ITVI20100150A1 - Pompa centrifuga multistadio con tenuta meccanica perfezionata - Google Patents

Description

POMPA CENTRIFUGA MULTISTADIO CON TENUTA MECCANICA PERFEZIONATA.

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne una pompa provvista di una tenuta meccanica perfezionata, in particolare una pompa centrifuga multistadio.

Com’è noto, le pompe centrifughe multistadio vengono spesso impiegate per l'approvvigionamento idrico agricolo, residenziale o industriale, nel qual caso il fluido operativo è acqua.

Una pompa centrifuga di tipo noto comprende una camera di pompaggio provvista di una bocca di aspirazione e di una bocca di mandata per il fluido operativo.

Nella camera di pompaggio è disposta una serie di giranti che vengono trascinate in rotazione mediante un motore elettrico, così da innalzare la pressione del fluido operativo e spingerlo dalla bocca di aspirazione verso la bocca di mandata.

La fig. 1 rappresenta una pompa centrifuga multistadio da pozzo di tipo noto, che viene indicata complessivamente con A.

La pompa A comprende una camera di tenuta C interposta tra il motore D e la camera di pompaggio B e da essi separata mediante corrispondenti setti intermedi E ed F.

La camera di tenuta C contiene un olio a pressione atmosferica che funge da barriera idraulica ed evita il passaggio del fluido operativo in pressione dalla camera di pompaggio B alla zona del motore D.

La rotazione viene trasmessa dal motore D alle giranti H tramite un albero G che passa attraverso la camera di tenuta C in corrispondenza di rispettive aperture E’ ed F’ nei setti intermedi, ciascuna apertura essendo munita di una rispettiva tenuta meccanica J, K, come si osserva più in dettaglio in fig. 2.

In particolare, la tenuta meccanica J sul lato della camera di pompaggio B impedisce al fluido operativo in pressione di passare alla zona motore D.

La tenuta meccanica J comprende un anello stazionario L, disposto in una sede S ricavata nel setto intermedio E e comunicante con la rispettiva apertura, ed un anello rotante M associato all'albero G.

Una molla N mantiene l'anello stazionario L e l’anello rotante M reciprocamente in contatto in corrispondenza di rispettive superfici di scivolamento.

La forza della molla N dev’essere sufficiente a contrastare la pressione del fluido operativo che tende a separare gli anelli, ma dev’essere anche il più possibile ridotta in modo da evitare il surriscaldamento della tenuta J ed il suo conseguente rapido deterioramento.

Nelle pompe centrifughe multistadio, le quali sviluppano pressioni di esercizio consistenti, entrambi gli anelli L ed M della tenuta meccanica vengono disposti all'interno della camera di pompaggio B e la sede S dell’anello stazionario L è aperta verso la camera di pompaggio stessa.

In questo modo, la pressione del fluido operativo tende a spingere l’anello rotante M contro quello stazionario L con una forza crescente al crescere della pressione stessa, così da compensare la forza crescente che tende invece a separare gli anelli.

L’effetto di compensazione appena descritto rende possibile limitare la forza della molla N, a vantaggio della durata della tenuta.

La configurazione ora descritta presenta l'inconveniente di non adattarsi al pompaggio di fluidi contenenti particelle abrasive, particolarmente frequenti nel caso delle pompe da pozzo.

Infatti, poiché gli anelli della tenuta meccanica sono completamente immersi nel fluido operativo, le particelle abrasive possono penetrare tra di essi accelerandone notevolmente l'usura e riducendo, pertanto, la vita utile della tenuta meccanica.

Un problema analogo è noto anche nelle cosiddette pompe da drenaggio, utilizzate per il pompaggio a bassa pressione di fluidi contenenti elevate quantità di particelle abrasive come, ad esempio, sabbia o altre impurità.

In questo caso, la tenuta meccanica viene disposta della camera di tenuta anziché nella camera di pompaggio e, di conseguenza, la sede dell’anello stazionario è aperta verso la camera di tenuta.

Questo consente di ridurre al minimo il contatto della tenuta meccanica con il fluido, così da proteggere la tenuta meccanica daN’abrasione.

