ES2904367T3 - Diseño funcional de bomba de tornillo de anillo líquido - Google Patents

Abstract

Bomba de tornillo de anillo líquido (1) que incluye un alojamiento (2) con una sección de entrada (4) de aspiración y una sección de salida (3) a presión y, en el interior del alojamiento (2), un rotor de tornillo de Arquímedes dispuesto de manera giratoria accionado por un motor (6) por medio de un árbol, estando dotadas cada una de la sección de entrada (4) y la sección de salida (3) de un medio de conexión para tuberías de aspiración y de presión, respectivamente, caracterizada por que el desplazamiento, CD, del rotor de tornillo con respecto al eje central del alojamiento se determina basándose en la ecuación: **(Ver fórmula)** donde Rr es el radio del rotor de tornillo CRmin el radio mínimo del núcleo del rotor de tornillo CD el desplazamiento del centro, y donde k está comprendida entre 0,14 y 0,29.

Description

DESCRIPCIÓN

Diseño funcional de bomba de tomillo de anillo líquido

La presente invención se refiere a un diseño de bomba de tornillo de anillo líquido, que incluye un alojamiento con una parte de entrada de aspiración y una parte de salida a presión y, en el interior del alojamiento, un tornillo de Arquímedes dispuesto de manera giratoria accionado por un motor por medio de un árbol.

Las bombas del tipo mencionado anteriormente actualmente se utilizan comúnmente en sistemas de eliminación de aguas residuales mediante vacío a bordo de barcos, aviones y trenes. Sin embargo, dichos sistemas también se están utilizando cada vez más en tierra, debido a la reducción de las necesidades de agua y al fácil manejo y tratamiento de las aguas residuales, así como a su flexibilidad en lo que respecta a la instalación de tuberías y al diseño proporcionado por dichos sistemas.

El solicitante de la presente solicitud presentó en 1987, véase la Patente EP núm. 0287 350, por primera vez el novedoso sistema de eliminación de aguas residuales mediante vacío, en el que el vacío en el sistema se generaba por medio de una bomba de tornillo de anillo líquido de este tipo, donde la bomba también se utilizaba para descargar las aguas residuales de un depósito de vacío o similar al que está conectada.

La Patente EP núm. 0454794, también presentada por el solicitante, muestra, además, una mejora revolucionaria de un sistema de eliminación de aguas residuales mediante vacío en el que la bomba de tornillo de anillo líquido está dotada de una trituradora o macerador, y está conectada directamente con la tubería de aspiración del sistema, por lo que se genera vacío en la tubería de aspiración de aguas residuales y las aguas residuales son descargadas directamente desde el sistema por medio de la bomba.

La presente invención puede incluir, o no, dicha trituradora dispuesta en el extremo de entrada del rotor de tornillo de Arquímedes.

Las bombas de tornillo de anillo líquido del tipo mencionado anteriormente comprenden, comúnmente, un alojamiento con una parte de entrada de aspiración en un extremo y una parte de salida a presión en el otro extremo y, en el interior del alojamiento, un tornillo de Arquímedes dispuesto de manera giratoria (rotor de tornillo) que es accionado por un motor eléctrico por medio de un árbol. En la bomba y el motor conocidos de la técnica anterior, tal como se muestra, por ejemplo, en la Patente EP núm. 0454794 citada, el rotor está dispuesto comúnmente en el eje central del alojamiento de la bomba, o cerca del mismo.

Con la presente invención se da a conocer una bomba de tornillo de anillo líquido con un diseño mejorado, en el que la eficiencia aumenta en un porcentaje (%) en comparación con los diseños de bomba existentes, mediante la optimización del desplazamiento del rotor de tornillo en el interior del alojamiento de la bomba. La invención está caracterizada por las características definidas en la reivindicación independiente adjunta 1.

La invención se describirá más detalladamente a continuación por medio de ejemplos y haciendo referencia a los dibujos, en los que:

la figura 1 muestra una bomba de tornillo de anillo líquido, según la invención;

la figura 2 muestra, a mayor escala, una sección transversal de la bomba mostrada en la figura 1;

la figura 3 es una ilustración que muestra curvas de capacidad, es decir, el volumen bombeado de fluido (líquido y aire) frente al vacío de aspiración de la bomba con respecto al desplazamiento del centro (eje) del rotor de la bomba;

la figura 4 muestra la misma ilustración con diferente desplazamiento del eje del rotor;

la figura 5 es un diagrama de barras, basado en pruebas, que muestra el porcentaje de cambio de capacidad sobre la base de cada etapa de desplazamiento del rotor de la bomba.

La figura 1 muestra, tal como se indicó anteriormente, un ejemplo de una bomba de tornillo 1 de anillo líquido que incluye un alojamiento 2 con una sección de entrada 4 de aspiración en un extremo y una sección de salida 3 a presión en el otro extremo y, en el interior del alojamiento 2, un tornillo de Arquímedes dispuesto de manera giratoria (no mostrado) accionado por un motor 6 por medio de un árbol (tampoco mostrado). La sección de entrada 4 incluye, además, una cámara de aspiración que está dotada de una cubierta frontal o tapa 5 que está sujeta a la cámara de aspiración por medio de una conexión de reborde 7 con una pluralidad de tornillos y tuercas 8. En el presente ejemplo, la bomba que incluye el motor está dotada de dos pares de patas o soportes 9, de los que en las figuras se muestra una pata o soporte 9 para cada par (no se muestran las patas del otro lado). A este respecto, cabe señalar que algunas soluciones conocidas incluso pueden tener tres o más pares de patas, incluida, como mínimo, una para el motor 6. Las patas o soportes 9 de la solución mostrada en la figura 1 están dispuestas en elementos de anillo intermedios 10.

