ES2607004T3 - Impulsor de bomba para lodos - Google Patents

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ES2607004T3 ES09753333.5T ES09753333T ES2607004T3 ES 2607004 T3 ES2607004 T3 ES 2607004T3 ES 09753333 T ES09753333 T ES 09753333T ES 2607004 T3 ES2607004 T3 ES 2607004T3
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Kevin Edward Burgess
Wen-Jie Liu
Luis Moscoso Lavagna
Garry Bruce Glaves
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Abstract

Un impulsor (10) de bomba para lodo que incluye una envolvente frontal (12) y una envolvente posterior (14) teniendo cada una de ellas una cara principal interior (13, 15) con un borde periférico exterior (16, 17) y un eje central (X-X), una pluralidad de álabes de bombeo (30) que se extienden entre las caras principales interiores (13, 15) de las envolventes (12, 14), estando dispuestos los álabes de bombeo (30) en relación separada, incluyendo cada álabe de bombeo (30) caras laterales principales (35, 36) opuestas una de las cuales es una cara lateral de bombeo o presión (35), un borde anterior en la región del eje central X-X y un borde posterior en la región de los bordes periféricos exteriores (16, 17) de las envolventes (12, 14) con un paso (19) entre los álabes de bombeo adyacentes (30) y teniendo cada paso (19) asociado con él un álabe de guía (50, 51) de descarga, caracterizado por que cada álabe de guía de descarga está dispuesto dentro de un paso (19) respectivo y ubicado más cerca de la cara lateral (35) de bombeo o presión del álabe de bombeo adyacente (30) más cercana y sobresale desde la cara principal interior (13, 15) de al menos una o cada una de las envolventes (12, 14).

Description

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DESCRIPCION
Impulsor de bomba para lodos CAMPO TECNICO
Esta descripcion se refiere en general a impulsores para bombas centnfugas para lodos. Los lodos son normalmente una mezcla de lfquido y partfculas solidas, y son comunmente utilizados en el tratamiento de minerales, arena y grava y/o en la industria de dragado.
ANTECEDENTES DE LA TECNICA
Las bombas centnfugas para lodos incluyen generalmente un alojamiento de bomba que tiene una camara de bombeo en el que puede ser de una configuracion en voluta con un impulsor montado para rotacion dentro de la camara de bombeo. Un arbol de transmision esta conectado operativamente al impulsor de bomba para provocar la rotacion del mismo, entrando el arbol de transmision en el alojamiento de bomba desde un lado. La bomba incluye ademas una entrada de bomba que es tfpicamente coaxial con respecto al arbol de transmision y ubicada en el lado opuesto del alojamiento de bomba al arbol de transmision. Hay tambien una salida de descarga ubicada tfpicamente en una periferia del alojamiento de la bomba.
El impulsor incluye tfpicamente un cubo al que esta conectado operativamente el arbol de transmision y al menos una envolvente. Los alabes de bombeo estan previstos sobre un lado de la envolvente con pasos de descarga entre alabes de bombeo adyacentes. En una forma de impulsor hay previstas dos envolventes estando los alabes de bombeo dispuestos entre ellas. El impulsor de bomba esta adaptado para ser hecho funcionar a diferentes velocidades para generar la carga de presion requerida.
A menudo se requiere que las bombas para lodos sean de un tamano relativamente grande con diametro grande e impulsores anchos. Estas bombas necesitan tener pasos de descarga relativamente grandes con el fin de facilitar el paso de solidos mayores dentro del lodo y reducir la velocidad total del lodo cuando pasa a traves del impulsor. Partes de la bomba para lodo son sometidas a desgaste significativo de la sustancia en partfculas en el lodo. Como resultado de esto el numero de alabes de bombeo es pequeno, por ejemplo tres, cuatro o cinco. Para intentar reducir el desgaste, las bombas para lodo son hechas funcionar tfpicamente a velocidades relativamente bajas, por ejemplo 200 rpm hasta 5000 rpm para bombas muy pequenas. El material utilizado para las piezas de bomba para lodo son generalmente metales muy duros o materiales de elastomero que estan adaptados para ser sacrificados y subsiguientemente reemplazados. Con el fin de cambiar el rendimiento de la bomba en terminos de flujo y carga de presion, las bombas centnfugas pueden conseguir esto variando la velocidad de la bomba.
Las bombas centnfugas para lodos a menudo necesitan ser capaces de uso sobre un rango amplio de condiciones de flujo y carga de presion. El rendimiento de las bombas centnfugas para lodos puede ser afectado de forma adversa por el tamano, densidad y concentracion de la sustancia en partfculas dentro del lodo y el rendimiento de la bomba se vera afectado tambien por el desgaste. La necesidad de ser capaz de hacer funcionar una bomba para lodo sobre un amplio rango de condiciones significa que, debido a los pasos mayores en el impulsor, el rendimiento de la bomba tiende a variar sustancialmente y proporcionar menos orientacion para el flujo a traves del impulsor, comparado con una bomba de agua mas pequena y estrecha que proporciona buena orientacion de flujo. Las partfculas y el lfquido en el lodo tienden tambien a tomar diferentes caminos a traves del impulsor dependiendo del tamano de la partfcula en concreto y de la concentracion en el lodo. Este fenomeno sera exacerbado por desgaste del impulsor. Las bombas centnfugas sufren a menudo de perdida de flujo debido al deslizamiento en la periferia del impulsor y la recirculacion en la entrada y salida del impulsor. Los disenos de flujo de estilo vortice o torbellino pueden ser establecidos en la descarga en el impulsor en flujos inferiores. Tal fenomeno da como resultado normalmente un rendimiento de bomba mas pobre.
Otro fenomeno asociado con bombas centnfugas es el de cavitacion, que ocurre principalmente en la entrada de la bomba y la entrada del impulsor y que puede afectar al rendimiento de la bomba y puede incluso causar dano a la bomba si la cavitacion es fuerte y continua. Como se ha mencionado, las piezas de bomba centnfuga para lodo estan hechas de metales duros o materiales de elastomero que son diffciles de colar y moldear y, como tales, con el fin de simplificar el proceso de fabricacion, las envolventes del impulsor estan dispuestas generalmente mas o menos paralelas entre sf a una separacion constante desde la entrada a la salida. Debido a esto, la salida del impulsor de bomba para lodo esta sometida tambien a recirculacion, flujo de vortice y disenos de flujo que inducen al desgaste.
Hay otros tipos de maquinas de fluido que utilizan elementos giratorios para la transferencia de fluido. Ejemplos de tales maquinas incluyen compresores centnfugos, turbinas, y bombas de agua de alta velocidad. Las consideraciones y criterios de diseno para aparatos de estos tipos son muy especficos para tales maquinas, se conocen mejor, y son relativamente faciles de aplicar. Los gases tienen una densidad baja y generalmente no arrastran partfculas, y pueden ser bombeados a velocidades muy superiores dentro de la maquina de fluido. Como la friccion es un componente menor en una maquina de gas, la turbulencia puede ser minimizada utilizando multiples alabes o alabes divisores. Los alabes utilizados en estos tipos de maquina de fluido son todos relativamente delgados porque estos alabes no son sometidos a desgaste por erosion. Ademas, y lo mas importante, los alabes divisores funcionan en efecto de una manera similar a los
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alabes principales para aumentar o anadir ene^a al flujo gaseoso. Los alabes divisores son normalmente ligeramente mas cortos que los alabes principales de modo que no interfieran con el flujo en el borde anterior de los alabes principales.
Los alabes secundarios (o divisores) son normalmente de la misma configuracion, pero son algo mas cortos que, los alabes principales y estan colocados aproximadamente a mitad de camino entre los alabes principales. Estos alabes divisores funcionan para dividir el flujo en pasos mas pequenos y anadir mas orientacion al flujo, minimizando asf la turbulencia. Este tipo de maquina de gas funciona tfpicamente a velocidades muy elevadas del orden de 50.000 a
100.000 rpm. El numero de alabes o paletas es normalmente bastante elevado, es decir 20, y podrfa haber alabes divisores entre ellas, asf los alabes necesitan por lo tanto ser delgados y los pasos pequenos. Los alabes divisores o secundarios son normalmente de la misma altura que los alabes de bombeo principal para permitir que la orientacion maxima y la energfa maxima sea introducida (o sacada) del fluido cuando pasa a traves del elemento giratorio de la maquina.
Las bombas de agua de alto rendimiento son similares de algun modo a los compresores o turbinas centnfugos, y algunas de las mismas estrategias son aplicables tales como un numero elevado de alabes (tfpicamente 7 o mayor), y los alabes de estilo divisor entre los alabes principales para controlar la turbulencia y/o para suavizar el impulso de presion de salida con un numero elevado de alabes. En uso esto da como resultado un numero mas elevado de impulsos de presion mas pequenos desde cada alabe. Las bombas de agua no son utilizadas para bombear partfculas y asf no requieren materiales resistentes al desgaste elevado. Bombas de agua de alto rendimiento tfpicas funcionan tambien a velocidades mas elevadas que las bombas de agua estandares y pueden funcionar a velocidades de 10.000 a
30.000 rpm.