Inoltre, l’olio contenuto nella camera di tenuta permette la lubrificazione della tenuta meccanica anche in caso di assenza di fluido operativo nella camera di pompaggio.

Tuttavia, in questa configurazione la pressione del fluido operativo ha l’effetto di spingere l'anello stazionario fuori della sua sede.

Secondo la tecnica nota, questo effetto viene contrastato dalla molla, che presenta una forza sufficiente ad impedire il movimento dell'anello stazionario.

Questa configurazione presenta l’inconveniente di adattarsi soltanto a pompe che sviluppano una ridotta pressione di esercizio, mentre non è adatta a pompe che elaborano elevate pressioni, come ad esempio le pompe centrifughe multistadio.

Infatti, in presenza di pressioni elevate, la molla dovrebbe esercitare una forza tale da causare il surriscaldamento degli anelli ed il rapido deterioramento della tenuta.

La presente invenzione si prefigge di superare tutti gli inconvenienti sopra descritti appartenenti alle pompe di tipo noto.

In particolare, è scopo della presente invenzione realizzare una pompa in grado di elaborare pressioni superiori rispetto a quelle corrispondenti alle pompe da drenaggio, nella quale la tenuta meccanica sia protetta dall’azione abrasiva del fluido operativo.

E’ altresì scopo dell’invenzione realizzare una pompa centrifuga multistadio con una tenuta meccanica meno soggetta all’abrasione da parte del fluido operativo rispetto alle tenute montate nelle pompe multistadio di tipo noto di pari potenzialità.

I suddetti scopi sono raggiunti da una pompa realizzata in accordo alla rivendicazione principale.

Ulteriori caratteristiche di dettaglio dell'invenzione sono specificate nelle rivendicazioni dipendenti.

Vantaggiosamente, la minore abrasione della tenuta meccanica nella pompa dell'invenzione consente di aumentare la vita della tenuta stessa e, quindi, di limitare la manutenzione della pompa rispetto alle pompe multistadio di tipo noto di pari potenzialità.

Pertanto, vantaggiosamente, l’invenzione è particolarmente adatta a realizzare pompe centrifughe multistadio da pozzo.

Gli scopi ed i vantaggi suddetti, assieme ad altri che verranno specificati in seguito, appariranno evidenti durante la descrizione di una preferita forma esecutiva dell'invenzione che viene data, a titolo indicativo ma non limitativo, con riferimento alle seguenti tavole di disegno allegate, dove:

- la fig. 1 rappresenta una pompa centrifuga multistadio di tipo noto; - la fig. 2 rappresenta un particolare ingrandito della pompa di fig. 1 ; - la fig. 3 rappresenta un particolare ingrandito della pompa dell'invenzione;

- la fig. 4 rappresenta un dettaglio della fig. 3.

La pompa dell'invenzione differisce da una pompa di tipo noto, ad esempio da quella di fig. 1 , soltanto nella zona della tenuta meccanica, che viene rappresentata in fig. 3.

La pompa dell’invenzione, indicata nel complesso con il riferimento 1 , comprende una camera di pompaggio 2 per il contenimento del fluido operativo, nella quale è disposto un gruppo di giranti 3, una delle quali è visibile in fig. 3, atte ad elevare la pressione del fluido operativo.

Come è stato accennato in precedenza, l’invenzione è particolarmente vantaggiosa nelle pompe centrifughe multistadio, le quali sviluppano pressioni relativamente elevate.

Tuttavia, il numero di giranti è irrilevante ai fini dell'invenzione, la quale potrebbe venire attuata anche in pompe monogirante.

Le giranti 3 vengono poste in rotazione da un motore, non visibile in fig. 3.

Tra il motore e la camera di pompaggio 2 è interposta una camera di tenuta 4, la quale è separata dalla camera di pompaggio 2 e dalla zona motore 18 mediante rispettivi setti intermedi contrapposti 5 e 19. Preferibilmente, la camera di tenuta 4 contiene un olio che funge da barriera idraulica al passaggio del fluido operativo dalla camera di pompaggio 2 alla zona motore 18.

