ES2344942T3 - Conducto de aspiracion. - Google Patents
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Abstract
Bomba centrífuga en cuyo cuerpo envolvente están dispuestos uno o varios rodetes de tipo axial o semiaxial, de tipo cerrado o abierto y un conducto de aspiración queda dispuesto por delante de un primer rodete, en cuya superficie de pared se han realizado varias ranuras repartidas en su periferia y que se extienden en la dirección del flujo, caracterizada porque en la pared del cuerpo envolvente (3) del conducto de aspiración (9) entre la entrada de rodete del primer rodete (2) y los extremos inmediatamente siguientes (11) de las ranuras (10) está realizada una superficie de pared anular cerrada (12), de manera que las ranuras (10) se encuentran en colaboración funcional exclusivamente con el espacio del conducto de aspiración.
Description
Conducto de aspiración.
La invención se refiere a una bomba centrífuga
en cuyo cuerpo envolvente están dispuestos uno o varios rodetes
axiales o semiaxiales, de tipo cerrado o abierto y un primer rodete
está dispuesto en un canal de aspiración en cuya superficie de la
pared se han dispuesto varias ranuras repartidas en su
periferia.
En bombas específicas de alta velocidad es
frecuente que en el rango de alimentación de 65-80%
del volumen nominal aparezca un aumento significativo, limitado
localmente, del correspondiente proceso NPSH. Por debajo, según el
tipo de la bomba, el proceso correspondiente de la línea
característica Q-H puede presentar además
inestabilidad que de forma global se designa como acomodamiento o
"silla" de la línea característica.
Estas formas en la línea característica están
condicionadas por la constitución de los llamados remolinos de
carga parcial, que se presentan en la reducción del caudal en la
zona externa de la entrada del rodete. Un torbellino de carga
parcial significa una influencia esencial sobre el caudal que pasa
por el rodete, bajo cuya influencia se experimenta un bloqueo de la
sección transversal meridional de paso y elevadas componentes de
velocidad en la dirección de giro del rodete (igual paso).
Por el documento DE 25 58 840 C2 se conoce una
solución para evitar los inconvenientes del torbellino de carga
parcial, de manera que se dispone un difusor antes de la entrada del
rodete. Mediante esta solución, se invierte el torbellino de carga
parcial en su dirección efectiva antes de que pueda alcanzar los
elementos constructivos anteriores a la entrada del rodete,
produciendo, por lo tanto, efectos destructivos en los mismos.
Otras medidas para influir en el torbellino de
la carga parcial se describen en el documento EP 1 069 315 A2,
especialmente en la reseña del estado de la técnica. Las medidas
técnicas "Casing Treatment, Separator oder Active Control"
(Tratamiento del cuerpo envolvente, separador o control activo)
requieren o bien elementos adicionales en la periferia del aparato
(Active Control ("Control Activo")), reducen el rendimiento
incluso en el punto óptimo del aparato (Casing Treatment
("Tratamiento del cuerpo")) o están unidos a elevadas
complicaciones constructivas (Separator ("Separador")). El
propio documento recomienda la utilización de múltiples
"grooves" (ranuras), que de acuerdo con el elemento documental
"An Improvement of Performance-Curve Instability
in a Mixed-Flow Pump by
J-Grooves" (Mejora de la inestabilidad de la
curva de rendimiento en una bomba de flujo mixto mediante ranuras
en J), 29 mayo - 1 junio, 2001, Nueva Orleans, Louisiana, FEDSM
2001-18077, Proceedings of 2001 ASME Fluids
Engineering Division Summer Meeting (FEDSM'01), designados en base a
su forma acodada en J de modo global como J-Grooves
(ranuras en J).
