ES2860523T3 - Bomba autoaspirante - Google Patents

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Abstract

Bomba autoaspirante (1) con una carcasa (9), una entrada (4) y una salida (5), con un primer rodete (15) con una primera sección de bomba (17), que está dispuesta en una primera cámara (18), y un segundo rodete (16) con una segunda sección de bomba (19), que está dispuesta en una segunda cámara (20), y una sección de árbol (25) prevista entre las secciones de bomba (17, 19), sección de árbol (25) que comprende un extremo de árbol (26) y atraviesa una abertura (24) de una pared de carcasa (23), donde la sección de árbol (25) está conformada entre una constricción (27) y el extremo de árbol (26) estrechándose desde el extremo de árbol (26) hacia la construcción (27) y el primer rodete (15) y la sección de árbol (25) presentan un desarrollo liso entre la construcción (27) y la primera sección de bomba (17), donde el segundo rodete (16) comprende un álabe (36) dispuesto de tipo rosca sobre un cilindro (35), caracterizada porque el álabe (36) presenta una prolongación (37) en su extremo dirigido hacia la sección de árbol (25).

Description

DESCRIPCIÓN
Bomba autoaspirante
La invención se refiere a una bomba autoaspirante según el preámbulo de la reivindicación 1.
En el estado de la técnica se conocen bombas autoaspirantes y se usan desde hace muchos años satisfactoriamente en la industria de procesos. La industria de procesos se refiere aquí en particular a una tecnología de bebidas, tecnología de alimentos, farmacia y bioquímica.
Tales bombas están realizadas, por ejemplo, como bombas centrífugas autoaspirantes. Entre la entrada y salida de una bomba centrífuga semejante pueden estar previstas una primera cámara y una segunda cámara, en la que está dispuesto respectivamente un rodete. Cada rodete es parte de una etapa de bombeo, donde la etapa de bombeo situada más cerca de la entrada genera la propiedad autoaspirante.
En el documento EP 1 191 228 A2 se propone una primera bomba centrífuga autoaspirante de este tipo. En el documento DE 102007032228 A1 está representada otra bomba centrífuga autoaspirante.
Estas dos bombas centrífugas poseen adicionalmente a la etapa de bomba centrífuga una etapa de bomba de anillo líquido, que recibe el líquido a bombear directamente desde la entrada de la bomba centrífuga. Con la ayuda de la etapa de bomba de anillo líquido se puede generar una depresión que aspira el líquido de la línea conectada con la entrada.
Una línea de retorno conecta la zona de sobrepresión de la bomba centrífuga con la entrada de la etapa de bomba de anillo líquido. De este modo se garantiza una presencia de líquido que es necesaria para el arranque de la bomba centrífuga para la generación del anillo de líquido.
El rodete de la etapa de bomba centrífuga está conectado con el rodete de la etapa de bomba de anillo líquido a través de una sección de árbol, que atraviesa una abertura de una pared de carcasa. En ambos casos, la sección de árbol está configurada de forma cilíndrica hasta su extremo dirigido hacia el rodete de la bomba centrífuga.
Por el documento DE 19918286 A1 se conoce una bomba centrífuga, en cuya carcasa está dispuesto al menos un rodete de bomba centrífuga, delante de un primer rodete está conectado un rotor antepuesto que rota conjuntamente, donde el rotor antepuesto dotado con álabes helicoidales está dispuesto en una sección de carcasa para la afluencia del fluido a transportar y los álabes helicoidales son parte de un buje del rotor antepuesto. El buje del rotor antepuesto puede estar provisto de una superficie doble o múltiple, con cuya ayuda se puede introducir un par de fuerzas en el rotor antepuesto a través de una herramienta.
Otras bombas autoaspirantes se conocen por los documentos EP 2894342 A1 y WO 2015/104137 A1.
