afectan al flujo de retroceso, en espiral, en el lado orientado hacia el disco de cubierta inferior, extendiéndose vueltas parciales o completas alrededor de la abertura de entrada.

2. Bomba centrífuga de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque los medios que afectan al flujo de retroceso están dispuestos como surcos (32) en la pared inferior.

3. Bomba centrífuga de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque los medios que afectan al flujo de retroceso están dispuestos como nervios en la pared inferior.

4. Bomba centrífuga de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la parte de pared de los medios que afectan al flujo de retroceso que mira hacia la entrada forma un ángulo (\beta) con el plano de la pared inferior que está en el margen de entre 85 y 95 grados.