ITMI20070329A1 - Girante a vortice per pompe fluidodinamiche di tipo centrifugo - Google Patents

Description

Titolo: "Girante a vortice per pompe fluidodinamiche di tipo centrifugo"

La presente invenzione si riferisce ad una girante a vortice, utilizzabile su pompe fluidodinamiche di tipo centrifugo a funzionamento orizzontale, verticale e sommergibile.

Le pompe fluidodinamiche di tipo centrifugo sono le pompe più comunemente utilizzate sia in ambito industriale che in ambito civile. Una pompa centrifuga è usualmente costituita da un corpo sul quale sono realizzati una bocca di aspirazione per il liquido da pompare ed una di mandata per il convogliamento del liquido in uscita, con una singola girante (pompe monostadio) o con più giranti disposte in serie (pompe multistadio).

La girante, che costituisce l'elemento principale di una pompa centrifuga, non è altro che una ruota palettata di norma calettata su un albero azionato da un motore, generalmente elettrico. La funzione della girante è quella di convertire l'energia sviluppata dal motore in energia cinetica per il liquido da pompare.

Quando il liquido entra all'interno del corpo pompa, la girante proietta tale liquido alla periferia del corpo stesso e per effetto della forza centrifuga prodotta dalla velocità di rotazione il liquido immagazzina un'energia potenziale sotto forma di pressione e tramutata poi in energia cinetica vale a dire il dislivello massimo di sollevamento del liquido pompato oltre a generare una portata cioè la quantità di liquido spostata nell'unità di tempo. Inoltre, tale movimento centrifugo provoca contemporaneamente una depressione in grado di aspirare il liquido da pompare e collegando la pompa con una tubazione di mandata, il liquido verrà facilmente incanalato e spinto all'esterno della pompa stessa.

La girante di una pompa fluidodinamica di tipo centrifugo può essere realizzata secondo molte varianti costruttive. Esistono infatti giranti aperte, giranti chiuse, giranti semiaperte, giranti monocanale, giranti pluricanale, giranti assiali, giranti semiassiali, giranti a spirale, giranti arretrate a vortice, ecc.

In campo civile ed industriale vengono largamente utilizzate pompe con giranti arretrate aperte e semiaperte funzionanti in base al principio del vortice liquido, detto anche giunto idraulico.

Questo tipo di giranti è particolarmente adatto per il pompaggio ed il trasferimento di liquidi sporchi, carichi con presenza di solidi in sospensione, fanghi anche con presenza di gas in processi di depurazione, acque cariche di processo industriale, acque piovane e di fognatura.

In letteratura e sul mercato esistono numerose tipologie di giranti arretrate a vortice, dotate di pale aperte o semiaperte a profilo diritto oppure curvo. Tutte le giranti a vortice note del tipo sopra menzionato hanno in comune la caratteristica di avere area e sezione del canale, vale a dire la zona sostanzialmente concava a forma di "spicchio" dì cerchio che viene a formarsi tra una pala e la pala successiva, costantemente crescenti a partire dal punto dì inizio delle pale, posto in corrispondenza dell'occhio della girante. Infatti, area e sezione del canale crescono progressivamente verso l'esterno nella direzione radiale, fino a raggiungere la massima ampiezza dì uscita del canale stesso in corrispondenza del bordo cìrconferenziale esterno della girante.

Pur presentando numerosi vantaggi per le applicazioni ed i servizi sopra descritti, tutte le giranti aperte o semiaperte del tipo arretrato a vortice secondo la tecnica nota sono però penalizzate da un basso rendimento idraulico, specialmente nei confronti di altri tipi di giranti centrifughe di tipo monocanale e pluricanale. Questo perché la particolare conformazione delle pale e la posizione all'interno del corpo pompa sono tali da evitare, per quanto possibile l'intasamento dovuto alla tipologia dei liquidi carichi da pompare.

