ES2868883T3

ES2868883T3 - Alabe de propulsor con grosor asimétrico

Info

Publication number: ES2868883T3
Application number: ES15784978T
Authority: ES
Inventors: Edwin Albert Munts
Original assignee: IHC Holland lE BV
Current assignee: IHC Holland lE BV
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2035-08-24
Also published as: AU2015307309A1; AU2015307309B2; CN106795892A; WO2016032327A1; CA2959301C; EP3186515B1; US20180216627A1; NL2013367B1; EP3186515A1; CN106795892B; CA2959301A1

Abstract

Álabe (20) para un propulsor diseñado según el método de la reivindicación 13, donde el álabe (20) comprende: un álabe (20) con una porción frontal (22) con un borde delantero (24) y una porción trasera (26) con un borde trasero (28) unidos por lados de presión y de succión (32, 34) separados para formar una superficie de álabe exterior; donde el lado de presión de álabe (32) está formado a partir de una envoltura externa de un primer perfil de álabe (36) alineado en una primera posición, donde el perfil de álabe (36) es el diseño de un perfil de álabe para alinear el flujo y asegurar que el resto de flujo permanezca unido a la superficie de álabe durante una condición de flujo establecida; y donde al menos una parte de la porción frontal (22) del lado de succión de álabe (34) está formada rotando el primer perfil de álabe (36) alrededor del borde delantero (24) para ajustar un ángulo del flujo entrante en una condición de caudal de flujo inferior del propulsor.

Description

DESCRIPCIÓN

Álabe de propulsor con grosor asimétrico

ANTECEDENTES

[0001] Las bombas centrífugas están típicamente diseñadas por un caudal de flujo y una velocidad de rotación específicos. En esta condición, denominada el mejor punto de eficiencia, la porción frontal de los álabes propulsores está alineada con el flujo entrante, como se muestra en la figura 1a.

[0002] Más allá del mejor punto de eficiencia, una variedad de diferentes tipos de álabes está diseñada para su uso en bombas centrífugas para un mejor rendimiento durante diferentes condiciones y situaciones de bombeo. Por ejemplo, varias patentes y aplicaciones hablan sobre la variación del diseño del álabe en un intento de reducir los sólidos que se bombean para que no se unan a uno de los bordes del álabe. Una tal aplicación es la publicación de solicitud de patente N° 2014/0079558 A1, que muestra un propulsor que es especialmente adecuado para bombear suspensiones fibrosas, como material de fabricación de papel. El propulsor está formado para tener paletas con una parte redondeada o engrosada con un grosor mayor que la región central de la paleta para evitar que las fibras se adhirieran al borde de la paleta. De forma similar, la GB1412488 también aborda el problema de las fibras que se adhieren al borde delantero de una paleta engrosando el borde delantero de manera que el diámetro sea mayor que el grosor del resto de la paleta.

[0003] La patente de EE. UU. N° 2,272,469 es otra patente que divulga una bomba centrífuga con un propulsor específico diseñado para eliminar la posibilidad de que los sólidos queden atrapados en los talones de los álabes propulsores. Para ello, los álabes están formados con un borde delantero redondeado relativamente estrecho que está inclinado en un ángulo con respecto al eje del propulsor. El álabe se expande entonces a un grosor mayor y luego se estrecha antes de fusionarse en una configuración que sea paralela al eje del propulsor.

[0004] Otros diseños de álabes son para reducir la tensión en el álabe. Un tal ejemplo de esto se muestra en la DE4000657, que divulga un álabe para un propulsor que ayuda a reducir las presiones negativas en el lado de succión, particularmente durante una situación de carga parcial. Esto se hace engrosando el lado de succión y dándole un contorno cóncavo en la región inicial, hasta un tercio de la longitud del álabe.

