PT924434E - Bomba - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO ΒΟΜΒΑ A invenção abrange uma bomba centrífuga ou semi-axial para o bombeamento de fluidos, sobretudo água de esgotos.

Na literatura descrevem-se muitos tipos de bombas e de rotores de bombas para este fim, contudo todos têm certas desvantagens. Estas referem-se acima de tudo a problemas de entupimento e baixa eficiência. A água de esgotos contém muitos tipos diferentes de poluentes, cujas quantidade e estrutura dependem da estação e do tipo de área donde provém a água. Nas cidades, são comuns os materiais plásticos, os artigos de higiene, os têxteis, etc., enquanto as áreas industriais podem produzir partículas desgastantes. A experiência mostra que os piores problemas são trapos e similares que se agarram às arestas principais das pás e se enrolam à volta do cubo do rotor. Estes incidentes provocam frequentes interrupções para assistência e uma eficiência reduzida.

Na agricultura e na industria de polpas, usam-se diferentes tipos de bomba especiais, que têm de lidar com palha, erva, folhas e outros tipos de materiais orgânicos. Com este objectivo, as arestas principais das pás têm inclinação para trás, para fazer com que os poluentes sejam empurrados para fora, para a periferia, em vez de se encravarem nas arestas. Usam-se com frequência diferentes tipos de meios de desintegração para cortar o material e tornar a circulação mais fácil. Apresentam-se exemplos nos documentos SE-435 952, SE-375 831 e US-4 347 035.

Desde que os poluentes da água de esgotos são de outros tipos mais difíceis de dominar e dado que os tempos de funcionamento das bombas de esgoto são normalmente muito mais longos, as bombas especiais acima referidas não preenchem os requisitos quando bombeiam água de esgotos, nem do ponto de vista da fiabilidade nem do ponto de vista da eficiência. É bastante frequente uma bomba de água de esgotos funcionar até 12 horas por dia, o que significa que o consumo de energia depende muito da eficiência total da bomba. 1

Os testes provaram que é possível melhorar a eficiência de uma bomba de esgotos de acordo com a invenção até 50%, em comparação com as bombas de esgotos conhecidas. Como o custo do ciclo de vida de uma bomba de accionamento eléctrico é totalmente dominado pelo custo de energia (cerca de 80%), é evidente que um aumento tão dramático será extremamente importante.

Na literatura, a concepção a concepção dos rotores das bombas é descrita de modo muito geral, especialmente no que se refere ao circuito das arestas principais. Não existe uma definição sem ambiguidades do referido circuito.

Os testes demonstram que a concepção da distribuição do ângulo do circuito das arestas principais é muito importante para obter a necessária capacidade de auto-limpeza do rotor da bomba. A natureza dos poluentes também requer diferentes ângulos do circuito para proporcionar um bom funcionamento. A literatura não fornece qualquer informação acerca do que é necessário para obter um deslizamento, transporte, de poluentes para fora numa direcção radial ao longo das arestas principais das pás. O que é geralmente mencionado é que as arestas devem ser em ângulo obtuso, ter inclinação para trás, etc.. Ver o documento SE-435 952.

Quando se bombeiam poluentes mais pequenos, como erva e outros materiais orgânicos, podem ser suficientes ângulos relativamente pequenos para conseguir o transporte radial e também para desintegrar os poluentes na ranhura entre o rotor da bomba e a caixa envolvente. Na prática, obtém-se a desintegração cortando as partículas mediante o contacto com o rotor e a caixa quando aquele roda com uma velocidade periférica de 10 a 25 m/s. Este processo de corte é melhorado dotando as superfícies de dispositivos cortantes, ranhuras ou similares.

Nos documentos SE-435 952 e SE-375 831 descrevem-se diferentes tipos de entalhes e dispositivos cortantes. Todos têm em comum que a pá se localiza atrás de um ressalto. Isto significa uma considerável perda de eficiência em comparação com um contorno regular que é usado nas bombas de alta eficiência para a água limpa.

No documento SE-435 952 mostra-se uma forma de realização na qual uma abertura axial se localiza atrás de um ressalto. A teoria é que os poluentes serão fornecidos de dentro 2 para fora à referida abertura pelas pás que têm arestas principais fortemente inclinadas para trás. Esta forma de realização descrita de maneira muito geral não é, contudo, adequada para bombear poluentes pesados contidos na água de esgotos.

No documento SE-375 831 descreve-se uma solução que usa o princípio oposto, segundo o qual os poluentes são transportados na direcção do centro, afastando-se da ranhura. Este facto, aliado ao ressalto anteriormente mencionado, impossibilita o fornecimento à ranhura.