Las ranuras en J son ranuras planas o en otra
realización curvadas también espacialmente, realizadas en el cuerpo
de la bomba en la dirección de la corriente, antes y por encima de
las paletas del rodete constituidas de forma abierta en la entrada
del rodete. Para la funcionalidad de las ranuras es esencial que
recubran el diámetro exterior del rodete de forma parcial. En la
zona del recubrimiento del rodete, éste debe estar constituido de
forma tal que mantenga la conexión entre una zona de fluido prevista
con elevada presión en la parte de las paletas del rodete abiertas
y del inicio dispuesto por encima de las ranuras en J. Mediante
estas medidas constructivas se consigue por encima de las ranuras
en J una unión de guía del fluido hacia la zona previa de
corriente. Mediante las ranuras en J dispuestas en la dirección de
la corriente principal, las paletas del rodete impulsan de manera
permanente una corriente parcial del fluido ya alimentado antes del
rodete y en regreso a la zona de la entrada de corriente en el
rodete. Estas ranuras en J tienen el inconveniente de que su acción
de transporte en retroceso es activa en todo momento en toda la zona
de funcionamiento del aparato de flujo. Por esta causa disminuye el
rendimiento máximo de un aparato de flujo dotado de estos
elementos.
Otro inconveniente es la interacción entre las
puntas libres de las paletas del rodete y las partes de las ranuras
en J dispuestas en oposición en el cuerpo, lo cual conduce a un
aumento de ruidos y vibraciones. Su disminución se describe en el
mencionado documento, página 2, en relación con la figura 3 y la
explicación correspondiente. Además, los extremos de las ranuras en
J dispuestos por encima de las puntas libres de las paletas están
unidos mediante una ranura anular circundante. Mediante esta ranura
anular adicional en el cuerpo envolvente tiene lugar un equilibrado
de la presión entre las caras frontales de las ranuras en J
individuales. Y la disposición de dichas ranuras en J curvadas
espacialmente, que desde la zona de entrada se extienden con un
diámetro constante de forma acodada en una pared lateral del cuerpo
de forma cónica, requiere una elevada complejidad de fabricación
desde el punto de vista técnico. Este tipo de actuación sobre los
torbellinos de carga parcial está relacionada con sustanciales
inconve-
nientes.
nientes.
La invención se plantea el problema,
especialmente en bombas centrífugas de funcionamiento rápido con
rodetes semiaxiales o axiales, de tipo abierto o cerrado, de
conseguir una posibilidad simple de mejora del proceso NPSH y de la
mejora del comportamiento a carga parcial. Simultáneamente, se
solucionará el problema en bombas centrífugas que ya se encuentran
en servicio de poder conseguir de forma simple una importante mejora
sin influir en el comportamiento funcional en la zona de trabajo
normal de las bombas centrífugas de forma negativa.
La solución de este problema prevé que en la
pared del cuerpo envolvente del canal de entrada se dispongan
ranuras y que se constituya entre la entrada del primer rodete y los
extremos dispuestos en las proximidades de las ranuras una
superficie de pared anular cerrada, de manera que las ranuras se
encuentran en disposición funcional solamente con el conducto de
aspiración. Un primer rodete está construido en forma de rodete de
aspiración. La superficie de pared anular cerrada dispuesta en la
pared del cuerpo envolvente del canal de aspiración está dispuesta
entre los extremos de las ranuras dispuestos en la dirección de
flujo antes de la entrada del rodete y de la entrada del primer
rodete. Un rodete de aspiración de este tipo puede presentar una
velocidad específica nq\geq70 minuto^{-1}.
Mediante esta solución técnica se conserva el
punto de funcionamiento óptimo de una bomba centrífuga sin variación
y no será influenciado de forma negativa como tampoco en el resto
de puntos de funcionamiento. Un torbellino de carga parcial que se
forma en el funcionamiento en cargas parciales, denominado también
torbellino de predotación, será debilitada, no obstante, con ayuda
de los rebajes multitudinales. Las ranuras longitudinales provocan
una transferencia de energía mediante rozamiento de la zona próxima
a las paredes del torbellino de carga parcial en múltiples
torbellinos que se constituyen en las ranuras. Mediante esta
transferencia de energía que se presenta solamente en carga
parcial, las componentes periféricas, y por lo tanto, la intensidad
del torbellino de carga parcial que se produce, se reducen de
manera notable y mejora, por lo tanto, de manera muy importante el
comportamiento de la bomba centrífuga en cargas parciales. Puesto
que las ranuras llevan a cabo su efecto de disipación de energía
solamente en colaboración con un torbellino de carga parcial que se
genera en el rodete, no se influye en el flujo de corriente para el
resto de puntos de funcionamiento. No se produce efecto negativo
alguno en cuanto al flujo normal por el rodete y, por lo tanto, no
se produce efecto negativo alguno en el desarrollo del rendimiento.
