PT2245312E - Degassing device for liquid-filled chambers with rotating components - Google Patents
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Abstract
Description
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DESCRIÇÃODESCRIPTION
DISPOSITIVO DE DESGASEIFICAÇÃO PARA CÂMARAS PREENCHIDAS COM LÍQUIDO COM COMPONENTES ROTATIVOS A invenção refere-se a um dispositivo de desgaseificação, constituído por um corpo que dispõe de uma câmara com um componente rotativo dentro dela, nomeadamente, um veio, uma chumaceira e/ou um empanque, encontrando-se dentro da câmara pelo menos uma nervura que com um seu extremo livre, forma uma fenda paralela ao eixo que chega até ao componente rotativo, havendo a seguir à fenda uma câmara de desgaseificação para um líquido. A EP 0 327 549 BI deu a conhecer um dispositivo de desgaseificação para um veio de bomba com empanque mecânico que se destina a uma bomba centrífuga para o transporte de líquidos quentes, com pelo menos uma passagem do veio através do corpo de uma bomba.The invention relates to a degassing device, constituted by a body having a chamber with a rotating member therein, namely a shaft, a bearing and / or a gasket , with at least one rib which, with its free end, forms a slot parallel to the axis which reaches the rotating member, there being a degassing chamber for a liquid next to the slot. EP 0 327 549 BI has disclosed a degassing device for a pump shaft with mechanical seal which is intended for a centrifugal pump for the transport of hot liquids, with at least one passage of the shaft through the body of a pump.
Para esse efeito, o seu empanque mecânico está rodeado de uma parede anelar concêntrica que se encontra dentro da câmara a uma determinada distância e que dispõe de nervuras radiais salientes para o exterior e o interior.For this purpose, its mechanical seal is surrounded by a concentric annular wall which is inside the chamber at a certain distance and which has radial ribs protruding towards the exterior and the interior.
As câmaras separadas da parede anelar estão interligadas através de furos.The separate chambers of the annular wall are interconnected through holes.
Este dispositivo de desgaseificação pretende conseguir reduzir a turbulência da circulação do líquido a uma determinada distância do empanque mecânico. 2This degassing device is intended to be able to reduce the turbulence of the liquid circulation to a certain distance from the mechanical seal. 2
Os gases separados são recolhidos numa câmara de receção de grande volume, com o fluxo menos turbulento e com possibilidade de purga, equipada com dispositivos para a eliminação do gás recolhido.The separated gases are collected in a large-volume receiving chamber with the least turbulent and purge-able flow equipped with devices for the disposal of the collected gas.
Este tipo de solução requer um grande volume de construção e o seu fabrico é dispendioso.This type of solution requires a large volume of construction and its manufacture is expensive.
Um outro dispositivo de desgaseificação à base de um veio de bomba é conhecido a partir da DE 198 34 012 C2.A further degassing device based on a pump shaft is known from DE 198 3412 C2.
Nesta bomba centrífuga com um líquido transportado até uma câmara de estanquidade, para um empanque mecânico de um veio de bomba aí previsto, a câmara de estanquidade prevê duas secções superficiais de comprimentos diferentes, semelhantes a uma pá e que longitudinalmente decorrem mais ou menos em paralelo ao veio da bomba.In this centrifugal pump with a liquid transported to a sealing chamber, for a mechanical seal of a pump shaft provided therein, the sealing chamber provides for two surface sections of different lengths, similar to a blade and longitudinally running more or less in parallel to the pump shaft.
As secções superficiais em forma de pá encontram-se fixadas na parede circunferencial da câmara de estanquidade, nos dois lados de uma abertura de purga, e numa parede frontal formando, de preferência, um ângulo de cerca de 80° entre ambas.The shallow surface sections are secured to the circumferential wall of the sealing chamber on both sides of a bleed opening and a front wall preferably forming an angle of about 80Â ° therebetween.
Formam entre si e com a parede circunferencial uma antecâmara com uma secção transversal triangular.They form between each other and with the circumferential wall an antechamber with a triangular cross-section.
No local onde os extremos livres das secções superficiais se dirigem um para o outro, estas formam entre si uma fenda de entrada para a antecâmara, mais ou menos paralela ao veio da bomba. 3In the place where the free ends of the surface sections are directed toward one another, they form an inward slit for the antechamber, more or less parallel to the pump shaft. 3
Através desta fenda, o líquido entra radialmente na antecâmara onde permanece no estado não turbulento. 0 gás aí separado é eliminado através da abertura de purga.Through this slit, the liquid enters radially in the antechamber where it remains in the non-turbulent state. The gas there separated is eliminated through the purge port.
Os dispositivos de desgaseificação já conhecidos, equipados com meios de redução da turbulência, necessitam de uma disposição horizontal do veio, para poder ser prevista na parte superior das câmaras de estanquidade, uma abertura de desgaseificação para um gás. A invenção baseia-se no problema de desenvolver para as câmaras por onde passa o veio e que estão em perigo, devido aos líquidos que contêm ou libertam gases, um dispositivo de desgaseificação fiável em diversas posições de montagem e fácil de fabricar. A solução deste problema prevê um dispositivo de desgaseificação que possua na câmara, no sentido de rotação do componente rotativo, a uma determinada distância da fenda e em frente à fenda, uma superfície de parede divisora do jacto e que a uma determinada distância lateral a uma projeção da fenda sobre a superfície de parede divisora do jacto, esta seja equipada com uma ou várias aberturas de ligação à câmara de desgaseificação.The known degassing devices, equipped with turbulence reducing means, need a horizontal shaft arrangement, in order to be provided in the upper part of the sealing chambers, a degassing opening for a gas. The invention is based on the problem of developing for the chambers through which the shaft passes and which are endangered, because of the liquids containing or releasing gases, a reliable degassing device in various mounting positions and easy to manufacture. The solution of this problem provides for a degassing device which has in the chamber, in the direction of rotation of the rotating component, at a certain distance from the slit and in front of the slit, a wall surface dividing the jet and that at a certain lateral distance to a projection of the slit on the wall of the jet dividing wall, it is equipped with one or more openings for connection to the degassing chamber.
