ES2348643T3 - Bomba sincrona electrica con una voluta que tiene una salida tangencial. - Google Patents

Bomba sincrona electrica con una voluta que tiene una salida tangencial. Download PDF

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Abstract

Bomba (1) eléctrica síncrona que comprende - una carcasa (2-4) de soporte que incluye un cuerpo (3) conformado al que está acoplada una voluta (4) que tiene una entrada (5) axial y una salida (6) periférica sustancialmente tangencial para el fluido que esta bombeándose, - un motor (7, 9) eléctrico síncrono de fase única que incluye un rotor (7) de imán permanente montado de manera giratoria en una cámara (8) formada en dicho cuerpo (3), adyacente a los extremos (9a) polares de un estator (9) conectado al cuerpo; estando montado el rotor (7) de tal manera que puede moverse lateral y axialmente con respecto al cuerpo (3); estando previsto un dispositivo (20) de acoplamiento de trinquete entre el rotor (7) y la carcasa (2-4) de soporte; pudiendo adoptar el rotor (7) una posición acoplada axial en la que dicho dispositivo (20) de trinquete está activo y hace posible el inicio de la rotación del rotor (7) en un sentido predeterminado; y - un rodete (13) portapaletas acoplado en rotación con el rotor (7) de dicho motor (7, 9); siendo la disposición de tal manera que, como resultado de la interacción con el fluido, la rotación del rodete (13) a una velocidad superior a un valor predeterminado puede provocar el movimiento axial lateral del rodete (13) y el rotor (7) respecto a dicho cuerpo (3), de tal manera que el rotor (7) adopta una posición desenganchada axial en la que el dispositivo (20) de trinquete está inactivo y el rotor (7) continúa girando en dicho sentido predeterminado; caracterizándose la bomba (1) porque el rodete (13) está acoplado en rotación con el rotor (7) del motor (7,9) síncrono mediante un acoplamiento (16), mediante el cual se permite que el rotor (7) gire sin carga cuando se arranca el motor (7, 9), antes de que este último provoque que el rodete (13) se accione; y porque están asociados medios (28) de retorno con el rotor (7), que tienden a presionar el rotor (7) hacia dicha posición acoplada axial; teniendo el rodete (13) paletas (14) que están al menos parcialmente arqueadas o inclinadas respecto a la dirección axial del rotor (7), de tal manera que la rotación del rodete (13) a una velocidad superior a dicho valor predeterminado puede provocar un movimiento axial del rodete (13) y el rotor (7) contrario a la fuerza de dichos medios (28) de retorno.

Description

Esta invención se refiere a bombas eléctricas síncronas, en particular, para aparatos eléctricos domésticos. 5
Más específicamente, la invención se refiere a una bomba eléctrica síncrona del tipo definido en la oración precaracterizadora de la reivindicación 1 adjunta.
Una bomba eléctrica síncrona de este tipo construida según la técnica anterior se ilustra a modo de ejemplo en las figuras 10 1, 1a, 1b y 2, 2a de los dibujos adjuntos. En estas figuras la bomba 1 eléctrica síncrona ilustrada en las mismas comprende una carcasa 2 de soporte que incorpora un cuerpo 3 conformado al que se conecta una voluta 4 que tiene una entrada 5 axial y una salida 6 periférica radial para el fluido que está bombeándose. 15 La bomba 1 tiene un motor eléctrico síncrono que incorpora un rotor 7 de imán permanente montado de manera giratoria en una cámara 8 formada en un cuerpo 3, entre los extremos 9a polares (figuras 1a y 1b) de un estator 9 construido de una pila de placas y conectado a una carcasa 2. De una manera que se conoce 20 por sí misma y no se ilustra, al menos una bobina de excitación, en general de fase única, está asociada con un estator 9, que en funcionamiento excita los polos del estator simultáneamente, confiriendo en ellos magnetización de polaridad norte y polaridad sur de manera alterna en el tiempo y el espacio. En la 25 realización ilustrada a modo de ejemplo, el rotor 7 está dentro del estator 9, pero puede invertirse la disposición de estas partes.
El rotor 7 está soportado sobre un árbol 10 que está montado de manera giratoria dentro del cuerpo 3 mediante 30 cojinetes 11 y 12 de extremo (figura 1a).