Al contrario que en las soluciones conocidas en forma de ranuras en
J, en la invención no tiene lugar mezcla alguna de la corriente
generada por el rodete de manera inversa con intermedio de las
ranuras con la corriente principal a través del
rodete.
rodete.
Al evitar de la forma indicada cualquier
alimentación de un medio con energía elevada en las ranuras, se
evitará en el funcionamiento normal las alteraciones de la
corriente que atraviesa el rodete. Solamente cuando se induce en el
rodete una alteración en forma de un torbellino de carga parcial se
produce un determinado efecto de cambio entre las ranuras y el
torbellino de carga parcial. Este efecto de cambio conduce a una
autorregulación. Por esta razón, la energía de la carga parcial en
las ranuras se disipa por la constitución de múltiples pequeños
torbellinos en las ranuras, lo que condiciona un notable
debilitamiento del torbellino de la carga parcial. Esta función se
puede conseguir solamente cuando los extremos de las ranuras
existentes en el conducto de aspiración antes del rodete están
separadas de manera fiable con respecto a la entrada de un fluido ya
transportado mediante la superficie de pared cerrada en forma
de
anillo.
anillo.
La disposición de la invención prevé que las
ranuras estén dispuestas entre construcciones escalonadas de la
pared del cuerpo del conducto de aspiración. En los casos de
utilización en los que no es posible la mecanización de un conducto
de aspiración o lo es solamente con grandes dificultades, se puede
insertar también un elemento postizo anular que contiene las
ranuras o escalones en el conducto de aspiración de una bomba.
Una utilización de este tipo posibilita una
fabricación mecánica fácil de las ranuras y puede ser incorporada
sin dificultad alguna en los conductos de aspiración de las bombas a
fabricar o bombas ya suministradas. A causa de la reducida
profundidad de las ranuras, que son solamente de unos pocos
milímetros, que están constituidas solamente en las zonas límites
próximas a las paredes, un elemento postizo constituido de esta
forma está en condiciones de conseguir una mejora del
comportamiento en cargas parciales por su instalación posterior en
bombas centrífugas o instalaciones ya suministradas con
anterioridad. Además, solamente se debe ensanchar ligeramente de
forma eventual el conducto de entrada que recibe el elemento postizo
para poder recibir un elemento postizo ranurado con la
correspondiente dimensión de diámetro. Para ello, encuentra
utilización un sistema modular para que mediante un escalonado
seleccionado de diámetros se posibilite la utilización de un
elemento postizo del tipo mencionado en múltiples tipos de
bombas.
Según una disposición de la invención, la
superficie de pared anular cerrada presenta una extensión axial que
depende de la intensidad del torbellino de carga parcial. La
longitud de la superficie axial tiene, como mínimo, la dimensión
que suprime de manera segura la interferencia entre las paletas del
rodete en la entrada del mismo y los extremos de las ranuras
dispuestos de manera previa a las mismas. De esta manera se evita
la generación de alteraciones por ruidos y vibraciones de una manera
muy sencilla. Por otra parte, la longitud de la superficie anular
axial no se escoge mayor que la que corresponde a la extensión del
torbellino de carga parcial que se constituye lentamente sin
producir daños todavía. Solamente cuando el torbellino de carga
parcial que se constituye adquiere una intensidad más grande es
posible que su llamada línea de separación se separe del rodete y
supere la superficie de pared anular cerrada. Como consecuencia de
ello, el torbellino de carga parcial sale por completo del rodete.