[0005] Mientras que estos álabes están todos diseñados para evitar problemas en determinadas condiciones (sólidos que se adhieren al álabe o condiciones resistentes y presiones que podrían dañar el álabe), ninguna aborda específicamente el diseño de un álabe para un rendimiento óptimo en una variedad de diferentes condiciones de flujo. Más allá del mejor punto de eficiencia, en particular en caudales de flujo inferiores, los álabes ya no están alineados con el flujo entrante. Cuando el ángulo entre el álabe y el flujo entrante se vuelve demasiado grande, se producirá la separación del flujo y el flujo ya no seguirá el contorno del álabe, sino que se desprenderá de la superficie de álabe, como se muestra en la figura 1b. La separación del flujo conduce a grandes pérdidas de energía dentro del flujo, lo que reduce la eficiencia energética de la bomba.

[0006] Otro diseño del álabe se conoce de la DE8800074U.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[0007] Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un método para formar un álabe para un propulsor según la reivindicación 13.

[0008] Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un álabe para un propulsor según la reivindicación 1.

[0009] Dicho álabe con un grosor asimétrico, y que es más grueso en el lado de succión, da como resultado un perfil más resistente a la separación del flujo dentro de un rango de trabajo más amplio. Esta resistencia o eliminación de la separación del flujo alrededor del álabe da como resultado un propulsor más eficiente.

[0010] Según una forma de realización, la porción frontal del lado de succión es más gruesa que la porción frontal del lado de presión.

[0011] Según una forma de realización, la porción trasera del álabe tiene un grosor uniforme entre el lado de succión y el lado de presión.

[0012] Según una forma de realización, la porción del lado de succión del álabe que está formado girando el primer perfil de álabe es aproximadamente del 3 el 12 % de la longitud del álabe entre el borde delantero y el borde trasero.

[0013] Según una forma de realización, la porción trasera del lado de succión está formada a partir de la envoltura externa del primer perfil de álabe alineado en la primera posición.

[0014] Según una forma de realización, el lado de succión comprende una porción de transición en la que el perfil pasa desde el perfil de álabe en la porción frontal hasta el perfil de álabe en la porción trasera. Opcionalmente, la porción de transición es aproximadamente del 30 el 70 % de la longitud del álabe entre el borde delantero y el borde trasero.

[0015] Según una forma de realización, el álabe está curvado desde el borde delantero hasta el borde trasero.

[0016] Según una forma de realización, donde el ángulo de rotación entre el perfil de álabe alineado en la primera posición y el perfil de álabe rotado es aproximadamente de 10 a 30 grados.

[0017] Según una forma de realización, un propulsor incluye al menos un álabe. Opcionalmente, el propulsor puede incluir una pluralidad de álabes, preferiblemente de 3 a 7 álabes. De manera opcional, el propulsor puede formar parte de una bomba centrífuga. Además, opcionalmente, esta bomba centrífuga puede formar parte de un recipiente.

[0018] Según una forma de realización, la porción frontal del lado de succión del álabe comprende aproximadamente del 3 al 12 % de la anchura del álabe entre un borde delantero y un borde trasero.

[0019] Según una forma de realización, la porción de transición del lado de succión del álabe comprende aproximadamente del 30 al 70 % de la anchura del álabe entre un borde delantero y un borde trasero.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0020]

La figura 1a es una vista de un álabe del estado de la técnica alineado con el flujo entrante.

La figura 1b es una vista de un álabe del estado de la técnica no alineado con el flujo entrante.

La figura 2a es una vista en sección transversal de un álabe de propulsor.

La figura 2b es un gráfico de los perfiles de álabes que forman el álabe de propulsor de la figura 2a.

La figura 2c es un gráfico combinado de los perfiles de álabes de la figura 2b.

