ITTO20100041A1

ITTO20100041A1 - CENTRIFUGAL PUMP

Info

Publication number: ITTO20100041A1
Application number: IT000041A
Authority: IT
Inventors: Matteo Cipelli; Paolo Costa; Egidio Salin; Amedeo Valente
Original assignee: Itt Mfg Enterprises Inc
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2011-07-23
Also published as: WO2011089512A2; WO2011089512A8; WO2011089512A3

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

“POMPA CENTRIFUGA” "CENTRIFUGAL PUMP"

La presente invenzione è relativa ad una pompa centrifuga. The present invention relates to a centrifugal pump.

Più in dettaglio, la presente invenzione è relativa ad una elettropompa centrifuga multistadio ad asse verticale per il pompaggio di grandi masse d’acqua, a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità. More in detail, the present invention relates to a vertical axis multistage centrifugal electric pump for pumping large masses of water, to which the following discussion will explicitly refer without losing generality.

Come è noto, le elettropompe centrifughe multistadio sono composte da un gruppo pompante che è dotato internamente di una serie di giranti centrifughe che sono calettate in modo rigido su di uno stesso albero di supporto centrale, ad una distanza prestabilita una dall’altra, e sono collegata in cascata tra loro; e da un motore elettrico monofase o trifase che è fissato sulla carcassa esterna del gruppo pompante in modo tale da poter trascinare in rotazione l’albero di supporto. As is known, multistage centrifugal electric pumps are composed of a pumping unit which is internally equipped with a series of centrifugal impellers which are rigidly keyed onto the same central support shaft, at a predetermined distance from each other, and are connected in cascade to each other; and by a single-phase or three-phase electric motor which is fixed on the external casing of the pumping unit in such a way as to be able to rotate the support shaft.

Più in dettaglio, l’albero di supporto delle giranti è alloggiato in modo assialmente girevole all’interno della carcassa del gruppo pompante, e la carcassa del gruppo pompante è dotata internamente di una serie di cavità discoidali che si susseguono lungo l’albero di supporto delle giranti, e sono dimensionate in modo tale da ospitare ciascuna una rispettiva girante centrifuga. Le cavità discoidali sono inoltre collegate una all’altra tramite una successione di condotti centrali passanti a sezione circolare, che si estendono coassiali all’albero di supporto delle giranti ed hanno un diametro maggiore di quello dell’albero di supporto delle giranti, in modo tale da essere impegnati in modo passante ed assialmente girevole dal medesimo albero di supporto delle giranti permettendo contemporaneamente il passaggio dell’acqua da una cavità discoidale all’altra. More in detail, the support shaft of the impellers is housed in an axially rotatable way inside the casing of the pumping group, and the casing of the pumping group is internally equipped with a series of disc-shaped cavities which follow one another along the support shaft. of the impellers, and are sized in such a way as to each house a respective centrifugal impeller. The disc-shaped cavities are also connected to each other through a succession of central pass-through ducts with circular section, which extend coaxial to the impeller support shaft and have a larger diameter than that of the impeller support shaft, in such a way to be engaged in a through and axially rotatable way by the same support shaft of the impellers allowing at the same time the passage of water from one discoidal cavity to the other.

Il motore elettrico è fissato a sbalzo sulla carcassa del gruppo pompante in modo tale da essere coassiale all’albero di supporto delle giranti, e l’albero del motore elettrico è collegato in modo rigido ad una estremità dell’albero di supporto delle giranti che sporge a sbalzo dalla carcassa del gruppo pompante, tramite un apposito giunto meccanico di accoppiamento. The electric motor is cantilevered on the casing of the pumping unit in such a way as to be coaxial with the impeller support shaft, and the electric motor shaft is rigidly connected to one end of the impeller support shaft which protrudes cantilevered from the casing of the pumping unit, by means of a special mechanical coupling joint.

Ciascuna girante centrifuga è invece composta da un mozzo tubolare centrale che è strutturato per essere calzato in modo rigido sull’albero di supporto delle giranti; da un piattello circolare posteriore che è fissato in modo rigido sul corpo del mozzo tubolare centrale, in modo tale da essere perfettamente coassiale all’asse longitudinale del mozzo; e da un piattello circolare anteriore che è disposto coassiale al piattello circolare posteriore, ad una distanza prestabilita da quest’ultimo, in modo tale da essere a sua volta perfettamente coassiale all’asse longitudinale del mozzo. Each centrifugal impeller is instead composed of a central tubular hub which is structured to be rigidly fitted on the impeller support shaft; by a rear circular plate which is rigidly fixed on the body of the central tubular hub, in such a way as to be perfectly coaxial to the longitudinal axis of the hub; and by a front circular plate which is arranged coaxial to the rear circular plate, at a predetermined distance from the latter, in such a way as to be in turn perfectly coaxial to the longitudinal axis of the hub.

I due piattelli hanno lo stesso diametro esterno in modo tale da formare una intercapedine di forma discoidale, e la girante centrifuga è dotata inoltre di una serie di palette o costole piane radiali che si estendono da un piattello all’altro collegandoli tra loro in modo rigido, sono angolarmente distribuite attorno all’asse longitudinale del mozzo, e contemporaneamente si prolungano dalla periferia dell’intercapedine verso il mozzo tubolare centrale seguendo un profilo spiraliforme. The two plates have the same external diameter in such a way as to form a disc-shaped cavity, and the centrifugal impeller is also equipped with a series of radial flat blades or ribs that extend from one plate to another, connecting them rigidly. , are angularly distributed around the longitudinal axis of the hub, and at the same time extend from the periphery of the interspace towards the central tubular hub following a spiral-shaped profile.

