ES2628964T3 - Pala de impulsor de flujo axial e impulsor de flujo axial - Google Patents

Pala de impulsor de flujo axial e impulsor de flujo axial Download PDF

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Jiliang Xia
Niclas Tylli
Tuomas Hirsi
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Abstract

Una pala (4) de un impulsor de flujo axial (1), siendo conectable dicha pala a un buje central (2) del impulsor, estando formada la pala sustancialmente a partir de un material de tipo placa y que tiene un borde de ataque (5), un borde de salida (6), una punta (7), una raíz (8) que puede fijarse al buje central (2) del impulsor, un primer doblez recto (9) que se extiende a lo largo de la pala en una primera dirección y que divide a la pala en una primera parte de perfil (10) localizada adyacente al borde de ataque (5) y una segunda parte de perfil (11), uniéndose la primera y la segunda partes de perfil en el primer doblez de modo que la primera parte de perfil está angulada a un primer ángulo α1 hacia abajo respecto a la segunda parte de perfil, un segundo doblez recto (12) que se extiende a lo largo de la pala en una segunda dirección que es diferente de dicha primera dirección y localizado separado del primer doblez y que divide a la pala adicionalmente en una tercera parte de perfil (13) localizada adyacente al borde de salida (6), uniéndose dicha segunda y tercera partes de perfil en dicho segundo doblez de modo que la tercera parte de perfil está angulada a un segundo ángulo α2 hacia abajo respecto a la segunda parte de perfil, estando la segunda parte de perfil (11) angulada a un tercer ángulo α3 en relación con el plano horizontal, y, en una vista en planta, la pala tiene la forma general de un rectángulo envolvente R × Wb con cortes de transición al menos en las esquinas del lado de raíz del rectángulo, teniendo dicho rectángulo una longitud R que es la dimensión longitudinal desde el eje de giro (x) del impulsor a la punta (7) de la pala (4), y una anchura Wb que es la dimensión a lo ancho de la pala en perpendicular a la dirección longitudinal, teniendo el rectángulo envolvente esquinas interiores (14, 15) adyacentes a la raíz (8) y esquinas exteriores (16, 17) adyacentes a la punta (7), caracterizada por que el contorno de la pala (4) está definido por las dimensiones proporcionales a los cortes de transición a partir del rectángulo envolvente, comprendiendo los cortes - un primer corte (18) que es adyacente a la raíz (8) y a una primera esquina interior (14) del rectángulo en el lado del borde de ataque (5), teniendo el primer corte (18) forma de triángulo rectángulo con el cateto longitudinal (19) que tiene una dimensión A >= 0,2R, un cateto (20) a lo ancho que tiene una dimensión B >= 0,2Wb, y una hipotenusa que forma un primer borde de corte (21) de la pala que se extiende desde la raíz (8) hasta el borde de ataque (5), - un segundo corte (22) que es adyacente a la raíz (8) y a una segunda esquina interior (15) del rectángulo en el lado del borde de salida (6), teniendo el segundo corte (22) forma de triángulo rectángulo con el cateto longitudinal (23) que tiene una dimensión C >= 0,2R, con un cateto (24) a lo ancho que tiene una dimensión D >= 0,2Wb, y una hipotenusa que forma un segundo borde de corte (25) de la pala que se extiende desde la raíz (8) hasta el borde de salida (6), - un tercer corte (26) que es adyacente a la punta (7) y a una primera esquina exterior (16) del rectángulo en el lado del borde de ataque (5), teniendo el tercer corte (26) forma de triángulo rectángulo con el cateto longitudinal (27) que tiene una dimensión E >= 0,5R, un cateto (28) a lo ancho que tiene una dimensión F >= (0,1 a 0,2)R, y una hipotenusa que forma un tercer borde de corte (29) de la pala que se extiende desde el borde de ataque (5) hasta la punta (7), conectando el tercer borde de corte (29) a la punta (7) con un redondeo (30) que tiene un radio de curvatura G >= 0,2Wb, y - un cuarto corte (31) que es adyacente a la punta (7) y a una segunda esquina exterior (17) del rectángulo en el lado del borde de salida (6), teniendo el cuarto corte (31) forma de triángulo rectángulo con el cateto longitudinal (32) que tiene una dimensión H >= 0,25R, un cateto (33) a lo ancho que tiene una dimensión I >= 0,1R, y una hipotenusa que forma un cuarto borde de corte (34) de la pala que se extiende desde el borde de salida (6) hasta la punta (7), conectándose el cuarto borde de corte (34) a la punta (7) con un redondeo (35) que tiene un radio de curvatura G >= 0,2Wb; por que el primer doblez (9) intersecta el lado longitudinal del rectángulo envolvente en el punto de unión del primer borde de corte (21) y el borde de ataque (5) a una distancia A >= 0,2R desde la primera esquina interior (14), y el primer doblez (9) intersecta el lado a lo ancho del rectángulo envolvente adyacente a la punta (7) a la distancia J >= 0,4R desde la tercera esquina (17); por que el segundo doblez (12) intersecta el lado a lo ancho del rectángulo envolvente adyacente a la raíz (8) a una distancia a lo ancho K >= 0,1Wb desde la primera esquina (14), y el segundo doblez (12) intersecta el lado del rectángulo envolvente adyacente a la punta (7) a una distancia a lo ancho I >= 0,1R desde la cuarta esquina (17); y por que el primer ángulo α1 >= 6° ± 1°, el segundo ángulo α2 >= 8° ± 1° y el tercer ángulo α3 >= 19° a 25°.