En este caso se dirige contra el flujo de la corriente y gira en el
sentido de giro del rodete alrededor del eje del aparato. A causa de
la circulación tangencial por los rebajes y de la generación de
múltiples pequeños torbellinos en los mismos, se disipa la parte más
importante del torbellino de carga parcial y ello debilita
notablemente el efecto del torbellino de carga parcial.
Según otras disposiciones de la invención, la
superficie de pared anular cerrada presenta una extensión axial que
depende de la intensidad del torbellino de carga parcial dentro de
un orden de magnitudes de 0,005-0,02 veces el
diámetro de entrada del rodete. Y las longitudes de las ranuras o
escalones se encuentran dentro de un orden de magnitud de
0,03-0,5 veces el diámetro de entrada del rodete. En
este caso, las profundidades de las ranuras o las alturas de los
escalones se encuentran dentro de un orden de magnitud de
0,005-0,02 veces el diámetro de entrada del
rodete.
Según otra disposición de la invención, el
producto de la anchura b de la ranura por el número de ranuras n
cumple la siguiente relación:
n\cdotb =
0.45-0.65\cdot\pi\cdotD
Se han representado ejemplos de realización de
la invención en los dibujos y a continuación se explicarán de
manera más detallada. En los dibujos:
La figura 1 muestra curvas NPSH de bombas
centrífugas del tipo indicado, dotadas o no de ranuras.
La figura 2 muestra una representación de flujo
de una zona de retroceso de corriente en una bomba axial con rodete
abierto en funcionamiento normal.
La figura 3 es una representación de flujo en
una bomba semiaxial y axial con rodete cerrado en cada caso y en
funcionamiento normal.
La figura 4 es una representación de flujo de un
torbellino de carga parcial en una bomba axial en funcionamiento en
carga parcial.
La figura 5 muestra varios triángulos de
velocidad en una sección cilíndrica de un aparato axial en el caso
de aparición de torbellino de carga parcial desde el rodete.
La figura 6 muestra, según una sección
cilíndrica, las corrientes que se producen en un torbellino de carga
parcial en las ranuras.
La figura 7 muestra una representación de las
corrientes en las ranuras, y
Las figuras 8 y 9 muestran curvas
Q-H y NPSH con característica mejorada.
La figura 1 muestra un ejemplo de diagrama y una
curva típica NPSH mostrada en línea de trazos de bombas centrífugas
con rodetes de alta velocidad, de tipo axial o
semi-axial. En abscisas se han representado los
valores de las cantidades transportadas Q y en ordenadas se han
mostrado los valores para NPSH. Se puede apreciar que en el punto
funcional Q_{Opt}, es decir, el punto óptimo de la cantidad
transportada, el NPSH muestra un valor reducido. En funcionamiento
parcial, por el contrario, el desarrollo de NPSH se caracteriza por
un aumento local, la llamada punta NPSH que para un valor máximo
permisible de NPSH_{A-} predeterminado, que se ha mostrado en
líneas de trazos, limita la zona de trabajo de la correspondiente
instalación para Q_{min}. No es permisible el funcionamiento por
debajo de este punto de trabajo puesto que de lo contrario se
produce un estado de cavitación dentro de la bomba que no permite
un funcionamiento duradero.
En el diagrama se ha mostrado en línea de trazos
y puntos otra curva NPSH que corresponde a una bomba centrífuga con
iguales puntos de funcionamiento en cuyo conducto de admisión se han
dispuesto, no obstante, ranuras adicionales, según la invención. La
curva calculada para una bomba centrífuga equipada de este modo,
muestra de forma sorprendente las características esencialmente
mejoradas de NPSH. El aumento de NPSH local típico de un
funcionamiento en carga parcial se consigue pero todavía se
encuentra a un nivel sensiblemente más bajo con respecto a una
bomba sin ranuras. Una bomba mejorada de este tipo permite una zona
de trabajo sustancialmente ampliada.