Cuanto mayor es el numero de alabes de bombeo principal, menor es el impulso de presion desde cada alabe. Para reducir el impulso de presion total desde una maquina de fluido es conocido que aumentar el numero de alabes suavizara el impulso. Esto es por lo que algunas bombas de agua y compresores de gas tienen un numero mayor de alabes, y por lo que se anaden alabes divisores para doblar el numero de alabes. El criterio de diseno para maquinas de un compresor de gas, turbina o bomba de agua de rendimiento elevado o alta velocidad no tienen relevancia para el de las bombas para lodo.
La provision de orientacion extra o el intento de reducir la turbulencia anadiendo un numero mas elevado de alabes mas delgados o reducir el tamano del paso a traves de un impulsor es contraproducente en el diseno de una bomba para lodos. Muchas de las cosas que mejoran el rendimiento en las maquinas de este tipo no ofreceran ninguna solucion cuando sean aplicadas en una bomba para lodos.
Las bombas centnfugas para lodos son maquinas de fluido bastante unicas por lo que es necesario equilibrar el diseno, desgaste y facilidad de fabricacion en diferentes materiales resistentes al desgaste. Como se ha descrito antes es normalmente necesario desarrollar una bomba para lodos que funciona sobre un flujo y un rango de velocidad amplios de manera que es aplicable a un amplio rango de aplicaciones, pero esto hace mas diffcil optimizar el diseno. Los disenos tfpicos son robustos, pero siendo una maquina de fluido, tales bombas sufren aun perdidas de rendimiento y desgaste debido a la turbulencia interna. Debido a las restricciones de diseno especiales y restrictivas, se han utilizado distintas estrategias para mejorar el rendimiento pero estas han encontrado un exito bastante limitado. Las estrategias de diseno para minimizar las turbulencias son muy diffciles dado la orientacion minima que se le puede dar al lodo por la envolvente del impulsor, los alabes principales y el alojamiento, como todos estos componentes necesitan tener una vida util satisfactoria.
Una complicacion adicional con las bombas para lodos es que las partfculas en el lodo no siguen las corrientes de fluido. Cuanto mas grandes y mas macizas son las partfculas, mayor es la desviacion de las partfculas desde la corriente de fluido. Por consiguiente, anadir mas alabes (o alabes de estilo divisor) que estan disenados para guiar el fluido a lo largo de las corrientes no va a ayudar a guiar las partfculas porque las partfculas provocaran simplemente turbulencia aumentada y desgaste sobre cualesquiera de los alabes delgados y estos alabes se desgastaran rapidamente y perderan su efecto de guiado del fluido. El rendimiento caera inevitablemente de manera rapida en un corto penodo de tiempo, y la energfa consumida se incrementara rapidamente tambien, de manera que la maquina no podra sostener su rendimiento.
El documento CA 2 120 977 A1 muestra un impulsor con alabes primario y secundario alternativos de diferentes geometnas.
RESUMEN DE LA DESCRIPCION
En un primer aspecto, se han descrito realizaciones de un impulsor de bomba para lodos que incluye una envolvente frontal y una envolvente posterior teniendo cada una de ellas una cara principal interior con un borde periferico exterior y un eje central, una pluralidad de alabes de bombeo que se extienden entre las caras principales interiores de las envolventes, estando dispuestos los alabes de bombeo en relacion espaciada, incluyendo cada alabe de bombeo caras laterales principales opuestas una de las cuales es una cara lateral de bombeo o presion, un borde anterior en la region del eje central y un borde posterior en la region de los bordes perifericos exteriores de las envolventes con un paso entre
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los alabes de bombeo adyacentes, teniendo cada paso asociado con el un alabe o paleta de gma de descarga, estando dispuesto cada alabe de gma de descarga dentro de un paso respectivo y ubicado mas cerca de la cara lateral de bombeo o presion del alabe de bombeo adyacente mas cercano y sobresaliendo desde la cara principal interior de al menos una de las envolventes.
En algunas realizaciones, este alabe de gma de descarga puede estar ubicado mas cerca de la cara lateral de bombeo o presion del alabe de bombeo adyacente mas cercano. La colocacion de un alabe de gma de descarga mas cerca de un alabe de bombeo adyacente puede mejorar ventajosamente el rendimiento de la bomba. En una circunstancia normal sin la presencia del alabe de gma de descarga, una region de vortices se extiende en frente de una cara de bombeo de los alabes de bombeo, y se extiende al menos a mitad de camino entre la mitad del paso de descarga de flujo. Como resultado, los vortices aumentan la turbulencia en el flujo de material que esta pasando a traves del paso del impulsor durante el uso, y a su vez esta turbulencia se extiende en la region en voluta que rodea el impulsor. La turbulencia aumentada puede conducir al desgaste aumentado del impulsor y las de las superficies involucradas asf como a perdidas de energfa aumentadas, que requieren en ultimo lugar un operador para introducir mas energfa en la bomba para conseguir un rendimiento deseado. Aunque los inventores pensaron que colocar un alabe de gma de descarga dentro de una region generalmente central del paso de descarga desalentana o confinana la region de turbulencia inmediatamente enfrente de la cara de los alabes de bombeo del impulsor, se encontro que la colocacion de los alabes de gma de descarga a mitad de camino a traves de la anchura del paso tema muy poca influencia en el confinamiento de la region turbulenta, y otra experimentacion mostro que la disposicion de los alabes de gma de descarga mas cerca del alabe de bombeo era capaz de disminuir sustancialmente la region de vortices lejos de la cara de presion del alabe de bombeo. Como resultado, la intensidad (o fuerza) de los vortices es disminuida porque no se permite que crezcan de una manera sin restricciones.
Otro fenomeno conocido de las bombas para lodo es la recirculacion de descarga, en que los materiales de lodo que dejan los pasos de descarga durante la rotacion del impulsor en flujos bajos son forzados otra vez al paso descarga del impulsor inmediatamente adyacente por la presion operativa general dentro de la voluta de bomba. Cuando esto ocurre, en circunstancias normales el lodo recirculado se mezcla con la region de flujo de turbulencia de los vortices para crear una region de vortice incluso mas grande y mas problematica. La presencia de los alabes de gma de descarga en una posicion adecuada para confinar la region de turbulencia inmediatamente enfrente del o de los alabes de bombeo significa que puede haber menos interaccion con el flujo de descarga recirculado, reduciendo por lo tanto el potencial para la combinacion de las dos regiones de vortice, que de lo contrario reducina ademas la eficiencia de la bomba. Esto reduce tambien el potencial para que las partfculas desgasten las envolventes frontal o posterior, dando como resultado por tanto un desgaste de cavidades en que los flujos de tipo de vortice podnan originarse y desarrollarse ademas.
Ademas, colocar un alabe de gma de descarga mas cerca de un alabe de bombeo adyacente puede mejorar ventajosamente el rendimiento de la bomba de tal manera que el alabe de gma de descarga en uso no obstruye el flujo libre de material a traves del paso, lo que puede ocurrir en casos de flujo de lodo de partfculas donde los alabes de gma de descarga a mitad de camino en el medio del paso de descarga de flujo.
En algunas realizaciones, cada alabe de gma de descarga puede tener una extremidad exterior adyacente al borde periferico de una de las envolventes, extendiendose el alabe de gma de descarga hacia dentro y terminando en una extremidad interior que es intermedia al eje central y al borde periferico de la envolvente con la que esta asociado. Extendiendose al borde periferico de la envolvente, el o los alabes de gma de descarga pueden dirigir el flujo dentro del o de los pasos de descarga del impulsor y puede reducir tambien el mezclado de las regiones de flujo divididas en la salida inmediata del impulsor en el diseno de flujo que gira ya en la voluta de bomba.
En algunas realizaciones, cada alabe de gma de descarga puede ser mas corto de longitud que el alabe de bombeo adyacente de tal manera que el alabe de gma de descarga en uso no obstruye el flujo libre de material a traves del paso. En algunas realizaciones, la longitud de cada alabe de gma de descarga es aproximadamente una tercera parte o menos de la longitud del alabe de bombeo adyacente. El o los alabes de gma de descarga son generalmente alargados para animar al desarrollo de un trayecto de flujo consistente de fluido y solidos que salen del impulsor durante el uso.
En algunas realizaciones, cada una de dichos alabes de gma de descarga puede sobresalir desde la cara principal interior de la envolvente posterior. Esto es porque en circunstancias normales del flujo de lodo que entra en el impulsor, la region de vortices esta concentrada junto a la envolvente posterior en vez de a la envolvente frontal.
En algunas realizaciones, cada uno de dichos alabes de gma de descarga puede tener una altura que es desde el 5 al 50 por ciento de la anchura del alabe de bombeo, donde la anchura del alabe de bombeo es definida como la distancia entre las envolventes frontal y posterior del impulsor. El grosor del alabe de gma de descarga puede ser elegido dependiendo de los requisitos de carga y velocidad de bombeo asf como del material que ha de ser bombeado, asf como en la extension requerida para reducir la turbulencia dentro del flujo principal y ayudar tambien a reducir la cantidad de recirculacion. En algunas realizaciones, cada uno de dichos alabes de gma de descarga puede tener una altura que va del 20 al 40 por ciento de la anchura del alabe de bombeo. En algunas realizaciones, cada uno de dichos alabes de gma de descarga puede tener una altura de aproximadamente el 30 al 35 por ciento de la anchura del alabe de bombeo. Si la altura del alabe de gma de descarga es demasiado pequena, a continuacion el beneficio de confinamiento de la region de turbulencia no es optimo, y si la altura del alabe de gma de descarga es demasiado alta, su influencia puede ser
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perturbar y bloquear el flujo principal, que no es tampoco optimo.