Un parámetro característico de tales bombas centrífugas autoaspirantes es el valor NPSH. A este respecto NPSH es «Net Positive Suction Head» y se equipara con frecuencia con el término de «altura neta positiva de succión». Con este parámetro característico se considera que sobrepresión del líquido a bombear debe reinar en la entrada de la bomba por encima de la presión de vapor del fluido, para evitar la cavitación en el interior de la bomba. Este aumento de presión se debe generar en la instalación de proceso. Por ello se pretende una bomba que presente un valor NPSH lo más bajo posible.
Por ello, el objetivo de la invención es presentar una bomba autoaspirante con una altura neta positiva de succión mejorada.
Este objetivo se consigue por una bomba con las características de la primera reivindicación. Las reivindicaciones dependientes 2 a 10 especifican perfeccionamientos ventajosos de esta invención.
La bomba autoaspirante posee una carcasa con una entrada y una salida. Un primer rodete posee una primera sección de bomba, que está dispuesta en una primera cámara. Un segundo rodete porta una segunda sección de bomba, que está dispuesta en segunda cámara. Entre las secciones de bomba está prevista una sección de árbol, sección de árbol que comprende un extremo de árbol y atraviesa una abertura de una pared de carcasa. El flujo del fluido a bombear, en particular un líquido con fracciones de gas, a lo largo de la sección de árbol se mejora en tanto que la sección de árbol está conformada entre una constricción y el extremo de árbol estrechándose desde el extremo de árbol hacia la constricción y el primer rodete y la sección de árbol presentan un desarrollo liso entre la constricción y la primera sección de bomba.
Un desarrollo liso en el sentido de este texto es una forma de superficie de la sección de árbol y rodete, en la que están configurados escalones, recodos, resaltos y estructuras similares y están reducidos lo más posible en su número, de modo que se reducen a un mínimo lo vórtices en el fluido que fluye, o en una zona ya no fijable.
Esta configuración de la bomba mejora las condiciones de flujo entre las secciones de bomba. Debido al estrechamiento de la sección de árbol se reduce la resistencia al flujo en el punto estrecho. Gracias a la sección transversal aumentada se reduce la velocidad del flujo en la zona de la sección de árbol, por lo que se reduce la pérdida de presión estática. El desarrollo liso reduce el peligro de turbulencias. Ambas cosas provocan en cooperación una disminución del peligro de la aparición de cavitación, de modo que es necesario un menor aumento de presión. El valor NPSH de la bomba se mejora por consiguiente respecto al estado de la técnica. Estas ventajas conseguidas prevalecen sobre las desventajas en referencia a la estabilidad del segundo rodete, que resulta de la constricción y que en primer lugar se aparta de la idea de una constricción del árbol.
El desarrollo de flujo entre las secciones de árbol se mejora cuando el punto más delgado de la sección de árbol está dispuesto en la segunda cámara.
Según un perfeccionamiento se propone disponer el punto más delgado de la sección de árbol en la abertura. De este modo resulta una gran sección transversal de paso para el fluido, de modo que puede fluir una gran cantidad de fluido con velocidad de flujo reducida y un número fuertemente reducido de vórtices entre las etapas de bomba.
La bomba posee un accionamiento constructivamente sencillo cuando, según otro perfeccionamiento, el primer rodete y el segundo rodete están montados de forma flotante conjuntamente.
Según de nuevo otro perfeccionamiento está previsto que la sección de árbol esté configurada en el segundo rodete. De este modo, como ventajas adicionales resultan una fabricación sencilla de la bomba y la posibilidad de generar un sistema modular de bombas autoaspirantes y no autoaspirantes, en el que los diferentes tipos presentan muchas piezas iguales.
Otro perfeccionamiento se refiere a la conexión de los rodetes. La sección de árbol está formada por lo tanto de modo que recibe una sección rocada de un árbol de accionamiento que porta el primer rodete. Esto es una estructura ventajosamente sencilla, que profundiza además en las ventajas con vistas a un sistema modular.