La figura 2 muestra en el punto óptimo Q_{opt}
de una bomba centrífuga (1) las circunstancias de flujo que se
generan, por ejemplo, en una rueda axial. Un rodete (2) gira dentro
de un cuerpo envolvente (3). Durante el movimiento de giro del
rodete (2) se forma entre el cuerpo envolvente (3) y las puntas
libres (4) de las paletas del rodete (2) una zona de corriente
inversa (R) que circunda el rodete y que adopta la forma de una
corriente turbulenta débil. Este flujo inverso (R) está determinado
por el intercambio de presión entre las zonas de corriente
adyacentes de canales de las paletas y el equilibrado de presiones
en la zona de las puntas libres (4) de las paletas entre la cara de
aspiración y la cara de presión de las paletas (5). La zona de
flujo inverso (R) que gira junto al rodete (2) actúa aproximadamente
en una zona que corresponde a la anchura (B) de las paletas.
Esta zona de flujo inverso (R) presenta, a lo
largo de la pared (6) del cuerpo envolvente, una dirección de flujo
mostrada por la flecha que es contraria a la corriente (LA) del
rodete. En el lugar correspondiente en el que la zona de flujo
inverso (R) invierte su dirección de flujo, se determina una llamada
línea de separación (SL). En este caso se trata de una línea límite
que discurre en la periferia de la pared del cuerpo envolvente (6).
En la zona de esta línea (SL), la energía del flujo (LA) del rodete
es mayor que la energía de la zona de flujo inverso (R) y, por lo
tanto, condiciona la inversión del flujo. En bombas con rodetes
abiertos semiaxiales o axiales existe una zona de flujo inverso (R)
de este tipo en toda la zona de funcionamiento y existe también en
la zona del punto que corresponde al rendimiento óptimo.
De acuerdo con la figura 3 existe una zona de
flujo inverso similar en dos tipos distintos de rodetes cerrados.
La representación de la parte superior de la figura 3 muestra las
circunstancias en una construcción de bomba semiaxial, mientras que
la representación de la parte inferior representa las circunstancias
en una bomba axial. En estos rodetes, un llamado disco de cierre
(7) impide el intercambio de energía sobre las puntas (4) de las
paletas y entre el lado de aspiración y de presión de una paleta (5)
de un rodete. Para ello, existen en dicho rodete (2) un pequeño
intersticio de corriente (LF) entre la pared del cuerpo envolvente
(6) y el disco de cierre (7) que es responsable de la diferencia de
presión antes y después del rodete. Mediante los correspondientes
pequeños intersticios entre el disco de cierre (7) y la pared (6)
del cuerpo envolvente, se reducen notablemente estas pérdidas por
fugas.
La figura 4 muestra, con el ejemplo de un rodete
abierto (2), el torbellino de carga parcial (PLV) que se constituye
en funcionamiento de carga parcial. Esta y las siguientes
realizaciones son válidas igualmente para un rodete en versión
cerrada. Un torbellino de carga parcial (PLV) que gira con el rodete
se presenta en la zona del diámetro externo (D) del rodete y en los
bordes de entrada (8) del rodete y contra la corriente (LA) del
rodete procedente del rodete (2) hacia fuera y retrocede en el
conducto de aspiración (9). Cuando aparece este torbellino de carga
parcial rotativo (PLV) tiene lugar un efecto de cambio no
estacionario entre la corriente de paso del rodete y la corriente
circundante de las paletas que se manifiestan en especial por un
brusco aumento de los valores NPSH. La intensidad de este aumento
depende de la intensidad del torbellino de carga parcial que se
forma. Las posiciones (X) e (Y) mostradas dentro de un círculo en la
figura 4, son peculiaridades y sirven para la representación del
triángulos de velocidades de la figura 5. Una serie de ranuras (10)
están distribuidas sobre la periferia y antes del rodete (2) en la
pared del cuerpo envolvente (6) del conducto de aspiración (9).
La figura 5 muestra las condiciones de velocidad
de un torbellino de carga parcial (PLV) en los puntos X e Y de la
figura 4. El punto X muestra las circunstancias de velocidad en la
zona próxima a la pared del torbellino de carga parcial (PLV) que
se genera por la acción del rodete (2) y el punto Y muestra las
circunstancias en un torbellino de carga parcial (PLV) en una zona
alejada de la pared, que también se genera por el rodete (2). Para
la representación se han mostrado los triángulos de velocidades en
los puntos X e Y, los cuales se componen en cuanto a dirección y
dimensión para la velocidad absoluta C, la velocidad relativa W y la
velocidad periférica U.