Devido ao componente ou aos componentes que rodam dentro da câmara, um líquido que se encontra dentro dela é colocado em rotação e passa através da secção transversal da fenda.Due to the component or components rotating within the chamber, a liquid therein is rotated and passes through the cross-section of the slit.
Consequentemente e conforme o comprimento e a forma da fenda, forma-se um jacto de fenda que sai da fenda mais 4 ou menos tangencialmente em relação ao componente em rotação. 0 jacto de fenda embate na superfície da parede divisora do jacto que se encontra em frente à fenda, sobretudo em direção perpendicular, e com o impacto é dividido, primariamente, em dois fluxos parciais que saem em direções opostas.Accordingly and according to the length and shape of the slit, a slit jet is formed which leaves the slit 4 more or less tangentially with respect to the rotating member. The slit jet strikes the surface of the jet divider wall in front of the slit, especially in the perpendicular direction, and with the impact is divided, primarily, into two partial streams that exit in opposite directions.
Na direção do fluxo, por detrás da nervura que forma a fenda, encontra-se uma câmara de baixa pressão na qual se forma uma zona de baixa pressão.In the flow direction, behind the groove forming the slit, there is a low pressure chamber in which a low pressure zone is formed.
Dentro desta forma-se, pelo menos, um cilindro de turbilhão que é provocado pelo fluxo parcial do jacto de fenda.Inside this is formed at least one swirl cylinder which is caused by the partial flow of the slit jet.
Esta zona de baixa pressão acelera um processo de desgaseificação num líquido de modo até agora desconhecido.This low pressure zone accelerates a degassing process in a hitherto unknown liquid.
De acordo com determinadas conceções, a nervura que funciona como uma nervura do corpo na proximidade do eixo de rotação, fica na proximidade do componente rotativo, havendo a formação de uma fenda de aceleração.According to certain embodiments, the rib acting as a rib of the body in the vicinity of the axis of rotation lies in the vicinity of the rotating member, whereby an acceleration slit is formed.
Em função da velocidade de rotação deste e da largura da fenda, realiza-se dentro desta uma aceleração do líquido à sua passagem, formando-se um jacto dirigido dentro do líquido que se encontra na câmara.Depending on the speed of rotation thereof and the width of the slit, an acceleration of the liquid is effected therein, and a jet directed into the liquid in the chamber is formed.
Devido ao facto de a superfície de parede divisora do jacto formar um determinado ângulo com o jacto de fenda a 5 sair da fenda, a distribuição do jacto e a consequente formação de um cilindro de turbilhão são influenciadas por um ângulo de inclinação escolhido de acordo com a direção do jacto. 0 jacto da fenda encontra-se, predominantemente, de forma perpendicular na superfície de parede divisora do jacto.Due to the fact that the dividing wall surface of the jet forms a certain angle with the slit jet 5 emerging from the slit, the jet distribution and the consequent formation of a swirl cylinder are influenced by a tilting angle chosen in accordance with direction of the jet. The slit jet is predominantly perpendicular to the jet wall surface of the jet.
Uma inclinação escolhida da superfície de parede divisora do jacto situa-se na ordem de grandeza de um ângulo agudo em relação à perpendicular do jacto de fenda. A ordem de grandeza deste pode situar-se na gama até aos 25° . A superfície de parede divisora de jacto é concebida como parte de uma parede do corpo ou nervura do corpo afastada do eixo de rotação.A chosen slope of the jet dividing wall surface is in the order of magnitude of an acute angle relative to the perpendicular of the slit jet. The order of magnitude of this can be in the range up to 25 °. The jet dividing wall surface is designed as part of a body wall or rib of the body remote from the axis of rotation.
Nomeadamente, a utilização de uma nervura do corpo facilita a conceção do corpo como estrutura de fundição, o que torna os trabalhos dispendiosos de soldadura e montagem desnecessários.In particular, the use of a rib of the body facilitates the design of the body as a casting structure, which makes expensive work of welding and assembly unnecessary.
No respeitante ao componente rotativo e visto na secção transversal, a superfície de parede divisora de jacto é considerada uma passante ou é concebida como tal. A sua disposição é escolhida de modo a nem sequer cortar os componentes rotativos. 6With respect to the rotating member and seen in cross-section, the jet dividing wall surface is considered to be a passer or is designed as such. Its arrangement is chosen so as not to even cut the rotating components. 6
Se a superfície divisora do jacto apresentar uma inclinação ou uma forma arqueada, um prolongamento desta superfície pode cortar os componentes rotativos.If the splitting surface of the jet has a slope or arcuate shape, an extension of this surface may cut the rotating components.
Do ponto de vista tridimensional deste dispositivo de desgaseificação, a nervura do corpo próxima do eixo de rotação que limita a fenda e a superfície de parede divisora do jacto encontram-se dispostas dentro de um quadrante tridimensional do corpo da câmara.From the three-dimensional viewpoint of this degassing device, the rib of the body proximate the axis of rotation which limits the gap and the dividing wall surface of the jet are disposed within a three-dimensional quadrant of the chamber body.
De acordo com outras conceções, os extremos livres das nervuras do corpo apresentam uma direção de extensão oposta.According to other embodiments, the free ends of the ribs of the body have an opposite direction of extension.
Na câmara entre a nervura do corpo e a superfície de parede divisora do jacto bem como no lado do jacto distante do eixo de rotação é formada uma câmara de baixa pressão.In the chamber between the rib of the body and the dividing wall surface of the jet as well as on the side of the jet far from the axis of rotation a low pressure chamber is formed.