La bomba 1 eléctrica también comprende un rotor 13 que tiene una pluralidad de paletas 14 lineales que se extienden radialmente desde un cubo 15 hueco. De una manera que se conoce por sí misma, el rodete 13 está conectado de manera giratoria al 35
árbol 10 del rotor 7 mediante un acoplamiento, indicado de manera global por 16 en las figuras 2 y 2a, a través del cual puede arrancarse el rotor 7 bajo ninguna carga antes de que este último accione el rodete en rotación. En la realización ilustrada, este acoplamiento comprende un saliente 17 radial 5 desde el árbol del rotor y un saliente en forma de un sector 18 angular que se proyecta dentro de la cavidad del cubo 15 del rodete.
El motor eléctrico síncrono de una bomba del tipo descrito anteriormente produce un par insignificante en el arranque y 10 tampoco tiene un sentido de rotación predeterminado, pudiendo girar en un sentido u otro de manera indiferente dependiendo de las condiciones de puesta en marcha aleatorias.
La indeterminación en el sentido de rotación del rotor hace necesario el uso de una voluta con una salida radial que tiene 15 una menor eficacia de fluido que una voluta con una salida tangencial, y además requiere una mayor altura de líquido en la entrada, con problemas consiguientes con el cebado de la bomba.
El documento US 5 039 286 da a conocer una bomba con un mecanismo que evita la rotación en un sentido opuesto al sentido 20 de rotación de funcionamiento normal.
Un objeto de esta invención es proporcionar una bomba eléctrica síncrona del tipo descrito inicialmente que hace posible superar las desventajas mencionadas anteriormente de las bombas según la técnica anterior sin que sea necesario adoptar 25 dispositivos de control electrónicos especiales costosos y complejos.
Este y otros objetos se conseguirán según la invención mediante una bomba eléctrica síncrona cuyas características principales se definen en la reivindicación 1 adjunta. 30
Otras ventajas y características de la presente invención se aclararán a partir de la siguiente descripción detallada que se facilita con referencia a los dibujos adjuntos que se proporcionan solamente a modo de ejemplo no limitativo y en los que: 35
la figura 1, ya descrita, es una vista en planta de una bomba eléctrica síncrona según la técnica anterior,
la figura 1a es una vista en sección transversal a lo largo de la línea Ia-Ia en la figura 1,
la figura 1b es una vista parcial a lo largo de la flecha 5 Ib en la figura 1a,
la figura 2, como la descrita, es una vista en sección transversal axial parcial de una bomba eléctrica síncrona según la técnica anterior,
la figura 2a es una vista parcial en sección transversal a 10 lo largo de la línea IIa-IIa en la figura 2,
la figura 3 es una vista lateral de un dispositivo de acoplamiento de trinquete conocido que puede usarse en una bomba eléctrica síncrona según la invención,
la figura 3a muestra el dispositivo en la figura 3 en un 15 estado desacoplado,
la figura 3b es una vista a lo largo de la flecha IIIb en la figura 3,
la figura 4 es una vista lateral de otro dispositivo de acoplamiento de trinquete de un tipo que se conoce por sí mismo 20 que puede usarse en una bomba eléctrica síncrona según la invención,
la figura 4a es una vista a lo largo de las flechas IVa en la figura 4,
la figura 5 es una vista lateral de una variante de 25 realización de un dispositivo de acoplamiento de trinquete de un tipo que se conoce por sí mismo que puede usarse en una bomba eléctrica síncrona según la invención,
la figura 5a es una vista a lo largo de las flechas Va-Va en la figura 5, 30
la figura 6 es una vista parcial en sección transversal axial parcial de una bomba eléctrica síncrona según esta invención,
la figura 6a es una vista a lo largo de las flechas VIa-VIa en la figura 6, 35
la figura 7 y la figura 7a son dos vistas laterales de un primer rodete con paletas montadas que puede usarse en una bomba eléctrica síncrona según la invención,
las figuras 8 y 8a son vistas laterales de una variante de realización de un rodete con paletas montadas que puede usarse 5 en una bomba eléctrica síncrona según la invención, y
las figuras 9 y 9a son una vista en planta y una vista lateral respectivamente de una voluta con salida tangencial que puede usarse en una bomba eléctrica síncrona según la invención.
Tal como será más evidente a continuación, en una bomba 10 eléctrica síncrona según la invención, el rotor está montado de modo que puede moverse axialmente con respecto a la carcasa de soporte y un dispositivo de acoplamiento de trinquete de un tipo que se conoce por sí mismo se proporciona entre dicho rotor y dicha carcasa de soporte. Con el rotor están asociados medios de 15 retorno que tienden a empujarlo hacia una posición acoplada axial en la que el dispositivo de trinquete está en funcionamiento y hace que la rotación del rotor tenga lugar en un sentido predeterminado sólo cuando está en marcha.