Il piattello circolare anteriore è infine provvisto centralmente di un foro circolare passante che ha un diametro maggiore di quello del mozzo tubolare centrale e dell’albero di supporto delle giranti, e grosso modo uguale a quello dei condotti centrali che collegano tra loro le cavità discoidali della carcassa; e di un manicotto tubolare cilindrico che circonda e delimita il foro circolare passante e si prolunga a sbalzo dalla faccia del piattello rimanendo coassiale all’asse longitudinale del mozzo. Il manicotto tubolare cilindrico ed il mozzo tubolare centrale formano quindi un’apertura anulare che circonda completamente l’albero di supporto delle giranti quando la girante è calzata su tale albero, e permette all’acqua di raggiungere il centro della girante. Tale apertura costituisce la bocca di aspirazione della girante. The front circular plate is finally provided centrally with a circular through hole which has a diameter greater than that of the central tubular hub and the shaft supporting the impellers, and roughly the same as that of the central ducts which connect the disc-shaped cavities of the carcass; and a cylindrical tubular sleeve that surrounds and delimits the through circular hole and extends cantilevered from the face of the plate remaining coaxial to the longitudinal axis of the hub. The cylindrical tubular sleeve and the central tubular hub therefore form an annular opening that completely surrounds the impeller support shaft when the impeller is fitted onto this shaft, and allows the water to reach the center of the impeller. This opening constitutes the suction mouth of the impeller.

Ciascuna girante centrifuga è inoltre posizionata nella corrispondente cavità discoidale con il manicotto tubolare cilindrico del piattello anteriore innestato all’interno dell’imboccatura del condotto centrale passante che collega tale cavità discoidale con la cavità discoidale immediatamente precedente, in modo tale che la bocca di aspirazione della girante possa raccogliere tutto il flusso d’acqua che fuoriesce dalla cavità discoidale immediatamente precedente. Each centrifugal impeller is also positioned in the corresponding disc-shaped cavity with the cylindrical tubular sleeve of the front plate engaged inside the opening of the central through duct which connects this disc-shaped cavity with the immediately preceding disc-shaped cavity, so that the suction mouth of the impeller can collect all the water flow that comes out from the immediately preceding discoid cavity.

La parte posteriore di ciascuna cavità discoidale è invece dotata di un collettore/deflettore del flusso d’acqua in uscita, tradizionalmente chiamato diffusore, che circonda la periferia della girante centrifuga ed è strutturato in modo tale da raccogliere il flusso d’acqua che esce dalla periferia della girante centrifuga in direzione radiale, e poi trasformarlo in un flusso assiale diretto verso l’imboccatura del condotto centrale passante che conduce alla cavità discoidale successiva. The rear part of each discoid cavity is instead equipped with a collector / deflector of the outgoing water flow, traditionally called a diffuser, which surrounds the periphery of the centrifugal impeller and is structured in such a way as to collect the flow of water that comes out of the periphery of the centrifugal impeller in the radial direction, and then transform it into an axial flow directed towards the mouth of the central through duct that leads to the next discoidal cavity.

Il principale inconveniente di questo tipo di elettropompe centrifughe multistadio è che la particolare struttura delle giranti centrifughe genera una spinta assiale che si scarica sull’albero di supporto delle giranti, e che cresce proporzionalmente al numero delle giranti fissate sull’albero, raggiungendo in alcuni casi dei valori talmente elevati da costringere i produttori di questo tipo di pompe ad adottare delle contromisure particolarmente complicate e costose. The main drawback of this type of multistage centrifugal electric pumps is that the particular structure of the centrifugal impellers generates an axial thrust which is discharged on the impeller support shaft, and which increases in proportion to the number of impellers fixed on the shaft, reaching in some cases values so high as to force the manufacturers of this type of pump to adopt particularly complicated and expensive countermeasures.

Per esempio, alcuni produttori di pompe centrifughe multistadio, riducono la spinta assiale delle giranti centrifughe realizzando, sul piattello posteriore di ogni girante, una serie di fori passanti che riducono il valore della pressione dell’acqua che lambisce la faccia esterna del piattello posteriore; oppure realizzano sulla faccia esterna del piattello posteriore, delle guarnizioni a labirinto che impediscono all’acqua in uscita dalla periferia della girante di lambire una parte della superficie della faccia esterna del piattello posteriore. For example, some manufacturers of multistage centrifugal pumps reduce the axial thrust of the centrifugal impellers by creating, on the rear plate of each impeller, a series of through holes that reduce the value of the water pressure that laps the outer face of the rear plate; or they make labyrinth seals on the outer face of the rear plate that prevent the water coming out from the periphery of the impeller from touching a part of the surface of the outer face of the rear plate.

Purtroppo queste soluzioni riducono il rendimento complessivo delle giranti centrifughe e, di conseguenza, le prestazioni della pompa a parità di motore elettrico istallato. Unfortunately, these solutions reduce the overall efficiency of the centrifugal impellers and, consequently, the performance of the pump with the same electric motor installed.

Per non pregiudicare le prestazioni delle elettropompe centrifughe multistadio, altri produttori preferiscono invece posizionare sull’albero di supporto delle giranti dei cuscinetti reggispinta molto grossi, che vanno ad aggiungersi alle normali guarnizioni anulari di tenuta ed alle bronzine autolubrificanti che normalmente sostengono l’albero di supporto. In order not to compromise the performance of multistage centrifugal electric pumps, other manufacturers prefer instead to place very large thrust bearings on the impeller support shaft, which are added to the normal sealing ring gaskets and self-lubricating bushings that normally support the support shaft. .

Dovendo però sopportare continuativamente delle forze assiali molto elevate, i cuscinetti reggispinta aggiuntivi sono soggetti ad una usura molto più rapida di quella riscontrata nelle guarnizioni anulari di tenuta e nelle bronzine autolubrificanti. Inconveniente che si traduce in una maggior frequenza degli interventi di manutenzione programmata della pompa. However, since they have to continuously withstand very high axial forces, the additional thrust bearings are subject to wear much more rapid than that encountered in the annular sealing gaskets and in the self-lubricating bushings. Disadvantage that translates into a greater frequency of scheduled pump maintenance.