En algunas realizaciones, cada uno de dichos alabes de grna de descarga puede estar separado desde un alabe de bombeo respectivo del cual esta mas cerca de modo que modifique el flujo de material a traves del paso y reducir por tanto la turbulencia e inhibir el desplazamiento o separacion de los vortices formados por el flujo desde la cara de dicho alabe de bombeo.
En algunas realizaciones, durante al menos parte de su longitud cada alabe de grna de descarga puede estar separado de un alabe de bombeo respectivo al que esta mas cerca en una distancia que en su punto mas cercano es aproximadamente igual al grosor maximo del alabe de grna de descarga. Si la separacion del alabe de grna de descarga de la cara de bombeo del alabe de bombeo es muy pequena, entonces la velocidad de cualquier flujo pasante de lodo de partfculas entre ellos puede ser elevada con el consiguiente desgaste de erosion aumentado de las superficies adyacentes, lo que no es optimo. Esta previsto que en otras realizaciones la separacion entre el alabe de grna de descarga y el alabe de bombeo adyacente puede ser variado a lo largo de su longitud por tan poco como el 75% del grosor maximo del alabe de grna de descarga, y como mucho dos o tres veces el grosor maximo del alabe de grna de descarga.
En algunas realizaciones del impulsor, el angulo subtendido entre la tangente a la periferia de la envolvente y una lmea tangencial a la cara de bombeo frontal del alabe de bombeo del impulsor es sustancialmente el mismo que el angulo subtendido entre la tangente a la periferia de la envolvente y una lmea tangencial a la cara frontal del alabe de grna de descarga adyacente. En tal disposicion el alabe de grna de descarga puede dirigir el flujo dentro del (de los) paso(s) de descarga del impulsor y puede reducir tambien la mezcla de las regiones de flujo divididas en la salida inmediata del impulsor en el diseno de flujo de rotacion en la voluta de bomba.
En algunas realizaciones, cada alabe de grna de descarga puede tener generalmente la misma forma y anchura que los alabes de bombeo principales cuando es visto en una seccion transversal horizontal.
En algunas realizaciones, cada alabe de grna de descarga puede ser de una altura afilada dependiendo de los requisitos de bombeo. Esto facilita la eliminacion del impulsor desde su molde durante la fabricacion.
En algunas realizaciones, cada alabe de grna de descarga puede ser de una anchura afilada, dependiendo de los requisitos de bombeo. Las extremidades afiladas de los alabes de grna de descarga pueden facilitar el flujo de salida suave de material de lodo desde los pasos.
En algunas realizaciones, uno o mas de los pasos pueden tener asociados con ellos uno o mas alabes de grna de entrada, extendiendose un alabe o cada alabe de grna de entrada a lo largo de la cara lateral del alabe de bombeo y terminando en una extremidad opuesta que es intermedia entre los bordes principales y de salida del alabe de bombeo con el que esta asociado.
En algunas realizaciones, el alabe o cada alabe de grna de descarga puede ser un saliente desde la cara principal del alabe de bombeo con el que esta asociado y que se extiende a un paso respectivo.
En algunas realizaciones, el alabe o cada alabe de grna de descarga puede ser alargado para animar al desarrollo de un trayecto de flujo consistente de fluido y solidos a traves del impulsor durante el uso.
En algunas realizaciones el impulsor de bomba para lodo puede incluir ademas alabes auxiliares o expulsores ubicados sobre una cara exterior de una o mas de las envolventes.
En algunas realizaciones, dichos alabes auxiliares pueden tener partes de bordes biseladas.
En algunas realizaciones, el impulsor puede no tener mas de cinco alabes de bombeo. En una forma el impulsor puede tener cuatro alabes de bombeo. En una forma el impulsor puede tener tres alabes de bombeo.
En una realizacion alternativa, el impulsor puede estar formado de tres envolventes, y cada envolvente puede tener un alabe de grna de descarga que sobresale de la misma. En una realizacion los alabes de grna de descarga estan solamente sobre la cara principal interior de la envolvente posterior.
En un segundo aspecto, se han descrito realizaciones de un impulsor de bomba para lodo que incluye una envolvente frontal y una envolvente posterior teniendo cada una de ellas una cara principal interior con un borde periferico exterior y un eje central, extendiendose una pluralidad de alabes de bombeo entre las caras principales interiores de las envolventes, estando dispuestos los alabes de bombeo en relacion separada, incluyendo cada alabe de bombeo caras laterales principales opuestas una de las cuales es una cara lateral de bombeo o presion, un borde principal en la region del eje central y un borde de salida en la region de los bordes perifericos exteriores de las envolventes con un paso entre los alabes adyacentes, teniendo asociado cada paso con ello un alabe de grna de descarga, estando dispuesto el alabe de grna de descarga dentro de un paso respectivo y ubicado mas cerca de uno u otro de los alabes de bombeo y sobresaliendo desde la cara principal interior de la envolvente posterior, siendo la longitud de cada alabe de grna de descarga aproximadamente una tercera parte o menos de la longitud del alabe de bombeo adyacente, teniendo dicho
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alabe de grna de descarga una altura de aproximadamente 30 o 35 por ciento de la anchura del alabe de bombeo.
En un tercer aspecto, se han descrito realizaciones de una bomba centnfuga para lodo del tipo en voluta que comprende una carcasa de bomba que tiene una region de entrada y una region de descarga, un impulsor colocado dentro de la carcasa de bomba y un arbol de transmision conectado axialmente a dicho impulsor, en que el impulsor de la bomba es como se ha descrito en el primer o segundo aspectos.
En un cuarto aspecto, se han descrito realizaciones de un metodo para la produccion de una pieza de fundicion de un impulsor como se ha descrito en el primer o segundo aspectos, comprendiendo el metodo las operaciones de:
- verter material fundido en un molde para formar la pieza colada;
- permitir que el material fundido se solidifique; y
- retirar el molde al menos en parte de la pieza colada solidificada resultante.
En un quinto aspecto, se han descrito realizaciones de un metodo de actualizar un impulsor del tipo descrito en el primer o segundo aspectos, donde el alabe de grna esta ubicado en una cara principal de una envolvente con la que esta asociado y que se extiende en un paso de descarga respectivo, comprendiendo el metodo las operaciones de:
- retirar un alabe de grna cuando se convierte en un componente desgastado; y
- a continuacion ajustar un alabe de grna de reemplazamiento no desgastado al impulsor.
En un sexto aspecto, se han descrito realizaciones de un metodo de actualizacion de un impulsor en una bomba centnfuga, comprendiendo el metodo las operaciones de:
- retirar un impulsor instalado cuando se convierte en un componente desgastado; y
- a continuacion ajustar a la bomba un impulsor de reemplazamiento sin desgastar del tipo descrito en el primer o segundo aspectos.
En un septimo aspecto, se han descrito realizaciones de un impulsor para una bomba centnfuga existente, estando adaptado el impulsor para montar dentro de una carcasa de la bomba existente como una actualizacion de modo que reemplace un impulsor existente, por lo que la configuracion del impulsor es del tipo descrito en el primer o segundo aspectos.
En un octavo aspecto, se han descrito realizaciones de un impulsor que incluye al menos una envolvente que tiene una cara principal con un borde periferico exterior y un eje central, una pluralidad de alabes de bombeo que sobresalen desde la cara principal de la envolvente, estando dispuestos los alabes de bombeo en relacion separada sobre la cara principal que proporciona un paso de descarga entre los alabes de bombeo adyacentes, incluyendo cada alabe de bombeo un borde anterior en la region del eje central y un borde posterior en la region del borde periferico, comprendiendo cada alabe de bombeo caras laterales opuestas que se extienden entre los bordes anterior y posterior del alabe, teniendo uno o mas de los alabes de bombeo uno o mas alabes de grna de entrada asociados a ellos.
El uso de los alabes de grna de entrada tiene la ventaja de reducir el desarrollo de patrones de flujo de fluido de recirculacion en la entrada del impulsor y cualesquiera patrones de flujo de estilo vortice dentro del impulsor, todo lo cual da como resultado normalmente un rendimiento de bombeo mas pobre, por ejemplo debido a la cavitacion. Los alabes de grna de entrada proporcionan orientacion para el flujo dentro del o de los pasos de descarga del impulsor. Los alabes de grna de descarga pueden incorporar tambien algunas otras ventajas previamente descritas para los alabes de grna de descarga.
En algunas realizaciones, el alabe o cada uno de los alabes de grna de entrada puede ser un saliente desde una cara lateral del alabe de bombeo con el que esta asociado y que se extiende a un paso de descarga respectivo. En otra realizacion, el alabe o cada alabe de grna de entrada puede ser un rebaje que se extiende a una cara lateral del alabe de bombeo, formando de este modo un canal o ranura a traves del cual el fluido puede fluir en uso. Aun en otras realizaciones, el impulsor puede tener cualquier combinacion de alabes de grna de entrada en la forma de rebajes y salientes, ubicados en distintas caras laterales de los alabes de bombeo.
