ITMI20010592A1 - Pompa centrifuga con regolazione dei giochi assiali radiali senza aprire il corpo pompa - Google Patents

Description

Titolo: "Pompa centrifuga con regolazione dei giochi assiali/radiali senza aprire il corpo pompa"

La presente invenzione si riferisce alle pompe centrifughe ed in particolare ad una struttura semplificata e scomponibile di pompa centrifuga che ne consente una realizzazione, montaggio e manutenzione assai più agevoli ed economici.

In linea generale, le pompe centrifughe sono macchine nelle quali si trasferisce energia dalla macchina al fluido mediante una girante in moto relativo rispetto al fluido. La loro struttura comprende una parte statica ed una parte in movimento: una cassa esterna che contiene la girante calettata su un albero mosso da un motore. Tra le due parti sono interposti, in linea generale, organi di tenuta che esercitano la loro funzione tra superfici affacciate, piane o cilindriche, in moto relativo tra loro. Per aumentare la tenuta e per ridurre gli attriti in gioco, molti tipi delle pompe della tecnica nota vengono generalmente equipaggiati di dispositivi ausiliari per la lubrificazione di tali superfici distribuendo un fluido lubrificante nei meati tra le guarnizioni affacciate.

Tali dispositivi di lubrificazione sono fonte di inconvenienti notevoli, sia di tipo ambientale per le perdite e per lo smaltimento di fluidi lubrificanti, sia di rendimento meccanico della macchina per i trafilamenti di fluido, che infine per la complicazione e il maggiore ingombro della macchina. Strutture di pompe centrifughe prive di dispositivi lubrificazione ausiliaria e con tenuta di tipo radiale tra superfici piane sono note dalla tecnica, ad esempio dai brevetti USA n° 4,242,039, 4,501,530 e 4,913,619. Tali strutture di pompa centrifuga risultano però assai complesse e presentano difficoltà nella loro realizzazione, montaggio, manutenzione e regolazione.

Le pompe con anelli di tenuta affacciati e coassiali, frontalmente o concentricamente, direttamente sul corpo pompa e sulla girante non sono prive di inconvenienti. Questi montaggi comportano lavorazioni complesse e precise del corpo pompa e, in caso di grippaggio od usura non controllata in tempo, danni non più riparabili al corpo della pompa. Gli anelli di tenuta di tipo convenzionale sono soggetti ad usura durante la loro vita tecnica, che si traduce in aumento dei giochi tra le tenute con significativo peggioramento nei rendimenti e sostanziale aumento dei consumi di energia.

La presente invenzione si riferisce più particolarmente ad una pompa centrifuga di struttura scomponibile ed assai più semplice e facile da realizzare, montare, mantenere e regolare. Essa risulta inoltre dotata di un sistema innovativo di flussaggio dei cuscinetti, senza l'utilizzo di tubazioni e valvole di regolazione.

La pompa secondo l'invenzione viene definita, con le sue caratteristiche essenziali, nella prima rivendicazione, mentre le rivendicazioni dipendenti definiscono realizzazioni preferenziali e perfezionamenti dell'invenzione.

Per illustrare con maggiore evidenza le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione, essa viene descritta con riferimento ad alcune sue tipiche realizzazioni riportate nelle figure 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7 a titolo esemplificativo e non limitativo.

Nelle figure 1A,B viene mostrata una realizzazione della pompa con viste rispettivamente in sezione secondo un piano assiale {figura 1A) e in vista schematica di fronte (figura 1B).

La figura 2 mostra nei suoi componenti principali la struttura della pompa secondo la vista della figura 1, ma in configurazione "esplosa" per illustrarne le modalità di montaggio e di accesso alle parti in movimento.

La figura 3 mostra ancora parzialmente la pompa secondo la vista della figura 1, per il particolare del flussaggio dei cuscinetti e della tenuta meccanica che costituisce una forma di realizzazione preferita della pompa secondo l'invenzione.

La figura 4 mostra ancora la pompa secondo la vista della figura 1, per il particolare di una diversa struttura di coperchio laterale diretta a limitare i possibili scorrimenti assiali, che costituisce una forma alternativa di realizzazione della pompa secondo l'invenzione.

