ES2271885T3 - Bomba centrifuga multifasica. - Google Patents
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Abstract
Bomba centrífuga de tipo multifásico en la que cada fase de la bomba presenta una carcasa compuesta de una o va- rias piezas y un rodete alojado en su interior, las fases de la bomba están dispuestas entre una pieza terminal de entrada y una pieza terminal de salida, situadas a una distancia axial entre sí, y están sujetas entre éstas a través de me- dios de unión para la conexión a un sistema de transmisión de corrientes, todos los rodetes están dispuestos sobre un árbol de bomba soportado por un mínimo de dos cojinetes de bomba, un extremo del árbol de bomba está provisto de un acoplamien- to para un medio de unión de un mecanismo de propulsión y en la que existen medios de apoyo externos situados en la zona de la pieza terminal de admisión y la pieza terminal de esca- pe para la fijación de la bomba centrífuga en una ubicación de instalación, caracterizada por el hecho de que la distan- cia máxima (LL) entre las caras delanteras orientadas frente a frente de dos cojinetes de bomba (11, 12) es inferior o igual al producto de la altura de fase mínima (LM) por el nú-
Description
Bomba centrífuga multifásica.
El presente invento hace referencia a una bomba
centrífuga de tipo multifásico en la que cada fase de la bomba
presenta una carcasa compuesta de una o varias piezas y un rodete
alojado en su interior, las fases de la bomba están dispuestas
entre una pieza terminal de entrada y una pieza terminal de salida y
están sujetas entre éstas a través de medios de unión para la
conexión a un sistema de transmisión de corrientes, todos los
rodetes están dispuestos sobre un árbol de bomba soportado por un
mínimo de dos cojinetes de bomba, un extremo del árbol de bomba
está provisto de un acoplamiento para un medio de unión de un
mecanismo de propulsión y en la que existen medios de apoyo
externos situados en la zona de las piezas terminales para la
fijación de la bomba centrífuga en una ubicación de
instalación.
Este tipo de bombas centrífugas en forma de
bombas compuestas están diseñadas para poder transportar un fluido
a alta presión. Están configuradas como dispositivos independientes
cuyos árboles están unidos por intercalación de un elemento de
conexión a una máquina propulsora, por ejemplo un electromotor o una
turbina. Tanto la bomba centrífuga como la máquina propulsora se
montan juntas sobre una misma placa base o sobre un mismo lecho.
Entre sus aplicaciones normalmente se incluye la de bomba de
alimentación multifásica en centrales eléctricas u otras
instalaciones en las que se exige trabajar a una presión elevada. A
consecuencia de la estructura multifásica y de la disposición de
las fases de la bomba entre las piezas terminales, durante su
fabricación puede acometerse fácilmente una adaptación a distintas
condiciones de funcionamiento pudiendo variar el número y el diseño
de las fases de bomba. Asimismo, los medios de unión y el árbol de
bomba deben corresponderse con la longitud total de la bomba
centrífuga y, en función de la longitud del aparato, cabría la
necesidad de ampliar la placa base o el lecho de la bomba.
Este tipo de bombas centrífugas ya se dan a
conocer en los documentos DE 22.04.995 A1, DE 26.14.163 B1 y en el
diccionario de bombas centrífugas de KSB, 3ª edición actualizada,
página 185. En estas bombas compuestas multifásicas los cojinetes
del árbol de la bomba están situados en el exterior de éste y a una
cierta distancia de las piezas terminales de la bomba centrífuga.
La distancia entre los cojinetes de la bomba se ve ampliada por la
necesidad de un espacio para la aplicación de un sellado de los
árboles que impida el escape de líquidos de la carcasa de la bomba
centrífuga. Desde el punto de vista de la física de oscilación, el
hecho de ampliar la distancia entre los cojinetes del árbol por ese
motivo es perjudicial ya que puede traducirse en oscilaciones no
deseadas de las piezas giratorias. Y la admisión de fuerzas de los
conductos, que se transmiten a la bomba centrífuga a través de las
piezas terminales, influye negativamente en la relación de fuerzas
de dicha bomba centrífuga.
Para fijar esta clase de bombas centrífugas en
un lugar de aplicación dado se emplean medios de apoyo externos
previstos en las piezas terminales o entre las piezas terminales de
la bomba centrífuga. Elegir incorrectamente el emplazamiento de
dichos medios de apoyo externos, que generalmente incluyen patas,
listones o tornapuntas, puede provocar en relación con la bomba
centrífuga montada repercusiones negativas sobre el comportamiento
de oscilación de las piezas giratorias.