Description

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DESCRIPCION
Pala de impulsor de flujo axial e impulsor de flujo axial Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a una pala de un impulsor de flujo axial y adicionalmente a un impulsor de flujo axial que incluye dichas palas. Los impulsores se usan ampliamente en procesos metalurgicos y quimicos en mezcladores y reactores para la mezcla, combinacion y agitacion de liquidos y lodos, suspensiones de solidos y liquidos. Los impulsores de flujo axial, tambien denominados impulsores de palas perfiladas, producen un flujo axial del liquido.
Antecedentes de la invencion
Los impulsores de flujo axial se conocen, por ejemplo, a partir de los documentos siguientes WO 2010/103172 A1, que divulga una pala de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1, WO 2010/059572 A1 y EP 0465636 B1. Una pala de un impulsor de flujo axial se puede conectar a un buje central del impulsor. El impulsor comprende dos o mas de dichas palas. La pala se forma sustancialmente a partir de un material de tipo placa. La pala incluye un borde de ataque, un borde de salida, una punta, y una raiz que puede fijarse al buje central del impulsor. Se extiende un primer doblez recto a lo largo de la pala en una primera direccion y divide la pala en una primera parte del perfil localizado adyacente al borde de ataque y una segunda parte del perfil. La primera y segunda partes del perfil se unen en el primer doblez de modo que la primera parte del perfil esta angulada a un primer angulo hacia abajo respecto a la segunda parte del perfil. Se extiende un segundo doblez recto a lo largo de la pala en una segunda direccion que es diferente de dicha primera direccion y localizado separado del primer doblez. El segundo doblez divide la pala adicionalmente en una tercera parte del perfil localizada adyacente al borde de salida. La segunda y tercera partes del perfil se unen en dicho segundo doblez de modo que la tercera parte del perfil esta angulada a un segundo angulo hacia abajo respecto a la segunda parte del perfil. La segunda parte del perfil esta angulada a un tercer angulo en relacion con el plano horizontal.
Existen en el mercado algunos tipos conocidos de impulsores de flujo axial comercialmente disponibles que se comportan con un rendimiento razonablemente bueno.
Sin embargo, aun existe una necesidad de un impulsor de flujo axial incluso mejor con un bajo consumo de energia y que aun proporcione una elevada capacidad de bombeo y eficiencia de bombeo. En muchas aplicaciones metalurgicas (por ejemplo, tanques de procesamiento y almacenamiento de oro), existe una necesidad de un impulsor de flujo axial que tenga una capacidad de bombeo tan alta como sea posible por potencia de eje. Para los procesos del oro es tambien crucial que la zona del impulsor este tan libre de zonas de disipacion de energia como sea posible dado que estas actuarian para destruir el carbono que se usa para recoger el oro.
Por lo tanto, es deseable proporcionar un impulsor de flujo axial eficiente que se comporte bien para satisfacer requisitos del proceso de menor consumo de potencia, menos tiempo de residencia, eficiencia de bombeo mas alta y menor peso.
Un objeto de la presente invencion es proporcionar una pala para un impulsor de flujo axial que proporcione al impulsor de flujo axial caracteristicas de rendimiento mejores que los impulsores de flujo axial existentes. El objeto de la invencion es tambien proporcionar una pala y un impulsor de flujo axial que tenga un bajo consumo de potencia y bajos costes operativos, elevada capacidad de bombeo y eficiencia de bombeo y gran caudal en masa de bombeo por unidad de consumo de energia. Adicionalmente, el objeto es tambien proporcionar una forma de pala y reglas de escalado para la pala del impulsor de flujo axial que permitan su escalado arriba y abajo.
