PT1692397E - Bomba centrífuga - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

ΒΟΜΒΑ CENTRÍFUGA

CAMPO TÉCNICO A presente invenção refere-se a uma bomba do tipo rotodinâmico que compreende pelo menos um impulsor disposto em num alojamento de bomba, accionado por um motor eléctrico.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

As bombas do tipo mencionado acima podem, a grosso modo, ser divididas em dois tipos: bombas centrífugas e bombas axiais. A bomba centrífuga compreende um impulsor que consiste num cubo de roda e pelo menos um disco de cobertura com diversas palhetas dispostas no cubo de roda, e um assim chamado impulsor aberto. Um assim chamado impulsor aberto está disposto com dois discos de cobertura com palhetas entre os mesmos. Em ambos os casos, o líquido é aspirado na direcção axial no centro do impulsor e sai do impulsor na periferia numa direcção principalmente tangencial. A bomba axial difere da bomba centrífuga mencionada acima, pelo facto de que o líquido sai da bomba principalmente na direcção axial. Esta deflexão é realizada com auxílio de diversos trilhos guia dispostos a jusante no alojamento de bomba. Os trilhos guia servem de elementos de suporte na construção do alojamento de bomba.

Durante o bombeio de líquidos poluídos, tais como agua de refugo, água em minas, em locais de obras, etc, o bombeio é frequentemente perturbado pela poluição. Isto pode causar entupimento de impulsores de bomba e de alojamentos de 1 bomba e frequentemente conduzir a um problema de desgaste considerável.

Durante o bombeio de água de refugo que possa conter objectos alongados, tais como farrapos, existem diversos métodos para resolver o problema. Um impulsor de bomba aberto com apenas um disco de cobertura é então preferido, porém, mesmo assim, são necessárias providências externas. Pode ser preciso operar o impulsor de bomba para trás a determinados intervalos. Uma outra providência consiste em instalar algum tipo de dispositivo de corte em frente â admissão. 0 documento US 5.516.261 apresenta um impulsor de bomba aberto para bombear água de refugo, no qual o fundo do disco de cobertura está disposto com um ranhura de forma espiral, que leva os poluentes para fora em direcção à periferia, onde podem causar menos danos.

Durante um bombeio no qual é necessário elevar pesos de muita altura, por exemplo, em minas, são usados impulsores de bomba fechados, ou seja, com dois discos de cobertura, um superior e um inferior, assim como palhetas intermediárias. Tais impulsores possuem, em termos gerais, uma eficiência maior do que os impulsores abertos a alturas de pressão elevadas. Por outro lado, os impulsores fechados possuem um penetrador menor, o que significa um maior risco de entupimento. A poluição que ocorre durante o bombeio em minas, frequentemente contém elementos de material altamente abrasivo, em consequência do que o material tanto no impulsor de bomba como no alojamento de bomba fica exposto a grande tensão. Estes problemas podem ser parcialmente resolvidos por tratamento superficial ou endurecimento especial, porém naturalmente deseja-se assegurar que as partículas abrasivas saiam do alojamento de bomba o mais rápido possível a fim de evitar desgaste desnecessário. Além disto, o desenho geométrico das peças que são importantes para a função de 2 bombeio é de central importância para reduzir o desgaste.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS 0 objectivo da presente invenção é encontrar uma solução para o problema de desgaste, mediante um determinado projecto do fundo do alojamento de bomba.

De acordo com um aspecto principal da invenção, o objectivo é alcançado por intermédio de um dispositivo de acordo com a reivindicação 1.

Características vantajosas da invenção constituem a matéria das reivindicações dependentes.

De acordo com um aspecto principal da invenção, esta caracteriza-se por uma bomba centrífuga para bombear líquidos que contêm poluições, principalmente na forma de partículas sólidas, cuja bomba compreende uma unidade de accionamento, uma unidade hidráulica, sendo que a unidade hidráulica compreende um alojamento de bomba e um impulsor de bomba disposto rotativamente dentro do alojamento, o impulsor de bomba compreendendo um disco de cobertura superior e um inferior, e diversas palhetas intermediárias, em que uma parede de fundo do alojamento de bomba, que possui uma abertura central de entrada, está disposta com pelo menos um dispositivo que afecta o contrafluxo, que se estende em forma de espiral, no lado voltado para o disco de cobertura inferior, estendendo-se em espiras completas ou parciais em torno da abertura de entrada. 0 dispositivo que estende o contrafluxo poderia estar disposto como ranhuras e/ou cristãs na parede de fundo.

Além disto, uma parte da parede do dispositivo que afecta o contrafluxo voltada para a entrada forma um ângulo com o plano da parede de fundo, cujo ângulo, de 3 preferência, deve estar na faixa de 85 a 95 graus. 0 dispositivo que afecta o contrafluxo de acordo com a invenção actua para afectar o contrafluxo, que contém poluições, penetrando no espaço entre o impulsor e a parede de fundo, de modo que as poluições, tais como partículas abrasivas, em grande parte, sejam impedidas de atingir a folga, ou a sua quantidade seja, pelo menos, muito reduzida. A maior parte das partículas penetrará nas ranhuras ou no espaço entre as cristãs e, devido a sua forma em espiral, as partículas serão conduzidas para a periferia da parede de fundo, e para fora através da saída.