Nella figura 5 si illustra una realizzazione speciale della pompa secondo l'invenzione per l'applicazione a liquidi contenenti particelle abrasive.

Le figure 6, 7 sono particolari in sezione che illustrano un sistema di regolazione dei giochi tra girante ed anelli di tenuta.

Come illustrato nelle figure da 1 a 5, la pompa centrifuga secondo l'invenzione comprende piedi di appoggio 1 solidali al corpo pompa 2, che contiene una girante 5 calettata su un albero 4 mediante un profilo scanalato 20 o, in alternativa, mediante chiavetta, che non vincola la girante in senso assiale. L'albero 4 viene collegato al suo motore -non mostrato in figura per semplicità - con un giunto per sé noto, indicando solamente l'asola 21 per inserire esemplificativamente una chiavetta di accoppiamento. La carcassa o corpo pompa 2 prevede dalle due parti un'aspirazione IN del fluido e una mandata OUT del fluido pompato, rispettivamente a sinistra e a destra nella figura 1B. Nella parte superiore delle figure 1 viene mostrato un coperchio superiore amovibile 3 della carcassa 2, con viti di fissaggio alla stessa carcassa.

Dal lato sinistro e destro del corpo pompa, nel piano del disegno di figura 1A, sono montati rispettivamente due coperchi laterali 6,7 conformati ad imbuto, sui quali sono montati rispettivamente i cuscinetti a strisciamento o bronzine 8,9. Sugli stessi coperchi laterali 6,7 sono montati rispettivamente anche gli anelli di tenuta 10,11 della parte fissa collegata al corpo pompa, affacciati rispettivamente agli anelli di tenuta 25 collegati alla girante 5 e ruotanti con essa. L'albero 4, la girante 5 e i suoi anelli di tenuta 25 costituiscono pertanto la parte rotante della pompa. La girante può non montare gli anelli 25 e lavorare direttamente in contrapposizione agli anelli 10, 11 del corpo con superfici lavorate.

Gli anelli affacciati 10,11,25 di tenuta sia fissi che rotanti possono essere realizzati con vari materiali, preferibilmente resistenti all'usura ed a basso coefficiente di attrito, ad esempio con resine, contenenti eventuali cariche additive, carburi di silicio, ceramica, leghe metalliche.

I coperchi laterali 6,7 sono preferibilmente dotati di razze rispettivamente 16 e 15, che consentono di supportare efficacemente le zone dei cuscinetti a strisciamento 8,9, evitando il loro appoggio a sbalzo, come nelle pompe convenzionali. Le razze sono solidali con gli anelli 17, 17a, su cui sono montati gli anelli di usura 10, 11.

La divisione assiale tra corpo 2 e coperchio superiore 3 della pompa può essere realizzata, in modo tradizionale, secondo un piano passante per la linea d'asse 12 oppure, secondo la realizzazione mostrata nelle figure 1B, 2, spostata verso l'alto secondo un piano 13 parallelo al precedente, per poter agganciare e sollevare la girante 5 e rimuoverla dal corpo pompa 2, senza interessare le altre parti della pompa.

II vincolo di posizione della girante 5 in senso assiale viene realizzato con due anelli 23,24 distanziali - rispettivamente destro e sinistro -divisi in due metà e fissati alla girante a mezzo di viti, e posti dalle due parti dell'ingrossamento della scanalatura 20 che tengono quindi l'albero 4 assialmente in posizione, mentre la sua taratura e l'assorbimento delle forze in direzione assiale è funzione di organi che vengono descritti nel seguito. Ai due estremi laterali della carcassa 2 i due coperchi 6,7 sono dotati di dispositivi sia di regolazione dei giochi assiali, sia di assorbimento delle forze in tale direzione. Per la regolazione dei giochi assiali 22 tra gli anelli frontali 10,11,25, mostrati con maggiore evidenza in figura 5, sono previste una pluralità di viti 14,19, rispettivamente per il coperchio destro 7 e sinistro 6, delle quali una delle viti 14 viene mostrata nel particolare ingrandito della figura 1. Il coperchio destro 7, così come anche il coperchio sinistro 6, è conformato nella sua faccia esterna con una superficie troncoconica sulla/dalla quale vengono rispettivamente a spingere o a ritrarsi, in senso radiale, le estremità delle viti 14,19, tale spinta traducendosi in uno spostamento assiale dei coperchi 6,7 verso l'interno, secondo il principio del piano inclinato.