Sumario de la invencion
Un primer aspecto de la invencion es una pala de un impulsor de flujo axial de acuerdo con la reivindicacion 1, siendo conectable dicha pala a un buje central del impulsor, siendo formada la pala sustancialmente a partir de un material de tipo placa y teniendo un borde de ataque, un borde de salida, una punta, una raiz que puede fijarse al buje central del impulsor, un primer doblez recto que se extiende a lo largo de la pala en una primera direccion y que divide a la pala en una primera parte del perfil localizada adyacente al borde de ataque y una segunda parte del perfil, uniendose la primera y la segunda partes del perfil en el primer doblez de modo que la primera parte del perfil esta angulada a un primer angulo hacia abajo respecto a la segunda parte del perfil, un segundo doblez recto que se extiende a lo largo de la pala en una segunda direccion que es diferente de dicha primera direccion y localizado separado del primer doblez y que divide a la pala adicionalmente en una tercera parte del perfil localizada adyacente al borde de salida, uniendose dicha segunda y tercera partes del perfil en dicho segundo doblez de modo que la tercera parte del perfil esta angulada a un segundo angulo hacia abajo respecto a la segunda parte del perfil, estando la segunda parte del perfil angulada a un tercer angulo en relacion con el plano horizontal. En una vista en planta, la pala tiene la forma general de un rectangulo envolvente con cortes de transicion al menos en las esquinas del lado de raiz del rectangulo, teniendo dicho rectangulo una longitud que es la dimension longitudinal desde el eje de giro del impulsor hasta la punta de la pala, y una anchura que es la dimension a lo ancho de la pala en perpendicular a la direccion longitudinal, teniendo el rectangulo envolvente esquinas interiores adyacentes a la raiz y
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esquinas exteriores adyacentes a la punta.
De acuerdo con la invencion el contorno de la pala se define por las dimensiones proporcionales a los cortes de transicion a partir del rectangulo envolvente. Los cortes comprenden
- un primer corte que es adyacente a la raiz y a una primera esquina interior del rectangulo en el lado del borde de ataque, teniendo el primer corte forma de triangulo rectangulo con el cateto longitudinal que tiene una dimension A = 0,2R, un cateto a lo ancho que tiene una dimension B = 0,2Wb, y una hipotenusa que forma un primer borde de corte de la pala que se extiende desde el buje hasta el borde de ataque,
- un segundo corte que es adyacente a la raiz y a una segunda esquina interior del rectangulo en el lado del borde de salida, teniendo el segundo corte forma de triangulo rectangulo con el cateto longitudinal que tiene una dimension C = 0,2R, un cateto a lo ancho que tiene una dimension D = 0,2Wb, y una hipotenusa que forma un segundo borde de corte de la pala que se extiende desde el buje hasta el borde de salida,
- un tercer corte que es adyacente a la punta y a una primera esquina exterior del rectangulo en el lado del borde de ataque, teniendo el tercer corte forma de triangulo rectangulo con el cateto longitudinal que tiene una dimension E = 0,5R, un cateto a lo ancho que tiene una dimension F = (0,1 a 0,2)R, y una hipotenusa que forma un tercer borde de corte de la pala que se extiende desde el borde de ataque hasta la punta conectandose el tercer borde de corte a la punta con un redondeo que tiene un radio de curvatura G = 0,2Wb, y
- un cuarto corte que es adyacente a la punta y a una segunda esquina exterior del rectangulo en el lado del borde de salida, teniendo el cuarto corte forma de triangulo rectangulo con el cateto longitudinal que tiene una dimension H = 0,25R, un cateto a lo ancho que tiene una dimension I = 0,1R, y una hipotenusa que forma un cuarto borde de corte de la pala que se extiende desde el borde de salida hasta la punta, conectandose el cuarto borde de corte a la punta con un redondeo que tiene un radio de curvatura G = 0,2Wb. El primer doblez intersecta el lado longitudinal del rectangulo envolvente en el punto de union del primer borde de corte y el borde de ataque a la distancia A = 0,2R desde la primera esquina interior, y el primer doblez intersecta el lado a lo ancho del rectangulo envolvente adyacente a la punta a la distancia J = 0,4R desde la tercera esquina. El segundo doblez intersecta el lado a lo ancho del rectangulo envolvente adyacente a la raiz a una distancia a lo ancho K = 0,1Wb desde la primera esquina, y el segundo doblez intersecta el lado del rectangulo envolvente adyacente a la punta a una distancia a lo ancho I = 0,1R desde la cuarta esquina. El primer angulo es 6° ± 1°, el segundo angulo es 8° ± 1° y el tercer angulo es de 19° a 25°.