Nesta câmara de baixa pressão, é formado um cilindro de turbilhão, devido a um jacto parcial que parte da superfície da parede divisora do jacto, devido ao qual existe, dentro da câmara de baixa pressão, uma zona de baixa pressão definida.In this low pressure chamber, a swirl cylinder is formed due to a partial jet starting from the surface of the jet dividing wall, due to which a defined low pressure zone exists within the low pressure chamber.
Deste modo é conseguida uma desgaseificação muito rápida do líquido.In this way a very rapid degassing of the liquid is achieved.
Em completa oposição às soluções até agora conhecidas, a rotação na câmara com os componentes rotativos não é impedida mas, sim, usada especificamente para a formação de um jacto de fenda acelerado e a consequente geração de 7 um cilindro de turbilhão adicional para fins de desgaseificação.In complete opposition to the solutions hitherto known, the rotation in the chamber with the rotating components is not prevented but rather is used specifically for the formation of an accelerated slit jet and the consequent generation of an additional swirl cylinder for degassing purposes .
Além disso, a câmara de baixa pressão estende-se na direção que se afasta do componente rotativo. Este afastamento apoia um processo de desgaseificação. E a parede do corpo afastada do eixo de rotação ou a nervura do corpo com a superfície de parede divisora do jacto pode formar uma parede da câmara de desgaseificação se esta for concebida como parte integrante do dispositivo de desgaseificação.Further, the low pressure chamber extends in the direction away from the rotating member. This spacing supports a degassing process. And the wall of the body away from the axis of rotation or the rib of the body with the dividing wall surface of the jet can form a wall of the degassing chamber if it is designed as an integral part of the degassing device.
Relativamente ao eixo de rotação, a câmara de baixa pressão encontra-se entre a nervura próxima do eixo de rotação e a câmara de desgaseificação distante do eixo de rotação.With respect to the axis of rotation, the low pressure chamber is between the groove close to the axis of rotation and the degasification chamber remote from the axis of rotation.
De acordo com outras conceções, a câmara de desgaseificação está equipada com uma abertura de desgaseificação.According to further embodiments, the degassing chamber is provided with a degassing aperture.
Para a utilização com veios com dois empanques, há dois ou mais dispositivos de desgaseificação colocados em série, ao longo de um eixo, e cada câmara de desgaseificação está equipada com uma abertura de desgaseificação.For use with two-shaft shafts, there are two or more degassing devices placed in series along an axis, and each degassing chamber is equipped with a degassing aperture.
Se neste tipo de conceção for utilizado apenas um empanque, é colocada uma parede divisória entre duas câmaras de desgaseif icação, e na área de ligação, em forma de T, entre a parede divisória e a parede exterior, pode haver a abertura de desgaseificação.If only one gasket is used in this type of design, a partition wall is placed between two degassing chambers, and in the T-shaped connection area between the partition wall and the outer wall, there may be the degassing port.
Devido à sua localização na área de cruzamento entre a parede do corpo e a parede divisória bem como acima da parede divisória, pode ser criada, com apenas um processo de manipulação, uma ligação entre duas câmaras.Due to its location in the cross-sectional area between the body wall and the partition wall as well as above the partition wall, a connection between two chambers can be created with only one manipulation process.
Assim, com apenas uma abertura de desgaseificação é possível eliminar uma acumulação de gás simultaneamente de duas câmaras.Thus, with only one degassing opening it is possible to eliminate a gas accumulation simultaneously of two chambers.
Para conseguir uma desgaseificação segura, tanto em caso de disposição horizontal como em caso de disposição vertical ou diagonal dos componentes rotativos, existe numa área extrema axial de uma câmara de desgaseificação uma abertura de desgaseificação que forma um ângulo com o eixo de rotação.In order to achieve a safe degassing, both in the case of horizontal arrangement and in the vertical or diagonal arrangement of the rotating components, there exists in an axial end area of a degassing chamber a degassing opening forming an angle with the axis of rotation.
Além disso, a câmara de desgaseif icação pode ser parte integral ou parte separada do corpo. 0 efeito da desgaseificação é apoiado por outras conceções segundo as quais a câmara que rodeia os componentes rotativos, nomeadamente, a superfície de parede circunferencial desta, apresenta, em parte ou no total, uma conceção em espiral.In addition, the degassing chamber may be an integral part or a separate part of the body. The effect of the degassing is supported by other concepts according to which the chamber surrounding the rotating components, in particular the circumferential wall surface thereof, has, in part or in total, a spiral design.
Deste modo, realiza-se dentro de uma câmara em espiral assim formada, uma transformação da energia de velocidade do líquido a rodar, em energia de pressão que então atua sobre o jacto de fenda na fenda de aceleração tornando-o mais forte.In this way, a transformation of the velocity energy of the liquid to be rotated into pressure energy which then acts on the slit jet in the acceleration slot becomes stronger.
Adicionalmente, aumenta a pressão diferencial entre a câmara ou a câmara em espiral formada dentro desta e a 9 câmara de baixa pressão, pelo que o processo de desgaseificação na câmara de baixa pressão é acelerado.Additionally, the differential pressure between the chamber or the coil chamber formed therein and the low pressure chamber increases, whereby the degassing process in the low pressure chamber is accelerated.
Para esse efeito, a nervura do corpo próxima do eixo de rotação dentro da câmara em espiral é disposta na área do quadrante tridimensional do corpo que em relação ao eixo de rotação apresenta a maior extensão radial.To this end, the rib of the body proximate the axis of rotation within the spiral chamber is disposed in the area of the three-dimensional quadrant of the body which in relation to the axis of rotation has the largest radial extent.