Per allontanare invece i coperchi possono essere utilizzate viti assiali, rispettivamente 14bis nella parte destra e 19bis nella parte sinistra, che hanno riscontro contro la cassa 2, operano in direzione assiale e provocano l'allontanamento dei coperchi laterali. Per semplicità, questo particolare viene mostrato solo nella figura 5.

Tale spostamento assiale dei due coperchi 6,7 avvicina o allontana gli anelli frontali 10,11,25 e ne regola il gioco 22. A titolo esemplificativo, nella vista laterale schematica di figura 1B, sono previste quattro viti 19 distanziate di 90° l'una dall'altra .

La tenuta ed il blocco dei due coperchi viene completata con la tenuta meccanica posta a destra. Essa consiste in un coperchio 18, più piccolo e concentrico con il coperchio 7, che viene ad esso fissato con viti. Al suo interno, il coperchietto 18 porta un anello di tenuta 41 ed una molla in compressione 42 che si appoggia da una parte contro la faccia interna dell'anello 41 e dall'altra parte contro uno spallamento dell'albero 4. La molla 42 è in compressione e spinge l'albero verso sinistra nel piano del disegno e spinge verso destra l'anello della tenuta 41. Dall'altra parte, la spinta della molla 42 viene contrastata con una controspinta dalla parte del coperchio 6 che, a mezzo dell'anello 10, comprime detta molla e assicura la tenuta.

Nella figura 2 viene illustrata la realizzazione esemplificativa della pompa delle figure 1, ma in configurazione "esplosa". Le modalità di montaggio e di accesso alle parti in movimento risultano estremamente semplificate. In caso che si vogliano estrarre gli organi mobili della pompa, è infatti sufficiente smontare i coperchi 6 e 7, sfilare l'albero 4 dal lato opposto al giunto con il motore; la sostituzione degli anelli di tenuta e dei cuscinetti a strisciamento è possibile senza smontare il coperchio superiore 3. Solo se si vuole intervenire anche sulla girante 5, si deve rimuovere il coperchio superiore e sfilare la girante dall'alto .

La figura 3 mostra una forma di realizzazione preferita della pompa secondo l'invenzione, in cui si realizza il flussaggio dei cuscinetti e della tenuta meccanica prelevando fluido dall'aspirazione della pompa. Nella figura 3 viene illustrato il sistema di flussaggio dalla parte del coperchio sinistro 6, che viene applicato anche dalla parte del coperchio destro 7 in modo simmetrico. Nella parete del coperchio sinistro 6 conformata ad imbuto verso la girante viene realizzata una serie di fori 31, che mettono in comunicazione il vano dell'aspirazione IN a monte della girante 5 con la camera 34 del cuscinetto 8; dalla parte di destra si ha invece il cuscinetto 9.

Dal flusso principale di aspirazione 29 viene così deviata una parte come corrente di flussaggio 30 che penetra nei fori 31 e percorre canali di flussaggio 32 praticati nel cuscinetto 8 e sbocca come flusso 33 tra lo spallamento del cuscinetto 8 e l'anello distanziale 24.

Lo stesso sistema di flussaggio realizzato sul coperchio 7 raffredda e lubrifica non solo il suo cuscinetto 9, ma anche la tenuta 18,41,42.

La figura 4 illustra una forma alternativa di realizzazione della pompa secondo l'invenzione in cui si adotta una diversa struttura di coperchio laterale per controllare i possibili scorrimenti assiali della girante 5 e per premere la tenuta contro il secondo coperchio 18 e comprimere la molla 42.

Sull'albero 4, a sinistra della girante 5 nel piano del disegno, viene realizzato o calettato un ingrossamento ad anello 28, sul quale la girante stessa va in battuta.