Un segundo aspecto de la presente invencion es un impulsor de flujo axial de acuerdo con la reivindicacion 4 que comprende un buje central adaptado como conectable a un eje giratorio que tiene un eje central de giro, y al menos dos palas que tienen un contorno tal como se ha mencionado anteriormente, estando unidas las palas al buje y extendiendose radialmente hacia el exterior desde el buje.
La ventaja de la invencion es que el nuevo impulsor con forma de pala optimizada es facil de fabricar y escalable arriba y abajo de acuerdo con las reglas propuestas. El impulsor se caracteriza por un bajo consumo de potencia, elevada capacidad de bombeo y eficiencia de bombeo, y gran caudal en masa de bombeo por unidad de consumo de energia.
En una realizacion de la invencion, el borde de ataque esta achaflanado o adelgazado.
En una realizacion de la invencion, el borde de salida esta achaflanado o adelgazado.
En una realizacion de la invencion, el impulsor comprende al menos tres palas equidistantemente espaciadas.
En una realizacion de la invencion, el impulsor comprende cuatro o mas palas equidistantemente espaciadas.
Se ha de entender que los aspectos y realizaciones de la invencion descritos anteriormente pueden usarse en cualquier combinacion entre si. Varios de los aspectos y realizaciones pueden combinarse juntos para formar una realizacion adicional de la invencion.
Breve descripcion de los dibujos
Los dibujos adjuntos, que se incluyen para proporcionar una comprension adicional de la invencion y constituyen una parte de la presente memoria, ilustran realizaciones de la invencion y junto con la descripcion ayudan a explicar los principios de la invencion. En los dibujos:
la Fig. 1 es una vista axonometrica de un impulsor de flujo axial de acuerdo con una realizacion de la invencion;
la Fig. 2 es una vista lateral del impulsor de la Fig. 1;
la Fig. 3 es una vista en planta del impulsor de la Fig. 1 visto desde arriba,
la Fig. 4 es una vista en planta de una pala de un impulsor de flujo axial de acuerdo con una realizacion de la
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invencion:
la Fig. 5 es una vista lateral V-V de la pala de la Fig. IV;
la Fig. 6 muestra una segunda realizacion del impulsor de flujo axial que tiene palas disenadas de acuerdo con las reglas de escalado de la invencion;
la Fig. 7 muestra una tercera realizacion del impulsor de flujo axial que tiene palas disenadas de acuerdo con las reglas de escalado de la invencion;
la Fig. 8 muestra el patron de flujo en un reactor con el impulsor de flujo axial de la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
Se hara ahora referencia en detalle a las realizaciones de la presente invencion, cuyos ejemplos se ilustran en los dibujos adjuntos.
Las Figuras 1 a 3 muestran un impulsor de flujo axial 1 que tiene tres palas 4 equidistantemente espaciadas que se conectan permanentemente o extraiblemente a un buje central 2 o eje giratorio 3. Aunque la realizacion mostrada tiene tres palas, pueden utilizarse dos, tres, cuatro o mas de 4 palas de acuerdo con la presente invencion.
Las Figuras 4 y 5 muestran el contorno de la pala 4 con mas detalle. La pala 4 esta formada a partir de sustancialmente un material de tipo placa, que la hace facil y economica de fabricar. La pala 4 comprende un borde de ataque 5, un borde de salida 6, una punta 7 y una raiz 8 que se puede fijar al buje central 2 del impulsor.
Se extiende un primer doblez recto 9 a lo largo de la pala 4 en una primera direccion y divide la pala en una primera parte del perfil 10 localizada adyacente al borde de ataque 5 y una segunda parte del perfil 11. La primera y la segunda partes del perfil 10, 11 se unen en el primer doblez 9 de modo que la primera parte del perfil 10 esta angulada a un primer angulo a1 hacia abajo respecto a la segunda parte del perfil 11, vease tambien la Fig. 5.
Se extiende un segundo doblez recto 12 a lo largo de la pala 4 en una segunda direccion que es diferente a dicha primera direccion del primer doblez 9 y se localiza separada del primer doblez 9 y divide a la pala 4 adicionalmente en una tercera parte del perfil 13 localizada adyacente al borde de salida 6.
En los dobleces 9 y 12 los angulos no tienen que ser angulos obtusos como se muestra en la Figura 5. En los dobleces 9 y 12 los “angulos” pueden tener tambien un radio de curvatura. Esto puede ser cuando la pala es una pieza fundida fabricada mediante fundicion.