In presenza di un numero elevato di giranti, i produttori di elettropompe centrifughe multistadio sono inoltre costretti a collocare sull’albero del motore elettrico uno speciale cuscinetto reggispinta, in modo tale da scaricare anche sulla carcassa del motore elettrico una parte della spinta assiale che le giranti centrifughe trasmettono all’albero di supporto delle giranti. In the presence of a large number of impellers, the manufacturers of multistage centrifugal electric pumps are also forced to place a special thrust bearing on the shaft of the electric motor, in such a way as to discharge part of the axial thrust that the impellers centrifuges transmit to the support shaft of the impellers.

Ovviamente, la realizzazione di motori elettrici “speciali”, ossia specifici per questo impiego (i motori elettrici commerciali, infatti, non sono solitamente provvisti di cuscinetti reggispinta in grado di sostenere continuativamente spinte assiali così elevate) comporta un notevole incremento dei costi di produzione delle elettropompe centrifughe multistadio, ed un grosso problema di approvvigionamento e gestione dei pezzi di ricambio. Obviously, the realization of "special" electric motors, that is specific for this use (commercial electric motors, in fact, are not usually equipped with thrust bearings capable of continuously sustaining such high axial thrusts) involves a considerable increase in the production costs of the multistage centrifugal electric pumps, and a big problem in the supply and management of spare parts.

I motori elettrici “speciali”, infatti, sono molto più costosi dei motori elettrici commerciali di pari potenza, e non sono, in caso di guasto, rimpiazzabili da motori elettrici commerciali di pari potenza, per cui i produttori di pompe centrifughe multistadio di grandi dimensioni sono costretti a conservare in magazzino un congruo numero di motori elettrici “speciali”, per garantire ai clienti la disponibilità dei pezzi di ricambio in tempi ragionevoli, con l’immobilizzo di capitale che questo comporta. In fact, "special" electric motors are much more expensive than commercial electric motors of the same power, and are not, in case of failure, replaceable by commercial electric motors of the same power, so manufacturers of large multistage centrifugal pumps they are forced to keep an adequate number of “special” electric motors in stock, to guarantee customers the availability of spare parts in a reasonable time, with the capital immobilization that this entails.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare una elettropompa centrifuga multistadio, che sia esente dagli inconvenienti sopra descritti e sia anche più economica da produrre. The object of the present invention is to provide a multistage centrifugal electric pump, which is free from the drawbacks described above and is also more economical to produce.

In accordo con questi obiettivi, secondo la presente invenzione viene realizzata una pompa centrifuga come definita nella rivendicazione 1 e preferibilmente, ma non necessariamente, in una qualsiasi delle rivendicazioni da essa dipendenti. In accordance with these objectives, according to the present invention a centrifugal pump is realized as defined in claim 1 and preferably, but not necessarily, in any one of the claims dependent on it.

Secondo la presente invenzione viene inoltre realizzata una girante centrifuga come definita nella rivendicazione 11 e preferibilmente, ma non necessariamente, in una qualsiasi delle rivendicazioni da essa dipendenti. According to the present invention, a centrifugal impeller is also realized as defined in claim 11 and preferably, but not necessarily, in any of the claims dependent on it.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

- la figura 1 è una vista in sezione di una elettropompa centrifuga multistadio realizzata secondo i dettami della presente invenzione; Figure 1 is a sectional view of a multistage centrifugal electric pump made according to the dictates of the present invention;

- la figura 2 illustra in scala ingrandita, e con parti asportate per chiarezza, un particolare della pompa centrifuga multistadio visibile di figura 1; Figure 2 illustrates on an enlarged scale, and with parts removed for clarity, a detail of the multistage centrifugal pump shown in Figure 1;

- la figura 3 è una vista prospettica di una delle giranti centrifughe della elettropompa centrifuga multistadio illustrata nelle figure 1 e 2; mentre Figure 3 is a perspective view of one of the centrifugal impellers of the multistage centrifugal electric pump illustrated in Figures 1 and 2; while

- la figura 4 è una vista in sezione della girante centrifuga illustrata in figura 3. Figure 4 is a sectional view of the centrifugal impeller illustrated in Figure 3.

Con riferimento alle figure 1 e 2, con il numero 1 è indicata nel suo complesso una pompa centrifuga multistadio ad azionamento elettrico, particolarmente adatta per movimentare grandi masse d’acqua o altro liquido, con un prevalenza di diverse centinaia di metri. With reference to Figures 1 and 2, the number 1 indicates as a whole an electrically operated multistage centrifugal pump, particularly suitable for handling large masses of water or other liquid, with a head of several hundred meters.

La pompa 1 è composta essenzialmente da un gruppo pompante 2 che è provvisto di una bocca di aspirazione 2a e di una bocca di mandata 2b attraverso le quali l’acqua, rispettivamente, entra ed esce dal gruppo pompante 2, ed è dotato internamente di una pluralità di giranti 3 centrifughe che sono calettate in modo rigido su di uno stesso albero di supporto 4 rotante, ad una distanza prestabilita una dall’altra, e sono strutturate in modo tale da imprimere, all’acqua che attraversa le giranti 3, un movimento rotatorio che incrementa velocità e pressione del liquido; e da un motore elettrico 5 preferibilmente, ma non necessariamente, di tipo asincrono monofase o trifase, che è accoppiato al gruppo pompante 2 in modo tale da poter trascinare in rotazione l’albero di supporto 4. The pump 1 is essentially composed of a pumping unit 2 which is provided with a suction mouth 2a and a delivery mouth 2b through which the water, respectively, enters and exits the pumping group 2, and is internally equipped with a plurality of centrifugal impellers 3 which are rigidly keyed onto the same rotating support shaft 4, at a predetermined distance from each other, and are structured in such a way as to impart a movement to the water passing through the impellers 3 rotary that increases the speed and pressure of the liquid; and by an electric motor 5 preferably, but not necessarily, of the single-phase or three-phase asynchronous type, which is coupled to the pumping unit 2 in such a way as to be able to rotate the support shaft 4.