En algunas realizaciones, el alabe o cada alabe de grna de descarga puede ser alargado, para animar al desarrollo de un trayecto de flujo consistente de fluido y solidos a traves del impulsor durante el uso.
En una forma de esto, el alabe o cada alabe de grna de descarga puede tener una extremidad adyacente al borde anterior del alabe de bombeo, extendiendose el alabe de grna a lo largo de la cara lateral del alabe de bombeo y terminando en una extremidad opuesta que esta entre los bordes anterior y posterior del alabe de bombeo con el que esta asociada.
En algunas realizaciones, el impulsor puede incluir dos de dichas envolventes, extendiendose dichos alabes de bombeo
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entre ellas desde las caras principales respectivas de las mismas. En una realizacion, las dos envolventes estan separadas con las caras principales de las envolventes dispuestas generalmente paralelas unas con respecto a las otras. Aun en otras realizaciones, el impulsor puede tener mas de dos envolventes, por ejemplo tres envolventes.
En algunas realizaciones, uno o mas de dichos alabes de bombeo puede tener asociado con el dos de dichos alabes de grna de entrada, uno ubicado en cada una de las caras laterales opuestas respectivas del alabe de bombeo. Aun en otras realizaciones, y dependiendo de la aplicacion de bombeo, puede haber mas de un alabe de grna de entrada ubicado en una cara lateral respectiva de cada alabe de bombeo. Aun en otra realizacion, cada alabe de bombeo puede tener asociado con el uno o mas de dichos alabes de grna de entrada sobre una cara lateral y ningun alabe lateral de entrada sobre la cara lateral opuesta del alabe de bombeo.
En algunas realizaciones, cada uno de dichos alabes de grna de entrada puede estar dispuesto generalmente de forma central sobre la cara lateral del alabe de bombeo con el que esta asociado, en terminos de su posicion lejos de una envolvente adyacente.
En algunas realizaciones, cada uno de dichos alabes de grna de entrada puede ser aproximadamente la mitad de la longitud entre los bordes anterior y posterior del alabe de bombeo con los que esta asociado, aunque aun en otras realizaciones el alabe de grna de entrada puede ser mas corto o mas largo que esta longitud, dependiendo de los requisitos de bombeo.
En algunas realizaciones, cada uno de los alabes de grna de entrada puede tener una altura del 50 al 100 por ciento del grosor del alabe de bombeo, y el grosor preferido sera elegido a partir de este rango dependiendo de los requisitos de carga y velocidad de bombeo asf como del material que ha de ser bombeado.
En algunas realizaciones, cada uno de los alabes de grna de entrada puede ser de una altura de alabe constante a lo largo de su longitud, aunque esta previsto que aun en otras realizaciones la altura de alabe pueda ser variada, dependiendo de los requisitos de bombeo.
En algunas realizaciones, uno o mas de los pasos de descarga puede tener asociado con el uno o mas de los alabes de grna de descarga, el alabe o cada alabe de grna de descarga ubicado en la cara principal de al menos una o de cada envolvente y que tiene un borde exterior en la region del borde periferico de la envolvente, extendiendose el alabe de grna hacia dentro y terminando en un borde interior que esta entre el eje central y el borde periferico de la envolvente.
En algunas realizaciones, el alabe o cada alabe de grna de descarga puede ser alargado para animar al desarrollo de un trayecto de flujo consistente de fluido y solidos que salen del impulsor durante el uso.
En algunas realizaciones, el alabe de grna de descarga puede ser generalmente de la misma forma y anchura que los alabes de bombeo principales cuando son vistos en una seccion transversal horizontal.
En un noveno aspecto, se han descrito realizaciones de un metodo de actualizacion de un alabe de grna de entrada en un impulsor del tipo definido bien en el primer o segundo aspectos, donde el alabe de grna es un saliente de una cara lateral del alabe de bombeo con que esta asociado y que se extiende a un paso de descarga respectivo, comprendiendo el metodo la operacion de:
- retirar un alabe de grna cuando se convierte en un componente desgastado; y
- a continuacion ajustar un alabe de grna de reemplazo sin desgastar al impulsor.
En un decimo aspecto, se han descrito realizaciones de un impulsor que incluye al menos una envolvente que tiene una cara principal con un borde periferico exterior y un eje central, sobresaliendo una pluralidad de alabes de bombeo desde la cara principal de la envolvente, estando dispuestos los alabes de bombeo en relacion separada sobre la cara principal que proporciona un paso de descarga entre los alabes de bombeo adyacentes, incluyendo cada alabe de bombeo un borde anterior en la region del eje central y un borde posterior en la region del borde periferico de la envolvente con un paso entre los alabes de bombeo adyacentes, comprendiendo cada alabe de bombeo caras laterales opuestas que se extienden entre los bordes laterales anterior y posterior del alabe, teniendo uno o mas de los alabes de bombeo uno o mas alabes de grna de entrada asociados con ellos y uno o mas pasos que tienen uno o mas alabes de grna de descarga asociados con ellos, el alabe o cada alabe de grna de descarga ubicado en la cara principal de al menos una de la envolvente o de cada una de las envolventes.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
No obstante se describiran a continuacion cualesquiera otras formas que pueden caer dentro del marco del metodo y aparato como se ha establecido en el resumen, realizaciones especficas del metodo y aparato, a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La fig. 1 ilustra una vista isometrica esquematica, ejemplar de un impulsor de bomba de acuerdo con una realizacion;
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La fig. 2 ilustra otra vista isometrica del impulsor mostrado en la fig. 1, que muestra mas detalle del lado inferior;
La fig. 3 ilustra un alzado lateral de un impulsor mostrado en las figs. 1 y 2;
La fig. 4 ilustra una vista en seccion del impulsor mostrado en las figs. 1 a 3 cuando es seccionado a traves de la mitad del cuerpo del impulsor entre las envolventes;
La fig. 5 ilustra una vista isometrica esquematica, ejemplar de un impulsor de acuerdo con otra realizacion;
La fig. 6 ilustra un alzado lateral del impulsor mostrado en la fig. 5;
La fig. 7 ilustra una vista en seccion del impulsor mostrado en las figs. 5 y 6 cuando es seccionado a traves de la mitad
del cuerpo del impulsor entre las envolventes;
La fig. 8 ilustra una vista ejemplar en seccion de un impulsor de acuerdo con otra realizacion;
La fig. 9 ilustra una vista en seccion parcial, ejemplar de un impulsor de acuerdo con otra realizacion, que es ilustrado en
combinacion con una realizacion de un componente de entrada de la bomba;
La fig. 10 ilustra otra vista en seccion del impulsor y del componente de entrada de bomba mostrados en la fig. 9;
La fig. 11 ilustra una vista en perspectiva del impulsor mostrado en las figs. 9 y 10 desde el lado de entrada;
La fig. 12 ilustra una vista en perspectiva del impulsor mostrado en las figs. 9 a 11 desde el lado posterior;
La fig. 13 ilustra un alzado lateral frontal del impulsor mostrado en las figs. 9 a 12;
La fig. 14 ilustra un alzado lateral posterior del impulsor mostrado en las figs. 9 a 13; y La fig. 15 ilustra un alzado lateral del impulsor mostrado en las figs. 9 a 14;
La fig. 16 ilustra una vista en seccion del impulsor mostrado en las figs. 9 a 15 cuando es seccionado a traves del cuerpo del impulsor para cortar a traves de los alabes de bombeo y de los alabes de grna de descarga;
La fig. 17 ilustra una vista isometrica esquematica, ejemplar de un impulsor de acuerdo con otra realizacion;
La fig. 18 ilustra un alzado lateral del impulsor mostrado en la fig. 17;
Las figs. 19a y 19b ilustran algunos resultados de simulacion computacional experimental para flujo de fluido en la realizacion del impulsor que se ha mostrado en los dibujos;
Las figs. 20a y 20b ilustran algunos resultados de simulacion computacional realizacion del impulsor que se ha mostrado en los dibujos;
Las figs. 21a y 21b ilustran algunos resultados de simulacion computacional realizacion del impulsor que se ha mostrado en los dibujos;
Las figs. 22a y 22b ilustran algunos resultados de simulacion computacional realizacion del impulsor que se ha mostrado en los dibujos;
Las figs. 23a y 23b ilustran algunos resultados de simulacion computacional realizacion del impulsor que se ha mostrado en los dibujos;
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES ESPEdFICAS
Con referencia ahora a las figs. 1 a 4, se ha mostrado una realizacion de un impulsor 10 en la que el impulsor comprende una envolvente frontal 12 y una envolvente posterior 14 que tienen cada una la forma de un disco generalmente plano, teniendo cada disco una cara interior principal 13, 15 respectiva, una cara exterior 21,22 respectiva y un borde periferico exterior 16, 17 respectivo. Un cubo 11 se extiende desde una cara exterior 22 de la envolvente posterior 14, estando el cubo 11 conectado operativamente a un arbol de transmision (no mostrado) para provocar la rotacion del impulsor alrededor de su eje central X-X (fig. 3).
