ES2336422T3 - Una maquina que comprende un dispositivo de sellado y de refrigeracion. - Google Patents

Abstract

Máquina, como una bomba o un mezclador, que comprende una unidad de actuación, que comprende un motor eléctrico (1), una unidad hidráulica (2) con una bomba impulsora o una hélice conectada al motor mediante un eje de transmisión (3) y una unidad de junta intermedia (4), comprendiendo ésta última dos juntas mecánicas de estanqueidad separadas por una cámara que contiene un líquido que actúa como un fluido de barrera para las dos juntas, así como un fluido de refrigeración para el motor, y una bomba de circulación (10) para dicho fluido que está integrada en la unidad de junta (4), en donde el fluido de barrera/refrigeración durante su circulación consigue un flujo esencialmente turbulento y pasa por al menos dos estrechos intersticios, uno primero (6) alrededor del estátor (5) del motor, donde se absorbe calor, y uno segundo (7) que en uno de sus lados está limitado por una pared (9) que es refrigerada por el fluido de trabajo de la máquina, caracterizada porque dicho segundo intersticio (7) está direccionado principalmente en sentido radial y tiene una anchura radialmente creciente hacia el interior para la compensación del espacio decreciente hacia el interior, asegurando de este modo una sección transversal esencialmente constante y una velocidad de flujo constante a través de todo el intersticio.

Description

Una máquina que comprende un dispositivo de sellado y de refrigeración.

La presente invención se refiere a un dispositivo para una máquina sumergible, como una bomba, una turbina o un mezclador.

Una máquina de este tipo normalmente incluye un motor accionado eléctricamente y una unidad hidráulica con un impulsor conectado al motor mediante un eje de transmisión rotatorio.

Con el fin de prevenir que el fluido de dentro de la unidad hidráulica pueda fluir a lo largo del eje e introducirse en el motor eléctrico y causar un daño, se disponen una o varias juntas entre el motor y la unidad hidráulica. Un tipo de junta habitual es la llamada junta mecánica de estanqueidad, que comprende un anillo de junta que gira con el eje y un anillo de junta estacionario montado en la carcasa circundante. Los dos anillos son presionados uno contra el otro mediante el empuje de un muelle, con lo que se previene que el fluido penetre entre ellos.

Si el fluido de dentro de la unidad hidráulica contiene contaminantes, hay un problema específico. A medida que la presión dentro de la unidad hidráulica sea mayor, los contaminantes pueden penetrar entre las superficies de la junta y causar daño, resultando que la actuación de la junta sea empeorada o falle totalmente.

Con el fin de resolver este problema, es usual el disponer dos juntas mecánicas de estanqueidad separadas por una cámara llena con un líquido de barrera, como el aceite, que lubrica y refrigera las superficies. Mediante esto, la junta próxima al motor eléctrico siempre operará en un medio limpio y así los riesgos de daños se reducirán drásticamente. Si la junta próxima a la unidad hidráulica fuera dañada, el fluido de dicha unidad podría entrar en la cámara con el líquido de barrera pero, inspeccionando dicho líquido a intervalos regulares, la junta podría ser reparada o sustituida antes de que hubieran ocurrido daños importantes. Un ejemplo de tal diseño se muestra en la patente sueca número 381 318.

Si se ha observado que el líquido de barrera ha sido diluido demasiado por el fluido de la unidad hidráulica, la junta próxima a dicha unidad debe ser sustituida. Si la dilución ha sido considerable, hay un riesgo de que la otra junta también haya sido dañada y, por tanto, puede ser preferible sustituir ambas juntas al mismo tiempo.