Più in dettaglio, il gruppo pompante 2 è dotato di una carcassa rigida 6 esterna di forma preferibilmente, ma non necessariamente cilindrica, che è realizzata in materiale metallico, e l’albero di supporto 4 si estende parzialmente all’interno della carcassa rigida 6 rimanendo coassiale all’asse longitudinale L della medesima, con la possibilità di ruotare liberamente attorno al suo asse longitudinale, localmente coincidente con l’asse longitudinale L della carcassa. More in detail, the pumping unit 2 is equipped with an external rigid casing 6 preferably, but not necessarily cylindrical in shape, which is made of metallic material, and the support shaft 4 extends partially inside the rigid casing 6 remaining coaxial to the longitudinal axis L of the same, with the possibility of freely rotating around its longitudinal axis, locally coinciding with the longitudinal axis L of the casing.

Lungo l’albero di supporto 4 delle giranti, sono inoltre calzate una o più guarnizioni anulari 7 di tenuta in grado di impedire il trafilamento dell’acqua dal foro di uscita dell’albero, e preferibilmente, ma non necessariamente, anche una o più bronzine 8 autolubrificanti o altro tipo di cuscinetti volventi, le quali sono interposte tra l’albero di supporto 4 e la carcassa rigida 6 in modo tale ma mantenere l’albero di supporto 4 perfettamente coassiale all’asse longitudinale L della carcassa, evitando il contatto diretto tra l’albero di supporto 4 e la carcassa rigida 6. Along the support shaft 4 of the impellers, there are also fitted one or more annular sealing gaskets 7 capable of preventing the leakage of water from the shaft outlet hole, and preferably, but not necessarily, also one or more bushings. 8 self-lubricating or other type of rolling bearings, which are interposed between the support shaft 4 and the rigid casing 6 in such a way but to keep the support shaft 4 perfectly coaxial to the longitudinal axis L of the casing, avoiding direct contact between the support shaft 4 and the rigid casing 6.

Il motore elettrico 5 è fissato a sbalzo sulla carcassa rigida 6 del gruppo pompante 2 in modo tale da essere coassiale all’albero di supporto 4 delle giranti, e da essere affacciato all’estremità distale dell’albero di supporto 4 che sporge dalla carcassa rigida 6; e l’albero rotante 5a del motore elettrico 5 è collegato all’estremità distale dell’albero di supporto 4 in modo angolarmente rigido e stabile, ma facilmente rilasciabile, tramite un giunto meccanico di accoppiamento 9 di tipo rimovibile, che è posizionato tra il motore elettrico 5 ed il gruppo pompante 2. The electric motor 5 is cantilevered on the rigid casing 6 of the pumping unit 2 in such a way as to be coaxial with the support shaft 4 of the impellers, and to face the distal end of the support shaft 4 which protrudes from the rigid casing 6; and the rotating shaft 5a of the electric motor 5 is connected to the distal end of the support shaft 4 in an angularly rigid and stable, but easily releasable manner, by means of a mechanical coupling 9 of the removable type, which is positioned between the motor electric 5 and the pumping unit 2.

Nell’esempio illustrato, in particolare, il motore elettrico 5 è fissato a sbalzo su di una incastellatura distanziale 10 di forma preferibilmente, ma non necessariamente, tubolare cilindrica, che si prolunga a sbalzo dalla calotta 6a della carcassa rigida 6, rimanendo coassiale al tratto terminale 4a dell’albero di supporto 4 delle giranti che sporge a sbalzo dalla carcassa rigida 6. L’incastellatura distanziale 10 è dimensionata in modo tale da ospitare al proprio interno sia il tratto terminale 4a dell’albero di supporto 4, che il giunto meccanico di accoppiamento 9. In the example illustrated, in particular, the electric motor 5 is cantilevered on a spacer frame 10 preferably, but not necessarily, cylindrical tubular shape, which extends cantilevered from the cap 6a of the rigid casing 6, remaining coaxial to the section end 4a of the support shaft 4 of the impellers which protrudes from the rigid casing 6. The spacer frame 10 is sized in such a way as to house both the end section 4a of the support shaft 4 and the mechanical joint coupling 9.

Con riferimento alle figure 1 e 2, la carcassa rigida 6 è inoltre dotata internamente di una serie di cavità discoidali 11 che sono allineate una di seguito all’altra lungo l’albero di supporto 4 delle giranti, in modo tale da essere coassiali all’asse longitudinale L dell’albero e della carcassa rigida 6, e sono dimensionate in modo tale da ospitare ciascuna una rispettiva girante 3; e di una successione di condotti centrali 12 di collegamento, a sezione sostanzialmente circolare, che si estendono all’interno della carcassa rigida 6 rimanendo localmente coassiali all’albero di supporto 4 delle giranti, in modo tale da collegare in sequenza le varie cavità discoidali 10 tra loro, ed hanno un diametro maggiore di quello dell’albero di supporto 4 delle giranti, in modo tale da essere impegnati in modo passante ed assialmente girevole dall’albero di supporto 4, permettendo contestualmente il passaggio dell’acqua da una cavità discoidale 10 all’altra. With reference to Figures 1 and 2, the rigid casing 6 is also internally equipped with a series of disc-shaped cavities 11 which are aligned one after the other along the support shaft 4 of the impellers, so as to be coaxial to the longitudinal axis L of the shaft and of the rigid casing 6, and are sized in such a way as to each house a respective impeller 3; and of a succession of central connection ducts 12, with substantially circular cross-section, which extend inside the rigid casing 6 remaining locally coaxial to the support shaft 4 of the impellers, so as to connect in sequence the various disc-shaped cavities 10 between them, and have a diameter greater than that of the support shaft 4 of the impellers, so as to be engaged in a through and axially rotatable way by the support shaft 4, simultaneously allowing the passage of water from a discoidal cavity 10 to the other.