La segunda y tercera partes del perfil 11, 13 se unen en el segundo doblez 12 de modo que la tercera parte del perfil 13 esta angulada a un segundo angulo a2 hacia abajo respecto a la segunda parte del perfil 11, estando la segunda parte del perfil 11 angulada a un tercer angulo a3 con relacion al plano horizontal, vease la Fig. 5.
En una vista en planta, tal como se muestra en la Figura 4, la pala 4 tiene la forma general de un rectangulo envolvente R x Wb con cortes de transicion en cada esquina del rectangulo. El rectangulo tiene una longitud R que es la dimension longitudinal desde el eje de giro x del impulsor a la punta 7 de la pala 4, y una anchura Wb que es la dimension a lo ancho de la pala en perpendicular a la direccion longitudinal. El rectangulo envolvente tiene esquinas interiores 14, 15 adyacentes a la raiz 8 y esquinas exteriores 16, 17 adyacentes a la punta 7.
El contorno de la pala 4 se define por las dimensiones proporcionales de los cortes de transicion 18, 22, 26, 31 desde el rectangulo envolvente. Los cortes comprenden un primer corte 18 que es adyacente a la raiz 8 y a una primera esquina interior 14 del rectangulo en el lado del borde de ataque 5. El primer corte 18 tiene forma de triangulo rectangulo teniendo un cateto longitudinal 19 una dimension A = 0,2R, teniendo un cateto 20 a lo ancho, una dimension B = 0,2Wb, y una hipotenusa que forma un primer borde de corte 21 de la pala que se extiende desde la raiz 8 hasta el borde de ataque 5.
Un segundo corte 22 es adyacente a la raiz 8 y a una segunda esquina interior 15 del rectangulo en el lado del borde de salida 6. El segundo corte 22 tiene forma de triangulo rectangulo, teniendo el cateto longitudinal 23 una dimension C = 0,2R, teniendo un cateto 24 a lo ancho, una dimension D = 0,2Wb, y una hipotenusa que forma un segundo borde de corte 25 de la pala que se extiende desde la raiz 8 hasta el borde de salida 6.
Un tercer corte 26 es adyacente a la punta 7 y a una primera esquina exterior 16 del rectangulo en el lado del borde de ataque 5. El tercer corte 26 tiene forma de triangulo rectangulo teniendo el cateto longitudinal 27 una dimension E = 0,5R, teniendo un cateto 28 a lo ancho, una dimension F = (0,1 a 0,2)R, y una hipotenusa que forma un tercer borde de corte 29 de la pala que se extiende desde el borde de ataque 5 hasta la punta 7. El tercer borde de corte 29 conecta la punta 7 con un redondeo 30 que tiene un radio de curvatura G = 0,2Wb.
Un cuarto corte 31 es adyacente a la punta 7 y a una segunda esquina exterior 17 del rectangulo en el lado del borde de salida 6. El cuarto corte 31 tiene forma de triangulo rectangulo teniendo el cateto longitudinal 32 una dimension H = 0,25R, teniendo un cateto 33 a lo ancho, una dimension I = 0,1R, y una hipotenusa que forma un
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cuarto borde de corte 34 de la pala que se extiende desde el borde de salida 6 hasta la punta 7. El cuarto borde de corte 34 conecta la punta 7 con un redondeo 35 que tiene un radio de curvatura G = 0,2Wb.
El primer doblez 9 intersecta el lado longitudinal del rectangulo envolvente en el punto de union del primer borde de corte 21 y el borde de ataque 5 a la distancia A = 0,2R desde la primera esquina interior 14. El primer doblez 9 intersecta el lado a lo ancho del rectangulo envolvente adyacente a la punta 7 a la distancia J = 0,4R desde la tercera esquina 17.
El segundo doblez 12 intersecta el lado a lo ancho del rectangulo envolvente adyacente a la raiz 8 a una distancia a lo ancho K = 0,1Wb desde la primera esquina 1. El segundo doblez 12 intersecta el lado del rectangulo envolvente adyacente a la punta 7 a una distancia a lo ancho I = 0,1R desde la cuarta esquina 17.
Con referencia a la Figura 5, el primer angulo a1 es 6° ± 1°, el segundo angulo a2 es 8° ± 1° y el tercer angulo a3 es de 19° a 25°. Asi el angulo de paso (a2 + a3) de la pala en la raiz unida al buje puede variar en un intervalo de 27° a 33°, dependiendo de los requisitos de una aplicacion practica. Un angulo de paso de la pala mayor proporciona una capacidad de bombeo mas alta, pero puede dar como resultado un mayor consumo de potencia. Se demuestra a continuacion que el impulsor inventado puede proporcionar un excelente rendimiento de mezcla con muy bajo consumo de potencia y elevada capacidad de bombeo y efectividad con las reglas anteriormente mencionadas para la configuracion de la pala.