Una entrada 18 del impulsor esta prevista en la envolvente frontal 12, siendo la entrada 18 coaxial con el eje central X-X que es el eje de rotacion del impulsor 10 en uso. Cuatro alabes de bombeo 30 se extienden entre las caras interiores principales 13, 15 opuestas de las envolventes 12, 14, y estan espaciados uniformemente alrededor de las caras principales 13, 15 de dichas envolventes 12, 14. Como se ha mostrado en la fig. 4 cada alabe de bombeo 30 es generalmente arqueado en seccion transversal e incluye un borde anterior interior 32 y un borde posterior exterior 34 y caras laterales opuestas 35 y 36, siendo la cara lateral 35 un lado de bombeo o presion. Los alabes estan indicados normalmente como alabes curvados hacia atras cuando son vistos con el sentido de rotacion. Hay previstos pasos de
experimental para el flujo de fluido en la experimental para el flujo de fluido en la experimental para el flujo de fluido en la experimental para el flujo de fluido en la
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descarga 19 entre los alabes de bombeo adyacentes 30 a traves de los cuales pasa el material desde la entrada 18 del impulsor. Cada paso 19 tiene una region de entrada 24 y una region de salida 25 ubicada en el borde periferico exterior 16, 17 de las envolventes 12, 14 desde las que el lodo pasa a la descarga de bomba. La region de descarga 25 es mas amplia que la region de entrada 24 de manera que el paso 19 tiene generalmente forma de V. Los numeros de referencia que identifican las distintas caractensticas descritas antes han sido solamente indicados sobre uno de los alabes 30 con proposito de claridad.
Cada alabe de bombeo 30 tiene asociado con el dos salientes a modo de tira que actuan como alabes de grna 41,42 de entrada de lodo. Cada uno de estos alabes de grna 41, 42 de entrada sobresale desde una cara lateral 35, 36 respectiva del alabe de bombeo 30. Cada alabe de grna 41 y 42 de entrada esta dispuesto de manera central sobre las caras laterales 35 y 36 respectivas del alabe de bombeo 30 con el que esta asociado y tiene la forma de un saliente alargado que en sf mismo tiene una extremidad interior 43 ubicada mas cerca al borde anterior interior 32 del alabe de bombeo 30, y una extremidad exterior 44 ubicada aproximadamente a mitad de camino a lo largo de una cara lateral 35, 36 respectiva. En otras realizaciones el o los alabes de grna pueden ser tiras mas largas o mas cortas de las que se han mostrado en estas figuras.
Cada alabe de grna 41, 42 de entrada tiene una altura de aproximadamente el 57% del grosor transversal del alabe de bombeo 30 cuando es visto en seccion transversal, aunque en otras realizaciones la altura del alabe de grna puede estar entre el 50% al 100% de dicho grosor transversal del alabe de bombeo. Cada alabe de grna 41, 42 es de altura generalmente constante a lo largo de su longitud, aunque en otras realizaciones el alabe de grna puede ser afilado en su forma. Los alabes de grna 41, 42 mostrados son del grosor que es de aproximadamente el 55% del grosor transversal medio del alabe de bombeo 30, aunque esto puede ser variado en otras realizaciones.
El efecto de los alabes de grna es cambiar el flujo de recirculacion y las caractensticas de la bomba porque los pasos son mas pequenos en la region de los alabes, reduciendo por tanto la oportunidad de las corrientes de fluido de mezclarse y recircular otra vez a la entrada del impulsor.
En otras realizaciones, los alabes de grna de entrada pueden estar formados como una ranura o rebaje que esta ubicado de modo que se extienda al material del alabe de bombeo. Tales ranuras pueden actuar tambien como pasos de orientacion de fluido de la misma manera que los alabes de grna de entrada que estan asentados de forma protuberante de una cara lateral de alabe de bombeo.
Se han previsto tambien realizaciones con cualquier combinacion de alabes de grna de entrada en la forma de rebajes o salientes ubicados en los alabes de bombeo en la region de la region de entrada de los pasos de descarga.
Aun en otras realizaciones, los alabes de grna de entrada no necesitan estar ubicados generalmente de forma central sobre la cara del alabe de bombeo, pero pueden estar ubicados mas cerca de una u otra de las mordazas, dependiendo de las circunstancias.
Aun en otras realizaciones, los alabes de grna de entrada no necesitan extenderse sobre la mitad del camino a lo largo de una cara lateral respectiva de un alabe de bombeo pero pueden extenderse durante una distancia mas corta o mas larga que esta, dependiendo del fluido o lodo que ha de ser bombeado.
Aun en otras realizaciones, puede haber mas de un alabe de grna de entrada por cara lateral de un alabe de bombeo, o en algunos casos no haber ningun alabe de grna de entrada sobre una de las caras laterales opuestas de cualquiera de los dos alabes de bombeo que definen un paso de descarga.
De acuerdo con ciertas realizaciones, se ha ilustrado un impulsor 10A ejemplar en las figs. 5 a 7. Por conveniencia los mismos numeros de referencia han sido utilizados ahora para identificar las mismas partes descritas con referencia a las figs. 1 a 4. Aqrn el impulsor 10A no tiene alabes de grna de entrada pero tiene una pluralidad de alabes de grna de descarga (o paletas) 50, 51.
Los alabes de grna 50, 51 de descarga tienen forma de salientes alargados, con la parte superior plana que tienen generalmente forma de salchicha en seccion transversal. Los alabes de descarga 50, 51 se extienden respectivamente desde las caras principales 13, 15 de las envolventes 12, 14 respectivas y estan dispuestos entre dos alabes de bombeo adyacentes 30. Los alabes de grna 50, 51 de descarga tienen una extremidad exterior 53, 54 respectiva que esta ubicada adyacente al borde periferico exterior 16, 17 de las envolventes 12, 14 respectivas. Los alabes de grna 50, 51 de descarga tienen tambien una extremidad interior 55, 56 que esta ubicada en algun lugar a mitad de camino de un paso 19 respectivo. Como se ha visto en la fig. 7, las extremidades interiores 55, 56 de los alabes de grna 50, 51 de descarga estan separadas en una cierta distancia desde el eje central X-X del impulsor 10A. Los alabes de grna 50, 51 de descarga que estan asociados con cada paso 19 estan enfrentados entre sf, estando sus superficies exteriores separadas.
Cada alabe de grna 50, 51 de descarga mostrado tiene una altura de aproximadamente el 33% de la anchura del alabe de bombeo 30, aunque en otras realizaciones la altura del alabe de grna puede estar entre el 5% al 50% de dicha anchura del alabe de bombeo (distancia entre las envolventes 12, 14). Cada alabe de grna 50, 51 es de altura generalmente constante a lo largo de su longitud, aunque en otras realizaciones el alabe de grna 50, 51 puede ser afilado
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en altura y tambien afilado en anchura.
Aun en otras realizaciones, los alabes de gma de descarga no necesitan estar ubicados generalmente de forma central entre los alabes de bombeo respectivos sobre la cara interior principal de la envolvente, pero pueden estar ubicados mas cerca de uno u otro de los alabes de bombeo 30, dependiendo de las circunstancias.
Aun en otras realizaciones, los alabes de gma de descarga pueden extenderse durante una distancia mas corta o mas larga al paso de descarga que esta mostrado en las realizaciones de las figs. 4 a 8, dependiendo del fluido o lodo que ha de ser bombeado.
Aun en otras realizaciones, puede haber mas de un alabe de gma de descarga por cara principal interior de la envolvente, o en algunos casos puede no haber ningun alabe de gma de descarga sobre una de las caras principales interiores opuestas de cualquiera de las dos envolventes que definen un paso de descarga.
Aun en otras realizaciones, los alabes de gma de descarga pueden ser de una anchura en seccion transversal diferente a los alabes de bombeo principales, y pueden no ser incluso necesariamente alargados, en tanto en cuanto sea conseguido el efecto deseado sobre el flujo de lodo en la descarga del impulsor.
Se cree que los alabes de gma de descarga reduciran el potencial para que los flujos de tipo vortice de alta velocidad formen flujos bajos. Esto reduce el potencial de que las partfculas se desgasten en las envolventes frontal o posterior dando como resultado por tanto cavidades de desgaste en las que los flujos de tipo vortice podnan originarse y desarrollarse. Los alabes de gma reduciran tambien la mezcla de las regiones de flujo divididas en la salida intermedia del impulsor al diseno de flujo que gira ya en la voluta. Se tiene la sensacion de que los alabes de gma de descarga suavizaran y reduciran la turbulencia del flujo del impulsor en la carcasa o voluta de la bomba.
Con referencia a la fig. 8 de los dibujos se ha mostrado una realizacion ejemplar de un impulsor 10B que comprende tanto los alabes de gma 41 y 42 de entrada como los alabes de gma 50 y 51 de descarga en combinacion.