L'organo di controllo degli scorrimenti assiali consiste in un coperchietto 27, simmetrico al coperchietto 18 e concentrico con il coperchio 6, al quale è fissato con viti. Al suo interno, il coperchietto 27 porta un disco di tenuta 26 che blocca l'albero 4 e lo mantiene in posizione con la girante 5. Il disco 26 viene realizzato con materiali e finiture analoghi a quelli degli anelli di tenuta 10,11,25.

Con questa soluzione si limitano gli scorrimenti assiali solo dell'albero, mentre la girante non è bloccata assialmente sull'albero medesimo, ed i suoi scorrimenti assiali sono limitati dagli anelli di usura nelle zone 22.

La figura 5 illustra una realizzazione speciale della pompa secondo l'invenzione per il suo impiego con liquidi contenenti significative quantità di particelle abrasive. In tali condizioni queste particelle abrasive possono rovinare in breve tempo i cuscinetti a strisciamento lubrificati con il liquido stesso, come nelle realizzazioni mostrate nelle figure da 1 a 4.

In questa speciale realizzazione vengono eliminati i cuscinetti a strisciamento 8,9 delle figure precedenti e, in loro vece, si prevede di sostenere la parte rotante della pompa con due cuscinetti a rotolamento 8bis,9bis, lubrificati mediante grasso/olio, montati esternamente alle due parti della cassa su due scatole di supporto 6bis,7bis, analoghe ai coperchietti 18 e 27 della figura 4 e montate sui coperchi laterali 6,7. Per semplicità di disegno tali scatole di supporto sono mostrate del tipo per la lubrificazione dei cuscinetti con grasso. Anche con questa soluzione le spinte assiali sono sopportate dagli anelli 10,11 montati sui coperchi laterali, così come anche i cuscinetti a rotolamento, che invece nelle pompe tradizionali sono montati sul corpo della pompa. Tale soluzione consente pertanto montaggio, manutenzione e regolazione semplificate. Anche con i cuscinetti a rotolamento è possibile la stessa regolazione dei giochi tra gli anelli 25 della girante 5 e gli anelli di tenuta 10,11, senza aprire la pompa. Basta agire sulle viti radiali 14,19 per diminuire i giochi e sulle viti assiali 14bis,19bis per aumentarli.

Come mostrato nella figura 5, la girante 5 è girevolmente connessa all'albero 4, con chiavetta oppure profilo scanalato. Il suo scorrimento assiale sull'albero è bloccato con la battuta 50 in un senso, e nel senso contrario dall'anello in due metà 51 e dall'anello intero 52.

Con riferimento ai particolari delle figure 6, 7, per la regolazione dei giochi tra la girante 5 e gli anelli di tenuta 10,11 (a pompa ferma) si impiega una vite di regolazione assiale 53 che, appoggiandosi sulla faccia F, spinge l'albero 4 verso destra nel piano della figura 5, avvitandosi nel foro filettato 53a del coperchio 6.

Per tirare nel senso contrario il rotore, dopo aver tolta la vite di spinta 53 dal suo foro filettato 53a, si avvita nel foro filettato 54a dell'albero 4 una barra filettata 54, di diametro minore del foro 53a della vite 53, e con un dado 55 avvitato su di essa e a contatto con il coperchio 6 della scatola 6bis si tira il rotore verso sinistra nel piano del disegno. Con un comparatore, dopo aver rilevato la corsa totale del rotore tra gli anelli di usura 10,11 del corpo spostandolo assialmente nei due sensi, si può posizionarlo esattamente nella mezzeria dei due anelli del corpo. Le spinte assiali risultano ridotte e non sono in grado di far scorrere l'albero 4 all'interno dei cuscinetti; esse in ogni caso possono venire sopportate dagli anelli 10,11.

In alternativa alla soluzione di blocco della girante 5 sull'albero 4 in senso assiale con battuta ed anelli contrapposti, si può lasciare la girante libera di scorrere in senso assiale. In tal caso, le spinte assiali vengono scaricate sugli anelli 10,11 e la girante viene autocentrata dal flusso di ritorno in aspirazione che passa attraverso i giochi tra girante ed anelli. L'albero 4 risulta così scaricato completamente dalle spinte assiali.

