ES2954939T3 - Impulsor para bombas centrífugas - Google Patents
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Abstract
Un impulsor para bombas centrífugas tiene un primer elemento de disco, dispuesto funcionalmente hacia la entrada, que es coaxial y está enfrentado a un segundo elemento de disco, que está dispuesto funcionalmente hacia la entrega y está conectado rígidamente al primer elemento de disco en virtud de una serie de paletas espaciadas angularmente y está provisto centralmente de un medio para fijarlo a un eje de transmisión. La particularidad de la presente invención reside en que el impulsor incluye una serie de aberturas formadas en la región sustancialmente periférica del segundo elemento de disco, entre pares de paletas adyacentes, sustancialmente en las áreas sometidas al mayor empuje axial. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Impulsor para bombas centrífugas
Ámbito técnico
La presente invención se refiere a un impulsor para bombas centrífugas, particularmente del tipo con una o más etapas.
Técnica antecedente
Como es sabido, una bomba centrífuga tiene un impulsor formado convencionalmente por un par de cuerpos de disco conformados enfrentados entre sí, de manera que forman un hueco dentro del cual se disponen una serie de álabes que conectan los dos discos.
Centralmente a cada impulsor hay un buje, o un dispositivo de acoplamiento equivalente, que permite sujetar el impulsor a un eje de transmisión que es girado por un medio motor.
Sumario de la invención
Problema técnico
Aunque los impulsores del tipo conocido son ampliamente utilizados, presentan inconvenientes; entre ellos, quizás el más importante esté relacionado con la generación de empujes axiales.
En efecto, el impulsor de una bomba centrífuga está sometido a presiones diferentes que actúan sobre las dos caras: una presión inferior a la presión atmosférica actúa generalmente sobre el lado de entrada, mientras que una presión sustancialmente igual a la presión de salida actúa sobre la cara opuesta. Esto produce un empuje axial que puede llegar a ser considerable, hasta el punto de generar grandes pérdidas en términos de eficiencia, y sobrecargas que dañan los rodamientos del motor.
Estos problemas se acentúan en el caso de las bombas multietapa.
En un intento de resolver los problemas ligados a la generación de empujes axiales, algunos fabricantes de bombas multietapa enchavetan la mitad de los impulsores en sentido contrario con respecto a los restantes.
Sin embargo, esta solución crea dificultades significativas en la fabricación de los canales de paso internos.
El estado de la técnica también incluye un impulsor para bombas centrífugas divulgado en la solicitud de patente italiana no. ITVI2014A000271 de este mismo solicitante. Tal impulsor resuelve eficazmente los problemas descritos anteriormente, pero requiere la provisión de elementos de disco con diferentes diámetros.
Además, se hace referencia al documento JP S54072501 A, que describe una bomba centrífuga de flujo mixto que tiene una hendidura de comunicación en la periferia de un disco trasero para introducir agua a presión desde el exterior al interior de un impulsor. Los orificios dispuestos en un disco central a lo largo de los lados de cola de las palas del rotor de un impulsor son conocidos por los documentos US3944406 A, US3541607 A, FR526862, WO2010/110937.
Solución del problema
El objetivo de la presente invención es resolver los problemas descritos anteriormente, proporcionando un impulsor para bombas centrífugas que permite reducir los empujes axiales, asegurando al mismo tiempo la máxima eficiencia, y que prevé el uso de elementos de disco con el mismo diámetro.
En el ámbito de este objetivo, un objeto particular de la invención es proporcionar un impulsor que permite resolver los problemas ligados a la tracción que se genera habitualmente sobre el eje de transmisión.
Otro objeto de la invención es proporcionar un impulsor que permite preservar los rodamientos del motor.
Otro objeto de la invención es proporcionar un impulsor que puede fabricarse con un número reducido de componentes y que, por lo tanto, es ventajoso también desde un punto de vista puramente económico.
Este objetivo, estos objetos y otros que se pondrán de manifiesto mejor a continuación, se logran mediante un impulsor para bombas centrífugas según se establece en la reivindicación 1 y una bomba centrífuga que comprende dicho impulsor, según se establece en la reivindicación 5.