El presente invento se basa en el objetivo de
optimizar el comportamiento de oscilación del sistema giratorio de
una bomba centrífuga y de posibilitar un funcionamiento a
revoluciones elevadas. La solución de este problema prevé que la
distancia máxima L_{L} entre las caras delanteras orientadas
frente a frente de dos cojinetes de bomba es inferior o igual al
producto de la altura de fase mínima L_{M} por el número de fases
de bomba menos 1.
Con esta solución se consigue una construcción
especialmente rígida de la pieza giratoria, también denominada
rotor, de una bomba centrífuga. Para ello se coloca una cara frontal
de cojinete de bomba en forma de cojinete de deslizamiento en aquel
lugar en el que el intersticio de un cojinete de deslizamiento posee
su inicio o su orificio de admisión. En el caso de cojinetes de
rodamiento, se trata de la superficie delantera de un anillo guía
que garantiza la distancia mínima. Gracias a la distancia
extremadamente pequeña entre los cojinetes de la bomba se obtiene
una construcción especialmente estable de todo el sistema giratorio.
Así, la suspensión del árbol queda situada inmediatamente al lado
de los rodetes, los cuales soportan cargas elevadas.
La altura de fase mínima L_{M} adecuada para
la distancia de los cojinetes se calcula a partir de la distancia
entre centros mínima proyectada sobre el árbol de la bomba y medida
en dirección axial la cual separa dos anchuras de salida de rodete
consecutivas. Asimismo, también puede utilizarse la distancia entre
las entradas de dos rodetes consecutivos.
Las realizaciones prevén que un cojinete de
bomba situado en el lado de presión esté instalado de forma ya
conocida en la proyección de la sección transversal de la tubuladura
de presión orientada al árbol de la bomba. Del mismo modo también
puede instalarse el cojinete de bomba en la última fase de la bomba
o entre fases de bombas, o en fases de bombas, que precedan a la
última fase de bomba según la dirección de la corriente. A través
de esta medida, y en especial en el caso de bombas centrífugas con
un número de fases superior a nueve, se obtiene una disposición
bastante más rígida de un rotor compuesto por árbol y rodetes.
De igual modo, la colocación de un cojinete del
lado de succión en la primera fase de la bomba y la disposición de
un cojinete del lado de succión entre fases de bombas o en fases de
bombas consecutivas que sigan a la primera fase son medidas que
sirven para reducir la distancia entre cojinetes.
Se consideran cojinetes de bomba externos
aquellos cojinetes que estén situados lo más cerca posible del
extremo del lado de presión o del lado de succión, según
corresponda, del árbol de la bomba y entre los que estén montados
sobre dicho árbol de la bomba todos o una parte de los rodetes de
las fases de la bomba. Una fase de bomba está constituida por un
rodete y una carcasa que lo rodea, compuesta ésta por una o varias
piezas de transporte de la corriente. Las piezas adicionales
especiales, como inductores, dispositivos de compensación, rodetes
auxiliares o juntas de estanqueidad, no son a este respecto fases de
bomba.
Se obtiene una construcción de bomba rígida
cuando la distancia entre los centros de dos cojinetes externos
L_{L} es igual o inferior a la distancia L_{A} entre los medios
de apoyo medida en la dirección del árbol. Puesto que los medios de
apoyo están colocados en la zona de las piezas terminales, se
consigue un comportamiento de oscilación general mejorado. Con esto
se obtiene una disposición especialmente extensa de los medios de
apoyo, por lo que la fijación de la bomba centrífuga en su
emplazamiento último es altamente elevada. De este modo, las
fuerzas de los conductos que actúan sobre la bomba centrífuga se
derivan hacia una base de forma segura y sin repercusiones
negativas sobre la pieza giratoria de la bomba.
Los medios de unión están dispuestos en las
piezas terminales de modo ya conocido, por lo que se garantiza la
cohesión entre las piezas principales de la bomba centrífuga.
Puesto que el cojinete del lado de succión del
árbol de bomba siempre queda dentro de la carcasa de la bomba, a
diferencia de una disposición de los cojinetes en la que éstos se
encuentran situados fuera de la carcasa de transporte de la
presión, se ahorra un sellado adicional del árbol y se obtiene una
mejora en la seguridad de funcionamiento. La reducción de la
distancia entre cojinetes mejora el comportamiento general de
oscilación de la pieza giratoria.