Un perfeccionamiento de la bomba situado en el marco de esta invención es que el primer rodete presenta una primera superficie de apriete, que coopera con una segunda superficie de apriete que está configurada en el segundo rodete, y a través de las superficies de apriete se introduce una fuerza de apriete en el primer rodete para el apriete del primer rodete sobre un cono truncado, que está configurado en un árbol de accionamiento que porta el primer rodete. Esto es una estructura sencilla y económica que logra simultáneamente ventajosamente la fijación de los dos rodetes. El segundo rodete comprende un álabe dispuesto sobre un cilindro de tipo roca. Esto significa una fabricación sencilla y económica del segundo rodete, por ejemplo, según el documento DE 202004013752 U1.
La etapa de bomba con el al menos un álabe de tipo rosca se mejora adicionalmente en su efecto de bombeo, en tanto que el álabe presenta una prolongación en su extremo dirigido hacia la sección de árbol.
Para las aplicaciones mencionadas anteriormente en el área higiénica a aséptica es ventajoso realizar la bomba, de modo que el primer rodete sea parte de una bomba centrífuga de aspiración normal.
Igualmente con vistas a la aplicación y precisamente en cooperación con una etapa de bomba centrífuga, una forma de realización ventajosa es una bomba en la que el segundo rodete sea parte de una etapa de bomba de anillo líquido. La formación de vórtices en el fluido bombeado se reduce ventajosamente, por lo que igualmente se reduce la aparición de cavitación cuando la bomba está perfeccionada de manera que una superficie frontal, que está configurada en el segundo rodete en el lado dirigido hacia la sección de árbol, deviene de forma lisa en la sección de árbol.
Mediante un ejemplo de realización y sus perfeccionamientos, la invención se debe explicar más en detalle y la representación profundizará en los efectos y las ventajas.
Muestran:
Fig. 1: vista en perspectiva de una bomba centrífuga autoaspirante;
Fig. 2: sección longitudinal a través de una bomba centrífuga autoaspirante;
Fig. 3: sección a través de la vista en detalle A;
Fig. 4: representación en perspectiva del segundo rodete.
En la fig. 1 se muestra una bomba centrífuga autoaspirante 1 en una representación en perspectiva. Esta bomba centrífuga 1 comprende una etapa de bomba de anillo líquido 2 y una bomba centrífuga de aspiración normal 3. A la etapa de bomba de anillo líquido 2 está asignada una entrada 4 de la bomba centrífuga autoaspirante 1. El fluido, en particular líquido al que se puede mezclar eventualmente gas, entra a través de la entrada 4 de la bomba centrífuga 1 y llega en primer lugar a la etapa de bomba de anillo líquido 2. A continuación el fluido se transfiere a la bomba centrífuga 3. El fluido expelido desde allí abandona la bomba centrífuga autoaspirante 1 a través de la salida 5. Una línea de retorno 6 se ramifica desde la bomba centrífuga 3. El fluido fluye a través de esta línea de retorno 6 de la bomba centrífuga 1 de vuelta a la etapa de bomba de anillo líquido 2 y allí está a disposición para la configuración del anillo líquido ya durante el arranque de la bomba centrífuga 1.
La bomba centrífuga autoaspirante 1 descansa sobre los pies 7 y posee una cubierta 8, bajo la que están alojados los medios de accionamiento y control, donde con estos medios de accionamiento y control se puede controlar el efecto de bombeo de la bomba centrífuga autoaspirante 1.
En la fig. 2 está representada la bomba centrífuga autoaspirante 1 en una sección longitudinal.
Una carcasa 9 que comprende varias partes individuales aloja la etapa de bomba de anillo líquido 2 y la bomba centrífuga de aspiración normal 3. La carcasa 9 se porta por una linterna 10, que establece una conexión con un motor 11. Este motor 11 está realizado típicamente como motor eléctrico y se excita por una electrónica de control 12. El motor 11 y la electrónica de control 12 están dispuestos por debajo de la cubierta 8 y se portan por los pies 7.