Se conocen por sí mismos diversos dispositivos de 20 acoplamiento de trinquete que son adecuados para su uso en una bomba según la invención. Algunos de estos ya se han descrito brevemente con referencia a las figuras 3-5a de los dibujos adjuntos.
Con referencia a las figuras 3, 3a y 3b, un dispositivo 20 25 de acoplamiento de trinquete comprende un rueda 21 dentada que puede girar alrededor de un eje 21a fijo y está dotada de una corona de dientes 22 de sierra y un fiador o trinquete 23 que puede girar alrededor de un eje 23a sustancialmente paralelo al eje 21a y actuar junto con un resorte 24 (figura 3b). La 30 disposición es tal que el fiador 23 deja que la rueda 21 dentada gire sólo en un sentido predeterminado. Se evita la rotación en el sentido opuesto. En la figura 3a se ilustra el dispositivo de trinquete en el estado de no funcionamiento, en el que el fiador 23 está desenganchado de los dientes 22. La activación del 35
dispositivo de trinquete se obtiene mediante un desplazamiento axial o bien del fiador o trinquete 23 o bien de la rueda 21 dentada de modo que se lleva el fiador 23 al estado ilustrado en la figura 3 en el que se engancha entre dos dientes adyacentes de la rueda 21. 5
Las figuras 3 y 5 y las figuras 4a y 5a asociadas ilustran dos realizaciones diferentes de dispositivos 20 de trinquete con un acoplamiento de tipo frontal. En estas variantes de realización, la rueda 21 dentada tiene una pluralidad de dientes 22 de sierra frontales con los que puede actuar al menos un 10 fiador 23, preferiblemente de material flexible, por ejemplo, un elastómero, que se proyecta desde una superficie frontal de un elemento 26 que es coaxial con la rueda 21. El acoplamiento entre este elemento 26 y la rueda 21 dentada también tiene lugar, en este caso, mediante un movimiento axial relativo entre 15 ellos.
Una bomba eléctrica síncrona según la invención tiene una voluta 4 con una salida 6 sustancialmente tangencial, tal como se ilustra, por ejemplo, en la figuras 9 y 9a. De manera correspondiente, la unidad del motor de bomba montado con 20 paletas y el motor eléctrico síncrono tiene las características definidas en la reivindicación 1 adjunta, y se describirá ahora en mayor detalle con referencia a las figuras 6 a 8a. En estas figuras a las partes y los componentes que son esencialmente idénticos o equivalentes a los elementos ya descritos se les 25 asignarán de nuevo los mismos números de referencia tal como se usaron anteriormente.
Con referencia a la figura 6, en una bomba 1 eléctrica síncrona según la invención, el rodete 13 tiene paletas 14 que están al menos parcialmente arqueadas y están inclinadas 30 respecto a la dirección axial del rodete, por ejemplo tal como en las realizaciones ilustradas a modo de ejemplo en la figuras 7, 7a y 8, 8a.
El rotor 7 con su correspondiente árbol 10 está montado con movimiento axial con respecto a la carcasa 2 de soporte para la 35
bomba. En la figura 6, el árbol 10 del rotor está montado de modo que puede girar y moverse axialmente en dos cojinetes 11 y 12 de extremo soportados por correspondientes soportes 26 y 27 que forman una parte solidaria de la carcasa 2 de soporte (no ilustrada en la figura 6). El soporte 26 de extremo tiene un 5 fiador o trinquete 23 frontal que puede actuar junto con los dientes 22 de sierra frontales de un elemento 21 que forma una parte solidaria del rotor 7.
En la realización según las figuras 6 y 6a, un resorte 28 helicoidal se inserta entre el soporte 27 estacionario y el 10 rotor 7, y tiende a empujar a este último hacia una posición acoplada axial (no ilustrada) en la que el dispositivo 20 de trinquete que comprende la formación 21 dentada y el fiador o trinquete 23 está activo y garantiza que el rotor 7 sólo gira en un sentido predeterminado en condiciones de funcionamiento. 15
El perfil o al menos la inclinación parcial de las paletas 14 del rodete 13 es de tal manera que, como resultado de su interacción con el fluido, la rotación del rodete 13 a una velocidad superior a un valor predeterminado probablemente provoque un movimiento axial lateral de dicho rodete 13 y dicho 20 rotor 7 respecto a la carcasa 2 de soporte de la bomba, contrario a la fuerza del resorte 28, de modo que el rotor 7 adopta la posición axial ilustrada en la figura 6 en la que la formación 21 dentada se desengancha del trinquete o fiador 23, y el dispositivo 20 de trinquete se desactiva, al tiempo que deja 25 no obstante que el rotor 7 siga girando en el sentido predeterminado mencionado anteriormente.