Los tres perfiles 10, 11, 13 son secciones planas. La pala esta libre de curvaturas especiales y se fabrica de secciones planas unidas a lo largo de pliegues rectos, y los cortes a lo largo de los bordes frontal y de salida son rectas directas. Por lo tanto, la pala 4 es facil de fabricar. Por ello, el escalado del diseno de la pala es facil y simplificado siguiendo justamente las reglas establecidas anteriormente.
Preferentemente, el borde frontal 5 y el borde de salida pueden achaflanarse con un angulo superficial mediante un plano de la seccion respectiva, o pueden adelgazarse y suavizarse con respecto al grosor de la pala. El frente achaflanado o adelgazado y los bordes de salida pueden reducir adicionalmente el rozamiento y mejorar la eficiencia.
Las Figuras 6 y 7 muestran dos impulsores de flujo axial 1 que tienen palas 4 dimensionadas de acuerdo con las reglas de la invencion establecidas anteriormente. En la Figura 6 las palas 4 tienen un contorno ancho “grueso” y en la Figura 7 las palas 4 tienen un contorno estrecho “delgado”.
Aunque solo se muestran en el presente documento unos pocos ejemplos de la forma de la pala, deberia entenderse que la invencion permite un gran numero de formas de pala dentro del alcance de las reivindicaciones.
Ejemplo
Se uso modelizado CFD (CFD: Computational Fluid Dynamics, o Dinamica de Fluidos Computacional) para simular la dinamica de fluidos en un reactor a escala industrial que se equipo con el impulsor de flujo axial que tenia la forma de pala optimizada de la invencion dimensionado tal como se ha descrito anteriormente. La simulacion se realizo con las especificaciones listadas en la Tabla I. El reactor cilindrico tenia 8 m de diametro y 8 m de altura. La holgura del fondo era de 3,2 m, que es igual al diametro de la pala del impulsor. Se tuvieron en cuenta tres palas de impulsor.
Tabla I: Especificacion del reactor
altura de tanque, H
m 8
diametro del tanque, T
m 8
diametro del impulsor, D
m 3,2
anchura del impulsor, Wb
m 1
numero de palas
3
angulo de paso 02+ 03 (Fig. 5),
0 27-33
velocidad del impulsor, N
rpm 30
holgura inferior del impulsor
m 3,2
diametro del eje
m 0,6
volumen del tanque
...m3... 402,1
5
10
15
20
numero de deflectores
6
anchura del deflector
m 1,0
altura del deflector
m 7,75
localizacion del deflector
mxm 0,25x0,464
Se variaron dos anchuras de pala (Wb/T=0,125 (“pala delgada”) y 0,0625 (“pala gruesa”)) y tres angulos de paso 27°, 30° y 33° para el impulsor propuesto para examinar su rendimiento y para comprobar que las reglas para formar nuevos impulsores eran universales para diferentes condiciones.
En la Tabla II se muestra el efecto de la anchura de la pala sobre el rendimiento para el nuevo impulsor.
Tabla II: Efecto de la anchura de la pala sobre el rendimiento
caso
Wb/T D/T a P NP Nq He Ap mp
| O kW kg/s/(kW)
pala delgada
0,125 0,4 30 13,89 0,332 0,616 1,856 0,889 725,0
pala gruesa
0,0625 0,4 30 11,33 0,271 0,557 2,059 0,861 804,2
en la que
Wb es la anchura de la pala T es el diametro del tanque D es el diametro del impulsor a = a2+ a3 es el angulo de paso (vease la Fig. 5)
P es la potencia Np es el numero de potencia Nq es el numero de bombeo He es la efectividad del bombeo Ap es la eficiencia del bombeo
mp es el caudal en masa del bombeo por unidad de consumo de potencia
La Tabla II muestra que el impulsor de acuerdo con la invencion tiene excelentes caracteristicas de rendimiento.
En la Tabla III se muestra la fraccion de volumen sobre el volumen del reactor con diferentes intervalos de viscosidad turbulenta (kg/ms) para impulsores de palas delgadas y gruesas.