La parte posteriore di ciascuna cavità discoidale 10 è inoltre dotata di un collettore/deflettore del flusso in uscita 13, tradizionalmente chiamato diffusore, che circonda la periferia della girante centrifuga 3 ed è strutturato in modo tale da raccogliere il flusso d’acqua f’ che esce dalla periferia della girante centrifuga in direzione sostanzialmente radiale, e poi incanalarlo verso l’imboccatura del condotto centrale 12 che conduce alla cavità discoidale 10 successiva, trasformandolo in un flusso d’acqua f” diretto parallelamente all’albero di supporto 4 delle giranti. The rear part of each discoidal cavity 10 is also equipped with an outlet flow collector / deflector 13, traditionally called a diffuser, which surrounds the periphery of the centrifugal impeller 3 and is structured in such a way as to collect the flow of water f 'which it exits from the periphery of the centrifugal impeller in a substantially radial direction, and then channeled it towards the mouth of the central duct 12 which leads to the subsequent disc-shaped cavity 10, transforming it into a flow of water f ”directed parallel to the support shaft 4 of the impellers.

La carcassa rigida 6 è infine provvista internamente di un condotto di aspirazione 14 che è atto a collegare l’ingresso del primo condotto centrale 12 di collegamento con l’esterno, e termina in un bocchettone flangiato che forma la bocca di aspirazione 2a del gruppo pompante 2; e di un condotto di mandata 15 che è atto a collegare l’uscita dell’ultimo condotto centrale 12 di collegamento con l’esterno, e termina in un bocchettone flangiato che forma la bocca di mandata 2b del gruppo pompante 2. The rigid casing 6 is finally provided internally with a suction duct 14 which is adapted to connect the inlet of the first central connection duct 12 with the outside, and ends in a flanged union which forms the suction mouth 2a of the pumping unit. 2; and a delivery duct 15 which is adapted to connect the outlet of the last central connection duct 12 with the outside, and ends in a flanged union that forms the delivery mouth 2b of the pumping unit 2.

Con riferimento alla figura 1, nell’esempio illustrato, in particolare, il bocchettone flangiato posto all’estremità del condotto di aspirazione 14 ed il bocchettone flangiato posto all’estremità del condotto di mandata 15, sporgono a sbalzo dalla carcassa rigida 6, dalla parte opposta del motore elettrico 5 e sono coassiali ad uno stesso asse di riferimento A localmente perpendicolare all’asse longitudinale L della carcassa. With reference to Figure 1, in the example illustrated, in particular, the flanged union located at the end of the suction duct 14 and the flanged union positioned at the end of the delivery duct 15, protrude from the rigid casing 6, from the side opposite of the electric motor 5 and are coaxial to the same reference axis A locally perpendicular to the longitudinal axis L of the casing.

Con riferimento alle figure 2, 3 e 4, le giranti centrifughe 3 del gruppo pompante 2 sono realizzate preferibilmente, ma non necessariamente, in materiale metallico, e ciascuna di esse è composta da un mozzo 16 tubolare centrale che è strutturato per essere calzato in modo angolarmente rigido sull’albero di supporto 4 delle giranti, in modo tale che il suo asse longitudinale B coincida con l’asse longitudinale L dell’albero; da un piattello posteriore 17 che ha forma circolare ed è fissato in modo rigido sul corpo del mozzo 16, in modo tale da essere perfettamente coassiale all’asse longitudinale B del medesimo; e da un piattello anteriore 18 che ha forma circolare ed è disposto coassiale al piattello posteriore 17, ad una distanza prestabilita da quest’ultimo, in modo tale da essere, a sua volta, coassiale all’asse longitudinale B del mozzo, e da formare con il piattello posteriore 17 un’intercapedine di forma sostanzialmente discoidale. With reference to Figures 2, 3 and 4, the centrifugal impellers 3 of the pumping unit 2 are preferably, but not necessarily, made of metallic material, and each of them is composed of a central tubular hub 16 which is structured to be fitted in a angularly rigid on the support shaft 4 of the impellers, so that its longitudinal axis B coincides with the longitudinal axis L of the shaft; by a rear plate 17 which has a circular shape and is rigidly fixed on the body of the hub 16, so as to be perfectly coaxial to the longitudinal axis B of the same; and a front plate 18 which has a circular shape and is arranged coaxial to the rear plate 17, at a predetermined distance from the latter, so as to be, in turn, coaxial to the longitudinal axis B of the hub, and to form with the rear plate 17 an interspace having a substantially discoidal shape.

Il piattello anteriore 18 è inoltre provvisto centralmente di un foro circolare passante che ha un diametro maggiore di quello del mozzo 16 e dell’albero di supporto 4 delle giranti, e sostanzialmente uguale a quello dei condotti centrali 12 che collegano tra loro le cavità discoidali 11 della carcassa; e di un manicotto tubolare cilindrico 18a che circonda e delimita il foro circolare passante, e si prolunga a sbalzo dalla faccia del piattello anteriore 18, dalla parte opposta del piattello posteriore 17, rimanendo localmente coassiale all’asse longitudinale B del mozzo 16, in modo tale da formare con il mozzo 16 un’apertura anulare 3a che circonda completamente l’albero di supporto 4 delle giranti quando la girante 3 è calzata su tale albero, e permettere all’acqua di raggiungere il centro della girante 3. L’apertura anulare 3a costituisce la bocca di aspirazione della girante 3. The front plate 18 is also centrally provided with a circular through hole which has a diameter greater than that of the hub 16 and the support shaft 4 of the impellers, and substantially equal to that of the central ducts 12 which connect the disk-shaped cavities 11 together. of the carcass; and of a cylindrical tubular sleeve 18a which surrounds and delimits the through circular hole, and extends overhanging from the face of the front plate 18, on the opposite side of the rear plate 17, remaining locally coaxial to the longitudinal axis B of the hub 16, so such as to form with the hub 16 an annular opening 3a which completely surrounds the support shaft 4 of the impellers when the impeller 3 is fitted onto this shaft, and allows the water to reach the center of the impeller 3. The annular opening 3a constitutes the suction mouth of the impeller 3.