Come si può notare dalle realizzazioni illustrate, la pompa centrifuga secondo l'invenzione presenta notevoli vantaggi rispetto alle pompe dello stato della tecnica.

La pompa secondo l'invenzione consente l'accesso e la regolazione delle sue parti interne con estrema facilità. Tutte le parti interne sono accessibili senza rimuovere il motore e le tubazioni. La taratura dei giochi 22 tra gli anelli radiali di tenuta è effettuabile dall'esterno regolando assialmente i due coperchi laterali 6,7, senza nemmeno aprire la pompa. La possibilità di spostare assialmente i coperchi laterali con regolazioni micrometriche permette di regolare i giochi 22 con estrema precisione, non ottenibile comunque con pompe tradizionali, di ottenere elevati rendimenti energetici, per la conseguente riduzione delle perdite idrauliche tra gli anelli.

La pompa risulta assai facile da costruire e richiede lavorazioni di precisione minore di quelle richieste dalle pompe tradizionali a carcassa divisa assialmente. Specialmente la realizzazione con divisione disassata, come indicato con il coperchio 3 della dimensione dello spessore della girante 5, si ha una migliore resistenza del corpo pompa 2 alle pressioni interne ed una migliore tenuta nel piano di unione tra corpo e coperchio. La linea d'asse è inoltre molto più facile da realizzare in quanto si lavora su un solo diametro e su cerchi interi, mentre nelle pompe tradizionali la linea d'asse generalmente richiede di lavorare su vari diametri ed è divisa in due metà.

Il sistema di regolazione assiale dei coperchi laterali 6,7 con le viti 14,19,14bis,19bis non solo permette di regolare i giochi a pompa chiusa, ma consente anche di svitare tali viti, ruotare le cosiddette casse stoppa e i cuscinetti portanti 8,9 per poterne utilizzare la parte superiore meno usurata, allungando così la vita tecnica dei cuscinetti e diluendo gli interventi di sostituzione dei cuscinetti. Tale sostituzione, tra l'altro, può essere effettuata senza rimuovere il coperchio superiore 3. Lo stesso avviene anche per gli anelli 10,11 fissi di tenuta collegati ai coperchi laterali 6,7, bilanciandone l'usura nel caso che errori di lavorazione o di montaggio diano usure anomale e/o angolarmente sbilanciate.

Tutte le parti usurabili, come cuscinetti, anelli, dischi e tenute, sono montate sui coperchi laterali. In casi di gravi avarie, grippaggi, surriscaldamenti e così via, che danneggino irrimediabilmente le loro sedi, il corpo pompa ed il coperchio superiore si salvano. Risulterebbe sufficiente sostituire solamente il cappello o i coperchi laterali danneggiati con coperchi nuovi con un intervento economico e semplice. Il corpo pompa richiede lavorazioni molto più semplici delle pompe della tecnica nota; esse in sostanza si limitano ad una barenatura della linea d'asse senza battute interne e spostamenti del pezzo sulla macchina utensile, lavorando solamente da un lato. Le due grosse aperture del corpo pompa 2 in corrispondenza dei coperchi 6,7 permettono, nel corso della fusione, di supportare meglio le anime realizzando così getti migliori e con minori scarti.

Salvo il caso in cui si preveda il suo impiego con liquidi abrasivi, la pompa secondo l'invenzione non richiede cuscinetti a rotolamento. Non vi è parimenti necessità di dispositivi di lubrificazione esterna, in quanto tutte le sollecitazioni sono sopportate con cuscinetti di strisciamento e anelli di usura interni alla pompa, che sono flussati e lubrificati dal liquido pompato.