Conforme a duração desejada da desgaseificação e a inclinação da superfície da parede divisora do jacto em relação ao jacto de fenda a embater, os fluxos parciais que daí saem devem ser considerados como uma espécie de fluxo principal e fluxo secundário.Depending on the desired duration of the degassing and the inclination of the surface of the dividing wall of the jet in relation to the slit jet to be struck, the resulting partial flows should be considered as a kind of main flow and secondary flow.
Como fluxo principal é aqui designado o fluxo parcial carregado de gás, que roda juntamente com o componente e se forma em torno deste.As the main stream is designated the gas charged partial flow, which rotates together with the component and forms around it.
Como fluxo secundário é designado o fluxo parcial que passa da superfície de parede divisora do jacto para a câmara de baixa pressão produzindo aí o cilindro de turbilhão usado para a desgaseificação.As a secondary flow, the partial flow is designated as passing from the wall of the dividing wall of the jet into the low pressure chamber producing there the swirling cylinder used for the degassing.
Este cilindro de turbilhão possui um sentido de rotação oposto ao do anel de líquido que roda dentro da câmara.This swirl cylinder has a direction of rotation opposite the ring of liquid which rotates within the chamber.
Este cilindro de turbilhão, mantido no local da câmara de baixa pressão, provoca ao fim de pouco tempo uma desgaseif icação de todo o líquido que se encontra no dispositivo de desgaseificação.This swirl cylinder, kept in the place of the low pressure chamber, soon causes a degassing of all the liquid that is in the degassing device.
Para esse efeito, segundo uma outra conceção, a superfície de parede divisora do jacto e/ou seu 10 prolongamento disposto na direção da abertura de ligação encontra-se numa parede interior divisora do jacto que limita a câmara de baixa pressão, um fluxo parcial de um cilindro de turbilhão que roda na câmara de baixa pressão, passa para a câmara de desgaseificação, ao longo da parede interior divisora do jacto.To that end, in another embodiment, the jet dividing wall surface and / or its extension extending in the direction of the connecting aperture is in an inner dividing wall of the jet which limits the low pressure chamber, a partial flow of a swirl cylinder rotating in the low pressure chamber, passes into the degassing chamber, along the inner dividing wall of the jet.
Este fluxo parcial provém do fluxo de mistura polifásica enriquecida com gás.This partial flow comes from the gas-enriched polyphase blend stream.
Através de uma ou várias aberturas de ligação, as suas quotas-partes de gás passam da câmara de baixa pressão para a câmara de desgaseificação onde são acumuladas de forma a poderem ser eliminadas.Through one or several connecting openings, their gas shares pass from the low pressure chamber into the degassing chamber where they are accumulated so that they can be eliminated.
Graças à formação de uma câmara de baixa pressão com um cilindro de turbilhão dentro desta, esta solução funciona com segurança com qualquer disposição do veio.Thanks to the formation of a low pressure chamber with a swirl cylinder inside it, this solution works safely with any shaft arrangement.
Outros tipos de conceção da invenção são descritos nas subreivindicações.Other types of design of the invention are described in the subclaims.
Alguns exemplos de execução da invenção estão representados nas figuras e descritos a seguir mais detalhadamente. Eles mostram:Some embodiments of the invention are shown in the figures and described in more detail below. They show:
Fig. 1 um corte longitudinal através do dispositivo de desgaseificação de uma bomba centrífuga,1 shows a longitudinal section through the degassing device of a centrifugal pump,
Figs. 2 e 3 cortes transversais através da zona da fenda do dispositivo de desgaseificação, 11FIGS. 2 and 3 cross-sections through the slot area of the degassing device, 11
Fig. 4 um dispositivo de desgaseificação para uma disposição horizontal, diagonal ou vertical do veio eFig. 4 is a degassing device for a horizontal, diagonal or vertical arrangement of the shaft and
Figs. 5 e 6 um dispositivo de desgaseif icação para empanques com disposição tandem ou individual. A Fig. 1 mostra um dispositivo de desgaseificação do exemplo de um veio de accionamento para uma bomba centrífuga. 0 dispositivo de desgaseificação encontra-se dentro de um corpo 1 e apresenta uma câmara 2 e dentro desta um componente rotativo 3.FIGS. 5 and 6 a degassing device for packing with tandem or individual arrangement. Fig. 1 shows a degassing device of the example of a drive shaft for a centrifugal pump. The degassing device is within a body 1 and has a chamber 2 and within it a rotating member 3.
Trata-se de um veio 3.1 e de um empanque 3.2 montado neste, concebido como parte de um empanque mecânico.This is a shaft 3.1 and a gasket 3.2 mounted thereon, designed as part of a mechanical seal.
Na representação em corte é visível uma câmara de desgaseificação 4 instalada acima do veio 3.1 e separada da câmara 2 por um elemento 26 explicado a seguir. 0 veio 3.1 apoiado em chumaceiras 5 passa através da tampa da bomba 6 e suporta o impulsor 7 de uma bomba centrífuga 8. 0 fluido que se encontra na bomba centrífuga corre ao longo do veio 3.1 para a câmara 2 do dispositivo de desgaseificação.In the cross-sectional view a degassing chamber 4 is located above the shaft 3.1 and is separated from the chamber 2 by an element 26 explained below. The bearing-supported shaft 3.1 passes through the pump cap 6 and supports the impeller 7 of a centrifugal pump 8. The fluid in the centrifugal pump runs along the shaft 3.1 to the chamber 2 of the degassing device.
Se não existisse um dispositivo de desgaseificação e se se encontrasse um gás na câmara 2 ou dentro do líquido, este iria acumular-se diretamente junto do componente 12 rotativo 3, devido à diferença de densidades e sob a influência das forças centrífugas.If a degassing device did not exist and if a gas were found in the chamber 2 or inside the liquid, it would accumulate directly next to the rotating component 12 due to the difference in densities and under the influence of the centrifugal forces.