Otras realizaciones se divulgan en las reivindicaciones dependientes. El impulsor, entre otros, comprende un primer elemento de disco, dispuesto funcionalmente hacia la entrada, que es coaxial y está orientado hacia un segundo elemento de disco, que está dispuesto funcionalmente hacia la salida; estando dicho segundo elemento de disco
conectado rígidamente a dicho primer elemento de disco mediante álabes espaciadas angularmente y estando provisto centralmente de un medio de fijación para su fijación a un eje de transmisión; comprendiendo dicho impulsor aberturas específicamente conformadas y/o dispuestas, formadas en la región sustancialmente periférica de dicho segundo elemento de disco, entre pares de álabes adyacentes, sustancialmente en las áreas sometidas al mayor empuje axial.
La bomba centrífuga comprende un cuerpo sustancialmente hueco que aloja al menos un impulsor según la reivindicación 1 que está fijado a un eje de transmisión que puede girar alrededor de un eje de rotación por un medio motor.
Efectos ventajosos de la invención
El impulsor según la invención permite reducir considerablemente los empujes axiales pero al mismo tiempo garantizar una eficacia y una carga hidráulica máximas.
De hecho, vaciando las zonas sometidas a la presión más alta en el segundo elemento de disco, es decir, formando las aberturas, es posible reducir las fuerzas que generan el empuje axial.
Además, la carga hidráulica y la eficiencia no se reducen porque el perfil de estas aberturas está totalmente incluido dentro del segundo elemento de disco.
El impulsor según la presente invención permite resolver los problemas ligados a la tracción que se genera habitualmente sobre el eje de transmisión de las bombas centrífugas de una o varias etapas. Esto permite, por ejemplo, evitar daños en los rodamientos del motor.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas se harán más evidentes a partir de la descripción de realizaciones preferentes pero no exclusivas de un impulsor según la invención, ilustradas a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una vista frontal de un impulsor no perteneciente a la invención;
La figura 2 es una vista posterior del impulsor de la figura 1;
La figura 3 es una vista lateral en sección del impulsor de la figura 1;
La figura 4 es una vista frontal de un impulsor alternativo, que no pertenece a la invención;
La figura 5 es una vista posterior del impulsor de la figura 4;
La figura 6 es una vista lateral en sección del impulsor de las figuras 4 y 5;
La figura 7 es una vista frontal de un impulsor según una realización de la invención;
La figura 8 es una vista posterior del impulsor de la figura 7;
La figura 9 es una vista lateral en sección del impulsor de las figuras 7 y 8;
La figura 10 es una vista frontal de un impulsor según un ejemplo no reivindicado útil para comprender la invención;
La figura 11 es una vista posterior del impulsor de la figura 10;
La figura 12 es una vista lateral en sección del impulsor de las figuras 10 y 11;
La figura 13 es una vista frontal de un impulsor según otro ejemplo no reivindicado útil para comprender la invención;
La figura 14 es una vista posterior del impulsor de la figura 13;
La figura 15 es una vista lateral en sección del impulsor de las figuras 13 y 14;
La figura 16 es una vista frontal de un impulsor alternativo, que no pertenece a la invención;
La figura 17 es una vista posterior del impulsor de la figura 16;
La figura 18 es una vista lateral en sección del impulsor de las figuras 16 y 17.
Descripción de las realizaciones
Las figuras 1 a 3 ilustran un impulsor para una bomba centrífuga, designado globalmente por el número de referencia 1.
El ejemplo aquí ilustrado se refiere al caso en el que el impulsor 1 se utiliza en una bomba centrífuga multietapa; sin embargo, es evidente para el experto en la materia que el impulsor según la presente invención también puede montarse en bombas de otro tipo, como una bomba centrífuga de una sola etapa.
La bomba centrífuga multietapa, que es per se conocida y no se muestra en las figuras, está constituida por un cuerpo sustancialmente hueco que aloja un conjunto de impulsores proporcionados según la presente invención, que están fijados coaxialmente a un eje de transmisión que es girado por un medio motor.
El impulsor 1 incluye un primer elemento de disco 2, que está dispuesto funcionalmente hacia la entrada, y un segundo elemento de disco 3, que está dispuesto funcionalmente hacia la salida.
El diámetro del segundo elemento de disco 3 es sustancialmente igual, o ligeramente inferior, al diámetro del primer elemento de disco 2.
Los dos elementos de disco 2 y 3 son coaxiales a un eje de rotación 1000 y se enfrentan entre sí para formar un espacio intermedio sustancialmente cilíndrico.
Los álabes 4 están dispuestos dentro del espacio intermedio y conectan rígidamente el primer elemento de disco 2 con el segundo elemento de disco 3.