Tabla III
caso
Wb/T D/T a pt<10 (kg/ms) 10>=pt<20 20>=pt<30 pt>=30
pala delgada
0,0625 0,4 30 0,632 0,249 0,090 0,029
pala gruesa
0,125 0,4 30 0,567 0,276 0,107 0,051
Tabla III: Fraccion en volumen sobre el volumen del reactor con diferentes intervalos de viscosidad turbulenta (kg/ms) para impulsores de palas delgadas y gruesas.
La Tabla III muestra una fraccion en volumen sobre el volumen en bruto del reactor con diferentes intervalos de viscosidad turbulenta para impulsores de pala delgada y gruesa. Se ve que los impulsores de acuerdo con la invencion proporcionan una viscosidad turbulenta muy baja en la mayor parte del volumen del reactor. Por ejemplo,
para el impulsor de pala delgada, la viscosidad turbulenta esta por debajo de 10 kg/ms en el 63 % del volumen del reactor, mientras que para el impulsor de pala gruesa, aproximadamente el 57 % del volumen del reactor tiene la viscosidad turbulenta por debajo de 10 kg/ms. Existe un pequeno volumen con viscosidad turbulenta entre 20 y 30 kg/ms. Esto indica que los nuevos impulsores crean muy bajo cizallamiento y proporcionan el comportamiento 5 turbulento razonable que se requiere en muchas aplicaciones metalurgicas.
En la Figura 8 se muestra un trazado del vector de velocidad para el nuevo impulsor. Se ve que el nuevo impulsor tiene un comportamiento de mezcla mejorado debido a que el flujo axial se mejora obviamente con relacion a los componentes de velocidad radial y tangencial. La zona de recirculacion se hace sustancialmente grande indicando que el nuevo impulsor es eficiente.
10 Se muestra que el impulsor inventado proporciona un fuerte flujo axial. Un estudio detallado revela que el impulsor inventado puede conseguir una eficiencia de bombeo mas alta y un flujo axial mas fuerte con un consumo de potencia mas pequeno y menor cizallamiento, comparado con otros de los impulsores axiales aplicados.
En el estudio del rendimiento se ha mostrado que el impulsor inventado presente tiene las siguientes ventajas:
1) es facil de fabricar;
15 2) es facil de escalar arriba y escalar abajo de acuerdo con las reglas desarrolladas;
3) consume menos potencia, y por ello reduce los costes operativos;
4) proporciona una muy alta capacidad de bombeo y eficiencia de bombeo;
5) su rendimiento no es sensible a la anchura de la pala;
6) la presion sobre la superficie de su pala se distribuye uniformemente;
20 7) proporciona un patron de flujo favorable para la mezcla con baja cizalladura sobre la superficie del impulsor y
bombeo eficiente, y crea un muy fuerte flujo axial comparado con el flujo radial y tangencial.
Aunque la presente invencion se ha descrito en conexion con un cierto numero de realizaciones e implementaciones de ejemplo, las presentes invenciones no estan limitadas a ellas, sino que por el contrario cubren varias modificaciones y disposiciones equivalentes, que caen dentro del ambito de las reivindicaciones prospectivas.
25

Claims (4)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Una pala (4) de un impulsor de flujo axial (1), siendo conectable dicha pala a un buje central (2) del impulsor, estando formada la pala sustancialmente a partir de un material de tipo placa y que tiene
    un borde de ataque (5),
    un borde de salida (6),
    una punta (7),
    una raiz (8) que puede fijarse al buje central (2) del impulsor,
    un primer doblez recto (9) que se extiende a lo largo de la pala en una primera direccion y que divide a la pala en una primera parte de perfil (10) localizada adyacente al borde de ataque (5) y una segunda parte de perfil (11), uniendose la primera y la segunda partes de perfil en el primer doblez de modo que la primera parte de perfil esta angulada a un primer angulo a1 hacia abajo respecto a la segunda parte de perfil,
    un segundo doblez recto (12) que se extiende a lo largo de la pala en una segunda direccion que es diferente de dicha primera direccion y localizado separado del primer doblez y que divide a la pala adicionalmente en una tercera parte de perfil (13) localizada adyacente al borde de salida (6), uniendose dicha segunda y tercera partes de perfil en dicho segundo doblez de modo que la tercera parte de perfil esta angulada a un segundo angulo a2 hacia abajo respecto a la segunda parte de perfil, estando la segunda parte de perfil (11) angulada a un tercer angulo a3 en relacion con el plano horizontal,
    y, en una vista en planta, la pala tiene la forma general de un rectangulo envolvente R x Wb con cortes de transicion al menos en las esquinas del lado de raiz del rectangulo,
