ES2286690T3 - Bomba centrifuga. - Google Patents
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Abstract
Una bomba centrífuga para bombeo de líquidos que contienen contaminantes, principalmente en forma de partículas sólidas, cuya bomba comprende una unidad de accionamiento, una unidad hidráulica, cuya unidad hidráulica comprende un compartimiento (20) de bomba y un impulsor (12) de bomba dispuesto giratoriamente dentro del compartimiento, comprendiendo el impulsor de bomba un disco de cubierta superior (14) y un disco de cubierta inferior (16) y varias paletas (18) intermedias, caracterizada porque una pared inferior (22) del compartimiento de bomba, que posee una abertura (32, 34) central de entrada, está dispuesta con, al menos, unos medios de barrido que afectan al flujo de retroceso, en espiral, en el lado orientado hacia el disco de cubierta inferior, extendiéndose vueltas parciales o completas alrededor de la abertura de entrada.
Description
Bomba centrífuga.
La presente invención se refiere a una bomba de
tipo rotodinámico que comprende, al menos, un impulsor dispuesto en
un compartimiento de bomba y accionado por un motor eléctrico.
Las bombas del tipo antes mencionado pueden
dividirse en dos tipos generales: bombas centrífugas y bombas
axiales.
Una bomba centrífuga comprende un impulsor que
consiste en un cubo y, al menos, un disco de cubierta con varias
paletas dispuestas en el cubo, denominado impulsor abierto. Un
denominado impulsor cerrado está dispuesto con dos discos de
cubierta y paletas entre ellos. En ambos casos, el líquido es
succionado en dirección axial en el centro del impulsor, y sale de
éste por su periferia, en dirección principalmente tangencial.
La bomba axial difiere de la bomba centrífuga
anteriormente mencionada en que el líquido sale de la bomba en una
dirección principalmente axial. Esta desviación se produce con ayuda
de varios rieles de guía dispuestos corriente abajo en el
compartimiento de la bomba. Los rieles de guía normalmente también
funcionan como elementos de soporte en la construcción del
compartimiento de la bomba.
Durante el bombeo de líquidos contaminados tales
como aguas residuales, aguas de minas, obras de construcción, etc.,
el bombeo es perturbado, frecuentemente, por la contaminación. Esta
puede causar atascos en los impulsores y en los compartimientos de
las bombas además de que, frecuentemente, causa considerables
problemas de desgaste.
Durante el bombeo de aguas residuales que pueden
contener objetos alargados como trapos, existen diversos métodos
para resolver el problema. En estos casos se prefiere un impulsor de
bomba abierto, con un solo disco de cubierta pero, aún así, se
requieren medidas externas. Una puede consistir en hacer funcionar
el impulsor de bomba a la inversa a ciertos intervalos. Otra es
disponer algún tipo de medios de corte delante de la toma. El
documento US 5.516.261 revela un impulsor de bomba abierto para el
bombeo de aguas residuales, en el que el fondo del compartimiento
de la bomba está dispuesto con un surco en forma de espiral, que
conduce los contaminantes hacia la periferia, donde causan menos
daños.
Durante bombeos en los que se requieren grandes
alturas de elevación, por ejemplo en minas, se utilizan impulsores
de bomba cerrados, es decir, dotados de dos discos de cubierta, uno
superior y uno inferior, además de paletas intermedias. En general,
estos impulsores tienen una mayor eficiencia que los impulsores
abiertos en el caso de grandes alturas de carga. Por otra parte,
los impulsores cerrados tienen menos espacio de paso, lo cual
significa un mayor riesgo de atascos.
La contaminación que está presente durante las
operaciones de bombeo en minas muchas veces contiene elementos de
material altamente abrasivo, lo cual implica que el material, tanto
del impulsor como del compartimiento de la bomba, está expuesto a
grandes esfuerzos. Estos problemas se pueden resolver, en parte,
mediante un tratamiento superficial especial o endureciendo los
diferentes componentes, pero el deseo natural es asegurar que las
partículas abrasivas salgan del compartimiento de la bomba tan
pronto como sea posible, para evitar un desgaste innecesario.
Además, el diseño geométrico de las piezas importantes para la
función de bombeo tiene gran importancia para reducir el
desgaste.