Nell’intercapedine formata dal piattello posteriore 17 e dal piattello anteriore 18, la girante centrifuga 3 comprende inoltre una serie di palette radiali 19 sostanzialmente piane ed oblunghe, che si estendono da un piattello all’altro collegandoli tra loro in modo rigido, sono angolarmente distribuite attorno all’asse longitudinale B del mozzo, ed infine si prolungano dalla periferia dell’intercapedine verso il mozzo tubolare centrale 16 seguendo un profilo arcuato sostanzialmente spiraliforme di tipo noto. In the interspace formed by the rear plate 17 and the front plate 18, the centrifugal impeller 3 also comprises a series of radial blades 19 which are substantially flat and oblong, which extend from one plate to the other, connecting them rigidly to each other, are angularly distributed around the longitudinal axis B of the hub, and finally extend from the periphery of the interspace towards the central tubular hub 16 following a substantially spiral-shaped arched profile of a known type.

In altre parole, le palette radiali 19 sono inscritte all’interno di una superficie cilindrica di riferimento localmente coassiale all’asse longitudinale B del mozzo 16, e si prolungano verso il mozzo 16 seguendo una traiettoria arcuata sostanzialmente spiraliforme. In other words, the radial vanes 19 are inscribed within a cylindrical reference surface locally coaxial to the longitudinal axis B of the hub 16, and extend towards the hub 16 following a substantially spiral-shaped arcuate trajectory.

Nell’esempio illustrato, in particolare, le palette radiali 19 sono costituite da una serie di piattine metalliche 19 di forma rettangolare allungata, che sono piegate ad arco e saldate di costa sul piattello posteriore 17 e sul piattello anteriore 18, in modo tale da formare una struttura rigida monolitica calettabile sull’albero di supporto 4 delle giranti in modo angolarmente rigido. In the example illustrated, in particular, the radial vanes 19 are constituted by a series of metal strips 19 of elongated rectangular shape, which are bent in an arc and edge welded on the rear plate 17 and on the front plate 18, in such a way as to form a rigid monolithic structure which can be keyed onto the support shaft 4 of the impellers in an angularly rigid manner.

Con riferimento alla figura 2, ciascuna girante centrifuga 3 è caletta sull’albero di supporto 4 delle giranti, all’interno della corrispondente cavità discoidale 10 della carcassa rigida 6, in modo tale che il manicotto tubolare cilindrico 18a del piattello anteriore 18 vada ad innestarsi nell’imboccatura del condotto centrale 12 che collega tale cavità discoidale 10 con la cavità discoidale 10 immediatamente precedente, così da convogliare all’interno della girante 3 il flusso d’acqua che fuoriesce dalla cavità discoidale 10 immediatamente precedente; ed in modo tale che il piattello posteriore 17 sia direttamente affacciato al collettore/deflettore del flusso in uscita 13 presente nella cavità discoidale 10. With reference to Figure 2, each centrifugal impeller 3 is keyed onto the support shaft 4 of the impellers, inside the corresponding disc-shaped cavity 10 of the rigid casing 6, so that the cylindrical tubular sleeve 18a of the front plate 18 engages in the opening of the central duct 12 which connects said disc-shaped cavity 10 with the immediately preceding disc-shaped cavity 10, so as to convey inside the impeller 3 the flow of water that emerges from the immediately preceding disc-shaped cavity 10; and in such a way that the rear plate 17 faces directly the manifold / deflector of the outflow 13 present in the discoidal cavity 10.

Con riferimento alle figure 3 e 4, diversamente dalle elettropompe centrifughe multistadio attualmente in commercio, il diametro esterno d1del piattello anteriore 18 è maggiore del diametro esterno d2del piattello posteriore 17; mentre il diametro d3della superficie cilindrica di riferimento che circoscrive le palette radiali 19, è minore od uguale al diametro esterno d1del piattello anteriore 18 e preferibilmente, ma non necessariamente, maggiore del diametro esterno d2del piattello posteriore 17, in modo tale che le palette radiali 19 possano sporgere a sbalzo oltre il bordo perimetrale del piattello posteriore 17. With reference to Figures 3 and 4, unlike the multistage centrifugal electric pumps currently on the market, the external diameter d1 of the front plate 18 is greater than the external diameter d2 of the rear plate 17; while the diameter d3 of the cylindrical reference surface which circumscribes the radial vanes 19 is less than or equal to the external diameter d1 of the front plate 18 and preferably, but not necessarily, greater than the external diameter d2 of the rear plate 17, so that the radial vanes 19 they can protrude beyond the perimeter edge of the rear plate 17.

Più in dettaglio, la differenza tra il diametro esterno d1del piattello anteriore 18 ed il diametro esterno d2del piattello posteriore 17 è compresa tra il 2% ed il 20% del diametro esterno d2del piattello posteriore 17, mentre la differenza tra il diametro esterno d2del piattello posteriore 17 ed il diametro d3della superficie cilindrica di riferimento che circoscrive le palette radiali 19 è preferibilmente, ma non necessariamente, inferiore al 18% del diametro esterno d2del piattello posteriore 17. More in detail, the difference between the external diameter d1 of the front plate 18 and the external diameter d2 of the rear plate 17 is between 2% and 20% of the external diameter d2 of the rear plate 17, while the difference between the external diameter d2 of the rear plate 17 and the diameter d3 of the cylindrical reference surface which circumscribes the radial vanes 19 is preferably, but not necessarily, less than 18% of the external diameter d2 of the rear plate 17.