Con el fin de hacer dicha sustitución más fácil de lograr, se ha sugerido el fabricarlas juntas en una sola unidad para que haga más fácil el trabajo e incremente la fiabilidad. Ejemplos de tales diseños se muestran en las patentes suecas 200 144 y 466 925. Con el fin de obtener una buena circulación del líquido de barrera dentro de la unidad de junta, se ha sugerido el disponer una bomba dentro de esta última. Especialmente en el caso en el que se ha elegido usar un sistema cerrado de refrigeración para el motor eléctrico utilizando el líquido de barrera como medio refrigerante, es necesaria una bomba si se debe obtener un flujo suficiente. Diseños conocidos, tales como los mostrados en la patente sueca 327 904, tienen, sin embargo, ciertas desventajas en relación con la necesidad de espacio y la eficiencia.

La patente EP 0990800 describe una máquina que comprende una unidad de actuación, que comprende un motor eléctrico, una unidad hidráulica con una bomba impulsora conectada al motor mediante un eje de transmisión y una unidad de junta intermedia, comprendiendo ésta última dos juntas separadas por una cámara que contiene un líquido que actúa como medio de barrera para las dos juntas, como un medio refrigerante para el motor, y una bomba de circulación para dicho fluido que está integrada en la unidad de junta, en donde el fluido de barrera/refrigerante durante su circulación pasa al menos por dos estrechos intersticios, el primero alrededor del estátor del motor, donde se absorbe el calor, y un segundo, el cual en uno de sus lados está limitado por una pared que es refrigerada por el fluido de trabajo de la máquina, estando direccionado dicho segundo intersticio principalmente en sentido radial.

La patente DE 974822 describe una máquina que comprende una unidad de actuación, que comprende un motor eléctrico, una unidad hidráulica con una bomba impulsora conectada al motor mediante un eje de transmisión y una unidad de junta intermedia, en donde un medio refrigerante durante su circulación pasa por el estátor del motor donde el calor es absorbido, y por un intersticio, el cual en uno de sus lados está limitado por una pared que es refrigerada por el fluido de trabajo de la máquina.

También se conocen máquinas similares a partir de las patentes EP 0013869 A1 y EP 0939231 A1, las cuales se consideran el estado de la técnica más próximo.

Esta invención se refiere a un dispositivo que, de un modo eficaz y seguro, consigue la circulación necesaria incluso a velocidades de rotación bajas y que tiene una necesidad de espacio muy limitada.

La invención se describe más detalladamente a continuación en referencia a los dibujos anexos, que muestran un corte a través de una unidad de bomba provista de una disposición de junta de acuerdo con la invención, fig. 1, y un esquema principal del sistema de refrigeración, fig. 2.

En las figuras, la referencia 1 representa una unidad de actuación, 2 una unidad hidráulica y 3 un eje de transmisión entre ambas. La referencia 4 representa una unidad de junta dispuesta entre la unidad de actuación y la unidad hidráulica, y 5 el estátor de la unidad de actuación 1. Las referencias 6 y 7 representan intersticios para el líquido de barrera/refrigerante, 8 un circuito de retorno, 9 una pared hacia un espacio para el fluido de trabajo de la máquina y 10 una bomba interna para la circulación del líquido de barrera/refrigerante.

El eje de transmisión 3 entre la unidad de actuación 1 y la unidad hidráulica 2 está sellado de manera convencional mediante dos juntas mecánicas de estanqueidad dentro de la unidad de junta 4, estando separadas las juntas mediante una cámara para el fluido de barrera/refrigerante, el cual circula mediante la bomba interna 10.

En los diseños manejados hasta ahora, se utiliza una bomba centrífuga impulsora con una velocidad específica de rotación baja donde la parte estática no pueda ser utilizada a causa de un sellado insuficiente. La eficiencia de tal bomba es, por tanto, extremadamente baja, de alrededor de un 5%. El flujo obtenido será, por tanto, casi enteramente laminar, lo que resulta de un modo considerable en un bajo porcentaje de intercambio de calor en los canales de refrigeración de la unidad de actuación.

La relación entre las pérdidas de flujo y las condiciones geométricas reales en una bomba sumergible significa que el mejor intercambio de calor se obtiene por medio de una bomba que tenga una velocidad específica de rotación alta. Esto es muy importante con el fin de asegurar un flujo turbulento, que es mejor para un buen intercambio de calor.