El objetivo de la presente invención es
conseguir una solución para el problema del desgaste, mediante un
cierto diseño del fondo del compartimiento de la bomba.
De conformidad con un aspecto principal de la
presente invención, el objetivo se alcanza mediante un dispositivo
de conformidad con la reivindicación 1.
Las características ventajosas del invento
constituyen el objeto de las reivindicaciones dependientes.
De conformidad con un aspecto principal de la
presente invención, ésta se caracteriza por una bomba centrífuga
para bombeo de líquidos que contienen contaminantes, principalmente
en forma de partículas sólidas, cuya bomba comprende una unidad de
accionamiento, una unidad hidráulica, cuya unidad hidráulica
comprende un compartimiento de bomba y un impulsor de bomba
dispuesto giratoriamente dentro del compartimiento, comprendiendo el
impulsor de bomba un disco de cubierta superior y uno inferior y
varias paletas intermedias, en el que una pared inferior del
compartimiento de bomba, que posee una abertura de entrada central,
está dispuesta con, al menos, unos medios que afectan al flujo de
retroceso (retroflujo) que se extienden en espiral en el lado que
mira hacia el disco de cubierta inferior, extendiéndose vueltas
parciales o completas alrededor de la abertura de entrada.
Los medios que afectan al retroflujo podrían
estar dispuestos como surcos y/o nervios en la pared inferior.
Además, una parte de pared de los medios que
afectan al retroflujo, orientada hacia la entrada, forma un ángulo
con el plano de la pared inferior que, preferiblemente, debe estar
en el margen de entre 85 y 95 grados.
Los medios que afectan al retroflujo, de
conformidad con la presente invención, actúan para afectar al
retroflujo, que contiene contaminantes, al entrar al espacio
definido entre el impulsor y la pared inferior para impedir en gran
medida que los contaminantes, tales como partículas abrasivas,
entren al espacio o, al menos, para reducir en gran medida la
cantidad que entra de los mismos. La mayor parte de las partículas
entrarán a los surcos o al espacio entre los nervios y, debido a la
forma en espiral, las partículas serán transportadas a la periferia
de la placa inferior, y hacia fuera por la salida.
Se ha encontrado que la distancia entre la
superficie superior de los nervios, o planicie entre los surcos, y
el disco de cubierta inferior, debe estar en el margen indicado. Una
distancia demasiado grande no creará el efecto deseado, y un
espacio demasiado estrecho incrementará la velocidad del retroflujo,
lo cual deteriora el efecto.
También se ha mostrado que una superficie
posterior con fuerte inclinación crea un efecto incrementado,
posiblemente por crear mayores perturbaciones en el retroflujo.
Estos y otros aspectos y ventajas de la presente
invención se harán aparentes a partir de la siguiente descripción
detallada, y a partir de los dibujos anexos.
En la siguiente descripción detallada de la
presente invención, se hará referencia a los dibujos anexos, en los
que:
la Figura 1 es una sección axial a través de una
bomba de conformidad con la presente invención,
la Figura 2 es un detalle tomado del anillo de
la Figura 1,
la Figura 3 es una modificación del detalle de
la Figura 2, y
la Figura 4 es el fondo del compartimiento de la
bomba, visto desde arriba.
La bomba que se muestra en la Figura 1 comprende
un eje de accionamiento 10 conectado con un motor eléctrico (no se
muestra) para acvcionar la bomba. En el extremo inferior del eje
está montado un impulsor 12 de bomba, que comprende discos de
cubierta superior 14 e inferior 16, paletas 18 y
contra-paletas 19. Los componentes anteriormente
mencionados están montados en un compartimiento 20 de bomba, que
posee una pared inferior 22, una entrada 24 y una salida 26. El
impulsor 12 de bomba está montado de tal forma en el compartimiento
de bomba que hay una separación 28 entre la superficie periférica
del disco de cubierta inferior 16 y una pared lateral interior del
compartimiento 20 de bomba, un espacio 29 entre el disco inferior y
la pared inferior, así como una separación 30 entre una superficie
inferior del disco de cubierta inferior 16 y una superficie
superior de la pared inferior 22.