Según otra realización, se sitúa un cojinete del
lado de presión en la pieza terminal de escape. Esta medida también
mejora el flujo de la fuerza entre los conductos que se conecten a
la bomba centrífuga y la base del emplazamiento. No importa si de
este modo se crea un posible flujo de fuerza rectilíneo, puesto que
esto ya no ejerce influencia negativa alguna en el comportamiento
de oscilación de la pieza giratoria.
La disposición de un sellado del árbol en la
zona situada entre un extremo del árbol y el cojinete de bomba más
próximo también ha demostrado ser ventajoso ya que la suspensión más
rígida del árbol se traduce en una disminución de las influencias
negativas sobre el sellado.
Las piezas terminales de admisión y/o escape
están diseñadas como piezas individuales y están situadas junto a
piezas de fase de bomba transmitiendo la fuerza. Estas piezas
terminales de admisión y/o escape también pueden ser componentes
integrales de piezas de fase de bomba.
Con un número elevado de fases de bomba, por
ejemplo en caso de emplearse más de diez fases, se ha demostrado la
conveniencia de calcular la distancia de cojinetes mínima L_{Lmin}
medida entre caras frontales de cojinete enfrentadas entre sí a
partir del número de fases de bomba reducido en un valor entre 2 y
5, multiplicado por la altura mínima de fase.
En los dibujos se representan ejemplos de
realización que se describirán a continuación. Las figuras
muestran:
La figura 1 muestra una sección de una bomba
centrífuga;
La figura 2 muestra la disposición de un
cojinete en el lado de succión.
En el ejemplo de realización de la figura 1 se
representa una bomba centrífuga de cinco fases cuyos rodetes 1
giran en las carcasas 2 de cada fase y están fijados juntos sobre un
árbol de bomba 3. Las fases de la bomba están dispuestas entre una
pieza terminal de admisión 4 y una pieza terminal de escape 6 y
disponen de piezas de fase de bomba 2.1-2.5 que
están diseñadas para la transmisión de la presión y admiten otras
instalaciones de transporte de la corriente. En el ejemplo, las
piezas de fase de bomba 2.1-2.4 están constituidas
de forma idéntica. En la mitad inferior del ejemplo de realización,
la pieza terminal de admisión 4 presenta dos piezas, de las cuales
la pieza anular individual 4 está situada en la pieza de fase de
bomba 2.6 de la primera fase de modo que ésta transmite la fuerza.
Esta pieza de fase de bomba 2.6 incluye al mismo tiempo el orificio
de succión 5 de la bomba centrífuga y hace las veces de cubierta de
la carcasa. En la mitad superior del ejemplo de realización, la
pieza de fase de bomba 2.6 de la primera fase es parte integral de
la pieza terminal de admisión 4 y conforma toda una pieza junto con
ésta.
Sucede lo mismo con la pieza terminal de escape
6. Ésta presenta varias piezas en la mitad superior del dibujo y es
una parte integral de la pieza de fase de bomba 2.5 de la última,
aquí quinta, fase de la bomba. La pieza de fase de bomba 2.5 posee
una mayor longitud que las piezas de fase de bomba precedentes
2.1-2.4 de las otras fases de la bomba. Ésta
incluye un espacio de recogida mayor, del que surge una tubuladura
de presión 7 mediante la cual se transporta un fluido hacia un
sistema de conductos conectado.
La pieza terminal de escape 6 está realizada en
la mitad inferior del dibujo como pieza individual en forma de
anillo y, en la mitad superior del dibujo, como pieza integral de la
carcasa 2.5. Al mismo tiempo conforma el apoyo para los medios de
unión externos 8 con los que se mantienen unidas todas las piezas de
la bomba. En este caso, los medios de unión 8 aparecen
representados como tirantes que atraviesan los orificios
correspondientes de las piezas terminales 4, 6 y que garantizan la
sujeción conjunta de la bomba centrífuga con la ayuda de piezas de
tornillo.