Por sua vez, o líquido roda como um anel de líquido com um diâmetro grande em torno do anel de gás.In turn, the liquid rotates as a ring of liquid with a large diameter around the gas ring.
Consequentemente, o líquido já não pode arrefecer o empanque e o sobreaquecimento dá origem à sua danificação ou falha total. Por estas razões, um gás tem de ser eliminado e a câmara (2) tem de ser preenchida totalmente com líquido.Consequently, the liquid can no longer cool the packing and overheating results in its damaging or total failure. For these reasons, a gas must be eliminated and the chamber (2) has to be completely filled with liquid.
Com a ajuda do dispositivo de desgaseificação, os gases libertados são recolhidos na câmara de desgaseificação 4 e eliminados desta através de um elemento de fecho 9 o que pode ser feito automática ou manualmente. A Fig. 2 representa um corte ao longo da linha A - A da Fig. 1 e mostra um corte transversal através do dispositivo de desgaseificação.With the aid of the degassing device, the released gases are collected in the degassing chamber 4 and eliminated therefrom by a closing element 9 which can be done automatically or manually. Fig. 2 shows a section along line A-A of Fig. 1 and shows a cross-section through the degassing device.
No referente ao eixo de rotação 10 encontram-se dentro da câmara 2 superfícies de parede divisoras com a ajuda das quais é obtido um fluxo do gás a eliminar, do tipo de gases formados na circulação dos fluxos, até ao armazenamento na câmara de desgaseificação 4.With respect to the axis of rotation 10, dividing wall surfaces are provided within the chamber 2 with the aid of which a flow of the gas to be eliminated is obtained, of the type of gases formed in the circulation of the flows, until it is stored in the degassing chamber 4 .
Da câmara 2, dentro da qual se encontram os componentes rotativos 3, realiza-se uma passagem para uma câmara de baixa pressão 11 e uma câmara de desgaseificação 4 ligada a esta. 13 A câmara de baixa pressão 11 e a câmara de desgaseificação 4 são indicadas por linhas tracejadas. 0 eixo de rotação 10 do componente rotativo 3 encontra-se no ponto de intersecção de dois planos x e y perpendiculares entre si.From the chamber 2, within which the rotating components 3 are located, a passage is made to a low pressure chamber 11 and a degassing chamber 4 connected thereto. The low pressure chamber 11 and the degassing chamber 4 are indicated by dashed lines. The axis of rotation 10 of the rotating member 3 lies at the point of intersection of two planes x and y perpendicular to each other.
Estes limitam quatro quadrantes espaciais I, II, III e IV.These limit four spatial quadrants I, II, III and IV.
Na área do quadrante tridimensional I encontram-se a câmara de baixa pressão 11 e as limitações desta.In the area of the three-dimensional quadrant I are the low-pressure chamber 11 and its limitations.
Ai também se encontra uma nervura 12 próxima do eixo de rotação que com um seu extremo 13 livre limita uma fenda de aceleração 14 em relação ao componente rotativo 3. O sentido de rotação do componente rotativo 3 é indicado por uma seta dupla no veio 3.1 cortado no qual se encontra montada uma peça de empanque 3.2 que roda juntamente com este.There is also a groove 12 proximate the axis of rotation which, with its free end 13, limits an acceleration slit 14 with respect to the rotating member 3. The direction of rotation of the rotating member 3 is indicated by a double arrow on the cut shaft 3.1 on which is mounted a packing piece 3.2 which rotates together therewith.
Neste caso, por cima da nervura 12 próxima do eixo de rotação e por trás, visto na direcção da corrente, encontra-se a câmara de baixa pressão 11.In this case, above the rib 12 near the axis of rotation and behind, viewed in the direction of the current, is the low pressure chamber 11.
Através de uma ou várias aberturas de ligação 15, esta está ligada a uma câmara de desgaseificação 4, espacialmente mais afastada do eixo de rotação 10. A abertura de ligação 15 pode ter a forma de uma ranhura, como representada, ou ser concebida como superfície de parede perfurada. 14Through one or several connecting apertures 15, the latter is connected to a degassing chamber 4, spatially further away from the axis of rotation 10. The connecting aperture 15 may be in the form of a groove, as shown, or be designed as a surface perforated wall. 14
Depende das forças do corpo 1 a transmitir. A câmara de desgaseificação 4 pode ser concebida também como componente autónomo e estar ligada à câmara 2 ou ao corpo 1 diretamente ou como elemento separado.It depends on the forces of the body 1 to be transmitted. The degassing chamber 4 may also be designed as a stand-alone component and be connected to the chamber 2 or the body 1 directly or as a separate element.
Uma ligação entre a câmara de desgaseificação 4 e uma ou várias aberturas de ligação 15 pode ser estabelecida com a ajuda de meios de ligação adicionais conhecidos. A Fig. 3 corresponde à Fig. 2 e com a ajuda de setas que indicam o fluxo mostra o percurso dos fluxos dentro do corpo 1.A connection between the degassing chamber 4 and one or more connecting openings 15 may be established with the aid of known additional connecting means. Fig. 3 corresponds to Fig. 2 and with the help of arrows indicating the flow shows the flow path within the body 1.
Os componentes rotativos 3 provocam um efeito de arrastamento no liquido que se encontra na câmara 2. A câmara 2 pode ser uma câmara anelar com o mesmo raio R ou, como representada, com um contorno interior 16 em forma de espiral.The rotating components 3 cause a drag effect on the liquid in the chamber 2. The chamber 2 may be an annular chamber having the same radius R or, as shown, with a spirally shaped inner contour 16.
