ES2612908T3 - Bomba centrífuga - Google Patents

Abstract

Una bomba centrífuga (10) que comprende: una carcasa (14) que tiene al menos una primera cámara sellada herméticamente (19), y al menos una segunda cámara (17) adyacente a dicha primera cámara, que define un pasadizo (18) para fluidos y que tiene una entrada (15) y una salida (16) para los fluidos, las cámaras primera y segunda están separadas entre sí por paredes; un estator (12) ubicado en dicha primera cámara (19); un conjunto rotor-turbina (11), con rotor y turbina, que puede ser inducido por el estator (12) para impulsar un fluido desde la entrada (15) a la salida (16), al menos una parte del conjunto (11) está posicionada concéntricamente con respecto al estator, el rotor y la turbina son integrales y se ubican totalmente en la segunda cámara (17), de modo que, en funcionamiento, se mantendrá al menos una película del fluido (13) alrededor de dicho conjunto (11), el conjunto rotor-turbina (11) está perforado a través, lo que define un pasadizo para la turbina dentro del rotor a través del que fluye el líquido bombeado. caracterizado por que la película de fluido soporta el conjunto rotor-turbina para impedir el contacto con las paredes de la segunda cámara.

Description

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DESCRIPCION

Bomba centnfuga

La presente invencion esta relacionada con una bomba, mas espedficamente, una hidraulica.

Descripcion de la tecnica anterior

Actualmente, hay diferentes tipos de bombas electromecanicas que se usan para impulsar fluidos, generalmente constituidas por una camara que contiene la parte electromagnetica, que comprende basicamente el estator y la armadura de rotor, asf como otra camara con una parte hidraulica, formada basicamente por la turbina hidraulica que impulsa el lfquido. Sin embargo, las camaras electromagneticas e hidraulicas necesitan estar aisladas entre sf para impedir que el lfquido llegue al estator y el rotor, que provocana cortocircuitos e incluso dano irreparable. As^ con el fin de lograr este aislamiento de las camaras y la transmision de movimiento de rotacion del rotor a la turbina hidraulica, se requieren varios aparatos mecanicos, tales como un eje, cojinetes de rodillos, munones de cojinete, sistemas de refrigeracion, juntas selladas hidraulicas, entre otros.

Los munones de cojinetes de rodillos, por ejemplo, tienen la funcion de soportar el eje de rotor, sobre el que se monta la jaula de rotor, de modo que, cuando el ultimo es inducido por fuerzas magneticas del estator, el rotor gira, ayudado por estos cojinetes. Por supuestos, los munones se lubrican con aceite o grasa para disminuir el rozamiento y el desgaste entre las partes en contacto.

Un extremo del eje de rotor se conecta a la turbina hidraulica, formada por palas, que, con la induccion del rotor, empieza un movimiento rotacional que impulsa el lfquido a bombear.

Para impedir que la temperatura del estator y el rotor alcance niveles no deseables durante su funcionamiento, se usan sistemas de refrigeracion externos, usualmente constituidos por ventiladores. Dichos sistemas de refrigeracion generalmente comprenden helices acopladas al extremo del eje de rotor, exteriores a la bomba y opuestas a la bomba hidraulica, que, aprovechando la rotacion del rotor, giran para enfriar el estator y el rotor.

Las bombas de la tecnica anterior dependen del funcionamiento perfecto de las juntas selladas mecanicas para impedir que el lfquido pase desde la camara hidraulica a la camara electromagnetica. Como ya se ha mencionado, este contacto no deseado del lfquido con el estator y el rotor puede provocar cortocircuitos, asf como una disminucion en la lubricacion de los munones, dando como resultado un posible gripado del rotor.

Por lo tanto, se puede verificar el hecho de que las bombas de la tecnica anterior tienen camaras hidraulicamente aisladas, en donde un rotor inducido, ubicado en una camara hermeticamente sellada, transmite rotacion por medio de su eje a una turbina hidraulica ubicada en otra camara de paso de lfquido, haciendo que sea necesario que estas bombas tengan varios mecanismos de sellado para impedir la aparicion de dano que incluso los podna volver inservibles. Adicionalmente, con el uso el desgaste consecuente de estos mecanismos, dichas bombas pierden su rendimiento mecanico. Asf, esa combinacion tiene el inconveniente de conllevar altos costes, porque implica piezas caras, un proceso de fabricacion complejo y mantenimiento constante para mantener dichas bombas en funcionamiento.

En vista de esto, el objetivo principal de la presente invencion es simplificar la composicion de una bomba tradicional eliminando juntas selladas, tales como juntas selladas mecanicas o empaquetaduras, asf como cojinetes de rodillos, ejes y sistemas de refrigeracion externos, tales como ventiladores, reduciendo de ese modo la posibilidad de que la bomba se dane. Esta nueva motobomba proporciona ademas refrigeracion del conjunto estator-rotor por la circulacion del propio fluido bombeado, como se describe en la solicitud de patente PI 0004206-4.