En las piezas terminales 4 y 6 hay dispuestos
medios de apoyo 9, 10 que permiten la fijación de la bomba
centrífuga en su emplazamiento futuro. La distancia L_{A} entre
los medios de apoyo 9, 10 es mayor que la distancia L_{L} entre
los cojinetes 11, 12 del árbol de bomba 3. Uno de los extremos 13
del árbol, que se conectará con un dispositivo propulsor, se
encuentra junto al cojinete 11 del lado de presión, el cual está
dispuesto en la carcasa 2.5 de la última fase de bomba, en este
caso la quinta. Esta quinta fase de bomba dispone de un collar 14
que sobresale desde el extremo de propulsión de la pieza de fase de
bomba 2.5 en un diámetro inferior hacia el interior de la pieza de
fase de bomba 2.5 y con ello crea el acoplamiento para el cojinete
11. Adicionalmente, en dicho collar 14 existe el espacio suficiente
para colocar en su interior un dispositivo de compensación del
empuje axial 15.
El cojinete 11 está situado aproximadamente en
el centro de la tubuladura de presión 7, con lo cual es posible
obtener un buen recorrido de las fuerzas en lo que se refiere a las
fuerzas de los conductos admitidas o las fuerzas de oscilación
desviadas.
El otro cojinete 12 del árbol de bomba 3 situado
en el lado de succión se encuentra en este ejemplo de realización
entre las fases primera y segunda y está apoyado en el interior de
la carcasa 2.1 de la primera fase.
Entre el cojinete 11 y el extremo del árbol 13
hay dispuesto un dispositivo de sellado 16 del árbol. Los cojinetes
11 y 12 están diseñados como cojinetes lubricados por el fluido
bombeado y puede tratarse de cojinetes de deslizamiento y/o de
rodamiento. La elección de uno u otro dependerá del fluido bombeado
y de la carga a la que estén sometidos los cojinetes. Gracias a la
utilización de cojinetes que se lubrican con el fluido bombeado se
elimina la necesidad de realizar paradas de mantenimiento para
comprobar el estado del lubricante ajeno.
A consecuencia de la disposición de los
cojinetes 11, 12 entre los medios de apoyo 9, 10, transmisores de
la fuerza, de la bomba centrífuga las fuerzas de los conductos, que
actúan en la zona del orificio de succión 5 y de la tubuladura de
presión 7 sobre la bomba centrífuga, se absorbe de forma óptima
mejorando el comportamiento de oscilación. Debido a que la
distancia entre los cojinetes L_{L} de la pieza giratoria de la
bomba centrífuga multifásica es tan corta, se obtiene una firmeza
excepcional del sistema giratorio ante las oscilaciones, con lo
cual se aumenta de forma considerable la seguridad de funcionamiento
de una bomba centrífuga de este tipo.
Adicionalmente, la corta distancia L_{L} entre
los cojinetes 11, 12 permite construir una bomba centrífuga
multifásica también corta influyendo así positivamente en las
oscilaciones del árbol de la bomba y en su régimen de giro crítico.
Esto se traduce en una mejora de la línea elástica del árbol de la
bomba, con lo cual pueden reducirse como ventaja adicional las
dimensiones del espacio que queda entre las piezas giratorias y las
piezas fijas. Así, se incrementa el grado de rendimiento, ya que se
reducen considerablemente las pérdidas de corriente por los
espacios de separación sin afectar a la seguridad de funcionamiento.
Asimismo, el hecho de que la construcción pueda ser menos larga
supone también una reducción de los costes ya que disminuye el gasto
de material y el coste de funcionamiento.
El diseño de las piezas terminales 4, 6 como
piezas independientes tiene la ventaja adicional de que éstas
pueden fabricarse de un material distinto. Cuando debido al fluido
de bombeo utilizado deben emplearse aceros nobles de alto valor
para las piezas en contacto con el fluido, las piezas terminales,
unidas a los medios de unión 8 transmisores de la fuerza, pueden
estar hechas de un material más económico reduciéndose así los
costes.
La figura 2 muestra la utilización de una
estrella de entrada que se encuentra en el interior del orificio de
succión 5. Ésta dispone de un muñón al cojinete 17 que está
engranado con el cojinete 12 del lado de succión. El cojinete 12
tiene en este caso forma de una caja metida en un orificio perforado
18 del extremo del árbol 18 del lado de succión. A través de otros
orificios de engrase correspondientes no representados se garantiza
la circulación del fluido a través del cojinete 12.