Partindo do quadrante IV, mais ou menos do local do raio R, o contorno em espiral 16 evolui no sentido de rotação do componente rotativo 3 para o exterior, até à nervura 12 próxima do eixo de rotação que se encontra no quadrante I e que aqui é concebida como parte integrante do corpo 1 fundido. Mas também pode ser concebida como componente separado. 0 contorno da câmara 2 é concebido analogamente a um corpo em espiral de uma bomba centrífuga.Starting from the quadrant IV, roughly from the location of the radius R, the spiral contour 16 evolves in the direction of rotation of the rotating member 3 to the outside, up to the rib 12 near the axis of rotation which is in the quadrant I and which here is designed as an integral part of the cast body 1. But it can also be conceived as a separate component. The contour of the chamber 2 is designed analogously to a spiral body of a centrifugal pump.
Devido à área transversal que aumenta na direcção circunferencial, no estado de funcionamento, a pressão 15 estática na câmara 2 sobe ligeiramente e atinge uma pressão máxima acentuada na área da maior secção transversal no ponto de estagnação no lado de pressão da nervura 12 próxima do eixo de rotação.Due to the transverse area increasing in the circumferential direction in the operating state the static pressure 15 in the chamber 2 rises slightly and reaches a maximum marked pressure in the area of the largest cross section at the stagnation point on the pressure side of the rib 12 proximate the axis of rotation.
Devido à aceleração seguinte do fluido na fenda de aceleração 14, verifica-se na câmara de baixa pressão 11 uma ligeira baixa pressão estática. A pressão diferencial estática entre a câmara 2 e a câmara de baixa pressão 11 faz com que um turbilhão secundário a rodar na câmara de baixa pressão 11 se enriqueça com gás.Due to the subsequent acceleration of the fluid in the acceleration slit 14, there is a slight low static pressure in the low pressure chamber 11. The static differential pressure between the chamber 2 and the low pressure chamber 11 causes a secondary swirl to rotate in the low pressure chamber 11 to be enriched with gas.
Na câmara de baixa pressão 11 a corrente roda ao contrário da direcção de movimento na câmara 2. A distância entre o extremo livre 13 da nervura 12 e o componente rotativo 3 que se encontra em frente, define a largura da fenda de aceleração 14 através da qual tem de passar o liquido em rotação na câmara 2.In the low pressure chamber 11 the chain rotates opposite the direction of movement in the chamber 2. The distance between the free end 13 of the groove 12 and the forward rotating member 3 defines the width of the acceleration slot 14 through which has to pass the liquid in rotation in chamber 2.
Consequentemente, forma-se na fenda de aceleração 14 e a seguir a esta, um jacto de fenda 17 que, na direcção tangencial, se afasta dos componentes rotativos 3.Accordingly, there is formed in the acceleration slit 14 and thereafter a slit jet 17 which, in the tangential direction, moves away from the rotating components 3.
Dirige-se para uma superfície 18 de parede divisora do jacto e é fracionado aquando do impacto.It is directed to a jet dividing wall surface 18 and is fractionated upon impact.
Esta divisão do jacto realiza-se na área de uma projecção B (representada na Fig. 3 com =) da fenda de aceleração 14 na superfície 18 de parede divisora do jacto. 16This splitting of the jet takes place in the area of a projection B (shown in Fig. 3 with =) of the acceleration slot 14 in the jet dividing wall surface 18. 16
Por um lado, num fluxo secundário ou lateral que forma um cilindro de turbilhão 19 na câmara de baixa pressão 11 e, por outro, num fluxo principal que no sentido de rotação do componente rotativo 3 volta para a câmara 2 onde continua a rodar.On the one hand, in a secondary or lateral flow forming a swirl cylinder 19 in the low pressure chamber 11 and, on the other hand, in a main flow which in the direction of rotation of the rotating component 3 returns to the chamber 2 where it continues to rotate.
Devido à aceleração do liquido na fenda de aceleração 14 forma-se, a seguir à fenda, na câmara de baixa pressão 11, a zona de vácuo, na qual se realiza um enriquecimento extremamente intenso das partes integrantes gasosas.Due to the acceleration of the liquid in the acceleration slit 14, there is formed, behind the slit, in the low pressure chamber 11 the vacuum zone in which an extremely intense enrichment of the gaseous constituents takes place.
Um fluxo polifásico enriquecido com gás sai da câmara de baixa pressão 11 passando pela abertura de ligação 15 para a câmara de desgaseificação 4.A polyphase flow enriched with gas exits the low pressure chamber 11 through the connection opening 15 to the degassing chamber 4.
Ai se realiza a desgaseificação completa, a acumulação dos gases removíveis e, se necessário, a eliminação dos gases. A câmara de desgaseificação 4 pode ser concebida também como componente separado e estar ligada a uma ou várias aberturas de ligação 15 através de tubagens.There, the complete degassing, the accumulation of the removable gases and, if necessary, the elimination of the gases are carried out. The degassing chamber 4 may also be designed as a separate component and be connected to one or more connecting openings 15 through pipes.
Além disso, o fluxo na câmara de baixa pressão 11 é conduzido de modo a seguir o decurso da superfície 18 de parede divisora do jacto e a embater na área da parede interior 18.1 do corpo 1 que é adjacente à abertura de ligação 15 e que também divide do jacto.In addition, the flow in the low pressure chamber 11 is conducted so as to follow the course of the jet dividing wall surface 18 and strikes the area of the inner wall 18.1 of the body 1 which is adjacent to the connecting aperture 15 and which also divides from the jet.
Esta parede interior 18.1 divisora do jacto limita simultaneamente a câmara de baixa pressão 11 e provoca a distribuição do fluxo a partir do cilindro de turbilhão 19. 17This inner dividing wall 18.1 of the jet simultaneously limits the low pressure chamber 11 and causes the distribution of the flow from the swirl cylinder 19.