La figura 3 es una vista en sección transversal de un propulsor con una pluralidad de álabes.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0021] La figura 1a es una vista de un álabe del estado de la técnica 10 alineado con el flujo entrante, y la figura 1b es una vista del álabe del estado de la técnica 10 no alineado con el flujo entrante. Las figuras 1a-1b incluyen flechas 12 que indican el flujo alrededor del álabe 10. Los álabes para los propulsores están típicamente diseñados para alinearse con un caudal de flujo entrante establecido a una velocidad de rotación específica, como se muestra en la figura 1a. Cuando se produce una condición en la que el álabe no está alineado, o debido a un caudal de flujo diferente, una velocidad de rotación diferente o ambos, puede ocurrir una separación del flujo. Esta separación del flujo ocurre cuando el ángulo entre el álabe y el flujo entrante se vuelve grande demasiado, y hace que el flujo 12 ya no siga el contorno del álabe 10 y se separe de la superficie de álabe 10. Esta separación del flujo, como se muestra en la figura 1b, puede dar como resultado altas pérdidas de energía dentro del flujo, lo que reduce significativamente la eficiencia energética de la bomba en la que giran el álabe y el propulsor.

[0022] La figura 2a es una vista en sección transversal de un álabe de propulsor 20 con un perfil específico para fomentar que el flujo permanezca unido a la superficie de álabe 20 dentro de un rango de trabajo de la bomba. La figura 2b es un gráfico de perfiles de álabes 36, 37 que forman el álabe 20, y la figura 2c es un gráfico combinado de los perfiles de la figura 2b. En uso, el álabe 20 a menudo tiene un perfil curvado. Sin embargo, el álabe 20 se muestra con un perfil recto en las figuras 2a-2c para simplificar la visualización.

[0023] El álabe 20 incluye la porción frontal 22 con el borde delantero 24, la porción trasera 26 con el borde trasero 28, la porción de transición 30, el lado de presión 32 y el lado de succión 34. El lado de succión 34 y el lado de presión 32 forman las superficies exteriores del álabe 20. En la forma de realización mostrada, el álabe 20 es un álabe sólido, pero otras formas de realización podrían tener cavidades o espacio(s) interiores.

[0024] La porción frontal 22 de la envoltura exterior del álabe 20 está formado por el perfil de álabe 36 y 37, mostrado en la figura 2b. El perfil de álabe 36 es el diseño (en una primera posición de alineamiento) de un perfil de álabe para alinear el flujo y asegurar que el flujo permanezca unido a la superficie de álabe durante una condición operativa establecida. Esto puede basarse, por ejemplo, en el caudal de flujo promedio esperado y la velocidad de rotación para el propulsor. El perfil 37 tiene la misma forma que el perfil 36, y se rota en un ángulo de rotación de aproximadamente 20 grados alrededor del borde delantero 24. Esta rotación alinea el perfil para resistir la separación del flujo en una condición de caudal de flujo diferente del propulsor, por ejemplo, una condición de caudal de flujo inferior. Esto podría ser simplemente un caudal de flujo inferior esperado que se espera experimentar, el caudal de flujo más bajo de un rango de trabajo del propulsor u otro rango. La porción frontal 22 del álabe está formada entonces en el lado de presión 32 mediante la envoltura de álabe 36 y en el lado de succión 34 mediante la envoltura de álabe 37. La porción frontal puede ser aproximadamente del 3 al 12 % del álabe entre el borde delantero 24 y el borde trasero 28.

[0025] La porción de transición 30 está formada por la transición del lado de succión 34 desde el perfil 37 hasta el perfil 36 entre la porción frontal 22 y la porción trasera 26 del álabe 20. Esta transición puede ser gradual y puede incluir una curvatura en el lado de succión 34. La porción de transición 30 puede constituir aproximadamente del 20 % al 70 % del álabe 20 entre el borde delantero 24 y el borde trasero 28.

[0026] La porción trasera 26 está formada por el perfil 36 (en la primera posición de alineamiento) tanto en el lado de presión 32 como en el lado de succión 34 La porción trasera 26 forma el resto del álabe 20 después de la porción frontal 22 y la porción de transición 30.