Adicionalmente, la invencion tambien tiene el objetivo de proporcionar una nueva bomba que sea mas compacta que las actuales, facil de fabricar y ensamblar, en virtud de su menor numero de componentes, dando asf como resultado mejor automatizacion y reduccion de costes.

Otro objetivo de la presente invencion es proporcionar una bomba que sea mas eficiente, esto es, que presente menor perdida de energfa.

Adicionalmente, la invencion pretende proporcionar una motobomba mas segura, mas protegida y anticorrosion, que permita inmersion e instalacion en ambientes que sean agresivos y sin refrigeracion.

Un objetivo adicional de la presente invencion es proporcionar una bomba con un nivel de ruido muy bajo y lubricacion proporcionada por el propio fluido en circulacion.

El documento DE 38 22897 describe una bomba centnfuga que tiene paletas montadas en un extremo de un eje, el eje es soportado por apoyos mecanicos cerca de sus dos extremos. El medio bombeado fluye, desde una entrada en un extremo del eje, entre el eje y un rotor de un motor electrico montado alrededor del eje para hacer rotar las paletas, a lo largo de las paletas que entonces propulsan el medio a traves de una salida en la circunferencia de las paletas.

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El documento EP 0612 135 describe una bomba centnfuga que tiene una turbina que bombea un fluido desde una entrada en el centro de la turbina a una salida en su circunferencia. La turbina se conecta mediante un vastago corto a un rotor de un motor que gira la turbina, y la turbina y el rotor se disponen dentro de una camara comun. El rotor esta provisto de dos anillos espaciados axialmente, que localizan el rotor y la turbina para la rotacion dentro de las paredes de la camara. Se proporciona un conducto, externo a la camara, entre la entrada y el lado alejado del rotor para permitir al fluido circular sobre el rotor.

Compendio de la invencion

La presente invencion logra todos estos objetivos por medio de una bomba que comprende una carcasa, que tiene al menos una primera camara sellada hermeticamente y al menos una segunda camara adyacente a dicha primera camara, provista de un paso de fluido y que tiene una entrada y una salida para fluidos. Dichas camaras se separan por medio de paredes, preferiblemente hechas de polfmero inyectado.

La bomba comprende ademas un estator ubicado en la primera camara. En una realizacion preferida, el estator esta en una posicion adyacente a las paredes que separan la primera camara de la segunda, de modo que el fluido en circulacion a traves de la segunda camara la enfriara por transmision de calor.

Se proporciona un conjunto rotor-turbina integral, ubicado totalmente en la segunda camara, y al menos una parte de dicho conjunto se coloca concentricamente con respecto al estator. Este conjunto es inducido por el estator para impulsar un fluido desde la entrada a la salida. Cuando la bomba esta funcionando, se mantiene al menos una pelfcula de fluido alrededor del conjunto, con el fin de provocar una rotacion casi perfecta con mmimo rozamiento y sin la necesidad de munones. El espacio entre dicho conjunto y el estator, llamado holgura, se llena sustancialmente con dichas paredes de las camaras primera y segunda, incluida, ademas, la pelfcula de fluido en circulacion entre ellas.

Un componente metalico, llamado jaula de rotor, preferiblemente compuesto de hierro y aluminio, que puede ser inducido el estator, se proporciona dentro del conjunto hermeticamente sellado. En la realizacion preferida, un conjunto de este tipo se hace de material polimerico. El conjunto se perfora a traves para proporcionar un paso para la turbina dentro del rotor. En posibles realizaciones de la presente invencion, la turbina de dicho conjunto se compone de palas de turbina para centrifugar los fluidos. De esta manera, al hacer funcionar una posible realizacion de la bomba, el fluido, tras pasar a traves de la entrada de la segunda camara, entra al conjunto rotor-turbina, pasa a traves del pasadizo interno y, despues de llegar a las palas de turbina, es impulsado hacia la salida.

Sin embargo, una parte del fluido, en lugar de salir directamente a traves de la salida, circula alrededor de la primera camara y enfna el estator por transmision de calor. De esta manera, se elimina la necesidad de un sistema externo de refrigeracion, como el intercambio de calor entre el fluido en circulacion y el conjunto de impulsion tendra como resultado la refrigeracion de este conjunto, de modo que su temperatura siempre permanecera en niveles deseables para su buen funcionamiento.

Adicionalmente, el fluido en circulacion tambien se usa como lubricante. Una pelfcula de fluido en circulacion pasara entre las paredes de la segunda camara y el conjunto rotor-turbina, permitiendo que el ultimo haga un movimiento rotatorio flotante dentro de la segunda camara en virtud de las fuerzas de induccion.