El motor 11 posee un árbol motor 13, con el que está conectado un árbol de accionamiento 14 de forma separable y solidaria al giro. Este árbol de accionamiento 14 porta un primer rodete 15 y un segundo rodete 16. Los rodetes 15 y 16 están montados conjuntamente por medio del árbol motor 13 y árbol de accionamiento 14 y se soportan de forma giratoria por los cojinetes del árbol motor 13.
El primer rodete 15 es parte de la bomba centrífuga de aspiración normal 3 y presenta una primera sección de bomba 17. Esta está dispuesta en una primera cámara 18. Al girar el árbol de accionamiento 14, el fluido afluye a la zona de un eje de rotación del árbol de accionamiento 14 y por consiguiente del primer rodete 15 y desde la primera sección de bomba 17 se mueve radialmente hacia fuera y allí en la dirección circunferencial y se pone bajo presión.
El segundo rodete 16 es parte de la etapa de bomba de anillo líquido 2 y comprende una segunda sección de bomba 19. Esta segunda sección de bomba 19 está dispuesta en una segunda cámara 20 y está configurada de modo que en esta se genera un anillo de líquido al girar el árbol de accionamiento 14, donde un eje de simetría del anillo líquido está decalado radialmente respecto al eje de rotación del árbol de accionamiento Gracias al anillo líquido y el segundo rodete 16 dispuesto de forma excéntrica respecto a él se origina una depresión dentro de la etapa de bomba de anillo líquido 2, que provoca una aspiración de fluido a través de la entrada 3.
La vista en detalle A está representada de forma ampliada en la fig.3 y muestra un fragmento de los rodetes y la zona de la conexión de ambos rodetes entre sí.
El árbol de accionamiento 14 atraviesa la carcasa 9 en la zona en la que están conectadas entre sí la carcasa 9 y la linterna 10. A este respecto la linterna 10 rodea el árbol de accionamiento 14. La obturación de un espacio interior de la carcasa 9 frente a la atmósfera se realiza por medio de una junta de estanqueidad de anillo deslizante. La junta de estanqueidad de anillo deslizante comprende un anillo deslizante rotativo 21, que está dispuesto girando conjuntamente con el árbol de accionamiento 14. El anillo deslizante rotativo 21 está en contacto deslizante con un anillo deslizante de pie 22, que está montado en la carcasa 9 de manera que no rota conjuntamente. Un perfeccionamiento de la junta de estanqueidad de anillo deslizante es una realización según el documento DE 20316 570 U1.
La primera cámara 18 está separada de la segunda cámara 20 por una pared de carcasa 23. En esta pared de carcasa 23 está prevista una abertura 24, que se atraviesa por una sección de árbol 25.
La sección de árbol 25 está realizada como parte del segundo rodete 16 y comprende un extremo de árbol 26 y una constricción 27. El extremo de árbol 26 está en contacto mecánico con el primer rodete 15. El punto de transición entre el primer rodete 15 y la sección de árbol 25 está obturado con la ayuda de una junta de estanqueidad 28. La junta de estanqueidad 28 está realizada como junta tórica que está recibida en un contorno adaptado, de manera que no queda ningún intersticio entre ella y la recepción. Esto es ventajoso para la aplicación higiénica, dado que se impiden los depósitos de suciedad.
La sección de árbol 25 está conformada entre la constricción 27 y el extremo de árbol 26 estrechándose desde el extremo de árbol 26 hacia la constricción 27. Un diámetro de la sección de árbol 25 disminuye desde la transición del primer rodete 15 hacia la constricción 27. Al mismo tiempo el segundo rodete 15 y la sección de árbol 25 presentan un desarrollo liso entre la constricción 27 y la primera sección de bomba 17. La constricción 27 provoca junto con el desarrollo liso una distribución y reducción uniformes de la velocidad de flujo en esta zona de la bomba centrífuga. En particular los picos de velocidad de flujo se reducen hasta que se evitan ampliamente y tiene lugar una reducción de velocidad sobre toda la sección transversal. De este modo se reduce el valor NPSH.