En el punto X se produce la velocidad absoluta
C_{X} a base de la velocidad periférica U_{X} en las
proximidades de la pared de una paleta (5) y de la velocidad
relativa de retroceso W_{X} del torbellino de carga parcial (PLV)
producido por el rodete y se caracteriza por una elevada componente
periférica C_{UX}. Las flechas con los datos de velocidad
C_{\infty} simbolizan, por el contrario, dentro del conducto de
aspiración (9) el flujo no alterado hacia el rodete con las paletas
mostradas en este caso en sección y en perfil (5).
Análogo a ello, se ha mostrado con Y un
triángulo de velocidades que corresponde al punto Y en la zona de
entrada del torbellino de carga parcial (PLV) en el rodete (2).
Puesto que el punto de entrada Y se encuentra en un diámetro más
reducido, la velocidad periférica u_{y} es menor de forma
correspondiente. Y además de que el torbellino de carga parcial
(PLV) está debilitado en su energía, también su velocidad absoluta
c_{y} es menor de forma correspondiente de lo que resulta una
velocidad relativa w_{y} que en este ejemplo está desplazada
aproximadamente en 90º con respecto a la velocidad relativa w_{x}
de un filete de corriente procedente del torbellino de carga
parcial (PLV).
Una causa para el debilitamiento del torbellino
de carga parcial (PLV) es en especial la componente de velocidad
periférica c_{ux} que conduce a una corriente tangencial que
discurre paralelamente al eje de las ranuras (10), tal como se ha
mostrado en las figuras 4 y 6, que representan una vista en planta
de un desarrollo de la pared del cuerpo envolvente (6). Sobre esta
superficie de pared de la pared del cuerpo (6) discurren los
extremos de paletas externos (4) de manera permanente. En la pared
del cuerpo envolvente (6) se han dispuesto múltiples ranuras (10)
dispuestas de forma distribuida en su periferia, que discurren en la
dirección de la corriente hacia el rodete c\infty. Los extremos
(11) de las ranuras, dispuestas según la dirección de la corriente
en la superficie lateral (6) del canal (9) están dispuestos en el
diámetro externo del rodete (2) antes de los bordes de entrada (8)
de las paletas. El inicio de estas ranuras (10) que discurren en la
dirección de la corriente con ejes paralelos no se ha mostrado,
puesto que la longitud de las ranuras (10) se escoge con
dependencia de las cantidades a transportar y de la forma del
rodete. Las longitudes de estas ranuras (10) oscilan en un orden de
magnitud de 0,03-0,5 veces el diámetro de entrada
del rodete. En funcionamiento normal, el fluido de la corriente
pasa por las ranuras (10) sin influir en el comportamiento funcional
de la bomba centrífuga de forma negativa.
Además, se han mostrado en líneas de trazos en
la figura 6 varias líneas de separación (SL_{1}, SL_{2} y
SL_{3}). Las líneas de separación (SL_{1}, SL_{2}) muestran
los límites del lado de aspiración de una zona de corriente inversa
(R) para diferentes circunstancias funcionales. En la zona del punto
de rendimiento óptimo Q_{opt} se encuentra la línea de separación
(SL_{1}) dentro de la anchura de las paletas (5) del rodete y
varía al disminuir la carga parcial antes del borde del rodete o del
borde de entrada (8) de la paleta hasta la línea de separación
(SL_{2}). En funcionamiento normal, la disposición de esta línea
de separación (SL_{2}) permanece siempre antes del rodete (2) en
la zona de una superficie de pared anular cerrada (12). Mediante
esta superficie de pared (12), se asegura que el material que
discurre en retroceso en la zona (R) no pueda entrar en las ranuras
(10). La longitud (L) considerada en sentido contrario a la
dirección de corriente (LA) del rodete desde antes de la entrada
del rodete y hasta la superficie de pared (12) a la que alcanzan
los extremos (11) de las ranuras se encuentra en un orden de
magnitud que cumple las relaciones de 0,005-0,02 x
del diámetro de entrada del rodete. En el ejemplo utilizado en este
caso de un rodete axial, el diámetro de entrada del rodete
corresponde habitualmente al diámetro externo del rodete (D). Para
un rodete de tipo semiaxial, es correspondientemente menor. Y para
un rodete de tipo cerrado corresponde hasta el diámetro interno de
un disco de cierre (7).