En vista de lo anterior, la bomba de la presente invencion proporciona una configuracion mas simple con una fabricacion menos cara, dado que basicamente se compone de medios de induccion y medios de transmision de movimiento similares a los de la tecnica anterior, tales como estatores y rotores, que eliminan el uso de un ventilador, asf como cojinetes de rodillos, ejes y juntas selladas mecanicas.

Breve descripcion de los dibujos

Ahora se describira la presente invencion en mayor detalle con referencia a los dibujos.

La figura 1 es una vista lateral en seccion transversal de una motobomba tfpica de la tecnica anterior; y

La figura 2 es una vista lateral en seccion transversal del dispositivo para impulsar fluidos de la presente invencion.

Descripcion detallada de las figuras

La figura 1 muestra una bomba de la actualidad, que se encuentra en la tecnica anterior, que comprende un estator devanado 4, un rotor 5 y cojinetes de rodillos 3, que soportan el eje 9 en el que se monta la jaula de dicho rotor 5. El eje 3 sera responsable de transmitir fuerza de impulso desde el rotor 5 por medio de la induccion del campo magnetico del estator 4. En esta figura tambien se puede observar la existencia de un ventilador 1, que es responsable de refrigerar el conjunto estator-rotor, y cubiertas 2 ubicadas en ambos lados del rotor 5, que soportan dichos cojinetes de rodillos.

Adicionalmente, con el fin de lograr un buen funcionamiento de este tipo de motobomba, el rotor 5 tiene que centrarse perfectamente con respecto al estator 4, para evitar el contacto entre su hierro magnetico. En la

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motobomba representada en la figura 1, este espacio entre el rotor 5 y el estator 4, llamado holgura, se llena con aire.

La figura 1 ilustra ademas juntas selladas mecanicas 8, que se usan ampliamente en las motobombas de la tecnica anterior, para garantizar la ventilacion y la separacion entre la parte electrica y la parte hidraulica de la motobomba, la parte hidraulica esta constituida por la turbina 7 y la voluta 6.

La figura 2, por otro lado, ilustra una realizacion preferida de la presente invencion, en la que estan ausentes algunos de los elementos mostrados en la figura 1. Esta realizacion ilustra una bomba 10 que comprende una carcasa 14 que tiene una primera camara hermeticamente sellada 19 y una segunda camara interna 17 con al menos una entrada 15 y una salida 16 que define el pasadizo 18 entre dicha entrada y dicha salida. La carcasa 14 se puede hacer de un material polimerico o cualquier otro tipo de material adecuado para las condiciones especificadas, incluido mal clima.

Un conjunto rotor-turbina integral 11 se ubica en la camara 17 para impulsar los fluidos que atraviesan dicha camara. Este conjunto se hace de un material polimerico y, adicionalmente, se perfora a traves para definir un pasadizo para la turbina dentro del rotor. En esta realizacion, la turbina de dicho conjunto se compone de palas para centrifugar los fluidos. De esta manera, en funcionamiento, el fluido, despues de pasar a traves de la entrada 15 de la camara 17, entra al conjunto rotor-turbina 11, pasa a traves del pasadizo interno, y, despues de llegar a las palas de turbina, es impulsado hacia la salida 16.

La carcasa 14 tambien tiene una primera camara 19, hermeticamente sellada de los fluidos que circulan a traves de la segunda camara 17. Tanto las paredes externas de la carcasa como las paredes que separan la segunda camara 17 de la primera camara 19 se forman de material polimerico inyectable. Adicionalmente, el estator 12, que puede ser cualquiera de los conocidos en la tecnica anterior, se instala en esta primera camara 19 para inducir, por medio de un campo magnetico, la impulsion del conjunto rotor-turbina 11, ubicado en la segunda camara 17 de circulacion de fluido.

Esta realizacion de la bomba de la presente invencion tambien tiene su segunda camara 17 que define pasadizos distintos de los que van desde la entrada a la salida, de modo que una parte de los fluidos circulara a traves de esta camara. Dichos pasadizos en esta realizacion provocan que el fluido circule alrededor de la primera camara 19, refrigerando el estator 12 ubicado en la misma por transmision de calor.

Adicionalmente, una pequena parte del fluido que entra a la entrada 15 y circula a traves de la segunda camara 17 pasa a traves de los medios de comunicacion 13 entre una de las paredes de la segunda camara 17 y el conjunto rotor-turbina 11, creando una pelfcula de fluido constante, que permite a este conjunto girar libremente sumergido en el lfquido, sin tener contacto con las paredes de la segunda camara 17 mientras la bomba esta funcionando. De esta manera, una pelfcula de este tipo actua como soporte para el conjunto 11 y, al mismo tiempo, como lubricante que virtualmente elimina el rozamiento entre las paredes de la segunda camara y del conjunto 11, ademas dando como resultado un nivel de ruido muy bajo. Aunque el conjunto 11 se sumerge en el lfquido, sin contacto con las paredes de la segunda camara 17, el campo magnetico creado por el estator 12 mantiene a este en una posicion equilibrada alrededor de su eje, de modo que, con movimiento rotacional, las fuerzas magneticas impiden que el conjunto contacte en las paredes de la segunda camara 17.