De conformidad con los principios de una bomba
centrífuga, el líquido es succionado axialmente a través de la
entrada 24, y sale de la bomba a través de la salida 26, de
conformidad con las flechas de flujo A, B y C. Sin embargo, como la
presión es mucho más elevada en la salida que en la entrada, un
cierto flujo D siempre retrocederá por la separación 28 y al
espacio 29 entre el disco de cubierta inferior 16 y el fondo 22 del
compartimiento de bomba. Una parte E de este flujo pasa por la
separación 30 de vuelta a la entrada, en tanto que una parte F del
flujo es nuevamente conducida hacia fuera en el lado inferior del
disco de cubierta 16, en lo que, también, se denomina flujo de capa
límite. También hay presente un flujo de capa límite a lo largo de
la pared inferior, aunque dirigido hacia adentro.
El retroflujo D crea pérdidas y además hace que
la contaminación, las partículas abrasivas y similares se
concentren bajo el disco de cubierta, puesto que las partículas de
un cierto tamaño no pueden pasar por la separación 30. Esta
concentración de partículas desgastará entonces el impulsor de
bomba, así como el fondo del compartimiento de bomba, durante el
funcionamiento de ésta. Las partículas que entran a la separación
30 actuarán como abrasivo, produciendo un fuerte desgaste en las
superficies de la separación. A corto plazo, esto puede significar
un considerable deterioro de la capacidad de la bomba, porque la
separación se hace cada vez mayor.
Para poder asegurar una alimentación de las
partículas abrasivas que han entrado en el espacio 29, entre el
disco de cubierta inferior y la pared inferior, hacia la periferia
para ser transportadas ulteriormente hacia la salida de la bomba,
la pared inferior del compartimiento de bomba, orientada hacia la
superficie inferior del disco de cubierta inferior del impulsor,
está dotada de uno o varios medios de barrido que afectan al flujo,
en la realización que se muestra surcos 32 en espiral divididos por
nervios. En la realización mostrada, los surcos se enrollan en
espiral varias veces alrededor de la abertura de entrada 24. Los
medios que afectan al flujo corren de tal manera que la distancia
radial r desde el centro se incrementa en la dirección de
rotación R_{d} del impulsor, como se ve en la Figura 4.
Los surcos afectarán al flujo principal D y a
las partículas contenidas en el flujo, de tal manera que el volumen
de agua que entra al espacio es movido en dirección tangencial,
debido a la rotación del impulsor, y el volumen de agua es movido a
lo largo de los medios de barrido que afectan al flujo. Esta acción
hace que las partículas del agua sean movidas en los surcos entre
los nervios, siguiendo la dirección de rotación y, debido al
barrido y, preferiblemente, a la forma en espiral de los surcos, los
contaminantes serán alimentados a lo largo de los surcos y saldrán
por la salida o, por lo menos, se impedirá que se concentren en la
separación. Debido a la presente invención, el componente radial
del flujo de capa límite a lo largo de la pared inferior queda
afectado de forma que es dirigido más en dirección tangencial, con
lo que también se afecta a la parte del volumen de agua del fondo
de los surcos, obligándolo a desplazarse en la dirección de los
medios de barrido que afectan al retroflujo.
Durante las pruebas, hay ciertos aspectos que
parecen afectar al proceso en la separación y a la medida en que se
ve afectado el volumen de agua en los surcos. Por ejemplo, la
distancia d, Figura 2, entre la superficie inferior del
disco de cubierta inferior y las superficies superiores de los
nervios entre los surcos, parece ejercer cierta influencia. Las
pruebas han mostrado un buen resultado del proceso cuando la
distancia d está en el margen de 1/3 a 2/3 de la distancia
entre el fondo de los surcos y la superficie inferior del disco de
cubierta inferior, aunque esto no debe considerarse como una
limitación de la presente invención. Por ejemplo, la distancia
podría ser menor si las tolerancias de la rueda impulsora y la pared
inferior fueran más estrictas, o si la pared inferior, o cuando
menos las estrías, estuvieran hechas de un material elástico, tal
como caucho, que permitiera cierto contacto entre las piezas
durante el uso. Se debe tomar en cuenta la profundidad de los
surcos y la distancia entre los nervios en dirección radial y, por
consiguiente, el volumen en los surcos de modo que,
preferiblemente, todo el volumen de agua se vea afectado por el
proceso.