Con referencia a las figs. 9 a 16, otro impulsor ejemplar 10C es mostrado de acuerdo con ciertas realizaciones en que el impulsor comprende una envolvente frontal 12 y una envolvente posterior 14 que tienen cada una la forma de un disco generalmente plano, teniendo cada disco una cara interior principal 13, 15 respectiva, una cara exterior 21, 22 respectiva y un borde periferico exterior 16, 17 respectivo. Un cubo 11 se extiende desde una cara exterior de la envolvente posterior 14, estando el cubo 11 conectado operativamente a un arbol de transmision (no mostrado) para provocar la rotacion del impulsor alrededor de su eje central X-X. Las figs. 9 y 10 ilustran la posicion del impulsor con el componente 60 de entrada de la bomba.
Una entrada 18 del impulsor esta prevista en la envolvente frontal 12, siendo la entrada coaxial con el eje central X-X que es el eje de rotacion del impulsor en uso. Cuatro alabes de bombeo 30 se extienden entre las caras interiores principales 13, 15 opuestas de las envolventes 12, 14 y estan espaciadas incluso alrededor de las caras principales de dichas envolventes 12, 14. Como se ha mostrado en la fig. 16 cada alabe de bombeo 30 es generalmente arqueado en seccion transversal e incluye, un borde anterior interior 32 y un borde posterior exterior 34 y caras laterales 35 y 36 opuestas. Los pasos de descarga 19 estan previstos entre los alabes de bombeo 30 adyacentes a traves de los cuales pasa material desde la entrada del impulsor 18. Como con las realizaciones previamente descritas, cada paso 19 tiene una region de entrada 24 y una region de descarga 25 ubicada en el borde periferico exterior 16, 17 de las envolventes 12, 14 a partir de las cuales pasa el lodo a la descarga de la bomba. La region de descarga 25 puede ser mas amplia que la region de entrada 24 de manera que el paso 19 tiene generalmente forma de V. Los numeros de referencia que identifican las distintas caractensticas descritas antes han sido indicados solamente sobre uno de los alabes 30 por motivos de claridad.
En esta ilustracion ejemplar particular, el impulsor 10C no tiene alabes de gma de entrada pero tiene una pluralidad de alabes de gma 51 de descarga. Los alabes de gma 51 de descarga tienen la forma de salientes alargados, con la parte superior plana que tiene generalmente forma de salchicha en seccion transversal y afilada en ambas extremidades. Los alabes de descarga 51 se extienden respectivamente desde la cara principal 15 de la envolvente posterior 14 y estan dispuestos entre dos alabes de bombeo adyacentes 30. Los alabes de gma 51 de descarga tienen una extremidad exterior 54 respectiva, que esta ubicada adyacente al borde periferico exterior de la envolvente 14. Los alabes de gma 51 de descarga tienen tambien una extremidad interior 56, que esta ubicada en algun lugar a mitad de camino en un paso 19 respectivo. Las extremidades interiores 56, de los alabes de gma 51 de descarga estan espaciadas a alguna distancia desde el eje central X-X del impulsor 10C.
Cada alabe de gma 51 de descarga no mostrado tiene una altura de aproximadamente el 33% de la anchura del alabe de bombeo 30 del impulsor, aunque en otras realizaciones la altura del alabe de gma puede estar entre el 5% al 50% de dicha anchura de alabe de gma (distancia entre las envolventes). Cada alabe de gma 51 es de altura generalmente constante a lo largo de su longitud, aunque en otras realizaciones el alabe de gma puede ser afilado en altura y tambien afilado en anchura. Como es aparente desde los dibujos, los alabes de gma 51 de descarga pueden tener bordes perifericos biselados.
Como se ha mostrado en las figs. 9 a 16 los alabes de gma de descarga estan dispuestos dentro de cada paso 19
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respectivo de modo que esten separados de una cara 35 de alabe de bombeo respectiva de la cual esta mas cerca en aproximadamente un grosor D1 de alabe de gma de descarga en el paso 19. El grosor D1 del alabe de gma de descarga y la distancia separada D2 desde la cara de alabe de bombeo 35 son mostradas en la fig. 9, 10 y 16, en que D1 y D2 son aproximadamente equivalentes en dimension. En este caso los alabes del impulsor se extienden a una altura de aproximadamente el 33% de la anchura del alabe de bombeo del impulsor. El impulsor 10C corresponde con la realizacion descrita en la fig. 4 de esta memoria.
El impulsor 10C incluye ademas los alabes del impulsor o auxiliares 57, 58 sobre las caras exteriores 21, 22 respectivas de las envolventes 12, 14. Algunos de los alabes 58 sobre la envolvente posterior tienen diferentes anchuras. Como es evidente desde los dibujos, los alabes del impulsor tienen bordes biselados.
Con referencia a las figs. 17 y 18, se ha mostrado otro impulsor ejemplar 10D de acuerdo con ciertas realizaciones en que el impulsor comprende una envolvente frontal 12 y una envolvente posterior 14 que tienen cada una la forma de un disco generalmente plano, teniendo cada disco una cara interior principal 13, 15 respectiva, una cara exterior 21, 22 respectiva y un borde periferico exterior 16, 17 respectivo. Estas caracterfsticas son ilustradas en la fig. 17. Un cubo 11 se extiende desde una cara exterior de la envolvente posterior 14, estando el cubo 11 conectado operativamente a un arbol de transmision (no mostrado) para provocar la rotacion del impulsor alrededor de su eje central X-X. En todos los aspectos el impulsor 10D es el mismo que el impulsor 10C mostrado en las figs. 9 a 16 con la excepcion de que los alabes 57 del impulsor de la envolvente frontal tienen una forma de diseno y biselado de borde diferentes, y no hay envolvente posterior presente en los alabes del impulsor.
SIMULACION EXPERIMENTAL
Experimentos computacionales fueron llevados a cabo para simular el flujo en los distintos disenos de impulsor descritos aqrn, utilizando el software comercial ANSYS CFX. Este software aplica metodos de Dinamica de Fluido Computacional (CFD) para resolver el campo de velocidad para el fluido que esta siendo bombeado. El software es capaz de resolver muchas otras variables de interes, sin embargo la velocidad es la variable que es relevante para las figuras mostradas aqrn.
Por cada experimento CFD, los resultados son procesados posteriormente utilizando el modulo correspondiente de CFX. Las figuras muestran vistas en seccion transversal de cuatro planos A, B, C YD que cortan el diseno del impulsor relevante perpendicular a su eje de rotacion a la misma profundidad para cada experimento. Los vectores de velocidad se representan en estos cuatro planos para analizar como el fluido y las partfculas de lodo se mueven a traves del canal formado entre los alabes de bombeo del impulsor. El tamano de estos vectores junto con su densidad de distribucion indica la magnitud del parametro de velocidad, y los disenos del vector curvado indican generalmente la presencia de vortices.
Los vectores de velocidad son representados en estos planos para analizar como las partfculas de fluido se mueven a traves del canal formado entre los alabes de bombeo del impulsor.
Experimento 1
Como se ha mostrado en la fig. 19 (a) y 19(b) un impulsor estandar ("referencia”) esta mostrado que tiene una envolvente frontal y una envolvente posterior y cuatro alabes de bombeo del impulsor que se extienden entre las caras principales interiores de las envolventes. Este impulsor no tiene ningun alabe de gma de descarga dispuesto dentro de un paso respectivo, o que sobresale desde la cara principal de una de las envolventes.
La vista lateral del impulsor mostrada en las figs. 19(a) y 19(b) muestra la posicion de los cuatro planos A, B, C y D que cortan el diseno del impulsor relevante perpendicular a su eje de rotacion.
El plano A esta colocado a una altura sobre la envolvente posterior que es menor de aproximadamente el 35% de la anchura del alabe de bombeo (donde la anchura del alabe de bombeo se define como la distancia entre las envolventes frontal y posterior del impulsor).
El plano B esta colocado a una altura por encima de la envolvente posterior que es menor de aproximadamente el 50% de la anchura del alabe de bombeo.
El plano C esta colocado a una altura por encima de la envolvente posterior que esta ubicada a mas del 50% pero menos del 65% de la anchura del alabe de bombeo (y a mitad de camino de las envolventes frontal y posterior).
El plano D esta colocado a una altura por encima de la envolvente posterior que es mas de aproximadamente el 65% de la anchura del alabe de bombeo.
Los resultados del Experimento 1 pueden ser vistos por referencia a los vectores de velocidad representados en las figs. 19(a) y 19(b), que son etiquetados como Plano A, Plano B, Plano C y Plano D. El tamano de estos vectores junto con su densidad de distribucion indica la magnitud del parametro de velocidad y la presencia de vortices. El area importante a mirar en esta es la region ubicada enfrente de la superfine de region (o cara de bombeo) de cada uno de los alabes de
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bombeo, y que se extiende al paso de descarga de flujo entre los alabes de bombeo. El area relevante esta indicada en cada vector de velocidad representado por la flecha pequena.
Como puede verse en las figs. 19(a) y 19(b), si pensamos que el nucleo del vortice, es un cuerpo conico, su diametro se reduce notablemente cuando nos aproximamos a la envolvente frontal (moviendonos desde el Plano A al Plano D). Esto es la condicion de operacion de referencia.