Le giranti 3 sono connesse al motore mediante un albero 6 il cui asse coincide con l’asse longitudinale X della camera di pompaggio 2.

Una porzione di estremità 6a dell’albero 6 si estende nella camera di tenuta 4 attraverso una prima apertura 7 ed una seconda apertura 8 dei corrispondenti setti intermedi 5 e 19, concentriche all’albero 6 stesso.

E’ inoltre presente una tenuta meccanica 9 disposta nella camera di tenuta 4, atta ad impedire il passaggio del fluido operativo dalla camera di pompaggio 2 alla camera di tenuta 4.

Vantaggiosamente, il posizionamento della tenuta meccanica 9 nella camera di tenuta 4 la protegge dal prematuro deterioramento causato da eventuali particelle abrasive in sospensione nel fluido operativo, particolarmente frequenti quando la pompa 1 venga impiegata in pozzi.

Ancora vantaggiosamente, nella suddetta disposizione la tenuta meccanica 9 è immersa nell'olio della camera di tenuta 4 e, pertanto, viene lubrificata anche nell’evenienza che la camera di pompaggio 2 sia priva del fluido operativo.

Come si osserva più in dettaglio in fig. 4, la tenuta meccanica 9 comprende un anello stazionario 10, disposto in una sede 12 che si trova in comunicazione con la prima apertura 7 del setto intermedio 5 ed è aperta verso la camera di tenuta 4, in modo da consentire l'inserimento dell’anello stazionario 10 dalla parte della camera di tenuta 4.

La tenuta 9 comprende altresì un anello rotante 11 associato all'albero 6, che coopera a ridosso del suddetto anello stazionario 10 per impedire il passaggio del fluido operativo dalla camera di pompaggio 2 alla camera di tenuta 4.

Sono anche previsti mezzi di tenuta 17 disposti in corrispondenza della seconda apertura 8, atti ad impedire che l'olio contenuto nella camera di tenuta 4 passi alla zona motore e comprendenti, ad esempio, una tenuta meccanica del tipo sopra descritto associata alla prima apertura 7.

Secondo l'invenzione, la pompa 1 comprende mezzi di vincolo rigidi 13 atti a limitare il movimento dell'anello stazionario 10 causato dalla forza di pressione del fluido operativo contenuto nella camera di pompaggio 2.

Evidentemente, la suddetta forza di pressione agisce sull’anello stazionario 10 attraverso la prima apertura 7 secondo la direzione dell’asse longitudinale X e verso la camera di tenuta 4.

Vantaggiosamente, i mezzi di vincolo rigidi 13 contrastano la suddetta forza di pressione, impedendo che essa spinga l'anello stazionario 10 fuori dalla sua sede 12.

Di conseguenza, vantaggiosamente, la forza di pressione del fluido operativo non si trasmette all’anello rotante 11 , consentendo così una riduzione della spinta tra i due anelli 10 e 11 rispetto a quanto accade in una pompa di tipo noto, a parità di pressione del fluido operativo. Vantaggiosamente, la minor pressione tra gli anelli 10 e 11 comporta una minor usura della tenuta 9 e, quindi, una maggior durata rispetto alle pompe analoghe di tipo noto, raggiungendo così lo scopo dell'invenzione.

Preferibilmente, l'anello rotante 11 viene spinto contro l'anello stazionario 10 mediante un elemento elastico 16 interposto tra l'anello rotante 11 e l'albero 6 e che, preferibilmente ma non necessariamente, è una molla elicoidale 16a.

L’elemento elastico 16 mantiene i due anelli 10, 11 in contatto reciproco, contrastando la pressione del fluido operativo che tende a separare i due anelli 10, 11.

In particolare, l'elemento elastico 16 è configurato in modo da esercitare una forza tale da contrastare la separazione tra i due anelli nella condizione di massima pressione di esercizio della pompa 1. Tuttavia, al contrario che neN’arte nota sopra descritta, all’elemento elastico 16 non è richiesto di contrastare anche la forza che tende a sollevare l'anello stazionario 10 dalla sua sede 12, dato che questa funzione viene svolta dai mezzi di vincolo rigidi 13, come s’è visto in precedenza.