Nella realizzazione di figura 3, il liquido di lubrificazione e flussaggio viene prelevato dal lato di aspirazione della pompa e non dalla sua mandata, come avviene in alcune pompe convenzionali. In questo modo il sistema di flussaggio viene sostanzialmente semplificato, perché non vi è necessità di valvole di parzializzazione per ridurre la pressione del flusso immesso nelle camere 34 dei cuscinetti e nella tenuta meccanica.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa centrifuga comprendente un corpo pompa o carcassa (2), una girante (5) collegata ad un albero (4), un coperchio amovibile superiore (3), la tenuta tra il corpo pompa (2) e girante (5) essendo affidata ad anelli (10,11), vincolati alla carcassa (2), affacciati ad anelli (25), vincolati alla girante (5), che sono posti in rotazione con essa, caratterizzata dal fatto che sia gli anelli fissi (10,11) di tenuta, sia i cuscinetti di supporto della parte rotante della pompa (8,9;8bis,9bis) sono montati su due coperchi laterali amovibili (6,7) posti ai due lati del corpo pompa (2).
2. 2. Pompa centrifuga secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i cuscinetti di supporto della parte rotante della pompa sono cuscinetti a strisciamento (8,9).
3. 3. Pompa centrifuga secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i cuscinetti di supporto della parte rotante della pompa sono cuscinetti a rotolamento lubrificati (8bis,9bis).
4. 4. Pompa centrifuga secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la girante (5) è calettata su un albero (4) mediante un profilo scanalato (20), o in alternativa con chiavetta, che non la vincola in senso assiale.
5. 5. Pompa centrifuga secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la divisione assiale tra corpo (2) e coperchio superiore (3) della pompa è realizzata secondo un piano (13) spostato verso l'alto e parallelo alla linea d'asse (12).
6. 6. Pompa centrifuga secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi per la regolazione dei giochi (22) tra gli anelli di tenuta (10,11,25) consistono in una pluralità di viti (14,19) di accostamento e di viti di allontanamento (14bis,19bis), rispettivamente per il coperchio destro (7) e sinistro (6), i quali sono conformati nella loro faccia esterna con una superficie troncoconica sulla quale vengono a spingere le estremità delle viti di accostamento (14,19), in senso radiale, mentre le viti di allontanamento (14bis,19bis) sono disposte in senso assiale a tirare i due coperchi (6,7) verso l'esterno, tali spinta e tiro traducendosi rispettivamente in uno spostamento assiale dei coperchi (6,7) verso l'interno che avvicina, o verso l'esterno che allontana, gli anelli frontali (10,11,25) e ne regola il gioco (22).
7. 7. Pompa centrifuga secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere un sistema di tenuta meccanica montato su un coperchio (18), più piccolo e concentrico con il coperchio (7), che porta al suo interno un anello di tenuta (41) ed una molla in compressione (42) che si appoggia da una parte contro la faccia interna dell'anello (41) e dall'altra parte contro uno spallamento dell'albero (4), mentre dall'altra parte la spinta della molla (42) viene contrastata con una controspinta dalla parte del coperchio (6) che comprime detta molla (42) e assicura la tenuta.
8. 8. Pompa centrifuga secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto di comprendere un sistema di flussaggio dei cuscinetti (8,9) e della tenuta meccanica (18,41,42) prelevando fluido dall'aspirazione della pompa, detto sistema di flussaggio essendo realizzato dalle parti dei coperchi laterali (6,7) con fori (31), che mettono in comunicazione il vano dell'aspirazione a monte della girante (5) con le camere (34) adiacenti ai cuscinetti (8,9), e con canali di flussaggio (32) dei cuscinetti (8,9) che sboccano tra gli spallamenti dei detti cuscinetti e i loro anelli distanziali (23,24).
9. 9. Pompa centrifuga secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che l'organo che controlla i possibili scorrimenti assiali dell'albero (4) e per esercitare la controspinta comprimendo la molla (42) comprende un coperchietto (21) , concentrico con il coperchio 6 e fissato ad esso con viti, dotato al suo interno di un disco di tenuta (26) che blocca lo scorrimento assiale dell'albero (4).
10. 10. Pompa centrifuga secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta girante (5) non è bloccata assialmente sull'albero e che il suo scorrimento assiale è contenuto da detti anelli (10, 11).
11. 11. Pompa centrifuga secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che i cuscinetti a rotolamento lubrificati (8bis,9bis), che supportano la parte rotante della pompa, sono montati esternamente alle due parti della cassa (2) su due scatole di supporto (6bis,7bis) sui coperchi laterali (6,7).