Experimento 2
Como se ha mostrado en las figs. 20(a) y 20(b) esta mostrado un impulsor que tiene una envolvente frontal y una envolvente posterior y cuatro alabes de bombeo del impulsor que se extienden entre las caras principales interiores de las envolventes. Los alabes de bombeo principales en los Experimentos 2 a 5 son todos identicos a los mostrados en el Experimento 1. Este impulsor tiene alabes de grna de descarga dispuestos dentro de cada paso respectivo, sobresaliendo de la cara principal interior tanto de la envolvente frontal como de la envolvente posterior y colocados a mitad de camino a traves de la anchura del paso entre dos alabes de bombeo. En este caso los alabes del impulsor se extienden a una altura de aproximadamente el 33% de la anchura del alabe de bombeo del impulsor. Este impulsor corresponde con la realizacion mostrada en las figs. 5, 6 y 7 de esta memoria.
La vista lateral del impulsor mostrada en las figs. 20(a) y 20(b) muestra la posicion de los cuatro planos A, B, C Y D que cortan el diseno del impulsor relevante perpendicular a su eje de rotacion en las mismas posiciones como se ha mostrado en el Experimento 1.
Los resultados del Experimento 2 pueden ser vistos por referencia a los vectores de velocidad representados en las figs. 20(a) y 20(b), que son etiquetados como Plano A, Plano B, Plano C y Plano D. El tamano de estos vectores junto con su densidad de distribucion indica la magnitud del parametro de velocidad y la presencia de vortices. El area importante a mirar es la region ubicada enfrente de la superficie de presion (o cara de bombeo) de cada uno de los alabes de bombeo, que se extiende al paso de descarga de flujo entre los alabes de bombeo. El area relevante esta indicada en cada vector de velocidad representada por la flecha pequena.
Como puede ser visto en las figs. 20(a) y 20(b), si pensamos en el nucleo del vortice como un cuerpo conico, los alabes de grna de descarga en las posiciones mostradas se esperaba que actuaran en cierto grado sobre el nucleo del vortice para confinar su separacion de la cara de bombeo del alabe de bombeo, sin embargo los datos del vector de velocidad representados muestran que la accion de estos alabes de grna de descarga duales es minima. Esto puede ser visto por comparacion de los resultados de las figs. 19(a) y 19(b) con las figs. 20(a) y 20(b) respectivamente.
Experimento 3
Como se ha mostrado en la fig. 21(a) y 21(b) un impulsor esta mostrado que tiene una envolvente frontal y una envolvente posterior y cuatro alabes de bombeo del impulsor que se extienden entre las caras principales interiores de las envolventes. Este impulsor tiene alabes de grna de descarga dispuestos dentro de cada paso respectivo, sobresaliendo desde la cara principal interior tanto de la envolvente frontal como de la envolvente posterior y espaciados desde un alabe de bombeo respectivo del que esta mas cerca en aproximadamente un grosor de alabe de grna de descarga en el paso. En este caso el alabe del impulsor se extiende a una altura aproximadamente el 33% de la anchura del alabe de bombeo del impulsor.
La vista lateral del impulsor mostrado en las figs. 21(a) y 21(b) muestra la posicion de los cuatro planos A, B, C Y D que cortan el diseno del impulsor relevante perpendicular a su eje de rotacion en las mismas posiciones como se ha mostrado en el Experimento 1.
Los resultados del Experimento 3 pueden ser vistos por referencia a los vectores de velocidad representados en las figs. 21(a) y 21(b), que son etiquetados como Plano A, Plano B, Plano C y Plano D. El tamano de estos vectores junto con su densidad de distribucion indica la magnitud del parametro de velocidad y la presencia de los vortices. El area importante a mirar es la region ubicada enfrente de la superficie de presion (o cara de bombeo) de cada uno de los alabes de bombeo, y que se extiende al paso de descarga de flujo entre los alabes de bombeo. El area relevante es indicada en cada vector de velocidad representado por la flecha pequena.
Como puede ser visto en las figs. 21(a) y 21(b), el alabe de grna de descarga (o paleta) que esta colocado mas cerca del alabe de bombeo muestra un efecto mejorado sobre el nucleo del vortice. Es decir, en la region de la envolvente posterior los vortices estan confinados por la presencia del alabe de grna de descarga. Sin embargo, como puede ser visto en comparacion con la fig. 20(b), Plano D, hay muy poca diferencia entre la condicion de los vortices enfrente de los alabes de bombeo en este Experimento 3 cuando es comparado con el Experimento 2. Esto significa que el alabe de grna de descarga que esta ubicado sobre la envolvente frontal y que esta en estrecha proximidad con el alabe de bombeo solamente tiene un pequeno efecto sobre el confinamiento de los vortices. Los inventores creen que este resultado es probablemente debido al diametro del nucleo mas pequeno del vortice en esta ubicacion de la envolvente frontal.
Experimento 4
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Como se ha mostrado en la fig. 22(a) y 22(b) un impulsor esta mostrado que tiene una envolvente frontal y una envolvente posterior y cuatro alabes de bombeo del impulsor que se extienden entre las caras principales interiores de las envolventes. Este impulsor tiene alabes de gma de descarga dispuestos dentro de cada paso respectivo, sobresaliendo desde la cara principal interior de la envolvente posterior solamente y espaciados desde un alabe de bombeo respectivo del que esta mas cerca en aproximadamente un grosor de alabe de gma de descarga en el paso. En este caso los alabes del impulsor se extienden en una altura de aproximadamente el 33% de la anchura del alabe de bombeo del impulsor. Este impulsor corresponde con la realizacion mostrada en las figs. 9 a 16 de esta memoria.
La vista lateral del impulsor mostrado en las figs. 22(a) y 22(b) muestra la posicion de los cuatro planos A, B, C y D que cortan el diseno del impulsor relevante perpendicular a su eje de rotacion en las mismas posiciones como se ha mostrado en el Experimento 1.
El resultado del Experimento 4 puede ser visto por referencia a los vectores de velocidad representados en las figs. 22(a) y 22(b), que son etiquetados como Plano A, Plano B, Plano C y Plano D. El tamano de estos vectores junto con su densidad de distribucion indica la magnitud del parametro de velocidad y la presencia de los vortices. El area importante a mirar es la region ubicada en la parte frontal de la superficie de presion (o cara de bombeo) de cada uno de los alabes de bombeo, y que se extiende al paso de descarga de flujo entre los alabes de bombeo. El area relevante es indicada en cada vector de velocidad representada por la flecha pequena.
Como puede ser visto en las figs. 22(a) y 22(b), hay muy poca diferencia entre la condicion de los vortices en la parte frontal de los alabes de bombeo en el Experimento 4 cuando es comparado con el Experimento 3. Esto significa que los alabes de gma de descarga sobre la envolvente frontal en el Experimento 3 tienen muy poco o ningun efecto sobre el confinamiento de los vortices. El Experimento 4 aparecena por tanto para ser la disposicion de diseno optimo que minimiza la complejidad del diseno del impulsor mientras que maximiza aun el efecto de confinamiento sobre los vortices.
Experimento 5
Como se ha mostrado en la fig. 23(a) y 23(b) un impulsor esta mostrado que tiene una envolvente frontal y una envolvente posterior y cuatro alabes de bombeo del impulsor que se extienden entre las caras principales interiores de las envolventes. Este impulsor tiene alabes de gma de descarga dispuestos dentro de cada paso respectivo, sobresaliendo desde la cara principal interior de la envolvente posterior solamente espaciada desde un alabe de bombeo respectivo del que esta mas cerca en aproximadamente un grosor de alabe de gma de descarga en el paso. En este caso los alabes del impulsor se extienden a una altura de aproximadamente 50% de la anchura del alabe de bombeo del impulsor.
La vista lateral del impulsor mostrada en las figs. 23(a) y 23(b) muestra la posicion de los cuatro planos A, B, C y D que cortan el diseno del impulsor relevante perpendicular a su eje de rotacion en las mismas posiciones que se ha mostrado en el Experimento 1.
El resultado del Experimento 5 puede ser visto por referencia a los vectores de velocidad representados en las figs. 23(a) y 23(b), que son etiquetados como Plano A, Plano B, Plano C y Plano D. El tamano de estos vectores junto con su densidad de distribucion indica la magnitud del parametro de velocidad y la presencia de los vortices. El area importante a mirar es la region ubicada enfrente de la superficie de presion (o cara de bombeo) de cada uno de los alabes de bombeo, y que se extiende al paso de descarga de flujo entre los alabes de bombeo. El area relevante es indicada en cada vector de velocidad representado por la flecha pequena.
Como puede ser visto en las figs. 23(a) y 23(b), los alabes de gma de envolvente posterior extendidos actuan sobre el vortice como se ha mostrado en los Planos A y B, y se esperaba que confinaran su separacion desde la cara de bombeo del alabe de bombeo. Sin embargo, los datos del vector de velocidad representados muestran que la accion de alabes de gma de altura incrementada es minima sobre el nucleo del vortice cuando es comparada con los resultados mostrados en una posicion equivalente en el Experimento 4. Esto puede ser visto por comparacion con las figs. 22(a) y 22(b). Sin embargo los inventores descubrieron que la presencia de un alabe de gma mayor realmente reduda la eficiencia de la combinacion impulsor/bomba, lo que significa que este diseno es sub-optimo.