En vista de lo anterior, como la segunda camara 17 tiene pasadizos que permiten que el lfquido circule a traves de ella, se logra una reduccion del nivel de ruido, y esto tambien elimina la necesidad de lubricantes industriales y sistemas de refrigeracion externos. Como la bomba se compone basicamente de un material polimerico inyectable y hay una disminucion en el numero de componentes (es decir, no incluye juntas selladas) en comparacion con las de la tecnica anterior, se vuelve mas simple y menos cara de ensamblar. Adicionalmente, las perdidas de energfa se minimizan por el bajo rozamiento entre el conjunto rotor-turbina 11 y las paredes de la segunda camara 17.

Otro aspecto importante de la presente invencion es que el espacio entre el estator 4 y el rotor 5 de las bombas de la tecnica anterior, las llamadas holguras, se llenan con aire. En la presente invencion, por otro lado, ademas de la capa de lfquido 13, esta la pared polimerica tanto de la segunda camara 17 como del conjunto rotor-turbina 11, que garantizan un centrado perfecto de los materiales magneticos del estator 12 y el conjunto 11, asf como una posicion mejor equilibrada del ultimo alrededor de su eje, de modo que, con la rotacion, se evitara el contacto con las paredes de la segunda camara 17.

Adicionalmente, la presente invencion tambien proporciona una bomba no corrosiva, dado que con el fluido unicamente contactara la superficie cubierta con polfmero. Por lo tanto, el ultimo puede ser agresivo sin provocar dano a la motobomba. Adicionalmente, dado que el propio lfquido se usa como refrigerante, la bomba de la presente invencion se puede instalar en ambientes sin ventilacion o incluso sumergida.

Habiendose descrito un ejemplo de una realizacion preferida de la invencion, se debe entender que el alcance de la presente invencion abarca otras posibles variaciones, estando limitada unicamente por el contenido de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

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   REIVINDICACIONES

   1. Una bomba centnfuga (10) que comprende:

   una carcasa (14) que tiene al menos una primera camara sellada hermeticamente (19), y al menos una segunda camara (17) adyacente a dicha primera camara, que define un pasadizo (18) para fluidos y que tiene una entrada (15) y una salida (16) para los fluidos, las camaras primera y segunda estan separadas entre s^ por paredes;

   un estator (12) ubicado en dicha primera camara (19); un conjunto rotor-turbina (11), con rotor y turbina, que puede ser inducido por el estator (12) para impulsar un fluido desde la entrada (15) a la salida (16), al menos una parte del conjunto (11) esta posicionada concentricamente con respecto al estator, el rotor y la turbina son integrales y se ubican totalmente en la segunda camara (17), de modo que, en funcionamiento, se mantendra al menos una pelfcula del fluido (13) alrededor de dicho conjunto (11), el conjunto rotor-turbina (11) esta perforado a traves, lo que define un pasadizo para la turbina dentro del rotor a traves del que fluye el lfquido bombeado.

   caracterizado por que

   la pelfcula de fluido soporta el conjunto rotor-turbina para impedir el contacto con las paredes de la segunda camara.
2. 2. Una bomba (10) segun la reivindicacion 1, caracterizada por que dichas paredes de las camaras primera (19) y segunda (17) se hacen de polfmero inyectable.
3. 3. Una bomba (10) segun la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, caracterizada por que dicho conjunto rotor- turbina (11) es de un material polimerico, que tiene un componente metalico dentro, que puede ser inducido por el estator (12).
4. 4. Una bomba (10) segun la reivindicacion 3 caracterizada por que la parte polimerica del conjunto rotor-turbina es una pieza.
5. 5. Una bomba (10) segun la reivindicacion 3 o la reivindicacion 4, caracterizada por que dicho componente metalico se compone de hierro y aluminio.
6. 6. Una bomba (10) segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que dicho estator (12) se ubica en una posicion adyacente a las paredes que separan dicha primera camara (19) de dicha segunda camara (17), de modo que el fluido en circulacion la puede enfriar por transmision de calor.
7. 7. Una bomba (10) segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que la turbina de dicho conjunto se compone de palas para centrifugar los fluidos.
8. 8. Una bomba (10) segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que el espacio entre el conjunto (11) y el estator (12) se llena sustancialmente por las paredes de las camaras primera (19) y segunda (17).