Como se referiu anteriormente, é uma condição que as arestas principais das pás sejam fortemente inclinadas para trás para tornar possível o transporte dos poluentes de dentro para fora e sua entrada na ranhura existente na periferia. Se tal não se conseguir, em breve ocorrerão interrupções graves. Descrevem-se rotores de bombas deste tipo nos documentos SE-9704222-0 e SE-9704223-8. Contudo, quando os poluentes deslizam para fora e chegam à ranhura entre a pá e a parede da caixa da bomba, existe o risco de aderirem à periferia da aresta principal e se acumularem dentro da ranhura.

No documento DE-614 426 apresenta-se um dispositivo destinado a resolver estes problemas sem a necessidade do ressalto anteriormente mencionado. A bomba é uma bomba centrífuga com uma ligação muito aguçada entre a entrada axial e a parte radial do canal de circulação. Neste caso, a periferia da aresta principal localiza-se a jusante da referida ligação na parte radial do canal.

Menciona-se também um dispositivo que tem um entalhe compacto na frente da aresta principal com uma altura decrescente até uma lâmina de corte, seguida de um sulco em forma de espiral com uma secção transversal triangular e cantos aguçados e que alarga na direcção da periferia. Afirma-se ainda que o princípio básico deste tipo de solução é que o dispositivo de corte substituível desintegrará os poluentes. Se isto falhar, por exemplo se o dispositivo de corte estiver rombo, terá como consequência que a altura decrescente do entalhe comprimirá os poluentes para se acumularem onde a área é mínima, isto é, dentro da área do referido dispositivo de corte. A patente acima mencionada descreve portanto uma solução que, em certas condições, pode adquirir uma capacidade de auto-limpeza, mas que tem desvantagens importantes nos aspectos da eficiência, resistência ao desgaste e tempo de vida. Além disso, não são 3 fornecidos pormenores acerca das condições muito importantes referentes às arestas principais das pás, pelo que não faz sentido tentar aplicar este dispositivo descrito quando se efectua o bombeamento da água de esgotos. O documento CH-A-63412 descreve uma bomba centrífuga com pás e sulcos com inclinações em direcções opostas. A invenção abrange um dispositivo para bombear água de esgotos e que elimina as desvantagens aliadas às soluções anteriormente conhecidas. A invenção é descrita abaixo mais pormenorizadamente com referência aos desenhos anexos. A Fig. 1 é uma vista tridimensional da caixa de uma bomba, a Fig. 2 um corte radial de uma vista esquemática de uma bomba de acordo com a invenção, a Fig. 3 uma vista axial esquemática no sentido da superfície da caixa da bomba e a Fig. 4 um corte cilíndrico por um sulco na superfície da caixa da bomba.

Nos desenhos, 1 representa uma caixa de uma bomba centrífuga com uma entrada cilíndrica 2; 3 representa um rotor da bomba com um cubo cilíndrico 4 e uma pá 5; 6 representa a aresta principal da pá, 7 a parede da caixa da bomba, 8 um sulco na parede, 9 a direcção de rotação e z o eixo de rotação; 10 e 11 representam as arestas do sulco, 12 uma superfície do sulco, 13 o fundo do sulco e h a sua profundidade.

Um princípio importante da invenção é que os poluentes no líquido bombeado não são desintegrados por dispositivos de corte. Pelo contrário usa-se uma construção muito mais robusta que encaminha os poluentes para fora, na direcção da periferia, isto significa que a vida da máquina é consideravelmente prolongada, especialmente quando se bombeiam partículas desgastantes. A concepção também é estável, o que significa que se verificará uma redução do desgaste na parede da caixa da bomba. A invenção abrange uma bomba com um tipo especial de rotor da bomba 3 em que as arestas principais 6 da pá ou pás 5 se localizam a montante da caixa da bomba, isto é, no interior da entrada cilíndrica 2 e em que as arestas principais se situam num plano perpendicular ao eixo de rotação z do referido rotor. 4

De acordo com a invenção, na parede da caixa da bomba situam-se um ou vários entalhes, sulcos 8, que se entendem por uma superfície 7 oposta ao rotor, isto é, da entrada essencialmente cilíndrica 2 para a superfície essencialmente axial da caixa da bomba, e com uma forma que se especifica abaixo. O sulco ou sulcos 8 engatam nas arestas principais 6 da pá ou pás de maneira que os poluentes são fornecidos na direcção da saída da bomba.

Para garantir a alimentação através da bomba e para ter a certeza de outras vantagens em comparação com a técnica conhecida, o sulco 8 tem um percurso e uma geometria especiais.