Solamente cuando se genera un torbellino de
carga parcial (PLV) la línea de separación (SL_{2}) supera la
superficie de pared anular cerrada (12) y alcanza la superficie de
pared (6) dotada de las ranuras (10). El límite de la prolongación
axial de este tipo de torbellino de carga parcial (PLV) queda
representado por la línea de separación (SL_{3}).
Por lo tanto, si el torbellino de carga parcial
(PLV) alcanza una determinada magnitud de energía, supera la
superficie de pared cerrada (12) de forma anular, que se encuentra
antes del rodete y retrocede en el conducto de admisión (9). A
causa de que las componentes de velocidad absoluta c_{ux}
discurren de manera predominante en dirección periférica, el
torbellino de carga parcial (PLV) generado en el conducto de
aspiración discurre (9) preferentemente de forma tangencial sobre
las ranuras (10). En este caso, su energía de rotación se disipa en
múltiples pequeños torbellinos que se forman dentro de las ranuras
(10). Esto conduce para el torbellino de carga parcial (PLV) a una
reducción de la energía de la velocidad de manera que de modo global
el torbellino de carga parcial (PLV) se debilita y se reduce
notablemente su extensión axial y radial. Se extiende, por lo
tanto, solo hasta la línea de separación (SL_{3}) en la que tiene
lugar la inversión de corriente del torbellino de carga parcial
(PLV). Mediante la reducción simultánea de los componentes de giro
del torbellino de carga parcial se mejora también, aparte de la
reducción de la subida de NPSH, la estabilidad de la característica
de la bomba centrífuga en funcionamiento de carga parcial de forma
esencial. La forma de funcionar de las ranuras (10) se basa, por lo
tanto, en una transferencia de energía mediante rozamiento de un
importante torbellino de pre-rotación en forma del
torbellino de carga parcial (PLV) a múltiples torbellinos que se
encuentran de manera correspondiente en las ranuras (10).
En la figura 7, se ha mostrado en una sección
según la línea A-A de la figura 6 dentro de las
ranuras (10) la generación de múltiples pequeños sistemas de
torbellinos (13) de disipación de energía. La causa de los
múltiples pequeños sistemas de torbellinos (13) es la componente
periférica c_{ux} de la corriente de torbellino de carga parcial
que discurre tangencialmente con respecto a la dirección de las
ranuras.
En los diagramas correspondientes de las figuras
8 y 9 se ha mostrado una comparación. En la representación de la
figura 8, la curva mostrada en líneas de punto y trazo para la línea
característica (Q-H) corresponde a una bomba
centrífuga sin ranuras en el conducto de admisión. Desde el punto de
funcionamiento designado Q_{PLV}, la curva (Q-H)
presenta un acodamiento sensible de la característica. La magnitud
de transporte aumenta en este caso en una pequeña cantidad. La
causa de ello es el efecto del torbellino de carga parcial que se
forma (PLV). Por el contrario, la línea característica continua
(Q-H) presenta un desarrollo creciente sin
acodamiento. Esta es la característica de una bomba centrífuga, cuyo
conducto de admisión está dispuesto con una cierta separación con
respecto a los canales o ranuras (10) que terminan antes del rodete.
El desarrollo de la curva de trazo y punto con el acodamiento está
condicionado por la formación de un torbellino de carga parcial y
de las influencias que se producen por ello en la corriente que
atraviesa el rodete.