[0027] La combinación de perfiles 36 y 37 en la porción frontal 22 da como resultado que el álabe 20 tenga un grosor asimétrico entre el lado de presión 32 y el lado de succión 34, donde el lado de succión 34 es más grueso que el lado de presión 32 para la porción frontal 22 y en la porción de transición 30. Al formar el álabe 20 de esta manera, el álabe 20 puede resistir mejor a la separación del flujo. Como se ha mencionado anteriormente, en caudales de flujo inferiores, la separación a menudo ocurre en el lado de succión de un álabe (véase la figura 1b). Al formar el lado de succión 34 de la porción frental 22 del álabe 20 con el perfil rotado 37 (alineado para diferentes condiciones de flujo), el álabe 20 resiste a la separación del flujo y las consiguientes caídas de eficiencia debido a la separación del flujo. El uso de un primer perfil alineado 36 para formar el lado de presión 32 y el perfil rotado 37 para formar el lado de succión 34 en la porción frontal hace que el álabe 20 sea más resistente a la separación del flujo en un rango de trabajo más grande del álabe 20.

[0028] La figura 3 es una vista en sección transversal de la bomba 40 con el propulsor 42 con una pluralidad de álabes 20. El propulsor 42 incluye tres álabes 20, que tienen una forma curvada. Cada uno de los álabes 20 incluye la porción frontal 22 con el borde delantero 24, la porción trasera 26 con el borde trasero 28, la porción de transición 30, el lado de presión 32 y el lado de succión 34. Cada uno de los álabes 20 está formado según el álabe 20 mostrado en las figuras 2a-2c, con la porción frontal 22 formada en el lado de presión 32 del perfil 36 y en el lado de succión 34 del perfil rotado 37, lo que da como resultado un grosor asimétrico del álabe 20, donde el lado de succión 34 es más grueso en la porción frontal 22.

[0029] Al formar las porciones frontales 22 de la envoltura externa de los álabes 20 con el perfil 36 en lado de presión 32 y con el perfil rotado 37 en el lado de succión 34, el álabe 20 puede resistir mejor a la separación del flujo en un rango de trabajo mayor del propulsor 42 y la bomba 40. Manteniendo el flujo a lo largo del contorno del álabe 20, las pérdidas de energía debidas a la separación del flujo pueden reducirse o eliminarse, lo que da como resultado una bomba 40 más eficiente y un rango de trabajo eficiente más grande para el propulsor 42. El álabe 20 es más capaz de resistir a la separación del flujo en un rango mayor que los álabes anteriores diseñados y alineados para un único caudal de flujo y una única velocidad de rotación. Adicionalmente, como el desgaste del álabe 20 es significativo en el borde delantero 24, el grosor extra del álabe 20 en la porción frontal 22 puede resistir a este desgaste y, por lo tanto, aumentar la vida útil del álabe 20, el propulsor 42 y la bomba 40.

[0030] Mientras que la bomba 40 se muestra con un propulsor 42 con tres álabes 20, el propulsor 42 podría tener más o menos álabes, por ejemplo de 3 a 7 álabes. Adicionalmente, el tamaño, la forma y la curvatura de los álabes 20 en las figuras 2a-3 se muestran solo a modo de ejemplo y podrían variar en diferentes sistemas. Por ejemplo, los álabes podrían ser similares a los mostrados en la WO2012/074402 A1. El tamaño de la porción frontal 22, la porción de transición 30 y la porción trasera 26 del álabe 20 también puede variar dependiendo de los requisitos del sistema. Si bien se dice que el ángulo de rotación para el perfil 37 es de 20 grados en la figura 2b, esto es solo a modo de ejemplo. El ángulo podría variar en otras formas de realización, y podría estar, por ejemplo, en el rango de 10 a 30 grados.