Vantaggiosamente, le minori prestazioni richieste all’elemento elastico 16 consentono di contenerne il costo e/o le dimensioni rispetto a quelli che sarebbero necessari in assenza dei mezzi di vincolo rigidi 13.

Preferibilmente, i mezzi di vincolo rigidi 13 comprendono un elemento di arresto 14, ad esempio un corpo anulare 14a concentrico all’albero 6, disposto a ridosso di una superficie di riscontro 10a dell'anello stazionario 10 ed associato al setto intermedio 5 in corrispondenza di una rispettiva superficie di supporto 5a.

Preferibilmente ma non necessariamente, la suddetta superficie di supporto 5a è il bordo perimetrale della sede 12.

L’elemento di arresto 14 è associato alla superficie di supporto 5a preferibilmente mediante mezzi a vite 15.

Preferibilmente ma non necessariamente, i suddetti mezzi a vite 15 comprendono una o più viti 15a, una delle quali è visibile nelle figure, disposte passanti attraverso fori 15b e 15c ricavati rispettivamente nel setto intermedio 5 e nell'elemento di arresto 14, avvitate in corrispondenti madreviti 15d associate all’elemento di arresto 14 stesso.

Evidentemente, in varianti esecutive dell'invenzione non rappresentate, l’elemento di arresto 14 può venire associato alla superficie di supporto 5a mediante qualsivoglia mezzi di collegamento di tipo noto diversi da mezzi a vite 15 come, ad esempio, mezzi ad incastro, saldature o quant’altro.

Preferibilmente ma non necessariamente, l’elemento di arresto 14 ed il setto intermedio 15 sono configurati in modo che, quando la pompa 1 si trova in condizioni di esercizio, la superficie di riscontro 10a e la superficie di supporto 5a siano complanari, in modo da poter vantaggiosamente impiegare un elemento di arresto 14 con superficie piana, ad esempio un corpo laminare ottenuto per semplice taglio da una lamiera.

In ulteriori varianti esecutive dell'invenzione, i mezzi di vincolo rigidi 13 possono essere diversi da un corpo anulare 14a, in particolare possono comprendere un qualsivoglia corpo aggettante disposto a ridosso dell’anello stazionario 10, oppure possono comprendere una vite di fissaggio o un qualsivoglia altro elemento atto a limitare lo spostamento dell'anello stazionario 10.

Preferibilmente, la porzione dell'anello stazionario 10 che definisce la superficie di riscontro 10a presenta un diametro esterno maggiore rispetto al diametro esterno dell'anello rotante 11.

In questo modo, la superficie di riscontro 10a è sporgente rispetto all'anello rotante 11 , con il vantaggio di favorire l’appoggio dell’elemento di arresto 14, in particolare quando venga usato un corpo anulare 14a.

Operativamente, il montaggio della tenuta meccanica 9 prevede di inserire l'anello stazionario 10 nella rispettiva sede 12 del setto intermedio 5, previa interposizione di una guarnizione di tenuta 20. Successivamente viene montato l'elemento di arresto 14, nella fattispecie il corpo anulare 14a, che viene fissato al setto intermedio 5 mediante i mezzi a vite 15.

Preferibilmente, i vari componenti sono configurati in modo che la guarnizione di tenuta 20 venga leggermente compressa dal fissaggio del corpo anulare 14a, in modo che l’anello stazionario 10 rimanga fisso nella sua sede 12.

II corpo anulare 14a impedisce che l'anello stazionario 10 si sollevi dalla rispettiva sede 12 a causa della forza di pressione del fluido operativo presente nella camera di pompaggio 2.

I rimanenti componenti della tenuta meccanica 9 vengono montati nei modi noti.

Per quanto finora detto, si comprende che la pompa dell'invenzione raggiunge tutti gli scopi dell’invenzione.

In particolare, il fatto che la tenuta meccanica sia disposta nella camera di tenuta la sottrae all’azione abrasiva del fluido operativo e, pertanto, la rende particolarmente adatta a venire impiegata come pompa da pozzo.