Na Fig. 4, mostra-se a forma de um corte cilíndrico através do sulco, que se caracteriza por uma ligação lisa 10 à superfície 7 da caixa da bomba no lado onde passa o rotor. O lado oposto 11 do sulco no referido corte cilíndrico é, em relação à parede da caixa da bomba, uma superfície fundamentalmente ortogonal 12, que se transforma continuamente num fundo sobretudo elíptico 13, que tem um eixo transversal característico cujo comprimento tem pelo menos o dobro da profundidade do sulco. Este arredondamento do fundo é importante na medida em que as partículas desgastantes serão transportadas da superfície 7 por correntes secundárias e assim o desgaste da superfície referida será consideravelmente reduzido.

Entre a ligação lisa 10 à superfície 7 e o fundo 13 do sulco existe uma transição fundamentalmente linear 14. O ângulo y entre a referida transição e a superfície 7 situar--se-á no intervalo entre 2 e 25 graus, em que y se define como: V = arc tg (Az/ (r· ΔΘ)) em que Az é a deslocação axial e r · ΔΘ é a extensão tangencial. A Fig. 3 mostra o ângulo do circuito β do sulco 8 em que β = arc tg (V (dr · dr · dz · dz) / (r · d0)) e em que dr, d0 e dz são deslocações infinitesimais ao longo da aresta do sulco. 5

De acordo com a invenção, o ângulo do circuito β terá um valor entre 10 e 45 graus ao longo de todo o seu percurso, para se obter o melhor resultado.

Com o auxílio da invenção alcançam-se várias vantagens, em comparação com as soluções conhecidas até agora. Podem mencionar-se as seguintes: A necessidade de um dispositivo do corto específico o permanente ou substituível é eliminada dado que a função de abastecimento toma conta dos poluentes e afasta-os. O sulco do circuito 8 actua como uma vedação da ranhura que provoca um aumento directo de eficiência na medida em que se reduzem as fugas pela ranhura.

Obtém-se uma redução do desgaste da superfície adjacente ao sulco na medida em que as partículas desgastantes são afastadas desta zona depois de passarem pelo sulco. Deste modo mantém-se uma boa eficiência mesmo quando a água de esgotos contém partículas desgastantes.

Obtém-se uma vida prolongada na medida em que as partículas desgastantes existentes no líquido bombeado provocam um desgaste que protege as formas originais dos pormenores. Isto significa que se mantém um bom funcionamento, mesmo depois de um certo desgaste. O dispositivo é adaptado ao rotor de uma bomba com uma forma optimizada do ponto de vista da qualidade do desempenho, na medida em que o percurso do sulco 8 passa de uma direcção axial para uma direcção radial.

Lisboa, 2.9 OUT. 2001

Por ITT MANUFACTURING ENTERPRISES, INC.

IΠ fc; 6

Claims (4)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Bomba do tipo centrífugo ou semi-axial para o bombeamento de água de esgotos, que compreende uma caixa da bomba (1) com uma entrada cilíndrica (2) e um rotor (3) constituído por um cubo central (4) e uma ou várias pás (5) cujas arestas principais (6) são inclinadas para trás e se situam na parte de entrada (2) num plano fundamentalmente perpendicular ao eixo do rotor (z), havendo um ou vários sulcos de alimentação (8) distribuídos na parede da caixa da bomba (1) numa superfície (7) oposta às referidas pás (5), localizando-se os referidos sulcos (8) a montante da área das referidas arestas principais (6), com um percurso desde a entrada para a saída e inclinando-se na direcção de rotação do rotor, caracterizado por um corte cilíndrico (B-B) pelo sulco (8) apresentar uma ligação lisa à superfície da caixa da bomba (7) no lado por onde passa o rotor (3), com um ângulo (y) entre a parte inclinada (14) do sulco e a superfície da caixa da bomba (7) e definido como: y = arc tg ((Δ z / (r · ΔΘ)), em que y tem um valor entre 2 e 25 graus e em que Δ z é a deslocação axial e r · ΔΘ a extensão tangencial.
2. 2. Bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por como se observa num corte cilíndrico arbitrário B-B pelo sulco (8), o lado oposto do referido sulco se descrever como um lado com uma orientação fundamentalmente ortogonal (12), que se transforma continuamente num fundo fundamentalmente elíptico (13).
3. 3. Bomba de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por o eixo transversal da elipse que caracteriza o referido fundo (13) do sulco (8) ter um comprimento que é pelo menos o dobro da profundidade (h) do referido sulco. 1
4. 4. Bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o ângulo do circuito (β), isto é, o ângulo entre a aresta do sulco (8) e um arco cujo centro é o eixo do rotor, em cada ponto dessa aresta e definido como: β = arc tg (V (dr · dr · dz · dz) / (r · d0)) ter um valor entre 10 e 45 graus ao longo de todo o seu percurso, em que dr, d0 e dz são deslocações infinitesimais ao longo da aresta do sulco. Lisboa, 2 9. OUI. 711(11 Por ITT MANUFACTURING ENTERPRISES, INC.

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