Deste modo, um pequeno fluxo parcial 28 é desviado da mistura polifásica enriquecida com gás, que roda na câmara de baixa pressão 11, através da abertura de ligação 15 e ao longo da parede interior 18.1, até à câmara de desgaseificação 4. É ai que se verifica a desgaseificação deste fluxo parcial 28 enriquecido com gás.Thus, a small partial flow 28 is diverted from the gas-enriched polyphase mixture which rotates in the low pressure chamber 11 through the connection opening 15 and along the inner wall 18.1 to the degasification chamber 4. That is where degassing of this gas enriched partial stream 28 is verified.
Um fluxo de retorno isento de gás passa ao longo do lado traseiro 29 da superfície 18 de parede divisora do jacto e através da câmara de baixa pressão 11 novamente para a câmara 2.A gas-free return flow passes along the rear side 29 of the jet dividing wall surface 18 and through the low pressure chamber 11 back into the chamber 2.
Este fluxo de retorno também passa através da abertura de ligação 15, e este fluxo de retorno torna-se novamente parte integrante do fluxo principal.This return flow also passes through the connection aperture 15, and this return flow again becomes an integral part of the main flow.
Na Fig. 3 a superfície 18 da parede divisora do jacto forma um pequeno ângulo de inclinação α em relação ao jacto de fenda 17 que nela embate.In Fig. 3 the surface 18 of the jet dividing wall forms a small angle of inclination α with respect to the jet of slit 17 which strikes it.
Em relação à perpendicular, este ângulo de inclinação desvia-se aproximadamente 10° do jacto de fenda 17 podendo ir até 25°.In relation to the perpendicular, this angle of inclination deflects by approximately 10 ° of the jet of slit 17 being able to go up to 25 °.
Partindo de um bordo limitador da abertura de ligação 15, ele abre-se na direcção do quadrante tridimensional IV.Starting from a limiting edge of the connection aperture 15, it opens in the direction of the three-dimensional quadrant IV.
Deste modo são criadas proporções equilibradas em relação à distribuição do fluxo, para o anel de líquido 20 a rodar no fluxo principal dentro da câmara 2 e o cilindro 18 de turbilhão 19 a rodar no fluxo secundário na zona de vácuo 11. 0 ângulo de inclinação α depende do liquido usado, do seu teor de gás e do regime de rotação dos componentes rotativos 3.Balanced proportions are thus created in relation to the flow distribution, for the liquid ring 20 to rotate in the main flow within the chamber 2 and the swirl cylinder 18 to rotate in the secondary flow in the vacuum zone 11. The angle of inclination α depends on the liquid used, its gas content and the rotational speed of the rotating components 3.
Numa superfície 18 da parede divisora do jacto que se encontre numa posição perpendicular em relação ao jacto de fenda 17, as proporções entre as quantidades de líquido no fluxo principal e no fluxo secundário são mais ou menos equilibradas. A superfície 18 de parede divisora do jacto pode ser plana e/ou curvada para influenciar assim a formação do cilindro de turbilhão 19 dentro da câmara de baixa pressão.On a surface 18 of the jet dividing wall which is in a position perpendicular to the slit jet 17, the proportions between the amounts of liquid in the main stream and the secondary stream are more or less balanced. The jet dividing wall surface 18 may be flat and / or curved to thereby influence the formation of the swirl cylinder 19 within the low pressure chamber.
Esta situação depende do tamanho construtivo escolhido e do processo de fabrico usado. A função de desgaseificação realiza-se também numa câmara 2 em forma de câmara anelar com um raio R, concebida e disposta de forma concêntrica em relação ao eixo de rotação.This situation depends on the constructive size chosen and the manufacturing process used. The degassing function is also carried out in a chamber 2 in the form of an annular chamber with a radius R, designed and arranged concentrically with respect to the axis of rotation.
No entanto, um contorno circunferencial da câmara 2 concebido em forma de espiral acelera consideravelmente o processo de desgaseificação. A limitação da câmara de baixa pressão 11 pode ser representada também como uma espécie de superfície de parede dividida do corpo de desgaseificação. 19However, a circumferential contour of the spiral-shaped chamber 2 considerably accelerates the degassing process. The limitation of the low pressure chamber 11 may also be represented as a kind of split wall surface of the degassing body. 19
Neste caso, a parede adjacente à abertura de ligação 15 e portadora da superfície 18 de parede divisora do jacto é considerada como nervura 26 afastada do eixo de rotação.In this case, the wall adjacent to the connecting aperture 15 and carrying the jet dividing wall surface 18 is considered as rib 26 spaced from the axis of rotation.
Deste modo, na câmara 2 encontram-se duas nervuras de corpo 12, 26, com direções de extensão opostas que, entre si, formam a câmara de baixa pressão 11.Thus, in the chamber 2 are two body ribs 12, 26, with opposing extension directions which, together, form the low pressure chamber 11.
As nervuras operam em direcções opostas e a uma determinada distância entre si.The ribs operate in opposite directions and at a certain distance from each other.
Prolongamentos geométricos destas nervuras 12, 26 na direcção dos seus extremos livres não apresentam um ponto de intersecção.Geometric extensions of these ribs 12, 26 towards their free ends do not have an intersection point.
Em analogia à Fig. 1, a Fig. 4 mostra um corte através de um dispositivo de desgaseificação colocado na vertical.In analogy to Fig. 1, Fig. 4 shows a cross-section through a vertically disposed degassing device.
Para garantir um funcionamento seguro também nestas posições de montagem, uma abertura de desgaseificação 21 encontra-se naquela área extrema ou área de canto da câmara de desgaseificação 4 que numa montagem posterior do dispositivo de desgaseificação fica orientada para cima.To ensure safe operation also in these mounting positions, a degassing aperture 21 is in that end area or corner area of the degassing chamber 4 which in a later assembly of the degassing device is oriented upwards.
Uma tal abertura de desgaseificação 21 pode ser usada em veios 3.1 que podem ser montados na horizontal, diagonal ou vertical.Such a degassing aperture 21 may be used on shafts 3.1 which can be mounted horizontally, diagonally or vertically.