Verificou-se que a distância entre a superfície de topo das cristãs ou platô entre as ranhuras e o disco de cobertura inferior devem estar na faixa indicada. Um distância muito grande não produzirá o efeito desejado, e uma folga estreita demais aumentará a velocidade do contrafluxo, deteriorando o efeito.

Foi mostrado também que uma superfície posterior um tanto íngreme produz um efeito maior, possivelmente causando um distúrbio maior no contrafluxo.

Estes e outros aspectos e vantagens da presente invenção irão evidenciar-se a partir da descrição detalhada que se segue e a partir dos desenhos anexos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

Na descrição detalhada que se segue da invenção, faz-se referência aos desenhos anexos, nos quais: a fig. 1 é um corte axial através de uma bomba de acordo com a invenção, e a fig. 2 é um detalhe do anel da fig. 1; a fig. 3 é uma modificação do detalhe da fig. 2, 4 e a fig. 4 é o fundo do alojamento de bomba visto de cima.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A bomba mostrada na fig. 1 compreende um eixo de accionamento 10 ligado a um motor eléctrico (não mostrado) para accionar a bomba. Na extremidade inferior do eixo está montado um impulsor de bomba 12, que compreende discos de cobertura superior 14 e inferior 16, palhetas 18 e palhetas traseiras 19. Os componentes mencionados acima estão montados num alojamento de bomba 20, que possui uma parede de fundo 22, uma entrada 24 e uma saída 26. O impulsor de bomba 12 está montado de tal modo que, no alojamento de bomba, haja uma folga 28 entre a superfície periférica do disco de cobertura inferior 16 e uma parede lateral interna do alojamento de bomba 20, um espaço 29 entre o disco inferior e a parede de fundo, assim como uma folga 30 entre a superfície inferior do disco de cobertura inferior 16 e a superfície superior da parede de fundo 22.

De acordo com os princípios de uma bomba centrífuga, o líquido é aspirado para dentro axialmente através da entrada 24, e sai da bomba através da saída 26, conforme indicam as setas de fluxo A, B e C. Como a pressão é muito maior na saída do que na entrada, sempre escoará em contracorrente um determinado fluxo D, através da folga 28 e para dentro do espaço 29 entre o disco de cobertura inferior 16 e o fundo 22 do alojamento de bomba. Uma parte E deste fluxo passa a folga 30 de volta para a entrada, enquanto uma parte F do fluxo é novamente conduzida para fora sobre o lado de baixo do disco de cobertura 16, assim chamado fluxo de camada limite. Um fluxo de camada limite também está presente ao longo da parede de fundo, porém está dirigido para dentro. 0 fluxo em contracorrente ou contrafluxo D produz 5 perdas e também faz com que poluição, partículas abrasivas e semelhantes, sejam colectadas sob o disco de cobertura, porque as partículas de um determinado tamanho não podem passar pela folga 30. Esta colecta de partículas consequentemente produzirá desgaste contra o impulsor de bomba, assim como contra a operação da bomba. As partículas que penetram na folga 30 actuarão como moedores, com alto desgaste das superfícies da folga. Isto pode causar, em pouco tempo, uma deterioração considerável da capacidade da bomba, porque a folga fica maior pelo desgaste. A fim de assegurar uma alimentação de partículas abrasivas que penetraram no espaço 29 entre o disco de cobertura inferior e a parede de fundo para fora em direcção à periferia para transporte adicional em direcção à saída de bomba, a parede de fundo do alojamento de bomba voltada para a superfície inferior do disco de cobertura inferior do impulsor está disposta com um ou diversos dispositivos que afectam o fluxo varrido, na realização mostrada, ranhuras em espiral 32 divididas por cristãs. Na realização ilustrada, as ranhuras estendem-se em espiral por diversas voltas em torno da abertura de entrada 24. Os dispositivos que afectam o fluxo são varridos de modo a que a distância radial r a partir do centro aumente na direcção de rotação Rd do impulsor, conforme mostra a figura 4.

As ranhuras afectarão o fluxo principal D e as partículas contidas no fluxo, de modo a que o volume da água que penetra no espaço seja movido numa direcção tangencial, devido à rotação do impulsor, e onde o volume da água é movido ao longo dos dispositivos que afectam o fluxo varrido. Esta acção faz com que as partículas na água sejam movidas nas ranhuras entre as cristãs na direcção de rotação e, devido à varredura, e à forma, de preferência em espiral, das ranhuras, as poluições serão alimentadas ao longo das ranhuras e para fora através da saída, ou pelo menos serão impedidas de se colectarem na folga. Devido à presente 6 invenção, o componente radial do fluxo de camada limite ao longo da parede de fundo é afectado de modo a ser dirigido mais na direcção tangencial, consequentemente afectando também a parte do volume da água no fundo das ranhuras a ser movida na direcção dos dispositivos que afectam o contrafluxo varrido.