El ángulo \alpha de barrido de los nervios en
espiral también influye, afectando a la dirección del flujo y la
alimentación de partículas en los surcos. En principio, debe ser
posible que los bordes rectos de los medios que afectan al flujo
formen ángulo con la dirección radial, aún cuando este diseño no
sea óptimo para transportar partículas hacia la periferia de la
rueda impulsora.
Las superficies posteriores de los nervios
también afectan al proceso y las pruebas han mostrado que el ángulo
\beta entre la superficie posterior y un plano paralelo al fondo
del compartimiento de bomba debe estar, preferiblemente, en el
margen de 85 a 95 grados, Figura 2. Sin embargo, para algunos tipos
de ruedas impulsoras, como las que tienen forma cónica, y una forma
correspondiente de la pared inferior, Figura 3, no se puede obtener
este margen, o cuando menos no con una pared inferior hecha de metal
moldeado. Sin embargo, las pruebas han mostrado un resultado
satisfactorio con un diseño de conformidad con la Figura 3. Si la
pared inferior de conformidad con la Figura 3 o, al menos, los
medios que afectan al flujo, estuvieran hechos de un material
elástico, los nervios podrían moldearse con un ángulo de acuerdo con
el margen antes mencionado.
Con el diseño adecuado para los nervios y los
surcos, se obtiene un efecto de separación que tiene como resultado
menos cantidad de partículas y menor tamaño de las mismas, en
comparación con el resto del líquido, lo cual significa a su vez un
desgaste reducido. En vista de lo anterior, los medios que afectan
al flujo podrían consistir en surcos mecanizados o moldeados en la
placa inferior, o nervios unidos o moldeados en la placa inferior.
Los nervios o los surcos pueden tener diferentes diseños,
dependiendo del diseño de la placa inferior. La placa inferior que
se muestra en los dibujos está hecha con medios que afectan al
retroflujo enterizos, aunque, desde luego, los medios que afectan
al retroflujo podrían estar hechos como una parte separada que se
une de manera adecuada a la pared inferior. Con el fin de
incrementar el efecto, el disco de cubierta inferior puede estar
dotado de contra-paletas dirigidas hacia la pared
inferior que contiene los surcos/nervios. No obstante, estas
contra-paletas constituyen una cierta pérdida de
energía y, por consiguiente, únicamente se utilizan en condiciones
especialmente difíciles.
Se comprenderá que la realización anteriormente
descrita y mostrada en los dibujos deberá ser considerada como un
ejemplo no limitativo de la presente invención, y que puede ser
modificada de diversas maneras, dentro del alcance de las
reivindicaciones de patente.
Claims (4)
1. Una bomba centrífuga para bombeo de líquidos
que contienen contaminantes, principalmente en forma de partículas
sólidas, cuya bomba comprende una unidad de accionamiento, una
unidad hidráulica, cuya unidad hidráulica comprende un
compartimiento (20) de bomba y un impulsor (12) de bomba dispuesto
giratoriamente dentro del compartimiento, comprendiendo el impulsor
de bomba un disco de cubierta superior (14) y un disco de cubierta
inferior (16) y varias paletas (18) intermedias,
caracterizada porque una pared inferior (22) del
compartimiento de bomba, que posee una abertura (32, 34) central de
entrada, está dispuesta con, al menos, unos medios de barrido que
afectan al flujo de retroceso, en espiral, en el lado orientado
hacia el disco de cubierta inferior, extendiéndose vueltas
parciales o completas alrededor de la abertura de entrada.
2. Bomba centrífuga de conformidad con la
reivindicación 1, caracterizada porque los medios que afectan
al flujo de retroceso están dispuestos como surcos (32) en la pared
inferior.
3. Bomba centrífuga de conformidad con la
reivindicación 1, caracterizada porque los medios que afectan
al flujo de retroceso están dispuestos como nervios en la pared
inferior.
4. Bomba centrífuga de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
porque la parte de pared de los medios que afectan al flujo de
retroceso que mira hacia la entrada forma un ángulo (\beta) con
el plano de la pared inferior que está en el margen de entre 85 y 95
grados.
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