No exemplo de execução são apresentadas duas disposições possíveis. 20 A abertura de desgaseificação 21 aqui apresentada em cima encontra-se num plano diagonal em relação ao eixo de rotação, devido à disposição da abertura de desgaseificação num plano inclinado formando um ângulo com o eixo de rotação.Two possible dispositions are presented in the execution example. The degassing aperture 21 shown above is in a plane diagonal to the axis of rotation due to the arrangement of the degassing aperture in an inclined plane at an angle to the axis of rotation.
Deste modo, a desgaseificação através da abertura do bujão de fecho é possível tanto em caso de disposição horizontal como vertical do veio.In this way, the degassing through the opening of the closure plug is possible both in the horizontal and vertical arrangement of the shaft.
Numa disposição inversa, com o veio 3.1 dirigido para baixo, iria ser utilizada a abertura de desgaseificação que no exemplo de execução mostrado se encontra em baixo. A sua disposição radial na área do extremo da câmara de desgaseificação 4 tem eventualmente a vantagem de o fabrico ser mais simples.In an inverse arrangement, with the shaft 3.1 directed downwards, the degassing aperture would be utilized which in the embodiment shown is below. Its radial arrangement in the end area of the degassing chamber 4 eventually has the advantage that the manufacture is simpler.
Para um comprimento de montagem diferente do veio 3.1, a câmara de desgaseificação 4 seria equipada, em cada extremo axial, com uma abertura de desgaseificação 21 e um elemento de fecho 9. A Fig. 5 mostra num veio 3.1 com um empanque duplo também um dispositivo de desgaseificação em duplicado. A concepção das nervuras de corpo e as disposições das zonas de baixa pressão realizaram-se analogamente às representações das Figs. 2 e 3. A diferença está no facto de dois dispositivos de desgaseificação serem dispostos sucessivamente na direcção axial e, por conseguinte, as câmaras de 21 desgaseificação 4 serem separadas uma da outra por uma parede divisória 22.For a different mounting length of the shaft 3.1, the degassing chamber 4 would be equipped, at each axial end, with a degassing aperture 21 and a closure element 9. Fig. 5 shows on a shaft 3.1 with a double packing also a device in duplicate. The design of the body ribs and the arrangements of the low pressure zones were similarly performed to the depictions of Figs. 2 and 3. The difference lies in the fact that two degassing devices are arranged successively in the axial direction and, therefore, the degassing chambers 4 are separated from one another by a partition wall 22.
Cada câmara de desgaseif icação 4 está equipada com uma abertura de purga 21 e um bujão de fecho 9.Each degassing chamber 4 is provided with a bleed opening 21 and a catch plug 9.
Na área do plano da parede divisória 23, a câmara está dividida em duas câmaras 2.1 e 2.2 por uma inserção 24, o que num corpo em bruto uniforme pode ser feito por um trabalho de levantamento de aparas.In the plane of the partition wall 23, the chamber is divided into two chambers 2.1 and 2.2 by an insert 24, which in a uniform rough body can be made by a chip removal job.
No que se refere à nervura 12 - aqui não visível próxima do eixo de rotação, pertencente à câmara 2.2, é necessário um encurtamento radial, para poder ser montada a inserção 24 da câmara 2.1. Com a ajuda de um prolongamento simples da nervura, pode ser ajustada a largura necessária da fenda.With regard to the rib 12 - not visible here close to the axis of rotation belonging to the chamber 2.2, a radial shortening is required, so that the insert 24 of the chamber 2.1 can be mounted. With the aid of a simple rib extension, the required width of the slot can be adjusted.
Nos empanques aqui utilizados em forma de empanques mecânicos, o anel de encaixe fixo é mantido na inserção 24 . 0 empanque aqui mais próximo do lado de accionamento, dispõe de uma junta fixa no corpo, mantida numa inserção 25 com uma abertura para a saída de fugas. A Fig. 6 mostra uma concepção do dispositivo de desgaseificação onde é representado o mesmo corpo da Fig. 5 mas apenas com um empanque simples.In the packings used herein in the form of mechanical seals, the fixed engagement ring is held in the insert 24. The gasket here closest to the drive side has a gasket attached to the body, held in an insert 25 with an opening for leakage. Fig. 6 shows a design of the degassing device where the same body of Fig. 5 is shown but only with a simple packing.
Consequentemente, prescinde-se do trabalho da parede divisória 22, na área da câmara 2 que contém o líquido. 22 A ligação entre as duas câmaras de desgaseificação 4 é estabelecida por um furo 26 introduzido a nível da parede divisória 23 o que faz com que sejam transformadas em uma câmara de desgaseificação 4 grande comum. É através deste furo 26, controlável por um elemento de fecho 9, que se realiza a saída do gás.Accordingly, the work of the partition wall 22, in the area of the liquid containing chamber 2, is dispensed with. The connection between the two degassing chambers 4 is established by a bore 26 introduced at the level of the partition wall 23 which causes them to be transformed into a common large degassing chamber 4. It is through this bore 26, controllable by a closure element 9, that the gas is exhausted.
Uma vantagem essencial desta solução é constituída pelo facto de esta poder ser obtida sem problemas com uma peça de fundição e por um trabalho de levantamento de aparas ser necessário apenas na área das aberturas do corpo para as tampas das chumaceiras, as ligações e as aberturas de de sgaseificação.An essential advantage of this solution is that it can be obtained without problems with a casting and by a chip removal work only being necessary in the area of the body openings for the bearing covers, the connections and the openings of of gassing.
Além disso, pode ser usada uma forma construtiva uniforme do veio para duas formas de execução diferentes. LISBOA, 28 de FEVEREIRO de 2012In addition, a uniform constructional shape of the shaft may be used for two different embodiments. LISBON, FEBRUARY 28, 2012
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