Inoltre, la ritenzione dell’anello stazionario nella sua sede ottenuta tramite i mezzi di vincolo rigidi consente di limitare la pressione dell'anello rotante sull’anello stazionario, riducendo quindi l'usura della tenuta meccanica rispetto alle pompe di tipo noto, a parità di pressione di esercizio.

Pertanto, è possibile applicare l’invenzione anche a pompe centrifughe multistadio, le quali sviluppano considerevoli pressioni di esercizio, senza che questo gravi eccessivamente sull’usura della tenuta.

In fase esecutiva, alla pompa oggetto dell'invenzione potranno essere apportate ulteriori modifiche o varianti che, quantunque non descritte e non rappresentate nei disegni, qualora dovessero rientrare nell'ambito delle rivendicazioni che seguono, si dovranno ritenere tutte protette dal presente brevetto.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1 ) Pompa (1 ) comprendente: - una camera di pompaggio (2) per il contenimento di un fluido operativo; - una o più giranti (3) disposte in detta camera di pompaggio (2); - una camera di tenuta (4) disposta adiacente detta camera di pompaggio (2) e separata da detta camera di pompaggio (2) mediante un setto intermedio (5); - un albero (6) per la trasmissione della rotazione a dette una o più giranti (3), provvisto di una porzione di estremità (6a) che si estende in detta camera di tenuta (4) attraverso una prima apertura (7) di detto setto intermedio (5); - una tenuta meccanica (9) disposta in detta camera di tenuta (4) e comprendente un anello stazionario (10), disposto in una sede (12) comunicante con detta prima apertura (7) ed aperta verso detta camera di tenuta (4), ed un anello rotante (11 ) associato a detto albero (6), cooperanti tra loro per impedire il passaggio di detto fluido operativo da detta camera di pompaggio (2) a detta camera di tenuta (4); caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di vincolo rigidi (13) atti a limitare il movimento di detto anello stazionario (10) causato dalla forza di pressione di detto fluido operativo contenuto in detta camera di pompaggio (2).
2. 2) Pompa (1 ) secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzata dal fatto che detti mezzi di vincolo rigidi (13) comprendono un elemento di arresto (14) disposto a ridosso di una superficie di riscontro (10a) di detto anello stazionario (10) ed associato a detto setto intermedio (5) in corrispondenza di una superficie di supporto (5a).
3. 3) Pompa (1 ) secondo la rivendicazione 2) caratterizzata dal fatto che detto elemento di arresto (14) e detto setto intermedio (15) sono configurati in modo che, in condizioni di esercizio di detta pompa (1 ), detta superficie di riscontro (10a) e detta superficie di supporto (5a) siano complanari.
4. 4) Pompa (1 ) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2) o 3) caratterizzata dai fatto che detto anello stazionario (10) presenta un diametro esterno maggiore rispetto a quello di detto anello rotante (1 1 ).
5. 5) Pompa (1 ) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2) a 4) caratterizzata dal fatto che detto elemento di arresto (14) è un corpo anulare (14a) disposto concentricamente a detto albero (6).
6. 6) Pompa (1 ) secondo la rivendicazione 5) caratterizzata dal fatto che detto corpo anulare (14a) è associato a detta superficie di supporto (5a) mediante mezzi a vite (15).
7. 7) Pompa (1 ) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detta tenuta meccanica (9) comprende un elemento elastico (16) interposto tra detto anello rotante (11 ) e detto albero (6) per spingere detto anello rotante (11 ) contro detto anello stazionario (10).
8. 8) Pompa (1 ) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detta camera di tenuta (4) contiene un olio.
9. 9) Pompa (1 ) secondo la rivendicazione 8) caratterizzata dal fatto che detta camera di tenuta (4) comprende una seconda apertura (8) contrapposta a detta prima apertura (7), detta porzione di estremità (6a) di detto albero (6) essendo disposta attraverso detta seconda apertura (8).
10. 10) Pompa (1 ) secondo la rivendicazione 9) caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di tenuta (17) disposti in corrispondenza di detta seconda apertura (8) per impedire l’uscita di detto olio da detta camera di tenuta (4).