Ovviamente, il diametro d3della superficie cilindrica che circoscrive le palette radiali 19 è sempre minore o uguale al diametro esterno d1del piattello anteriore 18. Obviously, the diameter d3 of the cylindrical surface which circumscribes the radial vanes 19 is always less than or equal to the external diameter d1 of the front plate 18.

Il funzionamento della pompa centrifuga multistadio 1 è facilmente desumibile da quanto sopra descritto, e non necessita di ulteriori spiegazioni. The operation of the multistage centrifugal pump 1 can be easily deduced from what has been described above, and does not require further explanations.

Per quanto riguarda invece il funzionamento delle giranti centrifughe 3, prove sperimentali hanno evidenziato che, se il diametro esterno d1del piattello anteriore 18 è maggiore del diametro esterno d2del piattello posteriore 17 e le palette radiali 19 sporgono a sbalzo oltre il bordo perimetrale del piattello posteriore 17, la spinta assiale prodotta della girante 3 si riduce drasticamente fino quasi ad annullarsi, senza ridurre in modo significativo il rendimento fluidodinamico della girante. As regards the operation of the centrifugal impellers 3, experimental tests have shown that, if the external diameter d1 of the front plate 18 is greater than the external diameter d2 of the rear plate 17 and the radial vanes 19 protrude beyond the perimeter edge of the rear plate 17 , the axial thrust produced by the impeller 3 is drastically reduced until it almost disappears, without significantly reducing the fluid dynamic efficiency of the impeller.

I vantaggi derivanti dalla particolare struttura delle giranti centrifughe 3 sono pertanto notevoli. In primo luogo, la drastica riduzione della spinta assiale generata dalle giranti permette di eliminare tutti i cuscinetti reggispinta posizionati lungo l’albero di supporto delle giranti (la debole spinta assiale trasmessa dalle giranti può essere efficacemente contrastata dai normali cuscinetti volventi calzati sull’albero di supporto delle giranti e/o sull’albero del motore elettrico), semplificando notevolmente la struttura del gruppo pompante, con tutti i vantaggi produttivi che questo comporta. The advantages deriving from the particular structure of the centrifugal impellers 3 are therefore considerable. Firstly, the drastic reduction of the axial thrust generated by the impellers allows to eliminate all the thrust bearings positioned along the impeller support shaft (the weak axial thrust transmitted by the impellers can be effectively counteracted by the normal rolling bearings fitted on the impeller shaft. support of the impellers and / or on the shaft of the electric motor), considerably simplifying the structure of the pumping unit, with all the production advantages that this entails.

Inoltre, la drastica riduzione della spinta assiale generata dalle giranti permette di utilizzare dei motori elettrici commerciali, anche in presenza di un numero elevato di giranti centrifughe, con tutti i vantaggi economici che questo comporta. Furthermore, the drastic reduction of the axial thrust generated by the impellers allows the use of commercial electric motors, even in the presence of a large number of centrifugal impellers, with all the economic advantages that this entails.

Risulta infine chiaro che alla pompa centrifuga multistadio 1 sopra descritta possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the multistage centrifugal pump 1 described above without thereby departing from the scope of the present invention.

Per esempio, in una diversa forma di realizzazione il motore elettrico 5 potrebbe essere rimpiazzato da un motore idraulico od un motore a scoppio. For example, in a different embodiment the electric motor 5 could be replaced by a hydraulic motor or an internal combustion engine.

In una forma di realizzazione semplificata, inoltre, il gruppo pompante 2 potrebbe essere provvisto di una sola girante centrifuga 3 calettata sull’albero di supporto 4 delle giranti. In a simplified embodiment, moreover, the pumping unit 2 could be provided with a single centrifugal impeller 3 keyed on the support shaft 4 of the impellers.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Centrifugal pump (1) comprising a pumping unit (2) which is internally equipped with a rotating support shaft (4) and at least one centrifugal impeller (3) keyed on said support shaft (4), and a motor ( 5) which is coupled to said pumping unit (2) in such a way as to rotate the support shaft (4) around its longitudinal axis (L); the centrifugal impeller (3) comprising: - a central hub (16) which is structured to be fitted on the support shaft (4) in such a way that its longitudinal axis (B) coincides with the longitudinal axis (L) of the shaft; - a rear plate (17) which is rigidly fixed on the central hub (16), so as to be coaxial to the longitudinal axis (B) of the hub; - a front plate (18) which is arranged coaxial to the rear plate (17), at a predetermined distance from the latter, so as to be, in turn, coaxial to the longitudinal axis (B) of the hub, and from forming a discoidal cavity with the rear plate (17); and - a series of radial blades (19) which, inside the interspace, extend from one plate (17, 18) to the other connecting them rigidly, are angularly distributed around the longitudinal axis (B) of the hub, and extend from the periphery of said interspace towards the central hub (16) following a predetermined profile; the front plate (18) also being provided with a central through hole (18a) which has a larger diameter than that of the central hub (16) and of said support shaft (4); the centrifugal pump (1) being characterized by the fact that the external diameter (d1) of the front plate (18) is greater than the external diameter (d2) of the rear plate (17), and that the diameter (d3) of the cylindrical surface that circumscribes the radial vanes (19), is less than or equal to the external diameter (d1) of the front plate (18).

2. Centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the diameter (d3) of the cylindrical surface which circumscribes the radial vanes (19), is greater than the external diameter (d2) of the rear plate (17), so that the radial vanes (19) protrude beyond the perimeter edge of the rear plate (17).