El desarrollo liso se da en el sentido matemático cuando la curva de intersección en la fig. 3 sigue a una curva con pendiente constante. Esto significa que se evitan recodos, escalones o resaltos en tanto que es factible técnicamente. En el marco de esta invención, liso también resulta cuando la junta de estanqueidad 28 posee una sección expuesta que interrumpe la superficie de la sección de árbol 25 y primer rodete 15 y está expuesta trozo a trozo con un abombamiento. En tanto que se puede configurar un flujo predominantemente laminar a lo largo de la superficie de la sección de árbol 25 y primer rodete 15, resulta un desarrollo suficientemente liso.
Otra mejora del desarrollo del fluido resulta cuando, según el ejemplo mostrado, una superficie frontal 29 del segundo rodete gracias a un acuerdo 30 y de este modo gracias a un desarrollo liso deviene en la sección de árbol 25. Si la sección de árbol 25 está realizada en una pieza con el segundo rodete 16, el acuerdo 30 está fabricado de forma especialmente sencilla y lisa.
La sección de árbol alcanza en la constricción 27 su punto más delgado, preferentemente en la segunda cámara 20 y/o en la abertura 24 en la pared de carcasa 23. La constricción 27 puede poseer, según está representado, una expansión en la dirección longitudinal de la sección de árbol. Gracias a esta colocación y eventualmente expansión de la constricción 27 es posible mantener pequeña la abertura 24 con gran paso de flujo, de modo que no se menoscaben los funcionamientos de la etapa de bomba de anillo líquido 2 y bomba centrífuga de aspiración normal 3 pese al aumento de la superficie de sección transversal atravesable.
El ejemplo de realización muestra una conexión del árbol de accionamiento 14 con el primer rodete 15 y el segundo rodete 16, que es muy apropiado para la absorción de las fuerzas resultantes del montaje flotante y, a este respecto, posibilita una alta precisión y pequeños intersticios respecto a la carcasa 9.
El árbol de accionamiento 14 presenta en su extremo alejado del árbol motor 13 un cono truncado 31, que termina en una sección roscada cilíndrica 32. Esta sección roscada 32 está recibida en una rosca en la sección de árbol 25 conformando una conexión por tornillo. El primer rodete 15 presenta una primera superficie de apriete 33, que se puede poner en contacto mecánico con una segunda superficie de apriete 34 configurada en la sección de árbol 25. El establecimiento de la conexión por tornillo con la participación de la sección roscada 32 logra fuerzas de apriete que se pueden introducir desde el segundo rodete 16 a través de la primera superficie de apriete 33 y la segunda superficie de apriete 34 en el primer rodete 15 y provocan un apriete sobre el cono truncado 32.
El segundo rodete presenta como cuerpo base un cilindro 35. Sobre este está previsto al menos un álabe 36 que circula de tipo roca. Este álabe 36 sirve para la generación y mantenimiento de un anillo líquido en la segunda cámara 20, así como para el transporte helicoidal de la fase gaseosa a través de la segunda cámara 20. Este al menos un álabe 36 forma la segunda sección de bomba 19. En su extremo, el álabe presenta una prolongación 37, que sobresale de la superficie frontal 29 en la dirección axial. Esta circula en el intersticio que existe entre el extremo del álabe 36 y la pared de carcasa 23 y allí mejora la configuración del anillo líquido.