Durante os testes, há certos aspectos que parecem afectar o processo na folga e até um ponto o volume da água nas ranhuras é afectado. Por exemplo, a distância d, fig. 2, entre a superfície inferior do disco de cobertura inferior e as superfícies de topo das cristãs entre as ranhuras parece ter influência. Os testes mostraram um bom resultado do processo quando a distância d está na faixa de 1/3 a 2/3 da distância entre o fundo das ranhuras e a superfície inferior do disco de cobertura inferior, porém isto não deve ser considerado um factor limitador da invenção. Por exemplo, a distância poderia ser menor se as tolerâncias da roda impulsora e da parede de fundo precisassem ser mais rígidas, ou se a parede de fundo, ou pelo menos as cristãs, fossem produzidas num material resiliente, tal como borracha, que permitiria algum contacto entre as partes durante o uso. A profundidade das ranhuras e a distância entre cristãs na direcção radial, consequentemente o volume nas ranhuras, devem ser levados em consideração de modo que, de preferência, todo o volume da água seja afectado pelo processo. 0 ângulo de varredura α das cristãs em espiral também afecta a direcção de fluxo e a alimentação de partículas nas ranhuras. Em princípio, deve ser possível possuir bordos rectos dos dispositivos que afectam o fluxo formando um ângulo com a direcção radial, embora este projecto não seja o ideal para transportar partículas em direcção à periferia da roda impulsora. 7

As superfícies traseiras das cristãs afectam também o processo e os testes mostraram que o ângulo β entre a superfície traseira e um plano paralelo ao fundo do alojamento de bomba deve, de preferência, estar na faixa de 85 a 95 graus, fig. 2. Para alguns tipos de rodas impulsoras, todavia, tais como aquelas que possuem uma forma cónica, e uma forma correspondente â parede de fundo, fig. 3, esta faixa não pode ser obtida, pelo menos não com uma parede de fundo de metal fundido. Entretanto, os testes revelaram um resultado satisfatório com um projecto de acordo com a figura 3. Se a parede de fundo de acordo com a figura 3, ou pelo menos o dispositivo que afecta o fluxo, fosse produzido num material resiliente, as cristãs poderiam ser moldadas a um ângulo de acordo com a faixa acima.

Com o projecto certo da cristã e da ranhura, obtém-se um efeito separador que conduz a partículas em menor número ou menores em comparação com o resto do líquido, o que, por sua vez, significa menos desgaste. Em vista do exposto, os dispositivos que afectam o fluxo poderiam ser ou ranhuras usinadas ou moldadas na chapa de fundo, ou cristãs fixadas ou moldadas na chapa de fundo. Dependendo do projecto da chapa de fundo, as cristãs ou ranhuras podem apresentar um desenho diferente. A chapa de fundo mostrada nos desenhos é produzida com um dispositivo solidário que afecta o contrafluxo, mas, naturalmente, o dispositivo que afecta o contrafluxo poderia ser produzido como uma peça separada fixada de uma maneira adequada à parede de fundo. A fim de aumentar o efeito, o disco de cobertura inferior poderia ser disposto com palhetas traseiras viradas para a parede de fundo que contém as ranhuras/cristas. Tais palhetas traseiras, todavia, produzem uma certa perda de energia e portanto são usadas apenas sob condições especialmente difíceis.

Deve ficar entendido que a realização descrita acima e mostrada nos desenhos deve ser considerada com um 8 exemplo não-limitador da invenção, e pode ser modificada de muitas maneiras dentro do escopo das reivindicações da patente. 31-07-2007 9

Claims (4)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Bomba centrífuga para bombear líquidos que contêm poluições, principalmente na forma de partículas sólidas, cuja bomba compreende uma unidade de accionamento e uma unidade hidráulica, cuja unidade hidráulica compreende um alojamento de bomba (20) e um impulsor de bomba (12) disposto rotativamente dentro do alojamento, o impulsor de bomba compreendendo um disco de cobertura superior (14) e um disco de cobertura inferior (16) e diversas palhetas intermediárias (18), caracterizada por uma parede de fundo (22) do alojamento de bomba que possui uma abertura central de entrada (24), estar disposta com pelo menos um dispositivo (32, 34) que afecta o contrafluxo varrido de forma espiral no lado voltado para o disco de cobertura inferior, estendendo-se em espiras completas ou parciais em torno da abertura de entrada.
2. 2. Bomba centrífuga de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dispositivo que afecta o contrafluxo ser constituído como ranhuras (32) na parede de fundo.
3. 3. Bomba centrífuga de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dispositivo que afecta o contrafluxo ser constituído como cristãs (34) na parede de fundo.
4. 4. Bomba centrífuga de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por uma parte da parede do dispositivo que afecta o contrafluxo voltada para a entrada formar um ângulo (β) com o plano da parede de fundo que está na faixa de 85 a 95°. 31-07-2007