Los intersticios de intercambio de calor son un intersticio 6 alrededor del estátor de la unidad de actuación y un segundo intersticio 7, en donde una de las paredes 9 está refrigerada por el fluido de trabajo de la máquina. Durante la circulación, el fluido refrigerante absorbe calor del estátor 6 y lo manda al fluido de trabajo mediante la pared 9. El transporte entre los dos intersticios se realiza a través de un conducto exterior 8, cuya dimensión es tal que las pérdidas de flujo son minimizadas. El conducto 8, así como las otras partes del sistema aguas arriba y aguas abajo de los intersticios, operan como volúmenes de regulación para el fluido refrigerante, lo que asegura que el flujo a través de los intersticios tiene siempre una velocidad uniforme independiente de las perturbaciones exteriores.

De acuerdo con la invención se asegura un flujo turbulento en los intersticios mediante un dimensionamiento apropiado de la anchura de los mismos dependiendo del volumen del flujo, de la longitud de los intersticios, de las prestaciones de la bomba de circulación y de las cualidades del fluido refrigerante. Con el fin de asegurar que la transferencia de calor sea tan efectiva y uniforme como sea posible, la velocidad de flujo a través de los intersticios debe mantenerse a un nivel constante. Esto significa que la sección transversal de los intersticios debe ser constante a lo largo de toda su extensión. Por tanto, el intersticio 7, que está direccionado principalmente en sentido radial, está diseñado con una anchura creciente hacia el interior para compensar el espacio decreciente radialmente hacia el interior. El incremento de la anchura se puede definir de acuerdo a la fórmula:

d = d_{0} \cdot (r_{0} / r)^{0,8}

donde d_{0} es la anchura del intersticio en el radio r_{0}, la periferia, y d es la anchura del intersticio en el radio r.

De acuerdo con la invención, se obtiene un dispositivo en donde se asegura una refrigeración uniforme y eficiente incluso a velocidades de rotación relativamente bajas, ya que los intersticios en donde se realiza el intercambio de calor se diseñan de tal manera que el flujo se vuelva turbulento y, además, se dimensionan de modo que la velocidad de flujo se mantenga constante independientemente de las localizaciones y direcciones de los intersticios.

En la descripción anterior se ha tratado una disposición de junta mecánica de estanqueidad en donde la bomba de circulación opera un líquido de barrera que es utilizado simultáneamente para refrigerar el motor. Sin embargo, la invención no está limitada a este modo de realización, sino que incluye también el caso en que se utiliza un líquido distinto para la refrigeración.

Claims (1)

1. Máquina, como una bomba o un mezclador, que comprende una unidad de actuación, que comprende un motor eléctrico (1), una unidad hidráulica (2) con una bomba impulsora o una hélice conectada al motor mediante un eje de transmisión (3) y una unidad de junta intermedia (4), comprendiendo ésta última dos juntas mecánicas de estanqueidad separadas por una cámara que contiene un líquido que actúa como un fluido de barrera para las dos juntas, así como un fluido de refrigeración para el motor, y una bomba de circulación (10) para dicho fluido que está integrada en la unidad de junta (4), en donde el fluido de barrera/refrigeración durante su circulación consigue un flujo esencialmente turbulento y pasa por al menos dos estrechos intersticios, uno primero (6) alrededor del estátor (5) del motor, donde se absorbe calor, y uno segundo (7) que en uno de sus lados está limitado por una pared (9) que es refrigerada por el fluido de trabajo de la máquina, caracterizada porque dicho segundo intersticio (7) está direccionado principalmente en sentido radial y tiene una anchura radialmente creciente hacia el interior para la compensación del espacio decreciente hacia el interior, asegurando de este modo una sección transversal esencialmente constante y una velocidad de flujo constante a través de todo el intersticio.