Claims (15)
1. Bomba centrífuga de tipo multifásico en la
que cada fase de la bomba presenta una carcasa compuesta de una o
varias piezas y un rodete alojado en su interior, las fases de la
bomba están dispuestas entre una pieza terminal de entrada y una
pieza terminal de salida, situadas a una distancia axial entre sí, y
están sujetas entre éstas a través de medios de unión para la
conexión a un sistema de transmisión de corrientes, todos los
rodetes están dispuestos sobre un árbol de bomba soportado por un
mínimo de dos cojinetes de bomba, un extremo del árbol de bomba
está provisto de un acoplamiento para un medio de unión de un
mecanismo de propulsión y en la que existen medios de apoyo
externos situados en la zona de la pieza terminal de admisión y la
pieza terminal de escape para la fijación de la bomba centrífuga en
una ubicación de instalación, caracterizada por el hecho de
que la distancia máxima (L_{L}) entre las caras delanteras
orientadas frente a frente de dos cojinetes de bomba (11, 12) es
inferior o igual al producto de la altura de fase mínima (L_{M})
por el número de fases de bomba (2.1-2.5) menos
1.
2. Bomba centrífuga según la reivindicación 1
caracterizada por el hecho de que la distancia entre centros
mínima proyectada sobre el árbol de la bomba (3) y medida en
dirección axial que separa dos anchuras de salida de rodete
consecutivas da como resultado la altura de fase mínima
(L_{M}).
3. Bomba centrífuga según la reivindicación 1 o
2 caracterizada por el hecho de que un cojinete de bomba (11)
situado en el lado de presión está instalado de forma ya conocida
en la proyección de la sección transversal de la tubuladura de
presión orientada al árbol de la bomba (3).
4. Bomba centrífuga según la reivindicación 3
caracterizada por el hecho de que en la última fase de la
bomba (2.5) hay dispuesto un cojinete (11) del lado de presión.
5. Bomba centrífuga según la reivindicación 3 o
4 caracterizada por el hecho de que se sitúa un cojinete (11)
del lado de presión entre fases de bombas, o en fases de bombas,
que precedan a la última fase de bomba (2.5) según la dirección de
la corrien-
te.
te.
6. Bomba centrífuga según una de las
reivindicaciones de la 1 a la 5 caracterizada por el hecho de
que en la primera fase de la bomba (2.1) hay dispuesto un cojinete
(12) del lado de succión.
7. Bomba centrífuga según una de las
reivindicaciones de la 1 a la 5 caracterizada por el hecho de
que el cojinete (12) del lado de succión se sitúa entre fases de
bombas o en fases de bombas consecutivas que sigan a la primera
fase (2.1).
8. Bomba centrífuga según una de las
reivindicaciones de la 1 a la 7 caracterizada por el hecho de
que la distancia (L_{L}) entre dos cojinetes externos (11, 12)
con la máxima separación es igual o inferior a la distancia
(L_{A}) entre los medios de apoyo medida (9, 10) en la dirección
del árbol.
9. Bomba centrífuga según una de las
reivindicaciones de la 1 a la 8 caracterizada por el hecho de
que los medios de apoyo (9, 10) están situados en la zona de las
piezas terminales (4, 6).
10. Bomba centrífuga según una de las
reivindicaciones de la 1 a la 9 caracterizada por el hecho de
que los medios de unión (8) están situados en las piezas terminales
(4, 6).
11. Bomba centrífuga según una de las
reivindicaciones de la 1 a la 10 caracterizada por el hecho
de que el cojinete (11) del lado de presión está situado en la
pieza terminal de escape (6).
12. Bomba centrífuga según una de las
reivindicaciones de la 1 a la 11 caracterizada por el hecho
de que en la zona situada entre el extremo del árbol (13) y el
cojinete más próximo (11, 12) hay dispuesto un dispositivo de
sellado (16) del árbol.
13. Bomba centrífuga según una de las
reivindicaciones de la 1 a la 11 caracterizada por el hecho
de que las piezas terminales de admisión y/o escape (4, 6) están
diseñadas como componentes individuales y transmiten la fuerza
estando situadas junto a las piezas de fase de bomba (2.5, 2.6).
14. Bomba centrífuga según las reivindicaciones
de la 1 a la 13 caracterizada por el hecho de que las piezas
terminales de admisión y/o escape (4, 6) son componentes integrales
de las piezas de fase de bomba (2.5, 2.6).
15. Bomba centrífuga según una de las
reivindicaciones de la 1 a la 13 caracterizada por el hecho
de que la distancia de cojinetes mínima (L_{Lmin}) medida entre
caras frontales de cojinete enfrentadas entre sí es igual al número
de fases de bomba reducido en un valor entre 2 y 5, multiplicado por
la altura mínima de fase.
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