La fig. 4 muestra una vista en perspectiva del segundo rodete 16. El segundo rodete 16 tiene tres álabes 36 en esta configuración y cada uno de los álabes presenta en su extremo prolongaciones 37 que están orientadas en la dirección axial. Las prolongaciones 37 están previstas tanto en el lado dirigido hacia la entrada 4, como también en el lado de la sección de árbol 25. El cilindro 35, que está cerrado con un disco frontal 38, posee un saliente 39 con superficies de llave dispuestas, con el que se puede enroscar el segundo rodete 16 sobre la sección roscada 32.
Lista de referencias
1 Bomba centrífuga autoaspirante
2 Etapa de bomba de anillo líquido
3 Bomba centrífuga de aspiración normal 4 Entrada
5 Salida
6 Línea de retorno
7 Pies
8 Cubierta
9 Carcasa
10 Linterna
11 Motor
12 Electrónica de control
13 Árbol motor
14 Árbol de accionamiento
15 Primer rodete
16 Segundo rodete
17 Primera sección de bomba
18 Primera cámara
19 Segunda sección de bomba
20 Segunda cámara
21 Anillo deslizante rotativo
22 Anillo deslizante de pie
23 Pared de carcasa
24 Abertura
25 Sección de árbol
26 Extremo de árbol
27 Constricción
28 Junta de estanqueidad de árbol
29 Superficie frontal
30 Acuerdo
31 Cono truncado
32 Sección rosada
33 Primera superficie de apriete
34 Segunda superficie de apriete
35 Cilindro
36 Álabe
37 Prolongación
38 Disco frontal
39 Saliente
A Vista en detalle

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Bomba autoaspirante (1) con una carcasa (9), una entrada (4) y una salida (5), con un primer rodete (15) con una primera sección de bomba (17), que está dispuesta en una primera cámara (18), y un segundo rodete (16) con una segunda sección de bomba (19), que está dispuesta en una segunda cámara (20), y una sección de árbol (25) prevista entre las secciones de bomba (17, 19), sección de árbol (25) que comprende un extremo de árbol (26) y atraviesa una abertura (24) de una pared de carcasa (23), donde
la sección de árbol (25) está conformada entre una constricción (27) y el extremo de árbol (26) estrechándose desde el extremo de árbol (26) hacia la construcción (27) y el primer rodete (15) y la sección de árbol (25) presentan un desarrollo liso entre la construcción (27) y la primera sección de bomba (17), donde
el segundo rodete (16) comprende un álabe (36) dispuesto de tipo rosca sobre un cilindro (35), caracterizada porque el álabe (36) presenta
una prolongación (37) en su extremo dirigido hacia la sección de árbol (25).
2. Bomba según la reivindicación 1, caracterizada porque el punto más delgado de la sección de árbol (25) está dispuesto en la segunda cámara (20).
3. Bomba según la reivindicación 1, caracterizada porque el punto más delgado de la sección de árbol (25) está dispuesto en la abertura (24).
4. Bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el primer rodete (15) y el segundo rodete (16) están montados de forma flotante conjuntamente
5. Bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la sección de árbol (25) está configurada en el segundo rodete (16).
6. Bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la sección de árbol (25) recibe una sección roscada (32) de un árbol de accionamiento (14) que porta el primer rodete (15).
7. Bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el primer rodete (15) presenta una primera superficie de apriete (33), que coopera con una segunda superficie de apriete (34) que está configurada en el segundo rodete (16), y a través de las superficies de apriete (33, 34) se introduce una fuerza de apriete en el primer rodete (15) para el apriete del primer rodete (15) sobre un cono truncado (31), que está configurado en un árbol de accionamiento (14) que porta el primer rodete (15).
8. Bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el primer rodete (15) es parte de una bomba de aspiración normal.
9. Bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el segundo rodete (16) es parte de una etapa de bomba de anillo líquido.
10. Bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque una superficie frontal (29), que está configurada en el segundo rodete (16) en el lado dirigido hacia la sección de árbol (25) deviene de forma lisa en la sección de árbol (25).
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