Los inventores creen que tanto los alabes de gma de entrada como de descarga mejoraran el rendimiento reduciendo la turbulencia dentro del flujo principal y ayudaran tambien a reducir la cantidad de recirculacion, especialmente cuando el alabe de gma de descarga esta mas cerca de la cara lateral de presion o bombeo del alabe de bombeo adyacente mas cercano. Estos efectos reduciran las perdidas de energfa dentro del impulsor de la bomba y mejoran por tanto el rendimiento total de la bomba en terminos de carga de presion y eficiencia de una bomba para lodo sobre un rango de flujo mas amplio a partir de flujos de bajos a altos. El rendimiento mejorado sobre un amplio rango de flujos proporcionara tambien menos desgaste total dentro de la bomba mejorando por tanto la vida operativa util de la bomba para lodo.
Los materiales utilizados para los impulsores descritos aqm pueden ser seleccionados a partir de materiales que son adecuados para dar forma, conformar o ajustar como se ha descrito, incluyendo metales pesados que son de elevado contenido en cromo o metales que han sido tratados (por ejemplo, templados) de tal modo que incluya una microestructura de metal endurecido. Los impulsores podnan ser fabricados tambien de materiales resistentes tales
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como materiales ceramicos, incluso hechos de material de goma dura.
Cualquiera de las reivindicaciones del impulsor descrito en este documento encuentran uso en una bomba centnfuga para lodo del tipo en voluta. Tales bombas que comprende normalmente una carcasa de bomba que tiene una region de entrada y una region de descarga, y el impulsor es colocado dentro de la carcasa de la bomba y es hecho girar en ella por un arbol de transmision motorizado que esta conectado de manera axial al impulsor. Como el impulsor es normalmente una parte que se desgasta, a continuacion periodicamente la carcasa de la bomba es abierta y el impulsor desgastado es retirado y descartado y es reemplazado por un impulsor sin desgastar que puede ser del tipo descrito aqrn. El impulsor desgastado puede ser de un diseno diferente al nuevo impulsor sin desgastar, el impulsor sin desgastar es intercambiable con el espacio dentro de la carcasa de la bomba y la conexion axial al arbol de transmision.
En algunas realizaciones el impulsor es un producto colado hecho de metal fundido solidificado. Este proceso de colada implica verter el metal fundido en un molde y permitir que el metal se enfne y se solidifique para formar la forma del impulsor requerida. La complejidad del proceso de colada depende en cierta medida de la forma y configuracion del molde del impulsor, necesitando en algunos casos tecnicas especiales para introducir el metal fundido y separar el producto colado del molde.
En algunas realizaciones del impulsor es posible retirar y actualizar un alabe de grna de entrada o descarga desgastado desde su posicion sobre el alabe de bombeo respectivo o envolvente despues de un periodo de uso o, por ejemplo, si uno de los alabes se ha roto durante el uso. Dependiendo del material de fabricacion, el impulsor puede ser reparado soldando, pegando o de alguna otra forma de fijacion mecanica del alabe de grna de reemplazo.
La referencia en esta memoria a cualquier publicacion anterior (o informacion derivada de ella), o a cualquier asunto que es conocido, no es, y no debena ser tomada como un reconocimiento o admision o cualquier forma de sugerencia que la publicacion anterior (o informacion derivada de ella) u objeto conocido forma parte del conocimiento general comun en el campo de intento al cual se refiere esta memoria.
A lo largo de esta memoria y de las reivindicaciones siguientes, a menos que el contexto requiera lo contrario, la palabra "comprender", y variaciones tales como "comprende" o "comprendiendo", seran entendidas como que implican la inclusion de un numero entero u operacion o grupo de numeros enteros u operaciones establecidos pero no la exclusion de cualquier otro numero entero u operacion o grupo de numeros enteros u operaciones.
En la descripcion anterior de las realizaciones preferidas, se ha recurrido a la terminologfa espedfica con propositos de claridad. Sin embargo, el invento no pretende estar limitado a los terminos espedficos asf seleccionados, y ha de entenderse que cada termino espedfico incluye todos los equivalentes tecnicos que funcionan de una manera similar para conseguir un proposito tecnico similar. Los terminos tales como "frontal", "posterior" y similares son utilizados como palabras de conveniencia para proporcionar puntos de referencia y no han de ser construidos como terminos limitativos.

Claims (18)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un impulsor (10) de bomba para lodo que incluye una envolvente frontal (12) y una envolvente posterior (14) teniendo cada una de ellas una cara principal interior (13, 15) con un borde periferico exterior (16, 17) y un eje central (X-X), una pluralidad de alabes de bombeo (30) que se extienden entre las caras principales interiores (13, 15) de las envolventes (12, 14), estando dispuestos los alabes de bombeo (30) en relacion separada, incluyendo cada alabe de bombeo (30) caras laterales principales (35, 36) opuestas una de las cuales es una cara lateral de bombeo o presion (35), un borde anterior en la region del eje central X-X y un borde posterior en la region de los bordes perifericos exteriores (16, 17) de las envolventes (12, 14) con un paso (19) entre los alabes de bombeo adyacentes (30) y teniendo cada paso (19) asociado con el un alabe de grna (50, 51) de descarga, caracterizado por que cada alabe de grna de descarga esta dispuesto dentro de un paso (19) respectivo y ubicado mas cerca de la cara lateral (35) de bombeo o presion del alabe de bombeo adyacente (30) mas cercana y sobresale desde la cara principal interior (13, 15) de al menos una o cada una de las envolventes (12, 14).
  2. 2. Un impulsor de bomba para lodo segun la reivindicacion 1, en que cada alabe de grna (50, 51) de descarga tiene una extremidad exterior adyacente al borde periferico (16, 17) de una de las envolventes (12, 14), extendiendose el alabe de descarga (50, 51) hacia dentro y terminando en una extremidad interior que esta entre el eje central X-X y el borde periferico (16, 17) de las envolventes (12, 14) con la que esta asociado.
  3. 3. Un impulsor de bomba para lodo segun la reivindicacion 2, en que cada alabe de grna (50, 51) de descarga es de longitud mas corta que el alabe de bombeo adyacente (30) de tal manera que el alabe de grna de descarga en uso no obstruye el flujo libre de material a traves del paso (19).
  4. 4. Un impulsor de bomba para lodo segun la reivindicacion 3, en que la longitud de cada alabe de grna (50, 51) de descarga es aproximadamente una tercera parte o menos de la longitud del alabe de bombeo adyacente (30).
  5. 5. Un impulsor de bomba para lodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en que cada uno de dicho alabe de grna de descarga (51) sobresale de la cara principal interior (15) de la envolvente posterior (14).
  6. 6. Un impulsor de bomba para lodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en que cada uno de dicho alabe de grna (50, 51) de descarga tiene una altura que va desde el 5 al 50 por ciento de la anchura del alabe de bombeo.
  7. 7. Un impulsor de bomba para lodo segun la reivindicacion 6, en que cada uno de dicho alabe de grna de descarga tiene una altura que va desde el 20 al 40 por ciento de la anchura del alabe de bombeo.
  8. 8. Un impulsor de bomba para lodo segun la reivindicacion 6 o la reivindicacion 7, en que cada uno de dicho alabe de grna de descarga tiene una altura de aproximadamente el 30 al 35 por ciento de la anchura del alabe de bombeo.
  9. 9. Un impulsor de bomba para lodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en que para al menos algo de su longitud de cada alabe de grna (50, 51) de descarga esta espaciado de un alabe de bombeo (30) respectivo del que esta mas cerca en una distancia que es aproximadamente igual al grosor maximo del alabe de grna de descarga.
  10. 10. Un impulsor de bomba para lodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en que cada alabe de grna (50, 51) de descarga es de una altura afilada.
  11. 11. Un impulsor de bomba para lodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en que cada alabe de grna (50, 51) de descarga es de una anchura afilada.
  12. 12. Un impulsor de bomba para lodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en que uno o mas de los pasos (19) tiene asociado con el uno o mas de los alabes de grna (41, 42) de entrada, extendiendose el o cada alabe de grna de entrada a lo largo de una cara lateral del alabe de bombeo y terminando en una extremidad que esta entre los bordes anterior y posterior del alabe de bombeo con el que esta asociado.
  13. 13. Un impulsor de bomba para lodo segun la reivindicacion 12 en el que cada alabe de grna (41, 42) de entrada es un saliente desde la cara principal del alabe de bombeo con el que esta asociado y que se extiende a un paso respectivo.
  14. 14. Un impulsor de bomba para lodo segun la reivindicacion 12 o 13 en que el o cada alabe de grna (41,42) de entrada es de una longitud mayor que su anchura y altura.
  15. 15. Un impulsor de bomba para lodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye ademas alabes auxiliares (57) sobre una capa exterior de una o mas de las envolventes.
  16. 16. Un impulsor de bomba para lodo segun la reivindicacion 15 en que dichos alabes auxiliares (57) tienen porciones de borde biselado.
  17. 17. Un impulsor de bomba para lodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en que el impulsor no tiene mas de cinco alabes de bombeo (30).
  18. 18. Un impulsor de bomba para lodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en que el alabe de gma (50, 51) de descarga se extiende desde una cara principal interior (13, 15) y termina cerca de otra cara principal (13, 15).
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