Scopo generale della presente invenzione è pertanto quello di realizzare una girante arretrata a vortice per pompe fluidodinamiche di tipo centrifugo in grado di raggiungere rendimenti superiori, in termini di portata e di prevalenza ed a parità di potenza della pompa su cui è installata, rispetto a tutte le giranti a vortice di tipo noto, specialmente nel pompaggio di liquidi ad elevato contenuto dì impurità e/o con forte presenza di residui solidi.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare una girante a vortice per pompe fluidodinamiche di tipo centrifugo che sia semplice ed economica da fabbricare, nonché particolarmente funzionale ed adattabile ai diversi tipi di pompe centrifughe presenti sul mercato.

In vista degli scopi suddetti, secondo la presente invenzione, si è pensato di realizzare una girante a vortice per pompe fluidodinamiche dì tipo centrifugo avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni allegate.

Le caratteristiche strutturali e funzionali della presente invenzione ed i suoi vantaggi nei confronti della tecnica conosciuta risulteranno ancora più chiari ed evidenti da un esame della descrizione seguente, riferita ai disegni allegati, che mostrano una girante a vortice per pompe fluidodinamiche di tipo centrifugo secondo i principi innovativi dell'invenzione stessa.

Nei disegni:

le figure da 1 a 4 sono viste in pianta di giranti a vortice con profili di pala di tipo noto; la figura 4B è una vista in sezione ottenuta lungo la linea A-A di figura 4;

la figura 5 è una vista in pianta di una girante a vortice per pompe centrìfughe secondo la presente invenzione;

la figura 5B è una vista in sezione ottenuta lungo la linea A-A di figura 5;

la figura 6 è una vista in prospettiva della girante a vortice di figura 5; e

la figure 7 e 8 mostrano curve caratteristiche relative a differenti giranti di tipo noto montate su pompe di pari potenza, confrontate con la curva caratteristica (10) relativa all'impiego di una girante a vortice secondo la presente invenzione.

Si precisa che, nella descrizione che segue e nelle varie figure dei disegni allegati, numeri di riferimento uguali rappresentano elementi uguali o tra loro equivalenti.

Con riferimento alle figure da 1 a 4 dei disegni allegati, vengono mostrati alcuni esempi di realizzazione di giranti a vortice di tipo noto allo stato della tecnica.

In particolare, in figura 1 viene mostrata una girante con pale aperte a profilo diritto orientate secondo i raggi della girante stessa, in figura 2 viene mostrata una girante con pale aperte a profilo diritto inclinate tangenzialmente rispetto all'occhio della girante stessa, in figura 3 viene mostrata una girante con pale aperte a profilo curvo secondo un singolo arco di circonferenza predefinito, mentre in figura 4 viene mostrata una girante con pale semiaperte, cioè con pale provviste di labbro (vedere la vista in sezione di figura 4B) e canali semichiusi, sempre a profilo curvo secondo un singolo arco di circonferenza predefinito.

In tutte le realizzazioni di tipo noto qui illustrate, sia le giranti a vortice 1 con pale diritte, costituite cioè da un segmento di retta (figure 1 e 2), che le giranti a vortice.1 con pale curve, costituite da un arco di circonferenza (figure 3 e 4) e provviste o meno dì labbro di copertura parziale dei canali tra le pale, hanno in comune la caratteristica di avere l'area A e la sezione S o larghezza del canale 2 che viene a formarsi tra una pala 3 e la pala 4 successiva che sono costantemente crescenti. Infatti, partendo dal punto dì inìzio 5 di ciascuna pala, posto in corrispondenza dell'occhio centrale 6 della girante 1, e muovendosi progressivamente verso il bordo circonferenziale esterno 7 della girante 1 stessa, la larghezza S di ciascun canale 2 assumerà valori (S1, S2, ..., Sn sempre crescenti fino a raggiungere la massima ampiezza Smaxproprio in corrispondenza del bordo esterno 7 della girante 1, o bordo di uscita di ciascun canale 2.

Con riferimento ora alle figure 5 e 6 dei disegni allegati, viene mostrata una girante a vortice per pompe centrifughe secondo la presente invenzione, indicata complessivamente con il numero di riferimento 10 e realizzabile in materiale metallico (ghisa, acciaio,bronzo) oppure plastico.