    teniendo dicho rectangulo una longitud R que es la dimension longitudinal desde el eje de giro (x) del impulsor a la punta (7) de la pala (4), y una anchura Wb que es la dimension a lo ancho de la pala en perpendicular a la direccion longitudinal, teniendo el rectangulo envolvente esquinas interiores (14, 15) adyacentes a la raiz (8) y esquinas exteriores (16, 17) adyacentes a la punta (7), caracterizada por que el contorno de la pala (4) esta definido por las dimensiones proporcionales a los cortes de transicion a partir del rectangulo envolvente, comprendiendo los cortes
    - un primer corte (18) que es adyacente a la raiz (8) y a una primera esquina interior (14) del rectangulo en el lado del borde de ataque (5), teniendo el primer corte (18) forma de triangulo rectangulo con el cateto longitudinal (19) que tiene una dimension A = 0,2R, un cateto (20) a lo ancho que tiene una dimension B = 0,2Wb, y una hipotenusa que forma un primer borde de corte (21) de la pala que se extiende desde la raiz (8) hasta el borde de ataque (5),
    - un segundo corte (22) que es adyacente a la raiz (8) y a una segunda esquina interior (15) del rectangulo en el lado del borde de salida (6), teniendo el segundo corte (22) forma de triangulo rectangulo con el cateto longitudinal (23) que tiene una dimension C = 0,2R, con un cateto (24) a lo ancho que tiene una dimension D = 0,2Wb, y una hipotenusa que forma un segundo borde de corte (25) de la pala que se extiende desde la raiz (8) hasta el borde de salida (6),
    - un tercer corte (26) que es adyacente a la punta (7) y a una primera esquina exterior (16) del rectangulo en el lado del borde de ataque (5), teniendo el tercer corte (26) forma de triangulo rectangulo con el cateto longitudinal (27) que tiene una dimension E = 0,5R, un cateto (28) a lo ancho que tiene una dimension F = (0,1 a 0,2)R, y una hipotenusa que forma un tercer borde de corte (29) de la pala que se extiende desde el borde de ataque (5) hasta la punta (7), conectando el tercer borde de corte (29) a la punta (7) con un redondeo (30) que tiene un radio de curvatura G = 0,2Wb, y
    - un cuarto corte (31) que es adyacente a la punta (7) y a una segunda esquina exterior (17) del rectangulo en el lado del borde de salida (6), teniendo el cuarto corte (31) forma de triangulo rectangulo con el cateto longitudinal (32) que tiene una dimension H = 0,25R, un cateto (33) a lo ancho que tiene una dimension I = 0,1 R, y una hipotenusa que forma un cuarto borde de corte (34) de la pala que se extiende desde el borde de salida (6) hasta la punta (7), conectandose el cuarto borde de corte (34) a la punta (7) con un redondeo (35) que tiene un radio de curvatura G = 0,2Wb;
    por que el primer doblez (9) intersecta el lado longitudinal del rectangulo envolvente en el punto de union del primer borde de corte (21) y el borde de ataque (5) a una distancia A = 0,2R desde la primera esquina interior (14), y el primer doblez (9) intersecta el lado a lo ancho del rectangulo envolvente adyacente a la punta (7) a la distancia J = 0,4R desde la tercera esquina (17);
    por que el segundo doblez (12) intersecta el lado a lo ancho del rectangulo envolvente adyacente a la raiz (8) a una distancia a lo ancho K = 0,1Wb desde la primera esquina (14), y el segundo doblez (12) intersecta el lado del rectangulo envolvente adyacente a la punta (7) a una distancia a lo ancho I = 0,1R desde la cuarta
    esquina (17);
    y por que el primer angulo a1 = 6° ± 1°, el segundo angulo a2 = 8° ± 1° y el tercer angulo a3 = 19° a 25°.
  2. 2. La pala segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el borde de ataque (5) esta achaflanado o adelgazado.
  3. 3. La pala segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que el borde de salida (5) esta achaflanado o adelgazado.
    5 4. Un impulsor de flujo axial que comprende un buje central (2) adaptado como conectable a un eje giratorio (3) que
    tiene un eje central de giro (x), y al menos dos palas (4) de acuerdo con la reivindicacion 1, estando fijadas las palas al buje y extendiendose radialmente hacia el exterior desde el buje.
  4. 5. El impulsor de flujo axial segun la reivindicacion 4, caracterizado por que el impulsor (1) comprende al menos tres palas (4) equidistantemente espaciadas.
    10 6. El impulsor de flujo axial segun la reivindicacion 4, caracterizado por que el impulsor (1) comprende cuatro o mas
    palas (4) equidistantemente espaciadas.
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