Los álabes 4, que están distribuidos angularmente alrededor del eje de rotación 1000, se extienden desde el centro hacia la región periférica de los dos elementos de disco 2 y 3, sin sobresalir hacia el exterior, siguiendo un perfil adaptado.
En la solución ilustrada, por ejemplo, los álabes 4 están curvados para formar conductos que divergen y están dispuestos radialmente.
Ventajosamente, el segundo elemento de disco 3 está fijado a un eje de transmisión mediante un medio de fijación. El eje de transmisión, que no se muestra en las figuras, gira alrededor del eje de rotación 1000.
Los medios de fijación comprenden un buje 5, que puede asociarse mecánicamente con el eje de transmisión, provisto en el centro del segundo elemento de disco 3.
Un orificio pasante 6 está dispuesto centralmente en el primer elemento de disco 2, opuesto al buje 5; el orificio pasante 6 tiene un diámetro mayor que el del eje de transmisión.
El orificio pasante 6 está conectado a un collarín 7 que sobresale del primer elemento de disco 2.
En la práctica, cuando el impulsor 1 está montado en el eje de transmisión, el collarín 7 rodea el eje, formando una abertura anular que constituye la entrada del impulsor.
El impulsor 1 incluye una serie de aberturas formadas en la región sustancialmente periférica del segundo elemento de disco 3, entre pares de álabes adyacentes 4, en las que es posible identificar las zonas del disco sometidas a mayor empuje axial.
El lado radialmente periférico de cada abertura se extiende por una distancia que es más corta que la del borde periférico del segundo elemento de disco 3, con respecto al eje de rotación 1000.
En otras palabras, las aberturas están completamente incluidas dentro del perfil del segundo elemento de disco 3. En la realización mostrada en las Figuras 1 a 3, las aberturas están constituidas por ranuras conformadas 8 provistas en la región periférica del segundo elemento de disco 3, entre pares de álabes 4 adyacentes.
Cada ranura contorneada 8 tiene un perfil en forma de arco 9, en el lado radialmente periférico; el perfil en forma de arco 9 tiene una convexidad orientada hacia el eje de rotación 1000.
El perfil en forma de arco 9 está conectado con un perfil de contorno opuesto 10, que, en el ejemplo mostrado en las Figuras 1 a 3, tiene una porción curvada, con la convexidad orientada hacia el eje de rotación 1000.
Las figuras 4 a 6 muestran un impulsor, generalmente designado por el número de referencia 101, que es similar al impulsor 1 pero está provisto de perfiles contorneados 110 con la convexidad orientada hacia el exterior del segundo elemento de disco 3.
Según la realización de la invención mostrada en las Figuras 7 a 9, en la que el impulsor según la invención se designa generalmente por el número de referencia 201, los perfiles en forma de arco 9 y los perfiles contorneados 10, de las ranuras contorneadas 8 están unidos por una o más lengüetas extendidas radialmente 211 que tienen la función de rigidizar la estructura.
Según el ejemplo no reivindicado ilustrado en las Figuras 10 a 12, en el que el impulsor se designa con el número de referencia 301, las aberturas están constituidas por orificios pasantes 308 previstos en la región sustancialmente periférica del segundo elemento de disco 3, entre pares de álabes 4 adyacentes.
En el ejemplo mostrado en las Figuras 10 a 12, los centros de los orificios pasantes 308 están dispuestos sustancialmente a lo largo de un arco de una circunferencia que está centrada en el eje de rotación 1000; sin embargo, es evidente para el experto en la materia que los orificios pasantes podrían estar dispuestos de otras maneras equivalentes.
Por ejemplo, las figuras 13 a 15 muestran un impulsor, designado por el número de referencia 401, que es similar al impulsor 301 pero tiene orificios pasantes 408 que están formados sustancialmente a lo largo de múltiples arcos que son concéntricos y centrados con respecto al eje de rotación 1000.
Las figuras 16 a 18 muestran un impulsor, generalmente designado por el número de referencia 501, que incluye orificios pasantes 508 provistos en el segundo elemento de disco 3, entre pares de álabes adyacentes 4, y dispuestos sustancialmente a lo largo de arcos de una circunferencia cuyo centro está dispuesto fuera del disco. En las Figuras 4 a 18, los elementos que corresponden a los elementos que ya han sido descritos con referencia a la realización mostrada en las Figuras 1 a 3 han sido designados por los mismos números de referencia.