El alojamiento 2 con la sección de entrada 4 de aspiración y la sección de salida 3 a presión se mantienen unidos de manera desmontable por medio de pernos 11 dispuestos longitudinalmente a través de dichos elementos intermedios 10.

La figura 2 muestra una sección transversal de la bomba que se muestra en la figura 1, que comprende el alojamiento 2 del rotor, el rotor de tornillo 12 y el núcleo 13 del rotor. El numeral de referencia 14 indica la bolsa de aire y 15 indica el anillo líquido 16, los cuales se generan bajo las condiciones de funcionamiento de la bomba. Los inventores tenían como objetivo encontrar una relación entre el diámetro del rotor de tornillo 12, el diámetro del núcleo 13 del rotor y el desplazamiento, CD, del eje del rotor 12 con respecto al eje del alojamiento 2 del rotor. Los inventores descubrieron, por medio de evaluaciones teóricas y pruebas, que la relación se podía encontrar mediante una ecuación definida por un intervalo, k, que representa un área o intervalo en el que la eficiencia de la bomba es óptima. Puesto que k se define como un área, no es posible determinar un valor exacto del desplazamiento, sino un intervalo dentro del cual la bomba tendrá su eficiencia y capacidad óptimas.

Haciendo referencia a la figura 2, los inventores desarrollaron un conjunto de ecuaciones para determinar el intervalo optimizado de desplazamiento del rotor de tornillo en el interior del alojamiento:

Y para determinar mejor el intervalo k, los inventores llegaron a la siguiente ecuación:

Rr - CR ,.,P - 2CD

CR,

Donde:

Rr radio del rotor de tornillo

CRmin radio mínimo del núcleo del rotor de tornillo

CD desplazamiento del centro

Ljunta longitud de la junta del líquido

LDmax diámetro teórico máximo del anillo líquido

Para encontrar el valor más bajo del intervalo k, se realizaron pruebas con una bomba de tornillo de anillo líquido donde solo se realizó el desplazamiento del rotor con respecto al alojamiento de la bomba. Todas las demás características de diseño se mantuvieron sin cambios. Para cada prueba, el desplazamiento del rotor fue de 0,2 mm y la capacidad en m2/h se midió con respecto al vacío (% por debajo de la atmósfera) en el lado de aspiración de la bomba. La figura 3 muestra el resultado de las pruebas y, tal como se puede ver, las curvas de capacidad cambian notablemente en un desplazamiento del centro comprendido entre 13,3 y 13,5, y, cuando CD es mayor de 13,4, el valor al 5 % de vacío es menor que los valores al 10 % y al 20 %.

Para encontrar el valor superior del intervalo, k, se realizaron pruebas adicionales donde el CD se modificó de 0,2 mm en 0,2 mm. Los resultados de las pruebas están representados en la figura 4 y, tal como se puede ver, existe un “salto” en las curvas y, por lo tanto, un cambio notable en la capacidad, de 11,3 a 11,1 mm.

El diagrama de barras de la figura 5 muestra cuánto cambia la capacidad, en porcentaje, por cada cambio de desplazamiento de 0,2 mm.

Basándose en las pruebas realizadas al aumentar y reducir el CD del rotor de tornillo, se puede ver que las curvas en las figuras 3 y 4 cambian notablemente cuando el CD es mayor de 13,3 y menor de 11,3. Aplicando estos resultados en la ecuación empírica desarrollada por los inventores tal como se mencionó anteriormente, se obtiene el siguiente resultado:

Sustituyendo los números registrados/anotados en la ecuación, el intervalo, k, se calcula de la siguiente manera:

Esto implica que la bomba de tornillo de anillo líquido tiene su capacidad óptima cuando el intervalo, k, está comprendido entre 0,14 y 0,25.

Claims (1)

REIVINDICACIONES

1. Bomba de tomillo de anillo líquido (1) que incluye un alojamiento (2) con una sección de entrada (4) de aspiración y una sección de salida (3) a presión y, en el interior del alojamiento (2), un rotor de tornillo de Arquímedes dispuesto de manera giratoria accionado por un motor (6) por medio de un árbol, estando dotadas cada una de la sección de entrada (4) y la sección de salida (3) de un medio de conexión para tuberías de aspiración y de presión, respectivamente,

caracterizada por que

el desplazamiento, Cd , del rotor de tornillo con respecto al eje central del alojamiento se determina basándose en la ecuación:

R r ..CR¡m n -¿ C D

CRmin

donde

Rr es el radio del rotor de tornillo

CRmin el radio mínimo del núcleo del rotor de tornillo

CD el desplazamiento del centro,

y donde k está comprendida entre 0,14 y 0,29.