Todavía con referencia a las figuras 6 y 6a, el rodete 13 está acoplado al árbol 10 del rotor por medio de un acoplamiento 16 de retardo, de un tipo que se conoce por sí mismo y ya 30 descrito anteriormente.
Se supone ahora que la reacción ejercida por el fluido bombeado sobre las paletas 14 del rodete 13 es en el sentido de las flechas C en la figura 6, mientras que el líquido se extrae en el sentido de la flecha B y el rotor gira en el sentido de la 35
flecha D en la figura 6a: cuando el rotor 7 empieza a girar, puesto que en la práctica se extrae líquido insuficiente, prácticamente no hay ninguna reacción sobre las paletas 14 y en esta situación el resorte 28 empuja al rotor y la formación 21 dentada de modo que se engancha con el trinquete 23 5 (adecuadamente de material elastomérico). Entonces se evita el giro del rotor 7 en un sentido contrario al de la flecha D en la figura 6a.
Entonces, cuando se suministra energía al motor eléctrico de la bomba 1, el rotor 7 y el rodete 13 sólo pueden girar en el 10 sentido de la flecha D. Durante la etapa de arranque, en cuanto la velocidad del rodete 13 supere un valor predeterminado, la interacción entre el fluido y la paleta 14 hace que el rodete 13 y el rotor 7 se muevan lateralmente en el sentido de las flechas C, desenganchándose la formación 21 dentada del trinquete o 15 fiador 23. Siempre que la bomba funcione a una velocidad de rotación superior a ese valor, el dispositivo 20 de trinquete que comprende la formación 21 dentada y el fiador 23 está inactivo. Puesto que no hay interferencia entre esta formación 21 dentada y el trinquete 23, no hay ningún desgaste en el 20 dispositivo 20 de trinquete, ni hay ningún ruido de funcionamiento debido a ese dispositivo.
Obviamente, el resorte 28 se dimensionará de tal manera que pueda aplicar una fuerza al complejo rotor/rodete que es mayor que la fuerza debida a la fricción entre el árbol 10 y los 25 cojinetes 11 y 12, pero todavía menor que la fuerza de reacción ejercida por el fluido sobre el rodete 13 cuando éste gira a una velocidad superior al valor predeterminado mencionado anteriormente.
También se logra un modo de funcionamiento similar sin el 30 uso del resorte 28 sustituyendo la acción mecánica de retorno del mismo por una fuerza magnética que atrae al rotor 7 hacia la superficie 9b terminal de los polos 9a del estator (figura 6). Esta fuerza magnética puede producirse construyendo el motor eléctrico síncrono que acciona la bomba de tal manera que la 35
superficie frontal del extremo 7a posterior del rotor (figura 6) se desplaza de manera adecuada en el sentido de las flechas C respecto a la superficie 9b terminal de los polos 9a del estator.
Con referencia a la figura 6a y a la realización ilustrada 5 en la misma, la formación 21 dentada tiene dos dientes 22 de sierra frontales que están distanciados angularmente por igual. Como consecuencia, cuando está en reposo, el trinquete 23 está colocado entre estos dientes, con algo de huelgo angular con respecto a los mismos. Esta característica, que no es 10 estrictamente necesaria pero es ventajosa para garantizar el arranque del motor en cualquier condición y para reducir el ruido del arranque, permite que el rotor 7 y el árbol 10 giren un ángulo limitado en el arranque incluso en un sentido opuesto al del sentido predeterminado D para la rotación del rodete 13 15 portapaletas cuando se encuentra en condiciones de funcionamiento deseadas.
En variantes de realización que no se ilustran, puede proporcionarse el dispositivo 20 de acoplamiento de trinquete entre el rotor 7 y el soporte 27. 20
En otras variantes, el trinquete puede llevarse sobre el rotor, para actuar junto con los dientes 22 de las ruedas o las formaciones dentadas estacionarias.
Naturalmente, sin alterar el principio de la invención, las formas de realización y los detalles de construcción pueden 25 variarse ampliamente con respecto a los descritos e ilustrados, que se han facilitado solamente a modo de ejemplo, sin apartarse por tanto del alcance de la invención, según se define mediante las reivindicaciones adjuntas.