Por el contrario, se forma en la misma bomba un
desarrollo de línea característica continuada cuando antes del
rodete de aspiración, en la superficie de pared (6) del conducto de
aspiración (9) existe una disposición correspondiente de ranuras
(10). Las correspondientes curvas en la zona de funcionamiento
normal a la derecha de Q_{PLV} cubren de manera sorprendente la
forma de trabajo de las ranuras en funcionamiento normal.
En la figura 9, dispuesta por debajo de la
figura 8, ha representado las curvas NPSH correspondientes. El
desarrollo de NPSH mostrado en líneas de trazos y puntos corresponde
a una bomba en cuyo conducto de admisión (9) no se han realizado
ranuras. Por el contrario, la curva continua muestra una bomba en la
que se han dispuesto múltiples ranuras (10) en el conducto de
admisión (9). Condicionado por la fuerte reducción del torbellino
de carga parcial (PLV) por el efecto de las ranuras (10), el
comportamiento NPSH de esta bomba mejorará de manera esencial. Este
desarrollo de NPSH ya no supera el valor predeterminado NPSH_{A} y
no constituye, por lo tanto, limitación alguna Q_{min}
condicionada por NPSH. Por el tipo de la reducción de energía del
torbellino de carga parcial (PLV) y del efecto alternante reducido
por esta razón se producen, especialmente en la zona de
funcionamiento próxima a (PLV), mejores condiciones de corriente en
las que se mejora el comportamiento de NPSH y se estabiliza la
línea característica de la bomba.
Por lo tanto, es un mérito del inventor haber
descubierto que un perfil en forma de ranuras con una separación
antes del rodete en la pared del cuerpo envolvente de la abertura de
aspiración/alimentación, actúa en forma de freno exclusivamente en
el torbellino que se genera en el rodete en cargas parciales. Como
efecto sorprendente adicional ha resultado un comportamiento de la
bomba centrífuga sin variaciones en cuanto a ruido. Las bombas ya
suministradas e incorporadas en instalaciones pueden ser
re-equipadas sin problema alguno, puesto que su
comportamiento en cuanto a ruido permanece en el nivel anterior.
Claims (7)
1. Bomba centrífuga en cuyo cuerpo envolvente
están dispuestos uno o varios rodetes de tipo axial o semiaxial, de
tipo cerrado o abierto y un conducto de aspiración queda dispuesto
por delante de un primer rodete, en cuya superficie de pared se han
realizado varias ranuras repartidas en su periferia y que se
extienden en la dirección del flujo, caracterizada porque en
la pared del cuerpo envolvente (3) del conducto de aspiración (9)
entre la entrada de rodete del primer rodete (2) y los extremos
inmediatamente siguientes (11) de las ranuras (10) está realizada
una superficie de pared anular cerrada (12), de manera que las
ranuras (10) se encuentran en colaboración funcional exclusivamente
con el espacio del conducto de aspiración.
2. Bomba centrífuga, según la reivindicación 1,
caracterizada porque las ranuras (10) están dispuestas entre
realizaciones en forma de nervios de la pared del cuerpo envolvente
(3).
3. Bomba centrífuga, según la reivindicación 1 ó
2, caracterizada por la utilización de un elemento postizo
en especial de un elemento de paredes delgadas, de forma anular, con
ranuras (10) o nervios.
4. Bomba centrífuga, según la reivindicación 1,
2 ó 3, caracterizada porque la superficie de pared cerrada
anular (12) presenta una extensión que difiere de la intensidad de
un torbellino de carga parcial (PLV) que se encuentra dentro del
orden de magnitud de 0,005-0,02 veces el diámetro de
entrada del rodete.
5. Bomba centrífuga, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque las longitudes
de las ranuras (10) o nervios se encuentran dentro de un orden de
magnitud de 0,03-0,5 veces el diámetro de entrada
del rodete.
6. Bomba centrífuga, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque las
profundidades (t) de las ranuras (10) o las alturas (h) de los
nervios se encuentran en el orden de magnitud de
0,005-0,02 veces el diámetro de entrada del
rodete.
7. Bomba centrífuga, según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el producto de
la anchura de la ranura b por el número de ranuras n cumplen la
relación
n\cdotb =
0.45-0.65\cdot\pi\cdotD.
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