El impulsor según la invención puede fabricarse mediante diversas técnicas, utilizando materiales metálicos como, por ejemplo, acero, acero inoxidable, acero fundido a presión, hierro fundido, latón y similares, u otros materiales provistos de las características tecnológicas necesarias, como, por ejemplo, algunos tecno-polímeros.
En cuanto al funcionamiento del impulsor según la invención, las pruebas experimentales y el análisis cuidadoso de los resultados han permitido observar que las aberturas previstas en el segundo elemento de disco 3 conllevan una mayor eficacia fluidodinámica y una buena carga hidráulica para una reducción igual de los empujes axiales.
En la práctica se ha comprobado que el impulsor para bombas centrífugas, según la invención, logra plenamente el objetivo previsto, ya que permite reducir considerablemente los empujes axiales pero al mismo tiempo asegurar la máxima eficiencia y carga hidráulica.
De hecho, vaciando las zonas sometidas a mayor presión en el segundo elemento de disco, es decir, formando las aberturas, es posible reducir las fuerzas que generan el empuje axial.
Además, la carga hidráulica y la eficiencia no se reducen porque el perfil de estas aberturas está completamente incluido dentro del segundo elemento de disco.
El impulsor según la presente invención permite por tanto resolver los problemas ligados a la tracción que se genera habitualmente sobre el eje de transmisión de las bombas centrífugas de una o varias etapas. Esto permite, por ejemplo, evitar daños en los rodamientos del motor.
El impulsor para bombas centrífugas, y la bomba centrífuga así concebida son susceptibles de numerosas modificaciones y variaciones dentro del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones.
En la práctica, los materiales utilizados, siempre que sean compatibles con el uso específico, así como las formas y dimensiones contingentes, pueden ser cualesquiera según las exigencias del estado de la técnica.
Claims (6)
1. Un impulsor (1; 201) para bombas centrífugas que comprende:
un primer elemento de disco (2); y
un segundo elemento de disco (3);
en el que el primer elemento de disco (2) está dispuesto funcionalmente hacia la entrada, y es coaxial y está orientado hacia el segundo elemento de disco, que está dispuesto funcionalmente hacia la salida;
en el que dicho segundo elemento de disco (3) está conectado rígidamente a dicho primer elemento de disco (2) mediante álabes angularmente espaciados (4) y está provisto centralmente de un medio de fijación (5) para su fijación a un eje de transmisión;
dicho impulsor (1; 201) comprende además aberturas formadas en la región sustancialmente periférica de dicho segundo elemento de disco (3), entre pares de álabes adyacentes (4), sustancialmente en las zonas sometidas al mayor empuje axial,
dichas aberturas están constituidas por ranuras contorneadas (8), teniendo el lado radialmente periférico de cada una de dichas ranuras contorneadas (8) un perfil en forma de arco (9), en el que dicho perfil en forma de arco (9) tiene una convexidad orientada hacia dicho eje de rotación (1000);
en el que cada una de dichas ranuras contorneadas (8) tiene un perfil contorneado (10) opuesto al perfil en forma de arco (9),
caracterizado porque
el perfil arqueado (9) y el perfil contorneado (10) de las ranuras contorneadas (8) están unidos por al menos una lengüeta (211) con desarrollo radial.
2. El impulsor (201) según la reivindicación 1, en el que dicho perfil contorneado (10) tiene una porción curva con una convexidad orientada hacia dicho eje de rotación (1000).
3. El impulsor (1; 201) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos medios de fijación (5) comprenden un buje asociado mecánicamente con dicho eje de transmisión; estando dicho buje opuesto a un collarín (7) que tiene un diámetro mayor que el diámetro de dicho eje de rotación (1000); estando dicho collarín (7) provisto en dicho primer elemento de disco (2).
4. El impulsor (1; 201) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho segundo elemento de disco (3) tiene un diámetro que es sustancialmente igual o menor que el diámetro de dicho primer elemento de disco (2).
5. Una bomba centrífuga que comprende:
un cuerpo sustancialmente hueco que aloja al menos un impulsor (1; 201) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que está fijado a un eje de transmisión y configurado para girar alrededor del eje de rotación (1000) cuando es girado por un medio motor.
6. La bomba centrífuga según la reivindicación 5, en la que la bomba centrífuga es una bomba multietapa y el cuerpo sustancialmente hueco aloja un conjunto de dichos impulsores (1; 201).
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