La girante a vortice 10 è provvista di una pluralità di pale 12, 12' aventi rispettivi punti di inizio 14, 14' posti in corrispondenza dell'occhio centrale 16 della girante 10 stessa. La girante 10 presenta inoltre un bordo circonferenziale esterno 18 in corrispondenza del quale si trovano i profili di uscita 20, 20' rispettivamente di ciascuna pala 12, 12'. Ciascuna coppia di pale contigue 12, 12' definisce quindi un'area 22 interposta tra di esse, denominata canale della girante 10.

Secondo l'invenzione, ciascuna pala 12, 12' presenta un profilo in pianta costituito da una pluralità di archi di circonferenza 24, 24', 24'' posti in sequenza e raccordati tra loro, coppie di archi di circonferenza consecutivi 24, 24' o 24', 24'' avendo raggio di curvatura tra loro differente.

Un simile profilo per le pale 12, 12' della girante 10, dotato di un'inclinazione progressiva particolare, consente di ottenere una sezione o larghezza S di ciascun canale 22 che non è costantemente crescente verso l'esterno, vale a dire verso il bordo 18 della girante 10 stessa, come avviene invece per le giranti a vortice di tipo noto (figure 1-4), dove la massima ampiezza Smaxdella sezione di ciascun canale 2 è sostanzialmente individuabile in corrispondenza del bordo esterno 1 della girante 1.

Al contrario, nella girante a vortice 10 secondo la presente invenzione la massima ampiezza Smaxdella sezione di ciascun canale 22 o, in altre parole, la massima distanza lineare tra coppie di pale 12, 12' tra loro contigue viene raggiunta in un punto intermedio P situato tra il punto di inizio 14, 14' di ciascuna pala 12, 12' ed il bordo circonferenziale esterno 18 della girante 10 stessa. Da tale punto intermedio P, l'ampiezza della sezione inizia quindi a decrescere sia in direzione del bordo 18 (si noti ad esempio l'ampiezza S2, inferiore all'ampiezza Smax) che in direzione dell'occhio 16 della girante 10, fino a raggiungere un valore di ampiezza S3, misurato in corrispondenza del profilo di uscita 20, 20' di ciascuna pala 12, 12', sostanzialmente uguale o prossimo al valore di ampiezza Si misurato in corrispondenza dei punti di inizio 14, 14' di ciascuna coppia dì pale 12, 12' tra loro contigue. In particolare, nell'esempio di realizzazione illustrato, i valori di ampiezza S1e S3coincidono anche con la larghezza minima di ciascun canale 22 misurata esternamente all'occhio 16 della girante 10.

Da prove sperimentali effettuate, come si può rilevare dalle curve caratteristiche di prevalenza e portata delle figure 7 e 8, si è riscontrato che, a parità di potenza erogata e di dimensioni della bocca di mandata, pompe centrifughe equipaggiate con una girante a vortice 10 secondo la presente invenzione sono in grado di raggiungere rendimenti maggiori all'incirca del 20% ÷ 403⁄4 rispetto a quando operano, nelle medesime condizioni di funzionamento, con le giranti a vortice di tipo noto attualmente proposte sul mercato dalle maggiori case costruttrici. Sebbene il confronto sia stato effettuato impiegando pompe centrifughe di tipo sommergibile, valori di incremento simili o uguali a quelli sopra riportati possono essere raggiunti impiegando la girante 10 secondo l'invenzione anche su pompe dì superficie, siano esse a funzionamento in assetto orizzontale oppure verticale.

Resta comunque inteso che, sebbene il particolare profilo delle pale della girante 10 secondo la presente invenzione sia stato illustrato e descritto relativamente ad una girante completamente aperta, è possibile applicare lo stesso principio anche a giranti semiaperte, vale a dire del tipo illustrato nelle figure 4 e 4B, in cui è presente un labbro formato in un solo pezzo con ciascuna pala che ricopre almeno parzialmente ciascun canale.