30

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Bomba (1) eléctrica síncrona que comprende
    - una carcasa (2-4) de soporte que incluye un cuerpo (3) conformado al que está acoplada una voluta (4) que tiene una entrada (5) axial y una salida (6) 5 periférica sustancialmente tangencial para el fluido que esta bombeándose,
    - un motor (7, 9) eléctrico síncrono de fase única que incluye un rotor (7) de imán permanente montado de manera giratoria en una cámara (8) formada en 10 dicho cuerpo (3), adyacente a los extremos (9a) polares de un estator (9) conectado al cuerpo; estando montado el rotor (7) de tal manera que puede moverse lateral y axialmente con respecto al cuerpo (3); estando previsto un dispositivo (20) de 15 acoplamiento de trinquete entre el rotor (7) y la carcasa (2-4) de soporte; pudiendo adoptar el rotor (7) una posición acoplada axial en la que dicho dispositivo (20) de trinquete está activo y hace posible el inicio de la rotación del rotor (7) en un 20 sentido predeterminado; y
    - un rodete (13) portapaletas acoplado en rotación con el rotor (7) de dicho motor (7, 9);
    siendo la disposición de tal manera que, como resultado de la interacción con el fluido, la 25 rotación del rodete (13) a una velocidad superior a un valor predeterminado puede provocar el movimiento axial lateral del rodete (13) y el rotor (7) respecto a dicho cuerpo (3), de tal manera que el rotor (7) adopta una posición desenganchada axial en la que el 30 dispositivo (20) de trinquete está inactivo y el rotor (7) continúa girando en dicho sentido predeterminado;
    caracterizándose la bomba (1) porque el rodete (13) está acoplado en rotación con el rotor (7) del motor 35
    (7,9) síncrono mediante un acoplamiento (16), mediante el cual se permite que el rotor (7) gire sin carga cuando se arranca el motor (7, 9), antes de que este último provoque que el rodete (13) se accione;
    y porque están asociados medios (28) de retorno con 5 el rotor (7), que tienden a presionar el rotor (7) hacia dicha posición acoplada axial; teniendo el rodete (13) paletas (14) que están al menos parcialmente arqueadas o inclinadas respecto a la dirección axial del rotor (7), de tal manera que la 10 rotación del rodete (13) a una velocidad superior a dicho valor predeterminado puede provocar un movimiento axial del rodete (13) y el rotor (7) contrario a la fuerza de dichos medios (28) de retorno. 15
  2. 2. Bomba eléctrica síncrona según la reivindicación 1, en la que dichos medios de retorno comprenden medios (28) flexibles que actúan mecánicamente sobre el rotor (7).
  3. 3. Bomba eléctrica síncrona según la reivindicación 1, en la que el rotor (7) y el estator (9) están construidos de tal 20 manera que cuando dicho motor (7, 9) eléctrico se activa, el estator (9) puede atraer magnéticamente al rotor (7) de tal manera que provoca que se mueva axialmente de modo que el dispositivo (20) de trinquete pasa desde el estado activado hasta el estado desactivado. 25
  4. 4. Bomba eléctrica síncrona según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el dispositivo (20) de acoplamiento de trinquete comprende al menos un trinquete (23), preferiblemente de material elástico, que puede actuar junto con los dientes (22) de una formación 30 (21) que puede moverse respecto a dicho trinquete en una dirección predeterminada.
  5. 5. Bomba eléctrica síncrona según la reivindicación 4, en la que dicho al menos un trinquete está montado en una parte (26) que es estacionaria respecto a la carcasa (2-4) de 35
    soporte de la bomba y dicha formación (21) dentada del dispositivo (20) de trinquete forma una parte solidaria del rotor (7) del motor (7, 9).
  6. 6. Bomba eléctrica síncrona según la reivindicación 4, en la que el dispositivo (20) de acoplamiento de trinquete 5 comprende un trinquete (23) solidario con el rotor (7) del motor (7, 9) eléctrico y una formación (21) dentada que es operativamente estacionaria con respecto a la carcasa (2-4) de soporte de la bomba.
  7. 7. Bomba eléctrica síncrona según la reivindicación 5, en la 10 que el trinquete (23) puede moverse con huelgo angular entre dientes (22) consecutivos de la formación (21) dentada de tal manera que cuando el motor (7, 9) eléctrico está activado, el rotor (7) puede girar un ángulo limitado en el sentido contrario al sentido predeterminado (D) para 15 la rotación en condiciones de funcionamiento.
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