[0031] Mientras que la invención se ha descrito con referencia a formas de realización ejemplares, los expertos en la técnica entenderán que pueden realizarse varios cambios y pueden sustituirse elementos equivalentes de la misma sin apartarse del alcance de la invención. Además, se pueden realizar muchas modificaciones para adaptar una situación o un material particular a las enseñanzas de la invención sin apartarse del alcance esencial de la misma. Por lo tanto, se pretende que la invención no se limite a las formas de realización particulares descritas, sino que la invención incluirá todas las formas de realización que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Álabe (20) para un propulsor diseñado según el método de la reivindicación 13, donde el álabe (20) comprende:

un álabe (20) con una porción frontal (22) con un borde delantero (24) y una porción trasera (26) con un borde trasero (28) unidos por lados de presión y de succión (32, 34) separados para formar una superficie de álabe exterior;

donde el lado de presión de álabe (32) está formado a partir de una envoltura externa de un primer perfil de álabe (36) alineado en una primera posición, donde el perfil de álabe (36) es el diseño de un perfil de álabe para alinear el flujo y asegurar que el resto de flujo permanezca unido a la superficie de álabe durante una condición de flujo establecida; y

donde al menos una parte de la porción frontal (22) del lado de succión de álabe (34) está formada rotando el primer perfil de álabe (36) alrededor del borde delantero (24) para ajustar un ángulo del flujo entrante en una condición de caudal de flujo inferior del propulsor.

2. Álabe (20) según la reivindicación 1, donde la porción frontal (22) del lado de succión (34) es más gruesa que la porción frontal del lado de presión (32).

3. Álabe (20) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la porción trasera del álabe tiene un grosor uniforme entre el lado de succión (34) y el lado de presión (32).

4. Álabe (20) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la porción del lado de succión de álabe que está formada girando el primer perfil de álabe (36) es aproximadamente del 3 al 12 % de la longitud de álabe entre el borde delantero (24) y el borde trasero (28).

5. Álabe (20) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la porción trasera (26) del lado de succión (34) está formada a partir de la envoltura externa del primer perfil de álabe (36) alineado en la primera posición.

6. Álabe (20) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el lado de succión (34) comprende una porción de transición (30) en la que el perfil pasa desde el perfil de álabe en la porción frontal (22) hasta un perfil de álabe en la porción trasera (26).

7. Álabe (20) según la reivindicación 6, donde la porción de transición (30) es aproximadamente del 30 al 70 % de la longitud de álabe entre el borde delantero (24) y el borde trasero (28).

8. Álabe (20) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el álabe está curvado desde el borde delantero (24) hasta el borde trasero (28).

9. Álabe (20) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el ángulo de rotación es aproximadamente de 10 a 30 grados.

10. Propulsor que comprende al menos un álabe (20) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y preferiblemente de 3 a 7 álabes (20) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

11. Bomba centrífuga, que comprende el propulsor según la reivindicación 10.

12. Recipiente, que comprende una bomba centrífuga según la reivindicación 11.

13. Método para formar un álabe (20) para un propulsor, donde el método comprende:

proporcionar un perfil de álabe (36) que es el diseño de un perfil de álabe para alinear el flujo y asegurar que el resto del flujo permanezca unido a la superficie de álabe durante una condición de flujo establecida; formar un lado de presión (32) de un álabe (20) a partir del perfil de álabe (36) alineado para la condición de flujo establecida;

formar una porción frontal (22) de un lado de succión (34) del álabe (20), donde la porción frontal (22) del lado de succión (34) está formada según el perfil de álabe alineado para la condición de flujo establecida que se rota alrededor de un borde delantero (24) para alinearla con el flujo entrante en una condición de caudal de flujo inferior del propulsor;

formar una porción trasera (26) del lado de succión (34) del álabe (20) a partir del perfil de álabe (36) alineado para la condición de flujo establecida; y

formar una porción de transición (30) entre la porción frontal (22) y la porción trasera (26) del lado de succión (34).

14. Método según la reivindicación 13, donde la porción frontal (22) del lado de succión (34) del álabe (20) comprende aproximadamente del 3 al 12 % de la anchura del álabe (20) entre un borde delantero (24) y un borde trasero (28).

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 13-14, donde la porción de transición (30) del lado de succión (34) del álabe (20) comprende aproximadamente del 30 al 70 % de la anchura del álabe (20) entre un borde delantero (24) y un borde trasero (28).