Da quanto sopra descritto con riferimento alle figure appare evidente come una girante a vortice per pompe centrifughe secondo l'invenzione sia particolarmente utile e vantaggiosa. Sono così conseguiti gli scopi menzionati al preambolo della descrizione.

In particolare, viene raggiunto lo scopo di ottenere rendimenti superiori, in termini di portata e di prevalenza, rispetto a tutte le giranti a vortice dì tipo noto, mentre nel pompaggio di liquidi ad elevato contenuto di impurità e/o con forte presenza di residui solidi si ha:

la possibilità di pompaggio di liquidi con notevole presenza di gas senza che si verifichino fenomeni di cavitazione;

la possibilità di pompaggio di liquidi con presenza di solidi grossolani e fibre lunghe con minor rischio di intasamento;

una minore usurabilità; e

minori spinte assiali, con conseguente riduzione delle sollecitazioni su parti meccaniche dì supporto e di tenuta sull'albero della pompa. Naturalmente, le forme e dimensioni della girante a vortice per pompe centrifughe secondo l'invenzione possono essere diverse da quella mostrata a solo titolo di esempio non limitativo nei disegni, come pure diversi possono essere i materiali impiegati.

L'ambito di tutela dell'invenzione è pertanto delimitato dalle rivendicazioni allegate.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Girante a vortice (10) per pompe fluidodinamiche di tipo centrifugo, provvista di un occhio centrale (16), un bordo circonferenziale esterno (18) ed una pluralità di pale (12, 12' ) aventi rispettivi punti di inizio (14, 14') posti in corrispondenza di detto occhio (16) della girante (10), ciascuna coppia di pale contigue (12, 12') definendo un canale (22) interposto tra di esse, caratterizzata dal fatto che ciascuna di dette pale (12, 12' ) presenta un profilo in pianta costituito da una pluralità di archi di circonferenza (24, 24', 24'') posti in sequenza e raccordati tra loro, coppie di archi di circonferenza consecutivi (24, 24'; 24', 24'') avendo raggio di curvatura tra loro differente.
2. 2 . Girante a vortice (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i profili di uscita (20, 20') di ciascuna di dette pale (12, 12') si trovano in corrispondenza di detto bordo circonferenziale esterno (18) della girante (10).
3. 3. Girante a vortice (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la massima distanza lineare tra coppie di pale (12, 12') tra loro contigue, pari alla massima ampiezza (Smax) della sezione di ciascuno di detti canali (22), viene raggiunta in un punto intermedio (P) situato tra detto punto di inizio (14, 14') di ciascuna pala (12, 12') e detto bordo circonferenziale esterno (18) della girante (10).
4. 4. Girante a vortice (10) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che l'ampiezza (S) della sezione di ciascuno di detti canali (22) è decrescente, a partire da detto punto intermedio (P), sia in direzione di detto bordo circonferenziale esterno (18) della girante (10) che in direzione di detto occhio (16) della girante (10).
5. 5. Girante a vortice (10) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che l'ampiezza (S3) della sezione di ciascuno di detti canali (22) misurata in corrispondenza di detto profilo di uscita (20, 20') di ciascuna di dette pale (12, 12') è sostanzialmente uguale o prossimo all'ampiezza (S1) della sezione di ciascuno di detti canali (22) misurata in corrispondenza di detti punti di inizio (14, 14') di ciascuna coppia di pale (12, 12') tra loro contìgue.
6. 6. Girante a vortice (10) secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detta ampiezza (S3) e detta ampiezza (Si) coincidono con la larghezza mìnima di ciascuno di detti canali (22), misurata esternamente a detto occhio (16) della girante (10).
7. 7. Girante a vortice (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzata dal fatto di essere una girante di tipo aperto.
8. 8. Girante a vortice (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzata dal fatto di essere una girante di tipo semiaperto, provvista di una pluralità di labbri formati in un solo pezzo con ciascuna di dette pale (12, 12') per ricoprire almeno parzialmente ciascuno di detti canali (22).
9. 9. Pompa fluidodinamica di tipo centrifugo a funzionamento in assetto orizzontale, verticale e/o sommergibile, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una girante a vortice (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.