3. Centrifugal pump according to claim 1 or 2, characterized in that the difference between the external diameter (d1) of the front plate (18) and the external diameter (d2) of the rear plate (17) is between 2% and 20% of the external diameter (d2) of the rear plate (17).

4. Centrifugal pump according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the difference between the external diameter (d2) of the rear plate (17) and the diameter (d3) of the cylindrical surface that circumscribes the radial vanes (19) is less than 18% of the external diameter (d2) of the rear plate (17).

5. Centrifugal pump according to any one of the preceding claims, characterized in that the front plate (18) is also provided with a cylindrical tubular sleeve (18a) which surrounds and delimits the central through hole, and extends cantilevered from the face of the plate front (18), on the opposite side of the rear plate (17), remaining locally coaxial to the longitudinal axis (B) of the hub, so as to form with the central hub (16) an annular opening (3a) that completely surrounds the support shaft (4) of the pumping unit (2) when the impeller (3) is fitted on this shaft.

6. Centrifugal pump according to any one of the preceding claims, characterized in that the pumping unit (2) is equipped with an external casing (6), and the support shaft (4) partially extends inside the external casing ( 6), with the possibility of freely rotating around its longitudinal axis (L); and that the motor (5) is fixed cantilevered on the external casing (6) of the pumping unit (2) in such a way as to be coaxial to the support shaft (4), and to be facing the distal end of the support (4), which protrudes from the outer casing (6); the distal end of the support shaft (4) being also connected in a rigid and stable way, but easily releasable, to the rotating shaft (5a) of said motor (5) through a mechanical coupling joint (9).

7. Centrifugal pump according to any one of the preceding claims, characterized in that the pumping unit (2) comprises a plurality of centrifugal impellers (3) keyed on said support shaft (4) at a predetermined distance from each other.

8. Centrifugal pump according to claims 6 and 7, characterized in that the external casing (6) is internally equipped with a series of disk-shaped cavities (11) which are aligned one after the other along said support shaft (4) , in such a way as to be coaxial to the longitudinal axis (L) of the shaft, and are sized in such a way as to each house a respective centrifugal impeller (3); and of a succession of central connection ducts (12), which extend inside the external casing (6) remaining locally coaxial to the support shaft (4) to connect in sequence the various discoidal cavities (11) to each other, and have a diameter greater than that of the support shaft (4) so as to be engaged in a through and axially rotatable way by the support shaft (4), simultaneously allowing the passage of fluid from a discoidal cavity (11) to the 'other.

9. Centrifugal pump according to claims 5 and 8, characterized in that each centrifugal impeller (3) is keyed onto the support shaft (4), inside the corresponding disc-shaped cavity (11), so that the tubular sleeve cylindrical (18a) of the front plate (18) engages in the opening of the central duct (12) which connects this discoid cavity (11) with the immediately preceding discoid cavity (11).

10. Centrifugal pump according to any one of the preceding claims, characterized in that the motor (5) is an electric motor (5).

11. Centrifugal impeller (3) for a centrifugal pump (1) comprising a pumping unit (2) which is internally equipped with a rotating support shaft (4) and at least one centrifugal impeller (3) keyed on said support shaft ( 4), and a motor (5) which is coupled to said pumping unit (2) in such a way as to rotate the support shaft (4) around its longitudinal axis (L); the centrifugal impeller (3) comprising: - a central hub (16) which is structured to be fitted on the support shaft (4) in such a way that its longitudinal axis (B) coincides with the longitudinal axis (L) of the shaft; - a rear plate (17) which is rigidly fixed on the central hub (16), so as to be coaxial to the longitudinal axis (B) of the hub; - a front plate (18) which is arranged coaxial to the rear plate (17), at a predetermined distance from the latter, so as to be, in turn, coaxial to the longitudinal axis (B) of the hub, and from forming a discoidal cavity with the rear plate (17); and - a series of radial blades (19) which, inside the interspace, extend from one plate (17, 18) to the other connecting them rigidly, are angularly distributed around the longitudinal axis (B) of the hub, and extend from the periphery of said interspace towards the central hub (16) following a predetermined profile; the front plate (18) also being provided with a central through hole (18a) which has a larger diameter than that of the central hub (16) and of said support shaft (4); the centrifugal impeller (3) being characterized by the fact that the external diameter (d1) of the front plate (18) is greater than the external diameter (d2) of the rear plate (17), and that the diameter (d3) of the cylindrical surface that circumscribes the radial vanes (19), is less than or equal to the external diameter (d1) of the front plate (18).

12. Centrifugal impeller according to claim 11, characterized in that the diameter (d3) of the cylindrical surface which circumscribes the radial vanes (19), is greater than the external diameter (d2) of the rear plate (17), so that the radial vanes (19) protrude beyond the perimeter edge of the rear plate (17).

13. Centrifugal impeller according to claim 11 or 12, characterized in that the difference between the external diameter (d1) of the front plate (18) and the external diameter (d2) of the rear plate (17) is between 2% and 20% of the external diameter (d2) of the rear plate (17).

14. Centrifugal impeller according to claim 11, 12 or 13, characterized in that the difference between the external diameter (d2) of the rear plate (17) and the diameter (d3) of the cylindrical surface that circumscribes the radial vanes (19) is less than 18% of the external diameter (d2) of the rear plate (17).

15. Centrifugal impeller according to any one of claims 11 to 14, characterized in that the front plate (18) is also provided with a cylindrical tubular sleeve (18a) which surrounds and delimits the central through hole, and protrudes from the face of the front plate (18), on the opposite side of the rear plate (17), remaining locally coaxial to the longitudinal axis (B) of the hub, so as to form an annular opening (3a) with the central hub (16) which completely surrounds the support shaft (4) of the pumping unit (2) when the impeller (3) is fitted on this shaft.